超廣角透鏡系統的製作方法
2023-06-20 18:08:31
超廣角透鏡系統的製作方法
【專利摘要】一種超廣角透鏡系統，包括以從物側開始的順序的正前透鏡組和負後透鏡組，其中所述負後透鏡組用作對焦透鏡組，當在無窮遠處的物體上對焦至有限距離處的物體時所述負後透鏡組在光軸方向上移動。滿足下面的條件（1）：1.1<mR<2.0...（1），其中mR指明當對焦在無窮遠處的物體上時所述負後透鏡組的橫向放大率。
【專利說明】超廣角透鏡系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超廣角透鏡系統，並且具體涉及一種適合用於電子靜物照相機的後部對焦大光圈超廣角透鏡系統，其中安裝有小型固態圖像傳感器。
【背景技術】
[0002]在相關技術中，已經提出了後部對焦超廣角透鏡系統，其中當在無窮遠處的物體上對焦至有限距離處的物體上時最靠近圖像側設置的透鏡組在光軸方向上移動。例如，日本未審查專利公開第2004-226740號和第2008-151949號每個公開了超廣角透鏡系統，其通過在光軸方向上移動設置在光學系統的後端處的正透鏡組而在無窮遠處的物體上對焦至有限距離處的物體。由於對焦透鏡組(可移動透鏡組)具有較小的有效直徑並且重量輕，因此後部對焦透鏡系統能夠進行快速對焦操作。
[0003]另一方面，已經研發了微型電子靜物照相機，其中圖像傳感器遠小於傳統35mm或APS畫幅尺寸。近年來，在用於這種微型電子靜物照相機中的光學系統中非常需要更高的規格(特別是有關於更大的光圈直徑)。增加光學系統的光圈直徑等同於增加透鏡組的有效光圈直徑，軸向光束經過該透鏡組。但是，如果增加對焦透鏡組的直徑和重量，則增加自動對焦驅動機構上的負擔。此外，其還變得難以實現高成像質量。
[0004]這種用於微型電子靜物照相機的超廣角透鏡系統能夠通過按比例縮小適用於傳統的大尺寸圖像傳感器(例如在日本未審查專利公開第2004-226740號和第2008-151949號所公開的那些圖像傳感器)的超廣角透鏡系統的光學系統而實現。但是，這些光學系統均在對焦透鏡組中使用四個或更多個透鏡元件，使得對焦透鏡組的重量較大。此外，對焦透鏡組的有效直徑太大，以至於無法作為用於上述微型照相機的透鏡組。但是，如果嘗試減少對焦透鏡組的透鏡元件的數目以便減少自動對焦驅動機構的負擔並且進一步實現透鏡系統的微型化，那麼在對焦期間將增加對焦透鏡組的移動量，並且其將變得難以實現高成像質量。
【發明內容】
[0005]本發明由於上述問題而進行設計，並且提供了超廣角透鏡系統，其能夠通過減少透鏡元件的數目和對焦透鏡組的有效直徑來減輕自動對焦驅動機構的負擔，並且通過優化設定對焦透鏡組的對焦靈敏度達到了適當的對焦透鏡組的移動量和最佳光學性能。
[0006]根據本發明的一個方面提供了一個超廣角透鏡系統，包括以從物側開始的順序的正前透鏡組和負後透鏡組，其中所述負後透鏡組用作對焦透鏡組，當在無窮遠處的物體上對焦至有限距離處的物體時所述負後透鏡組在光軸方向上移動。滿足下面的條件(I):
[0007]1.l<mR<2.0...(I )，其中mR指明當對焦在無窮遠處的物體上時所述負後透鏡組的橫向放大率。
[0008]對於本發明的超廣角透鏡系統理想的是滿足在條件(I)的範圍內的下面的條件(I，):[0009]1.l〈mR〈l.3 (I，)
[0010]理想的是滿足下面的條件(2):
[0011]-30〈fR/fF〈_ll...(2)，其中fR指明負後透鏡組的焦距，並且fF指明正前透鏡組的焦距。
[0012]對於本發明的超廣角透鏡系統理想的是滿足在條件(2)的範圍內的下面的條件(2，):
[0013]-30<fR/fF<-15 (2，)
[0014]正前透鏡組能夠包括從最靠近物側的位置連續設置的至少兩個負單透鏡元件。在這種情況下，理想的是滿足下面的條件(3):
[0015]-2.0〈fn/fF〈-l.3 (3)，其中fn指明在正前透鏡組內從最靠近物側的位置連續設置的至少兩個負單透鏡元件的組合焦距，而fF指明正前透鏡組的焦距。
[0016]對於負後透鏡組理想的是包括設置有以從物側開始的順序或相反的順序的一個負透鏡元件和一個正透鏡元件的粘合透鏡。
[0017]理想的是滿足下面的條件(4):
[0018]20< vd<35...(4)，其中v d指明相對於在所述正前透鏡組內最靠近物側設置的正透鏡元件的d-線的阿貝數。
[0019]在本發明的另一個實施方案中，提供了一個超廣角透鏡系統，包括以從物側開始的順序的正前透鏡組和負後透鏡組，其中所述負後透鏡組用作對焦透鏡組，當在無窮遠處的物體上對焦至有限距離處的物體時所述負後透鏡組在光軸方向上移動。滿足下面的條件
(2):
[0020]-30〈fR/fF〈_ll...(2)，其中fR指明負後透鏡組的焦距，並且fF指明正前透鏡組的焦距。
[0021]在本發明的另一個實施方案中，提供了一個超廣角透鏡系統，包括以從物側開始的順序的正前透鏡組和負後透鏡組，其中所述負後透鏡組用作對焦透鏡組，當在無窮遠處的物體上對焦至有限距離處的物體時所述負後透鏡組在光軸方向上移動。正前透鏡組包括從最靠近物側的位置連續設置的至少兩個負單透鏡元件。滿足下面的條件(3):
[0022]-2.0〈fn/fF〈-l.3...(3)，其中fn指明在正前透鏡組內從最靠近物側的位置連續設置的至少兩個負單透鏡元件的組合焦距，而fF指明正前透鏡組的焦距。
[0023]根據本發明實現了超廣角透鏡系統，其能夠通過減少透鏡元件的數目和對焦透鏡組的有效直徑來減輕自動對焦驅動機構的負擔，並且通過優化設定對焦透鏡組的對焦靈敏度達到了適當的對焦透鏡組的移動量和最佳光學性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]下面將參考附圖具體討論本發明，其中:
[0025]圖1顯示了當對焦在無窮遠處的物體上時，根據本發明的超廣角透鏡系統的第一數值實施方案的透鏡布置；
[0026]圖2A、圖2B、圖2C和圖2D顯示了在圖1顯示的透鏡布置中產生的各種像差；
[0027]圖3A、圖3B、圖3C和圖3D顯示了在圖1顯示的透鏡布置中產生的橫向像差；
[0028]圖4顯示了當對焦在無窮遠處的物體上時，根據本發明的超廣角透鏡系統的第二數值實施方案的透鏡布置；
[0029]圖5A、圖5B、圖5C和圖顯示了在圖4顯示的透鏡布置中產生的各種像差；
[0030]圖6A、圖6B、圖6C和圖6D顯示了在圖4顯示的透鏡布置中產生的橫向像差；
[0031]圖7顯示了當對焦在無窮遠處的物體上時，根據本發明的超廣角透鏡系統的第三數值實施方案的透鏡布置；
[0032]圖8A、圖8B、圖8C和圖8D顯示了在圖7顯示的透鏡布置中產生的各種像差；
[0033]圖9A、圖9B、圖9C和圖9D顯示了在圖7顯示的透鏡布置中產生的橫向像差；
[0034]圖10顯示了當對焦在無窮遠處的物體上時，根據本發明的超廣角透鏡系統的第四數值實施方案的透鏡布置；
[0035]圖11A、圖11B、圖1lC和圖1lD顯示了在圖10顯示的透鏡布置中產生的各種像差;
[0036]圖12A、圖12B、圖12C和圖12D顯示了在圖10顯示的透鏡布置中產生的橫向像差;
[0037]圖13顯示了當對焦在無窮遠處的物體上時，根據本發明的超廣角透鏡系統的第五數值實施方案的透鏡布置；
[0038]圖14A、圖14B、圖14C和圖14D顯示了在圖13顯示的透鏡布置中產生的各種像差；以及
[0039]圖15A、圖15B、圖15C和圖1?顯示了在圖13顯示的透鏡布置中產生的橫向像差。【具體實施方式】
[0040]本發明的超廣角透鏡系統以從物側開始的順序為配置為正前透鏡組GF和負後透鏡組GR，分別如第一至第五數值實施方案的圖1、圖4、圖7、圖10和圖13所示。濾光器OP設置在負後透鏡組GR和成像平面I之間。
[0041]在第一數值實施方案中，正前透鏡組GF以從物側開始的順序配置為負透鏡元件
1、負透鏡元件2、負透鏡元件3、設置有負透鏡元件4和正透鏡元件5的粘合透鏡；正透鏡元件6、正透鏡元件7、光圈S、設置有負透鏡元件8和正透鏡元件9的粘合透鏡；以及正透鏡元件10 (八個透鏡組，十個透鏡元件)。非球面表面形成在前透鏡組GF內最靠近物側設置的負透鏡元件I的每一側上，並且非球面表面形成在前透鏡組GF內最靠近圖像側設置的正透鏡元件10的每一側上。
[0042]在第二和第四數值實施方案中，正前透鏡組GF以從物側開始的順序配置為負透鏡兀件11、負透鏡兀件12、設直有正透鏡兀件13和負透鏡兀件14的粘合透鏡；負透鏡兀件
15、正透鏡兀件16、正透鏡兀件17、光圈S、設直有負透鏡兀件18和正透鏡兀件19的粘合透鏡(八個透鏡組，十個透鏡元件)。非球面表面形成在前透鏡組GF內最靠近物側設置的負透鏡元件11的每一側上，並且非球面表面形成在前透鏡組GF內最靠近圖像側設置的正透鏡元件20的每一側上。
[0043]在第三數值實施方案中，正前透鏡組GF以從物側開始的順序配置為負透鏡元件21、負透鏡元件22、負透鏡元件23、正透鏡元件24、負透鏡元件25、正透鏡元件26、光圈S、設置有負透鏡元件27和正透鏡元件28的粘合透鏡；以及正透鏡元件29(八個透鏡組，九個透鏡元件)。非球面表面形成在前透鏡組GF內最靠近物側設置的負透鏡元件21的每一側上，並且非球面表面形成在前透鏡組GF內最靠近圖像側設置的正透鏡元件29的每一側上。
[0044]在第五數值實施方案中，正前透鏡組GF以從物側開始的順序配置為負透鏡元件
31、負透鏡兀件32、負透鏡兀件33、設直有正透鏡兀件34和負透鏡兀件35的粘合透鏡；負透鏡元件36、正透鏡元件37、正透鏡元件38、光圈S、設置有負透鏡元件39和正透鏡元件40的粘合透鏡；以及正透鏡元件41 (九個透鏡組，十一個透鏡元件)。非球面表面形成在前透鏡組GF內次最靠近物側設置的負透鏡元件32的每一側上，並且非球面表面形成在前透鏡組GF內最靠近圖像側設置的正透鏡元件41的每一側上。
[0045]在第一至第五數值實施方案的每一個中，負後透鏡組GR以從物側開始的順序配置為具有負透鏡元件51和正透鏡元件52的粘合透鏡。當在無窮遠處的物體上對焦至有限距離處的物體時，負後透鏡組GR作為在光軸方向上(向著圖像側)移動的對焦透鏡組。
[0046]所顯示的實施方案的超廣角透鏡系統為覆蓋90度或更大的視角的後部對焦類型，並且以從物側開始的順序配置為正前透鏡組GF和負後透鏡組GR，其中負後透鏡組GR為當在無窮遠處的物體處對焦至有限距離處的物體時在光軸方向上(向著圖像側)移動的對焦透鏡組。因此，通過使負後透鏡組GR作為對焦透鏡組，能夠實現快速對焦操作，其中負後透鏡組GR與正前透鏡組GF相比具有更少的透鏡元件、與正前透鏡組GF相比具有更小的有效直徑並且更輕。
[0047]通過將作為對焦透鏡組的負後透鏡組GR以從物側開始的順序配置為具有負透鏡元件51和正透鏡元件52的粘合透鏡，則在對焦期間產生的多個像差(例如球面像差和色差)可以被順利地校正，使得能夠獲得優秀的光學性能。此外，可以抑制在負透鏡元件51和正透鏡元件52之間產生的偏心，使得能夠通過製造工藝防止光學性能變差。應該注意到，即使負後透鏡組GR (對焦透鏡組)的負透鏡元件和正透鏡元件的順序被調換，使得負後透鏡組GR以從物側的順序配置為正透鏡元件和負透鏡元件，也能夠獲得同樣的效果。
[0048]條件(I)指定了當對焦在無窮遠處的物體上時負後透鏡組GR的橫向放大率，並且用於以最佳方式設定負後透鏡組GR (對焦透鏡組)的對焦靈敏度。對焦靈敏度為對焦調節量與對焦透鏡組的對焦移動量的比值，並且能夠表示為K=1-HiR2。通過滿足條件(I )，能夠實現高精度自動對焦控制，降低自動對焦驅動機構上的負擔，並且能夠實現透鏡系統的微型化和減輕重量。
[0049]如果超過條件(I)的上限，則負後透鏡組(對焦透鏡組)GR的對焦靈敏度將變得太高，使得其變得難以執行高精度自動對焦控制。
[0050]如果超過條件(I)的下限，則負後透鏡組(對焦透鏡組)GR的對焦靈敏度將變得太低，使得由於對焦透鏡組的對焦移動量相對於對焦調節量變大，從而增加了在自動對焦驅動機構上的負擔。此外，增大透鏡系統的前部(正前透鏡組GF)的直徑，將增加透鏡元件的重量並且增加其成本。
[0051]條件(2)說明正前透鏡組GF的折射能力與負後透鏡組GR的折射能力的比值。通過滿足條件(2)，能夠抑制在對焦期間產生的像差中的波動(例如球面像差、場曲率和橫向色差)，從而獲得優秀的光學性能，同時實現透鏡系統的微型化和減輕的重量。
[0052]如果超過條件(2)的上限，則將增加透鏡系統的總長度，在尺寸上增加透鏡系統的前端的直徑，以便收集充分的球面光射線，並且導致不希望的透鏡系統的重量和成本的增加。[0053]如果超過條件(2)的下限，其將變得難以抑制在對焦期間產生的球面像差、場曲率和橫向色差的像差波動，使得光學性能變差。
[0054]在所述實施方案的超廣角透鏡系統中，正前透鏡組GF配備有從最靠近物側的位置連續設置的至少兩個負單透鏡元件(第一數值實施方案中的負透鏡元件I至3，第二和第四數值實施方案中的負透鏡元件11和12，第三數值實施方案中的負透鏡元件21至23以及第五數值實施方案中的負透鏡元件31至33)。換言之，正前透鏡組GF整體具有較強的正折射能力同時具有焦點後移布置，其中負折射能力集中在正前透鏡組GF的前端(物側)，而正折射能力集中在正如透鏡組GF的後端(圖像側)。
[0055]條件(3)說明至少兩個負單透鏡元件的組合焦距與正前透鏡組GF的焦距的比值，該至少兩個負單透鏡在正前透鏡組GF內從最靠近物側的位置連續設置。通過滿足條件
(3)，能夠順利地校正球面像差，同時抑制像散現象的產生，從而能夠獲得優秀的光學性能。
[0056]如果超過條件(3)的上限，則球面像差的校正變得困難，使得光學性能變差。
[0057]如果超過條件(3)的下限，則增加了像散，從而光學性能變差。
[0058]條件(4)說明相對於正透鏡元件的d-線的阿貝數(Abbe number)，該正透鏡元件在正前透鏡組GF內設置為最靠近物側(第一數值實施方案中的正透鏡元件5，第二和第四數值實施方案中的正透鏡元件13，第三數值實施方案中的正透鏡元件24以及第五數值實施方案中的正透鏡元件34)。通過滿足條件(4)，能夠順利地校正橫向色差。
[0059]如果超過條件(4)的上限，則橫向色差變得校正不足，使得光學性能變差。 [0060]如果超過條件(4)的下限，則橫向色差變得過度校正，使得光學性能變差。
[0061]在此將討論特定的第一至第五數值實施方案。在像差圖和表格中，d-線、g-線和C-線示出在其各自的波長處的像差4指明矢狀圖像，M指明子午圖像，Fn0.指明f-數，f指明整個光學系統的焦距，W指明半視角(。)，Y指明圖像高度，fB指明後焦點，L指明透鏡系統的全長，R指明曲率半徑，d指明透鏡厚度或透鏡之間的距離，N (d)指明在d-線處的折射率，以及vd指明相對於d-線的阿貝數。用於各個長度的單位被定義為毫米(mm)。
[0062]關於光軸旋轉對稱的非球面表面被定義為:
[0063]x=cy2/(l+[l-{l+K}c2y2]1/2)+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12...[0064]其中「X」指明與非球面頂點的切平面的距離，「c」指明非球面的曲率(l/r)，「y」指明與光軸的距離，「K」指明二次曲線係數，A4指明四階非球面係數，A6指明六階非球面係數，AS指明八階非球面係數，AlO指明十階非球面係數，A12指明十二階非球面係數，以及「X」指明下陷量。
[0065]數值實施方案I
[0066]圖1至圖3D以及表1至表3示出根據本發明的超廣角透鏡系統的第一數值實施方案。圖1顯示了當對焦在無窮遠處的物體上時，超廣角透鏡系統的第一數值實施方案的透鏡布置。圖2A、圖2B、圖2C和圖2D顯示了在圖1顯示的透鏡布置中產生的各種像差。圖3A、圖3B、圖3C和圖3D顯示了在圖1顯示的透鏡布置中產生的橫向像差。表1顯示了透鏡表面數據。表2顯示了非球面表面數據。表3顯示了各個透鏡系統數據。
[0067]第一數值實施方案的超廣角透鏡系統以從物側開始的順序配置為正前透鏡組GF和負後透鏡組GR。濾光器OP設置在負後透鏡組GR和成像平面I之間。
[0068]正前透鏡組GF以從物側開始的順序配置為在物側上具有凸表面的負凹凸透鏡元件1、在物側上具有凸表面的負凹凸透鏡元件2、在物側上具有凸表面的負凹凸透鏡元件3、設置有在物側上具有凸表面的負凹凸透鏡元件4和在物側上具有凸表面的正凹凸透鏡元件5的粘合透鏡；在物側上具有凸表面的正凹凸透鏡元件6、雙凸正透鏡元件7、光圈S、設置有雙凹負透鏡元件8和雙凸正透鏡元件9的粘合透鏡；以及雙凸正透鏡元件10 (八個透鏡組，十個透鏡元件)。非球面表面形成在前透鏡組GF內最靠近物側設置的負凹凸透鏡元件I的每一側上，並且非球面表面形成在前透鏡組GF內最靠近圖像側設置的雙凸正透鏡元件10的每一側上。
[0069]負後透鏡組GR以從物側開始的順序配置為粘合透鏡，該粘合透鏡設置有在物側上具有凸表面的負凹凸透鏡元件51和雙凸正透鏡元件52。負後透鏡組GR用作對焦透鏡組，當在無窮遠處的物體上對焦至有限距離處的物體時，該對焦透鏡組在光軸方向上移動(朝向圖像側)。
[0070]表1
[0071]表面數據
[0072]
【權利要求】
1.一種超廣角透鏡系統，包括以從物側開始的順序的正前透鏡組和負後透鏡組，其中所述負後透鏡組用作對焦透鏡組，當在無窮遠處的物體上對焦至有限距離處的物體時所述負後透鏡組在光軸方向上移動， 其中滿足下面的條件(I):
1.l<mR<2.0...(1)，其中 mR指明當對焦在無窮遠處的物體上所述負後透鏡組的橫向放大率。
2.根據權利要求1所述的超廣角透鏡系統，其中滿足下面的條件(2):
-30<fR/fF<-ll...(2)，其中 fR指明所述負後透鏡組的焦距，以及 fF指明所述正前透鏡組的焦距。
3.根據權利要求1所述的超廣角透鏡系統，其中所述正前透鏡組包括從最靠近物側的位置連續設置的至少兩個負單透鏡元件。
4.根據權利要求3所述的超廣角透鏡系統，其中滿足下面的條件(3):
-2.0<fn/fF<-l.3...(3)，其中 fn指明在所述正前透鏡組內從最靠近物側的位置連續設置的所述至少兩個負單透鏡元件的組合焦距，以及 fF指明所述正前透鏡組的焦距。
5.根據權利要求1所述的超廣角透鏡系統，其中所述負後透鏡組包括設置有一個負透鏡元件和一個正透鏡元件的粘合透鏡。
6.根據權利要求1所述的超廣角透鏡系統，其中滿足下面的條件(4):
20< vd<35...(4)，其中 Vd指明相對於在所述正前透鏡組內最靠近物側設置的正透鏡元件的d-線的阿貝數。
【文檔編號】G02B13/06GK103852861SQ201310633646
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2012年12月3日
【發明者】小野崎龍之 申請人:理光映像有限公司