ВАРИООБЪЕКТИВ, ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАРИООБЪЕКТИВА
VARIABLE FOCUS LENS, OPTICAL DEVICE, AND ZOOM LENS MANUFACTURING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вариообъективу, оптическому устройству и способу изготовления вариообъектива.
Технические предпосылки
Вариообъективы, используемые в качестве захватывающих изображение объективов видеокамеры, электронной фотокамеры или чего-либо подобного, успешно получают с меньшими размерами и более высокими коэффициентами масштабирования (см., например, патентный документ 1).
Перечень предшествующих источников
Патентный документ
Патентный документ 1: публикация № 2010-160242 (А) выложенной патентной заявки Японии.
Краткое изложение изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
В последнее время требуется еще более высокий коэффициент масштабирования вариообъектива.
С учетом изложенного выше задача настоящего изобретения заключается в создании вариообъектива и оптического устройства, которые являются небольшими и имеют хорошие оптические характеристики и в то же время имеют высокий коэффициент масштабирования, а также способа изготовления вариообъектива.
Средства для решения проблем
Для решения этой задачи вариообъектив согласно настоящему изобретению представляет собой вариообъектив, имеющий, по порядку от предмета, первую линзовую группу, имеющую положительную преломляющую силу; вторую линзовую группу, имеющую отрицательную преломляющую силу; третью линзовую группу, имеющую положительную преломляющую силу; и четвертую линзовую группу, имеющую положительную преломляющую силу, в котором удовлетворяется следующее условное выражение:
1,90<(-f2)/fw<3,00,
где f2 обозначает фокусное расстояние второй линзовой группы и fw обозначает фокусное расстояние вариообъектива в конечном состоянии широкоугольного объектива.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы удовлетворялось следующее условное выражение:
70,00<νdp1,
где νdp1 обозначает число Аббе положительной линзы, расположенной наиболее близко к плоскости изображения в первой линзовой группе.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы удовлетворялось следующее условное выражение:
0,005<(-f2)/ft<0,048,
где ft обозначает фокусное расстояние вариообъектива в конечном состоянии телеобъектива.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы удовлетворялось следующее условное выражение:
0,05<f1/ft<0,50,
где f1 обозначает фокусное расстояние первой линзовой группы и ft обозначает фокусное расстояние вариообъектива в конечном состоянии телеобъектива.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы первая линзовая группа включала в себя, по порядку от предмета, склеенную линзу из отрицательной линзы и положительной линзы, первую положительную линзу и вторую положительную линзу.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы первая линзовая группа, вторая линзовая группа, третья линзовая группа и четвертая линзовая группа при масштабировании изображения перемещались вдоль оптической оси соответственно.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы вторая линзовая группа при масштабировании изображения перемещалась к плоскости изображения вдоль оптической оси и затем перемещалась к предмету.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы четвертая линзовая группа при масштабировании изображения перемещалась к предмету вдоль оптической оси и затем перемещалась к плоскости изображения.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы апертурная диафрагма располагалась между второй линзовой группой и четвертой линзовой группой и апертурная диафрагма при масштабировании изображения перемещалась вместе с третьей линзовой группой.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы апертурная диафрагма располагалась между второй линзовой группой и третьей линзовой группой.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы третья линзовая группа включала в себя, по порядку от предмета, первую положительную линзу, склеенную линзу, вторую положительную линзу и отрицательную линзу.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы склеенная линза третьей линзовой группы представляла собой склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы склеенная линза третьей линзовой группы представляла собой склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы, по порядку от предмета.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы склеенная линза третьей линзовой группы имела отрицательную преломляющую силу.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы вторая линзовая группа включала в себя, по порядку от предмета, первую отрицательную линзу, вторую отрицательную линзу и склеенную линзу.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы склеенная линза второй линзовой группы представляла собой склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы склеенная линза второй линзовой группы представляла собой склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы, по порядку от предмета.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы склеенная линза второй линзовой группы имела положительную преломляющую силу.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы четвертая линзовая группа включала в себя склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы четвертая линзовая группа включала в себя склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы, по порядку от предмета.
В этом вариообъективе предпочтительно, чтобы третья линзовая группа включала в себя по меньшей мере одну асферическую линзу.
Оптическое устройство согласно настоящему изобретению включает в себя упомянутый выше вариообъектив.
Способ изготовления вариообъектива согласно настоящему изобретению представляет собой способ изготовления вариообъектива, который включает в себя, по порядку от предмета, первую линзовую группу, имеющую положительную преломляющую силу; вторую линзовую группу, имеющую отрицательную преломляющую силу; третью линзовую группу, имеющую положительную преломляющую силу; и четвертую линзовую группу, имеющую положительную преломляющую силу, и при этом удовлетворяется следующее условное выражение:
1,90<(-f2)/fw<3,00,
где f2 обозначает фокусное расстояние второй линзовой группы и fw обозначает фокусное расстояние вариообъектива в конечном состоянии широкоугольного объектива.
В этом способе изготовления предпочтительно, чтобы удовлетворялось следующее условное выражение:
70,00<νdp1,
где νdp1 обозначает число Аббе положительной линзы, расположенной наиболее близко к плоскости изображения в первой линзовой группе.
В этом способе изготовления предпочтительно, чтобы удовлетворялось следующее условное выражение:
0,005<(-f2)/ft<0,048,
где ft обозначает фокусное расстояние вариообъектива в конечном состоянии телеобъектива.
В этом способе изготовления предпочтительно, чтобы удовлетворялось следующее условное выражение:
0,05<f1/ft<0,50,
где f1 обозначает фокусное расстояние первой линзовой группы и ft обозначает фокусное расстояние вариообъектива в конечном состоянии телеобъектива.
Полезные результаты изобретения
Согласно настоящему изобретению можно получать вариообъектив и оптическое устройство, которые являются небольшими и имеют хорошие оптические характеристики и в то же имеют большой коэффициент масштабирования, а также иметь способ изготовления вариообъектива.
Краткое описание чертежей
На чертежах:
фиг. 1 - конфигурация вариообъектива согласно примеру 1 и иллюстрация траекторий движения компонентов вариообъектива от конечного состояния (W) широкоугольного объектива до конечного состояния (Т) телеобъектива;
фиг. 2 - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 1 при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии широкоугольного объектива;
фиг. 3 - семейства графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 1, где фиг. 3А - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность в первом промежуточном состоянии фокусного расстояния, фиг. 3В - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность во втором промежуточном состоянии фокусного расстояния, и фиг. 3С - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность в третьем промежуточном состоянии фокусного расстояния;
фиг. 4 - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 1 при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии телеобъектива;
фиг. 5 - конфигурация вариообъектива согласно примеру 2 и иллюстрация траекторий движения компонентов вариообъектива от конечного состояния (W) широкоугольного объектива до конечного состояния (Т) телеобъектива;
фиг. 6 - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 2 при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии широкоугольного объектива;
фиг. 7 - семейства графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 2, где фиг. 7А - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность в первом промежуточном состоянии фокусного расстояния, фиг. 7В - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность во втором промежуточном состоянии фокусного расстояния, и фиг. 7С - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность в третьем промежуточном состоянии фокусного расстояния;
фиг. 8 - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 2 при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии телеобъектива;
фиг. 9 - конфигурация вариообъектива согласно примеру 3 и иллюстрация траекторий движения компонентов вариообъектива от конечного состояния (W) широкоугольного объектива до конечного состояния (Т) телеобъектива;
фиг. 10 - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 3 при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии широкоугольного объектива;
фиг. 11 - семейства графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 3, где фиг. 11А - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность в первом промежуточном состоянии фокусного расстояния, фиг. 11В - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность во втором промежуточном состоянии фокусного расстояния, и фиг. 11С - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность в третьем промежуточном состоянии фокусного расстояния;
фиг. 12 - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 3 при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии телеобъектива;
фиг. 13 - конфигурация вариообъектива согласно примеру 4 и иллюстрация траекторий движения компонентов вариообъектива от конечного состояния (W) широкоугольного объектива до конечного состояния (Т) телеобъектива;
фиг. 14 - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 4 при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии широкоугольного объектива;
фиг. 15 - семейства графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 4, где фиг. 15А - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность в первом промежуточном состоянии фокусного расстояния, фиг. 15В - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность во втором промежуточном состоянии фокусного расстояния, и фиг. 15С - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива при фокусировке на бесконечность в третьем промежуточном состоянии фокусного расстояния;
фиг. 16 - семейство графиков, показывающих различные аберрации вариообъектива согласно примеру 4 при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии телеобъектива;
фиг. 17 - виды цифровой фотокамеры (оптического устройства), включающей в себя вариообъектив согласно этому варианту осуществления, где 17А - вид спереди и 17А - вид сзади;
фиг. 18 - поперечное сечение по линии А-А' на фиг. 17А; и
фиг. 19 - блок-схема последовательности действий, иллюстрирующая способ изготовления вариообъектива согласно этому варианту осуществления.
Описание вариантов осуществления
Теперь с обращением к чертежам будет описан вариант осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, вариообъектив ZL согласно этому варианту осуществления включает в себя, по порядку от предмета, первую линзовую группу G1, имеющую положительную преломляющую силу, вторую линзовую группу G2, имеющую отрицательную преломляющую силу, третью линзовую группу G3, имеющую положительную преломляющую силу, и четвертую линзовую группу G4, имеющую положительную преломляющую силу. Вариообъектив ZL согласно этому варианту осуществления удовлетворяет следующему условному выражению (1):
1,90<(-f2)/fw<3,00, (1)
где f2 обозначает фокусное расстояние второй линзовой группы G2 и fw обозначает фокусное расстояние вариообъектива ZL в конечном состоянии широкоугольного объектива.
Условным выражением (1) точно определяется отношение фокусного расстояния второй линзовой группы G2 к фокусному расстоянию вариообъектива ZL в конечном состоянии широкоугольного объектива. Если верхнее предельное значение условного выражения (1) превышается, функция масштабирования изображения, выполняемая второй линзовой группой G2, нарушается, и функция масштабирования изображения должна выполняться первой линзовой группой G1 и третьей линзовой группой G3. Это делает трудной коррекцию сферической аберрации во время масштабирования изображения, что нежелательно. С другой стороны, если нижнее предельное значение условного выражения (1) не достигается, становится трудно корректировать аберрации, возникающие во второй линзовой группе G2, и в результате коррекция астигматизма во время масштабирования изображения становится трудной, что нежелательно.
Для достоверного проявления положительного эффекта этого варианта осуществления предпочтительно, чтобы нижнее предельное значение условного выражения (1) было равно 1,92. Еще лучше, если нижнее граничное значение условного выражения (1) равно 1,94. Для достоверного проявления положительного эффекта этого варианта осуществления предпочтительно, чтобы верхнее предельное значение условного выражения (1) было равно 2,75. Еще лучше, если верхнее предельное значение условного выражения (1) равно 2,50.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы удовлетворялось следующее условное выражение (2):
70,00<νdp1, (2)
где νdp1 обозначает число Аббе положительной линзы, расположенной наиболее близко к плоскости изображения в первой линзовой группе G1.
Условным выражением (2) точно определяется число Аббе положительной линзы, расположенной наиболее близко к плоскости изображения в первой линзовой группе G1. Если нижнее предельное значение условного выражения (2) не достигается, становится трудно удовлетворительно корректировать поперечную хроматическую аберрацию, которая возникает в первой линзовой группе G1, и в результате становится трудно удовлетворительно корректировать поперечную хроматическую аберрацию вариообъектива в конечном состоянии телеобъектива, что нежелательно.
Для достоверного проявления положительного эффекта этого варианта осуществления предпочтительно, чтобы нижнее предельное значение условного выражения (2) было равно 75,00.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы удовлетворялось следующее условное выражение (3):
0,005<(-f2)/ft<0,048, (3)
где ft обозначает фокусное расстояние вариообъектива ZL в конечном состоянии телеобъектива.
Условным выражением (3) точно определяется отношение фокусного расстояния второй линзовой группы G2 к фокусному расстоянию вариообъектива ZL в конечном состоянии телеобъектива. Если верхнее предельное значение условного выражения (3) превышается, функция масштабирования, выполняемая второй линзовой группой G2, нарушается, и функция масштабирования изображения должна выполняться первой линзовой группой G1 и третьей линзовой группой G3. Это делает трудной коррекцию сферической аберрации во время масштабирования изображения, что нежелательно. С другой стороны, если нижнее предельное значение условного выражения (3) не достигается, становится трудно корректировать аберрации, возникающие во второй линзовой группе G2, и в результате коррекция астигматизма во время масштабирования изображения становится трудной, что нежелательно.
Для достоверного проявления положительного эффекта этого варианта осуществления предпочтительно, чтобы нижнее предельное значение условного выражения (3) было равно 0,020. Для достоверного проявления положительного эффекта этого варианта осуществления предпочтительно, чтобы верхнее предельное значение условного выражения (3) было равно 0,047.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы удовлетворялось следующее условное выражение (4):
0,05<f1/ft<0,50, (4)
где f1 обозначает фокусное расстояние первой линзовой группы G1 и ft обозначает фокусное расстояние вариообъектива в конечном состоянии телеобъектива.
Условным выражением (4) точно определяется отношение фокусного расстояния первой линзовой группы G1 к фокусному расстоянию вариообъектива ZL в конечном состоянии телеобъектива. Если верхнее предельное значение условного выражения (4) превышается, внешний диаметр первой линзовой группы G1 становится большим и размер всей камеры становится большим, что нежелательно. Кроме того, становится трудно удовлетворительно корректировать сферическую аберрацию во время масштабирования изображения, что нежелательно. С другой стороны, если нижнее предельное значение условного выражения (4) не достигается, становится трудно удовлетворительно корректировать поперечную хроматическую аберрацию вариообъектива в конечном состоянии телеобъектива, что нежелательно.
Для достоверного проявления положительного эффекта этого варианта осуществления предпочтительно, чтобы нижнее предельное значение условного выражения (4) было равно 0,10. Для достоверного проявления положительного эффекта этого варианта осуществления предпочтительно, чтобы верхнее предельное значение условного выражения (4) было равным 0,45.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы первая линзовая группа G1 включала в себя, по порядку от предмета, склеенную линзу из отрицательной линзы и положительной линзы, первую положительную линзу и вторую положительную линзу. При такой конфигурации поперечная хроматическая аберрация и сферическая аберрация, которые возникают в первой линзовой группе G1, могут быть удовлетворительно скорректированы, и в результате поперечная хроматическая аберрация и сферическая аберрация, которые возникают в вариообъективе в конечном состоянии телеобъектива, могут быть удовлетворительно скорректированы.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы первая линзовая группа G1, вторая линзовая группа G2, третья линзовая группа G3 и четвертая линзовая группа G4 при масштабировании изображения перемещались, соответственно, вдоль оптической оси. Тем самым может быть удовлетворительно скорректирована флуктуация положения плоскости изображения, обусловленная масштабированием изображения.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления вторая линзовая группа G2 при масштабировании изображения перемещается к плоскости изображения вдоль оптической оси и затем перемещается к предмету. Тем самым может быть удовлетворительно скорректирована флуктуация положения плоскости изображения, обусловленная масштабированием изображения.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления четвертая линзовая группа G4 при масштабировании изображения перемещается к предмету вдоль оптической оси и затем перемещается к плоскости изображения. Тем самым может быть удовлетворительно скорректирована флуктуация положения плоскости изображения, обусловленная масштабированием изображения.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы апертурная диафрагма S для задания яркости была расположена между второй линзовой группой G2 и четвертой линзовой группой G4, а при масштабировании изображения апертурная диафрагма S перемещалась вместе с третьей линзовой группой G3. При такой конфигурации флуктуация диаметра пучка, проходящего через третью линзовую группу G3, может быть подавлена, а флуктуация сферической аберрации, обусловленная масштабированием изображения, может быть удовлетворительно скорректирована.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы апертурная диафрагма S была расположена между второй линзовой группой G2 и третьей линзовой группой G3. При такой конфигурации флуктуация диаметра пучка, который проходит через третью линзовую группу G3, может быть подавлена, а флуктуация сферической аберрации, обусловленная масштабированием изображения, может быть удовлетворительно скорректирована.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы третья линзовая группа G3 включала в себя, по порядку от предмета, первую положительную линзу, склеенную линзу, вторую положительную линзу и отрицательную линзу. При такой конфигурации аберрация, возникающая в третьей линзовой группе G3, может быть удовлетворительно скорректирована, и в результате флуктуация сферической аберрации и комы, обусловленная масштабированием изображения, может быть удовлетворительно скорректирована.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы склеенная линза третьей линзовой группы G3 представляла собой склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы. При такой конфигурации аберрации, возникающие в третьей линзовой группе G3, могут быть удовлетворительно скорректированы, и в результате флуктуация сферической аберрации и комы, обусловленная масштабированием изображения, в частности, может быть удовлетворительно скорректирована. Еще лучше, если склеенная линза третьей линзовой группы G3 представляет собой склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы, по порядку от предмета.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы склеенная линза третьей линзовой группы G3 имела отрицательную преломляющую силу. При такой конфигурации аберрации, возникающие в третьей линзовой группе G3, могут быть удовлетворительно скорректированы, и в результате флуктуация сферической аберрации и комы, обусловленная масштабированием изображения, в частности, может быть удовлетворительно скорректирована.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы вторая линзовая группа G2 включала в себя, по порядку от предмета, первую отрицательную линзу, вторую отрицательную линзу и склеенную линзу. При такой конфигурации аберрации, возникающие во второй линзовой группе G2, могут быть удовлетворительно скорректированы, и в результате астигматизм вариообъектива в конечном состоянии широкоугольного объектива, в частности, может быть удовлетворительно скорректирован.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы склеенная линза второй линзовой группы G2 представляла собой склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы. При такой конфигурации аберрации, возникающие во второй линзовой группе G2, могут быть удовлетворительно скорректированы, и в результате астигматизм, возникающий в вариообъективе в конечном состоянии широкоугольного объектива, в частности, может быть удовлетворительно скорректирован. Еще лучше, если склеенная линза второй линзовой группы G2 представляет собой склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы, по порядку от предмета.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы склеенная линза второй линзовой группы G2 имела положительную преломляющую способность. При такой конфигурации аберрации, возникающие во второй линзовой группе G2, могут быть удовлетворительно скорректированы, и в результате астигматизм, возникающий в вариообъективе в конечном состоянии широкоугольного объектива, в частности, может быть удовлетворительно скорректирован.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы четвертая линзовая группа G4 включала в себя склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы. При такой конфигурации поперечная хроматическая аберрация, возникающая в четвертой линзовой группе G4, может быть удовлетворительно скорректирована, и в результате поперечная хроматическая аберрация, возникающая при масштабировании изображения, в частности, может быть удовлетворительно скорректирована. Еще лучше, если четвертая линзовая группа G4 включает в себя склеенную линзу из положительной линзы и отрицательной линзы, по порядку от предмета.
В вариообъективе ZL согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы третья линзовая группа включала в себя по меньшей мере одну асферическую линзу. При расположении асферической линзы в третьей линзовой группе G3 флуктуация сферической аберрации, обусловленная масштабированием изображения, может быть удовлетворительно скорректирована.
На фиг. 17 и фиг. 18 показана конфигурация цифровой фотокамеры САМ (оптического устройства) как оптического устройства, включающего в себя этот вариообъектив ZL. Когда на цифровой фотокамере САМ нажимают кнопку питания (не показанную), затвор (не показанный) захватывающего изображение объектива (вариообъектива ZL) открывается, а свет от предмета собирается вариообъективом ZL и формирует изображение на элементе С изображения (например, на основе приборов с зарядовой связью, комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник), расположенном в плоскости I изображения. Изображение предмета, формируемое на элементе С изображения, отображается на жидкокристаллическом мониторе М, расположенном на задней поверхности цифровой фотокамеры САМ. Пользователь камеры определяет композицию, рассматривая изображение на жидкокристаллическом мониторе М, затем нажимает кнопку В1 спуска для выполнения фотосъемки изображения предмета при использовании элемента С изображения и записывает или сохраняет изображение в запоминающем устройстве (не показанном).
В камере САМ расположены вспомогательный светоизлучающий блок D, который излучает вспомогательный свет, когда предмет находится в темноте, кнопка В2 «широкоугольный объектив (W)-телеобъектив (Т)», которую используют для масштабирования изображения, захватываемого вариообъективом ZL, от конечного состояния (W) широкоугольного объектива до конечного состояния (Т) телеобъектива, функциональная клавиша В3, которую используют для задания различных состояний цифровой фотокамеры САМ или чего-либо подобного. На фиг. 17 и фиг. 18 в качестве примера показана компактная цифровая камера, при этом объектив и корпус камеры представляют собой одно целое, но настоящее изобретение можно применять в цифровой однообъективной зеркальной фотокамере, в которой объектив и корпус выполнены разъемными.
Теперь с обращением к фиг. 19 будет описан способ изготовления вариообъектива. Сначала первую линзовую группу G1, вторую линзовую группу G2, третью линзовую группу G3 и четвертую линзовую группу G4 устанавливают (этап ST10) в оправу вариообъектива. На этом этапе сборки каждую линзу располагают таким образом, чтобы первая линзовая группа G1 имела положительную преломляющую силу (способность), вторая линзовая группа G2 имела отрицательную преломляющую силу (способность), третья линзовая группа G3 имела положительную преломляющую силу (способность) и четвертая линзовая группа G4 имела положительную преломляющую силу (способность). Затем каждую линзу устанавливают (этап ST20) таким образом, чтобы фокусное расстояние f2 второй линзовой группы G2 и фокусное расстояние fw вариообъектива ZL в конечном состоянии широкоугольного объектива удовлетворяло упомянутому выше условному выражению (1).
В соответствии со способом изготовления вариообъектива согласно этому варианту осуществления можно реализовывать вариообъектив, который пригоден для видеокамеры, электронной фотокамеры или чего-либо подобного с использованием твердотельного элемента изображения и который имеет более высокий коэффициент масштабирования по сравнению с вариообъективом из предшествующего уровня техники, а также имеет небольшой размер и обеспечивает высокое качество изображения. Предпочтительно, чтобы удовлетворялось каждое из упомянутых выше условий (от условного выражения (2) до условного выражения (4)).
Примеры
Теперь каждый пример этого варианта осуществления будет описан с обращением к чертежам. В таблицах с 1 по 4, показанных ниже, приведены данные из примеров 1 по 4.
В каждой таблице в разделе «Данные линз» номер поверхности представляет собой порядковый номер поверхности линзы, отсчитываемый от стороны предмета в направлении распространения света, R обозначает радиус кривизны каждой поверхности линзы, D обозначает расстояние от каждой оптической поверхности до следующей оптической поверхности (или плоскости изображения) по оптической оси, nd обозначает показатель преломления при d-линии (длине волны 587,56 нм) и νd обозначает число Аббе относительно d-линии (длины волны 587,56 нм). «∞» в радиусе кривизны указывает на плоскость или апертуру. Показатель преломления воздуха, составляющий 1,000000, опущен.
-n
-5
В каждой таблице в разделе «Асферические данные» форма асферической поверхности, показанной в разделе «Данные линз», определена нижеследующим выражением (а). В данном случае X(y) обозначает расстояние по направлению оптической оси от касательной плоскости при вершине асферической поверхности до места на асферической поверхности на высоте y, r обозначает радиус кривизны (параксиальный радиус кривизны) эталонной сферической поверхности, κ обозначает конический коэффициент, Ai обозначает асферический коэффициент i-го порядка. E-n обозначает ×10 (n: целое число). Например, 1,234Е-05=1,234×10.
2
2
2
1/2
4
6
8
10
X(y)=y/[r×{1+(1-κ×y/r)}]+A4×y+A6×y+A8×y+A10×y(a)
В каждой таблице в разделе «Общие данные» f обозначает фокусное расстояние, FNo обозначает F-число, ω обозначает половину угла зрения, Y обозначает высоту изображения, TL обозначает полную длину объектива, Bf обозначает расстояние от поверхности оптического элемента на стороне плоскости изображения, расположенной наиболее близко к плоскости изображения, до плоскости параксиального изображения, Bf (пересчитанное к воздуху) обозначает расстояние от последней поверхности линзы до плоскости параксиального изображения, пересчитанное к воздуху.
В каждой таблице в разделе «Данные масштабирования изображения» Di (i является целым числом) обозначает переменное расстояние между i-той поверхностью и (i+1)-ой поверхностью в каждом состоянии из конечного состояния широкоугольного объектива, промежуточного состояния фокусного расстояния (промежуточного положения 1, промежуточного положения 3, промежуточного положения 3) и конечного состояния телеобъектива.
В каждой таблице в разделе «Данные линзовых групп вариообъектива» G обозначает номер группы, «Первая поверхность группы» отражает номер поверхности, ближайшей к предмету в каждой группе, «Фокусное расстояние группы» отражает фокусное расстояние каждой линзовой группы и «Длина конфигурации линз» отражает расстояние по оптической оси от поверхности линзы, ближайшей к предмету, до поверхности линзы, ближайшей к изображению, в каждой группе.
В каждой таблице в разделе «Условное выражение» показано значение, соответствующее каждому условному выражению с (1) по (4).
Для всех значений данных, приводимых ниже, «миллиметр» обычно используется в качестве единицы фокусного расстояния f, радиуса R кривизны, межповерхностного расстояния D и других расстояний, но единица не ограничена «миллиметром» и другая подходящая единица может использоваться, поскольку эквивалентные оптические характеристики получаются, даже если оптическую систему пропорционально увеличивают или пропорционально сокращают.
Это описание таблицы является таким же для всех примеров и поэтому далее опускается.
(Пример 1)
Пример 1 будет описан с обращением к фигурам с 1 по 4 и таблице 1. На фиг. 1 показаны конфигурация вариообъектива ZL (ZL1) согласно примеру 1 и траектории движения компонентов вариообъектива от конечного состояния (W) широкоугольного объектива до конечного состояния (Т) телеобъектива. Как показано на фиг. 1, вариообъектив ZL1 согласно примеру 1 включает в себя, по порядку от предмета, первую линзовую группу G1, имеющую положительную преломляющую силу, вторую линзовую группу G2, имеющую отрицательную преломляющую силу, апертурную диафрагму S, используемую для регулирования количества света, третью линзовую группу G3, имеющую положительную преломляющую силу, и четвертую линзовую группу G4, имеющую положительную преломляющую силу.
Первая линзовая группа G1 включает в себя, по порядку от предмета, склеенную линзу из отрицательной линзы L11 менисковой формы, имеющей выпуклую поверхность, обращенную к предмету, и положительной линзы L12 двояковыпуклой формы, первую положительную линзу L13 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету, и вторую положительную линзу L14 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету.
Вторая линзовая группа G2 включает в себя, по порядку от предмета, первую отрицательную линзу L21 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету, вторую отрицательную линзу L22 двояковогнутой формы и склеенную положительную линзу из положительной линзы L23 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L24 двояковогнутой формы.
Третья линзовая группа G3 включает в себя, по порядку от предмета, первую положительную линзу L31 двояковыпуклой формы, отрицательную склеенную линзу из положительной линзы L32 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L33 двояковогнутой формы, вторую положительную линзу L34 двояковыпуклой формы и отрицательную линзу L35 менисковой формы, имеющей выпуклую поверхность, обращенную к предмету.
Четвертая линзовая группа G4 включает в себя, по порядку от предмета, склеенную линзу из положительной линзы L41 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L42 менисковой формы, имеющей выпуклую поверхность, обращенную к плоскости I изображения.
Апертурная диафрагма S для задания яркости расположена вблизи стороны предмета третьей линзовой группы G3 и при масштабировании изображения перемещается вместе с третьей линзовой группой G3 от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива. Между четвертой линзовой группой G4 и плоскостью I изображения расположен стеклянный блок GV, такой как фильтр нижних частот или инфракрасный режекторный фильтр, для отсечки пространственной частоты, превышающей критическое разрешение твердотельного элемента С изображения (например, на основе приборов с зарядовой связью, комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник), расположенного в плоскости I изображения.
В вариообъективе ZL1, имеющем такую конфигурацию, все четыре линзовые группы с G1 по G4 при масштабировании изображения перемещаются от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива. При масштабировании изображения первая линзовая группа G1 сначала перемещается к плоскости I изображения и затем перемещается к предмету. При масштабировании изображения вторая линзовая группа G2 сначала перемещается к плоскости I изображения и затем перемещается к предмету. При масштабировании изображения третья линзовая группа G3 перемещается к предмету. При масштабировании изображения четвертая линзовая группа G4 сначала перемещается к предмету и затем перемещается к плоскости I изображения. Апертурная диафрагма S, используемая для регулирования количества света, при масштабировании изображения перемещается вместе с третьей линзовой группой G3.
В таблице 1 показаны значения всех данных из примера 1. В таблице 1 радиусы R кривизны поверхностей с 1 по 31 соответствуют позициям с R1 по R31, привязанным к поверхностям с 1 по 31 на фиг. 1. В примере 1 поверхности 16, 17, 21 и 22 являются асферическими.
Таблица 1Данные линз
Номер поверхности
R
D
nd
νd
Предметная поверхность
∞
1
203,3006
1,8000
1,910822
35,25
2
65,1862
4,8000
1,497820
82,57
3
-820,7729
0,2000
4
78,2775
3,1000
1,593190
67,90
5
542,4719
0,1000
6
46,5099
3,4000
1,497820
82,57
7
181,9339
D 7
8
133,0132
1,1000
1,883000
40,66
9
7,6782
4,5500
10
-29,9377
0,9000
1,772500
49,62
11
29,2422
0,2000
12
15,4896
4,4000
1,805180
25,45
13
-14,1793
1,0000
1,883000
40,66
14
142,5969
D14
15(апертурная диафрагма)
∞
0,7500
*16 (асферическая)
9,8656
2,4000
1,592014
67,02
*17 (асферическая)
-99,2236
0,2000
18
8,1763
2,4000
1,497820
82,57
19
-338,7212
0,9000
1,834000
37,18
20
6,5839
1,7600
21
14,4704
1,7000
1,693500
53,20
*22 (асферическая)
-101,4600
1,7137
23
58,9827
0,8000
1,834810
42,73
24
21,3624
D24
25
15,2939
2,0000
1,487490
70,32
26
-41,9992
0,8000
1,801000
34,92
27
-1222,1037
D27
28
∞
0,2100
1,516800
63,88
29
∞
0,3900
30
∞
0,5000
1,516800
63,88
31
∞
Bf
Плоскость изображения
∞
[Асферические данные]
Поверхность 16
κ=1,3074; А4=-1,17642Е-04; А6=-1,10244Е-06; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 17
κ=1,0000; А4=-2,52399Е-05; А6=8,16603Е-07; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 21
κ=-2,7030; А4=8,76599Е-05; А6=1,38455Е-05; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 22
κ=10,0000; А4=3,16349Е-05; А6=1,36321Е-05; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
[Общие данные]
Коэффициент масштабирования: 43,531.
Конец широкоугольного объектива
Промежуточное положение 1
Промежуточное положение 2
Промежуточное положение 3
Конец телеобъектива
f
4,05000
10,80000
27,00150
68,80000
176,29999
Fno
2,92177
3,69237
4,52356
5,02635
6,13185
ω
44,95413
20,71051
8,51524
3,37359
1,29406
Y
7,00000
7,80000
7,80000
7,80000
7,80000
TL
89,12425
90,99504
108,43635
123,92045
135,26689
Bf
0,53000
0,53000
0,53000
0,53000
0,53000
Bf (пересчитанное к воздуху)
5,24508
12,23380
20,35722
24,85721
4,38972
[Данные масштабирования изображения]
Переменное расстояние
Конец широкоугольного объектива
Промежуточное положение 1
Промежуточное положение 2
Промежуточное положение 3
Конец телеобъектива
D7
0,89999
15,66279
33,38828
48,83598
57,34782
D14
35,85520
15,78868
7,97902
3,51541
1,85000
D24
5,90788
6,09366
5,49573
5,49573
30,46324
D27
3,85699
10,84570
18,96913
23,46913
3,00164
[Данные линзовых групп вариообъектива]
Номер группы
Первая поверхность группы
Фокусное расстояние группы
Длина конфигурации линз
G1
1
75,37541
13,4
G2
8
-7,90835
12,5
G3
16
16,60536
11,87
G4
25
39,44727
2,8
[Условные выражения]
Условное выражение (1): (-f2)/fw=1.953.
Условное выражение (2): νdp1=82,57.
Условное выражение (3): (-f2)/ft=0,045.
Условное выражение (4): f1/ft=0,428.
В соответствии с показанными в таблице 1 данными вариообъектив ZL1 согласно примеру 1 удовлетворяет всем условным выражениям с (1) по (4).
На фигурах с 2 по 4 представлены графики, показывающие различные аберрации вариообъектива ZL1 согласно примеру 1. В данном случае на фиг. 2 представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии широкоугольного объектива. На фиг. 3А представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в первом промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 1), на фиг. 3В представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность во втором промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 2), и на фиг. 3С представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в третьем промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 3). На фиг. 4 представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии телеобъектива.
На каждом графике, показывающем аберрации, FNO обозначает F-число и Y обозначает высоту изображения. На графике, показывающем сферическую аберрацию, сплошной линией показана сферическая аберрация. На графике, показывающем астигматизм, сплошной линией показана сагиттальная поверхность изображения, а пунктирной линией показана меридиональная поверхность изображения. На графике, показывающем кому, сплошной линией показана меридиональная кома. Описание графиков, показывающих аберрации, является таким же для других примеров, в которых это описание опускается.
Из каждого графика, показывающего аберрации, ясно, что в примере 1 различные аберрации удовлетворительно корректируются в каждом состоянии фокусного расстояния, от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива, что подтверждает хорошие характеристики формирования изображения.
(Пример 2)
Пример 2 будет описан с обращением к фигурам с 5 по 8 и таблице 2. На фиг. 5 показаны конфигурация вариообъектива ZL (ZL2) согласно примеру 2 и траектории движения компонентов вариообъектива от конечного состояния (W) широкоугольного объектива до конечного состояния (Т) телеобъектива. Как показано на фиг. 5, вариообъектив ZL2 согласно примеру 2 включает в себя, по порядку от предмета, первую линзовую группу G1, имеющую положительную преломляющую силу, вторую линзовую группу G2, имеющую отрицательную преломляющую силу, апертурную диафрагму S, используемую для регулирования количества света, третью линзовую группу G3, имеющую положительную преломляющую силу, и четвертую линзовую группу G4, имеющую положительную преломляющую силу.
Первая линзовая группа G1 включает в себя, по порядку от предмета, склеенную линзу из отрицательной линзы L11 менисковой формы, имеющей выпуклую поверхность, обращенную к предмету, и положительной линзы L12 двояковыпуклой формы, первую положительную линзу L13 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету, и вторую положительную линзу L14 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету.
Вторая линзовая группа G2 включает в себя, по порядку от предмета, первую отрицательную линзу L21 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету, вторую отрицательную линзу L22 двояковогнутой формы и склеенную положительную линзу из положительной линзы L23 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L24 двояковогнутой формы.
Третья линзовая группа G3 включает в себя, по порядку от предмета, первую положительную линзу L31 двояковыпуклой формы, отрицательную склеенную линзу из положительной линзы L32 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L33 двояковогнутой формы, вторую положительную линзу L34 двояковыпуклой формы и отрицательную линзу L35 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету.
Четвертая линзовая группа G4 включает в себя склеенную линзу из положительной линзы L41 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L42 менисковой формы, имеющей выпуклую поверхность, обращенную к плоскости I изображения.
Апертурная диафрагма S для задания яркости расположена вблизи стороны предмета третьей линзовой группы G3 и при масштабировании изображения перемещается вместе с третьей линзовой группой G3 от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива. Между четвертой линзовой группой G4 и плоскостью I изображения расположен стеклянный блок GV, такой как фильтр нижних частот или инфракрасный режекторный фильтр, для отсечки пространственной частоты, превышающей критическое разрешение твердотельного элемента С изображения (например, на основе приборов с зарядовой связью, комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник), расположенного в плоскости I изображения.
В вариообъективе ZL2, имеющем эту конфигурацию, при масштабировании изображения все четыре линзовые группы с G1 по G4 перемещаются от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива. При масштабирования изображения первая линзовая группа G1 сначала перемещается к плоскости I изображения и затем перемещается к предмету. При масштабировании изображения вторая линзовая группа G2 сначала перемещается к плоскости I изображения и затем перемещается к предмету. При масштабировании изображения третья линзовая группа G3 перемещается к предмету. При масштабировании изображения четвертая линзовая группа G4 сначала перемещается к предмету и затем перемещается к плоскости I изображения. Апертурная диафрагма S, используемая для регулирования количества света, при масштабировании изображения перемещается вместе с третьей линзовой группой G3.
В таблице 2 показаны значения всех данных из примера 2. В таблице 2 радиусы R кривизны поверхностей с 1 по 31 соответствуют позициям с R1 по R31, привязанным к поверхностям с 1 по 31 на фиг. 5. В примере 2 поверхности 16, 17, 21 и 22 являются асферическими.
Таблица 2Данные линз
Номер поверхности
R
D
nd
νd
Предметная поверхность
∞
1
205,7425
1,8000
1,910822
35,25
2
65,3792
4,8000
1,497820
82,57
3
-797,7301
0,2000
4
77,7550
3,1000
1,593190
67,90
5
550,0717
0,1000
6
46,5993
3,4000
1,497820
82,57
7
179,8303
D 7
8
132,3080
1,1000
1,883000
40,66
9
7,6749
4,5500
10
-30,0399
0,9000
1,772500
49,62
11
29,2159
0,2000
12
15,4674
4,4000
1,805180
25,45
13
-14,1735
1,0000
1,883000
40,66
14
140,2237
D14
15(апертурная диафрагма)
∞
0,7500
*16 (асферическая)
10,2765
2,5000
1,592014
67,02
*17 (асферическая)
-80,6168
0,2000
18
7,9413
2,4000
1,497820
82,57
19
-1870,5157
0,9000
1,834000
37,18
20
6,4894
1,6983
21
14,7287
1,9000
1,693500
53,20
*22 (асферическая)
-89,4070
1,6715
23
71,3882
0,8000
1,834810
42,73
24
22,8314
D24
25
15,2687
2,0000
1,487490
70,32
26
-42,6302
0,8000
1,801000
34,92
27
-1642,7065
D27
28
∞
0,2100
1,516800
63,88
29
∞
0,3900
30
∞
0,5000
1,516800
63,88
31
∞
Bf
Плоскость изображения
∞
[Асферические данные]
Поверхность 16
κ=1,4963; А4=-1,34187Е-04; А6=-1,18081Е-06; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 17
κ=1,0000; А4=-2,25423Е-05; А6=1,01738Е-06; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 21
κ=-2,1813; А4=1,15584Е-04; А6=1,58804Е-05; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 22
κ=10,0000; А4=6,10576Е-05; А6=1,47636Е-05; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
[Общие данные]
Коэффициент масштабирования: 43,531
Конец широкоугольного объектива
Промежуточное положение 1
Промежуточное положение 2
Промежуточное положение 3
Конец телеобъектива
f
4,05000
10,80000
27,00150
68,80000
176,29999
Fno
2,92149
3,69180
4,52268
5,02531
6,13087
ω
44,95413
20,71051
8,51524
3,37359
1,29406
Y
7,00000
7,80000
7,80000
7,80000
7,80000
TL
89,27690
91,14769
108,58900
124,07310
135,41954
Bf
0,53000
0,53000
0,53000
0,53000
0,53000
Bf (пересчитанное к воздуху)
5,23950
12,22823
20,35165
24,85164
4,38415
[Данные масштабирования изображения]
Переменное расстояние
Конец широкоугольного объектива
Промежуточное положение 1
Промежуточное положение 2
Промежуточное положение 3
Конец телеобъектива
D7
0,89999
15,66279
33,38827
48,83598
57,34782
D14
35,85520
15,78868
7,97902
3,51540
1,85000
D24
5,87044
6,05623
5,45830
5,45830
30,42580
D27
3,85141
10,84013
18,96356
23,46356
2,99607
[Данные линзовых групп вариообъектива]
Номер группы
Первая поверхность группы
Фокусное расстояние группы
Длина конфигурации линз
G1
1
75,37541
13,4
G2
8
-7,90835
12,15
G3
16
16,60536
12,07
G4
25
39,44727
2,8
[Условные выражения]
Условное выражение (1): (-f2)/fw=1,953.
Условное выражение (2): νdp1=82,57.
Условное выражение (3): (-f2)/ft=0,045.
Условное выражение (4): f1/ft=0,428.
В соответствии с показанными в таблице 2 данными вариообъектив ZL2 согласно примеру 2 удовлетворяет всем условным выражениям с (1) по (4).
На фигурах с 6 по 8 представлены графики, показывающие различные аберрации вариообъектива ZL2 согласно примеру 2. В данном случае на фиг. 6 представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии широкоугольного объектива. На фиг. 7 представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в первом промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 1), на фиг. 7В представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность во втором промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 2), и на фиг. 7С представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в третьем промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 3). На фиг. 8 представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии телеобъектива.
Из каждого графика, показывающего аберрации, ясно, что в примере 2 различные аберрации удовлетворительно корректируются в каждом состоянии фокусного расстояния, от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива, что подтверждает хорошие характеристики формирования изображения.
(Пример 3)
Пример 3 будет описан с обращением к фигурам с 9 по 12 и таблице 3. На фиг. 9 показаны конфигурация вариообъектива ZL (ZL3) согласно примеру 3 и траектории движения компонентов вариообъектива от конечного состояния (W) широкоугольного объектива до конечного состояния (Т) телеобъектива. Как показано на фиг. 9, вариообъектив ZL3 согласно примеру 3 включает в себя, по порядку от предмета, первую линзовую группу G1, имеющую положительную преломляющую силу, вторую линзовую группу G2, имеющую отрицательную преломляющую силу, апертурную диафрагму S, используемую для регулирования количества света, третью линзовую группу G3, имеющую положительную преломляющую силу, и четвертую линзовую группу G4, имеющую положительную преломляющую силу.
Первая линзовая группа G1 включает в себя, по порядку от предмета, склеенную линзу из отрицательной линзы L11 менисковой формы, имеющей выпуклую поверхность, обращенную к предмету, и положительной линзы L12 двояковыпуклой формы, первую положительную линзу L13 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету, и вторую положительную линзу L14 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету.
Вторая линзовая группа G2 включает в себя, по порядку от предмета, первую отрицательную линзу L21 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету, вторую отрицательную линзу L22 двояковогнутой формы и склеенную положительную линзу из положительной линзы L23 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L24 двояковогнутой формы.
Третья линзовая группа G3 включает в себя, по порядку от предмета, первую положительную линзу L31 двояковыпуклой формы, отрицательную склеенную линзу из положительной линзы L32 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L33 двояковогнутой формы, вторую положительную линзу L34 двояковыпуклой формы и отрицательную линзу L35 двояковогнутой формы.
Четвертая линзовая группа G4 включает в себя склеенную линзу из положительной линзы L41 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L42 менисковой формы, имеющей выпуклую поверхность, обращенную к плоскости I изображения.
Апертурная диафрагма S для задания яркости расположена вблизи стороны предмета третьей линзовой группы G3 и при масштабировании изображения перемещается вместе с третьей линзовой группой G3 от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива. Между четвертой линзовой группой G4 и плоскостью I изображения расположен стеклянный блок GV, такой как фильтр нижних частот или инфракрасный режекторный фильтр, для отсечки пространственной частоты, превышающей критическое разрешение твердотельного элемента С изображения (например, на основе приборов с зарядовой связью, комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник), расположенного в плоскости I изображения.
В вариообъективе ZL3, имеющем эту конфигурацию, при масштабировании изображения все четыре линзовые группы с G1 по G4 перемещаются от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива. При масштабировании изображения первая линзовая группа G1 сначала перемещается к плоскости I изображения и затем перемещается к предмету. При масштабировании изображения вторая линзовая группа G2 сначала перемещается к плоскости I изображения и затем перемещается к предмету. При масштабировании изображения третья линзовая группа G3 перемещается к предмету. При масштабировании изображения четвертая линзовая группа G4 сначала перемещается к предмету и затем перемещается к плоскости I изображения. Апертурная диафрагма S, используемая для регулирования количества света, при масштабировании изображения перемещается вместе с третьей линзовой группой G3.
В таблице 3 показаны значения всех данных из примера 3. В таблице 3 радиусы R кривизны поверхностей с 1 по 31 соответствуют позициям с R1 по R31, привязанным к поверхностям с 1 по 31 на фиг. 9. В примере 3 поверхности 16, 17, 21 и 22 являются асферическими.
Таблица 3Данные линз
Номер поверхности
R
D
nd
νd
Предметная поверхность
∞
1
227,6993
1,8000
1,910822
35,25
2
67,7805
5,5000
1,497820
82,57
3
-462,0134
0,2000
4
79,2518
3,1000
1,593190
67,90
5
469,5092
0,1000
6
45,4477
3,4000
1,497820
82,57
7
163,8389
D 7
8
127,1731
1,1000
1,883000
40,66
9
7,8146
4,6200
10
-26,5827
0,9000
1,772500
49,62
11
31,5337
0,2000
12
16,3913
4,4000
1,805180
25,45
13
-13,3349
1,0000
1,883000
40,66
14
255,5415
D14
15(апертурная диафрагма)
∞
0,7500
*16 (асферическая)
8,1123
2,5000
1,592014
67,02
*17 (асферическая)
-479,6573
0,2000
18
12,1924
2,4000
1,497820
82,57
19
-97,0365
0,9000
1,834000
37,18
20
6,8185
1,8000
*21 (асферическая)
11,3879
1,9000
1,693500
53,20
*22 (асферическая)
-17,3247
0,8000
23
-25,9239
0,8000
1,834810
42,73
24
29,4116
D24
25
17,1867
2,0000
1,487490
70,32
26
-39,1837
0,8000
1,801000
34,92
27
-186,1871
D27
28
∞
0,2100
1,516800
63,88
29
∞
0,3900
30
∞
0,5000
1,516800
63,88
31
∞
Bf
Плоскость изображения
∞
[Асферические данные]
Поверхность 16
κ=0,9781; А4=-1,13492Е-04; А6=-1,50547Е-06; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 17
κ=1,0000; А4=1,30617Е-06; А6=6,66535Е-07; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 21
κ=-0,7035; А4=-1,60639Е-05; А6=9,72826Е-06; А8=2,94596Е-08; А10=0,00000+00.
Поверхность 22
κ=3,9454; А4=7,38192Е-05; А6=1,10077Е-05; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
[Общие данные]
Коэффициент масштабирования: 43,531
Конец широкоугольного объектива
Промежуточное положение 1
Промежуточное положение 2
Промежуточное положение 3
Конец телеобъектива
f
4,04999
10,79998
27,00005
68,80017
176,29984
Fno
2,91874
3,71182
4,50821
5,00673
6,10493
ω
46,56059
20,77613
8,53607
3,38091
1,29844
Y
7,00000
7,80000
7,80000
7,80000
7,80000
TL
90,24797
92,63187
109,54185
125,11445
136,80022
Bf
0,52998
0,52995
0,52991
0,52988
0,52983
Bf (пересчитанное к воздуху)
6,22136
12,71472
21,37572
25,87575
4,38944
[Данные масштабирования изображения]
Переменное расстояние
Конец широкоугольного объектива
Промежуточное положение 1
Промежуточное положение 2
Промежуточное положение 3
Конец телеобъектива
D7
0,90000
15,68436
33,48573
49,02590
57,66331
D14
35,76116
15,85696
7,76920
3,30159
1,85000
D24
5,95353
6,96392
5,49930
5,49930
31,48557
D27
4,83329
11,32668
19,98772
24,48778
3,00152
[Данные линзовых групп вариообъектива]
Номер группы
Первая поверхность группы
Фокусное расстояние группы
Длина конфигурации линз
G1
1
75,59884
14,1
G2
8
-7,93329
12,22
G3
16
16,95464
12,05
G4
25
40,37616
2,8
[Условные выражения]
Условное выражение (1): (-f2)/fw=1,959.
Условное выражение (2): νdp1=82,57.
Условное выражение (3): (-f2)/ft=0,045.
Условное выражение (4): f1/ft=0,429.
В соответствии с показанными в таблице 3 данными вариообъектив ZL3 согласно примеру 3 удовлетворяет всем условным выражениям с (1) по (4).
На фигурах с 10 по 12 представлены графики, показывающие различные аберрации вариообъектива ZL3 согласно примеру 3. В данном случае на фиг. 10 представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии широкоугольного объектива. На фиг. 11А представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в первом промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 1), на фиг. 11В представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность во втором промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 2), и на фиг. 11С представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в третьем промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 3). На фиг. 12 представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии телеобъектива.
Из каждого графика, показывающего аберрации, ясно, что в примере 3 различные аберрации удовлетворительно корректируются в каждом состоянии фокусного расстояния, от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива, что подтверждает хорошие характеристики формирования изображения.
(Пример 4)
Пример 4 будет описан с обращением к фигурам с 13 по 16 и таблице 4. На фиг. 13 показаны конфигурация вариообъектива ZL (ZL4) согласно примеру 4 и траектории движения компонентов вариообъектива от конечного состояния (W) широкоугольного объектива до конечного состояния (Т) телеобъектива. Как показано на фиг. 13, вариообъектив ZL4 согласно примеру 4 включает в себя, по порядку от предмета, первую линзовую группу G1, имеющую положительную преломляющую способность, вторую линзовую группу G2, имеющую отрицательную преломляющую способность, апертурную диафрагму S, используемую для регулирования количества света, третью линзовую группу G3, имеющую положительную преломляющую способность, и четвертую линзовую группу G4, имеющую положительную преломляющую способность.
Первая линзовая группа G1 включает в себя, по порядку от предмета, склеенную линзу из отрицательной линзы L11 менисковой формы, имеющей выпуклую поверхность, обращенную к предмету, и положительной линзы L12 двояковыпуклой формы, первую положительную линзу L13 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету, и вторую положительную линзу L14 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету.
Вторая линзовая группа G2 включает в себя, по порядку от предмета, первую отрицательную линзу L21 менисковой формы, имеющую выпуклую поверхность, обращенную к предмету, вторую отрицательную линзу L22 двояковогнутой формы и склеенную положительную линзу из положительной линзы L23 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L24 двояковогнутой формы.
Третья линзовая группа G3 включает в себя, по порядку от предмета, первую положительную линзу L31 двояковыпуклой формы, отрицательную склеенную линзу из положительной линзы L32 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L33 двояковогнутой формы, вторую положительную линзу L34 двояковыпуклой формы и отрицательную линзу L35 двояковогнутой формы.
Четвертая линзовая группа G4 включает в себя склеенную линзу из положительной линзы L41 двояковыпуклой формы и отрицательной линзы L42 менисковой формы, имеющей выпуклую поверхность, обращенную к плоскости I изображения.
Апертурная диафрагма S для задания яркости расположена вблизи стороны предмета третьей линзовой группы и при масштабировании изображения перемещается вместе с третьей линзовой группой G3 от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива. Между четвертой линзовой группой G4 и плоскостью I изображения расположен стеклянный блок GV, такой как фильтр нижних частот или инфракрасный режекторный фильтр, для отсечки пространственной частоты, превышающей критическое разрешение твердотельного элемента С изображения (например, на основе приборов с зарядовой связью, комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник), расположенного в плоскости I изображения.
В вариообъективе ZL4, имеющем такую конфигурацию, все четыре линзовые группы с G1 по G4 при масштабировании изображения перемещаются от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива. При масштабировании изображения первая линзовая группа G1 сначала перемещается к плоскости I изображения и затем перемещается к предмету. При масштабировании изображения вторая линзовая группа G2 сначала перемещается к плоскости I изображения и затем перемещается к предмету. При масштабировании изображения третья линзовая группа G3 перемещается к предмету. При масштабировании изображения четвертая линзовая группа G4 сначала перемещается к предмету и затем перемещается к плоскости I изображения. Апертурная диафрагма S, используемая для регулирования количества света, при масштабировании изображения перемещается вместе с третьей линзовой группой G3.
В таблице 4 показаны значения всех данных из примера 4. В таблице 4 радиусы R кривизны поверхностей с 1 по 31 соответствует позициям с R1 по R31, привязанным к поверхностям с 1 по 31 на фиг. 13. В примере 4 поверхности 16, 17, 21 и 22 являются асферическими.
Таблица 4Данные линз
Номер поверхности
R
D
nd
νd
Предметная поверхность
∞
1
285,0493
1,8000
1,910822
35,25
2
71,6540
5,4000
1,497820
82,57
3
-297,4587
0,2000
4
71,6702
3,1000
1,593190
67,90
5
377,8910
0,1000
6
46,5321
3,4000
1,497820
82,57
7
144,6600
D 7
8
126,0732
1,1000
1,883000
40,66
9
7,7618
4,6200
10
-26,4844
0,9000
1,772500
49,62
11
30,7368
0,2000
12
16,3094
4,3000
1,805180
25,45
13
-13,4488
1,0000
1,883000
40,66
14
317,7485
D14
15(апертурная диафрагма)
∞
0,7500
*16 (асферическая)
8,3605
2,5000
1,592014
67,02
*17 (асферическая)
-184,1125
0,2000
18
12,3627
2,3000
1,497820
82,57
19
-68,7660
0,9000
1,834000
37,18
20
7,7043
1,8000
*21 (асферическая)
14,6432
1,9000
1,693500
53,20
*22 (асферическая)
-14,0058
0,8000
23
-16,2578
0,8000
1,834810
42,73
24
56,4077
D24
25
17,2087
2,0000
1,487490
70,32
26
-40,3417
0,8000
1,801000
34,92
27
-194,9438
D27
28
∞
0,2100
1,516800
63,88
29
∞
0,3900
30
∞
0,5000
1,516800
63,88
31
∞
Bf
Плоскость изображения
∞
[Асферические данные]
Поверхность 16
κ=0,3360; А4=7,95450Е-05; А6=-7,84311Е-07; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 17
κ=1,0000; А4=9,09695Е-05; А6=-2,21740Е-06; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
Поверхность 21
κ=-0,2251; А4=-7,86911Е-06; А6=3,34589Е-06; А8=-3,52335Е-08; А10=0,00000Е=00.
Поверхность 22
κ=-0,5292; А4=2,74626Е-05; А6=5,56682Е-06; А8=0,00000Е+00; А10=0,00000Е+00.
[Общие данные]
Коэффициент масштабирования: 43,531
Конец широкоугольного объектива
Промежуточное положение 1
Промежуточное положение 2
Промежуточное положение 3
Конец телеобъектива
f
4,04999
10,79998
27,00005
68,80017
176,29984
Fno
2,91874
3,71182
4,50821
5,00673
6,10493
ω
46,56023
20,77681
8,53606
3,38074
1,29845
Y
7,00000
7,80000
7,80000
7,80000
7,80000
TL
90,02593
92,40983
109,31981
124,89241
136,57819
Bf
0,52998
0,52995
0,52991
0,52988
0,52983
Bf (пересчитанное к воздуху)
6,22003
12,71338
21,37438
25,87442
4,38811
[Данные масштабирования изображения]
Переменное расстояние
Конец широкоугольного объектива
Промежуточное положение 1
Промежуточное положение 2
Промежуточное положение 3
Конец телеобъектива
D7
0,89998
15,68434
33,48570
49,02588
57,66328
D14
35,76116
15,85696
7,76920
3,30159
1,85000
D24
6,03285
7,04324
5,57862
5,57862
31,56489
D27
4,83196
11,32534
19,98638
24,48645
3,00019
[Данные линзовых групп вариообъектива]
Номер группы
Первая поверхность группы
Фокусное расстояние группы
Длина конфигурации линз
G1
1
75,59884
14,0
G2
8
-7,93329
12,22
G3
16
16,95464
11,95
G4
25
40,37616
2,8
[Условные выражения]
Условное выражение (1): (-f2)/fw=1,959.
Условное выражение (2): νdp1=82,57.
Условное выражение (3): (-f2)/ft=0,045.
Условное выражение (4): f1/ft=0,429.
В соответствии с показанными в таблице 4 данными вариообъектив ZL4 согласно примеру 4 удовлетворяет всем условным выражениям с (1) по (4).
На фигурах с 14 по 16 представлены графики, показывающие различные аберрации вариообъектива ZL4 согласно примеру 4. В данном случае на фиг. 14 представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии широкоугольного объектива. На фиг. 15А представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в первом промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 1), на фиг. 15В представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность во втором промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 2), и на фиг. 15С представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в третьем промежуточном состоянии фокусного расстояния (промежуточном положении 3). На фиг. 16 представлено семейство графиков, показывающих различные аберрации при фокусировке на бесконечность в конечном состоянии телеобъектива.
Из каждого графика, показывающего аберрации, ясно, что в примере 4 различные аберрации удовлетворительно корректируются в каждом состоянии фокусного расстояния, от конечного состояния широкоугольного объектива до конечного состояния телеобъектива, что подтверждает хорошие характеристики формирования изображения.
Как описано выше, в соответствии с каждым примером могут быть реализованы вариообъектив и оптический прибор (цифровая фотокамера), которые пригодны для видеокамеры, электронной фотокамеры или чего либо подобного с использованием твердотельного элемента изображения и которые имеют более высокий коэффициент масштабирования по сравнению с вариообъективом из предшествующего уровня техники, и имеют небольшой размер и высокое качество изображения.
Для приведенных выше вариантов осуществления нижеследующая информация может быть заимствована в пределах диапазона, в котором оптическая характеристика не ухудшается.
В каждом примере вариообъектив образован четырьмя линзовыми группами, но настоящее изобретение также можно применять к конфигурации с использованием другого числа линзовых групп, например, пяти линзовых групп или шести линзовых групп. В конфигурацию линзу или линзовую группу можно добавлять на стороне, ближайшей к предмету, или линзу или линзовую группу можно добавлять на стороне, ближайшей к изображению. Линзовой группой называется деталь, имеющая по меньшей мере одну линзу, изолированную воздушным промежутком, который изменяется при масштабировании изображения.
Одну или множество линзовых групп или неполную линзовую группу можно конструировать как фокусирующую линзовую группу, которая при перемещении в направлении оптической оси выполняет фокусировку, начиная от предмета на бесконечности и кончая предметом на небольшом расстоянии. Эту фокусирующую линзовую группу можно применять для автоматической фокусировки и она также пригодна в случае применения приводного двигателя (привода с использованием ультразвукового двигателя) при автоматической фокусировке. Особенно предпочтительно по меньшей мере часть четвертой линзовой группы конструировать как фокусирующую линзовую группу.
Кроме того, линзовую группу или неполную линзовую группу можно конструировать как изолирующую вибрацию линзовую группу, которая корректирует размытость изображения, возникающую в результате дрожания камеры при перемещении линзовой группы или неполной линзовой группы в направлении, перпендикулярном к оптической оси, или в результате поворота (осцилляции) линзовой группы или неполной линзовой группы в плоскости, включающей в себя оптическую ось. Особенно предпочтительно по меньшей мере часть третьей линзовой группы конструировать как изолирующую вибрацию линзовую группу. Еще лучше вторую положительную линзу и отрицательную линзу на стороне изображения третьей линзовой группы конструировать как изолирующую вибрацию линзовую группу.
Поверхность линзы может быть образована как сферическая поверхность, или плоскость, или асферическая поверхность. Если поверхность линзы представляет собой сферическую поверхность или плоскость, обработка линзы, сборка и юстировка являются простыми и ухудшение оптической характеристики, обусловленное погрешностями при обработке, сборке и юстировке, может быть предотвращено. Даже если плоскость изображения отклоняется, документированные характеристики сильно не изменяются. Если поверхность линзы представляет собой асферическую поверхность, то асферическая поверхность может быть любой асферической поверхностью из числа асферической поверхности, образуемой шлифованием, асферической поверхности фасонного стекла, образуемой при формовании стекла с приданием асферической формы путем использования пресс-формы, и составной асферической поверхности, образуемой путем формирования слоя смолы на поверхности стекла для получения асферической формы. Поверхность линзы может быть дифракционной поверхностью, а линза может быть линзой с распределенным показателем преломления (линзой с градиентным показателем преломления) или пластмассовой линзой.
Предпочтительно, чтобы апертурная диафрагма была расположена между второй линзовой группой и четвертой линзовой группой, но функцию апертурной диафрагмы может выполнять оправа линзы без размещения отдельного элемента в качестве апертурной диафрагмы.
Каждая поверхность линзы может быть покрыта просветляющей пленкой, которая имеет высокое пропускание в широком диапазоне длин волн, для уменьшения количества ложных изображений и бликов и реализации хороших оптических характеристик при высоком контрасте.
Коэффициент масштабирования вариообъектива (оптической системы вариообъектива) согласно этому варианту осуществления составляет от около 10 до около 60.
Пояснение позиций и признаков
ZL (с ZL1 по ZL4) - вариообъектив
G1 - первая линзовая группа
G2 - вторая линзовая группа
G3 - третья линзовая группа
G4 - четвертая линзовая группа
GV - стеклянный блок
S - апертурная диафрагма
С - твердотельный элемент изображения
I - плоскость изображения
САМ - цифровая фотокамера (оптическое устройство)