專利名稱：快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，尤其是用于具有三個(gè)透鏡組，圖像放大率為2、F值為2.8的袖珍攝影機(jī)的小尺寸、性能優(yōu)良的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)。
近年來(lái)，專業(yè)攝影師對(duì)性能優(yōu)良的自動(dòng)袖珍攝影機(jī)提出了新的需求。然而，傳統(tǒng)的袖珍攝影機(jī)卻不能滿足這種需求，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的快速透鏡焦距短且變焦透鏡需要3.5或更大的F值。另一方面，對(duì)諸如全景攝影機(jī)這樣一種廣角攝影機(jī)，則一種大孔徑透鏡是必不可少的。
用于袖珍攝影機(jī)的變焦透鏡一般分為兩種兩組的變焦鏡頭和三組的變焦鏡頭。如果透鏡孔徑大，則兩組的變焦鏡頭在像差校正如球差和彗差校正方面就有困難。因此兩組的變焦透鏡類型用在放大率為2倍時(shí)，在廣角位置需要3.5或更大的F值的攝影機(jī)中。
三組的變焦透鏡類型有兩種。在第一種類型中，從物體一側(cè)看，變焦透鏡系統(tǒng)有一負(fù)折射率的第一透鏡組，一正折射率的第二透鏡組和一負(fù)折射率的第三透鏡組。第一種類型的例子公開(kāi)在專利號(hào)為JP90-238416和JP90-37317的日本專利中，其優(yōu)點(diǎn)是具有大孔徑和高倍放大率。然而，其缺點(diǎn)在于，對(duì)于袖珍攝影機(jī)來(lái)說(shuō)整個(gè)透鏡系統(tǒng)太長(zhǎng)。
在第二種類型中，從物體一側(cè)看，變焦透鏡系統(tǒng)有一正折射率的第一透鏡組，一正折射率的第二透鏡組和一負(fù)折射率的第三透鏡組。第二種類型的例子公開(kāi)在專利號(hào)為U.S.4,854,682和U.S.4,978,204及U.S.5,148,321的美國(guó)專利中，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊和具有高倍放大率。然而其缺點(diǎn)是，F(xiàn)值為3.5或更大，不適合于專業(yè)人員使用。
考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)，在發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個(gè)透鏡組，其透鏡的配置能夠使系統(tǒng)的尺寸小型化且性能優(yōu)良。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種目的，公開(kāi)一種快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)。在本發(fā)明的這種系統(tǒng)中，從物體一側(cè)看，包括一負(fù)折射率的第一透鏡組，一正折射率的第二透鏡組和一個(gè)負(fù)折射率的第三透鏡組。
當(dāng)從廣角位置向遠(yuǎn)攝位置移動(dòng)鏡頭時(shí)，第一、第二和第三透鏡組均向物體移動(dòng)，從而改變第一和第二透鏡組之間的距離及第二和第三透鏡之間的距離。變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件2＜|f1|/fw＜20 (1)0.30＜s1/fw＜0.70，(2)此處f1是第一透鏡組的焦距，s1是在透鏡移動(dòng)期間第一透鏡組的移動(dòng)量，fw是在廣角位置整個(gè)變焦鏡頭的焦距。
通過(guò)參考附圖對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述目的和特點(diǎn)將變得更為明確。
圖1(a)和1(b)分別表示本發(fā)明第一實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)。
圖2(a)是本發(fā)明第一實(shí)施例中處于廣角位置時(shí)的透鏡像差。
圖2(b)是本發(fā)明第一實(shí)施例中處于遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡像差。
圖3(a)和3(b)分別表示本發(fā)明第二實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)。
圖4(a)是本發(fā)明第二實(shí)施例中處于廣角位置時(shí)的透鏡像差。
圖4(b)是本發(fā)明第二實(shí)施例中處于遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡像差。
圖5(a)和5(b)分別表示本發(fā)明第三實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)。
圖6(a)是本發(fā)明第三實(shí)施例中處于廣角位置時(shí)的透鏡像差。
圖6(b)是本發(fā)明第三實(shí)施例中處于遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡像差。
圖7(a)和7(b)分別表示本發(fā)明第四實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)。
圖8(a)是本發(fā)明第四實(shí)施例中處于廣角位置時(shí)的透鏡像差。
圖8(b)是本發(fā)明第四實(shí)施例中處于遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡像差。
下面，將參考附圖和數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。
本發(fā)明的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件
2＜|f1|/fw＜20 (1)0.30＜s1/fw＜0.70，(2)0.5＜|f3|/fw＜0.9，(3)0.5＜f2/fw＜0.8(4)0.65＜D2/fw＜0.90，(5)此處，f1是第一透鏡組的焦距，s1是在透鏡移動(dòng)期間第一透鏡組的移動(dòng)量，fw是處于廣角位置時(shí)整個(gè)變焦透鏡的焦距，f3是第三透鏡組的焦距，f2是第二透鏡組的焦距，D2是第二透鏡組的厚度。
變焦透鏡系統(tǒng)還滿足下列條件10＜|f1|×(N1P-N1N)＜80 (6)-50＜|f1|/(V1P-V1N)＜0， (7)-4.0＜f2×(N2P-N2N)＜-1.0(8)0.3＜f2/(V2P-V2N)＜1.5， (9)0.5＜|f3|×(N3P-N3N)＜1.5(10)-2.0＜|f3|/(V3P-V3N)＜-0.3， (11)此處，N1P、N2P和N3P分別是第一透鏡組、第二透鏡組和第三透鏡組中正折射率透鏡的平均折射率；N1N、N2N和N3N分別是第一透鏡組、第二透鏡組和第三透鏡組中負(fù)折射率透鏡的平均折射率；V1P、V2P、V3P分別是第一透鏡組、第二透鏡組和第三透鏡組中正折射率透鏡的平均阿貝數(shù)；V1N、V2N和V3N分別是第一透鏡組、第二透鏡組和第三透鏡組中負(fù)折射率透鏡的平均阿貝數(shù)。
本發(fā)明的快速?gòu)V角透鏡系統(tǒng)還滿足下列條件N2A＞1.7(12)0.05＜f11/f1＜0.25 (13)0.05＜f12/f1＜0.35，(14)此處，N2A是在第三透鏡組中非球面透鏡的平均折射指率，f11是第一透鏡組中第一透鏡的焦距；f12是第一透鏡組中第二透鏡的焦距。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，在第一透鏡組和第二透鏡組之間或在第二透鏡組中設(shè)置一個(gè)光闌。另外，第二透鏡組至少包括一個(gè)非球面鏡。
條件(1)和第一透鏡組的折射率有關(guān)。如果下限不能被滿足，則第一透鏡組的折射率將很大，導(dǎo)致在透鏡移動(dòng)中像差校正質(zhì)量較差。如果上限不能被滿足，則第一透鏡組的折射率將很小，導(dǎo)致在透鏡移動(dòng)時(shí)每個(gè)透鏡組的移動(dòng)量增大。
條件(2)和第一透鏡組的長(zhǎng)度有關(guān)。如果條件(2)的下限不能被滿足，則第一透鏡組的移動(dòng)量可減小。然而，每個(gè)透鏡組的折射率將變大，使校正像差很困難。如果條件(2)的上限不能滿足，則像差將被減少，但這將很難實(shí)現(xiàn)小型化。
如果條件(3)的下限不能被滿足，則第三透鏡組的折射率將很大，使透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)度縮短。但這將使象差難以校正，尤其是對(duì)于像差的上部曲線的校正。另外，如果上限不能滿足，則透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)度將增加。
條件(4)和(5)和第二透鏡組的折射率和長(zhǎng)度有關(guān)。如果條件(4)的下限不能滿足，則第二透鏡組的折射率將很大，導(dǎo)致在透鏡移動(dòng)中像差校正質(zhì)量不好。如果上限不能滿足，則第一透鏡組的折射率將很小，導(dǎo)致在移動(dòng)透鏡或聚焦時(shí)每個(gè)透鏡組的移動(dòng)量增大。
如果條件(5)的下限不能滿足，則第二透鏡組的長(zhǎng)度將很短。但第二透鏡組的每個(gè)透鏡的折射率將較大，使得像差校正很困難。另外透鏡中央和邊緣的薄厚不均使透鏡的制造很困難。如果條件(5)的上限不能滿足，則周圍的亮度將減弱。
條件(6)和(7)和第一透鏡組的折射率和材料有關(guān)。如果條件(6)、(7)的下限不能滿足，則后焦距將很長(zhǎng)，使得系統(tǒng)的工作很容易實(shí)現(xiàn)。但是第一透鏡組的折射率將變大，這將使球差的校正很困難。相反地，如果條件(6)和(7)的上限不能滿足，則透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)度將很長(zhǎng)，色差變大。
條件(8)和(9)和第二透鏡組的折射率和材料有關(guān)。如果條件(8)、(9)的下限不能滿足，則在聚焦期間第二透鏡組的移動(dòng)量將很小。但第二透鏡組的折射率將變大，這使得在移動(dòng)透鏡期間校正像差很困難。相反地，如果條件(8)和(9)的上限不能滿足，則畸變和色差將增大。
條件(10)和(11)和第三透鏡組的折射率和材料有關(guān)。如果條件(8)和(9)的下限不能滿足，則放大透鏡的色差將變大。如果條件(10)和(11)的上限不能滿足，則彗差將增大，在移動(dòng)透鏡期間第三透鏡組的移動(dòng)量增大。
圖1(a)和1(b)分別表示本發(fā)明第一實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)。圖2(a)和2(b)分別表示第一實(shí)施例處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡像差。在此實(shí)施例和其它實(shí)施例中，物體在透鏡系統(tǒng)的左側(cè)，圖像在右側(cè)。
表1示出了滿足條件(1)-(15)的第一實(shí)施例的數(shù)據(jù)。其中參考符號(hào)f表示焦距，fB表示后焦距，ri(i＝1-21)表示曲率半徑，di(i＝1-20)表示透鏡厚度或透鏡間距，n表示每個(gè)透鏡對(duì)鈉的d線的折射率，v表示透鏡的阿貝數(shù)，m表示整個(gè)透鏡系統(tǒng)的放大率，w表示半視角。
在表1中，透鏡從廣角位置移動(dòng)到遠(yuǎn)攝位置，第4表面和第5表面之間的距離z1從6.9158變化到1.0000，第15表面和第16表面之間的距離z2從6.4594變化到1.1000。另外，第8表面和第15表面是非球面，由下列方程(q)給出。對(duì)第一實(shí)施例，方程(q)的球面系數(shù)列于表2。(q)z=cS21+√(1-(K+1)c2S2)+A4S4+A6S6+A8S8+A10S10]]>C＝1/R，S2＝X2+Y2圖3(a)和3(b)分別表示本發(fā)明第二實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)。圖4(a)和4(b)分別是本發(fā)明第二實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)透鏡的像差。
本發(fā)明第二實(shí)施例的數(shù)據(jù)列于表3。
在表3中，透鏡從廣角位置向遠(yuǎn)攝位置移動(dòng)時(shí)，第4表面和第5表面之間的間距z1在8.7178至8.6421之間變化，第15表面和第16表面之間的距離在1.5000至1.1785之間變化。另外，第8表面和第15表面是由方程(q)描述的非球面。第二實(shí)施例的方程(q)的非球面系數(shù)見(jiàn)表4。
圖5(a)和5(b)分別表示本發(fā)明第三實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)的透鏡結(jié)構(gòu)。圖6(a)和6(b)分別表示本發(fā)明第三實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)透鏡的像差。
本發(fā)明第三實(shí)施例的數(shù)據(jù)列于表5。
在表5中，透鏡從廣角位置向遠(yuǎn)攝位置的移動(dòng)時(shí)，第4表面和第5表面之間的距離z1在7.3238至1.0000之間變化，第15表面和16表面之間的距離z2在8.9902至1.4935之間變化。另外，第7表面和第15表面是由方程(q)描述的非球面。第三實(shí)施例中方程(q)的非球面系數(shù)列于表6。
圖7(a)和7(b)分別表示第四實(shí)施例中透鏡處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)的結(jié)構(gòu)。圖8(a)和8(b)分別是第四實(shí)施例中處于廣角位置和遠(yuǎn)攝位置時(shí)透鏡的像差。
本發(fā)明第四實(shí)施例的數(shù)據(jù)列于表7。
在表7中，透鏡從廣角位置向遠(yuǎn)攝位置的移動(dòng)時(shí)，第4表面和第5表面之間的距離在5.7535至6.8599之間變化，第15表面和第16表面之間的距離在1.0000至1.3037之間變化。另外，第1、第7和第15表面是由方程(q)描述的非球面。第四實(shí)施例的方程(q)的非球面系數(shù)列于表8。
如上所述，有可能得到一種用于袖珍攝影機(jī)的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，這種透鏡系統(tǒng)包括兩個(gè)透鏡組，放大率為2，F(xiàn)值為2.8。
上面已對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易看出，在不脫離由本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)限定的范圍和精神的前提下，可以作出多種變化和改進(jìn)。
表1F數(shù)＝2.90-5.54 f＝24.657-48.859mmW＝42.18°-23.98°fB＝6.477-31.065mm表面序號(hào)ri di n v1 ∞ 1.501.7340051.052 21.4713.603 44.3604.311.8466623.784 -177.735 z15 孔徑 1.246 19.3996.741.5690771.307 -10.661 0.801.8147437.038 29.1960.719 -43.933 1.161.7995042.3410-98.728 0.3011-39.354 1.751.7570047.7112-15.907 0.101366.1931.001.8466623.781423.2047.881.7440044.9015-15.849 z216-41.877 2.501.8466623.7817-20.670 0.1018-48.546 1.501.8350042.981952.8746.5720-11.942 1.501.7725049.6221-34.501
表2第8表面 第15表面K -0.5063335320150E+2 0.0000000000000A40.3146318551797E -3 0.1298628131540E-4A6-0.5967783187191E-5-01756483082906E-6A80.1260235154036E -6 0.1366696885687E-8A10-0.1304992173681E-8-0.8671899517115E-11表3F數(shù)＝2.90-5.64 f＝29.984-57.567mmW＝37.31°-20.69°fB＝6.521-35.865mm表面序號(hào)ri din v1-472.291 1.761.7020040.20224.34 13.60333.837 2.521.8466623.7841469.995 z15孔徑 2.67622.527 4.501.5891361.257-13.4613.531.8147437.03832.067 0.859-47.5231.111.8051825.4610 -140.900 0.2911 -53.0731.771.7130053.9412 -19.0740.1013 106.3173.001.8466623.7814 38.450 5.001.7440044.9015 -18.784z216 -64.7422.911.8466623.7817 -25.9280.1218 -65.3541.761.7995042.3419 58.260 7.2720 -13.7251.761.8042046.5021 -40.624
表4第8表面第15表面K -0.4172557500508E +20.0000000000000A40.21492729946 96E -3-0.8013642300737E-5A6-0.2477580347496E -5-0.9849692443143E-7A80.3917726083874E -7-0.4016660534087E-9A10-0.2825440769875E -9-0.1653245428305E-11表5F數(shù)＝2.90-5.67f＝29.016-57.577mmW＝37.28°-20.66° fB＝6.517-35.367mm表面序號(hào)ridi n v1-1700.9581.501.6996834.92222.085 1.94331.806 3.091.8466623.784-529.687 z1524.852 4.501.5891361.256-12.191 2.461.8061040.73732.887 1.508孔徑 1.389-40.560 1.161.8051825.4610 -68.710 0.1311 -62.244 1.491.7020040.2012 -19.435 0.5213 90.203 2.001.8466623.7814 30.681 4.971.7291654.6715 -19.461 z216 -64.563 2.501.8466623.7817 -26.336 0.7718 -67.388 1.501.8045039.6419 53.230 6.0720 -14.130 1.561.8042046.5021 -43.836
表6第7表面 第15表面K -0.5327816498608E +2-0.4107735281963E +1A40.2242320729734E -3-0.6445807480540E -4A6-0.3550688514092E -50.5146262421728E -7AB0.6184551245830E -70.3 599939226604E -9A10-0.5402275794954E -90.9369256125103E -12表7F數(shù)＝2.90-5.45f＝24.71 9-48.069mmW＝41.76°-24.42° fB＝6.609-30.366mm表面序號(hào)ri di n v1138.7341.501.6689244.91216.052 2.43332.416 2.851.8466623.784-530.419 z1522.305 3.491.5924066.676-11.0991.501.7995042.34728.922 1.538孔徑 1.309-48.8391.231.8051825.4610 -71.0710.1511 -58.2441.491.7200050.3412 -17.9600.7413 59.422 2.671.8466623.7814 23.482 5.001.6935053.5415 -16.732z216 -48.6092.501.8466623.7817 -21.3330.1218 -61.9621.511.8045039.6419 45.574 5.9320 -11.7201.501.8042046.5021 -36.823
表8第1表面第7表面 第15表面K 0.5438329344742E +2-0.2912981417094E +2-0.6170735905985E +1A4-0.6562234374127E -50.1928969611912E -3-0.1468424522712E -3A60.7219504244675E -7-0.1724756285323E -50.1126824383675E -5A8-0.4088911196167E -90.1133262480951E -7-0.9569454336483E -8A100.7407278977319E -120.1048614616561E -90.4169232591678E -10
權(quán)利要求
1.一種快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，從物體一側(cè)看，它包括具有負(fù)折射率的第一透鏡單元；具有正折射率的第二透鏡單元；具有負(fù)折射率的第三透鏡單元；其特征在于，當(dāng)透鏡從廣角位置向遠(yuǎn)攝位置移動(dòng)時(shí)，第一、第二、第三透鏡單元均向物體移動(dòng)，使第一透鏡單元和第二透鏡單元間的距離及第二透鏡單元和第三透鏡單元間的距離發(fā)生變化，上述變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件2＜|f1|/fw＜200.30＜S1/fw＜0.70，此處，f1是第一透鏡單元的焦距；s1是變焦期間第一透鏡單元的移動(dòng)量；fw是在廣角位置時(shí)整個(gè)變焦透鏡的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，其特征是，還滿足下列條件0.5＜|f3|/fw＜0.9，此處，f3是第三透鏡單元的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，其特征是，還滿足下列條件0.5＜f2/fw＜0.80.65＜D2/fw＜0.90，此處，f2是第二透鏡單元的焦距；d2是第二透鏡單元的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，其特征是，還滿足下列條件10＜|f1|×(N1P-N1N)＜80-50＜|f1|/(V1P-V1N)＜0此處，N1P是第一透鏡單元正折射透鏡的平均折射率；N1N是第一透鏡單元負(fù)折射透鏡的平均折射率；V1P是第一透鏡單元正折射透鏡的平均阿貝數(shù)；V1N是第一透鏡單元負(fù)折射透鏡的平均阿貝數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，其特征是，還滿足下列條件-4.0＜f2×(N2P-N2N)＜-1.00.3＜f2/(V2P-V2N)＜1.5，此處，N2P是第二透鏡單元正折射透鏡的平均折射率；N2N是第二透鏡單元負(fù)折射透鏡的平均折射率；V2P是第二透鏡單元正折射透鏡的平均阿貝數(shù)；V2N是第二透鏡單元負(fù)折射透鏡的平均阿貝數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，其特征是，還滿足下列條件0.5＜|f3|×(N3P-N3N)＜1.5-2.0＜|f3|/(V3P-V3N)＜-0.3，此處，N3P是第三透鏡單元正折射透鏡的平均折射率；N3N是第三透鏡單元負(fù)折射透鏡的平均折射率；V3P是第三透鏡單元正折射透鏡的平均阿貝數(shù)；V3N是第三透鏡單元負(fù)折射透鏡的平均阿貝數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，其特征是，一孔徑光闌設(shè)置于第一透鏡單元和第二透鏡單元之間，或設(shè)置于第二透鏡單元之內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，其特征是，第二透鏡單元至少包括一個(gè)非球面透鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，其特征是，還滿足下列條件N2A＞1.7，此處，N2A是第三透鏡單元非球面透鏡的平均折射率。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，其特征是，第一透鏡單元至少包括兩個(gè)滿足下列條件的透鏡0.05＜f11/f1＜0.250.05＜f12/f1＜0.35，此處，f11是第一透鏡單元的第一透鏡之焦距；f12是第一透鏡單元的第二透鏡之焦距。
全文摘要
一種用于袖珍攝影機(jī)的快速?gòu)V角變焦透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)負(fù)折射率的第一透鏡組；一個(gè)正折射率的第二透鏡組；和一個(gè)負(fù)折射率的第三透鏡組。將透鏡從廣角位置移向遠(yuǎn)攝位置時(shí)，第一、第二和第三透鏡組均向物體移動(dòng)，使第一和第二透鏡組間的距離及第二和第三透鏡組間的距離發(fā)生變化。
文檔編號(hào)G03B13/18GK1153912SQ96122798
公開(kāi)日1997年7月9日 申請(qǐng)日期1996年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月11日
發(fā)明者姜健模 申請(qǐng)人:三星航空產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社