專利名稱：通用變焦光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通用變焦光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)幾乎通用地用作適用于使用固態(tài)圖像拾取器件等的攝像機、數(shù)字照相機等的多個變焦透鏡中的一個組件。
背景技術：
通常，變焦透鏡具有這樣的優(yōu)點，當任意選擇焦距時(透鏡的焦距狀態(tài)最短時是廣角端態(tài)，透鏡的焦距狀態(tài)最長時是遠攝態(tài)。)使用者能夠以高自由度照相。因此，近些年來，變焦透鏡一般被安裝在使用例如CCD、MOS等固態(tài)圖像拾取器件來拍照對象的例如數(shù)字照相機、攝像機等的照相機上。由此，一種相機已經(jīng)流行，該相機增加了遠攝端態(tài)下的焦距除以廣角端態(tài)下的焦距所得的值，即變焦比，并保證遠攝端態(tài)下的長焦距，今天這種相機已被用戶廣泛接受，并已上市了許多具有各種規(guī)格的相機。
通常，在數(shù)字照相機、攝像機等中，針對每個產品系列已開發(fā)出多個具有不同規(guī)格的變焦透鏡。然而，為了針對每個產品系列開發(fā)多個變焦透鏡，關于研究開發(fā)人力、開發(fā)時長、以及擴大如生產線等生產設施的成本方面的許多負擔成為必需。
于是，為強化產品系列，通過將一個光學系統(tǒng)作為一個通用透鏡組件用于另一變焦透鏡中，同樣可能針對每個產品系列開發(fā)出多個變焦透鏡。但是，這些變焦透鏡在諸如焦距、f數(shù)、變焦比等規(guī)格上相似，從而造成具有相似規(guī)格的相機的增加。
在此背景下，已知一種變焦透鏡，其被構造成從物側起依次包括具有正折射能力的第一透鏡組、具有負折射能力的第二透鏡組、具有正折射能力的第三透鏡組、具有正折射能力的第四透鏡組和具有正折射能力的第五透鏡組，并通過去掉第五透鏡組，僅改變屏幕尺寸，而不改變視角(例如，見日本專利申請公開2003-121738)。
還已知一種變焦透鏡，其被配置成包括一個攝像透鏡和一個變換透鏡組，通過將變換透鏡組放置在攝像透鏡的光路中，來改變屏幕尺寸而不改變視角(例如，見日本專利申請公開H07-199067)。
然而，其缺點在于通過在日本專利申請公開2003-121738中公開的變焦透鏡中去掉第五透鏡組，或在日本專利申請公開H07-199067中公開的變焦透鏡中放置變換透鏡組，進行變焦時，會出現(xiàn)像差的波動和像面位置的偏移。

發(fā)明內容
本發(fā)明是針對上述問題而產生的，其一個目的是提供一種通用變焦光學系統(tǒng)，其作為一個組件，幾乎通用于多個變焦透鏡中，并在進行變焦時，能夠抑制像差的波動和像面位置的偏移。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種通用變焦光學系統(tǒng)，其作為一個組件，幾乎通用于多個變焦透鏡中，其中當利用該通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡從廣角端態(tài)向遠攝端態(tài)變焦時，對于每個變焦透鏡，通用變焦光學系統(tǒng)的移動軌跡不同。
本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)優(yōu)選地用在僅僅包括該通用變焦光學系統(tǒng)的第一變焦透鏡中，并用在包括至少一個透鏡組和該通用變焦光學系統(tǒng)的第二變焦透鏡中。
本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)優(yōu)選地用在包括至少一個透鏡組和該通用變焦光學系統(tǒng)的第一變焦透鏡中，并用在包括至少一個透鏡組和該通用變焦光學系統(tǒng)的第二變焦透鏡中，該第二變焦透鏡不同于該第一變焦透鏡。
在該通用變焦光學系統(tǒng)中，在該通用變焦光學系統(tǒng)中最靠近物側的一個透鏡組具有負折射能力，且該通用變焦光學系統(tǒng)優(yōu)選地用在僅僅包括該通用變焦光學系統(tǒng)的第一變焦透鏡中，并用在包括一個位于最靠近物側、具有正折射能力的透鏡組和該通用變焦光學系統(tǒng)的第二變焦透鏡中。
該通用變焦光學系統(tǒng)從物側起依次包括具有負折射能力的第一透鏡組、具有正折射能力的第二透鏡組和具有正折射能力的第三透鏡組，其中該通用變焦光學系統(tǒng)優(yōu)選地用在僅僅包括該通用變焦光學系統(tǒng)的第一變焦透鏡中，并用在包括一個位于最靠近物側、具有正折射能力的透鏡組和該通用變焦光學系統(tǒng)的第二變焦透鏡中。
該通用變焦光學系統(tǒng)包括多個變焦透鏡，且優(yōu)選地滿足以下條件表達式0.90＜fan/fbn＜1.10其中fan表示在多個利用該通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，任意一個變焦透鏡中該通用變焦光學系統(tǒng)的第n級透鏡組的焦距(n為一整數(shù))，fbn表示在多個利用該通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，除了所述任意變焦透鏡以外，其它變焦透鏡中該通用變焦光學系統(tǒng)的第n級透鏡組的焦距(n為一整數(shù))。
優(yōu)選地，在多個利用該通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，組成該通用變焦光學系統(tǒng)的相鄰透鏡元件之間的空間距離是相同的。
該通用變焦光學系統(tǒng)優(yōu)選地包括至少一個非球面透鏡元件。
該通用變焦光學系統(tǒng)優(yōu)選地包括一個濾波器組和一個圖像拾取器件。
優(yōu)選地，該通用變焦光學系統(tǒng)包括一個孔徑光闌，并滿足以下條件表達式0.95＜Sa/Sb＜1.05其中Sa表示在多個利用該通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，任意一個變焦透鏡中孔徑光闌的最大直徑，Sb表示在多個利用該通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，除了所述任意變焦透鏡以外，其它變焦透鏡中孔徑光闌的最大直徑。
優(yōu)選地，在該通用變焦光學系統(tǒng)中位于最靠近圖像側的一個透鏡組具有至少一個非球面透鏡元件。
根據(jù)本發(fā)明，可提供一種通用變焦光學系統(tǒng)，其作為一個組件，幾乎通用于多個變焦透鏡中，并在進行變焦時，能夠抑制像差的波動和像面位置的偏移。


圖1A和1B分別是顯示根據(jù)本發(fā)明各個實施方案，利用通用變焦光學系統(tǒng)組成變焦透鏡A和B的折射能力分布和當焦距狀態(tài)從廣角端態(tài)(W)變化到遠攝端態(tài)(T)時，每個透鏡組的移動軌跡的圖。
圖2是顯示利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A的透鏡結構圖。
圖3是顯示利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B的透鏡結構圖。
圖4圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A在廣角端態(tài)(f＝5.85mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖5圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A在中等焦距態(tài)(f＝7.90mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖6圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A在遠攝端態(tài)(f＝16.65mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖7圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B在廣角端態(tài)(f＝5.95mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖8圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B在中等焦距態(tài)(f＝17.00mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖9圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B在遠攝端態(tài)(f＝29.55mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖10是顯示利用根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A的透鏡結構圖。
圖11是顯示利用根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B的透鏡結構圖。
圖12圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A在廣角端態(tài)(f＝5.85mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖13圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A在中等焦距態(tài)(f＝7.51mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖14圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A在遠攝端態(tài)(f＝16.50mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖15圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B在廣角端態(tài)(f＝5.99mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖16圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B在中等焦距態(tài)(f＝9.01mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
圖17圖示地顯示出利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B在遠攝端態(tài)(f＝29.50mm)下當系統(tǒng)聚焦于無限遠時相對于d線(λ＝587.6nm)的各種像差。
具體實施例方式
本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)作為一個組件能夠幾乎通用地用作多個變焦透鏡中，并且這樣設定，當在利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡中從廣角端態(tài)變焦到遠攝端態(tài)時，對于每個變焦透鏡，通用變焦透鏡系統(tǒng)的移動軌跡不同。
在多個變焦透鏡中，通過使透鏡組的透鏡組件和/或透鏡筒內的透鏡筒組件標準化，能夠同時開發(fā)多個變焦透鏡等的透鏡組件，因此能夠縮短開發(fā)周期。
關于生產，組件的檢驗過程可以在單一地點執(zhí)行，以便事先避免例如混入相似組件的麻煩。并且，在組裝過程等中，通過大規(guī)模地組裝相似組件，工人的技術得到提高，由此能夠保證組裝的穩(wěn)定性。關于成本，大量生產的相同組件能夠大量削減成本。
如上所述，通過使用現(xiàn)有通用組件，可使開發(fā)具有不同規(guī)格的多個產品成為可能，同時減少開發(fā)人力和生產設備的增長。
在此，本申請和權利要求書中“作為一個組件在多個變焦透鏡中幾乎通用地使用”中的“幾乎通用地”的描述意味著，將一個本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)作為一個組件置入多個變焦透鏡中時，除了可將該通用變焦光學系統(tǒng)原封不動地置入該多個變焦透鏡中，還可以通過改變通用變焦光學系統(tǒng)中的透鏡組件等的空間(aerial)距離和/或曲率半徑來置入。
在沒有通用透鏡組的情況下，當開發(fā)多個變焦透鏡時，像場合需要的額外開發(fā)可能會在進行中延長開發(fā)周期和/或增加例如模具的成本。因此，在多個變焦透鏡中，多個通用透鏡組件比僅一個通用透鏡組件具有更多的好處，例如在成本、生產力等方面，而且是更優(yōu)選的。
此外，在本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)中，理想的是在通用變焦透鏡光學系統(tǒng)最靠近物側的透鏡組具有負折射能力，通用變焦光學系統(tǒng)使用在利用該通用變焦光學系統(tǒng)單獨組成的第一變焦透鏡和由在最靠近物側的具有正折射能力的透鏡組和該通用變焦光學系統(tǒng)組成的第二變焦透鏡中。
一般，由從物側起依次，由具有負折射能力的第一透鏡組、具有正折射能力的第二透鏡組和具有正折射能力的第三透鏡組組成的變焦透鏡的變焦比在3的量級。在這樣的變焦透鏡中，當變焦比大于3時，f數(shù)變得更大和/或不能保證在遠攝端態(tài)的光學性能。通常，在具有5或更大的較大變焦比的變焦透鏡中，通過將具有正折射能力的透鏡組定位成最靠近物側的透鏡組，變焦作用被進一步加強。
本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)具有這樣的優(yōu)點，通過使用透鏡部分構成第二變焦透鏡的第一透鏡組，透鏡部分能夠被標準化，并且通過增加少數(shù)透鏡部分，能夠容易地開發(fā)具有不同規(guī)格多個變焦透鏡，其中該規(guī)格例如變焦比等。如上所述，在多個變焦透鏡中，通用透鏡組和透鏡組分越多，例如成本、生產力等的優(yōu)點越多，并且這是優(yōu)選的。此外，即使當通過省去現(xiàn)有第二聚焦透鏡的最靠近物側的透鏡組，將第二變焦透鏡轉變成第一變焦透鏡時，也能具有上述相同的優(yōu)點。
而且，更優(yōu)選地，本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)包括多個透鏡，并且滿足下列條件表達式(1)0.90＜fan/fbn＜1.10(1)其中，fan表示在利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡中的一個任意變焦透鏡中的通用變焦光學系統(tǒng)的第n個透鏡組的焦距，fbn表示在利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡中的除了所述任意變焦透鏡的一個變焦透鏡中的通用變焦光學系統(tǒng)的第n個透鏡組的焦距。
條件表達式(1)用于定義利用本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡中的一個任意變焦透鏡中的通用變焦光學系統(tǒng)的第n個透鏡組的焦距和除了所述任意變焦透鏡的一個變焦透鏡中的通用變焦光學系統(tǒng)的第n個透鏡組的焦距的合適范圍。
在利用本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡中，超過條件表達式(1)上限或低于條件表達式(1)下限時，在每個透鏡組中的透鏡組件和用于保持該透鏡組件的透鏡筒內的透鏡筒部分可能沒有標準化。因此，其與本發(fā)明的目的背道而馳。
通過滿足上述條件表達式(1)，通用變焦光學系統(tǒng)使得將多個變焦透鏡中透鏡組件和/或透鏡筒部分等標準化成為可能，而且還可以實現(xiàn)組件標準化并降低成本。此外，通過以0.95滿足上述條件表達式(1)的下限和以1.05滿足上述條件表達式(1)的上限，本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)能夠充分利用上述的效果。
此外，在本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)中，理想的是利用通用變焦光學系統(tǒng)構成的相鄰透鏡元件之間的空間距離與在由利用通用變焦透鏡系統(tǒng)構成的多個變焦透鏡中的距離相同。
在多個變焦透鏡中，如果透鏡組件之間的空間距離相同，在用于保持該透鏡組件的透鏡筒內的透鏡筒部分等能夠被標準化。這能縮短開發(fā)時間并且減少開發(fā)人力。此外，大量生產相同的透鏡筒組件使得進一步減少成本和穩(wěn)定生產成為可能。
此外，為了使組件標準化并減少成本，理想的是本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)配備有至少一個非球面透鏡。
由此，制造非球面透鏡的分包商可得以統(tǒng)一，本發(fā)明的通用變焦系統(tǒng)使大批量生產的成本降低成為可能。此外，通常，通過在孔徑光闌附近的透鏡組中引入非球面透鏡，能夠很好地校正軸上的像差。
為了進一步標準化組件和減少成本，理想的是本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)配備有例如光學低通濾波器等的濾波器組和例如CCD等的圖像拾取裝置。
通過標準化例如濾波器等的光學元件，本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)能夠減少成本。此外，當圖像拾取器件附近的機械單元能夠被原封不動地用在另一個產品系列的變焦透鏡中時，還能夠縮短另一產品系列的變焦透鏡的開發(fā)周期。
同樣，為了使組件標準化并減少成本，理想的是本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)配備有一個孔徑光闌，并且滿足下列條件表達式(2)0.95＜Sa/Sb＜1.05 (2)其中Sa表示在利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡中的一個任意變焦透鏡中的孔徑光闌的最大直徑，Sb表示在利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡中的除了該任意變焦透鏡的一個變焦透鏡中的孔徑光闌的最大直徑。
條件表達式(2)用于定義利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡中的一個任意變焦透鏡中的孔徑光闌最大直徑和除了該任意變焦透鏡的一個變焦透鏡中的孔徑光闌的最大直徑的合適范圍。
在利用本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡中，超過條件表達式(2)上限或低于條件表達式(2)下限時，孔徑光闌的直徑不同。，從而將具有通用的孔徑光闌等的快門單元標準化是不可能的，因此與本發(fā)明的目的背道而馳。
通過滿足上述條件表達式(2)，通用變焦光學系統(tǒng)使得將快門單元等標準化成為可能，而且還可以實現(xiàn)進一步組件標準化并降低成本。
而且，在本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)進一步組件標準化并降低成本，理想的是在通用變焦光學系統(tǒng)中的最靠近物側的透鏡組配備有至少一個非球面透鏡。
如上所述，通過標準化非球面透鏡，通用變焦光學系統(tǒng)使實現(xiàn)進一步降低成本成為可能。而且，通過在通用變焦光學系統(tǒng)中的最靠近物側的透鏡組中引入非球面透鏡，能夠很好地校正離軸像差的波動。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，如下所述的是更優(yōu)選的，本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)構成為第一變焦透鏡，并且利用該第一變焦透鏡構成第二變焦透鏡。
首先，第一變焦透鏡，從物側起依次包括，具有負折射能力的第一透鏡組、具有正折射能力的第二透鏡組和具有正折射能力的第三透鏡組。當將焦距從焦距最短的廣角端態(tài)變化至焦距最長的遠攝端態(tài)時，組成第一透鏡組和第二透鏡組以被移動，使得第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離改變，第二透鏡組和第三透鏡組之間的距離增加，組成第三透鏡組以調整聚焦。
第一變焦透鏡中的第一透鏡組，從物側起依次包括，具有面向物側凸面的負彎月形透鏡、雙凹負透鏡和具有面向物側凸面的正透鏡。
第二透鏡組，從物側起依次包括，孔徑光闌、具有至少一個表面為非球面且具有一個面向物側凸面的正透鏡、和由具有面向物側凸面的正透鏡和具有面向象側凹面的負透鏡構成的膠合透鏡。
第三透鏡組包括具有至少一個表面為非球面且具有一個面向象側凸面的正透鏡。
第二變焦透鏡，從物側起依次包括，具有正折射能力的正透鏡組、具有負折射能力的第一透鏡組、具有正折射能力的第二透鏡組和具有正折射能力的第三透鏡組。當將焦距從廣角端態(tài)變化至遠攝端態(tài)時，組成正透鏡組、第一透鏡組和第二透鏡組以被移動，使得正透鏡組和第一透鏡組之間的距離改變，第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離減少，第二透鏡組和第三透鏡組之間的距離增加，組成第三透鏡組以調整聚焦。
第二透鏡組中的正透鏡組包括一個膠合透鏡，該膠合透鏡，從物側起依次，由具有面向物側凸面的負彎月透鏡和具有面向物側凸面的正透鏡組成。
第一透鏡組，從物側起依次包括，具有面向物側凸面的負彎月透鏡和雙凹負透鏡和具有面向物側凸面的正透鏡。
第二透鏡組，從物側起依次包括，孔徑光闌、具有至少一個表面為非球面且具有一個面向物側凸面的正透鏡和由具有面向物側凸面的正透鏡和具有面向象側凹面的負透鏡構成的膠合透鏡。
第三透鏡包括具有至少一個表面為非球面且具有一個面向物側凸面的正透鏡。
如上所述，通過將第一變焦透鏡作為整體在第二變焦透鏡中當做通用變焦光學系統(tǒng)，可獲得兩種類型的變焦透鏡。
這里，將描述在第一變焦透鏡和第二變焦透鏡中的各個透鏡組的作用。
第一變焦透鏡中的第一透鏡組起校正由變焦造成的像面中的偏移的作用。
第一變焦透鏡中的第二透鏡組起放大主題(subject)圖像的作用，并且當從廣角端態(tài)變焦至遠攝端態(tài)時，通過改變第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離，起到增加放大率和改變焦距的作用。
第一變焦透鏡中的第三透鏡組調整由第一透鏡組和第二透鏡組形成的主題圖像上的聚焦并且控制出瞳的位置。
第二變焦透鏡中的正透鏡組起會聚光通量的作用。正透鏡組，在廣角端態(tài)下，盡可能靠近像面定位，以便離軸光通量遠離光軸經(jīng)過，因此可使正透鏡組的透鏡直徑很小。在遠攝端態(tài)下，通過將正透鏡組向物側移動，以使正透鏡組和第一透鏡組之間的距離增加，正透鏡組增強會聚作用并且縮短透鏡系統(tǒng)的總長度。
第二變焦透鏡中的第一透鏡組起放大由正透鏡組形成的主題(subject)圖像的作用，并且當從廣角端態(tài)變焦至遠攝端態(tài)時，通過增加第一透鏡組和正透鏡組之間的距離，第一透鏡組起到增加放大率和改變焦距的作用。
第二變焦透鏡中的第二透鏡組起會聚由第一透鏡組發(fā)散的光通量的作用。為了獲得較高的性能，優(yōu)選地第一透鏡組包括多個透鏡組。
第二變焦透鏡中的第三透鏡組調整由正透鏡組、第一透鏡組和第二透鏡組形成的主題圖像上的聚焦并且控制出瞳的位置。
如上所述，通過使用本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)，能夠獲得多個變焦透鏡。
通常，在例如CCD等的固態(tài)圖像拾取器件中，為了提高光敏度的效率，將微透鏡陣列布置在光接收器件的正前方。為此，用于照相機中的第一變焦透鏡和第二變焦透鏡必須使出瞳的位置遠離光接收器件的表面。
在將稍后描述的根據(jù)本發(fā)明各個優(yōu)選實施方案的變焦光學系統(tǒng)中，在第二透鏡組和第三透鏡組中分別布置一個非球面透鏡。在第二透鏡組中的非球面透鏡的布置能夠很好地校正軸上的像差。而在第三透鏡組中的非球面透鏡的布置能夠很好地校正離軸的像差。
在將稍后描述的利用根據(jù)本發(fā)明的各個優(yōu)選實施方案的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡包括三個或四個可移動變焦透鏡組，但其也可能通過在各個透鏡組中間放置另一新加透鏡組或使另一新加透鏡組毗鄰象側或變焦透鏡的物側來增加一新透鏡組。
在利用本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，為了避免手顫抖和/或易于在具有高變焦比的變焦透鏡中出現(xiàn)的任何振動引起的圖像模糊造成的圖像故障，檢測透鏡系統(tǒng)的振動的振動檢測系統(tǒng)和傳動機構可與透鏡系統(tǒng)組合，組成透鏡系統(tǒng)或其一部分的透鏡組中的整個一個透鏡組，以使其偏心作為移位透鏡組。由此，通過用傳動機構啟動移位透鏡組并移位圖像，能夠校正圖像模糊，以便校正由振動檢測系統(tǒng)檢測的透鏡系統(tǒng)振動引起的圖像模糊，即像面位置上的波動。還可能使利用本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡作為所述振動減少光學系統(tǒng)。
此外，在具有部分共用變焦軌跡的構型中，本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡還可能與具有不同像高的圖像拾取器件等一起工作。
下面根據(jù)附圖描述根據(jù)本發(fā)明的各個優(yōu)選實施方案的通用變焦光學系統(tǒng)和利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡(變焦透鏡A和B)。
圖1A和1B分別是顯示根據(jù)本發(fā)明各個優(yōu)選實施方案，利用通用變焦光學系統(tǒng)組成變焦透鏡A和B的折射能力分布和當焦距狀態(tài)從廣角端態(tài)(W)變化到遠攝端態(tài)(T)時，每個透鏡組的移動軌跡的圖。根據(jù)各個優(yōu)選實施方案的通用變焦光學系統(tǒng)是變焦透鏡A本身，因此下面其構型將作為變焦透鏡A描述。
如圖1A和1B所示，變焦透鏡A，即根據(jù)本發(fā)明各個優(yōu)選實施方案的通用變焦光學系統(tǒng)，從物側起依次包括，具有負折射能力的第一透鏡組G1、具有正折射能力的第二透鏡組G2、具有正折射能力的第三透鏡組G3和由例如低通濾波器、紅外截止濾波器等組成的濾波器組FL。當從廣角端態(tài)變焦到遠攝端態(tài)時，第一透鏡組G1和第二透鏡組G2之間的距離改變，第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間的距離減少，并且第三透鏡組G3調整聚焦。
根據(jù)本發(fā)明各個優(yōu)選實施方案利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B，從物側起依次包括，具有正折射能力的正透鏡組G、具有負折射能力的第一透鏡組G1、具有正折射能力的第二透鏡組G2、具有正折射能力的第三透鏡組G3和由例如低通濾波器、紅外截止濾波器等組成的濾波器組FL。當從廣角端態(tài)變焦到遠攝端態(tài)時，正透鏡組G和第一透鏡組G1之間的距離與第一透鏡組G1和第二透鏡組G2之間的距離改變，第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間的距離減少，并且第三透鏡組G3調整聚焦。
在這種構型中，組成變焦透鏡A中的通用變焦光學系統(tǒng)的各個透鏡組的移動軌跡，即變焦透鏡A在從廣角端態(tài)變焦到遠攝端態(tài)上的全部軌跡與組成變焦透鏡B中的通用變焦光學系統(tǒng)的各個透鏡組在從廣角端態(tài)變焦到遠攝端態(tài)上的移動軌跡不同。
(第一實施例)圖2和3是顯示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的第一實施例的利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A和B的結構圖。
在圖2示出的變焦透鏡A中，第一透鏡組G1，從物側起依次包括，具有面向物側凸面的負彎月形透鏡L11、雙凹負透鏡L12和具有面向物側凸面的正彎月形透鏡L13。
第二透鏡組G2，從物側起依次包括，孔徑光闌S1、雙凸正透鏡L21、由雙凸正透鏡L22和雙凹負透鏡L23構成的負膠合透鏡以及光闌S2。
第三透鏡組G3由雙凸正透鏡元件L31組成。
濾波器組FL包括低通濾波器、紅外截止濾波器等。
像面I形成在圖像拾取器件(未示出)上，該圖像拾取器件由例如CCD、CMOS等組成(該圖像拾取器件在下列實施例中是相同的)。
當從廣角端態(tài)變焦到遠攝端態(tài)時，在具有組成第二透鏡組G2的每個透鏡的主體中移動孔徑光闌S1和光闌S2。
在圖3的變焦透鏡B中，正透鏡組G包括一個正膠合透鏡，該正膠合透鏡從物側起依次，由具有面向物側凸面的負彎月形透鏡L1、和具有面向物側凸面的正彎月形透鏡L2組成。
除了正透鏡組G以外，每個透鏡組、濾波器組FL、像面I和圖像拾取器件都具有與變焦透鏡A即通用變焦系統(tǒng)相同的構型，因此在下面的實施例中將省去重復的說明。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案的第一實施例利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A和B的規(guī)格的不同尺寸由下面的表1和2示出。在每個表中，分別地，f表示焦距，F(xiàn)NO表示f數(shù)，2ω表示視角，Bf表示后焦距。在每個表中，廣角端態(tài)用“W”表示，中等焦距態(tài)用“M”表示，遠攝端態(tài)用“T”表示。在[透鏡數(shù)據(jù)]中，最左側的列是從物側起沿光束前進方向次序的表面序號，第二列“r”是各個透鏡表面的曲率半徑，第三列“d”是透鏡表面之間的距離，第四列“n”和第五列“υ”分別是相對于d線(λ＝587.6nm)的折射率和阿貝數(shù)。曲率半徑0.0000表示為平面，且不考慮空氣的折射率，1.0000。
在每個變焦透鏡中，非球面表面用下面的表達式表示S(y)＝(y2/R)/{1+(1-κ×y2/R2)1/2}+C4×y4+C6×y6+C8×y8+C10×y10這里，分別地，y表示垂直于光軸的高度，沿光軸從每個非球面表面的頂點的切線表面到在高度y處每個非球面表面上的位置的距離用S(y)表示(垂度量(sag amount))，近軸曲率半徑，即參考球體的曲率半徑用R表示，圓錐常數(shù)用κ表示，第n階非球面系數(shù)用Cn。
在每個實施例中，第二階非球面系數(shù)C2是0，因此將省去其描述。而且近軸曲率半徑R等于參考球體的曲率半徑r。此外，在每個變焦透鏡中的非球面表面在[透鏡數(shù)據(jù)]中用附在表面序號左側的“*”表示。
雖然例如焦距的長度單位、曲率半徑、表面之間的距離和以各種值描述的下列所有規(guī)格其它數(shù)據(jù)通常用“mm”表示，但數(shù)據(jù)的單位并不僅限制到“mm”，因為即使光學系統(tǒng)被按比例放大或縮小，其也能夠提供相同的性能。
上述表達式與稍后描述的優(yōu)選實施方案的第二實施例中表達式相同。
表1[變焦透鏡A的規(guī)格]


表面數(shù)8R＝20.0828κ＝-5.1687C4＝-4.6911×10-5C6＝-1.8646×10-6C8＝+6.1417×10-8C10＝-6.2733×10-10表面數(shù)15R＝-8.6501κ＝+2.0692C4＝+1.0096×10-3C6＝-8.0882×10-6C8＝+1.5737×10-7C10＝+6.9232×10-9[變焦透鏡A的可變距離數(shù)據(jù)]

表2[變焦透鏡B的規(guī)格]


22 0.0000 (Bf)[變焦透鏡B的非球面數(shù)據(jù)]表面數(shù)11R＝20.0828κ＝-5.1687C4＝-4.6911×10-5C6＝-1.8646×10-6C8＝+6.1417×10-8C10＝-6.2733×10-10表面數(shù)18R＝-8.6501κ＝+2.0692C4＝+1.0096×10-3C6＝-8.0882×10-6C8＝+1.5737×10-7C10＝+6.9232×10-9[變焦透鏡B的可變距離數(shù)據(jù)]

表3[變焦透鏡A的條件表達式的值]fa1＝-13.917fa2＝11.963fa33＝13.630
fb1＝-13.917fb2＝11.963fb3＝13.630Sa＝5.40Sb＝5.40(1)fa1/fb1＝1.00fa2/fb2＝1.00fa3/fb3＝1.00(2)Sa/Sb＝1.00圖4、5和6圖示地顯示出利用根據(jù)優(yōu)選實施方案的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A相對于d線(λ＝587.6nm)，分別在廣角端態(tài)(f＝5.85mm)、中等焦距態(tài)(f＝7.90mm)和遠攝端態(tài)(f＝16.65mm)下，當系統(tǒng)聚焦于無限遠時的各種像差。
圖7、8和9圖示地顯示出利用根據(jù)優(yōu)選實施方案的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B相對于d線(λ＝587.6nm)，分別在廣角端態(tài)(f＝5.95mm)、中等焦距態(tài)(f＝17.00mm)和遠攝端態(tài)(f＝29.55mm)下，當系統(tǒng)聚焦于無限遠時的各種像差。
在顯示各種像差的各個圖表中，分別地，F(xiàn)NO表示f數(shù)，Y表示像高，A表示對應于每個像高的半視角。分別地，在顯示球面像差的圖中，f數(shù)的值對應于最大孔徑，在顯示像散和畸變的圖中，示出像高的最大值，在顯示彗差的圖中，示出每個半視角的值。
此外，在顯示球面像差的圖中，分別地，實線表示球面像差，虛線表示正弦條件。在顯示像散的圖中，分別地，實線表示徑向像面，虛線表示經(jīng)向像面。
優(yōu)選實施方案的第一實施例的參考符號與顯示下面描述的實施例的各種像差的圖中的參考符號相同。
從各個圖中明顯看出，作為良好校正在從廣角端態(tài)到遠攝端態(tài)中的每個焦距態(tài)的各種像差的結果，利用根據(jù)優(yōu)選實施方案的第一實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A和B顯示出極好的光學性能。
圖10和11顯示利用根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案的第二實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A和B的透鏡結構圖。
在圖10顯示的變焦透鏡A中，第一透鏡組G1，從物側起依次包括，具有面向物側凸面的負彎月透鏡L11、雙凹負透鏡L12和雙凸正透鏡L13。
第二透鏡組G2，從物側起依次包括，孔徑光闌S1、雙凸正透鏡L21、由雙凸正透鏡L22和雙凹負透鏡L23構成的負膠合透鏡以及光闌S2。
第三透鏡組G3由具有面向象側凸面的單個正彎月透鏡元件L31組成。
濾波器組FL包括例如低通濾波器、紅外截止濾波器等的濾波器。
當從廣角端態(tài)變焦到遠攝端態(tài)時，在具有組成第二透鏡組G2的每個透鏡的主體中移動孔徑光闌S1和光闌S2。
在圖11顯示的變焦透鏡B中，正透鏡組G包括一個正膠合透鏡，該正膠合透鏡，從物側起依次，由具有面向物側凸面的負彎月形透鏡L1、和具有面向物側凸面的正彎月形透鏡L2組成。
除了正透鏡組G以外，每個透鏡組、濾波器組FL、像面I和圖像拾取器件都具有與變焦透鏡A即通用變焦系統(tǒng)相同的構型，因此將省去其說明。
利用根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案的第二實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A和B的規(guī)格的各種值在下面的表4和5中示出。
表4[變焦透鏡A的規(guī)格]


表面數(shù)8R＝11.1099κ＝-0.6716C4＝-4.7220×10-5C6＝-5.3446×10-6C8＝+3.4442×10-7C10＝-7.9591×10-9表面數(shù)15R＝-8.8221κ＝+0.0000C4＝-7.4874×10-4C6＝+1.8052×10-5C8＝-9.0479×10-7C10＝+1.8043×10-8[變焦透鏡A的可變距離數(shù)據(jù)]

表5[變焦透鏡B的規(guī)格]

表面數(shù)11R＝11.1099κ＝-0.6716C4＝-4.7220×10-5C6＝-5.3446×10-6C8＝+3.4442×10-7C10＝-7.9591×10-9表面數(shù)18R＝-8.8221κ＝+0.0000C4＝-7.4874×10-4C6＝+1.8052×10-5C8＝-9.0479×10-7C10＝+1.8043×10-8[變焦透鏡B的可變距離數(shù)據(jù)]

表6[變焦透鏡A的條件表達式的值]fa1＝-12.855fa2＝11.468fa3＝14.845fb1＝-12.855
fb2＝11.408fb3＝14.845Sa＝5.68Sb＝5.68(1)fa1/fb1＝1.00fa2/fb2＝1.00fa3/fb3＝1.00(2)Sa/Sb＝1.00圖12、13和14圖示地顯示出利用根據(jù)優(yōu)選實施方案的第二實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A相對于d線(λ＝587.6nm)，分別在廣角端態(tài)(f＝5.85mm)、中等焦距態(tài)(f＝7.51mm)和遠攝端態(tài)(f＝16.50mm)下，當系統(tǒng)聚焦于無限遠時的各種像差。
圖15、16和17圖示地顯示出利用根據(jù)優(yōu)選實施方案的第二實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡B相對于d線(λ＝587.6nm)，分別在廣角端態(tài)(f＝5.99mm)、中等焦距態(tài)(f＝9.01mm)和遠攝端態(tài)(f＝29.50mm)下，當系統(tǒng)聚焦于無限遠時的各種像差。
從各個圖中明顯看出，作為良好校正在從廣角端態(tài)到遠攝端態(tài)中的每個焦距態(tài)的各種像差的結果，利用根據(jù)優(yōu)選實施方案的第二實施例的通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡A和B顯示出極好的光學性能。
在上述各個實施例中，通用變焦光學系統(tǒng)原封不動地作為一個透鏡組件嵌入在變焦透鏡A和B中，但本發(fā)明的通用變焦光學系統(tǒng)并不局限于此，通過稍微修改光學系統(tǒng)中透鏡元件之間的空間距離或其曲率半徑，修改的相同也能夠嵌入到另一變焦透鏡中。
根據(jù)實施方案的各個實施例，配備的通用變焦光學系統(tǒng)可幾乎通用地使用在多個變焦透鏡中，并且能夠抑制像差波動和變焦時的像面的位置偏移。最后，在多個變焦透鏡中，通過使透鏡組的透鏡組件或透鏡筒內的透鏡筒部分標準化，能夠同時開發(fā)透鏡組件等，從而能夠縮短開發(fā)周期。
關于生產，組件的檢驗過程可以在單一地點執(zhí)行，以便事先避免例如混入相似組件的麻煩。并且，在組裝過程等中，通過大規(guī)模地組裝相似組件，工人的技術得到提高，由此能夠保證組裝的穩(wěn)定性。關于成本，大量生產的相同組件能夠大量削減成本。
如上所述，通過使用現(xiàn)有通用組件，可使開發(fā)具有不同規(guī)格的多個產品成為可能，同時減少開發(fā)人力和生產設備的增長。
能力域的技術人員能夠很容易地想到其附加優(yōu)點和變型。因此，本發(fā)明的較寬的方面并不限制到這里示出和描述的具體細節(jié)和典型器件。因此，在不脫離總發(fā)明概念的精神或范圍下，可進行各種變型，本發(fā)明的范圍由附上的權利要求和其等價物限定。
權利要求
1.一種通用變焦光學系統(tǒng)，其作為一個組件，幾乎通用于多個變焦透鏡中，其中當利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡從廣角端態(tài)變焦到遠攝端態(tài)時，對于每個變焦透鏡，通用變焦光學系統(tǒng)的移動軌跡不同。
2.根據(jù)權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)，其被用在僅包括所述通用變焦光學系統(tǒng)的第一變焦透鏡中；和包括至少一個透鏡組和所述通用變焦光學系統(tǒng)的第二變焦透鏡中。
3.根據(jù)權利要求2所述的通用變焦光學系統(tǒng)，其中在所述通用變焦光學系統(tǒng)中最靠近物側的一個透鏡組具有負折射能力，所述通用變焦光學系統(tǒng)被用在僅包括所述通用變焦光學系統(tǒng)的第一變焦透鏡中；和包括一個位于最靠近物側、具有正折射能力的透鏡組和所述通用變焦光學系統(tǒng)的第二變焦透鏡中。
4.根據(jù)權利要求3所述的通用變焦光學系統(tǒng)，從物側起依次包括具有負折射能力的第一透鏡組；具有正折射能力的第二透鏡組；和具有正折射能力的第三透鏡組，其中所述通用變焦光學系統(tǒng)被用在僅包括所述通用變焦光學系統(tǒng)的第一變焦透鏡中，和包括一個位于最靠近物側、具有正折射能力的透鏡組和所述通用變焦光學系統(tǒng)的第二變焦透鏡中。
5.根據(jù)權利要求2所述的通用變焦光學系統(tǒng)，還包括多個透鏡組，且滿足下列條件表達式0.90＜fan/fbn＜1.10其中fan表示在多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，任意一個變焦透鏡中所述通用變焦光學系統(tǒng)的第n級透鏡組的焦距(n為一整數(shù))，fbn表示在多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，除了所述任意變焦透鏡以外，其它變焦透鏡中所述通用變焦光學系統(tǒng)的第n級透鏡組的焦距(n為一整數(shù))。
6.根據(jù)權利要求2所述的通用變焦光學系統(tǒng)，其中組成所述通用變焦光學系統(tǒng)的相鄰透鏡元件之間的空間距離與多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中的空間距離相同。
7.根據(jù)權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)，還包括多個透鏡組，且滿足下列條件表達式0.90＜fan/fbn＜1.10其中fan表示在多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，任意一個變焦透鏡中所述通用變焦光學系統(tǒng)的第n級透鏡組的焦距(n為一整數(shù))，fbn表示在多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，除了所述任意變焦透鏡以外，其它變焦透鏡中所述通用變焦光學系統(tǒng)的第n級透鏡組的焦距(n為一整數(shù))。
8.根據(jù)權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)，其中組成所述通用變焦光學系統(tǒng)的相鄰透鏡元件之間的空間距離與多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中的空間距離相同。
9.根據(jù)權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)，其中包括至少一個非球面透鏡元件。
10.根據(jù)權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)，其中還包括濾波器組和圖像拾取器件。
11.根據(jù)權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)，還包括孔徑光闌，且滿足下列條件表達式0.95＜Sa/Sb＜1.05其中Sa表示在多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，任意一個變焦透鏡中孔徑光闌的最大直徑，Sb表示在多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，除了所述任意變焦透鏡以外，其它變焦透鏡中孔徑光闌的最大直徑。
12.根據(jù)權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)，其中位于最靠近象側的一個透鏡組具有至少一個非球面透鏡元件。
13.根據(jù)權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)，其被用在包括至少一個透鏡組和所述通用變焦光學系統(tǒng)的第一變焦透鏡中，和包括至少一個透鏡組和所述通用變焦光學系統(tǒng)的第二變焦透鏡中，所述第二變焦透鏡不同于所述第一變焦透鏡。
14.根據(jù)權利要求13所述的通用變焦光學系統(tǒng)，還包括多個透鏡組，且滿足下列條件表達式0.90＜fan/fbn＜1.10其中fan表示在多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，任意一個變焦透鏡中所述通用變焦光學系統(tǒng)的第n級透鏡組的焦距(n為一整數(shù))，fbn表示在多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中，除了所述任意變焦透鏡以外，其它變焦透鏡中所述通用變焦光學系統(tǒng)的第n級透鏡組的焦距(n為一整數(shù))。
15.根據(jù)權利要求13所述的通用變焦光學系統(tǒng)，其中組成所述通用變焦光學系統(tǒng)的相鄰透鏡元件之間的空間距離與多個利用所述通用變焦光學系統(tǒng)組成的變焦透鏡中的空間距離相同。
16.一種變焦光學系統(tǒng)，包括根據(jù)權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)。
17.一種透鏡系統(tǒng)，其由使用權利要求1所述的通用變焦光學系統(tǒng)的多個變焦透鏡組成。
全文摘要
提供一種通用變焦光學系統(tǒng)，作為一個組件其可幾乎通用地使用在多個變焦透鏡中，并且能夠抑制像差波動和變焦時的像面的位置偏移，其中通用變焦光學系統(tǒng)作為一個組件能夠幾乎通用地用作多個變焦透鏡中，并且在從利用通用變焦光學系統(tǒng)組成的多個變焦透鏡的廣角端態(tài)變焦到其遠攝端態(tài)時，對于每個變焦透鏡，通用變焦透鏡系統(tǒng)的移動軌跡不同。
文檔編號G02B15/16GK1758085SQ20051011353
公開日2006年4月12日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權日2004年9月30日
發(fā)明者武俊典, 荒井大作 申請人:株式會社尼康