专利名称：变焦透镜及摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及变焦透镜及摄像装置，更详细地涉及可适当用于视频摄像机或电子静止摄像机、监视摄像机等的变焦透镜及具备该变焦透镜的摄像装置。
背景技术：
过去，作为用于民用视频摄像机或监视用视频摄像机等的变焦透镜大多提出4组式或5组式变焦透镜。而且，作为对这些的小型化及高性能化的要求可响应的方案，提出了使用非球面透镜的变焦透镜。在上述领域的4组式、5组式变焦透镜中，在第3透镜组的正透镜使用非球面透镜的例子非常多。
作为其它例，如专利文献1～3所述，有在4组式变焦透镜中而变倍组的第2透镜组使用非球面透镜的例子。在专利文献1记载有从物侧依次由负、负、正构成的3片结构的第2透镜组中，将从物侧第2个负透镜设为非球面透镜的例子。在专利文献2记载有从物侧依次由负、负、正构成的3片结构的第2透镜组中，将从物侧第2个负透镜及其像侧的正透镜设为非球面透镜的例子。在专利文献3记载有从物侧依次由负、负、正、负构成的4片结构的第2透镜组中，将最靠物侧的负透镜设为非球面透镜的例子。
专利文献1日本专利公开平9-127417号公报 专利文献2日本专利公开2006-171615号公报 专利文献3日本专利公开2006-113387号公报 然而，在近几年，在上述领域的变焦透镜中，除了小型化、高性能化的要求以外，对低成本化的要求也日益高涨。作为谋求低成本化的方法之一，可以考虑将由玻璃模压透镜(由玻璃材料构成，通过模压成型形成的透镜)构成的非球面透镜取代成塑料透镜(由塑料材料构成的透镜)的技术。
在专利文献1、2所记载的变焦透镜是将第2透镜组的上述非球面透镜的材料设为塑料，将变倍组的非球面透镜设为塑料透镜的极少数的例子。
然而，在如专利文献1～3所记载的透镜类型中，为了缩短透镜总长大多使第2透镜组具有较大的负的光焦度，第2透镜组的各个负透镜的光焦度也容易变大。因此，将这些负透镜的材料设为塑料时，存在伴随温度变化而特性的变化变大的问题。
例如，在专利文献3所记载的第2透镜组使用在最靠物侧具有负的光焦度的非球面透镜，但该透镜的光焦度大，所以难以由塑料构成该透镜。
而且，塑料一般折射率低，所以存在透镜的曲率变大、且伴随透镜的制造误差或组装误差的性能劣化变得非常大的问题。若减小第2透镜组的光焦度，减小第2透镜组的每个负透镜承担的光焦度，则也可以由塑料构成，但此时光焦度减弱之份，使得变倍时的移动量变大，就存在透镜总长变长的问题。而且，也导致前透镜的直径(在整个系统中最靠物侧的透镜的直径)的大型化，与小型化反其道而行。
发明内容
本发明是借鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供一种保持小型且良好的光学性能并且谋求低成本化的变焦透镜及具备该变焦透镜的摄像装置。
本发明的变焦透镜从物侧依次具备具有正的折射力且在变倍时固定的第1透镜组；具有负的折射力且通过沿着光轴移动而进行变倍的第2透镜组；光阑；具有正的折射力且在变倍时固定的第3透镜组；具有正的折射力且进行伴随变倍的像面位置的校正及对焦的第4透镜组；第2透镜组至少包括2片负透镜，在第2透镜组的最靠像侧配置至少1面为非球面且由塑料材料构成的塑料非球面透镜，将塑料非球面透镜的焦距设为f2a，将第2透镜组的焦距设为f2时，满足下述条件式(1)。
2.4＜|f2a/f2|＜10.0…(1) 另外，上述f2a是近轴区域的焦距。
另外，在本发明中，各“透镜组”不仅包括由多个透镜构成的透镜组，也包括仅由1片透镜构成的透镜组。
在本发明的变焦透镜中，通过构成为第2透镜组至少包括2片负透镜，确保在第2透镜组必需的负的光焦度而谋求透镜整个系统的小型化，通过在第2透镜组的最靠像侧配置塑料非球面透镜，谋求良好的光学性能和低成本化的兼顾。而且，通过以条件式(1)规定该塑料透镜的光焦度，抑制由温度变化或制造/组装误差引起的性能劣化，并且得到充分的像差校正效果。
在本发明的变焦透镜中，将从广角端向望远端变倍时的第2透镜组的移动量设为M2时，优选满足下述条件式(2)。
2.5＜|M2/f2|＜3.8…(2) 另外，在本发明的变焦透镜中，将广角端的整个系统的焦距设为fw，将最大像高设为IH时，优选满足下述条件式(3)。
1.4＜fw/IH＜2.1…(3) 而且，在本发明的变焦透镜中，将第1透镜组的焦距设为f1时，优选满足下述条件式(4)。
4.3＜|f1/f2|＜5.5…(4) 而且，在本发明的变焦透镜中，也可以构成为第2透镜组包括1片正透镜，此时将该正透镜的阿贝数设为v 2p时，优选满足下述条件式(5)。
v 2p＜25…(5) 在本发明的变焦透镜中，第2透镜组包括1片正透镜时，将该正透镜的折射率设为N2p时，优选满足下述条件式(6)。
N2p＞1.83…(6) 而且，在本发明的变焦透镜中，第2透镜组从物侧依次由负透镜、负透镜、正透镜、塑料非球面透镜的4片构成。
另外，在本发明的变焦透镜中，第1透镜组可以由1片负透镜、3片以下的正透镜构成。此时，将构成第1透镜组的正透镜的阿贝数的平均设为v 1p，将构成第1透镜组的负透镜的阿贝数设为v 1n时，优选满足下述条件式(7)。
33＜v 1p-v 1n＜50…(7) 而且，在本发明的变焦透镜中，第2透镜组的最靠像侧的塑料非球面透镜中，物侧的面的有效直径端与光轴上的物侧顶点在光轴方向的间隔、及像侧面中的有效直径端与光轴上的像侧顶点在光轴方向的间隔之中的大的一方设为dZ，将从赋予该dZ之侧的面中的上述有效直径端向光轴的垂线的长度设为dY时，优选满足下述条件式(8)。
0.01＜dZ/dY＜0.20…(8) 另外，各条件式的值为在变焦透镜的基准波长中的值，例如，变焦透镜的基准波长为d线(波长587.6nm)时，在上述条件式所记载的折射率或阿贝数成为在d线上的值。
本发明的摄像装置的特征在于，具备上述记载的本发明的变焦透镜。
根据本发明，在将第1透镜组和第3透镜组设为固定组，通过沿着光轴移动第2透镜组而进行变倍，随此的像面位置的校正及对焦通过第4透镜组的移动来进行的方式的变焦透镜中，适当地设定第2透镜组的结构，并且满足条件式(1)，由此，可提供能够小型地构成且保持高光学性能，并且谋求低成本化的变焦透镜及具备该变焦透镜的摄像装置。
图1是表示本发明的实施例1所涉及的变焦透镜的透镜结构的剖面图。
图2是表示本发明的实施例2所涉及的变焦透镜的透镜结构的剖面图。
图3是表示本发明的实施例3所涉及的变焦透镜的透镜结构的剖面图。
图4是表示本发明的实施例4所涉及的变焦透镜的透镜结构的剖面图。
图5是表示本发明的实施例5所涉及的变焦透镜的透镜结构的剖面图。
图6是表示本发明的实施例6所涉及的变焦透镜的透镜结构的剖面图。
图7是表示本发明的实施例7所涉及的变焦透镜的透镜结构的剖面图。
图8是表示本发明的实施例8所涉及的变焦透镜的透镜结构的剖面图。
图9是表示本发明的实施例9所涉及的变焦透镜的透镜结构的剖面图。
图10是表示塑料非球面透镜的剖面图和通过有效直径端的光线的图。
图11是本发明的实施例1所涉及的变焦透镜的各像差图。
图12是本发明的实施例2所涉及的变焦透镜的各像差图。
图13是本发明的实施例3所涉及的变焦透镜的各像差图。
图14是本发明的实施例4所涉及的变焦透镜的各像差图。
图15是本发明的实施例5所涉及的变焦透镜的各像差图。
图16是本发明的实施例6所涉及的变焦透镜的各像差图。
图17是本发明的实施例7所涉及的变焦透镜的各像差图。
图18是本发明的实施例8所涉及的变焦透镜的各像差图。
图19是本发明的实施例9所涉及的变焦透镜的各像差图。
图20是本发明的实施方式所涉及的摄像装置的简要结构图。
图中1-变焦透镜，2-滤光片，4-摄像元件，5-信号处理电路，6-显示装置，10-视频摄像机、G1-第1透镜组，G2-第2透镜组，G3-第3透镜组，G4-第4透镜组，G5-第5透镜组，pp-光学部件，St-孔径光阑，Z-光轴。
具体实施例方式 以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的变焦透镜的结构的剖面图，对应于后述实施例1的变焦透镜。
本发明的实施方式所涉及的变焦透镜沿着光轴Z从物侧依次具备具有正的折射力且在变倍时固定的第1透镜组G1；具有负的折射力且通过沿着光轴Z移动而进行变倍的第2透镜组G2；孔径光阑St；具有正的折射力且在变倍时固定的第3透镜组G3；具有正的折射力且进行伴随变倍的像面位置的校正及对焦的第4透镜组G4。
另外，图1所示的孔径光阑St未必表示其大小或形状，而表示其在光轴Z上的位置。而且，在图1中左侧是物侧，右侧是像侧。在图1中，在上段表示广角端的无限远对焦时的透镜配置，在下段表示望远端的无限远对焦时的透镜配置，用箭头表示从广角端向望远端变倍时的各透镜组的简要的移动轨迹。
而且，在图1中，将像面作为Sim图示。例如，将该变焦透镜适用于摄像装置时，配置成摄像元件的摄像面位于像面Sim。
将变焦透镜适用于摄像装置时，优选按照装载透镜的摄像机侧的结构，在最靠像侧的透镜和摄像面之间配置盖玻璃或棱镜、红外线截止滤光片、低通滤光片等各种滤光片等，在图1中所示的例中，设想这些的平行平板状光学部件PP配置在最靠像侧的透镜组和像面Sim之间。
该变焦透镜构成为从广角端向望远端变倍时，第1透镜组G1及第3透镜组G3在光轴上固定，通过使第2透镜组G2沿着光轴向像侧移动而进行变倍，并且通过沿着光轴移动第4透镜组G4而进行伴随该变倍的像面位置的校正以及对焦。即，第2透镜组G2具备作为变焦透镜组的功能，第4透镜组G4具备作为补偿透镜组以及聚焦透镜组的功能。
本实施方式的变焦透镜在第2透镜组G2具有特征性的结构。该第2透镜组G2至少包括2片负透镜，在第2透镜组G2的最靠像侧配置由塑料材料构成且具有至少1面的非球面的塑料非球面透镜。
例如，图1所示的例的第2透镜组G2从物侧依次由弯月形状的负透镜L21、由双凹形状的负透镜L22及双凸形状的正透镜L23的贴合构成的粘合透镜、透镜L24的这4片构成。图1所示的例的负透镜L21和负透镜L22是玻璃球面透镜。透镜L24的两面是非球面的塑料非球面透镜。
在第2透镜组G2的最靠像侧设置非球面透镜，从而能够抑制变倍时的像差变动或像面变动、畸变。而且，通过由塑料构成该透镜L24，可谋求低成本化及轻量化。因为塑料透镜与玻璃透镜相比，形状的自由度高，所以将配置的位置或光焦度很好地设定，从而成为非常有用的透镜。
但是，如课题的一项目中所述，在使用塑料透镜时，必须注意由温度变化带来特性变化大的方面。在此，在本实施方式中构成为满足下述条件式(1)，设定为透镜L24的光焦度小。
2.4＜|f2a/f2|＜10.0…(1) 此处，f2a是第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜的焦距，f2是第2透镜组G2的焦距。
条件式(1)规定第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜的焦距和第2透镜组G2的焦距之比，即规定该塑料非球面透镜对第2透镜组G2的光焦度之比。条件式(1)可称为用于由塑料构成第2透镜组G2的最靠像侧的非球面透镜的条件。若越低于条件式(1)的下限，第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜的光焦度越大，则伴随温度变化的特性的变化就变大。而且，一般由于塑料的折射率低，因此，若越低于条件式(1)下限，第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜的光焦度越大，则透镜的曲率就变大，伴随透镜的制造误差或组装误差的性能劣化也变得非常大。若越超过条件式(1)的上限，第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜的光焦度越小，则该透镜的曲率变小，就不能充分地校正像差。
譬如说，透镜L24几乎不对光焦度分配给予影响，发挥作为用于良好地校正像差的“像差校正透镜”的作用。通过将透镜L24设为这种透镜，由塑料构成透镜L24的同时，减小温度变化的影响，可保持良好的光学性能。
作为上述的另一个注意点，由于塑料是低折射率材料，存在所具有的光焦度变得越大，透镜的曲率就越大，伴随制造误差或组装误差的性能劣化就变得非常大的问题。在本实施方式中，将透镜L24作为“像差校正透镜”，将该光焦度设定得小，从而不必增大曲率，也就可以解决该问题。
而且，第2透镜组G2所必需的负的光焦度可通过第2透镜组G2构成为至少包括2片负透镜来获得。在图1所示的例中，具备2片负透镜L21、L22，其中将负透镜L22设为双凹形状。通过这种结构，能够确保第2透镜组G2所必需的大的负的光焦度，而使变倍时的移动量减小从而谋求小型化。
尤其，如图1所示的例，在第2透镜组G2的物侧配置2片负透镜时，通过在物侧较多地分配负的光焦度，可以将第2透镜组的物侧主点的位置接近于物侧并缩短第1透镜组G1和第2透镜组G2的主点间隔。由此，可以降低轴外光束的通过第1透镜组G1的高度，并且可以谋求前透镜的直径的小型化。
将本实施方式的第2透镜组G2与过去的透镜组作比较而进行探讨。专利文献1、2所记载的第2透镜组是负、负、正的3片结构，从物侧起第2个负透镜是塑料非球面透镜。该塑料非球面透镜是双凹形状，可以认为不仅担负像差校正也担负光焦度分配的重大的作用。在如专利文献1、2所记载的结构中，在为了减少温度变化的影响或为了减小透镜的曲率，而假设减小该负透镜的光焦度的情况下，第2透镜组的光焦度变小，变倍时的移动量变大，而使系统大型化。
对此在图1所示的本实施方式的第2透镜组采用在负、负、正的3片结构的更靠像侧配置1片光焦度小的塑料非球面透镜，因此，温度变化的影响小，不必增大塑料非球面透镜的曲率，也可以确保第2透镜组G2的负的光焦度且也能够进行系统的小型化。
而且，在本实施方式中，与专利文献1、2不同，可以将从物侧起第2个负透镜设为玻璃球面透镜。通过将该负透镜设为玻璃透镜，从而使其易于持有大的光焦度，可减小变倍时的移动量而进行小型化。此外，因为相对于塑料透镜材料选择性低而玻璃透镜材料的选择性高，所以，通过设为玻璃透镜，有利于色像差的校正。尤其，第2透镜组的从物侧起第2个负透镜与邻接的正透镜构成粘合透镜时，用于色像差校正的材料的选择变得重要。而且，有关粘合透镜的制作，玻璃透镜比塑料透镜有利。
专利文献3所记载的第2透镜组是负、负、正、负的4片结构，与本实施方式的透镜片数相同。但是，在专利文献3中，将具有大的光焦度的最靠物侧的透镜设为非球面透镜，因此，难以由塑料构成该透镜。对此，在本实施方式中，第2透镜组G2所包括的透镜中，通过在光焦度比较小的最靠像面侧的透镜施加非球面而设为塑料透镜，可以减少由温度变化带来的影响，而且，可谋求低成本化、轻量化。
即，通过在第2透镜组G2的最靠像侧配置由廉价且轻量的塑料构成、温度变化带来的影响小且具有良好的像差校正能力的透镜L24，从而可以减少过去使用的玻璃非球面透镜，谋求低成本化，并且小型地构成，可得到良好地校正像差的变焦透镜。
另外，第2透镜组G2的结构不限于图1所示的例。例如，第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜可以在光轴附近具有负的光焦度，也可以具有正的光焦度。而且，如后述的实施例所示，第2透镜组G2也可以从物侧依次设为负透镜、负透镜、负透镜、正透镜、具有至少1面非球面并且由塑料材料构成的塑料非球面透镜的5片结构，此时可以进一步分散第2透镜组G2所必需的负的光焦度，所以可以抑制各负透镜的光焦度或者使第2透镜组G2具有更大的负的光焦度。而且，第2透镜组G2也可以构成为具有由负透镜和正透镜的贴合形成的粘合透镜，此时有利于色像差的校正。
作为第1透镜组G1的结构，可以由1片负透镜和3片以下的正透镜构成，例如，如图1所示的例，也可以是从物侧依次由通过弯月形状的负透镜L11及弯月形状的正透镜L12的贴合形成的粘合透镜、弯月形状的正透镜L13、弯月形状的正透镜L14构成的4片结构构成。
作为第3透镜组G3的结构，例如，如图1所示的例，也可以设为在近轴区域由弯月形状的正透镜L31、通过弯月形状的正透镜L32以及弯月形状的负透镜L33的贴合形成的粘合透镜构成的3片结构。
作为第4透镜组G4的结构，例如如图1所示的例，也可以设为由双凸形状的正透镜L41和在近轴区域中弯月形状的负透镜L42构成的2片结构。
而且，如在后述的实施例所示，也可以是在第4透镜组G4的更靠像侧具有透镜组的结构。
本发明的实施方式所涉及的变焦透镜除了上述结构以外，优选构成为进一步满足以下条件式，由此，可得到更良好的特性。另外，作为优选的方式，可以满足在下述条件式中任一个条件式，或者也可以满足任意的组合。
将第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜的焦距设为f2a，将第2透镜组G2的焦距设为f2时，优选满足以下条件式(1-1)。
2.4＜f2a/f2＜10.0…(1-1) 条件式(1-1)满足上述的条件式(1)，并且，表示第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜在近轴区域中是负透镜。满足条件式(1-1)时，除了通过满足条件式(1)得到的效果以外，可以分散第2透镜组G2的负的光焦度，所以可以抑制第2透镜组G2的各负透镜的光焦度变得过大的现象。由此，容易谋求透镜系统总长的小型化，并且抑制变倍时的像差变动或像面变动。
将从广角端向望远端的变倍时的第2透镜组G2的移动量设为M2，将第2透镜组G2的焦距设为f2时，优选满足下述条件式(2)。
2.5＜|M2/f2|＜3.8…(2) 条件式(2)规定第2透镜组G2的移动量和第2透镜组G2的焦距之比。若低于条件式(2)的下限，则难以谋求高倍率化。若超过条件式(2)的上限，则第2透镜组G2的移动量变大，透镜总长变大。或者佩兹伐和在负的方向增大，像面弯曲变大，所以不优选。
另外，更优选满足下述条件式(2-1)。通过满足条件式(2-1)，可进一步提高通过满足条件式(2)获得的效果。
2.6＜|M2/f2|＜3.7…(2-1) 将在广角端的整个系统的焦距设为fw，将最大像高设为IH时，优选满足下述条件式(3)。
1.4＜fw/IH＜2.1…(3) 条件式(3)规定广角端的整个系统的焦距和最大像高之比。在如本实施方式的结构的变焦透镜中，若低于条件式(3)的下限而想要谋求广角化，则在靠广角端的中间变焦位置，向第1透镜组G1入射的轴外光束的光线高变大，避免不了第1透镜组G1的大直径化。而且，第2透镜组G2所承担的光焦度变得过于大，包括在第2透镜组G2的每个透镜的光焦度变大，变倍时的像差变动或像面变动变大。若超过条件式(3)的上限，则作为视频摄像机或监视用视频摄像机的视场角变得不充分。
另外，更优选满足下述条件式(3-1)。通过满足条件式(3-1)，可进一步提高通过满足条件式(3)而得到的效果。
1.5＜fw/IH＜2.0…(3-1) 将第1透镜组G1的焦距设为f1，将第2透镜组G2的焦距设为f2时，优选满足下述条件式(4)。
4.3＜|f1/f2|＜5.5…(4) 条件式(4)规定第1透镜组G1和第2透镜组G2的焦距之比，是用于以高变倍且紧凑的结构维持良好的光学性能的条件。若越低于条件式(4)的下限，第2透镜组G2的焦距变大，第1透镜组G1的焦距变小，则伴随变倍的第2透镜组G2的移动量变大，使透镜总长或前透镜的直径难以小型化。而且，在望远侧的第4透镜组G4的移动量变大，变倍时的像差变动变大。相反，若超过条件式(4)的上限，则难以良好地校正畸变等各种像差。
此外，更优选满足下述条件式(4-1)。通过满足条件式(4-1)，可进一步提高通过满足条件式(4)而得到的效果。
4.4＜|f1/f2|＜5.4…(4-1) 第2透镜组G2包括1片正透镜时，将该正透镜的阿贝数设为v 2p时，优选满足下述条件式(5)。
v 2p＜25…(5) 条件式(5)规定包括在第2透镜组G2的正透镜的阿贝数，通过满足这些，即使包括在第2透镜组G2的正透镜仅是1片也能够良好地校正色像差。若超过条件式(5)的上限，阿贝数变大，则第2透镜组G2中的色像差校正的效果变低，难以实现高变倍化及高性能化。
另外，更优选满足下述条件式(5-1)。通过满足条件式(5-1)，可进一步提高通过满足条件式(5)而得到的效果。
v 2p＜21…(5-1) 第2透镜组G2包括1片正透镜时，将该正透镜的折射率设为N2p时，优选满足下述条件式(6)。
N2p＞1.83…(6) 条件式(6)规定包括在第2透镜组G2的正透镜的折射率。若低于条件式(6)的下限，则难以抑制变倍时的彗形像差的变动。
此外，更优选满足下述条件式(6-1)。通过满足条件式(6-1)，可进一步提高通过满足条件式(6)而得到的效果。
N2p＞1.90…(6-1) 第1透镜组G1由1片负透镜和3片以下的正透镜构成时，将构成第1透镜组G1的正透镜的阿贝数的平均设为v 1p，将构成第1透镜组G1的负透镜的阿贝数设为v 1n时，优选满足下述条件式(7)。
33＜v 1p-v 1n＜50…(7) 条件式(7)规定构成第1透镜组G1的正透镜的阿贝数的平均与构成第1透镜组G1的负透镜的阿贝数的关系。若低于条件式(7)的下限，则正透镜的折射率变高，有利于第1透镜组的小型化，但难以校正色像差，尤其在望远侧的色像差。若按超过条件式(7)的上限的方式在正透镜使用色散小的材料，则有利于色像差的校正，但正透镜的折射率变低而正透镜的曲率变大，因此，为了确保这些透镜的边缘厚度，第1透镜组G1成为大型化。
另外，更优选满足下述条件式(7-1)。通过满足条件式(7-1)，可进一步提高通过满足条件式(7)而得到的效果。
35＜v 1p-v 1n＜48…(7-1) 而且，在第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜中，物侧的面中的有效直径端与光轴上的物侧顶点在光轴方向的间隔、及像侧面中的有效直径端与光轴上的像侧顶点在光轴方向的间隔之中的大的一方设为dZ，将从赋予该dZ的侧的面的上述有效直径端向光轴的垂线的长度设为dY时，优选满足下述条件式(8)。
0.01＜dZ/dY＜0.20…(8) 在图10表示上述dZ及dY的一例。图10示出第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜即透镜L24的剖面图和通过比该透镜L24的光轴Z更靠下侧的有效直径端的光线Mg的一例。光线Mg是决定有效直径端的光线。在图10中，图的左侧是物侧，图的右侧是像侧，为了避免图的复杂化，省略光线Mg的一部分及其它透镜的图示。
在图10所示的例中，物侧的面成为赋予dZ侧的面，物侧的面中的有效直径端Ped和光轴上的物侧顶点P0在光轴方向的间隔成为dZ、从有效直径端Ped向光轴Z下垂的垂线的长度成为dY。
条件式(8)规定第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜的有效直径端中的中垂度(サグ量)和从有效直径端到光轴的距离之比。若低于条件式(8)的下限，则该透镜曲率变小，不能充分地校正像差。若超过条件式(8)的上限，则第2透镜组G2的总长变长。而且，在组装时构成第2透镜组G2的透镜的轴偏移或倒塌等的误差的容许量变小。
另外，更优选满足下述条件式(8-1)。通过满足条件式(8-1)，可进一步提高通过满足条件式(8)而得到的效果。
0.02＜dZ/dY＜0.18…(8-1) 而且，本变焦透镜例如在屋外等严峻的环境中使用时，配置在最靠物侧的透镜优选使用耐抗由风雨引起的表面劣化、由直射目光引起的温度变化，进而优选使用耐抗油脂/洗涤剂等化学药品的材料、即耐水性、耐气候性、耐酸性、耐药品性等高的材料，而且，优选使用坚硬且难以破碎的材料。根据以上情况，作为配置在最靠物侧的材料具体地优选使用玻璃，或者也可以使用透明的陶瓷。
在严峻的环境中使用本变焦透镜时，优选施加保护用的多层膜涂层。另外，在保护用涂层以外，也可以施加用于减少使用时的重影光等的防反射涂层膜。
在图1所示的例中，示出了在透镜系统和成像面Sim之间配置光学部件PP的例，但也可以代替配置低通滤光片或截止特定的波长区域的各种滤光片等，在各透镜之间配置这些各种滤光片，或者也可以在任意透镜的透镜面施加具有与各种滤光片相同的作用的涂层。
如上说明，根据本实施方式的变焦透镜，通过按照所要求的规格等适当采用上述优选的结构，不大幅度增加透镜片数，而可以小型地构成，并可兼顾良好的像差校正和低成本化。
[实施例] 接着，对本发明的变焦透镜的数值实施例进行说明。将实施例1的变焦透镜的透镜剖面图示于图1。将实施例2～9的变焦透镜的各透镜剖面图分别示于图2～图9。图2～图9的图示方法与图1相同。
将实施例1所涉及的变焦透镜的基本透镜数据示于表1，将有关变焦(变倍)的数据示于表2，将非球面数据示于表3。同样地，将实施例2～9所涉及的变焦透镜的基本数据、有关变焦的数据、非球面数据示于表4～表27。在以下，关于表中的记号的意义，以实施例1取为例对其进行说明，但对实施例2～9也基本相同。
在表1的基本透镜数据中，Si表示以最靠物侧的结构要素的面为第1个而随着朝向像侧依次增加的第i个(i＝1、2、3、…)的面号码，Ri表示第i个面的曲率半径，Di表示第i个面和第i+1个面的光轴Z上的面间隔。另外，面间隔的最下栏表示表中的最终面和像面Sim的面间隔。而且，在基本透镜数据中，Ndj表示以最靠物侧的透镜为第1个而随着朝向像侧依次增加的第j个(j＝1、2、3、…)的光学要素对d线(波长587.6nm)的折射率，v dj表示第j个光学要素对d线的阿贝数。另外，在基本透镜数据中也包括表示孔径光阑St及光学部件PP。在相当于孔径光阑St的面的曲率半径的栏记载有(孔径光阑)。基本透镜数据的曲率半径的符号将在物侧为凸的情况设为正，将在像侧为凸的情况设为负。
在表1的基本透镜数据中，在相当于为了进行变倍而间隔变化的第1透镜组G1和第2透镜组G2的间隔、第2透镜组G2和孔径光阑St的间隔、第3透镜组G3和第4透镜组G4的间隔、第4透镜组G4和光学部件PP的间隔的面间隔的栏分别记载有D7(可变)、D14(可变)、D20(可变)、D24(可变)。
另外，为了进行变倍而间隔变化的面间隔的符号对于实施例1是如上述，但在后述的实施例中采取根据各个结构的符号。
在表2有关的变焦的数据中表示广角端望远端中的整个系统的焦距f、F号码Fno.、全视场角2ω、伴随变倍变化的各面间隔D7、D14、D20、D24的值。全视场角2ω的单位是度。
作为表1的Ri及Di的单位、表2的f、D7、D14、D20、D24的单位可使用“mm”，但即使光学系统按比例放大或按比例缩小也可以得到同等的光学性能，所以单位不限于“mm ”，也可以使用其它适当的单位。
在表1的基本透镜数据中，在非球面的面号码附上*号，作为非球面的曲率半径表示近轴的曲率半径的数值。在表3的非球面数据中表示非球面透镜的透镜符号、非球面的面号码、这样的有关这些非球面的非球面系数。非球面系数是由以下式(A)表示的非球面式中的各系数KA、RAm(m＝3、4、5、…10)的值。
Zd＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑RAm·hm…(A) 其中， Zd非球面深度(从高度h的非球面上的点下垂到非球面顶点相切的 且垂直于光轴的平面的垂线长度) h高度(从光轴到透镜面的距离) C近轴曲率半径的倒数 KA、RAm非球面系数(m＝3、4、5、…10) 另外，在表1的Ri及Di的单位使用mm时，上述Zd、h的单位也成为mm。
[表1]
(*非球面) [表2]
[表3]
第2透镜组G2的最靠像侧的塑料非球面透镜的近轴区域中的光焦度，实施例1、9的光焦度是正，实施例2～8的光焦度是负。
[表4]
(*非球面) [表5]
[表6]
[表7]
(*非球面) [表8]
[表9]
实施例3的变焦透镜与实施例1的变焦透镜很大不同点在于，第1透镜组G1由负透镜L11、正透镜L12、正透镜L13的3片结构构成。
[表10]
(*非球面) [表11]
[表12]
[表13]
(*非球面) [表14]
[表15]
实施例5的变焦透镜与实施例1的变焦透镜很大不同点在于，第1透镜组G1由负透镜L11、正透镜L12、正透镜L13的3片结构构成。
[表16]
(*非球面) [表17]
[表18]
实施例6的变焦透镜与实施例1的变焦透镜很大不同点在于，第1透镜组G1由负透镜L11、正透镜L12、正透镜L13的3片结构构成，第3透镜组G3全部由单透镜构成，第4透镜组G4是正透镜L41的1片结构。
[表19]
(*非球面) [表20]
[表21]
[表22]
(*非球面) 实施例8的变焦透镜与实施例1的变焦透镜很大不同点在于，第2透镜组G2是弯月形状的负透镜L21、双凹形状的负透镜L22、双凹形状的负透镜L23、双凸形状的正透镜L24、在近轴区域中双凹形状的塑料非球面透镜的透镜L25的全部由单透镜构成的5片结构，还具备由1片负透镜L51构成的第5透镜组G5。实施例8中的第5透镜组G5在变倍时固定，通过第4透镜组G4进行伴随变倍的像面位置的校正及对焦。
[表25]
(*非球面) [表26]
[表27]
实施例9的变焦透镜与实施例1的变焦透镜很大不同点在于，第2透镜组G2是全部由单透镜构成，还具有由1片正透镜L51构成的第5透镜组G5。实施例9中的第5透镜组G5在变倍时固定，通过第4透镜组G4进行伴随变倍的像面位置的校正及对焦。
在表28表示对应于实施例1～9中的条件式(1)～(8)的值。由表28可知，实施例1～9中的任一个均满足条件式(1)～(8)。
[表28]
在图11(A)～图11(H)表示实施例1的变焦透镜的广角端及望远端中的球面像差(也称球差)、非点像差(也称像散)、畸变(畸变像差)、倍率色像差(也称倍率色差)的各像差图。在各像差图表示以d线(波长587.6nm)为基准波长的像差，但在球面像差图及倍率色像差图也表示对波长460.0nm、波长615.0nm的像差。球面像差图的Fno.是指F号码，其它像差图的ω是指半视场角。
同样地，在图12(A)～图12(H)、图13(A)～图13(H)、图14(A)～图14(H)、图15(A)～图15(H)、图16(A)～图16(H)、图17(A)～图17(H)、图18(A)～图18(H)、图19(A)～图19(H)表示实施例2～9的变焦透镜的广角端及望远端中的球面像差、非点像差、畸变(畸变像差)、倍率色像差的各像差图。
由以上的数据可知，实施例1～9的变焦透镜具有大约10～20倍的倍率，谋求小型化。并且在广角端的F号码(也称F数)小到1.9左右，可以良好地校正各像差，广角端及望远端均在可见区域具有高的光学性能。这些变焦透镜可适当地使用在监视摄像机、视频摄像机、电子静止摄像机等摄像装置。
在图20表示作为本发明的实施方式的摄像装置的一例，使用本发明的实施方式所涉及的变焦透镜1而构成的视频摄像机10的结构图。另外，在图20中简要地表示变焦透镜1具备的正的第1透镜组G1、负的第2透镜组G2、孔径光阑St、正的第3透镜组G3、正的第4透镜组G4。
视频摄像机10具备变焦透镜1、配置在变焦透镜1的像侧的且具有低通滤光片及红外线截止滤光片等功能的滤光片2、配置在滤光片2的像侧的摄像元件4、信号处理电路5。摄像元件4是将通过变焦透镜1形成的光学像变换成电信号的元件，例如，作为摄像元件4可以使用CCD(Charge CoupledDevice)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等。摄像元件4配置成其摄像面与变焦透镜1的像面一致。
通过变焦透镜1摄像的像成像在摄像元件4的摄像面上，有关此像的来自摄像元件4的输出信号在信号处理电路5被运算处理，显示于显示装置6。
另外，在图20图示有使用1个摄像元件4的所谓单板方式的摄像装置，但作为本发明的摄像装置，在变焦透镜1和摄像元件4之间插入分成R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)等各色的分色棱镜，使用对应于各色的3个摄像元件的所谓3板方式的摄像装置也可。
本发明的实施方式所涉及的变焦透镜具有上述的优点，因此，本实施方式的摄像装置可以小型且低成本地构成，并且可以得到高图像质量的影像。
以上，例举实施方式及实施例而说明了本发明，但本发明不限于上述实施方式及实施例，可以进行各种变形。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔、折射率、阿贝数等的值不限于在上述各数值实施例表示的值，可以取其它的值。
权利要求
1.一种变焦透镜，其特征在于，从物侧依次具备
第1透镜组，具有正的折射力且在变倍时固定；
第2透镜组，具有负的折射力且通过沿着光轴移动而进行变倍；
光阑；
第3透镜组，具有正的折射力且在变倍时固定；
第4透镜组，具有正的折射力且进行伴随变倍的像面位置的校正及对焦；
上述第2透镜组至少包括2片负透镜，在上述第2透镜组的最靠像侧配置至少1面为非球面且由塑料材料构成的塑料非球面透镜，
将该塑料非球面透镜的焦距设为f2a，将上述第2透镜组的焦距设为f2时，满足下述条件式(1)
2.4＜|f2a/f2|＜10.0…(1)。
2.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，
将从广角端向望远端变倍中的上述第2透镜组的移动量设为M2时，满足下述条件式(2)
2.5＜|M2/f2|＜3.8…(2)。
3.如权利要求1或2所述的变焦透镜，其特征在于，
将广角端的整个系统的焦距设为fw，将最高像高设为IH时，满足下述条件式(3)
1.4＜fw/IH＜2.1…(3)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的变焦透镜，其特征在于，
将上述第1透镜组的焦距设为f1时，满足下述条件式(4)
4.3＜|f1/f2|＜5.5…(4)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的变焦透镜，其特征在于，
上述第2透镜组包括1片正透镜，将该正透镜的阿贝数设为v2p时，满足下述条件式(5)
v2p＜25…(5)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的变焦透镜，其特征在于，
上述第2透镜组包括1片正透镜，将该正透镜的折射率设为N2p时，满足下述条件式(6)
N2p＞1.83…(6)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的变焦透镜，其特征在于，
上述第2透镜组从物侧依次由负透镜、负透镜、正透镜、上述塑料非球面透镜的4片构成。
8.如权利要求1至7中任一项所述的变焦透镜，其特征在于，
上述第1透镜组由1片负透镜、3片以下的正透镜构成。
9.如权利要求8所述的变焦透镜，其特征在于，
将构成上述第1透镜组的上述正透镜的阿贝数的平均设为v1p，将构成上述第1透镜组的上述负透镜的阿贝数设为v1n时，满足下述条件式(7)
33＜v1p-v1n＜50…(7)。
10.如权利要求1至9中任一项所述的变焦透镜，其特征在于，
在上述第2透镜组的上述塑料非球面透镜中，将物侧面中的有效直径端和光轴上的物侧顶点在光轴方向的间隔、及像侧面中的有效直径端和光轴上的像侧顶点在光轴方向的间隔之中的大的一方设为dZ，将从赋予该dZ之侧的面中的上述有效直径端向光轴的垂线的长度设为dY时，满足下述条件式(8)
0.01＜dZ/dY＜0.20…(8)。
11.一种摄像装置，其特征在于，
具备权利要求1至10中任一项所述的变焦透镜。
全文摘要
本发明提供一种变焦透镜，该变焦透镜保持小型且良好的光学性能，并且谋求低成本化。该变焦透镜从物侧依次具备正的第1透镜组(G1)、移动而进行变倍的负的第2透镜组(G2)、光阑、正的第3透镜组(G3)、进行伴随变倍的像面位置的校正及对焦的正的第4透镜组(G4)。第2透镜组(G2)至少包括2片负透镜。在第2透镜组(G2)的最靠像侧配置塑料非球面透镜。将该塑料非球面透镜的焦距设为f2a，将第2透镜组(G2)的焦距设为f2时，满足条件式(1)2.4＜|f2a/f2|＜10.0…(1)。
文档编号G02B15/16GK101726841SQ20091017319
公开日2010年6月9日 申请日期2009年9月14日 优先权日2008年10月23日
发明者河村大树 申请人:富士能株式会社