廣角變焦鏡頭的製作方法

2023-10-11 22:06:34

專利名稱：廣角變焦鏡頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有兩個透鏡組的廣角變焦透鏡系統。這種系統具有緊湊的結構並獲得廣闊的視角及長的後焦距，這是通過在第一個透鏡組中採用一種具有負屈光力的前透鏡來獲得的。
標準焦距的鏡頭的焦距大約等於所記錄的圖象的對角線長度。這樣，對於靜止圖象照像，50mm的鏡頭通常認為是對具有約42mm的底片對角線的35mm膠片的標準鏡頭。廣角鏡頭的焦距小於標準鏡頭，而長焦距或遠焦距鏡頭的焦距大於標準鏡頭的焦距。
在變焦鏡頭系統中，整個焦距是可調的，對最短的焦距具有最寬的視角，而對最長的焦距則具有最窄的視角。
最近，已經出現了緊湊的「中心快門」照相機。這種照相機需要一個高放大率的、緊湊的廣角變焦鏡頭。如果需要全景功能，中心快門照相機需要比普通緊湊的變焦鏡頭更長的後焦距，以便於附加全景機構。
在一個具有大的變焦比和寬視角的，由兩個透鏡組構成變焦透鏡系統中，後焦距在廣角位置上變短，而兩個透鏡組之間的距離在遠攝位置上也變短。這是關鍵的問題。
為解決這些問題，日本專利93-19166公開了一種在第一透鏡組中的具有負屈光力的第一透鏡的廣角變焦鏡頭。
如果把具有負屈光力的透鏡用於第一透鏡組，以便在具有寬視角和高放大率的通常的變焦透鏡系統中獲得長的後焦距，那麼，具有正屈光力的透鏡的屈光力將增加，亦即球面像差與珀茲伐和也增加。因此，當增加時放大率時，這就對像差的補償帶來困難。
本發明通過提供一種廣角變焦透鏡系統來克服了已有技術中的問題和缺點，這種廣角變焦透鏡系統是緊湊的，並且有良好的像差特性和高放大率。
第一透鏡組中使用了包括一個具有負屈光力的凹面朝向物體的彎月形透鏡的前組，以便減少置於物側的透鏡中所引起的像差。因此，就容易補償象側的透鏡像差，且也容易安裝全景功能的機構。
要達到上述目的，本發明提供了一種廣角變焦透鏡系統，該系統包括自物側按各自的順序按序安置的一個具有正屈光力的第一透鏡組和一個具有負屈光力的第二透鏡組。變焦時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離是可變的。第一透鏡組包括一個具有負屈光力的前透鏡組和具有正屈光力的後透鏡組，上述透鏡組從物側按各自的順序按序安置。前透鏡組包括一個凹面朝向物體的且具有負屈光度的彎月形透鏡，而後透鏡組至少包括四個具有正屈光力或負屈光力的透鏡，其中[條件1]4.5＜|fF/fW|＜13[條件2]0.005＜|K/fF|＜0.07；以及[條件3]20＜|(fbW·fF)/fW|＜100這裡fF第一透鏡組的前組的焦距，fW在最廣角位置處的廣角變焦鏡頭的焦距(變焦鏡頭的最短可變焦距)，
K在第一透鏡組中最靠近象平面的透鏡表面沿光軸到後主點(第二主點)的距離，其中把朝向象平面的方向定義為正號，以及fbW在最廣角位置處的後焦距。
本發明還提供了廣角變焦透鏡系統，其中第一透鏡組的後透鏡組包括一個正透鏡、一個凹面朝向物體的負透鏡，以及兩個正透鏡，這些透鏡從物側各自按序放置，其中[條件4]0.85＜M/fW/＜1.5；以及[條件5]0.05＜dT/fT＜0.055這裡M在第一透鏡組中從最靠近物體的透鏡表面沿光軸到最靠近像平面的透鏡表面的距離，fT在遠攝位置的廣角變焦鏡頭的焦距，以及dT在第一透鏡組中從最靠近象平面的透鏡表面沿光軸到第二透鏡組中最朝向物體的透鏡表面的光軸的距離。
此外，本發明提供一種廣角變焦透鏡系統，其中第二透鏡組包括一個凸面朝向像平面的正透鏡、一個凹面朝向物體的負透鏡、以及一個凸面朝向象平面的負透鏡，這些透鏡從物側各自按序放置，其中[條件6]0.35＜|f2/fW|＜0.55在此f2第二透鏡組的焦距。
本發明的細節將結合附圖進一步說明。附圖，它與說明書結合併構成說明書的一部分，說明本發明的優選的實施例，並與說明書一起用於說明本發明的原理。


圖1A和1B是本發明的第一個實施例分別在廣角和遠攝位置時的廣角變焦鏡頭的剖面圖。
圖2A和2B所示是按照本發明的第一個實施例分別在廣角和遠攝位置處有關廣角變焦鏡頭的各種像差的範圍。
圖3A和3B是按照本發明的第二個實施例分別在廣角和遠攝位置處的廣角變焦鏡頭的剖面圖。
圖4A和4B所示是按照本發明的第二個實施例分別在廣角和遠攝位置處有關廣角變焦鏡頭各種像差的範圍。
圖5A和5B是按照本發明的第三個實施例分別在廣角和遠攝位置處的廣角變焦鏡頭的剖面圖。
圖6A和6B所示是按照本發明的第三個實施例分別在廣角和遠攝位置處有關廣角變焦鏡頭的各種像差的範圍。
現在詳細說明本發明的第一、二和第三個實施例，它們分別參照圖1A和1B、3A和3B、5A和5B中說明。如果可能的話，在所有附圖中，相同的標號將用來指同樣的或類似的部件。
為便於了解本發明的廣角變焦透鏡系統的結構和操作，正如在此所概括的，首先集中介紹本發明的上述三個實施例的變焦透鏡系統。
圖1A和1B、3A和3B以及5A和5B所示是廣角變焦鏡頭的實施例。在圖1A、1B、3A、3B、5A和5B中，rx表示表面x的曲率半徑，Nx表示光學元件x的折射率，dx表示在光學表面x和光學表面x＋1之間的距離，而Vx表示光學元件x的阿貝數。被成象的物體大約置於位置A處，而象平面大約位於位置B。廣角變焦鏡頭可選擇地包括中心快門S。
廣角變焦透鏡系統正如在此所概括的，包括從物側各自按序安置的一個具有正屈光力的第一透鏡組I一個具有負屈光力的第二透鏡組II。在變焦距過程中，在第一透鏡組I和第二透鏡組II之間的距離是變化的。第一透鏡組I包括一個具有負屈光力的前透鏡組L1和一個具有正屈光力的後透鏡組L2，這些透鏡從物側各自按序安置。前透鏡組L1包括一個具有負屈光力的且凹面朝向物體的彎月形透鏡，而後透鏡組至少包括四個具有正或負屈光力的透鏡，其中[條件1]4.5＜|fF/fW|＜13[條件2]0.005＜|K/fF|＜0.07；以及[條件3]20＜|(fbW·fF)/fW|＜100這裡fF第一透鏡組的前組的焦距，fW在最廣角位置處的廣角變焦透鏡的焦距，K在第一透鏡組中最靠近象平面的透鏡的表面沿光軸到後主點(第二主點)的距離，其中把朝向象平面的方向定義為正號，以及fbW在最廣角位置處的後焦距。
廣角變焦系統的第一透鏡組的後透鏡組L2，正如在此所概括的，優選地包括從物側各自按序安置的一個正透鏡、一個凹面朝向物體的負透鏡以及兩個正透鏡，後透鏡組L2滿足下述條件[條件4]0.85＜M/fW/＜1.5；以及[條件5]0.05＜dT/fT＜0.055這裡
M在第一透鏡組中從最靠近物體的透鏡表面沿光軸到最靠近像平面的表面的距離，fT在遠攝位置的廣角變焦鏡頭的焦距(變焦鏡頭的最大可變焦距)，和dT在第一透鏡組中從最靠近象平面的透鏡表面沿光軸到第二透鏡組中最靠近物體的透鏡表面的距離。
廣角變焦透鏡系統的第二透鏡組II，正如在此所概括的，優選地包括一個凸面朝向象平面的正透鏡、一個凹面朝向物體的負透鏡，以及一個凸面朝向象平面的負透鏡，這些透鏡從物側各自按序安置，第二透鏡組滿足下述條件[條件6]0.35＜|f2/fW|＜0.55這裡f2第二透鏡組的焦距。
在廣角變焦透鏡系統中，條件1確定了第一透鏡組的前透鏡組的最佳光學焦距範圍。在比條件1的上限高的範圍內，前組的屈光力變弱，亦即使得整個光學系統的反焦(retrofocal)特性變弱，這就難以保證後焦距。相反，在比條件1的下限低的範圍內，前透鏡組的屈光力變得太高，難以補償在廣角位置時的慧差。
條件2確定了在第一透鏡組中從最靠近象平面的透鏡沿光軸到後主點的距離。在比條件2的上限高的範圍內，第一透鏡組的後主點變成與第一透鏡組分開，且反焦(retrofocal)特性變得太強，這使得慧差和像散不能接受。相反，對比條件2的下限低的範圍，就難以同時保證在廣角位置時的後焦距和在遠攝位置時在第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離。
條件3確定了在前組的廣角位置上焦距和後焦距之間的最佳關係。在比條件3的上限高的範圍內，前透鏡組的屈光力變弱，這使得破壞了整個變焦透鏡系統的反焦結構。這是當試圖強行確保在廣角位置時的後焦距時出現的，在這種情況下，就難於保持在遠距照相位置上的第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離。相反，在比條件3的下限低的範圍內，前組的屈光力變得極強，這使得在遠攝位置時的慧差不能接受。
條件4確定在後透鏡組中從最靠近物體的透鏡表面沿光軸到最靠近像平面的透鏡的光學距離。在比條件4的上限更高的範圍內，後透鏡組變厚，這使得整個透鏡系統的尺寸變大。相反，在比條件4的下限更低的範圍內，整個透鏡系統的尺寸變小，而畸變和慧差變得大的不能接受。
條件5確定在遠攝位置上第一透鏡組和第二透組之間的最佳距離。在比條件5的上限更高的範圍內，在遠攝位置時的慧差變得不能接受。相反，在條件5的下限更低的範圍內，可以方便地補償慧差，但要設計一個用於驅動這樣的透鏡系統的機構是既困難又不實際的。
條件6確定後組的最佳焦距。在比條件6的上限更高的範圍內，後組的屈光力變弱，這使得用於變焦操作的後組位移變長，而且整個透鏡系統的全部長度變長。相反，在比條件6的下限更低的範圍內，後透鏡組的屈光力變弱，這就難以補償畸變和慧差。
當滿足上述條件時，各種像差可以如圖2A和2B所示的獲得補償。作為一個例子，圖2A和2B示出球面像差、像散及畸變。因此，就可能具有一個容易安裝的用於全景功能的機構，並能實現結構緊湊的且具有良好光學性能及高放大率的廣角變焦透鏡系統。
下面更具體地逐個討論按照本發明的第一、第二及第三個實施例的每一個的廣角變焦透鏡系統。
實施例1圖1A和1B涉及按照本發明的第一個實施例的廣角變焦透鏡系統。圖2A和2B所示為本發明的第一個實施例的廣角變焦透鏡系統所具有的各種像差的範圍，而且應該是自我說明的。一組關於廣角變焦透鏡系統的第一個實施例的典型參數值列於表1。
其中，FNO是F數(焦距/透鏡的有效直徑)；f是焦距，以毫米為單位；fB是後焦距，以毫米為單位；2^1是視角；r是曲率半徑；d是透鏡厚度或間隔距離，以毫米為單位；N是d線的折射比；而^n是透鏡的阿貝常數。
表1FNO＝3.85到11.3f＝29.003到84.9372ω＝73.90°到30.4°fB＝8.50to53.90表面序號數rdN ^n1 -25.483 1.561.80518 25.52 -33.488 0.473 -82.617 3.501.63854 55.54 -25.355 1.935 -16.420 5.001.81550 44.569.9753.741.71736 29.57 -44.864 0.12815.960 2.501.51823 59.09 -10.749 3.601.83400 37.310 -14.810 0.1011 53.692 2.331.48749 70.412 -10.695 4.881.84666 23.813 -24.797 8.081到 2.50014 -91.312 2.251.72825 28.315 -14.627 1.1416 -14.464 1.101.77250 49.617 105.326 3.7518 -9.1210.631.75700 47.719 -26.268條件1到6的值如下[條件1]|fF/fW|5.001[條件2]|K/fF|0.019[條件3]|(fbW·fF)/fW|42.504[條件4]M/fW0.955[條件5]dT/fT0.029[條件6]|f2/fW|0.487
實施例2圖3A和3B涉及按照本發明第二個實施例的廣角變焦透鏡系統。圖4A和4B所示是上述第二個實施例的廣角可變焦距透鏡系統在不同的變焦透鏡系統位置上所具有各種像差的範圍，而且應該是自我說明的。表2提供了一組關於廣角可變焦距透鏡系統的第二個實施例的典型參數值。
表2FNO＝3.85至9.54f＝28.997到74.9722ω＝72.90°到31.97°fB＝8.00到46.020表面數r d N^n1-23.8175.00 1.7550052.32-33.1860.103 308.620 3.50 1.6385455.54-29.4713.005-20.0634.00 1.8350043.06 8.449 3.00 1.6237447.17-40.3870.108 19.8365.00 1.5182359.09-10.3345.00 1.8340037.310 -18.1370.1011142.047 2.40 1.4874970.412 -19.7527.907 到 2.53013 -24.5511.60 1.7282528.314 -16.2282.9615 -18.7341.30 1.7725049.616 -62.1665.0017 -10.8811.00 1.7570047.718 -52.497條件1到6的值如下[條件1]|fF/fW|5.002[條件2]|K/fF|0.032[條件3]|(fbW·fF)/fW|40.004[條件4]M/fW0.900[條件5]dT/fT0.034[條件6]|f2/fW|0.500
圖5A和5B涉及按照本發明第三個實施例的廣角變焦透鏡系統。圖6A和6B所示是上述第三個實施例的廣角變焦透鏡系統在不同的變焦透鏡系統位置上所具有的各種像差的範圍，而且應該是自我說明的。表3提供了關於廣角變焦透鏡系統的第三個實施的一組典型參數值。
表3FNO＝3.85到9.95f＝28.987到74.8662ω＝73.90°到30.39°fB＝7.98到45.54表面數r dN ^n1-27.464 1.79 1.7495035.02-32.311 0.103-127.4263.50 1.6385455.54-25.565 1.005-17.891 5.00 1.8350043.06 9.029 4.95 1.6989530.17-45.408 0.108 15.668 2.50 1.5182359.09-10.452 4.55 1.8340037.310 -14.471 0.101176.301 2.31 1.5168064.212 -10.257 5.00 1.8466613 -23.028 6.903 到 2.50014 -114.0302.14 1.7282528.315 -14.228 1.0116 -13.926 1.10 1.7725049.61773.995 3.2618 -8.981 3.00 1.7570047.719 -32.427條件1至6的值如下[條件1 ]|fF/fW|10.011[條件2]|K/fF|0.008[條件3]|(fbW·fF)/fW|79.925[條件4]M/fW1.001[條件5]dT/fT0.033[條件6]|f2/fW|0.450
如已經說明和圖示的那樣，按照本發明的廣角變焦透鏡系統通過採用包括在第一透鏡組中凹面朝向物體的負透鏡的前組，它具有下述優點結構緊湊，具有高放大率和長的後焦距，當在廣角位置時大於70°，並具有良好的成像性能。此外，視角可以於補償像差，因此，廣角變焦透鏡具有良好的像差性能。特別是，它易於安裝用於全景功能的機構，而且也改進了廣角變焦透鏡的可靠性。
對於本領域普通技術人員，本發明的其它實施例當考慮到在此所公開的本發明的說明的實踐時將是顯而易見的。上述說明及例子打算考慮只作為說明性的，而本發明真正的保護範圍和精神是由所附權利要求書限定。
例如，本發明的實施例採用了35mm靜止圖片規格的膠片，但是也可以按照本發明製作用於不同規格和用途的其它鏡頭。此外，本發明的鏡頭並不限於中心快門照相機，也可用於其它照相機，例如用於焦平面快門照相機。
權利要求
1.一種具有可變總焦距的變焦透鏡系統包括一個具有正屈光力的第一透鏡組和一個具有負屈光力的第二透鏡組，這些透鏡組從物側各自按序安置，在變焦時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離是可變的；其中，第一透鏡組包括一個具有負屈光力的前組和一個的具有正屈光力的後組，這些透鏡組從物側各自按序安置；其中第一透鏡組的前組包括一個凹面朝向物體且具有負屈光力的彎月形透鏡，而第一透鏡組的後組至少包括四個具有正或負屈光力的透鏡；以及其中4.5＜|fF/fW|＜13；0.005＜|K/fF|＜0.07；以及20＜|(fbW·fF)/fW|＜100這裡fF第一透鏡組的前組的焦距，fW變焦鏡頭的最短可變焦距，K在第一透鏡組中，從最靠近象平面的透鏡表面沿光軸到後主點(第二主點)的距離，其中朝向象平面的方向被定義為具有正號，和fbW在最短可變焦距時的後焦距。
2.如權利要求1所述的變焦透鏡系統，其特徵是後組包括一個正透鏡、一個凹面朝向物體的負透鏡、以及兩個正透鏡，這些透鏡從物側各自按序安置，其中0.85＜M/fW/＜1.5；以及0.05＜dT/fT＜0.055其中M在第一透鏡組中從最靠近物體的透鏡表面沿光軸到最靠近像平面的透鏡表面的距離，fT變焦鏡頭的最長可變焦距，dT在第一透鏡組中從最靠近象平面的透鏡表面沿光軸到第二透鏡組中最靠近物體的透鏡表面的距離。
3.如權利要求1所述的變焦透鏡系統，其特徵是第二透鏡組包括一個凸面朝向像平面的正透鏡、一個凹面朝向物體的負透鏡、以及一個凸面朝向像平面的負透鏡，這些透鏡從物側各自按序安置，其中0.35＜|f2/fW|＜0.55這裡f2第二透鏡組的焦距。
4.如權利要求1所述的變焦透鏡系統，其特徵是變焦透鏡系統在最短可變焦距時是廣角鏡頭。
5.如權利要求4所述的變焦透鏡系統，其特徵是在最長可變焦距時，變焦透鏡系統是遠攝鏡頭。
6.如權利要求5所述的變焦透鏡系統，其特徵是進一步包括一個中心快門。
7.如權利要求2所述的變焦透鏡系統，其特徵是在最短可變焦距時，變焦透鏡系統是廣角鏡頭。
8.如權利要求7所述的變焦透鏡系統，其特徵是在最長可變焦距時，變焦透鏡系統是遠攝鏡頭。
9.如權利要求8所述的變焦透鏡系統進一步包括一個中心快門。
10.如權利要求3所述的變焦透鏡系統，其特徵是在最短可變焦距時，變焦透鏡系統是廣角鏡頭。
11.如權利要求10所述的變焦透鏡系統，其特徵是在最長可變焦距時，變焦透鏡系統是遠攝鏡頭。
12.如權利要求11所述的變焦透鏡系統進一步包括一個中心快門。
全文摘要
廣角變焦鏡頭。第一透鏡組具有正屈光力，而第二透鏡組具有負屈光力。變焦時二透鏡組之間距離可變。第一透鏡組有一負屈光力前組和一正屈光力後組。前組有一凹面朝物體且有負折射力的彎月形透鏡，後組有至少四個具正或負屈光力的透鏡，其中4.5＜|f
文檔編號G02B15/16GK1116717SQ94113100
公開日1996年2月14日 申請日期1994年12月20日 優先權日1993年12月22日
發明者李海鎮 申請人:三星航空產業株式會社