专利名称：摄影镜头和装有该摄影镜头的摄影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及摄影镜头，更准确地说，涉及一种总起来包括三透镜组元及在透镜组之后带有光阑的摄影镜头。更进一步准确地说，本发明涉及一种光阑在后型摄影镜头，其视场角增宽至约70°，而仍能容许象差在成象画面的整个区域被很好地矫正，其整个透镜组的总长度比较短，还适合于镜间快门(Lens shutter)的摄影机或摄象机。
迄今为止，对于诸如镜间快门摄影机之类的小型摄影机来说，广泛使用一种三片型摄影镜头，其由物方开始依次包括一正透镜、一负透镜及一正透镜，这是由于通过少量的透镜元件能够获得较好的光学常数。
在此三片型摄影镜头中，有一种带有光阑配置于透镜组之后的。使用这种光阑在后型的摄影镜头，可以导至使其整个透镜组的尺寸比较容易减小。另外，对此镜头的机械固定在结构上变得比较简单，并能够精确和可靠地对其进行调焦。因此这种类型的镜头已被广泛应用在摄影机中。
尽管此三片型摄影镜头具有上述一些优点，但当其被设计成拓宽的视场角时，三片型摄影镜头往往会导致其在成象画面的边缘区域产生大的象散。
为此，例如日本已被提交公开的专利申请No.昭59-34510曾经提议，对于所有这些透镜元件可选择高折射率的玻璃材料，以在边缘区域保持良好的光学特性。
然而高折射率的玻璃材料是昂贵的，且其再加工困难。
为了这个缘故，日本已被提交公开的专利申请No.平1-133016以及日本专利公开No.平7-60213和平7-92542，曾经提出利用塑性材料制造摄影镜头的某些组元的可供选择建议，因为这类材料适合于通过注模实现的比较容易生产的工艺。
除了这些之外，在光阑在后型摄影镜头中采用三片形式，例如已被公开在日本专利公开No.昭48-5494和No.昭50-2807中。
在以上提到的这些参考文献建议的这些摄影镜头之中，日本专利公开No.平7-60213和No.平7-92542，其所具有的在前的或第一块透镜元件是使用高折射率的玻璃材料制造的。因此，第一块透镜元件的外径变得比第二和第三块透镜元件的外径大。此外，由于前表面的曲率半径必需小，故其它一些问题便产生，如产生大的象差，而且整个透镜组的尺寸趋于较大地增加。
在日本早期公开的专利申请No.平1-133016建议的摄影镜头中，其最后一个或者第三个正折射本领的透镜元件中，所采用的是非球面与高折射率玻璃材料的组合。然而这种摄影镜头的视场角窄到60°，而且整个透镜组的总长度会变得比较长。
日本专利公开No.昭48-5494和昭50-2807中提出的摄影镜头，其视场角比较窄，为55°。此外，其第一透镜表面和象平面之间距离与焦距之比(即所谓的“远摄”比率)大于1.1，以致趋向于具有整个透镜组总长度比较长。
本发明采用透镜组之后配置光阑的三片形式，并且提出透镜形状和其它参数设计的正确规则。因此，本发明的目的在于提供一种光阑在后型摄影镜头，其中整个透镜组的总长度被缩短至紧凑的尺寸，且当视场角增宽时，在成象画面的整个区域的象差可保持在良好的平衡。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种光阑在后型摄影镜头，其由物方至象方依次包括一由塑料制做的凸面朝向物方的第一块弯月形正透镜；一由塑料制做的第二块双凹块负透镜；一由玻璃材料制做的第三块双凸形正透镜，以及一光阑，其中满足以下条件0.8＜f1/f＜1.18 (1)0.95＜(td+sk)/f＜1.12(2)式中f1和f分别为第一块透镜的焦距和整个摄影镜头的焦距；td为从第一块透镜物方一侧的透镜表面到第三块透镜象方一侧的透镜表面的距离；而且SK为调焦至无穷远目标时的后焦距。
本发明的上述以及其它一些目的和方面，由以下结合附图详细描述其最佳实施例将变得更加清楚。
图1为该摄影镜头数字实例1的纵剖面图。
图2A至2D为图示数字实例1的各种象差。
图3A至3D为图示数字实例2的各种象差。
图4A至4D为图示数字实例3的各种象差。
图5A至5D为图示数字实例4的各种象差。
图6A至6D为图示数字实例5的各种象差。
图7A及7B为摄影装置主要部件的原理图。
此后，将参照附图详细描述本发明的最佳实施例。
图1以透镜框图的形式就数字实例1表示本发明的实施例，该数字实例1的数据将在随后叙述。
参见图1，第一块正透镜L1被加工成凸面朝向物方的弯月形状，且由塑料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。第二块负透镜L2被加工成双凹形状，且由塑料如聚碳酸酯制成。第三块正透镜L3被加工成双凸形状，并且由玻璃材料制成。在第三块透镜L3和象平面IP之间的后空间中，配置有光阑SP连同快门机构(未表示)一起。第一、第二和第三块透镜的所有表面均加工成球面。此外，通过如上所述为所有透镜元件指定材料及形状，并通过确定其设计参数以便满足上述条件(1)及(2)，整个透镜组的尺寸可被减小，而仍能保持对成象画面整个区域拟达到的高光学性能。
上述每个条件(1)和(2)的技术含义解释如下。
条件(1)的不等式给出了第一块透镜折射本领的取值范围。当条件(1)的下限被超出时，由于这意味着第一块透镜的折射本领太强，所以象散变得难以矫正。当其上限被超出时，象场弯曲特别是对于边缘区域变得难以矫正。
条件(2)的不等式给出了整个透镜组总长度(或从前顶点至象平面的距离)的取值范围。当其下限被超出时，球差和象散不能很好地平衡。当其上限被超出时，整个透镜组的总长度变得比需要的长。与此同时，失去象场弯曲和彗差间的良好平衡。以致于其在成象画面的边缘区域难以保持良好的光学性能。
在该实施例的上述范围内，为了达到进一步改进整个透镜组的紧凑形式和进一步增宽其视场角，而仍能容许在成象画面的整个区域获得高的光学性能，更为可取地是至少满足下述各组条件之一。
(A1)假定第i个透镜元件的材料折射率用Ni表示，则应满足下述条件1.45＜N1＜1.55(3)1.55＜N2＜1.65(4)1.75＜N3 (5)条件(3)，(4)及(5)的不等式给出了所有各透镜元件折射率的取值范围，而且其目的在于进一步按这样一种方式拓宽其视场角，以使其在成象画面的整个区域保持良好的光学性能。
当条件(3)的下限或者条件(4)的上限或下限被超过时，其难以按照良好的平衡来矫正球差和彗差。
当条件(3)的上限或者条件(5)的下限被超过时，其矫正象场弯曲和象散变得困难(A2)假定第一和第三块透镜的焦距分别用f1和f3表示，则以下条件应满足2＜f1/f3＜4 (6)条件(6)的不等式给出了第一和第三块透镜折射本领之比的取值范围。当其下限被超过时，畸变变坏。当其上限被超过时，图象焦点的平衡变坏。
(A3)假定第i个透镜的焦距用fi表示；第一块透镜和第二块透镜之间以及第二块透镜和第三块透镜之间的轴向间隔分别由D2和D4表示；由第一块透镜物方的透镜表面至第三块透镜象方的透镜表面的距离由td表示；整个透镜组的焦距由f表示，则应满足下述条件0.2＜td/f＜0.25 (7)-01＜f2/f3＜-0.8 (8)1＜D2/D4＜2.5 (9)-0.4＜f2/f＜-0.25 (10)条件(7)的不等式给出了透镜厚度的取值范围(或者从第一个透镜表面至最后透镜表面的长度)。当其下限被超过时，所需要的f数很难得到。换而言之，透镜组变得比较暗淡(darker)。当其上限被超出时，整个透镜组的实际长度变得比需要的长。与此同时，象场弯曲失去良好的平衡。条件(8)的不定式给出了第二块透镜和第三块透镜的焦距之比的取值范围。当其下限被超出时，彗差和畸变变坏。当其上限被超出时，其对彗差和色差的矫正变得困难。
条件(9)的不定式给出了第一和第二块透镜之间空气间隔D2对于第二和第三块透镜之间空气间隔D4之比的取值范围。当其下限被超出时，球差变坏。当其上限被超出时，成象画面边缘区域中的场曲的平衡变坏。条件(10)的不等式给出了第二块透镜光焦度比的取值范围。当其下限被超出时，彗差大量地增加。当其上限被超出时，球差和畸变的平衡变坏。
接下去，本发明的1至5五个数字实例被表示出来。在实例1至5的数字数据中，Ri为从物方算起第i个透镜表面的曲率半径；Di为从物方算起第i个透镜厚度或空气间隔；Ni和νi分别为从物方算起第i个透镜元件的材料的折射率和阿贝数。
数字实例1至5中摄影镜头的象差，分别被表示在图2A至2D直到图6A至6D中。
对于数字实例1至5的上述条件(1)至(10)中的各项指数的值，列举在表1中。
(数字实例1)f＝31.57Fno＝1∶6.72ω＝68.8°R1＝ 8.341D1＝3.30N1＝1.49171 ν1＝57.4R2＝ 18.190D2＝0.92R3＝-16.979D3＝1.00N2＝1.58306 ν2＝30.2R4＝ 10.622D4＝0.67R5＝ 25.985D5＝1.30N3＝1.83400 ν3＝37.2R6＝-16.774D6＝1.15R7＝ 0.000
(数字实例2)f＝31.50 Fno＝1∶6.7 2ω＝69.0°R1＝ 8.176D1＝3.30N1＝1.49171ν1＝57.4R2＝ 16.067D2＝0.95R3＝-16.564D3＝0.80N2＝1.58306ν2＝30.2R4＝ 10.896D4＝0.64R5＝ 23.123D5＝1.50N3＝1.80440ν3＝39.6R6＝-16.518D6＝1.15R7＝ 0.000(数字实例3)f＝31.57 Fno＝1∶6.7 2ω＝68.8°R1＝ 8.394D1＝3.41N1＝1.49171ν1＝57.4R2＝ 18.227D2＝0.90R3＝-16.706D3＝1.00N2＝1.58306ν2＝30.2R4＝ 10.788D4＝0.72R5＝ 26.029D5＝1.04N3＝1.83400ν3＝37.2R6＝-16.793D6＝1.15R7＝ 0.000(数字实例4)f＝31.50Fno＝1∶6.7 2ω＝69.0°R1＝ 7.897D1＝3.15N1＝1.49171ν1＝57.4R2＝ 14.373D2＝0.98R3＝-16.738D3＝1.00N2＝1.58306ν2＝30.2R4＝ 9.922D4＝0.57R5＝ 19.893D5＝1.30N3＝1.83400ν3＝37.2R6＝-17.514D6＝1.15R7＝ 0.000
(数字实例5)f＝32.90Fno＝1∶6.7 2ω＝66.7°R1＝ 8.736D1＝3.30N1＝1.49171ν1＝57.4R2＝ 14.243D2＝0.96R3＝-12.053D3＝0.75N2＝1.58306ν2＝30.2R4＝ 11.494D4＝0.41R5＝ 19.494D5＝1.30N3＝1.76200ν3＝40.1R6＝-12.577D6＝1.15R7＝ 0.000表1
由以上所述将会理解，根据本实施例，使用三片形式，光阑配置在该透镜组之后，并且为透镜形状和其它参数的设计提出了正确的准则，从而使其有可能实现广角的光阑在后型的紧凑摄影镜头，使其总长度限制在最小而仍容许在成象画面的整个区域将光学性能保持在良好的平衡，尽管其视场角可增加到70°或其左右。
接下去，本发明的摄影镜头应用于摄影装置的实例描述如下。
图7A及7B示意表示该摄影装置(摄影机)的主要部件，而且图7A为其正视图，图7B为其纵向剖面图。在图7A及7B中，该摄影装置带有机壳10，其中安装有取景器光学系统11和本发明的摄影镜头12(摄影光学系统)。在本实施例中，取景器光学系统11所具有的光轴与该摄影镜头12的光轴无关。
通过按上述方式安置本发明的摄影光学系统，可确保此摄影装置的尺寸能被减小。因而使其变得有可能实现具有改进了的紧凑形式的摄影装置，而仍然保持拟对成象画面的整个区域达到的象差的良好平衡。
权利要求
1.一种摄影镜头，其由物方至象方依次包括一具有凸面朝向物方的弯月形状的正折射本领的第一块透镜，所述第一透镜由塑性材料制成；一具有双凹形状的负折射本领的第二块透镜，所述第二透镜由塑性材料制成；一具有双凸形状的正折射本领的第三块透镜，所述第三透镜由玻璃材料制成，以及一光阑，其中满足以下条件0.8＜f1/f＜1.180.95＜(td+sk)/f＜1.12其中f1为上述第一块透镜的焦距；f为整个摄影镜头的焦距；td为从上述第一块透镜物方一侧的透镜表面到上述第三块透镜象方一侧的透镜表面的距离；而且SK为调焦至无穷远目标时的后焦距。
2.根据权利要求1的摄影镜头，其中所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的所有透镜表面均为球面。
3.根据权利要求1的摄影镜头，满足下述条件1.45＜N1＜1.551.55＜N2＜1.651.75＜N3其中N1，N2和N3分别为上述第一透镜、第二透镜和第三透镜的材料的折射率。
4.根据权利要求1的摄影镜头，满足下述条件2＜f1/f3＜4式中f1和f3分别为上述第一和第三块透镜的焦距。
5.根据权利要求1的摄影镜头，满足下述条件0.2＜td/f＜0.25-1＜f2/f3＜-0.81＜D2/D4＜2.5-0.4＜f2/f＜-0.25式中f2和f3分别为上述第二和第三块透镜的焦距；D2和D4分别为上述第一块透镜和第二块透镜之间以及上述第二块透镜和第三块透镜之间的轴向间隔。
6.一种摄影装置，它包括一根据权利要求1至5之一的摄影镜头，以及一安装有上述摄影镜头的机壳。
全文摘要
一种摄影装置,其由物方至象方依次包括:由塑料制做的凸面朝向物方的第一块弯月形正透镜;由塑料制做的第二块双凹形负透镜;由玻璃材料制做的第三块双凸形正透镜,以及一光阑,其中满足以下条件:0.8< f1/f< 1.18 (1)0.95< (td+sk)/f< 1.12 (2)式中f1和f分别为第一块透镜和整个摄影镜头的焦距;td为从第一透镜物方的透镜表面至第三透镜象方的透镜表面的距离;sk为调焦至无穷远目标时的后焦距。
文档编号G02B9/12GK1206842SQ9811664
公开日1999年2月3日 申请日期1998年7月28日 优先权日1997年7月28日
发明者斋藤博 申请人:佳能株式会社