成像光学系统以及具有成像光学系统的电子摄像装置的制作方法

专利名称：成像光学系统以及具有成像光学系统的电子摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及特别适合于电子摄像光学系统的薄型、高变倍比且成像性能优良的成 像光学系统(变焦光学系统)以及具有该成像光学系统的电子摄像装置。
背景技术：
数字照相机在高像素化(高画质化)及小型薄型化的方面都已达到实用水平，在 功能上、市场上也都取代了银盐35mm胶片照相机。因此，作为进一步发展的方向之一，强烈 要求在保持当前的大小及厚度的状态下实现高变倍比以及进一步的高像素化。到目前为止，作为因高变倍强而采用的变焦光学系统，例如有专利文献1公开的 光学系统。在专利文献1中公开了所谓的正先行型变焦光学系统，该系统由以下5个透镜 组构成从物体侧依次为，具有正屈光力的第1透镜组、具有负屈光力的第2透镜组、具有正 屈光力的第3透镜组、具有负屈光力的第4透镜组、以及具有正屈光力的第5透镜组。该光学系统由于变倍比是5至10、广角端的F值是2. 4而具有高的成像性能。然 而，各透镜组的光轴方向的厚度大。因此，即使采用伸缩式镜筒，也难以使照相机壳体变薄。 另外，伸缩式镜筒是在照相机壳体的厚度(进深)方向收纳镜头镜筒单元的方式的镜筒。并且，专利文献2公开了这样的光学系统在良好校正色差的同时，使镜头要素变 薄，削减镜头构成枚数来实现了薄型化。为了实现这样的光学系统，在专利文献2中，使用 在现有玻璃中没有的有效色散特性或部分色散特性的透明介质。然而，由于使用了所述透 明介质的镜头的形状和配置不一定适当，因而难以说能充分实现薄型化。专利文献1 日本特开2003-255228号公报专利文献2 日本特开2006-145823号公报

发明内容
本发明是鉴于上述现有课题而作成的，本发明的目的是提供一种可同时实现薄型 和高变倍比、且能良好进行在高变倍比化中要求特别严格的色差的成像光学系统以及具有 该成像光学系统的电子摄像装置。为了解决上述课题，本发明的成像光学系统，该成像光学系统具有最靠物体侧的 透镜组I ；孔径光阑；以及配置在所述透镜组I和所述孔径光阑之间且整体具有负屈光力的 透镜组A，所述透镜组A包含正透镜LA和负透镜LB接合得到的接合透镜成分，所述透镜组I 和所述透镜组A的光轴上距离为了进行变焦而变动，所述接合透镜成分具有由非球面构成 的接合面，采用将光轴方向设为ζ、且将与光轴垂直的方向设为h的坐标轴，并且，设R为球 面成分在光轴上的曲率半径，设k为圆锥常数，设A4、A6、A8、A1(I…为非球面系数，用下式(1) 表示非球面的形状，Z = h2/R[l+{l-(l+k)h2/R2}1/2]+A4h4+A6h6 十 A8h8+A10h10+…...(1)并且，在用下式⑵表示偏移量的情况下，
Δ ζ = z-h2/R[l+{l"h2/R2}1/2]- (2)该成像光学系统满足以下条件式(3a)或条件式(3b)在&彡0时，Azc(h)((厶2401) + 厶 01))/2，其中11 = 2.5&...(3&)在&彡0时，Azc(h)彡(AzA(h) + Ah(h))/2，其中 h = 2. 5a... (3b)其中，zA是所述正透镜LA的空气接触面的形状，是基于式(1)的形状，zB是所述负透镜LB的空气接触面的形状，是基于式(1)的形状，、是所述接合面的形状，是基于式(1)的形状，Δ zA是所述正透镜LA的空气接触面的偏移量，是基于式O)的量，Δ h是所述负透镜LB的空气接触面的偏移量，是基于式(2)量，Δ zc是所述接合面的偏移量，是基于式O)的量，Rc是所述接合面的近轴曲率半径，a是基于以下条件式⑷的量，a = (y10)2 · Iog10 γ /fw- (4)并且，在式⑷中，y10是最大像高，fw是所述成像光学系统在广角端的整个系统的焦距，γ是所述成像光学系统的变焦比，即望远端的整个系统的焦距/广角端的整个系 统的焦距，并且，由于以各面的面顶为原点，因而总是Z(O) = 0。并且，本发明的电子摄像装置，其特征在于，该电子摄像装置具有上述的成像光 学系统；电子摄像元件；以及图像处理单元，其对由所述电子摄像元件拍摄通过所述成像 光学系统成像的像而获得的图像数据进行加工，作为使所述像的形状改变后的图像数据 而输出，所述成像光学系统是变焦镜头，该变焦镜头在无限远物点对焦时满足以下条件式 (17)0. 70 < J01/ (fw · tan ω 07w) < 0. 97... (17)其中，在将所述电子摄像元件的可摄像的面即有效摄像面内从中心到最远点的距 离即最大像高设为y1(l时，表示为= 0. 1ιο, 是广角端的与所述摄像面上的到中 心的距离为Jm的位置上所成的像点对应的物点方向相对于光轴的角度，fV表示广角端的 所述成像光学系统的整个系统的焦距。根据本发明，可实现一种可达到薄型和高变倍比、且能良好进行在高变倍比方面 要求特别严格的色差的成像光学系统以及具有该成像光学系统的电子摄像装置。


图1是示出本发明的实施例1的变焦镜头在(a)广角端、(b)中间、(C)望远端进 行无限远物点对焦时的光学结构的沿着光轴的剖视图。图2是示出实施例1的变焦镜头进行无限远物点对焦时的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差的图，(a)示出广角端的状态，(b)示出中间的状态，(C)示出望远端的状态。图3是示出本发明的实施例2涉及的变焦镜头在(a)广角端、(b)中间、(c)望远 端进行无限远物点对焦时的光学结构的沿着光轴的剖视图。图4是示出实施例2的变焦镜头进行无限远物点对焦时的球面像差、像散、畸变像 差、倍率色差的图，(a)示出广角端的状态，(b)示出中间的状态，(c)示出望远端的状态。图5是示出本发明的实施例3的变焦镜头在(a)广角端、(b)中间、(c)望远端进 行无限远物点对焦时的光学结构的沿着光轴的剖视图。图6是示出实施例3的变焦镜头进行无限远物点对焦时的球面像差、像散、畸变像 差、倍率色差的图，(a)示出广角端的状态，(b)示出中间的状态，(c)示出望远端的状态。图7是示出本发明的实施例4的变焦镜头在(a)广角端、(b)中间、(c)望远端进 行无限远物点对焦时的光学结构的沿着光轴的剖视图。图8是示出实施例4的变焦镜头进行无限远物点对焦时的球面像差、像散、畸变像 差、倍率色差的图，(a)示出广角端的状态，(b)示出中间的状态，(c)示出望远端的状态。图9是示出组装了本发明的变焦光学系统的数字照相机40的外观的前方立体图。图10是数字照相机40的后方立体图。图11是示出数字照相机40的光学结构的剖视图。图12是将本发明的变焦光学系统作为物镜光学系统而内置的信息处理装置的一 例即个人计算机300的盖为打开状态的前方立体图。图13是个人计算机300的摄影光学系统303的剖视图。图14是个人计算机300的侧视图。图15是示出将本发明的变焦光学系统作为摄影光学系统而内置的信息处理装置 的一例即移动电话的图，(a)是移动电话400的正视图，(b)是侧视图，(c)是摄影光学系统 405的剖视图。标号说明Gl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Ll LlO各透镜LPF低通滤波器CG保护玻璃I摄像面E观察者的眼球40数字照相机41摄影光学系统42摄影用光路43取景光学系统44取景用光路
45 快门46闪光灯47液晶显示监视器48变焦镜头49CCD50摄像面51处理单元53取景用物镜光学系统55波罗棱镜57视野框59目镜光学系统66对焦用透镜67成像面100物镜光学系统102保护玻璃162电子摄像元件芯片166 端子300个人计算机301 键盘302监视器303摄影光学系统304摄影光路305 图像400移动电话401麦克风部402扬声器部403输入拨号盘404监视器405摄影光学系统406 天线407摄影光路
具体实施例方式在实施例的说明之前，对本实施方式的成像光学系统的作用效果进行说明。为了使光学系统薄型化，需要缩短光学系统的全长。在要同时实现该光学系统全 长的缩短和高变倍率化的情况下，颜色球面像差和倍率色差的与像高相关的高阶成分容易 变大。在现有的光学系统中，难以校正这些像差。这里，当有颜色球面像差时，即使在基准 波长下良好地校正了球面像差，也处于在其他一波长时校正不足或校正过度的状态。因此，本实施方式的成像光学系统具有最靠物体侧的透镜组I ；孔径光阑；以及配置在透镜组I和孔径光阑之间且整体具有负屈光力的透镜组A，透镜组A包含正透镜LA 和负透镜LB接合成的接合透镜成分，透镜组I和透镜组A在光轴上的距离为了变焦而变 动，接合透镜成分具有由非球面构成的接合面。另外，正透镜是指近轴焦距是正值的透镜， 负透镜是指近轴焦距是负值的透镜。在本实施方式的成像光学系统中，通过使接合透镜成分的接合面为非球面，能良 好校正颜色球面像差和倍率色差。特别是，在广角端，通过光学系统的光线高度在透镜组A 最高。因此，当将接合透镜成分导入到透镜组A内时，可在广角端容易校正该倍率色差的与 像高相关的高阶成分。不过，只是使接合面为单纯的非球面，难以充分校正颜色球面像差和倍率色差。也 就是说，为了充分校正颜色球面像差和倍率色差，该非球面的形状很重要。关于广角端的 倍率色差的与像高相关的高阶成分，在产生该高阶成分的情况下，当着眼于短波长(例如g 线)时，成为以正的中间像高针对基准波长(例如d线)取负侧的值、以正的最大像高取正 侧的值的状态。因此，为了校正该高阶成分，只要在具有消色作用的接合面中，将在比像高 更高的针对主光线的位置处的面的曲率设定为减弱消色力度的方向的曲率即可。即，具体地说，采用将光轴方向设为ζ、且将与光轴垂直的方向设为h的坐标轴，并 且，设R为球面成分在光轴上的曲率半径，设k为圆锥常数，设A4、A6、A8、Altl…为非球面系 数，用下式(1)表示非球面的形状，ζ = h2/R[l+{l-(l+k)h2/R2}1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+…...(1)并且，用下式(2)表示偏移量时，Δ ζ = z-h2/R[l+{l"h2/R2}1/2]- (2)优选满足以下条件式(3a)或条件式(3b)在&彡0时，Azc(h) ( (AzA(h) + Ah(h))/2(其中 h = 2. 5a)…(3a)在&彡0时，Azc(h)彡(AzA(h) + Ah(h))/2(其中 h = 2. 5a)…(3b)其中，^是正透镜LA的空气接触面的形状，是基于式⑴的形状，^是负透镜LB的空气接触面的形状，是基于式(1)的形状，、是接合面的形状，是基于式(1)的形状，Δ zA是正透镜LA的空气接触面的偏移量，是基于式O)的量，Δ ^是负透镜LB的空气接触面的偏移量，是基于式O)的量，Δ、是接合面的偏移量，是基于式O)的量，Rc是接合面的近轴曲率半径，a是基于以下条件式⑷的量，a = (y10)2 · logloY/fw…(4)并且，在式⑷中，y1Q是最大像高，fw是成像光学系统在广角端的整个系统的焦距，
γ是成像光学系统中的变倍比(望远端的整个系统的焦距/广角端的整个系统的 焦距)，并且，由于以各面的面顶为原点，因而总是Z(O) =0。当偏离这些条件时，即使将非球面导入到接合面，也不能发挥其效果。反之，在满 足以上结构或条件的情况下，可校正伴随小型化和薄型化而显著产生的色差，因而可维持 提高成像性能。另外，当满足以下所述的材料色散特性相关的条件时，可更有效地校正色差。在本实施方式的成像光学系统中，其特征在于，在设横轴为vd、纵轴为θ gF的正 交坐标系中，当设定了用QgF= αχν(1+β(其中，α = -0. 00163)表示的直线时，在由取 以下条件式(5)的范围的下限值时的直线和取上限值时的直线所规定的区域、以及由以下 条件式(6)所规定的区域这两个区域内，包含正透镜LA的θ gF和vd，0. 6700 < β < 0. 9000... (5)3 < vd < 27...(6)其中，θ gF表示正透镜LA的部分色散比(ng-nF) / (nF-nC)，vd表示正透镜LA的阿贝数(nd-1) / (nF-nC)，nd、nC、nF、ng分别表示正透镜LA的d线、C线、F线、g线的折射率。当低于条件式(5)的下限值时，因二级光谱引起的轴上色差、即对F线与C线进行 消色时的g线的轴上色差校正不充分。因此，在摄像得到的图像中，难以确保图像的清晰 度。当超过条件式(5)的上限值时，因二级光谱引起的轴上色差校正过剩。其结果，与低于 上限值的情况一样，在摄像得到的图像中，难以确保图像的清晰度。即使超过条件式(6)的下限值和上限值中的任一方，F线和C线的消色自身也变 得困难，变焦时的色差变动增大。因此，在摄像得到的图像中，难以确保图像的清晰度。另外，更优选取代条件式(5)，满足以下条件式(5’ )。0. 6850 < β < 0. 8700... (5，)而且，更优选取代条件式(5)，满足以下条件式(5”)。0. 7000 < β < 0.8500... (5”)并且，在本实施方式的成像光学系统中，其特征在于，与上述的正交坐标不同的、 设横轴为vd且纵轴为θ hg的正交坐标系内，当设定了用9hg= ahgXvd+i3hg(其中， α hg = -0. 00225)表示的直线时，在由取以下条件式(7)的范围的下限值时的直线以及取 上限值时的直线所规定的区域和由以下条件式(6)所规定的区域这两个区域内，包含正透 镜 LA 的 0hg*vd。0. 6350 < β hg < 0. 9500... (7)3 < vd < 27— (6)其中，θ hg表示正透镜LA的部分色散比(nh-ng) / (nF-nC)，nh表示正透镜LA的h线的折射率。当低于条件式(7)的下限值时，因二级光谱引起的轴上色差、即对F线与C线进行 消色时的h线的轴上色差校正不充分。因此，在摄像得到的图像中，容易产生紫色光斑及渗色。当超过条件式(7)的上限值时，因在凹透镜中使用时的二级光谱引起的轴上色差、即对 F线与C线进行了消色时的h线的轴上色差校正不充分。因此，在摄像得到的图像中，容易 产生紫色光斑及渗色。另外，更优选取代条件式(7)，满足以下条件式(7’)。0. 6700 < β hg < 0. 9200... (7，)而且，更优选取代条件式(7)，满足以下条件式(7”)。0. 7000 < β hg < 0. 9000— (7")并且，本实施方式的成像光学系统优选满足以下条件式(8)。0. 07 彡 θ gF(LA)_ θ gF(LB)彡 θ . 50... (8)其中，θ gF (LA)是正透镜 LA 的部分色散比(ng_nF) / (nF_nC)，θ gF (LB)是负透镜 LB 的部分色散比(ng_nF) / (nF_nC)。在该情况下，由于构成为正透镜(正透镜LA)和负透镜(负透镜LB)的组合，因而 能良好地进行色差校正。特别是，当他通过该组合满足上述条件时，由二级光谱引起的轴上 色差的校正效果变大，图像的清晰度增加。并且，更优选取代上述条件式(8)，满足条件式(8’ )。0. 10 彡 θ gF (LA) - θ gF (LB)彡 0. 40... (8，)而且，最优选取代上述条件式(8)，满足条件式(8”)。0. 12 彡 θ gF(LA)-θ gF(LB)彡 0. 30... (8，，)并且，本实施方式的成像光学系统优选满足以下条件式(9)。0. 10 彡 θ hg (LA) - θ hg(LB) ( 0. 60... (9)其中，θ hg (LA)是正透镜 LA 的部分色散比(nh_ng) / (nF-nC)，θ hg (LB)是负透镜 LB 的部分色散比(nh-ng) / (nF-nC)。在该情况下，由于构成为正透镜(正透镜LA)和负透镜(负透镜LB)的组合，因而 能良好地进行色差校正。特别是，当通过该组合满足上述条件时，可减轻颜色光斑和渗色。并且，更优选取代上述条件式(9)，满足下述条件式(9’ )。0. 14 ^ θ hg(LA)- θ hg(LB) ^ 0. 55...(9，)而且，最优选取代上述条件式(9)，满足下述条件式(9”)。0. 19 ^ θ hg(LA)- θ hg(LB) ^ 0. 50— (9")并且，本实施方式的成像光学系统优选满足以下条件式(10)。vd(LA)-vd(LB)彡-10...(10)其中，vd(LA)是正透镜 LA 的阿贝数(nd-l) / (nF-nC)，vd(LB)是负透镜 LB 的阿贝数(nd-l) / (nF-nC)。在此情况下，由于构成为正透镜(正透镜LA)和负透镜(负透镜LB)的组合，因而 能良好地进行色差校正。特别是，当通过该组合满足上述条件时，容易进行轴上色差、倍率 色差中的C线与F线的消色。并且，更优选取代上述条件式(10)，满足下述条件式(10’)。
vd (LA) -vd (LB)彡-14…(10，)而且，最优选取代上述条件式(10)，满足下述条件式(10”)。vd(LA)-vd(LB)彡-18...(10，，)另外，当使成像光学系统为变焦镜头时，为了实现变焦镜头的高变倍化和薄型化， 有必要提高透镜组A的负屈光力。因此，在正透镜LA中使用的光学材料的d线稍低是优选 的。具体地说，本实施方式的成像光学系统优选满足以下条件式(11)。1. 55 彡 nd(LA)彡 1. 90...(11)这里，nd(LA)是正透镜LA针对d线的折射率。当超过条件式(11)的上限时，在薄型化方面容易变得不利。并且，当超过条件式 (11)的下限时，难以良好校正像散。并且，更优选取代上述条件式(11)，满足下述条件式(11’)。1. 58 彡 nd(LA)彡 1. 80...(11，)而且，最优选取代上述条件式(11)，满足下述条件式(11”)。1. 60 彡 nd(LA)彡 1. 75...(11，)并且，本实施方式的成像光学系统优选满足以下条件式(12)。1. 52 彡 nd (LB)彡 2. 40...(12)其中，nd(LB)是负透镜LB针对d线的折射率。当超过条件式(1 的下限时，在薄型化方面容易变得不利。并且，当超过上限时， 难以良好校正像散。并且，更优选取代上述条件式(12)，满足下述条件式(12’)。1. 58 彡 nd (LB)彡 2. 30…(12，)而且，最优选取代上述条件式(12)，满足下述条件式(12”)。1. 67 彡 nd (LB)彡 2. 20...(12”)并且，在满足条件式(11)、(12)或者(11，)、(11”)、(12，)、(12”)的情况下，当正 透镜LA和负透镜LB的针对d线的折射率之差，即，接合面中的折射率之差为0. 3以下时， 不会使针对d线等成为基准的波长的诸像差恶化，可校正高阶色差成分。然而，难以使用光学玻璃实现满足条件式( 、(6)的光学材料。另一方面，在树脂 等有机材料、或者使无机微粒子扩散到有机材料来改变光学特性的材料的情况下，具有能 容易实现的可能性。因此，满足条件式(5)、(6)的光学材料优选使用树脂等有机材料。并且，优选的是，在作为正透镜LA的光学材料使用上述有机材料的情况下，尽可 能将正透镜LA加工得较薄。因此，优选的是，作为正透镜LA的材料使用能量硬化型树脂。 而且，以在负透镜LB上直接成形出正透镜LA的方式来形成接合透镜成分的方法是优选的。也就是说，首先，向负透镜LB的光学面排出能量硬化型树脂。然后，使能量硬化型 树脂与负透镜LB的光学面接触，之后使能量硬化型树脂铺展开。接下来，使能量硬化型树 脂硬化。这样以形成透镜LA的方式形成接合透镜成分。不过，对透镜LB也可以预先实施 表面处理(例如涂层、涂布等)。在该表面处理中使用与形成透镜LB的光学材料不同的物 质。另外，作为能量硬化型树脂，有紫外线硬化型树脂、或者使TiO2等无机微粒子扩散到紫 外线硬化型树脂内得到的复合材料。在上述的接合透镜的形成方法中，可容易地使接合面为非球面。在上述例子中，使用阿贝数或部分色散比不同的材料(介质)，进行接合面的非球面化。这样的非球面化与通 常的空气接触面的非球面的情况不同，在校正倍率色差的与像高相关的高阶成分、色陀螺 (- 7 )像差、色球面像差之类的高阶色差成分方面有效果。特别是，在具有负屈光力的透镜组A与开口光阑相比位于物体侧的结构中，优选 的是，使该透镜组A的接合面为非球面化。此时，通过满足上述条件式(3a)或条件式C3b)， 可针对在广角侧的倍率色差的与像高相关的高阶成分、色陀螺像差，获得显著的校正效果。 并且，在别的透镜组与透镜组A相比位于物体侧的结构中，特别优选该别的透镜组具有正 屈光力。这样，上述的校正效果表现显著。并且，更优选的是满足条件式( (1 的条 件中的1个以上。并且，本实施方式的成像光学系统优选满足以下条件式(13)。O.05 ≤|zA(h)ic(h) |/tA ≤ 0. 95(其中，h = 2. 5a 时)…(13)其中，tA是正透镜LA的光轴上的厚度，并且总是ζ (0) = 0。当低于条件式(13)的下限时，色差校正容易变得不充分。并且，当超过条件式 (13)的上限时，当考虑将正透镜加工得较薄时，难以确保周边部的边缘厚度。并且，更优选取代上述条件式(13)，满足以下条件式(13’)(其中，h = 2. 时)。0. 10 ≤ I zA (h) -Zc (h) | /tA ≤ 0. 90...(13，)而且，最优选取代上述条件式(13)，满足下述条件式(13”)(其中丄=2.如时)。0.15≤ I zA (h) -Zc (h) | /tA ≤ 0. 85...(13”)并且，本实施方式的成像光学系统优选满足以下条件式。0. 3 ≤ tA/tB ≤ 1. 2...(14)其中，tB是负透镜LB的光轴上的厚度。另外，在本实施方式的成像光学系统中，根据下述(Al)至(Α； )中的任一个来配置 将正透镜LA和负透镜LB接合得到的接合透镜成分的使用方法是优选的。这样，在色差校 正、高倍率化、像散的各方中，可分别实现高水平的像差校正。(Al)在透镜组A的最靠物体侧配置负屈光力，在其像侧配置至少1枚正透镜。(A2)在透镜组A的最靠物体侧首先配置负的单透镜，在其紧临的像侧配置该接合 透镜成分。(A3)在透镜组A的最靠像侧配置该接合透镜成分。并且，优选的是，继透镜组A之后的透镜组的结构从透镜组A侧起依次为以下的 ⑴ (vii)中的任一方。(i)由具有正屈光力的透镜组G3和具有正屈光力的透镜组G4的全部即4个透镜 组构成。(ii)由具有负屈光力的透镜组G3和具有正屈光力的透镜组G4的全部即4个透镜 组构成。(iii)由具有正屈光力的透镜组G3和具有负屈光力的透镜组G4的全部即4个透 镜组构成。(iv)由具有正屈光力的透镜组G3、具有正屈光力的透镜组G4和具有负屈光力的 透镜组G5的全部即5个透镜组构成。
(ν)由具有正屈光力的透镜组G3、具有负屈光力的透镜组G4和具有正屈光力的透 镜组G5的全部即5个透镜组构成。(vi)由具有正屈光力的透镜组G3、具有负屈光力的透镜组G4和具有正屈光力的 透镜组G5的全部即5个透镜组构成。(vii)由具有正屈光力的透镜组G3、具有正屈光力的透镜组G4和具有正屈光力的 透镜组G5的全部即5个透镜组构成。另外，在任一结构中都优选的是，在最靠物体侧配置透镜组I，在该透镜组I中配 备反射光学元件。该反射光学元件用于使有助于成像的光线折弯。这样，可促进光学系统 的进深上的薄型化。以下详细描述基于图像处理的畸变校正。假定使无限远物体在没有畸变像差的光 学系统中成像。在该情况下，由于所成像的像没有畸变，因而下式成立。f = y/tanco ... (15)其中，y是像点距光轴的高度，f是成像系统的焦距，ω是与在摄像面上的到中心 的距离为y的位置上所成的像点对应的物点方向相对于光轴的角度。另一方面，在光学系统中只有当处于广角端附近的状态时才容许桶形畸变像差的 情况下，下式成立。f > y/tanco ... (16)也就是说，当ω和y取一定的值时，广角端的焦距f可以较长，相应地有助于像差 校正。并且，与所述透镜组A相当的透镜组通常由2个以上成分构成的理由是为了使畸变 像差和像散都实现，然而由于没有必要这样做，因而可仅由1个成分构成得较薄。因此，在本发明的电子摄像装置中，要通过图像处理对由电子摄像元件得到的图 像数据进行加工。在该加工中，改变图像数据(图像的形状)以便校正桶形畸变像差。这 样，最终得到的图像数据成为具有与物体基本相似的形状的图像数据。因此，只要根据该图 像数据向CRT或打印机输出物体的图像即可。因此，在实施方式的电子摄像装置中具有电子摄像元件和图像处理单元，该图像 处理单元对由电子摄像元件拍摄通过成像光学系统成像的像而获得的图像数据进行加工， 输出使像的形状变化后的图像数据，其中，成像光学系统是变焦镜头，变焦镜头优选在近似 无限远物点对焦时满足以下条件式(17)。0. 70 < J01/ (fw · tan ω 07w) < 0. 97... (17)其中，在将最大像高设为y1(l时，表示为= 0. 7y10, ω是广角端的与摄像面 上的到中心的距离为yOT的位置上所成的像点对应的物点方向相对于光轴的角度。另外，在 本实施方式为电子摄像装置的情况下，最大像高是在电子摄像元件的有效摄像面内(可摄 像的面内)从中心到最远点的距离。由此，y1(l也是在电子摄像元件的有效摄像面内(可摄 像的面内)从中心到最远点的距离。上述条件式(17)规定了变焦广角端的桶形畸变的程度。如果满足条件式(17)，则 能够合适地进行像散校正。另外，发生了桶形畸变的像由摄像元件进行光电变换而成为桶 形畸变的图像数据。然而，桶形畸变的图像数据由电子摄像装置的信号处理系统即图像处理单元以电 子方式实施相当于改变像的形状的加工。这样，即使利用显示装置来再现最终从图像处理单元输出的图像数据，也能够获得校正了畸变且与被摄体形状基本相似的图像。这里，在超过条件式(17)的上限值的情况下，特别是当取接近1的值时，可获得以 光学方式良好校正了畸变像差的图像。因此，由图像处理单元进行的校正可以很小。然而， 对像散的校正来说不利。另一方面，当低于条件式(17)的下限值时，在利用图像处理单元来校正因光学系 统的畸变像差导致的图像失真的情况下，视场角周边部向放射方向的拉伸率变得过高。其 结果，在摄像得到的图像中，图像周边部的清晰度劣化变得明显。这样，通过满足条件式(17)，容易良好地校正像散，能实现光学系统的薄型化和大 口径比化(在广角端比F/2.8还明亮)。另外，更优选取代条件式(17)，满足以下条件式(17’)。0. 73 < J01/ (fw · tan (O0J < 0. 96... (17，)而且，进一步优选取代条件式(17)，满足以下条件式(17”)。0. 76 < J01/ (fw · tan ω 07w) < 0· 95... (17”)下面，说明本发明的实施例1涉及的变焦镜头。图1是示出本发明的实施例1涉 及的变焦镜头的无限远物点对焦时的光学结构的沿着光轴的剖视图，(a)是广角端的剖视 图，(b)是中间焦距状态的剖视图，(c)是在望远端的剖视图。图2是示出实施例1涉及的变焦镜头的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散 (AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图，(a)示出广角端的状态，(b)示出中间焦距状态， (c)示出望远端的状态。并且，FIY表示像高。另外，像差图中的标号在后述的实施例中也 是共用的。如图1所示，实施例1的变焦镜头从物体侧起，依次配置有正屈光力的第1透镜组 G1、负屈光力的第2透镜组G2、孔径光阑S、正屈光力的第3透镜组G3、以及正屈光力的第4 透镜组G4。另外，在以下全部实施例中，在透镜剖视图中，LPF表示低通滤波器，CG表示保 护玻璃，I表示电子摄像元件的摄像面。第1透镜组Gl由凹面朝向物体侧的正凹凸透镜Ll和正双凸透镜L2的接合透镜 构成，且整体具有正屈光力。第2透镜组G2由凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L3、凸面朝向像侧的正凹凸透镜 L4以及凸面朝向像侧的负凹凸透镜L5的接合透镜构成，且整体具有负屈光力。这里，凸面 朝向像侧的正凹凸透镜L4是透镜LA，凸面朝向像侧的负凹凸透镜L5是负透镜LB。第3透镜组G3由正双凸透镜L6、凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L7、以及凸面朝向 物体侧的负凹凸透镜L8的接合透镜构成，且整体具有正屈光力。第4透镜组G4由正双凸透镜L9构成，且整体具有正屈光力。在从广角端向望远端变倍时，第1透镜组Gl被大致固定到中间位置(少许向像侧 移动)，从中间位置向物体侧移动，第2透镜组G2向像侧移动而到达中间位置，并从中间位 置向物体侧移动，孔径光阑S向物体侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4 向物体侧移动而到达中间位置，并从中间位置向像侧移动。对以下合计7个面采用非球面第1透镜组Gl中的正双凸透镜L2的像侧的面、第 2透镜组G2中的凸面朝向像侧的正凹凸透镜L4的两面和凸面朝向像侧的负凹凸透镜L5的 像侧的面、第3透镜组G3中的正双凸透镜L6的两面、以及第4透镜组G4中的正双凸透镜L9的物体侧的面。下面，说明本发明的实施例2涉及的变焦镜头。图3是示出本发明的实施例2涉 及的变焦镜头的无限远物点对焦时的光学结构的沿着光轴的剖视图，(a)是广角端的剖视 图，(b)是中间焦距状态的剖视图，(c)是在望远端的剖视图。图4是示出实施例2涉及的变焦镜头的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散 (AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图，(a)示出广角端的状态，(b)示出中间焦距状态， (c)示出望远端的状态。如图3所示，实施例2的变焦镜头从物体侧起，依次配置有正屈光力的第1透镜组 G1、负屈光力的第2透镜组G2、孔径光阑S、正屈光力的第3透镜组G3、以及正屈光力的第4 透镜组G4。第1透镜组Gl由凸面朝向物体侧的负凹凸透镜Ll和凸面朝向物体侧的正凹凸透 镜L2的接合透镜构成，且整体具有正屈光力。第2透镜组G2由凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L3、凸面朝向像侧的正凹凸透镜 L4和负双凹透镜L5的接合透镜、以及正双凸透镜L6构成，且整体具有负屈光力。这里，凸 面朝向像侧的正凹凸透镜L4是透镜LA，负双凹透镜L5是负透镜LB。第3透镜组G3由正双凸透镜L7、凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L8、以及凸面朝向 物体侧的负凹凸透镜L9的接合透镜构成，且整体具有正屈光力。第4透镜组G4由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜LlO构成，且整体具有正屈光力。在从广角端向望远端变倍时，第1透镜组Gl向像侧移动而到达中间位置，从中间 位置向物体侧移动，第2透镜组G2向像侧移动而到达中间位置，从中间位置向物体侧移动， 孔径光阑S向物体侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4向物体侧移动而到 达中间位置，并从中间位置向像侧移动。对以下合计6个面采用非球面第2透镜组G2中的凸面朝向像侧的负凹凸透镜 L4的两面和负双凹透镜L5的像侧的面、第3透镜组G3中的正双凸透镜L7的两面、以及第 4透镜组G4中的凸面朝向物体侧的正凹凸透镜LlO的物体侧的面。下面，说明本发明的实施例3涉及的变焦镜头。图5是示出本发明的实施例3涉 及的变焦镜头的无限远物点对焦时的光学结构的沿着光轴的剖视图，(a)是广角端的剖视 图，(b)是中间焦距状态的剖视图，(c)是在望远端的剖视图。图6是示出实施例3涉及的变焦镜头的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散 (AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图，(a)示出广角端的状态，(b)示出中间焦距状态， (c)示出望远端的状态。如图5所示，实施例3的变焦镜头从物体侧起，依次配置有正屈光力的第1透镜组 G1、负屈光力的第2透镜组G2、孔径光阑S、正屈光力的第3透镜组G3、以及正屈光力的第4 透镜组G4。第1透镜组Gl由正双凸透镜Ll构成，且整体具有正屈光力。第2透镜组G2由负双凹透镜L2、凸面朝向像侧的正凹凸透镜L3以及负双凹透镜 L4的接合透镜构成，且整体具有负屈光力。这里，凸面朝向像侧的正凹凸透镜L3是透镜LA， 负双凹透镜L4是负透镜LB。第3透镜组G3由正双凸透镜L5和凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L6构成，且整体具有正屈光力。第4透镜组G4由正双凸透镜L7构成，且整体具有正屈光力。在从广角端向望远端变倍时，第1透镜组Gl向物体侧移动，第2透镜组G2是大致 固定的(少许向物体侧移动)，孔径光阑S向物体侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第 4透镜组G4向像侧移动而到达中间位置，并从中间位置向物体侧移动。对以下合计10个面采用非球面第1透镜组Gl中的正双凸透镜Ll的两面、第2 透镜组G2中的负双凹透镜L2的两面和凸面朝向像侧的正凹凸透镜L3的两面和负双凹透 镜L4的像侧的面、第3透镜组G3中的正双凸透镜L5的两面、以及第4透镜组G4中的正双 凸透镜L7的物体侧的面。下面，说明本发明的实施例4涉及的变焦镜头。图7是示出本发明的实施例3涉 及的变焦镜头的无限远物点对焦时的光学结构的沿着光轴的剖视图，(a)是广角端的剖视 图，(b)是中间焦距状态的剖视图，(c)是在望远端的剖视图。图8是示出实施例4涉及的变焦镜头的无限远物点对焦时的球面像差(SA)、像散 (AS)、畸变像差(DT)、倍率色差(CC)的图，(a)示出广角端的状态，(b)示出中间焦距状态， (c)示出望远端的状态。如图7所示，实施例4的变焦镜头从物体侧起，依次配置有正屈光力的第1透镜组 G1、负屈光力的第2透镜组G2、孔径光阑S、正屈光力的第3透镜组G3、以及正屈光力的第4 透镜组G4。第1透镜组Gl由正双凸透镜Ll构成，且整体具有正屈光力。第2透镜组G2由负双凹透镜L2、负双凹透镜L3和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜 L4的接合透镜构成，且整体具有负屈光力。这里，凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L4是透镜 LA,负双凹透镜L3是负透镜LB。第3透镜组G3由正双凸透镜L5和凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L6构成，且整体 具有正屈光力。第4透镜组G4由凸面朝向像侧的负凹凸透镜L7构成，且整体具有正屈光力。在从广角端向望远端变倍时，第1透镜组Gl向物体侧移动，第2透镜组G2向物体 侧移动，孔径光阑S向物体侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4向像侧移 动而到达中间位置，并从中间位置起固定。对以下合计10个面采用非球面第1透镜组Gl中的正双凸透镜Ll的两面、第2 透镜组G2中的负双凹透镜L2的两面和负双凹透镜L3的两面和凸面朝向物体侧的正凹凸 透镜L4的像侧的面、第3透镜组G3中的正双凸透镜L5的两面、以及第4透镜组G4中的凸 面朝向像侧的负凹凸透镜L7的物体侧的面。下面将给出构成上述各实施例的变焦镜头的光学部件的数值数据。另外，在各实 施例的数值数据中，rl、r2、…表示各透镜面的曲率半径，dl、d2、…表示各透镜的厚度或 空气间隔，ndl、nd2、…表示各透镜对于d线的折射率，vdl、vd2、…表示各透镜的阿贝数， Fno.表示F数，f表示整个系统的焦距，DO表示从物体到第1面的距离。并且，*表示非球 面，STO表示光阑。并且，在设光轴方向为ζ、与光轴垂直的方向为y、圆锥系数为K、非球面系数为A4、 A6、A8、A10时，用下式来表示非球面形状。
权利要求
1.一种成像光学系统，其特征在于，该成像光学系统具有 最靠物体侧的透镜组I ；孔径光阑；以及配置在所述透镜组I和所述孔径光阑之间且整体具有负屈光力的透镜组A， 所述透镜组A包含正透镜LA和负透镜LB接合得到的接合透镜成分， 所述透镜组I和所述透镜组A的光轴上距离为了进行变焦而变动， 所述接合透镜成分具有由非球面构成的接合面，采用将光轴方向设为ζ、且将与光轴垂直的方向设为h的坐标轴，并且，设R为球面成分 在光轴上的曲率半径，设k为圆锥常数，设A4、A6、A8、A1(I…为非球面系数，用下式(1)表示非 球面的形状，ζ = h2/R[l+{l-(l+k)h2/R2}"2]+A4h4+A6h6 十 A8h8+A10h10+…...(1)并且，在用下式( 表示偏移量的情况下，Δ ζ = z-h2/R[l+{l"h2/R2}1/2]... (2)该成像光学系统满足以下条件式(3a)或条件式(3b)在&彡0时，Azc(h) ( ( Δ zA(h) +Δ zBh = 2. 5a··· (3a)在&彡0时，Azc(h)彡(厶 01) + 厶 01))/2，其中11 = 2.5&...(313) 其中，zA是所述正透镜LA的空气接触面的形状，是基于式(1)的形状，h是所述负透镜LB的空气接触面的形状，是基于式(1)的形状，^是所述接合面的形状，是基于式(1)的形状，Δ zA是所述正透镜LA的空气接触面的偏移量，是基于式O)的量，Δ h是所述负透镜LB的空气接触面的偏移量，是基于式O)的量，△ ^是所述接合面的偏移量，是基于式O)的量，Rc是所述接合面的近轴曲率半径，a是基于以下条件式的量，a = (y10)2 · Iog10Y/fw— (4)并且，在式⑷中，V10是最大像高，fw是所述成像光学系统在广角端的整个系统的焦距，Y是所述成像光学系统的变焦比，即望远端的整个系统的焦距/广角端的整个系统的焦距，并且，由于以各面的面顶为原点，因而总是Z(O) =O0
2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，在设横轴为vd、纵轴为θ gF的正交坐标系中，当设定了用0gF= α X vd+β表示的直 线时，其中α =-0. 00163，所述正透镜LA的θ gF和vd包含在由取以下条件式(5)的范围 的下限值时的直线和取条件式(5)的范围的上限值时的直线所规定的区域、以及由以下条件式(6)所规定的区域这两个区域内， 0. 6700 < β < 0. 9000... (5) 3 < vd < 27…(6)其中，θ gF表示所述正透镜LA的部分色散比(ng-nF) / (nF-nC)， vd表示所述正透镜LA的阿贝数(nd-1) / (nF-nC)， nd、nC、nF、ng分别表示所述正透镜LA的d线、C线、F线、g线的折射率。
3.根据权利要求1或2所述的成像光学系统，其特征在于，在与所述正交坐标不同的、设横轴为vd、纵轴为θ hg的正交坐标系中，当设定了用 0hg= α hgXvd+β hg表示的直线时，其中α hg =-0.00225，所述正透镜LA的9hg和vd 包含在由取以下条件式(7)的范围的下限值时的直线以及取条件式(7)的范围的上限值时 的直线所规定的区域和由以下条件式(6)所规定的区域这两个区域内， 0. 6350 < ^hg < 0. 9500... (7) 3 < vd < 27…(6)其中，θ hg表示所述正透镜LA的部分色散比(nh-ng)/(nF-nC)，nh表示所述透镜LA 的h线的折射率。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，该成像光学系统 满足以下条件式⑶0. 07 彡 θ gF (LA) - θ gF (LB)彡 0. 50... (8)其中，QgF(LA)是所述正透镜LA的部分色散比(ng-nF)/(nF-nC)， θ gF(LB)是所述负透镜LB的部分色散比(ng-nF)/(nF-nC)。
5.根据权利要求1 4中任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，该成像光学系统 满足以下条件式(9)0.10 彡 θ hg (LA) - θ hg (LB) ( 0. 60 ... (9)其中，θ hg(LA)是所述正透镜LA的部分色散比(nh-ng)/(nF-nC)， θ hg(LB)是所述负透镜LB的部分色散比(nh-ng)/(nF-nC)。
6.根据权利要求4或5所述的成像光学系统，其特征在于，该成像光学系统满足以下条 件式(10)vd(LA)-vd(LB)彡-10 ...(10) 其中，vd(LA)是所述正透镜LA的阿贝数(nd-1)/(nF-nC)， vd(LB)是所述负透镜LB的阿贝数(nd-1)/(nF-nC)。
7.根据权利要求1 6中任意一项所述的成像光学系统，其特征在于， 该成像光学系统满足以下条件式(11)1.55 彡 nd(LA)彡 1. 90 ...(11)其中，nd (LA)是所述正透镜LA对于d线的折射率。
8.根据权利要求1 7中任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，所述正透镜LA的材质是能量硬化型树脂，通过如下方式形成所述接合透镜成分在使 所述树脂与所述负透镜LB的光学面接触后使所述树脂硬化，形成所述透镜LA。
9.根据权利要求1 8中任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，在所述透镜组A 的最靠物体侧配置有具有负屈光力的所述接合透镜成分，在其像侧配置有至少一枚正透镜。
10.根据权利要求1 8中任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，在所述透镜组 A的最靠物体侧配置有负的单透镜，接着其像侧配置有所述接合透镜成分。
11.根据权利要求1 8中任意一项所述的成像光学系统，其特征在于，在所述透镜组 A的最靠像侧配置有具有负屈光力的所述接合透镜成分。
12.根据权利要求1 11中任意一项所述的成像光学系统，该成像光学系统从物体侧 起依次由所述透镜组I、接着所述透镜组A之后的具有正屈光力的透镜组G3、以及具有正屈 光力的透镜组G4四个透镜组构成。
13.根据权利要求1 11中任意一项所述的成像光学系统，该成像光学系统从物体侧 起依次由所述透镜组I、接着所述透镜组A之后的具有负屈光力的透镜组G3、以及具有正屈 光力的透镜组G4四个透镜组构成。
14.根据权利要求1 11中任意一项所述的成像光学系统，该成像光学系统从物体侧 起依次由所述透镜组I、接着所述透镜组A之后的具有正屈光力的透镜组G3、以及具有负屈 光力的透镜组G4四个透镜组构成。
15.根据权利要求1 11中任意一项所述的成像光学系统，该成像光学系统从物体侧 起依次由所述透镜组I、接着所述透镜组A之后的具有正屈光力的透镜组G3、具有正屈光力 的透镜组G4、以及具有负屈光力的透镜组G5五个透镜组构成。
16.根据权利要求1 11中任意一项所述的成像光学系统，该成像光学系统从物体侧 起依次由所述透镜组I、接着所述透镜组A之后的具有正屈光力的透镜组G3、具有负屈光力 的透镜组G4、以及具有正屈光力的透镜组G5五个透镜组构成。
17.根据权利要求1 11中任意一项所述的成像光学系统，该成像光学系统从物体侧 起依次由所述透镜组I、接着所述透镜组A之后的具有正屈光力的透镜组G3、具有负屈光力 的透镜组G4、以及具有正屈光力的透镜组G5五个透镜组构成。
18.根据权利要求1 11中任意一项所述的成像光学系统，该成像光学系统从物体侧 起依次由所述透镜组I、接着所述透镜组A之后的具有正屈光力的透镜组G3、具有正屈光力 的透镜组G4、以及具有正屈光力的透镜组G5五个透镜组构成。
19.根据权利要求1 18中任意一项所述的成像光学系统，在所述透镜组I中具有反 射光学元件。
20.一种电子摄像装置，其特征在于，该电子摄像装置具有权利要求1 19中任意一项所述的成像光学系统；电子摄像元件；以及图像处理单元，其对由所述电子摄像元件拍摄通过所述成像光学系统成像的像而获得 的图像数据进行加工，作为使所述像的形状改变后的图像数据而输出，所述成像光学系统是变焦镜头，该变焦镜头在无限远物点对焦时满足以下条件式(17) 0. 70 < J01/ (fw · tan ω 07w) < 0 · 97... (17)其中，在将所述电子摄像元件的可摄像的面即有效摄像面内从中心到最远点的距离即 最大像高设为y1(l时，Y07表示为y。7 = 0. ιιο, ω07ψ是广角端的与所述摄像面上的到中心的 距离为的位置上所成的像点对应的物点方向相对于光轴的角度，fw表示广角端的所述 成像光学系统的整个系统的焦距。
全文摘要
一种变焦光学系统，该变焦光学系统具有透镜组A，该透镜组A整体具有负屈光力，在透镜组I和孔径光阑之间包含正透镜LA和负透镜LB接合得到的透镜成分，该透镜组I由2枚单透镜或1个透镜成分构成且在最靠近物体侧，所述透镜组I和所述透镜组A的光轴上距离为了进行变焦而变动，所述透镜成分具有由非球面构成的接合面，在所述非球面的形状由预定的式表示的情况下，正透镜LA的空气接触面的形状及其非球面成分等满足条件式(3a)和(3b)。
文档编号G02B15/20GK102099723SQ20098012811
公开日2011年6月15日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年7月18日
发明者三原伸一, 大桥圣仁, 市川启介 申请人:奥林巴斯映像株式会社