变焦透镜 【技术领域】
本发明涉及可对应百万像素化的摄像元件的、小型广角大口径高光学性能的变焦透镜。
背景技术
近年来，各种电子摄像装置已经普及。这种电子摄像装置大多安装了变焦透镜作为摄影透镜。并且，随着近年来电子摄像装置的小型化，安装于电子摄像装置上的变焦透镜也要求更进一步的小型化，为了满足这样的要求，已经提出了非常多的小型变焦透镜的提案。
尤其是，在CCTV(Closed Circuit Television)等监视相机中，其在白天利用可见光，夜间利用近红外光。为此，作为监视相机用透镜，提案有从可见光到近红外线为止能够对应的小型变焦透镜(例如参照专利文献1，2)。
[专利文献1]JP特许第3600870号公报
[专利文献2]JP特开2004-317901号公报
作为监视相机用透镜，优选在暗淡场所能够更广范围监视的广角大口径变焦透镜。另外，近年来，通过将摄像元件(CCD或CMOS等)的百万像素化进行促进，对能够确认被摄体更细特征即的所谓百万像素对应透镜的期待日益高涨。进一步，近年来广泛普及的小型监视用针孔相机所可能使用的更加小型的变焦透镜的要求也日益提高。
然而，对于百万像素对应的电子摄像装置用透镜，为了能够辨认到被摄体的进一步细微的特征，还需要对在画面周边产生的各种像差进行良好的补正。
但是，上述专利文献1，2记载的变焦透镜，由于至能够对应百万像素化的摄像元件的程度为止而难于对以轴上色差和球差等为代表的各像差进行补正，所以作为百万像素对应的电子摄像装置用透镜是不合适的。
【发明内容】
本发明为解决上述现有技术中的问题，其目的在于提供一种小型广角大口径、且具备可对应百万像素化的摄像元件的高光学性能的变焦透镜。
为解决上述课题实现目的，权利要求1的发明涉及的变焦透镜，其特征在于，从物体侧依次配设具有负折射力的第1透镜组、具有正折射力的第2透镜组而构成，通过改变上述第1透镜组和上述第2透镜组的间隔而改变焦距，并满足以下的条件式
(1)0.8＜|f1/f2|＜1.0
其中，f1为上述第1透镜组的焦距，f2为上述第2透镜组的焦距。
根据该权利要求1所述的发明，能够合理规定上述第1透镜组和上述第2透镜组的光焦度分配，变焦透镜的小型化、广角化、大口径化变得更容易。
另外，权利要求2的发明涉及的变焦透镜为，在权利要求1记载的发明中，其特征在于，上述第2透镜组从物体侧依次配设第1透镜、第2透镜、第3透镜和第4透镜，上述第1透镜和上述第4透镜均具有正的折射力，并且至少一面形成非球面。
根据该权利要求2记载的发明，能够更加有效地补正球差、慧差及像散。
另外，权利要求3的发明涉及的变焦透镜，在上述第2记载的发明中，其特征在于，上述第2透镜具有正的折射力，上述第3透镜具有负的折射力，另外，上述第2透镜和上述第3透镜被接合，满足如下的条件式，
(2)vd22＞68
其中，vd22为上述第2透镜的对d线的阿贝数。
根据该权利要求3记载的发明，能够对上述第2透镜组的轴上色差进行很好的补正，能够维持可见光到近红外光区的优秀的光学性能。
另外，权利要求4的发明涉及的变焦透镜，在权利要求1～3任一项记载地发明中，其特征在于，上述第1透镜组从物体侧依次配置：具有负折射力的弯月形透镜形成的第1透镜，具有负折射力的第2透镜，具有负折射力的第3透镜，具有正折射力的第4透镜，另外上述第3透镜和上述第4透镜被接合(接合)。
根据该权利要求4记载的发明，能够对上述第1透镜组中的轴上色差进行良好的补正，能够维持可见光到近红外光区的优秀的光学性能。
另外，权利要求5的发明涉及的变焦透镜，在权利要求1～4任一项记载的发明中，其特征在于，构成上述第1透镜组的上述第4透镜的对d线的阿贝数为vd14时，满足如下的条件式，
(3)vd14＜25
根据该权利要求5记载的发明，能够抑制上述第1透镜组产生的色差量，能够提高色差的补正效果。
另外，权利要求6的发明涉及的变焦透镜，在权利要求1～5任一项记载的发明中，其特征在于，构成上述第2透镜组的上述第3透镜的对d线的阿贝数为vd23时，满足如下的条件式，
(4)vd23＜25
根据该权利要求6记载的发明，能够抑制上述第2透镜组产生的色差量，能够提高色差的补正效果。
另外，权利要求7的发明涉及的变焦透镜，在权利要求1～6任一项记载的发明中，其特征在于，通过沿着光轴向物体侧移动上述第2透镜组，进行从广角端向望远端的变倍，通过沿着光轴向像方移动上述第1透镜组，进行伴随变倍的像面补正。
根据该权利要求7记载的发明，因为变倍时各透镜组没有突出出来，所以能够维持变焦透镜的小型化。
[发明效果]
根据本发明，起到能够提供一种小型广角大口径、且具备可对应百万像素化的摄像元件的高光学性能变焦透镜这样的效果。
【附图说明】
图1为示出实施例1变焦透镜结构沿着光轴的截面图。
图2为示出实施例1变焦透镜的广角端中的球差、像散和畸变的图。
图3为示出实施例1变焦透镜的望远端中的球差、像散和畸变的图。
图4为示出实施例2变焦透镜结构沿着光轴的截面图。
图5为示出实施例2变焦透镜的广角端中的球差、像散和畸变的图。
图6为示出实施例2变焦透镜的望远端中的球差、像散和畸变的图。
[符号说明]
100，200变焦透镜
G11，G21第1透镜组
G12，G22第2透镜组
L111，L121，L211，L221第1透镜
L112，L122，L212，L222第2透镜
L113，L123，L213，L223第3透镜
L114，L124，L214，L224第4透镜
STP光阑
CG盖玻片
【具体实施方式】
下面对本发明涉及的变焦透镜的优选实施方式进行详细说明。
本发明实施方式涉及的变焦透镜，从物体侧依次配设具有负折射力的第1透镜组、具有正折射力的第2透镜组而构成，该变焦透镜通过改变上述第1透镜组和上述第2透镜组的间隔而改变焦距，另外，通过沿着光轴移动上述第1透镜组而进行聚焦。
本发明目的在于提供一种小型广角大口径、且具备可对应百万像素化的摄像元件的高光学性能的变焦透镜，为此，为实现该目的，进行如下所示的各种条件的设定。
首先，该实施方式涉及的变焦透镜为了实现小型广角大口径化，当将上述第1透镜组的焦距记为f1，将上述第2透镜组的焦距记为f2时，优选满足以下的条件式
(1)0.8＜|f1/f2|＜1.0
该条件式(1)为用于规定上述第1透镜组的焦距f1与上述第2透镜组的焦距f2的比率的式子。通过满足该条件式(1)，能够适当规定上述第1透镜组和上述第2透镜组的光焦度分配，而使变焦透镜的小型化、广角化、大口径化更容易。条件式(1)中，如果低于其下限，则上述第2透镜组的正折射力会变得过弱，在变倍时该第2透镜组的移动量增加，所以，光学系统难于小型化。另一方面，条件式(1)中，如果超过其上限，则上述第1透镜组的负的折射力变弱而广角化变难，并且上述第2透镜组正的折射力变强而导致球差补正过量，所以不作为优选。
进一步，该实施方式涉及的变焦透镜为适应百万像素化的摄像元件，还要求能够对画面周边产生的各像差进行良好的补正。
因此，该实施方式涉及的变焦透镜中，上述第2透镜组从物体侧依次配设第1透镜、第2透镜、第3透镜和第4透镜而构成，并且，上述第1透镜和上述第4透镜均具有正的折射力，并且均至少一面形成非球面。这样，能够更加有效地补正球差、慧差及像散。
另外，该实施方式涉及的变焦透镜中，上述第2透镜组的第2透镜具有正的折射力，上述第2透镜组的第3透镜具有负的折射力，并且，上述第2透镜和上述第3透镜优选被接合在一起，这样，能够对上述第2透镜组中产生的轴上色差进行很好的补正。
除此之外，该实施方式涉及的变焦透镜中，构成上述第2透镜组的第2透镜的对d线的阿贝数记为vd22时，优选满足如下的条件式，
(2)vd22＞68
通过满足该条件式(2)，即采用满足该条件式(2)的低色散材料形成上述第2透镜组的第2透镜，能够对上述第2透镜组的轴上色差进行很好的补正，能够维持可见光到近红外光区的优秀的光学性能。如果低于条件式(2)的下限，则对轴上色差的补正变难，将不能够维持可见光到近红外光区的优秀的光学性能。
另外，在该实施方式涉及的变焦透镜中，上述第1透镜组从物体侧依次配置：具有负折射力的弯月形透镜形成的第1透镜，具有负折射力的第2透镜，具有负折射力的第3透镜，具有正折射力的第4透镜，另外，上述第3透镜和上述第4透镜优选被接合。这样，能够对上述第1透镜组中产生的轴上色差进行很好的补正，能够维持可见光到近红外光区的优秀的光学性能。
另外，为维持变焦透镜良好的光学性能，优选对每个透镜组都进行色差补正。
因此，在该实施方式涉及的变焦透镜中，首先，构成上述第1透镜组的上述第4透镜的对d线的阿贝数为vd14时，满足如下的条件式，
(3)vd14＜25
通过满足该条件式(3)，即采用满足该条件式(3)的低色散材料形成上述第1透镜组的第4透镜，能够抑制上述第1透镜组所产生的色差量，能够提高色差补正效果。具体地，通过满足该条件式(3)，上述第1透镜组包含的负透镜所产生的轴上色差和倍率色差通过正透镜即上述第1透镜组的第4透镜在与上述负透镜相反的方向上同量产生轴上色差和倍率色差，从而能够对整个第1透镜组产生的色差进行补正。如果超过条件式(3)的上限，则不能在上述第1透镜组的第4透镜产生补正所需之量的色差，结果是导致不能对该第1透镜组产生的色差完全补正掉，所以不作为优选。
另外，该实施方式涉及的变焦透镜其特征在于，在构成上述第2透镜组的上述第3透镜的对d线的阿贝数为vd23时，满足如下的条件式，
(4)vd23＜25
通过满足该条件式(4)，即采用满足该条件式(4)的低色散材料形成上述第2透镜组的第3透镜，能够抑制上述第2透镜组产生的色差量，能够提高色差补正效果。具体地，通过满足该条件式(4)，上述第2透镜组包括的正透镜所产生的轴上色差和倍率色差通过负透镜即上述第2透镜组的第3透镜在与上述正透镜相反的方向上同量产生轴上色差和倍率色差，从而能够对该整个第2透镜组产生的色差进行补正。如果超过条件式(4)的上限，则不能在上述第2透镜组的第3透镜产生补正所需之量的色差，结果是导致不能对该第2透镜组产生的色差完全补正掉，所以，不作为优选。
另外，在该实施方式涉及的变焦透镜中，通过沿着光轴向物体侧移动上述第2透镜组，进行从广角端向望远端的变倍，通过沿着光轴向像方移动上述第1透镜组，进行伴随变倍的像面补正。因为变倍时各透镜组没有突出出来，所以能够维持变焦透镜的小型化。
综上所述，该实施方式中涉及的变焦透镜，因为具有上述特征，能够实现小型广角大口径化，并能够具备可对应百万像素化的摄像元件的高光学性能。该变焦透镜最适合用于进行3倍左右的变倍的监视相机。进一步，该变焦透镜通过采用适当的非球面结构，能够以少的透镜数实现有效的各像差补正，并且能够实现光学系统小型轻量化、制造成本低廉化。
[实施例]
下面给出本发明涉及的变焦透镜的实施例。
(实施例1)
图1为示出实施例1变焦透镜结构沿着光轴的截面图。该变焦透镜100，从未图示的物体侧依次配设具有负折射力的第1透镜组G11、具有正折射力的第2透镜组G12而构成，在第1透镜组G11和第2透镜组G12之间设置光阑STP。另外，在第2透镜组G12和像面IMG之间，配置有盖玻片CG。在像面IMG，配置有CCD或CMOS等摄像元件的受光面。
该变焦透镜100通过沿着光轴使第2透镜组G12向上述物体侧移动而进行从广角端到望远端的变倍，通过沿着光轴使第1透镜组G11向像面IMG移动而进行伴随变倍的像面补正。另外，通过沿着光轴移动第1透镜组G11进行聚焦。
第1透镜组G11从物体侧依次配设具有负折射力的弯月形第1透镜L111、具有负折射力的第2透镜L112、具有负折射力的第3透镜L113、和具有正折射力的第4透镜L114。另外上述第3透镜L113、和具有正折射力的第4透镜L114被接合。
第2透镜组G12从物体侧依次配设具有正折射力的第1透镜L121、具有正折射力的第2透镜L122、具有负折射力的第3透镜L123、和具有正折射力的第4透镜L124。第1透镜L121的两面形成非球面。第2透镜L122、和第3透镜L123被接合。另外，第4透镜L124的两面也形成非球面。
下面给出实施例1中变焦透镜有关各种数值数据。
焦距(f)＝3.10mm(广角端)～8.65mm(望远端)
F值＝1.24(广角端)～2.17(望远端)
视角(2ω)＝132.5°(广角端)～43.8°(望远端)
(条件式(1)中相关的数值)
第1透镜组G11的焦距(f1)＝-8.247mm
第2透镜组G12的焦距(f2)＝9.696mm
|f1/f2|＝0.85
(条件式(2)中相关的数值)
构成第2透镜组G12的第2透镜L122的对d线的阿贝数(vd22)＝81.60
(条件式(3)中相关的数值)
构成第1透镜组G11的第4透镜L114的对d线的阿贝数(vd14)＝17.98
(条件式(4)中相关的数值)
构成第2透镜组G12的第3透镜L123的对d线的阿贝数(vd23)＝23.78
r1＝25.7805
d1＝0.90 nd1＝1.90366 vd1＝31.31
r2＝6.6728
d2＝4.80
r3＝-19.4704
d3＝0.60 nd2＝1.83481 vd2＝42.71
r4＝367.5043
d4＝0.10
r5＝20.4895
d5＝0.60 nd3＝1.83481 vd3＝42.71
r6＝11.0361
d6＝2.16 nd4＝1.94595 vd4＝17.98
r7＝44.4532
d7＝12.47(广角端)～2.46(望远端)
r8＝∞(光阑)
d8＝7.56(广角端)～1.03(望远端)
r9＝8.2782(非球面)
d9＝3.49 nd5＝1.61881 vd5＝63.85
r10＝-31.8961(非球面)
d10＝0.10
r11＝8.2786
d11＝3.94 nd6＝1.49700 vd6＝81.60
r12＝-25.7145
d12＝0.60 nd7＝1.84666 vd7＝23.78
r13＝6.0000
d13＝1.85
r14＝8.0000(非球面)
d14＝1.96 nd8＝1.80610 vd8＝40.73
r15＝244.3707(非球面)
d15＝1.00(广角端)～7.53(望远端)
r16＝∞
d16＝1.20 nd9＝1.51633 vd9＝64.14
r17＝∞
d17＝3.43
r18＝∞(像面)
圆锥系数(K)和非球面系数(A，B，C，D)
(第9面)
K＝-0.703385
A＝2.645268×10-6，B＝5.172701×10-6，
C＝-3.028016×10-7，D＝5.896640×10-9，
(第10面)
K＝3.048316
A＝1.696927×10-4，B＝1.263759×10-6，
C＝-2.526369×10-7，D＝6.185531×10-9，
(第14面)
K＝-0.501755
A＝6.203201×10-4，B＝-6.066378×10-5，
C＝4.714249×10-6，D＝-2.207590×10-7，
(第15面)
K＝30.000000
A＝1.035475×10-3，B＝-6.398933×10-5，
C＝4.890914×10-6，D＝-2.372387×10-7，
另外，图2为示出实施例1变焦透镜的广角端球差、像散和畸变的图。图3为示出实施例1变焦透镜的望远端中的球差、像散和畸变的图。图中，Fno为F值，2ω为视角。另外，像散图中的符号ΔS，ΔM分别表示弧矢像面、子午像面的像差。
(实施例2)
图4为示出实施例2变焦透镜结构沿着光轴的截面图。该变焦透镜200，从未图示的物体侧依次配设具有负折射力的第1透镜组G21、具有正折射力的第2透镜组G22，在第1透镜组G21和第2透镜组G22之间设置光阑STP。另外，在第2透镜组G22和像面IMG之间，配置有盖玻片CG。在像面IMG，配置有CCD或CMOS等摄像元件的受光面。
该变焦透镜200通过沿着光轴使第2透镜组G22向上述物体侧移动而进行从广角端到望远端的变倍，通过沿着光轴使第1透镜组G21向像面IMG移动而进行伴随变倍的像面补正。另外，通过沿着光轴移动第1透镜组G21进行聚焦。
第1透镜组G21从物体侧依次配设具有负折射力的弯月形第1透镜L211、具有负折射力的第2透镜L212、具有负折射力的第3透镜L213、和具有正折射力的第4透镜L214。另外上述第3透镜L213、和具有正折射力的第4透镜L214被接合在一起。
第2透镜组G22从物体侧依次配设具有正折射力的第1透镜L221、具有正折射力的第2透镜L222、具有负折射力的第3透镜L223、和具有正折射力的第4透镜L224。第1透镜L221的两面形成非球面。第2透镜L222、和第3透镜L223被接合。另外，第4透镜L224的两面也形成非球面。
下面给出实施例2中变焦透镜有关各种数值数据。
焦距(f)＝3.10mm(广角端)～8.70mm(望远端)
F值＝1.25(广角端)～2.12(望远端)
视角(2ω)＝132.5°(广角端)～43.3°(望远端)
(条件式(1)中相关的数值)
第1透镜组G21的焦距(f1)＝-8.937mm
第2透镜组G22的焦距(f2)＝9.407mm
|f1/f2|＝0.95
(条件式(2)中相关的数值)
构成第2透镜组G22的第2透镜L222的对d线的阿贝数(vd22)＝81.60
(条件式(3)中相关的数值)
构成第1透镜组G21的第4透镜L214的对d线的阿贝数(vd14)＝17.98
(条件式(4)中相关的数值)
构成第2透镜组G22的第3透镜L223的对d线的阿贝数(vd23)＝23.78
r1＝25.4047
d1＝0.90 nd1＝1.90366 vd1＝31.31
r2＝6.7988
d2＝4.64
r3＝-18.4890
d3＝0.60 nd2＝1.83481 vd2＝42.71
r4＝-359.3822
d4＝0.10
r5＝22.4990
d5＝0.60 nd3＝1.83481 vd3＝42.71
r6＝11.8579
d6＝2.28 nd4＝1.94595 vd4＝17.98
r7＝60.1927
d7＝13.95(广角端)～2.31(望远端)
r8＝∞(光阑)
d8＝6.81(广角端)～1.00(望远端)
r9＝8.0019(非球面)
d9＝3.19 nd5＝1.61881 vd5＝63.85
r10＝-44.6631(非球面)
d10＝0.16
r11＝7.5680
d11＝3.35 nd6＝1.49700 vd6＝81.60
r12＝-68.8650
d12＝0.60 nd7＝1.84666 vd7＝23.78
r13＝5.6511
d13＝1.59
r14＝7.7031(非球面)
d14＝2.31 nd8＝1.80610 vd8＝40.73
r15＝86.3291(非球面)
d15＝1.00(广角端)～6.89(望远端)
r16＝∞
d16＝1.20 nd9＝1.51633 vd9＝64.14
r17＝∞
d17＝3.48
r18＝∞(像面)
圆锥系数(K)和非球面系数(A，B，C，D)
(第9面)
K＝0.630905
A＝2.764009×10-5，B＝4.840536×10-6，
C＝-3.045960×10-7，D＝5.989457×10-9，
(第10面)
K＝-0.974950
A＝1.827991×10-4，B＝5.832139×10-7，
C＝-2.698910×10-7，D＝6.609987×10-9，
(第14面)
K＝-0.622646
A＝5.734649×10-4，B＝-5.450917×10-5，
C＝4.702484×10-6，D＝-2.464128×10-7，
(第15面)
K＝17.165964
A＝1.003968×10-3，B＝-5.307516×10-5，
C＝4.791478×10-6，D＝-2.778915×10-7，
另外，图5为示出实施例2变焦透镜的广角端球差、像散和畸变的图。
图6为示出实施例2变焦透镜的望远端中的球差、像散和畸变的图。图中，Fno为F值，2ω为视角。另外，像散图中的符号ΔS，ΔM分别表示弧矢像面、子午像面的像差。
在上述数值数据中，r1，r2，......为各透镜等的曲率半径，d1，d2，......为各透镜等的壁厚或它们的面间隔，nd1，nd2，......为各透镜等的d线的折射率，vd1，vd2，......为各透镜等的d线的阿贝数。
另外，在和光轴垂直的高度为y，以面顶为原点时的在高度y的光轴方向的位移量为Z(y)时，上述各非球面形状用下式表示。
[数1]
Z(y)=y2R(1+1-(1+K)y/R2)2+Ay4+By6+Cy8+Dy10]]>
其中，R为近轴曲率半径，K为圆锥系数，A，B，C，D分别为4次，6次，8次10次的非球面系数。
如上所述，该实施例涉及的变焦透镜因为具有上述的特征，所以能够作为小型广角大口径且具备可对应百万像素化的高光学性能的变焦透镜。即，该变焦透镜广角端视角在100°以上，F值也为约1.2以上，另外，因为能够对可见光(波长：587.56nm)到近红外区(波长：850.00nm)的各像差进行良好的补正，所以最适合作为进行3倍左右变倍的百万像素对应的监视相机。进一步，该变焦透镜通过采用形成有合适非球面的透镜而构成，不但能够以很少的透镜块数进行各像差的补正，而且能够实现光学系统的小型轻量化，制造成本的降低。
[产业上的利用可能性]
如上所述，该发明的变焦透镜在百万像素化对应的监视相机中很有效，尤其，最适用于可见光到近红外光区要求具有高光学性能的小型半球式监视相机。