專利名稱：變倍光學(xué)系統(tǒng)及攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使用CCD或CMOS等的攝像元件的車載攝像機或監(jiān)視攝像機等的 變倍光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及適合于監(jiān)視攝像機用的變倍光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
監(jiān)視攝像機用可變焦距透鏡等所使用的變倍光學(xué)系統(tǒng)也有由使用者側(cè)能夠設(shè)定與使用環(huán)境所對應(yīng)的焦距、被攝體距離的方便，作為監(jiān)視攝像機用在近幾年市場尤其擴大。 另一方面，對低成本且高性能的透鏡系統(tǒng)的開發(fā)要求也日益強烈。以監(jiān)視為主要目的的監(jiān)視攝像機中，要求從高視角區(qū)域至標(biāo)準(zhǔn)視場角為止能夠覆 蓋、并且耐于在室內(nèi)或屋外的使用，因此多用結(jié)構(gòu)比較簡單且一定程度適合于這些條件的 負正2組變焦透鏡。就該負正2組變焦透鏡而言，除了以負組先行將視場角取得較廣外，還 為短焦距但能夠增大后截距等，再加上結(jié)構(gòu)的簡單化，而使得優(yōu)點多，所以被廣泛使用?；谏鲜龅氖褂媚浚鲜鲎儽豆鈱W(xué)系統(tǒng)的透鏡規(guī)格，由于需要包括了超廣角區(qū)域 且為大口徑還明亮的透鏡系統(tǒng)，所以為了維持一定程度的性能，在以往的球面透鏡系統(tǒng)中 透鏡結(jié)構(gòu)片數(shù)變多，而且往往成為大直徑且高成本的透鏡。由此，為了以現(xiàn)有技術(shù)且謀求成本減少，需要減少結(jié)構(gòu)片數(shù)并多用材料費廉價的 塑料材料。作為包括這種塑料透鏡的負正2組變焦的變倍光學(xué)系統(tǒng)，例如公知的有下述專利 文獻1 4所述的變倍光學(xué)系統(tǒng)。專利文獻1 日本專利公開平01-303409號公報專利文獻2 日本專利公開2008-112000號公報專利文獻3 日本專利公開2001-281544號公報專利文獻4 日本專利公開2006-251437號公報然而，在監(jiān)視攝像機領(lǐng)域中活用塑料透鏡時技術(shù)課題也多。對此，尤其需要在溫度 變化或濕度變化等的環(huán)境變化下成像位置或性能難于變化，或者還可以例舉光學(xué)用塑料材 料非常受限制、且與玻璃材料相比沒有自由度而成為透鏡設(shè)計上的制約的情況等。而且，為 了減少透鏡片數(shù)并謀求高性能化，導(dǎo)入非球面技術(shù)是必不可少的。另外，在監(jiān)視攝像機領(lǐng)域中要求達到如覆蓋100度以上的超廣角區(qū)域并明亮度成 為Fl. 4級的透鏡規(guī)格，但這種高規(guī)格的變倍光學(xué)系統(tǒng)在上述專利文獻1 3中難以實現(xiàn)。 而且，在專利文獻4中雖然滿足了作為目標(biāo)的高規(guī)格，但也包括制造上高價的玻璃非球面 透鏡，所以不能說是低成本。此外，在數(shù)碼攝像機或電影攝影機中內(nèi)裝有自動聚焦功能，因此可自動地校正像 位置的偏移，但在監(jiān)視攝像機領(lǐng)域中，優(yōu)選僅用透鏡系統(tǒng)補償，以便也安裝在未具有自動聚 焦功能的攝像機上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是借鑒于上述情況而提出的，其目的在于，提供滿足高規(guī)格且為低成本的 變倍光學(xué)系統(tǒng)及具備該變倍光學(xué)系統(tǒng)的攝像裝置。塑料光學(xué)材料的線膨脹系數(shù)比玻璃材料大1位數(shù)，由溫度變化或濕度變化等的環(huán) 境變化所引起的形狀變化或折射率變化也大于玻璃材料，因此與透鏡系統(tǒng)的成像位置變化 或成像性能劣化有牽連，從而一直認為不耐抗環(huán)境變化。然而，從制造成本的觀點而言，在 制造數(shù)量多的情況下，以玻璃球面透鏡的1/3程度即可，對透鏡系統(tǒng)的低成本化來說是必 不可少的材料。至今在比較低規(guī)格的光學(xué)系統(tǒng)中在價格優(yōu)先的情況下會被使用，但隨著成 本競爭的激烈化也對高規(guī)格的光學(xué)系統(tǒng)的導(dǎo)入是不可缺少的。對于塑料光學(xué)材料來說，從以前起由于具備由吸濕所引起的折射率的經(jīng)時變化或 由成形變形所引起的偏光/折射率不均勻化等、使成像性能劣化的要因，所以制造上成為 問題，但是通過技術(shù)改善現(xiàn)在逐漸變成能夠選擇吸濕性極少的材料或變形較小的材料。由 此，殘剩的課題是由溫度變化引起的形狀變化和折射率變化，但又可以說依賴于材料的線 膨脹系數(shù)，相對于溫度的數(shù)值變化能夠得以定量化，還考慮塑料鏡框材料的位置變化、和相 對于該透鏡的光軸方向位置變化量的成像面的光軸方向位置變化量(以后，記載為變動貢 獻率)較小的玻璃材料的折射率變化等，來綜合探討研究。在這種開發(fā)環(huán)境下，積極使用塑料材料，在光學(xué)設(shè)計時導(dǎo)入塑料材料的變化特性， 其結(jié)果發(fā)現(xiàn)如以下的要求條件，且滿足目的之規(guī)格的變倍光學(xué)系統(tǒng)。S卩，本發(fā)明的變倍光學(xué)系統(tǒng)從物側(cè)依次具備持有負的折射力的第1透鏡組及具 有正的折射力的第2透鏡組，其特征在于，第1透鏡組從物側(cè)依次具有凸面朝向物側(cè)的負 透鏡、雙凹透鏡及正透鏡，并且在這些中至少1片是塑料透鏡，第2透鏡組從物側(cè)依次具有 雙凸透鏡、雙凹透鏡及正透鏡，并且在這些中互相鄰接的任意2片是塑料透鏡，從廣角側(cè)至 望遠側(cè)，第1透鏡組從物側(cè)向像面?zhèn)葐握{(diào)移動，并且第2透鏡組從像面?zhèn)认蛭飩?cè)單調(diào)移動， 將在各透鏡組中的塑料透鏡的順序編號分別從物側(cè)依次設(shè)為第i號時的各透鏡的焦距設(shè) 為fPi(i = 1,2,.，！!!!是自然數(shù))，將在整個系統(tǒng)的廣角端中的焦距設(shè)為fw，將各透鏡的 折射力對在廣角端的整個系統(tǒng)的折射力之比率設(shè)為fV/fpi，將與第1透鏡組的塑料透鏡有 關(guān)的fw/fpi之和的總計設(shè)為PI (PI = E (fw/fpi) :1 < i < nl :nl是第1透鏡組的塑料透 鏡的總數(shù))，將與第2透鏡組的塑料透鏡有關(guān)的fw/fpi的總計設(shè)為P2 (P2 = E (fw/fpi) 1彡i彡n2 :n2是第2透鏡組的塑料透鏡的總數(shù))時，滿足下述條件式(1)及(2)。-0. 22 < P1 < -0. 01(1)-0. 15 < P2 < -0. 03(2)在本發(fā)明的變倍光學(xué)系統(tǒng)中，優(yōu)選第1透鏡組至少包括1片負塑料透鏡，第2透鏡 組的至少1片透鏡是非球面透鏡。而且，將第1透鏡組的合成焦距設(shè)為fF，將第2透鏡組的合成焦距設(shè)為fB時，優(yōu)選 滿足下述條件式(3)。-1. 30 < fB/fF < -1. 10 (3)而且，將第2透鏡組中的雙凸透鏡的焦距設(shè)為f4，將正透鏡的焦距設(shè)為f6時，優(yōu)選 滿足下述條件式(4)。0. 90 < f6/f4 < 1. 20 (4)
而且，本發(fā)明的攝像裝置的特征在于，具備上述記載的變倍光學(xué)系統(tǒng)、對該變倍 光學(xué)系統(tǒng)所成像的被攝體的像進行攝像的攝像元件。變倍光學(xué)系統(tǒng)從物側(cè)依次具有持有負的折射力的第1透鏡組及具有正的折射力的 第2透鏡組，第1透鏡組從物側(cè)依次具有將凸面朝向物側(cè)的負透鏡、雙凹透鏡及正透鏡，并且 在這些中至少1片為塑料透鏡，第2透鏡組從物側(cè)依次具有雙凸透鏡、雙凹透鏡及正透鏡，并 且在這些中互相鄰接的任意2片為塑料透鏡，從廣角側(cè)經(jīng)過望遠側(cè)，第1透鏡組從物側(cè)向像 面?zhèn)葐握{(diào)移動，并且第2透鏡組從像面?zhèn)认蛭飩?cè)單調(diào)移動，將各透鏡組中的塑料透鏡的順序 從各物側(cè)依次設(shè)為第i個時的各透鏡的焦距設(shè)為fpi(i = 1、2、 ，！!:!!是自然數(shù))，將在整 個系統(tǒng)的廣角端中的焦距設(shè)為fw，將在廣角端中的對整個系統(tǒng)的折射力的各透鏡的折射力 的比率設(shè)為fw/fpi，將與第1透鏡組的塑料透鏡有關(guān)的fw/fpi的總計設(shè)為PI (P1 = E (fw/ fpi) :1 < i < nl ml是第1透鏡組的塑料透鏡的總數(shù))，將與第2透鏡組的塑料透鏡有關(guān)的 fw/fpi的總計設(shè)為P2 (P2 = E (fw/fpi) 1彡i彡n2 :n2是第2透鏡組的塑料透鏡的總數(shù)) 時，滿足下述條件式(1)及(2)，因此可實現(xiàn)滿足高規(guī)格并且低成本的變倍光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的攝像裝置具備本發(fā)明的變倍光學(xué)系統(tǒng)，因此可得到廣角且精度高的影 像。


圖1是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的攝像透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖2是表示本發(fā)明的實施例2所涉及的攝像透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖3是表示本發(fā)明的實施例3所涉及的攝像透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖4是表示本發(fā)明的實施例4所涉及的攝像透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖5是表示本發(fā)明的實施例5所涉及的攝像透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖6是表示本發(fā)明的實施例6所涉及的攝像透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖7是表示本發(fā)明的實施例7所涉及的攝像透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖8是表示本發(fā)明的實施例8所涉及的攝像透鏡的透鏡結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖9是本發(fā)明的實施例1所涉及的攝像透鏡的各像差圖。圖10是本發(fā)明的實施例2所涉及的攝像透鏡的各像差圖。圖11是本發(fā)明的實施例3所涉及的攝像透鏡的各像差圖。圖12是本發(fā)明的實施例4所涉及的攝像透鏡的各像差圖。圖13是本發(fā)明的實施例5所涉及的攝像透鏡的各像差圖。圖14是本發(fā)明的實施例6所涉及的攝像透鏡的各像差圖。圖15是本發(fā)明的實施例7所涉及的攝像透鏡的各像差圖。圖16是本發(fā)明的實施例8所涉及的攝像透鏡的各像差圖。圖17是本發(fā)明的實施方式所涉及的攝像裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖中1-變倍光學(xué)系統(tǒng)，6-濾光片，7-攝像元件，8-信號處理電路，9-顯示裝置， 10-攝像裝置，G1-第1透鏡組，G2-第2透鏡組，L1-第1透鏡，L2-第2透鏡，L3-第3透 鏡，L4-第4透鏡，L5-第5透鏡，L6-第6透鏡，PP-光學(xué)部件，St-孔徑光闌，Z-光軸。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式詳細地進行說明。圖1是表示本發(fā)明的一實施方式所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的剖面圖，并對應(yīng) 于后述的實施例1的變倍光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的實施方式所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)1沿著光軸Z從物側(cè)依次具備具有負 的折射力的第1透鏡組G1 ；孔徑光闌St ；具有正的折射力的第2透鏡組G2，第1透鏡組G1 從物側(cè)依次由將凸面朝向物側(cè)的負透鏡L1、雙凹透鏡L2及正透鏡L3構(gòu)成，第2透鏡組G2 從物側(cè)依次由雙凸透鏡L4、雙凹透鏡L5及正透鏡L6構(gòu)成。另外，圖1所示的孔徑光闌St未必表示大小或形狀，而表示光軸Z上的位置。而且， 在圖1中左側(cè)為物側(cè)，右側(cè)為像側(cè)。在圖1中在上段表示在廣角端的無限遠對焦時的透鏡配 置，在中段表示在中間視場角的無限遠對焦時的透鏡配置，在下段表示在望遠端的無限遠對 焦時的透鏡配置，用實線表示從廣角端到望遠端進行變倍時的各透鏡組的示意性移動軌跡。而且，在圖1中將像面作為5而圖示。例如將該變倍光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于攝像裝置時， 配置成攝像元件的攝像面位于像面5。在將變倍光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于攝像裝置時，優(yōu)選按照裝載透鏡的攝像機側(cè)的結(jié)構(gòu)，在 最靠像側(cè)的透鏡和成像面之間配置蓋玻璃、紫外線截止濾光片、紅外線截止濾光片、低通濾 光片等的各種濾光片等，在圖1中表示有設(shè)想這些的平行平板狀的光學(xué)部件PP配置在最靠 像側(cè)的透鏡組和像面5之間的例子。在此，上述變倍光學(xué)系統(tǒng)1在構(gòu)成第1透鏡組G1的透鏡中至少1片是塑料透鏡， 在構(gòu)成第2透鏡組G2的透鏡中互相鄰接的任意2片是塑料透鏡，從廣角側(cè)至望遠側(cè)，第1 透鏡組從物側(cè)向像面?zhèn)葐握{(diào)地移動，并且第2透鏡組從像面?zhèn)认蛭飩?cè)單調(diào)地移動。另外，將在各透鏡組中的塑料透鏡的順序編號分別從物側(cè)依次設(shè)為第i號時的各 透鏡的焦距設(shè)為fpi(i = 1、2、6)，將在整個系統(tǒng)的廣角端中的焦距設(shè)為fV，將各透鏡 的折射力對在廣角端的整個系統(tǒng)的折射力之比率設(shè)為fV/fpi，將與第1透鏡組G1的塑料透 鏡有關(guān)的fV/fpi的總計設(shè)為P1(P1=E (fw/fpi) :1<1<3)，將與第2透鏡組62的塑料 透鏡有關(guān)的fw/fpi的總計設(shè)為P2(P2 =E (fw/fpi) 4 ^ i ^ 6)時，滿足下述條件式(1) 及⑵。-0. 22 < P1 < -0. 01(1)-0. 15 < P2 < -0. 03(2)本發(fā)明所涉及的光學(xué)系統(tǒng)，因為是負折射力的第1透鏡組G1及正折射力的第2透 鏡組G2的2個透鏡組相互移動而進行變倍的光學(xué)系統(tǒng)，所以在廣角端和望遠端中，對成像 面的變動貢獻率分別不同。在本發(fā)明作為目標(biāo)的規(guī)格中，大致在廣角端中存在第1透鏡組 G1為0. 1倍、第2透鏡組G2為0. 9倍，在望遠端中存在第1透鏡組G1為0. 7倍、第2透鏡 組G2為0.3倍的變動貢獻率。若以固體攝像元件面作為基準(zhǔn)對其進行考慮，則將成本減少所牽連的塑料材料使 用于鏡框時，通過距各組的基準(zhǔn)位置的塑料鏡框?qū)囟鹊纳炜s，隨著+35°C的溫度上升而成 像位置在廣角端中變化-0. 03mm左右、在望遠端中變化_0. 04mm左右。由此將塑料透鏡導(dǎo) 入到光學(xué)系統(tǒng)時，需要按照考慮它且抵消的方式進行校正。第1透鏡組G1采用從物側(cè)起2片負透鏡和1片正透鏡的配置。這是因為為了在廣角端中實現(xiàn)超過100度的超廣角，需要過剩地產(chǎn)生負的畸變像差(也稱畸變像差)，而且在 2片負透鏡的折射力分配上自由度擴大，并且容易抑制由溫度引起的成像點位置變動。在該 第1透鏡組G1中，僅使用1片正透鏡的塑料其因溫度所引起的成像點位置變動過度變大， 所以不是上策。而且，也可以考慮3片均由塑料材料構(gòu)成的情況，但由于負折射力強，所以 因溫度引起的成像點位置變動得大為負而不可應(yīng)用。由此，優(yōu)選僅1片負透鏡塑料化或者 正負透鏡各1片塑料化的組合。第2透鏡組G2整體是正折射力，所以若采用從物側(cè)起正透鏡L4、負透鏡L5、正透 鏡L6的三聯(lián)體的結(jié)構(gòu)，則在畫面整體中可良好地維持性能。而且，其中將互相鄰接的任意2 片設(shè)為塑料透鏡來選擇即可。在此，設(shè)為互相鄰接的2片透鏡將因溫度引起的塑料材料的 折射率變化大且球面像差的劣化等的像差變動由互相接近的塑料透鏡彼此抵消而變得極 小。而且，在第2透鏡組G2中從確保性能或減少片數(shù)的效果方面優(yōu)選包括非球面透鏡，但 此時將能夠由塑料透鏡構(gòu)成的透鏡設(shè)為非球面透鏡，其從成本減少方面也極為重要。而且，第1透鏡組G1從廣角端到望遠端變倍時向成像面?zhèn)葐握{(diào)移動是保證對于成 像點位置變動的變動貢獻率在變倍區(qū)域中第1透鏡組G1、第2透鏡組G2均為同符號，且在 變倍的中間區(qū)域中的成像點位置變化不成為兩端以上。此外，條件式(1)規(guī)定第1透鏡組G1的塑料透鏡的折射力的總和。若低于條件式
(1)的下限值，則尤其在望遠側(cè)中的由溫度引起的成像點位置變動值向負方向變得過大； 若超過上限，則正透鏡的折射力變得過大，剩下的玻璃透鏡的負折射力過大且各種像差的 校正小，總而言之變得困難。另外，條件式(2)規(guī)定第2透鏡組G2的塑料透鏡的折射力的總和。若低于條件式
(2)的下限，則由溫度引起的成像點位置變動向負變大且隨著溫度上升成像點位置從成像 元件面上向透鏡方向偏移，使成像性能劣化得厲害。而且，若超過上限，則第2透鏡組G2內(nèi) 的負折射力的相對值小，因此色像差惡化或者像面傾斜增大或者對整個系統(tǒng)的成像性能帶 來壞影響。另外，接近于0. 0時，變得耐抗溫度變化，但若超過+0. 0，則成像點位置變動向正 變大且成像點的偏移變大，使用環(huán)境偏向于高溫或低溫時造成性能劣化。由此，通過如上述構(gòu)成，可實現(xiàn)滿足高規(guī)格并且低成本的變倍光學(xué)系統(tǒng)。上述變倍光學(xué)系統(tǒng)1將第1透鏡組的合成焦距設(shè)為fF，將第2透鏡組的合成焦距 設(shè)為fB時，優(yōu)選滿足下述條件式(3)。-1. 30 < fB/fF < -1. 10 (3)條件式(3)是與第1透鏡組G1及第2透鏡組G2的折射力分配有關(guān)的條件式，若 超過上限，則第1透鏡組G1的負折射力變小，不能得到超過100度的超廣角化或者變倍時 的各組移動量變大，從而透鏡系統(tǒng)變得大徑化的問題產(chǎn)生。而且，若低于下限，則第1透鏡 組G1的負焦距變短，為了確保整個系統(tǒng)的焦距，第2透鏡組G2的移動量變得更大，相對于 規(guī)制對像面5的明亮度的孔徑光闌St，第2透鏡組G2過于疏遠，第2透鏡組G2變得大徑化 或者在廣角側(cè)和望遠側(cè)中像差變動變大且成像性能劣化的問題產(chǎn)生。而且，將第2透鏡組中的雙凸透鏡的焦距設(shè)為f4，將正透鏡的焦距設(shè)為f6時，優(yōu)選 滿足下述條件式(4)。0. 90 < f6/f4 < 1. 20 (4)條件式(4)是與第2透鏡組G2內(nèi)的折射力分配有關(guān)的條件式。本發(fā)明所涉及的
7第2透鏡組G2將F1. 4級的明亮的光學(xué)系統(tǒng)作為規(guī)格時，組內(nèi)透鏡的折射力分配重要。在從 物側(cè)依次由雙凸透鏡L4、雙凹透鏡L5、正透鏡L6構(gòu)成的第2透鏡組G2中，在條件式(3)中 第2透鏡組G2的折射力受制約時，若雙凸透鏡L4的折射力變大，則正透鏡L6的折射力小， 所以有利于軸外性能，但若超過條件式(4)的上限，則整個系統(tǒng)的后截距變短，從而變得不 能滿足鏡筒的凸緣襯圈(7 7” )的所需量。為了避免其，例如也可以考慮增大
雙凹透鏡L5的折射力，但會影響到色像差，所以不優(yōu)選。相反，若減小雙凸透鏡L4的折射力，正透鏡L6的折射力就變大，若低于條件式(4) 的下限，則以孔徑光闌St為中心的整個系統(tǒng)的折射力配置的非對稱性變強，使像面彎曲、 彗形像差(也稱慧差)等軸外像差劣化，所以不優(yōu)選。此時也可以將正透鏡L6非球面化， 但強烈作用于球面像差和軸外各種像差兩方，難以在畫面整個區(qū)域良好地維持成像性能。實施例接著，對本發(fā)明的變倍光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值實施例進行說明。[實施例1]在圖1示出實施例1的變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡剖面圖。而且，將實施例1所涉及的 變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)示于表1，將非球面數(shù)據(jù)示于表2，將各種數(shù)據(jù)示于表3，將溫度變 化數(shù)據(jù)示于表4。同樣地，將實施例2 8所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)、非球面數(shù)據(jù)、 各種數(shù)據(jù)、溫度變化數(shù)據(jù)示于表5 表32。在以下，將實施例1取為例而對表中的記號的意 義進行說明，對于實施例2 8也基本相同。在表1的透鏡數(shù)據(jù)中，面號碼是將最靠物側(cè)的結(jié)構(gòu)要素的面作為第1個而隨著朝 向像側(cè)依次增加的，面間隔表示從該面至下一面為止的在光軸Z上的面間隔。而且，在透鏡 數(shù)據(jù)中，Nd表示將最靠物側(cè)的透鏡作為第1個而隨著朝向像側(cè)依次增加的第n個(n = 1、 2、3、…)光學(xué)要素對d線(波長587.6nm)的折射率，vd表示第n個光學(xué)要素對d線的阿 貝數(shù)。另外，在基本透鏡數(shù)據(jù)中也包括表示有孔徑光闌St及光學(xué)部件PP。在相當(dāng)于孔徑光 闌St的面的曲率半徑的欄記載有(光闌)。基本透鏡數(shù)據(jù)的曲率半徑的符號將在物側(cè)為凸 的情況設(shè)為正，將在像側(cè)為凸的情況設(shè)為負。在表1的透鏡數(shù)據(jù)中，在為了進行變倍間隔變化的第1透鏡組G1和孔徑光闌St 的間隔、孔徑光闌St和第2透鏡組G2的間隔、第2透鏡組G2和光學(xué)部件PP的間隔所對應(yīng) 的面間隔的欄分別記載有D6 (可變)、D7 (可變)、D13 (可變)。在表1的透鏡數(shù)據(jù)中，在非球面的面號碼附上*印，作為非球面的曲率半徑表示近 軸的曲率半徑的數(shù)值。在表2的非球面數(shù)據(jù)表示非球面的面號碼、與這些非球面有關(guān)的非 球面系數(shù)。非球面系數(shù)是在由以下式(A)表示的非球面式中的各系數(shù)k、Am(m = 4、6、8、 10、12)的值。X = C h2/ (1+ (1- k (C h)2)) 1/2+A4 h4+A6 h6+A8 h8+A10 h10+A12 h12 (A)其中，X 非球面的深度(從高度h的非球面上的點下垂到非球面頂點相切的且垂直于光 軸的平面的垂線長度)h 高度(從光軸到透鏡面的距離)C:近軸曲率半徑的倒數(shù)
Am 非球面系數(shù)(m = 4、6、8、10、12)在表3的各種數(shù)據(jù)表示在廣角端、中間視場角、望遠端中的整個系統(tǒng)的焦距、整個 系統(tǒng)的后截距Bf'、F數(shù)FN0、整個視場角2 (0。整個視場角2 的單位是度。
表4的溫度變化數(shù)據(jù)表示在廣角端、中間視場角、望遠端中的焦點深度(也稱焦 深)、和在以基準(zhǔn)溫度25°C為中心而變化士30°C及士35°C時的成像點的位移。
作為在表1中的曲率半徑及面間隔的單位、在非球面式中的非球面深度X及高度 h、在表3中的整個系統(tǒng)的焦距及整個系統(tǒng)的后截距Bf'的單位、在表4中的焦點深度及成 像點的位移單位可使用“mm”，但光學(xué)系統(tǒng)即使按比例放大或按比例縮小也可得到同等的光 學(xué)性能，所以單位不限于“mm”，也可使用其他適當(dāng)?shù)膯挝?。在實施?中，塑料透鏡使用L2、L3、L4、L5的4片。非球面透鏡使用在L4。對于 所需的溫度變化士35°C，基于計算的成像點的位移量是在容許范圍內(nèi)，并在廣角端中的視 場角為133度，從而達到目標(biāo)。表1實施例1透鏡數(shù)據(jù) 表 2實施例1非球面數(shù)據(jù) 表 3實施例1各種數(shù)據(jù) 表 4實施例1溫度變化數(shù)據(jù) [實施例2]將實施例2所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)示于表5，將非球面數(shù)據(jù)示于表6， 將各種數(shù)據(jù)示于表7，將溫度變化數(shù)據(jù)示于表8。而且，將透鏡結(jié)構(gòu)示于圖2 (省略各透鏡組 的簡要的移動軌跡)。在實施例2中，塑料透鏡使用L2、L4、L5的3片。非球面透鏡在L4使用?；谟?算的成像點的位移量相對于所需的溫度變化士35°C而言是在容許范圍內(nèi)，并且在廣角端中 的視場角為126度，從而達到目標(biāo)。表 5實施例2透鏡數(shù)據(jù) 表6實施例2非球面數(shù)據(jù) 表7實施例2各種數(shù)據(jù) 表8實施例2溫度變化數(shù)據(jù) [實施例3]將實施例3所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)示于表9，將非球面數(shù)據(jù)示于表10， 將各種數(shù)據(jù)示于表11，將溫度變化數(shù)據(jù)示于表12。而且，將透鏡結(jié)構(gòu)示于圖3 (各透鏡組的 簡要的移動軌跡省略)。在實施例3中，塑料透鏡使用L2、L4、L5的3片。非球面透鏡在L4使用?；谟?算的成像點的位移量相對于所需的溫度變化士35°C而言是在容許范圍內(nèi)，并且在廣角端中 的視場角為121度，從而達到目標(biāo)。表9實施例3透鏡數(shù)據(jù) 表10實施例3非球面數(shù)據(jù) 表11實施例3各種數(shù)據(jù) 表 12實施例3溫度變化數(shù)據(jù) [實施例4]將實施例4所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)示于表13，將非球面數(shù)據(jù)示于表 14，將各種數(shù)據(jù)示于表15，將溫度變化數(shù)據(jù)示于表16。而且，將透鏡結(jié)構(gòu)示于圖4(省略各 透鏡組的簡要的移動軌跡)。在實施例4中，塑料透鏡使用L1、L4、L5的3片。非球面透鏡在L4使用?；谟?算的成像點的位移量相對于所需的溫度變化士35°C而言是在容許范圍內(nèi)，并且在廣角端中 的視場角為127度，從而達到目標(biāo)。表13實施例4透鏡數(shù)據(jù) 表14實施例4非球面數(shù)據(jù) 表15實施例4各種數(shù)據(jù) 表16實施例4溫度變化數(shù)據(jù) [實施例5]將實施例5所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)示于表17，將非球面數(shù)據(jù)示于表 18，將各種數(shù)據(jù)示于表19，將溫度變化數(shù)據(jù)示于表20。而且，將透鏡結(jié)構(gòu)示于圖5 (省略各 透鏡組的簡要的移動軌跡)。在實施例5中，塑料透鏡使用L1、L4、L5的3片。非球面透鏡在Ll和L4使用?；?于計算的成像點的位移量相對于所需的溫度變化士35°C而言是在容許范圍內(nèi)，并且在廣角 端中的視場角為143度，從而達到目標(biāo)。表17實施例5透鏡數(shù)據(jù) 表18實施例5非球面數(shù)據(jù) 表 19 將實施例6所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)示于表21，將非球面數(shù)據(jù)示于表 22，將各種數(shù)據(jù)示于表23，將溫度變化數(shù)據(jù)示于表24。而且，將透鏡結(jié)構(gòu)示于圖6 (省略各 透鏡組的簡要的移動軌跡)。在實施例6中，塑料透鏡使用L1、L5、L6的3片。非球面透鏡在Ll和L5使用?；?于計算的成像點的位移量相對于所需的溫度變化士35°C而言稍微超過容許范圍，在廣角端 的視場角為128度，也達到目標(biāo)。表21 表22實施例6非球面數(shù)據(jù) 表 23實施例6各種數(shù)據(jù) 表 24實施例6溫度變化數(shù)據(jù) [實施例7]將實施例7所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)示于表25，將非球面數(shù)據(jù)示于表 26，將各種數(shù)據(jù)示于表27，將溫度變化數(shù)據(jù)示于表28。而且，將透鏡結(jié)構(gòu)示于圖7 (各透鏡 組的簡要的移動軌跡省略)。在實施例7中，塑料透鏡使用L1、L3、L5、L6的4片。非球面透鏡在Ll和L5使用。 基于計算的成像點的位移量相對于所需的溫度變化士35°C而言在廣角端中稍微超過容許 范圍，在廣角端中的視場角為125度，從而達到目標(biāo)。
表 25實施例7透鏡數(shù)據(jù) 表 26實施例7非球面數(shù)據(jù) [實施例8]將實施例8所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)示于表29，將非球面數(shù)據(jù)示于表 30，將各種數(shù)據(jù)示于表31，將溫度變化數(shù)據(jù)示于表32。而且，將透鏡結(jié)構(gòu)示于圖8(省略各 透鏡組的簡要的移動軌跡)。在實施例8中，塑料透鏡使用L2、L4、L5的3片。非球面透鏡在L4使用?；谟?算的成像點的位移量相對于所需的溫度變化士35°C而言在望遠端中超過容許范圍，在廣角 端的視場角為123度，從而達到目標(biāo)。表 29表 30實施例8非球面數(shù)據(jù) 表 31
實施例8各種數(shù)據(jù) 表 32實施例8溫度變化數(shù)據(jù) 在上述實施例1 8中，也有基于計算的成像點的位移量超過一部分容許范圍的 實施例，但也有通過鏡筒框材料的選擇變成可容許的情況，總而言之可主張發(fā)明的效果，能 夠作為監(jiān)視攝像機用的高規(guī)格及低成本的變倍光學(xué)系統(tǒng)而提供。將對應(yīng)于實施例1 8的變倍光學(xué)系統(tǒng)的條件式⑴、(2)、(3)、⑷的值示于表 33。表33的各值是對應(yīng)于d線(波長587. 6nm)的值。如從表33可知，實施例1 8全部 滿足條件式⑴、⑵、⑶、⑷。表 33 在圖9分別表示實施例1的變倍光學(xué)系統(tǒng)的在廣角端、中間視場角、望遠端中的球 面像差(也稱球差)、非點像差(也稱像散)、畸變(畸變像差)、倍率色像差(也稱倍率色 差)的各像差圖。在各像差圖表示以d線(波長587.6nm)為基準(zhǔn)波長的像差，但在球面像 差圖及倍率色像差圖也表示對g線(波長435. 8nm)、c線(波長656. 3nm)的像差。另外，畸變像差在TV失真中記載。將垂直于光軸的平面物體由光學(xué)系統(tǒng)所結(jié)成的 垂直于光軸的物像的歪曲程度表示作為畸變像差，就照相透鏡等而言將一般的理想像高與 實像高之差除以理想像高的數(shù)值以百分率表示，相對于此，在TV透鏡的領(lǐng)域中使用與其不 同的定義式，將此作為TV顯示而區(qū)別。根據(jù)此定義以TV畫面的長邊的彎曲量作為對象而 作為歪曲量進行處理。具體地，以長邊的彎曲的深度Ah除以垂直畫面長度2h且由百分率表示，如下述 式表不。DTV = Ah/2hX100就畸變像差圖而言，將距光軸的實像高Y設(shè)為相對于光軸中心的畫面4對角方向 的4點，設(shè)想由這些4點連結(jié)的平面像在物側(cè)的矩形平面物體，此像的長邊在中央部的實像 高為h，并且與對角上的點距光軸為止的垂直高度之差為Ah。從而，按畫面的縱橫比成為 不同的數(shù)值，但在本圖中成為在TV畫面以通常的3 4的比率所計算的數(shù)值。同樣地，在圖10 16表示實施例2 8的變倍光學(xué)系統(tǒng)的在廣角端、中間視場角 及望遠端中的球面像差、非點像差、畸變(畸變像差)、倍率色像差的各像差圖。從以上的數(shù)據(jù)可知，實施例1 8的變倍光學(xué)系統(tǒng)的各像差被良好地校正，廣角端 及望遠端均在可見區(qū)域中具有高的光學(xué)性能。這些變倍光學(xué)系統(tǒng)可適當(dāng)?shù)厥褂糜诒O(jiān)視攝像 機、視頻攝像機、電子靜止攝像機等的攝像裝置。在圖17作為本發(fā)明的實施方式的攝像裝置的一例表示使用本發(fā)明的實施方式所 涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)1而構(gòu)成的視頻攝像機10的結(jié)構(gòu)圖。另外，在圖17簡要地表示變倍 光學(xué)系統(tǒng)1具備的負的第1透鏡組G1、孔徑光闌St、正的第2透鏡組G2。視頻攝像機10具備變倍光學(xué)系統(tǒng)1、配置在變倍光學(xué)系統(tǒng)1的像側(cè)的且具有 低通濾光片及紅外線截止濾光片等功能的濾光片6、配置在濾光片6的像側(cè)的攝像元件7、信號處理電路8。攝像元件7將由變倍光學(xué)系統(tǒng)1形成的光學(xué)像變換成電信號，例 如作為攝像元件 7 可使用 CCD(ChargeCoupled Device)或 CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor)等。攝像元件7按照其攝像面與變倍光學(xué)系統(tǒng)1的像面一致的方式配置。變倍光學(xué)系統(tǒng)1所拍攝到的像被成像在攝像元件7的攝像面上，并且有關(guān)此圖像的來自攝像元件7的輸出信號由信號處理電路8進行運算處理，并且其像顯示于顯示裝置 9。另外，在圖17圖示有利用1個攝像元件7的所謂單板方式的攝像裝置，但作為本 發(fā)明的攝像裝置，也可以在變倍光學(xué)系統(tǒng)1和攝像元件7之間插入分成R(紅)、G(綠)、 B(藍)等各色的分色棱鏡，使用對應(yīng)于各色的3個攝像元件的所謂3板方式的攝像裝置。本發(fā)明的實施方式所涉及的變倍光學(xué)系統(tǒng)因具有上述的優(yōu)點，所以在本實施方式 的攝像裝置中也可得到廣角且精度高的影像。以上，例舉實施方式及實施例而說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實施方式及 實施例，可以進行各種變形。例如，各透鏡成分的曲率半徑、面間隔、折射率、阿貝數(shù)等的值 不限于在上述各數(shù)值實施例所示的值，可以取其他的值。
權(quán)利要求
一種變倍光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，從物側(cè)依次具備具有負的折射力的第1透鏡組、具有正的折射力的第2透鏡組，上述第1透鏡組從物側(cè)依次具有凸面朝向物側(cè)的負透鏡、雙凹透鏡、正透鏡，并且在這些中至少1片是塑料透鏡，上述第2透鏡組從物側(cè)依次具有雙凸透鏡、雙凹透鏡、正透鏡，并且在這些中互相鄰接的任意2片是塑料透鏡，從廣角側(cè)至望遠側(cè)，上述第1透鏡組從物側(cè)向像面?zhèn)葐握{(diào)移動，并且上述第2透鏡組從像面?zhèn)认蛭飩?cè)單調(diào)移動，將在各透鏡組中的塑料透鏡的順序編號分別從物側(cè)依次設(shè)為第i號時的各透鏡的焦距設(shè)為fpi，將在整個系統(tǒng)的廣角端的焦距設(shè)為fw，將各透鏡的折射力對在廣角端的整個系統(tǒng)的折射力之比率設(shè)為fw/fpi，將與上述第1透鏡組的塑料透鏡有關(guān)的fw/fpi之和的總計設(shè)為P1，將與上述第2透鏡組的塑料透鏡有關(guān)的fw/fpi之和的總計設(shè)為P2時，滿足下述條件式(1)及(2)-0.22＜P1＜-0.01 (1)-0.15＜P2＜-0.03 (2)。
2.如權(quán)利要求1所述的變倍光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第1透鏡組至少包括1片負塑料透鏡，上述第2透鏡組的至少1片透鏡是非球面 透鏡。
3.如權(quán)利要求1或2所述的變倍光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，將上述第1透鏡組的合成焦距設(shè)為fF，將上述第2透鏡組的合成焦距設(shè)為fB時，滿足 下述條件式⑶-1. 30 < fB/fF < -1. 10 (3)。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項所述的變倍光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，將上述第2透鏡組中的上述雙凸透鏡的焦距設(shè)為f4，將上述正透鏡的焦距設(shè)為f6時， 滿足下述條件式(4)0. 90 < f6/f4 < 1. 20 (4)。
5.一種攝像裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1至4中的任一項所述的變倍光學(xué)系統(tǒng)； 對該變倍光學(xué)系統(tǒng)所成像的被攝體的像進行攝像的攝像元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種變倍光學(xué)系統(tǒng)及攝像裝置，其在負正2組變焦結(jié)構(gòu)的變倍光學(xué)系統(tǒng)中，謀求高規(guī)格化及低成本化。第1透鏡組(G1)至少將1片設(shè)為塑料透鏡，第2透鏡組(G2)將互相鄰接的任意2片設(shè)為塑料透鏡，從廣角側(cè)至望遠側(cè)，第1透鏡組(G1)從物側(cè)向像面?zhèn)葐握{(diào)地移動，并且第2透鏡組(G2)從像面?zhèn)认蛭飩?cè)單調(diào)地移動，將各透鏡的折射力對在廣角端的整個系統(tǒng)的折射力之比率設(shè)為fw/fpi，將與第1透鏡組的塑料透鏡有關(guān)的fw/fpi的總計設(shè)為P1，將與第2透鏡組的塑料透鏡有關(guān)的fw/fpi的總計設(shè)為P2時，滿足下述條件式(1)及(2)-0.22＜P1＜-001(1)，-0.15＜P2＜-0.03(2)。
文檔編號G02B15/16GK101840059SQ20091026215
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者大野和則 申請人:富士能株式會社