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調焦鏡頭與使用調焦鏡頭的拍攝裝置的制作方法

文檔序號:2772674閱讀:260來源:國知局
專利名稱:調焦鏡頭與使用調焦鏡頭的拍攝裝置的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及靜物攝像機、視頻攝像機、靜物數(shù)字攝像機等,更具體地說,本發(fā)明涉及用于靜物攝影機、視頻攝像機、數(shù)碼相機等的調焦鏡頭,該調焦鏡頭具有三個包括位于其它類型的透鏡單元之前的負光焦度透鏡單元(在本說明書中,光焦度等于焦距的倒數(shù))在內(nèi)的透鏡單元,特別是,該調焦鏡頭對這些透鏡單元排列進行優(yōu)化從而減小了整個透鏡系統(tǒng)的大小。
背景技術
隨著諸如視頻攝像機、數(shù)碼相機以及采用諸如固體圖像采集元件的光電轉換元件的電子靜物攝像機的攝像機(光學器件)性能的提高,要求它們所使用的光學系統(tǒng)具有更高光學性能并且更小型化。
在這種類型的攝像機中,需要將諸如低通濾光片和彩色校正濾光片的各種光學部件設置到最終透鏡部分與圖像采集元件之間。因此,對于此用途的光學系統(tǒng),要求透鏡系統(tǒng)在光學上具有較長的后焦點焦距。此外,在采用彩色圖像采集元件的攝像機中,為了避免色斑,要求用于此攝像機的光學系統(tǒng)在像面?zhèn)蕊@示良好焦闌性。
根據(jù)慣例已經(jīng)建議了多種所謂短焦鏡頭的透鏡,它們分別包括兩個透鏡單元,即具有負光焦度的第一透鏡單元和具有正光焦度的第二透鏡單元,并通過改變這兩個透鏡單元的焦距,用于進行調焦或改變放大率。在這種短焦光學系統(tǒng)中,系統(tǒng)通過移動具有正光焦度的第二透鏡單元進行調焦,并通過移動具有負光焦度的第一透鏡單元進行調焦來校正像點。在由這樣兩個透鏡單元構成的透鏡配置中,縮放比約為2x。在第7-3507號日本專利出版物(對應于USP4,810,072)、第6-40170號日本專利出版物(對應于USP4,647,160)等中披露了兩種三單元調焦鏡頭,它們分別在成像側具有3個正光焦度透鏡單元或負光焦度透鏡單元對高縮放比引起的像差進行校正,從而從整體上獲得小型結構,同時可以保證高縮放比。
由于這種三單元調焦鏡頭主要用于35mm膠片照相,所以不能說這種調焦鏡頭可以實現(xiàn)采用固體圖像采集元件的光學系統(tǒng)要求的后焦點焦距和良好的焦闌特性。
第63-135913號日本未決專利申請(對應于USP4,838,666)、第7-261083號日本未決專利申請等披露了兩種三單元調焦鏡頭系統(tǒng),它們分別包括3個分別具有負光焦度、正光焦度和正光焦度的透鏡單元,它們均可以滿足后焦點要求和焦闌特性要求。在第3-288113號日本未決專利申請(對應于USP5,270,863)中披露了一種光學系統(tǒng),這種光學系統(tǒng)通過將具有負光焦度、正光焦度和負光焦度的三單元調焦鏡頭中具有負光焦度的第一單元固定,并移動具有正光焦度的第二單元和第三單元來進行透鏡。
本申請人在第2000-111798號日本未決專利申請中披露了一種采用具有負光焦度、正光焦度和正光焦度的三單元配置的拍攝鏡頭。根據(jù)此拍攝鏡頭實現(xiàn)的調焦鏡頭的縮放比為2或更大,并且通過將總焦距降低到最小實現(xiàn)了小型結構,同時保證透鏡背后的長度足以在像面?zhèn)炔迦霝V光片等,并且可以實現(xiàn)固體圖像采集元件所要求的焦闌特性。
USP4,969,878披露了一種具有從物鏡側到成像側順序排列的負光焦度、正光焦度和正光焦度的三單元調焦鏡頭,在這種三單元調焦鏡頭中,在調焦過程中,第三單元沿光軸、在物鏡側、以凸形軌跡往復運動。
在第63-135913號日本未決專利申請、第7-261083號日本未決專利申請以及第3-288113號日本未決專利申請中披露的三單元調焦鏡頭中,構成各透鏡單元的透鏡數(shù)較多,因此總焦距長。
在第7-261083號日本未決專利申請披露的光學系統(tǒng)中,因為通過移動具有負光焦度的第一單元而固定具有正光焦度的第三單元,可以聚焦到近物上,所以機械結構會由于在調焦過程中透鏡單元也發(fā)生移動而趨于復雜。
USP4,999,007披露了一種具有負光焦度、正光焦度和正光焦度的三單元調焦鏡頭,在這種三單元調焦鏡頭中,第一單元和第二單元均由單個透鏡構成。
然而,USP4,999,007所披露的調焦鏡頭在廣角端的總焦距較長。此外,由于在廣角端第一單元遠離孔徑光闌,所以離軸光線的入射高度高,并且構成第一單元的透鏡的直徑大。因此,整個透鏡系統(tǒng)的尺寸趨于增大。此外,由于第一單元和第二單元均由一個透鏡構成,所以在各透鏡單元內(nèi)對像差的校正不夠。尤其是在調焦過程中,在離軸光線的高度變化大的第一單元,色像差放大現(xiàn)象往往會發(fā)生變化。由于第一單元由一個負透鏡構成,所以在此透鏡單元內(nèi)不能對像差進行充分校正。因此,在整個系統(tǒng)中,色像差放大現(xiàn)象的變化會增大。
USP4,824,223披露了一種采用具有負光焦度、正光焦度和正光焦度的三單元配置的投影光學系統(tǒng)。在此光學系統(tǒng)中,第一單元由一個負透鏡構成,因此,在此透鏡單元內(nèi)不能對像差進行充分校正,并且縮放比約為1.7x。即此光學系統(tǒng)不適于高縮放工作。
此外,在USP4,838,666、第62-200316號日本未決專利申請、第2-118509號日本未決專利申請、USP4,999,007、USP5,835,287、第5-173073號日本未決專利申請(對應于USP5,434,710)以及第60-42451號日本未決專利申請所披露的三單元調焦鏡頭中,分別具有從物鏡側開始順序排列的負光焦度、正光焦度和正光焦度、并且所包括的第三單元含有多個包括負透鏡和正透鏡的透鏡。
根據(jù)USP4,838,666、第62-200316號日本未決專利申請、第2-118509號日本未決專利申請,由于在調焦期間第三單元是固定的,所以在高縮放過程中,它常常難于在整個調焦范圍內(nèi)保持良好的性能。
根據(jù)USP4,999,007和USP5,835,287,由于第一單元和第二單元的組成透鏡的數(shù)目少至一個或兩個,所以難于滿足高縮放比的要求和高性能的要求。根據(jù)第5-173073號日本未決專利申請,由于第三單元由被氣隙互相隔離的正透鏡和負透鏡構成,所以會因為這些透鏡相對偏離中心而降低性能。
根據(jù)第60-42451號日本未決專利申請,由于第二單元的組成透鏡的數(shù)目多至4至5個,所以會產(chǎn)生小型化問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種采用少量組成透鏡、具有小型配置且性能良好的調焦鏡頭。
為了實現(xiàn)上述目的,根據(jù)本發(fā)明的調焦鏡頭包括從物鏡側到成像側順序排列的負光焦度的第一透鏡單元、正光焦度的第二透鏡單元以及正光焦度的第三透鏡單元,其中在從廣角端到遠攝端的調焦過程中,減小第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔,而增大第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔。第三透鏡單元具有通過將正透鏡元件膠合到負透鏡元件形成的膠合透鏡,并且為了減小調焦,第三透鏡單元沿光軸移動。假定NLi是第i個透鏡單元的透鏡數(shù),它們滿足條件NL3<NL2≤NL1。


圖1示出根據(jù)第一實施例的調焦鏡頭的剖視圖;圖2示出根據(jù)第一實施例、處于廣角端的調焦鏡頭的像差圖;圖3示出根據(jù)第一實施例、處于中間調焦位置的調焦鏡頭的像差圖;圖4示出根據(jù)第一實施例、處于遠攝端的調焦鏡頭的像差圖;圖5示出根據(jù)第二實施例的調焦鏡頭的剖視圖;圖6示出根據(jù)第二實施例、處于廣角端的調焦鏡頭的像差圖;圖7示出根據(jù)第二實施例、處于中間調焦位置的調焦鏡頭的像差圖;圖8示出根據(jù)第二實施例、處于遠攝端的調焦鏡頭的像差圖;圖9示出根據(jù)第三實施例的調焦鏡頭的剖視圖;圖10示出根據(jù)第三實施例、處于廣角端的調焦鏡頭的像差圖;圖11示出根據(jù)第三實施例、處于中間調焦位置的調焦鏡頭的像差圖;
圖12示出根據(jù)第三實施例、處于遠攝端的調焦鏡頭的像差圖;圖13示出根據(jù)第四實施例的調焦鏡頭的剖視圖;圖14示出根據(jù)第四實施例、處于廣角端的調焦鏡頭的像差圖;圖15示出根據(jù)第四實施例、處于中間調焦位置的調焦鏡頭的像差圖;圖16示出根據(jù)第四實施例、處于遠攝端的調焦鏡頭的像差圖;圖17示出根據(jù)第五實施例的調焦鏡頭的剖視圖;圖18示出根據(jù)第五實施例、處于廣角端的調焦鏡頭的像差圖;圖19示出根據(jù)第五實施例、處于中間調焦位置的調焦鏡頭的像差圖;圖20示出根據(jù)第五實施例、處于遠攝端的調焦鏡頭的像差圖;以及圖21示出數(shù)字照相機主要部分的簡圖。
具體實施例方式
圖1示出根據(jù)第一實施例的調焦鏡頭的各透鏡的剖視圖。圖2至圖4分別示出根據(jù)第一實施例、處于廣角端、中間調焦位置以及遠攝端的調焦鏡頭的像差圖。
圖5示出根據(jù)第二實施例的調焦鏡頭的各透鏡的剖視圖。圖6至圖8分別示出根據(jù)第二實施例、處于廣角端、中間調焦位置以及遠攝端的調焦鏡頭的像差圖。
圖9示出根據(jù)第三實施例的調焦鏡頭的各透鏡的剖視圖。圖10至圖12分別示出根據(jù)第三實施例、處于廣角端、中間調焦位置以及遠攝端的調焦鏡頭的像差圖。
圖13示出根據(jù)第四實施例的調焦鏡頭的各透鏡的剖視圖。圖14至圖16分別示出根據(jù)第四實施例、處于廣角端、中間調焦位置以及遠攝端的調焦鏡頭的像差圖。
圖17示出根據(jù)第五實施例的調焦鏡頭的各透鏡的剖視圖。圖18至圖20分別示出根據(jù)第五實施例、處于廣角端、中間調焦位置以及遠攝端的調焦鏡頭的像差圖。
圖21示出使用根據(jù)第一至第五實施例的各調焦鏡頭作為拍攝鏡頭的靜物數(shù)碼相機的主要部分的簡圖。
參考各實施例內(nèi)的各透鏡的剖視圖,各調焦鏡頭包括具有負光焦度的第一單元(第一透鏡單元)L1、具有正光焦度的第二單元(第二透鏡單元)L2、具有正光焦度的第三單元(第三透鏡單元)L3、孔徑光闌SP、圖像平面IP以及相當于濾光片、分光棱鏡等的玻璃塊G。
此實施例具有三個從物鏡側到成像側順序排列的單元,即具有負(negative)光焦度的第一單元、具有正光焦度的第二單元以及具有正光焦度的第三單元。在從廣角端到遠攝端調焦過程中,第一單元在成像側沿凸形軌跡往復運動或完成部分此運動,第二單元移動到物鏡側,第三單元沿凸形軌跡、在成像側運動或完成部分此運動。
此實施例的調焦鏡頭構成主要采用具有負光焦度的第一單元和具有正光焦度的第二單元的所謂廣角短焦鏡頭系統(tǒng)。此調焦鏡頭通過移動具有正光焦度的第二單元來改變放大率,然后通過往復運動具有正光焦度的第一單元對調焦時像點的運動進行校正。具有正光焦度的第三單元用于提高采用小型圖像采集元件的拍攝鏡頭的光焦度,這樣就可以降低由第一單元和第二單元構成的短焦鏡頭系統(tǒng)的的光焦度,因此尤其可以抑制第一單元的透鏡產(chǎn)生像差,并可以獲得良好的光學性能。此外,當將具有正光焦度的第三單元用作場透鏡時,尤其可以實現(xiàn),采用固體圖像采集元件等的拍攝裝置所要求的成像側遠心成像。不僅如此,由于在調焦期間通過移動第三單元,可以對入射到第三單元的離軸光線到光軸的高度進行控制,所以可以提高對各種離軸像差進行校正的能力,因此對于整個調焦范圍可以實現(xiàn)良好的性能。
假定使用這樣的調焦鏡頭,在該調焦鏡頭中,在從廣角端到遠攝端的調焦過程中,第一單元與第二單元之間的間隔減小,而第二單元與第三單元之間的間隔增加,并且第三單元具有通過將正透鏡膠合到負透鏡形成的膠合透鏡。在此例中,假定NLi是第I單元的組成透鏡數(shù),它們滿足NL3<NL2≤NL1 …(1)
通過以此方式利用滿足條件表達式(1)數(shù)目的組成透鏡產(chǎn)生各透鏡單元,可以獲得在整個調焦范圍內(nèi)具有小像差變化和高光學性能的調焦鏡頭,同時減少了整個透鏡系統(tǒng)的組成透鏡數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明目的調焦鏡頭可以實現(xiàn)具有上述配置的初始目的。然而,為了在整個調焦范圍內(nèi)獲得更高的光學性能,至少優(yōu)先滿足下列配置要求之一。
(A-1)第二單元優(yōu)先包括從物鏡側到成像側順序排列的,通過膠合負透鏡與正透鏡形成的膠合透鏡以及雙凸面形的正透鏡,第一單元優(yōu)先包括3個或更多個包括其凹面對著成像側的凹凸形負透鏡和其凹面對著物鏡側的凹凸形正透鏡的透鏡。
(A-2)第二單元優(yōu)先包括從物鏡側到成像側順序排列的,通過膠合正透鏡與負透鏡形成的膠合透鏡以及雙凹面形正透鏡,并且第一單元優(yōu)先包括其凹面對著成像側的凹凸形負透鏡和其凹面對著物鏡側的凹凸形正透鏡。
(A-3)第二單元優(yōu)先具有通過膠合正透鏡與負透鏡形成的膠合透鏡以及雙凹面形的正透鏡并滿足下列條件表達式0.7<Rb/Ra<1.2 …(2)-0.6<(Rd+Rc)/(Rd-Rc)<0.6…(3)其中Ra是最靠近物鏡側的膠合透鏡的透鏡面的曲率半徑,Rb是最靠近成像側的膠合透鏡的透鏡面的曲率半徑,Rc是位于物鏡側的雙凹面形正透鏡的透鏡面的曲率半徑,Rd是位于成像側的正透鏡的透鏡面的曲率半徑。
(A-4)最靠近物鏡側的第二單元的透鏡面優(yōu)先具有凸出到物鏡側的非球面凸形并用于降低從光軸向外的收斂作用。
(A-5)在從廣角端到遠攝端的調焦過程中,第三單元優(yōu)先沿凸形軌跡移動移動到成像側。
(A-6)假定d是第二單元的膠合透鏡的厚度,fw是處于廣角端時整個系統(tǒng)的焦距,它們優(yōu)先滿足0.3<d/fw<0.5…(4)(A-7)在調焦過程中,第二單元和第三單元優(yōu)先沿光軸移動,并且第二單元優(yōu)先具有由正透鏡和負透鏡構成的膠合透鏡。
(A-8)假定f3n是第三單元的膠合透鏡的負透鏡的焦距,f3是第三單元的焦距,v3n是用于第三單元膠合透鏡的負透鏡材料的阿貝數(shù),N3n是折射率,它們優(yōu)先滿足0.8<f3n/f3<1.7 …(5)v3n<40 …(6)1.7<N3n …(7)(A-9)第一單元從物鏡側到成像側順序優(yōu)先包括其凸面對著物鏡側的正透鏡、其凹面對著成像側的凹凸形負透鏡、負透鏡以及其凸面對著成像側的凹凸形正透鏡。
(A-10)假定M1是第三單元最靠近成像側時的調焦位置;x3w是在從廣角端到調焦位置M1的調焦過程中,第三單元的移動距離;x3t是在從調焦位置M1到遠攝端的調焦過程中,第三單元的移動距離,它們優(yōu)先滿足0.2<x3w/x3t<3.0…(8)(A-11)假定β3t是處于遠攝端時,第三單元的橫向放大率,它優(yōu)先滿足0.6<β3t<0.8 …(9)
(A-12)優(yōu)先通過沿光軸移動第三單元實現(xiàn)聚焦。
(A-13)第二單元優(yōu)先具有通過膠合正透鏡與負透鏡形成的膠合透鏡和雙凸面形的正透鏡,并且滿足下列條件表達式0.7<Rb/Ra<1.2 …(2)-0.6<(Rd+Rc)/(Rd-Rc)<0.6 …(3)0.3<d/fw<0.5 …(4)0.8<f3n/f3<1.7…(5)v3n<40 …(6)1.7<N3n…(7)其中Ra是最靠近物鏡側的第二單元的膠合透鏡的透鏡面的曲率半徑,Rb是最靠近成像側的第二單元的膠合透鏡的透鏡面的曲率半徑,Rc是位于物鏡側的雙凸面形正透鏡的透鏡面的曲率半徑,Rd是位于成像側的正透鏡的透鏡面的曲率半徑,d是第二單元的膠合透鏡的厚度,fw是處于廣角端時整個系統(tǒng)的焦距,f3n是第三單元的膠合透鏡的負透鏡的焦距,f3是第三單元的焦距,v3n是用于第三單元膠合透鏡的負透鏡材料的阿貝數(shù),N3n是折射率。
(A-14)假定M1是第三單元最靠近成像側時的調焦位置,x3w是在從廣角端到調焦位置M1的調焦過程中第三單元的移動距離,x3t是在從調焦位置M1到遠攝端的調焦過程中第三單元的移動距離,β3t是位于遠攝端時第三單元的橫向放大率,它們優(yōu)先滿足0.2<x3w/x3t<3.0 …(8)0.6<β3t<0.8…(9)接著,將對調焦鏡頭滿足配置要求(A-1)至(A-14)時獲得的光學性能特性進行一般說明。
在第二單元的物鏡側設置孔徑光闌以縮短入射光瞳與廣角端第一單元之間的距離,從而抑制了第一單元各透鏡有效直徑的增大。此外,位于設置在具有正光焦度的第二單元的物鏡側的孔徑光闌兩側的第一單元和第三單元消除各種離軸像差以獲得良好的光學性能,而無需增加組成透鏡的數(shù)目。
在第一、第二、第三和第五實施例中,具有負光焦度的第一單元包括從物鏡側開始順序排列的正透鏡11;其凹面對著成像側的凹凸形負透鏡12;負(negative)透鏡13;以及其凸面對著物鏡側的正凹凸透鏡14。具有正光焦度的第二單元包括從物鏡側到成像側順序排列的膠合透鏡,由其凸面對著物鏡側的正透鏡21與其凹面對著成像側的負透鏡22構成;和雙凹面形的正透鏡23。具有正光焦度的第三單元由包括正透鏡31和負透鏡32的膠合透鏡構成。
在第一單元中,利用正透鏡11與負透鏡12之間的空氣透鏡可以對主要發(fā)生在廣角端的桶形畸變進行校正。利用第一單元的非球面可以校正畸變。然而,在此例中,由于第一單元的透鏡直徑大于其它單元的透鏡直徑,所以在利用玻璃造型過程制造非球形透鏡時,造型透鏡所需的時間出奇的長。
請注意,為了抑制由于離軸主光線的折射產(chǎn)生的離軸像差,構成第一單元的負透鏡12和正透鏡14幾乎是以孔徑光闌中心為中心的同心球面。即,負透鏡12是凹凸形的,并且其凹面對著成像側;正透鏡14是凹凸形的,并且其凸面對著物鏡側。
將示于圖13的根據(jù)第四實施例的配置省略正透鏡11作為第一單元的另一種配置。在此例中,盡管降低了上述畸變校正能力,但是如果畸變?yōu)閼盟试S,則不會產(chǎn)生問題。
第二單元包括3個透鏡。通常,第二單元由包括3個透鏡(即正透鏡、負透鏡和正透鏡)的三合透鏡構成。所以該單元會由于物鏡側的正透鏡和負透鏡相對偏心產(chǎn)生非常大的畸變。這是因為在兩個透鏡之間形成的空氣透鏡的靈敏度特別高。根據(jù)本發(fā)明,正透鏡21與負透鏡22膠合在一起構成膠合透鏡,這樣可以將由于制造誤差引起的畸變降低到最小。
在正透鏡22與負透鏡23之間對離軸慧形像差進行適當校正。
為了適當校正球形像差,正透鏡21的物鏡側透鏡面優(yōu)先成型為非球面,并且其凸形透鏡面對著物鏡側,從而降低從光軸向外的收斂作用。
請注意,正透鏡23可以是由負透鏡和正透鏡構成的膠合透鏡。這樣可以提高色像差校正能力。
利用上述配置,第二透鏡獲得良好光學性能并實現(xiàn)具有非常少量透鏡的小型結構。
第三單元由包括正透鏡和負透鏡的膠合透鏡構成,并尤其可以在整個調焦范圍內(nèi)對色像差放大現(xiàn)象進行適當校正。在第一單元中,在調焦期間,色像差放大現(xiàn)象發(fā)生變化。然而,如果第三單元由膠合透鏡構成,則通過特別考慮對變化量進行校正選擇第一單元的玻璃材料,以及通過特別考慮對絕對量進行校正選擇第三單元的玻璃材料,可以對整個調焦范圍實現(xiàn)良好像差校正。
如果第三單元由一個正透鏡構成,則必須選擇低色散玻璃材料以抑制出現(xiàn)色像差放大現(xiàn)象。由于低色散玻璃具有較低的折射率,所以在正透鏡方向,珀茲伐和會增加,并導致像場彎曲受到校正。為此,根據(jù)本發(fā)明,第三單元由膠合透鏡構成以允許使用較高折射率的玻璃材料,因此可以對色像差放大現(xiàn)象和像場彎曲進行校正。
根據(jù)此實施例,當希望聚焦近物體時,采用一起移動第三單元的后聚焦方法。這樣可以防止因為聚焦而增加前元件的直徑,并可以通過減小最小圖像采集距離來實現(xiàn)輕型聚焦單元。
如果由具有負光焦度、正光焦度和正光焦度的透鏡單元構成的三單元調焦鏡頭的第三單元被用作聚焦透鏡,則在接近遠攝端時,常常會增加伸長量。當?shù)谌龁卧獜膹V角端到遠攝端向著物鏡側移動時,第三單元需要調焦過程的移動量與在遠攝端的伸長量之和。結果,第三單元的移動距離增加,因此增加了用于沿光軸驅動第三單元的軸的長度。這樣會對調焦鏡頭的小型化產(chǎn)生不利影響。
當?shù)谌龁卧獜膹V角端到遠攝端向著成像側移動時,調焦過程的移動范圍覆蓋了在遠攝端時到物鏡側的伸長量。因此,縮短了第三單元本身的移動行程,產(chǎn)生對小型化有利的效果。在此例中,從廣角端到遠攝端,出射光瞳的變化會增大??傊?,在諸如CCD的固體圖像采集元件中,通過利用微透鏡陣列將光線盡可能聚集到有效像素部分,可以提高敏感度。微透鏡陣列用于將位于特定出射光瞳的光束聚集功率增加到最大。超出此出射光瞳的容許量后,亮度陰影和色彩陰影變得更加明顯。因此,如果出射光瞳的變化非常大,則在整個調焦范圍、在容許量之內(nèi)難于減小陰影。為此,優(yōu)先減小出射光瞳。當孔徑光闌與第二單元一起移動時,則從廣角端到遠攝端,出射光瞳變到減色端。當?shù)谌龁卧蛑上駛纫苿訒r,此變化會增加。
如果在廣角端和遠攝端,第三單元位于光軸上的相同位置,則可以減小移動行程并可以降低出射光瞳的變化。如果進一步提高縮放比,則難于通過移動第一單元和第二單元刪除整個調焦過程中的各種像差。在此例中,通過非線性移動第三單元可以產(chǎn)生有利效果。
此方法的一個例子是,在從廣角端到遠攝端時,第三單元沿凸形軌跡向物鏡側移動,否則沿凸形軌跡向成像側移動的方法。已知一種所謂伸縮套管配置,在這種配置中,各透鏡單元進一步向著成像側移動超過不進行拍攝時的正常移動范圍,這樣就可以降低總透鏡長度。根據(jù)這種伸縮套管配置,如果盡可能禁止第三單元向物鏡側移動,則可以縮短伸縮套管末端的移動行程。這樣就可以減小驅動第三單元的軸的長度,因此產(chǎn)生對小型化有利的效果。
此外,如果第三單元沿凸形軌跡向物鏡側移動,則此凸形軌跡將第三單元向物鏡側移動時的凸形軌跡緩和。因此,如果利用一種將旋轉運動轉換為直線運動的裝置來驅動第一單元,則由于減小凸輪角度,所以會減小由旋轉運動向直線運動轉換時產(chǎn)生的應力。這樣就允許使用小驅動力矩的電機。
由于上述原因,根據(jù)本發(fā)明的調焦鏡頭用于從廣角端到遠攝端沿凸形軌跡向成像側移動第三單元。
接著,將對上述給定的條件表達式的技術含義進行說明。
條件表達式(2)是用于定義位于物鏡側的第二單元的膠合透鏡的透鏡面的曲率半徑與位于成像側的透鏡面的曲率半徑之比。
由于與超過上限的曲率半徑Ra比較,曲率半徑Rb明顯減小,所以降低了曲率半徑為Rb的表面的光焦度。由于曲率半徑為Rb的表面是用于校正第二單元的珀茲伐值的主面,所以最后產(chǎn)生不合要求的被校正圖像平面。如果與低于下限的曲率半徑Ra比較,曲率半徑Rb明顯減小,則入射到曲率半徑為Rb的表面的離軸光線的一條邊緣光線的入射角會變小,而其它邊緣光線的入射角會變大。特別是大入射角側的光線變成閃光,因此降低了成像性能。
條件表達式(3)用于定義第二單元的正透鏡的形狀因數(shù)。
較遠焦點同軸光線入射到正透鏡。如果在上限之上增加成像側透鏡面的曲率以致接近平凸透鏡的曲率,則在成像側表面會提高同軸光線的收斂效果的共享比例,因此不能充分校正球形像差。此外,如果在下限之下提高物鏡側透鏡面的曲率并接近平凸透鏡的曲率,則由于離軸主光線在物鏡側透鏡面上的入射角增大,會導致出現(xiàn)過量像散現(xiàn)象。
如果與廣角端焦距比較,膠合透鏡的厚度增加到超過條件表達式(4)定義的上限,則第二單元的尺寸沿光軸方向不合乎需要地增加,因此對小型化產(chǎn)生不利影響。如果厚度降低到低于下限,則在膠合透鏡難于對球形像差和慧形像差進行校正。
條件表達式(5)用于定義第三單元的膠合透鏡的負透鏡的光焦度。如果在上限之上降低光焦度,即使利用高色散玻璃材料也不能對色像差放大現(xiàn)象進行充分校正。如果在下限之下增加光焦度,則由于膠合面曲率的增加而增加膠合透鏡的正透鏡的中心部分的厚度,這樣會增加第三單元的厚度。因此,這不是小型化所希望的。
條件表達式(6)用于定義第三單元膠合透鏡負透鏡所使用的材料的阿貝數(shù)。如果在上限之上降低色散,則不能對色像差放大現(xiàn)象進行充分校正。
條件表達式(7)用于定義第三單元膠合透鏡負透鏡所使用的材料的折射率。如果將折射率降低到下限之下,則在正透鏡方向,珀茲伐和會增加,并導致像場彎曲受到校正。
條件表達式(8)用于定義第三單元的軌跡。假定第三單元沿凸形軌跡向成像側移動。在此例中,如果不等式(8)小于1,則第三單元在遠攝端時比在廣角端時更靠近成像側。與此相反,如果不等式(8)等于1或更大,則第三單元在遠攝端時比在廣角端時更靠近物鏡側。
如果超過條件表達式(8)定義的上限,則移動行程太長,因此用于沿光軸移動第三單元的驅動軸會變得太長。因此,此結構不適于伸縮套管配置。如果低于下限,則出射光瞳變化大,并在CCD內(nèi)產(chǎn)生過量陰影。
條件表達式(9)用于定義位于遠攝端時第三單元的放大率。遠攝端時,第三單元的聚集靈敏度由下式給出1-β3t2當β3t增加時,聚集靈敏度會降低,并且在聚集調節(jié)過程必須保證大移動量。如果超過條件表達式(9)定義的上限,則由于明顯降低了第三單元的聚集敏感度,所以必須增加第三單元的移動范圍,產(chǎn)生了小型化問題。
如果低于下限,則不能保證產(chǎn)生足以插入濾光片的大后焦點。
以下是第一至第五實施例的數(shù)字數(shù)據(jù)。在各實施例中,設i是到物鏡側的透鏡面的序數(shù),Ri是第i個透鏡面的曲率半徑,Di是第i個透鏡面與第(i+1)個透鏡面之間的光學部件或空氣間隔的厚度,Ni和vi分別是d光線的折射率和阿貝數(shù)。最靠近成像側的兩個透鏡面是等效于石英低通濾光片、紅外截止濾光片等的光學部件。此外,B、C、D和E是非球面系數(shù)。設x是在光軸方向、在距離光軸的H高度位置相對于面頂點的位移,非球面形被表示為x=(1/R)H21+1-(1+K)(H/R)2+BH4+CH6+DH8+EH10]]>其中R是曲率半徑,K是錐形常數(shù)。
此外,“e-X”表示“x10-x”。
表1示出上述給出的條件表達式與各實施例中的各種數(shù)值之間的關系。
第一實施例,請注意,在所有實施例中,中間位置是第三單元最靠近成像側的位置。
以下示出透鏡數(shù)據(jù)。
f=1至3.00Fno=2.79至4.80 2ω=61.9°至22.6°R1=6.069 D1=0.41 N1=1.772499 v1=49.6R2=-75.425 D2=0.07R3=4.051 D3=0.15 N2=1.712995 v2=53.9R4=1.721 D4=0.49R5=-5.831D5=0.15 N3=1.743997 v3=44.8R6=1.548 D6=0.32R7=1.892 D7=0.33 N4=1.846660 v4=23.9R8=4.061 D8=可變的R9=孔徑光闌 D9=0.13R10=0.832D10=0.40 N5=1.743300 v5=49.3R11=2.148D11=0.09 N6=1.805181 v6=25.4R12=0.758D12=0.15R13=3.359D13=0.25 N7=1.772499 v7=49.6R14=-3.390 D14=可變的R15=13.442 D15=0.30 N8=1.772499 v8=49.6R16=-2.616 D16=0.09 N9=1.846 660 v9=23.9R17=-4.542 D17=可變的R18=∞ D18=0.55 N10=1.516330 v10=64.1R19=∞焦距 1.00 1.97 3.00可變范圍D8 3.09 1.23 0.43D14 0.72 2.16 3.25D17 0.73 0.54 0.71非球面系數(shù)R10 k=1.83870e-01 B=-1.23425e-01 C=-1.41170e-01D=-1.16649e-01E=-5.80479e-01
第二實施例f=1至3.00 Fno=2.77至4.90 2ω=52.4°至18.6°R1=4.174D1=0.34 N1=1.696797v1=55.5R2=-27.819 D2=0.03R3=2.440D3=0.12 N2=1.712995v2=53.9R4=1.450D4=0.41R5=-3.954 D5=0.12 N3=1.743997v3=44.8R6=1.198D6=0.22R7=1.390D7=0.27 N4=1.846660v4=23.9R8=2.677D8=可變的R9=孔徑光闌 D9=0.10R10=0.690 D10=0.31 N5=1.743300v5=49.3R11=1.620 D11=0.07 N6=1.805181v6=25.4R12=0.634 D12=0.12R13=2.777 D13=0.21 N7=1.772499v7=49.6R14=-3.050 D14=可變R15=8.577 D15=0.07 N8=1.761821v8=26.5R16=2.619 D16=0.25 N9=1.719995v9=50.2R17=-4.376 D17=可變R18=∞ D18=0.45 N10=1.516330 v10=64.1R19=∞焦距1.00 2.17 3.00可變范圍D8 2.48 0.85 0.37D140.64 2.19 2.99D170.67 0.44 0.53非球面系數(shù)R10 k=1.37419e-01B=-1.93961e-01 C=-3.35111e-01D=-1.88952e-01 E=-3.10932e+00
第三實施例f=1至3.00 Fno=2.80至5.20 2ω=61.9°至22.6°R1=5.629D1=0.44 N1=1.772499 v1=49.6R2=-69.260 D2=0.04R3=3.085D3=0.15 N2=1.712995 v2=53.9R4=1.526D4=0.62R5=-3.760 D5=0.15 N3=1.785896 v3=44.2R6=1.563D6=0.27R7=1.855D7=0.29 N4=1.846660 v4=23.9R8=4.519D8=可變的R9=孔徑光闌 D9=0.13R10=0.835 D10=0.40 N5=1.583126 v5=59.4R11=2.191 D11=0.09 N6=1.761821 v6=26.5R12=0.909 D12=0.13R13=6.364 D13=0.25 N7=1.712995 v7=53.9R14=-2.070 D14=可變的R15=19.250 D15=0.30 N8=1.772499 v8=49.6R16=-2.573 D16=0.09 N9=1.846660 v9=23.9R17=-4.634 D17=可變的R18=∞ D18=0.55 N10=1.516330 v10=64.1R19=∞焦距 1.00 1.71 3.00可變范圍D82.86 1.43 0.41D14 0.87 1.98 3.48D17 0.81 0.71 1.00非球面系數(shù)R10 k=1.61455e-01B=-1.62311e-01C=-1.79179e-01D=4.87115e-02E=-8.62775e-01
第四實施例vf=1至3.00 Fno=3.23至5.60 2ω=61.9°至22.6°R1=11.353 D1=0.15 N1=1.487490 v1=70.2R2=1.953D2=0.49R3=-3.809 D3=0.15 N2=1.516330 v2=64.1R4=2.862D4=0.28R5=2.969D5=0.33 N3=1.846660 v3=23.9R6=5.113D6=可變的R7=孔徑光闌 D7=0.13R8=0.855D8=0.40 N4=1.743300 v4=49.3R9=1.879D9=0.09 N5=1.805181 v5=25.4R10=0.772 D10=0.14R11=2.655 D11=0.25 N6=1.772499 v6=49.6R12=-4.791 D12=可變的R13=15.428 D13=0.30 N7=1.696797 v7=55.5R14=-2.134 D14=0.09 N9=1.805181 v8=25.4R15=-3.823 D15=可變的R16=∞ D16=0.55 N9=1.516330 v9=64.1R17=∞焦距 1.00 1.98 3.00可變范圍D6 3.06 1.19 0.40D12 0.74 2.25 3.40D15 0.80 0.61 0.78非球面系數(shù)R8 k=1.71792e-01B=-1.03820e-01C=-1.10914e-01D=-1.70712e-01 E=-1.19265e-01
第五實施例f=1至3.00 Fno=2.74至4.80 2ω=61.9°至22.6°R1=4.930D1=0.44N1=1.603112 v1=60.6R2=-52.251 D2=0.04R3=4.310D3=0.15N2=1.712995 v2=53.9R4=1.641D4=0.50R5=-7.359 D5=0.15N3=1.743997 v3=44.8R6=1.494D6=0.31R7=1.793D7=0.33N4=1.846660 v4=23.9R8=3.652D8=可變的R9=孔徑光闌 D9=0.13R10=0.792 D10=0.40 N5=1.806100 v5=40.7R11=2.392 D11=0.09 N6=1.846660 v6=23.9R12=0.673 D12=0.16R13=2.182 D13=0.25 N7=1.804000 v7=46.6R14=-5.890 D14=可變的R15=14.950 D15=0.30 N8=1.772499 v8=49.6R16=-2.034 D16=0.09 N9=1.846660 v9=23.9R17=-4.270 D17=可變的R18=∞ D18=0.55 N10=1.516330 v10=64.1R19=∞焦距 1.00 1.99 3.00可變范圍D8 2.88 1.16 0.44D140.76 2.18 3.26D170.63 0.45 0.61非球面系數(shù)R10 k=1.19329e-01B=-1.10868e-01C=-1.53042e-01D=1.64718e-02E=-9.83342e-01
表1

接著,將參考圖21對采用本發(fā)明調焦鏡頭作為拍攝光學系統(tǒng)的靜物數(shù)碼相機實施例(圖像采集裝置)進行說明。
參考圖21,此實施例包括照相機主體10;拍攝光學系統(tǒng)11,由根據(jù)本發(fā)明的調焦鏡頭構成;以及尋像器12,用于觀測目標圖像。
通過光學低通濾光片或紅外截止濾光片,拍攝光學系統(tǒng)11將目標圖像成像在諸如CCD或CMOS的固體圖像采集元件上。
此實施例還包括電子閃光裝置13、測光窗口14、用于通知照相機的操作過程的液晶顯示窗口15、釋放按鈕16以及用于轉換各種模式的掃描轉換開關17。
通過將根據(jù)本發(fā)明的調焦鏡頭應用于諸如數(shù)字照相機的光學裝置,可以實現(xiàn)具有高光學性能的小型光學裝置。
根據(jù)上述實施例,可以實現(xiàn)光學性能良好且具有少量組成透鏡的小型調焦鏡頭。
此外,可以實現(xiàn)由具有負光焦度、正光焦度和正光焦度的透鏡單元組成的三單元調焦鏡頭,該調焦鏡頭的制造靈敏度低、成本低、在調焦過程中出射光瞳變化小,并且在整個調焦范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的光學性能(包括與色像差放大現(xiàn)象有關的性能)。
此外,還可以實現(xiàn)這樣的調焦鏡頭,即其第二單元的組成透鏡的數(shù)目減少,調焦過程中移動的各透鏡單元的像差共享減小,從而抑制了因為制造誤差使透鏡單元等較偏心引起的性能惡化并且更便于生產(chǎn)。此外,通過在調焦過程中優(yōu)化第三單元的移動軌跡,可以保證在中間調焦位置獲得良好成像性能從而在整個調焦范圍內(nèi)獲得良好性能。不僅如此,出射光瞳與圖像平面充分分離,并且減小調焦時第一單元的移動距離,從而實現(xiàn)了適用機械凸輪的配置。
權利要求
1.一種調焦鏡頭,該調焦鏡頭從物鏡側到成像側順序包括具有負光焦度的第一透鏡單元,所述第一透鏡單元是設置在所述調焦鏡頭中最靠近物鏡側的位置的透鏡單元,所述第一透鏡單元沿光軸移動以進行調焦;具有正光焦度的第二透鏡單元,所述第二透鏡單元是在物鏡側順序設置在第一透鏡單元后的位置的透鏡單元,所述第二透鏡單元具有通過膠合正透鏡元件與負透鏡元件形成的膠合透鏡,構成所述膠合透鏡的正透鏡元件的厚度大于負透鏡元件的厚度;以及具有正光焦度的第三透鏡單元,所述第三透鏡單元是在物鏡側順序設置在第二透鏡單元后的位置的透鏡單元,所述第三透鏡單元沿光軸移動以進行調焦,其中在從廣角端到遠攝端的調焦過程中,所述第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔減小,所述第二透鏡單元與所述第三透鏡單元之間的間隔增大,并且設NLi是構成第i透鏡單元的透鏡元件數(shù),它滿足下式定義的條件NL3<NL2≤NL1
2.根據(jù)權利要求1所述的調焦鏡頭,其中所述第二透鏡單元從物鏡側到成像側順序包括所述膠合透鏡和雙凸面正透鏡元件,并且它滿足下列條件表達式-0.6<(Rd+Rc)/(Rd-Rc)<0.6其中Rc是位于物鏡側的所述雙凸面正透鏡元件的透鏡面的曲率半徑,Rd是位于成像側的所述雙凸面正透鏡元件的透鏡面的曲率半徑。
3.根據(jù)權利要求1所述的調焦鏡頭,其中所述調焦鏡頭在光電轉換元件上成像。
4.一種圖像采集裝置,該裝置包括光電轉換元件;以及拍攝鏡頭,用于將拍攝對象的圖像成像到光電轉換表面上,所述拍攝鏡頭包括權利要求1定義的所述調焦鏡頭。
全文摘要
為了提供具有良好光學性能、采用少量組成透鏡的小型配置的調焦鏡頭,根據(jù)本發(fā)明的調焦鏡頭包括、從物鏡側順序排列的具有負光焦度的第一透鏡單元、具有正光焦度的第二透鏡單元以及具有正光焦度的第三透鏡單元,其中在從廣角端到遠攝端的調焦過程中第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的氣隙減小,第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔增大,第三透鏡單元具有通過膠合正透鏡與負透鏡形成的膠合透鏡,并且在調焦時第三透鏡單元沿光軸移動,設Nli是組成第i透鏡單元的透鏡數(shù),它們滿足條件NL3<NL2≤NL1。
文檔編號G02B13/18GK1515921SQ20031012027
公開日2004年7月28日 申請日期2001年11月2日 優(yōu)先權日2000年11月2日
發(fā)明者難波則廣 申請人:佳能株式會社
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