专利名称：变焦镜头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及35mm照相机、摄像机、电子静态照相机(still camera)等中所使用的变焦镜头(zoom lens)，更详细而言，涉及还能够安装于后焦距较短的所谓单镜头无反光镜照相机(Mirrorless interchangeable-lens camera)的变焦镜头。
背景技术：
以往，单镜头反光式照相机用的变焦镜头中，在该变焦镜头和受光元件之间存在有旋转镜，所以必须加长后焦距，限制了变焦镜头设计的自由度。而单镜头无反光镜照相机则具有能够缩短变焦镜头的后焦距、增加变焦镜头设计的自由度的优点。另外，自过去以来，周知有如下镜头类型是较高倍率的变焦透镜，并作为整体具有正光焦度，在变焦时移动的透镜组内部配置防振透镜组。例如，从物体侧，以正、负、正、 负、正的透镜结构，以第4透镜组作为图像模糊校正透镜组。周知如下结构该第4透镜组与配置于图像模糊校正透镜组前后的透镜组成为一体，变焦时，全部的透镜组移动。此外，周知如下结构以正、负、负、正透镜的结构，在第4透镜组内配置模糊校正透镜组，全部的透镜组移动。另外，还周知如下结构以负、正、负、正透镜的结构，第2透镜组与第4透镜组成为一体，以第3透镜组进行图像模糊校正，变焦时，全部的透镜组移动。具体而言，作为以往的变焦镜头之一，具有如下结构搭载于单镜头反光式数码照相机等中的变焦光学系统ZL，从物体侧依次包括具有正光焦度的第1透镜组G1、具有负光焦度的第2透镜组G2、具有正光焦度的后透镜组GR，第2透镜组G2具有至少1个的正透镜、 与该正透镜中光焦度最大的正透镜的物体侧相邻配置的负透镜，第2透镜组G2的最靠像侧的透镜面为非球面形状，在从广角端状态变焦为望远端状态时，第1透镜组Gl和第2透镜组G2之间的间隔变化，第2透镜组G2和后透镜组GR之间的间隔变化(例如，参照专利文献1) ο作为以往的其他的变焦镜头，人们提出了如下提案一种变焦镜头系统包括多个透镜组，通过使各透镜组之间的间隔变化来进行变焦，从物体侧朝向像侧依次包括具有正光焦度(power)的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有负光焦度的第3透镜组、第4透镜组，并满足以下的条件式1. 88 < nd2. . . (18)在这里，nd2 包含于第2透镜组中的透镜元件(若为混合式透镜，则是除了树脂层之外的部分)的平均折射率(例如，参照专利文献2)。作为以往的其他的变焦镜头，人们提出了如下摄像透镜该摄像透镜包括配置于最靠物体侧，并具有负光焦度的前透镜组；配置于比上述前透镜组靠像侧，并具有负光焦度，且以使得至少一部分具有与光轴大致垂直方向的成分的方式移动的后透镜组，上述后透镜组包括具有负光焦度的第1负透镜成分、具有负光焦度的第2负透镜成分、具有正光焦度的正透镜成分，上述第2负透镜成分配置在上述第1负透镜成分与上述正透镜成分之间，上述第1负透镜成分的上述第2负透镜成分侧的透镜面形成为相对于该第2负透镜成分朝向凹面，上述第2负透镜成分为相对于上述第1负透镜成分朝向凹面的负弯月形透镜(meniscus lens)形状(例如，参照专利文献3)。专利文献1 日本特开2010-175903号公报专利文献2 日本特开2010-175957号公报专利文献3 日本特开2010-217535号公报在专利文献1所公开的变焦镜头中，在对焦时，使构成具有负光焦度的第2透镜组 G2的所有的透镜在光轴上移动，该结构不利于实现对焦机构的轻量化、响应高速化、简化。在专利文献2所公开的变焦镜头中，以第3透镜组为对焦透镜组，其结构实现了简化、轻量化。但是，对焦透镜组配置于比光圈位置靠物体侧，为了确保对焦透镜组的对焦移动区域，必须增大光圈位置与第1透镜组之间的间隔。结果，变焦比的扩大导致第1透镜组的直径扩大，成为无法避免变焦镜头光学系统的高重量化、大型化，以及镜筒的大型化的结构。在专利文献3所公开的摄像透镜中，4个透镜组结构当中，由第2透镜前组和第2 透镜后组形成第2透镜组，通过使第2透镜前组在光轴上移动来对焦，谋求对焦透镜组的轻量化。此外，使第2透镜组和第4透镜组作为一体在光轴上移动，并使所有结构透镜组在光轴上移动，由此高效地确保变焦比。然而，要实现具有超过10倍这样的高变焦比的变焦镜头时，负透镜组先行的变焦类型难以实现高的成像性能。
实用新型内容本实用新型是鉴于以往的变焦镜头的以上问题而做出的，其目的在于提供一种采用内焦(inner focus)方式的小型轻量且成像性能良好的高倍率变焦镜头。特别是，本实用新型的目的在于提供一种能实现对焦机构的轻量化、自动对焦响应高速化、构造简化的变焦镜头。本实用新型的目的还在于提供一种即使变焦比超过10 倍，变焦镜头光学系统也不会重量化、大型化，镜筒也能保持在合理的尺寸，且能易于实现高的成像性能的变焦镜头。本实用新型为具有如下特征的变焦镜头，从物体侧依次包括具有正光焦度的第 1透镜组G1、具有负光焦度的第2透镜组G2、具有正或负光焦度的第3透镜组G3、作为整体具有正光焦度的第4透镜组G4，上述第4透镜组G4由从物体侧依次排列的透镜组4A组、具有负光焦度且防振时沿相对于光轴大致垂直的方向移动的透镜组4B组、后续的透镜组4C组构成，当变焦时，上述第1透镜组Gl和上述第2透镜组G2之间的间隔相对于广角端而言在望远端扩大，上述第3透镜组G3移动，第4透镜组G4相对于广角端而言在望远端移动， 从而从摄像面离开，上述4B组相对于上述4A组、4C组移动，在对焦时，上述第3透镜组G3在光轴上前后移动。本实用新型的变焦镜头通过采用以上结构，能构成采用内焦方式的小型轻量且成像性能良好的高倍率变焦镜头。采用本实用新型，还能构成如下变焦镜头能实现对焦机构的轻量化、自动对焦响应高速化、构造简化，且即使变焦比超过10倍，变焦镜头光学系统也不会重量化、大型化，镜筒也能保持在合理的尺寸，且能易于实现高的成像性能。进一步详细具体地说明本实用新型的变焦镜头的效果。从广角端到望远端，使具有正光焦度的第1透镜组Gl和具有负光焦度的第2透镜组G2朝向它们之间的间隔扩大的方向移动，所以能够在提高变焦比的同时良好地校正广角端的畸变像差，良好地校正整个变焦区域内的球面像差。第3透镜组G3由正或负透镜构成，在变焦时和对焦时在光轴上前后移动。在第3透镜组为负透镜的情况下，优选使其与第2透镜组G2相邻，且在第3透镜组与第4透镜组G4的中间配置光圈。在第3透镜组为负透镜的结构的情况下，能够相对于固定光圈拉开距离地配置第3透镜组G3，所以特别是在广角端，能够经过第3透镜组G3的轴上、轴外的光线束较细地通过，所以能够将透镜组移动机构的组装误差所导致的第3透镜组G3的偏心误差灵敏度限制得较低。 在第3透镜组G3为正透镜的情况下，优选使第3透镜组G3与第4透镜组G4相邻， 光圈配置于第2透镜组G2与第3透镜组G3的中间。在第3透镜组G3由正透镜构成的情况下，能够将固定光圈配置于第3透镜组G3与第2透镜组G2之间，所以能够使入射光瞳位置较浅，即，能够将入射光瞳位置配置于物体侧，能够谋求缩小第1透镜组Gl中的物体侧透镜的直径，缩短变焦镜头光学系统的全长。当变焦时，从广角端到望远端，第4透镜组G4移动以相对于摄像面离开。通过该移动，能够获得望远端的倍率，提高变焦比。此外，若使4B组为在第4透镜组G4伴随着变焦而移动的过程中在第4透镜组G4 内移动的结构，则能够进一步提高该变焦比。4A组优选为在物体侧配置凸透镜、并至少包括凸面朝向物体侧的负弯月形透镜与正透镜的接合透镜的结构。由此，能有效地校正从广角端到望远端的轴上色差。4B组为与整个透镜系统中的其他透镜组相比透镜直径较小、并防振机构易于组装于镜筒内的结构。另外，为了减小防振时的轴上色差，4B组优选为正透镜与负透镜的接合透镜。另外，为了提高防振时的成像性能，优选具有至少1个非球面。在本实用新型的变焦镜头为在4C组以后不配置透镜组的情况下，4C组将由光焦度较低的正透镜组和负透镜组构成。此外，特别是为了校正从中间焦距到望远端的轴外的彗形像差，4C组优选由至少2个正透镜和1个负透镜构成。其中，即使配置比第4透镜G4组在摄像面侧光焦度低的正透镜或负透镜的固定组，也能够在其优点不受到大的影响的情况下实施本实用新型。光圈直径在整个变焦区域、对焦区域内既可以有固定的口径，也可以是可变的。以下对本实用新型的技术方案及其特性进行说明。在上述变焦镜头的基础上，第1技术方案被构成为满足以下条件。(1)0. 2 < |F2/F3| < 2. 5F2 第2透镜组的焦距F3 第3透镜组的焦距条件式(1)用于规定负的上述第2透镜组G2与负或正的上述第3透镜组G3的焦距之比。[0046]若低于条件式(1)的下限，上述第2透镜组G2的焦距变短，或上述第3透镜组G3 的焦距变长，则第2透镜组G2的光焦度变得过大，特别是广角端的像面弯曲变差，校正变得困难。另外，对焦时的第3透镜组G3的移动量增加，从物体距离无限远到最近距离的彗形像差的校正变得困难。若高于条件式(1)的上限，上述第2透镜组G2的焦距变长，或上述第3透镜组G3 的焦距变短，则从物体距离无限远到最近距离的像差变动，特别是望远端的彗形像差变差， 校正变得困难。优选条件(1)为0.25 < |F2/F3 < 2. 3，因为这样能够使整个变焦区域的成像性能适当地均衡。进一步而言，更加优选条件(1)为0.3< F2/F3 < 2. 1，因为这样能够使整个变焦区域的成像性能更加适当地均衡。在上述变焦镜头的基础上，第2技术方案被构成为满足以下条件。(2)0. 18 < F1/FT < 2. 10Fl 第1透镜组的焦距FT 望远端的焦距条件式( 用于规定望远端的上述第1透镜组Gl的焦距。若低于下限，则上述第1透镜组Gl的焦距变短，难以校正在望远端过大地发生的 g线的轴上色差。若高于上限，则上述第1透镜组Gl的焦距变长，在望远端的变焦镜头光学系统的全长变长。另外，从广角端到望远端的伸出量增加，镜筒全长变长。若使条件式(2)为0. 20 < |F1/FT < 2. 05，则能使镜筒尺寸和轴上色差更加适当地均衡。进一步而言，若使条件式(2)为0. 21 < |F1/FT < 2. 00，则能使镜筒尺寸和轴上色差更加适当地均衡。在上述变焦镜头的基础上，第3技术方案被构成为满足以下条件。(3) 1. 0 < |F3/Fw| < 2. 4F3:第3透镜组的焦距Fff 广角端的焦距条件式(3)用于规定第3透镜组G3的广角端的焦距比。若低于条件式(3)的下限，则在第3透镜组G3具有负光焦度的情况下，特别是广角端的像面弯曲会明显过度，难以校正，另外，会无法确保在最近距离处的成像性能。在第3透镜组具有正光焦度的情况下，特别是广角端的球面像差会明显产生于下侧，校正变得困难。若高于条件式(3)的上限，则在第3透镜组G3具有负光焦度的情况下，对焦时所需的移动量增加，入射光瞳位置位于成像侧，第1透镜组Gl中的物体侧透镜的直径、变焦镜头光学系统的全长会变长，效果不好。在第3透镜组G3具有正光焦度的情况下，会导致第3透镜组的对焦时的移动量增大，变焦镜头光学系统的全长变长，效果不好。优选使条件式(3)为1. 1 < β 3 < 2. 2，因为这样能够确保缩小镜筒尺寸和最近距离的像面的平坦性。进一步而言，更加优选使条件式(3)为1. 2 < β 3 < 0. 155，因为这样能够进一步确保缩小镜筒尺寸和最近距离的像面的平坦性。在上述变焦镜头的基础上，第4技术方案中，上述透镜组4Β组至少由正、负2个透镜构成，且第4技术方案被构成为满足以下条件。 (4)-1. 6 < F4B/F4w < -0. 1F4B 第4透镜组中所包括的防振透镜组的焦距F4w 第4透镜组的广角端的焦距条件式(4)用于规定上述4B组的焦距与上述第4透镜组的焦距之比。在第4技术方案中，优选防振透镜组为负光焦度。若以防振透镜组的近轴横向倍率为β 1，其以后的透镜组的近轴横向倍率为β 2，则防振时所需的防振透镜组的校正移动量与模糊校正系数(1-β 1) X β 2成正比。近轴横向倍率β 1对具有负光焦度的透镜组而言为负值，所以与具有正光焦度的透镜组的情况相比，模糊校正系数的绝对值易于增大，能够以小的移动量来进行防振。在第4技术方案中，在对防振透镜组的玻璃材料进行选择时，为了防止防振时的轴上色差变差，优选由至少正负2个透镜构成，正透镜与负透镜相对于d线的阿贝数之差大约在7左右。防振时，在与光轴正交的方向上使上述4B组移动的情况下，若高于条件式的上限，则校正移动量增加，导致防振机构大型化，所以不理想。另外，若低于条件式(4)的下限，则上述4B组的防振灵敏度提高，在进行模糊校正时难以确保位置控制的必要精度。若使条件式(4)为-1. 5 < F4B/F4W < -0. 13，则能够进一步提高防振透镜组的机构的紧凑化和防振时的成像性能。进一步而言，若使条件式(4)为-1. 4 < F4B/F4W < -0. 16，则能够更进一步提高防振透镜组的机构的紧凑化和防振时的成像性能。在上述变焦镜头的基础上，第5技术方案中，第3透镜组G3由单一的透镜成分构成。通过采用单一的透镜结构，能够实现谋求对焦透镜组的轻量化，成为适于自动对焦的高速动作的结构。在这里，所谓单一的透镜成分，是指包括单一的研磨透镜、非球面透镜、复合非球面透镜、接合透镜。中间带有空气层的例如正、负2个透镜等不包含在单一的透镜成分的范围内。
图1为本实用新型的第1实施方式的无限远对焦状态的变焦镜头的光学图，也包括各透镜组的变焦移动图。图2为本实用新型的第1实施方式的变焦镜头的变焦广角端的球面像差、像散、畸变像差的像差图。图3为本实用新型的第1实施方式的变焦镜头的变焦中间焦距的球面像差、像散、畸变像差的像差图。图4为本实用新型的第1实施方式的变焦镜头的变焦望远端的球面像差、像散、畸变像差的像差图。图5为不进行本实用新型的第1实施方式的变焦镜头的变焦望远端的图像模糊校正的基本状态与进行了图像模糊的校正的状态的横向像差图。图6为本实用新型的第2实施方式的无限远对焦状态的变焦镜头的光学图，也包括各透镜组的变焦移动图。图7为本实用新型的第2实施方式的变焦镜头的变焦广角端的球面像差、像散、畸变像差的像差图。图8为本实用新型的第2实施方式的变焦镜头的变焦中间焦距的球面像差、像散、 畸变像差的像差图。图9为本实用新型的第2实施方式的变焦镜头的变焦望远端的球面像差、像散、畸变像差的像差图。图10为不进行本实用新型的第2实施方式的变焦镜头的变焦望远端的图像模糊校正的基本状态与进行了图像模糊校正的状态的横向像差图。
具体实施方式
以下参照附图说明本实用新型的实施方式。在各实施方式中，数值表的长度的单位均为“mm”，视角的单位均为“。”。另夕hR为曲率半径，D为面间距，Nd为相对于d线的折射率，Vd为相对于d线的阿贝数。此外，标注ASP的面为非球面。非球面形状由下式进行定义。ζ = ch2/ [1+ {1- (1+k) c2h2}1/2] +A4h4+A6h6+A8h8+A10h10...c:曲率(1/r)h 距光轴的高度k:圆锥系数A4、A6、A8、A10...各次数的非球面系数在各实施方式的像差图中，从左侧依次表示球面像差(mm)、像散(mm)、畸变像差 (%)。在球面像差图中，纵轴表示F值(F-number)(图中以!^o表示)，实线为d线的特性， 虚线为g线的特性。在像散图中，纵轴表示视角(图中以ω表示)，实线为弧矢像面(图中以s表示)的特性，虚线为子午像面(图中以m表示)的特性。在畸变像差图中，纵轴表示视角(图中以ω表示)。在各横向像差图中，未进行望远端的图像模糊校正的状态表示于中央处，使防振透镜组沿与光轴大致垂直的方向移动了预定量的望远端的图像模糊状态表示于上侧、下侧。各横向像差图的上段对应于最大像高的70%的像点的横向像差，下段对应于最大像高的-70%的像点的横向像差。各横向像差图的横轴表示在光瞳面上的距主光线的距离，实线为d线的特性，虚线为g线的特性。(第1实施方式)[0105]如图1所示，本实用新型的第1实施方式的变焦镜头从物体侧依次包括具有正光焦度的第1透镜组G1、具有负光焦度的第2透镜组G2、具有正光焦度的第3透镜组G3、作为整体具有正光焦度的第4透镜组G4，上述第1透镜组Gl由从物体侧依次排列的负透镜与正透镜的接合透镜、凸面朝向物体侧的正弯月形透镜构成，上述第2透镜组G2由从物体侧依次排列的在靠物体侧的面上具有非球面且在靠物体侧具有凸面的负弯月形透镜、负透镜、双面凸透镜、在靠像面侧具有凸面且在像侧面具有非球面的负透镜构成，上述第3透镜组G3由双面具有非球面的1个正透镜构成，上述第4透镜组G4中，4A组由从物体侧依次排列的正透镜与负透镜的接合透镜、 负透镜与正透镜的接合透镜构成，4B组由从物体侧依次排列的双面凸透镜与在像面侧具有凸面的负透镜、在物体侧具有凸面的正透镜构成。当变焦时，上述4A组和上述4C组一体移动，光圈与上述第4透镜组G4 —体移动， 所有的透镜组移动。上述第1透镜组Gl与上述第2透镜组G2之间的间隔从广角端到望远端扩大。上述第2透镜组G2与上述第3透镜组G3之间的间隔从广角端到望远端变窄。上述第3透镜组G3与上述第4透镜组G4之间的间隔从广角端到望远端扩大。上述第4透镜组与摄像面之间的间隔从广角端到望远端扩大。上述4B组与上述4A组之间的间隔从广角端到望远端扩大。当对焦时，上述第3透镜组G3向像面侧移动。在第1实施方式中，在最靠摄像面侧配置平行平板。这是考虑到摄像元件面上的面板(face plate)、配置于透镜系统与摄像元件之间的滤色器等而将它们当作与其相当的玻璃。第1实施方式的变焦镜头的光学数据如下。
权利要求1.一种变焦镜头，其特征在于，从物体侧依次包括具有正光焦度的第1透镜组(Gl)、 具有负光焦度的第2透镜组(G2)、具有正或负光焦度的第3透镜组(G3)、作为整体具有正光焦度的第4透镜组(G4)，上述第4透镜组(G4)由从物体侧依次排列的透镜组4A组、具有负光焦度且防振时沿相对于光轴大致垂直的方向移动的透镜组4B组、后续的透镜组4C组构成，当变焦时，上述第1透镜组(Gl)和上述第2透镜组(G》之间的间隔相对于广角端而言在望远端扩大，上述第3透镜组(G!3)移动，第4透镜组(G4)相对于广角端而言在望远端移动，从而从摄像面离开，上述透镜组4B组相对于上述透镜组4A组、上述透镜组4C组移动， 在对焦时，上述第3透镜组(G!3)在光轴上前后移动。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于， 该变焦镜头满足以下条件(1)0.2 < F2/F3 < 2. 5 F2 第2透镜组的焦距 F3 第3透镜组的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于， 该变焦镜头满足以下条件(2)0.18 < Fl/FT < 2. 10 Fl 第1透镜组的焦距 FT 望远端的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于， 该变焦镜头满足以下条件(3)1. 0 < F3/Fw < 2. 4 F3 第3透镜组的焦距 FW:广角端的焦距。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，上述透镜组4B组至少由正、负2个透镜构成，并满足以下条件(4)-1.6 < F4B/F4w < -0. 1F4B 第4透镜组中所包括的防振透镜组的焦距 F4w 第4透镜组的广角端的焦距。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变焦镜头，其特征在于， 上述第3透镜组(G!3)由单一的透镜成分构成。
专利摘要本实用新型提供一种采用内焦方式的小型轻量、成像性能良好、能实现对焦机构的轻量化、自动对焦响应高速化、构造简化的变焦镜头。另外，提供一种即使变焦比超过10倍，变焦镜头光学系统也不会重量化、大型化，镜筒也能保持在合理的尺寸的变焦镜头。该变焦镜头从物体侧依次包括具有正光焦度的第1透镜组(G1)、具有负光焦度的第2透镜组(G2)、具有正或负光焦度的第3透镜组(G3)、作为整体具有正光焦度的第4透镜组(G4)，上述第4透镜组(G4)由从物体侧依次排列的透镜组4A组、具有负光焦度且防振时沿相对于光轴大致垂直的方向移动的透镜组4B组、后续的透镜组4C组构成。
文档编号G02B15/16GK201955538SQ20112004983
公开日2011年8月31日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者安达宣幸, 山中久幸 申请人:腾龙光学(佛山)有限公司