专利名称：广角变焦镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有两个透镜组的广角变焦透镜系统。这种系统具有紧凑的结构并获得广阔的视角及长的后焦距，这是通过在第一个透镜组中采用一种具有负屈光力的前透镜来获得的。
标准焦距的镜头的焦距大约等于所记录的图象的对角线长度。这样，对于静止图象照像，50mm的镜头通常认为是对具有约42mm的底片对角线的35mm胶片的标准镜头。广角镜头的焦距小于标准镜头，而长焦距或远焦距镜头的焦距大于标准镜头的焦距。
在变焦镜头系统中，整个焦距是可调的，对最短的焦距具有最宽的视角，而对最长的焦距则具有最窄的视角。
最近，已经出现了紧凑的“中心快门”照相机。这种照相机需要一个高放大率的、紧凑的广角变焦镜头。如果需要全景功能，中心快门照相机需要比普通紧凑的变焦镜头更长的后焦距，以便于附加全景机构。
在一个具有大的变焦比和宽视角的，由两个透镜组构成变焦透镜系统中，后焦距在广角位置上变短，而两个透镜组之间的距离在远摄位置上也变短。这是关键的问题。
为解决这些问题，日本专利93-19166公开了一种在第一透镜组中的具有负屈光力的第一透镜的广角变焦镜头。
如果把具有负屈光力的透镜用于第一透镜组，以便在具有宽视角和高放大率的通常的变焦透镜系统中获得长的后焦距，那么，具有正屈光力的透镜的屈光力将增加，亦即球面像差与珀兹伐和也增加。因此，当增加时放大率时，这就对像差的补偿带来困难。
本发明通过提供一种广角变焦透镜系统来克服了已有技术中的问题和缺点，这种广角变焦透镜系统是紧凑的，并且有良好的像差特性和高放大率。
第一透镜组中使用了包括一个具有负屈光力的凹面朝向物体的弯月形透镜的前组，以便减少置于物侧的透镜中所引起的像差。因此，就容易补偿象侧的透镜像差，且也容易安装全景功能的机构。
要达到上述目的，本发明提供了一种广角变焦透镜系统，该系统包括自物侧按各自的顺序按序安置的一个具有正屈光力的第一透镜组和一个具有负屈光力的第二透镜组。变焦时，第一透镜组和第二透镜组之间的距离是可变的。第一透镜组包括一个具有负屈光力的前透镜组和具有正屈光力的后透镜组，上述透镜组从物侧按各自的顺序按序安置。前透镜组包括一个凹面朝向物体的且具有负屈光度的弯月形透镜，而后透镜组至少包括四个具有正屈光力或负屈光力的透镜，其中[条件1]4.5＜|fF/fW|＜13[条件2]0.005＜|K/fF|＜0.07；以及[条件3]20＜|(fbW·fF)/fW|＜100这里fF第一透镜组的前组的焦距，fW在最广角位置处的广角变焦镜头的焦距(变焦镜头的最短可变焦距)，
K在第一透镜组中最靠近象平面的透镜表面沿光轴到后主点(第二主点)的距离，其中把朝向象平面的方向定义为正号，以及fbW在最广角位置处的后焦距。
本发明还提供了广角变焦透镜系统，其中第一透镜组的后透镜组包括一个正透镜、一个凹面朝向物体的负透镜，以及两个正透镜，这些透镜从物侧各自按序放置，其中[条件4]0.85＜M/fW/＜1.5；以及[条件5]0.05＜dT/fT＜0.055这里M在第一透镜组中从最靠近物体的透镜表面沿光轴到最靠近像平面的透镜表面的距离，fT在远摄位置的广角变焦镜头的焦距，以及dT在第一透镜组中从最靠近象平面的透镜表面沿光轴到第二透镜组中最朝向物体的透镜表面的光轴的距离。
此外，本发明提供一种广角变焦透镜系统，其中第二透镜组包括一个凸面朝向像平面的正透镜、一个凹面朝向物体的负透镜、以及一个凸面朝向象平面的负透镜，这些透镜从物侧各自按序放置，其中[条件6]0.35＜|f2/fW|＜0.55在此f2第二透镜组的焦距。
本发明的细节将结合附图进一步说明。附图，它与说明书结合并构成说明书的一部分，说明本发明的优选的实施例，并与说明书一起用于说明本发明的原理。
图1A和1B是本发明的第一个实施例分别在广角和远摄位置时的广角变焦镜头的剖面图。
图2A和2B所示是按照本发明的第一个实施例分别在广角和远摄位置处有关广角变焦镜头的各种像差的范围。
图3A和3B是按照本发明的第二个实施例分别在广角和远摄位置处的广角变焦镜头的剖面图。
图4A和4B所示是按照本发明的第二个实施例分别在广角和远摄位置处有关广角变焦镜头各种像差的范围。
图5A和5B是按照本发明的第三个实施例分别在广角和远摄位置处的广角变焦镜头的剖面图。
图6A和6B所示是按照本发明的第三个实施例分别在广角和远摄位置处有关广角变焦镜头的各种像差的范围。
现在详细说明本发明的第一、二和第三个实施例，它们分别参照图1A和1B、3A和3B、5A和5B中说明。如果可能的话，在所有附图中，相同的标号将用来指同样的或类似的部件。
为便于了解本发明的广角变焦透镜系统的结构和操作，正如在此所概括的，首先集中介绍本发明的上述三个实施例的变焦透镜系统。
图1A和1B、3A和3B以及5A和5B所示是广角变焦镜头的实施例。在图1A、1B、3A、3B、5A和5B中，rx表示表面x的曲率半径，Nx表示光学元件x的折射率，dx表示在光学表面x和光学表面x＋1之间的距离，而Vx表示光学元件x的阿贝数。被成象的物体大约置于位置A处，而象平面大约位于位置B。广角变焦镜头可选择地包括中心快门S。
广角变焦透镜系统正如在此所概括的，包括从物侧各自按序安置的一个具有正屈光力的第一透镜组I一个具有负屈光力的第二透镜组II。在变焦距过程中，在第一透镜组I和第二透镜组II之间的距离是变化的。第一透镜组I包括一个具有负屈光力的前透镜组L1和一个具有正屈光力的后透镜组L2，这些透镜从物侧各自按序安置。前透镜组L1包括一个具有负屈光力的且凹面朝向物体的弯月形透镜，而后透镜组至少包括四个具有正或负屈光力的透镜，其中[条件1]4.5＜|fF/fW|＜13[条件2]0.005＜|K/fF|＜0.07；以及[条件3]20＜|(fbW·fF)/fW|＜100这里fF第一透镜组的前组的焦距，fW在最广角位置处的广角变焦透镜的焦距，K在第一透镜组中最靠近象平面的透镜的表面沿光轴到后主点(第二主点)的距离，其中把朝向象平面的方向定义为正号，以及fbW在最广角位置处的后焦距。
广角变焦系统的第一透镜组的后透镜组L2，正如在此所概括的，优选地包括从物侧各自按序安置的一个正透镜、一个凹面朝向物体的负透镜以及两个正透镜，后透镜组L2满足下述条件[条件4]0.85＜M/fW/＜1.5；以及[条件5]0.05＜dT/fT＜0.055这里
M在第一透镜组中从最靠近物体的透镜表面沿光轴到最靠近像平面的表面的距离，fT在远摄位置的广角变焦镜头的焦距(变焦镜头的最大可变焦距)，和dT在第一透镜组中从最靠近象平面的透镜表面沿光轴到第二透镜组中最靠近物体的透镜表面的距离。
广角变焦透镜系统的第二透镜组II，正如在此所概括的，优选地包括一个凸面朝向象平面的正透镜、一个凹面朝向物体的负透镜，以及一个凸面朝向象平面的负透镜，这些透镜从物侧各自按序安置，第二透镜组满足下述条件[条件6]0.35＜|f2/fW|＜0.55这里f2第二透镜组的焦距。
在广角变焦透镜系统中，条件1确定了第一透镜组的前透镜组的最佳光学焦距范围。在比条件1的上限高的范围内，前组的屈光力变弱，亦即使得整个光学系统的反焦(retrofocal)特性变弱，这就难以保证后焦距。相反，在比条件1的下限低的范围内，前透镜组的屈光力变得太高，难以补偿在广角位置时的慧差。
条件2确定了在第一透镜组中从最靠近象平面的透镜沿光轴到后主点的距离。在比条件2的上限高的范围内，第一透镜组的后主点变成与第一透镜组分开，且反焦(retrofocal)特性变得太强，这使得慧差和像散不能接受。相反，对比条件2的下限低的范围，就难以同时保证在广角位置时的后焦距和在远摄位置时在第一透镜组和第二透镜组之间的距离。
条件3确定了在前组的广角位置上焦距和后焦距之间的最佳关系。在比条件3的上限高的范围内，前透镜组的屈光力变弱，这使得破坏了整个变焦透镜系统的反焦结构。这是当试图强行确保在广角位置时的后焦距时出现的，在这种情况下，就难于保持在远距照相位置上的第一透镜组和第二透镜组之间的距离。相反，在比条件3的下限低的范围内，前组的屈光力变得极强，这使得在远摄位置时的慧差不能接受。
条件4确定在后透镜组中从最靠近物体的透镜表面沿光轴到最靠近像平面的透镜的光学距离。在比条件4的上限更高的范围内，后透镜组变厚，这使得整个透镜系统的尺寸变大。相反，在比条件4的下限更低的范围内，整个透镜系统的尺寸变小，而畸变和慧差变得大的不能接受。
条件5确定在远摄位置上第一透镜组和第二透组之间的最佳距离。在比条件5的上限更高的范围内，在远摄位置时的慧差变得不能接受。相反，在条件5的下限更低的范围内，可以方便地补偿慧差，但要设计一个用于驱动这样的透镜系统的机构是既困难又不实际的。
条件6确定后组的最佳焦距。在比条件6的上限更高的范围内，后组的屈光力变弱，这使得用于变焦操作的后组位移变长，而且整个透镜系统的全部长度变长。相反，在比条件6的下限更低的范围内，后透镜组的屈光力变弱，这就难以补偿畸变和慧差。
当满足上述条件时，各种像差可以如图2A和2B所示的获得补偿。作为一个例子，图2A和2B示出球面像差、像散及畸变。因此，就可能具有一个容易安装的用于全景功能的机构，并能实现结构紧凑的且具有良好光学性能及高放大率的广角变焦透镜系统。
下面更具体地逐个讨论按照本发明的第一、第二及第三个实施例的每一个的广角变焦透镜系统。
实施例1图1A和1B涉及按照本发明的第一个实施例的广角变焦透镜系统。图2A和2B所示为本发明的第一个实施例的广角变焦透镜系统所具有的各种像差的范围，而且应该是自我说明的。一组关于广角变焦透镜系统的第一个实施例的典型参数值列于表1。
其中，FNO是F数(焦距/透镜的有效直径)；f是焦距，以毫米为单位；fB是后焦距，以毫米为单位；2^1是视角；r是曲率半径；d是透镜厚度或间隔距离，以毫米为单位；N是d线的折射比；而^n是透镜的阿贝常数。
表1FNO＝3.85到11.3f＝29.003到84.9372ω＝73.90°到30.4°fB＝8.50to53.90表面序号数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条件1到6的值如下[条件1]|fF/fW|5.001[条件2]|K/fF|0.019[条件3]|(fbW·fF)/fW|42.504[条件4]M/fW0.955[条件5]dT/fT0.029[条件6]|f2/fW|0.487
实施例2图3A和3B涉及按照本发明第二个实施例的广角变焦透镜系统。图4A和4B所示是上述第二个实施例的广角可变焦距透镜系统在不同的变焦透镜系统位置上所具有各种像差的范围，而且应该是自我说明的。表2提供了一组关于广角可变焦距透镜系统的第二个实施例的典型参数值。
表2FNO＝3.85至9.54f＝28.997到74.9722ω＝72.90°到31.97°fB＝8.00到46.020表面数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条件1到6的值如下[条件1]|fF/fW|5.002[条件2]|K/fF|0.032[条件3]|(fbW·fF)/fW|40.004[条件4]M/fW0.900[条件5]dT/fT0.034[条件6]|f2/fW|0.500
图5A和5B涉及按照本发明第三个实施例的广角变焦透镜系统。图6A和6B所示是上述第三个实施例的广角变焦透镜系统在不同的变焦透镜系统位置上所具有的各种像差的范围，而且应该是自我说明的。表3提供了关于广角变焦透镜系统的第三个实施的一组典型参数值。
表3FNO＝3.85到9.95f＝28.987到74.8662ω＝73.90°到30.39°fB＝7.98到45.54表面数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条件1至6的值如下[条件1 ]|fF/fW|10.011[条件2]|K/fF|0.008[条件3]|(fbW·fF)/fW|79.925[条件4]M/fW1.001[条件5]dT/fT0.033[条件6]|f2/fW|0.450
如已经说明和图示的那样，按照本发明的广角变焦透镜系统通过采用包括在第一透镜组中凹面朝向物体的负透镜的前组，它具有下述优点结构紧凑，具有高放大率和长的后焦距，当在广角位置时大于70°，并具有良好的成像性能。此外，视角可以于补偿像差，因此，广角变焦透镜具有良好的像差性能。特别是，它易于安装用于全景功能的机构，而且也改进了广角变焦透镜的可靠性。
对于本领域普通技术人员，本发明的其它实施例当考虑到在此所公开的本发明的说明的实践时将是显而易见的。上述说明及例子打算考虑只作为说明性的，而本发明真正的保护范围和精神是由所附权利要求书限定。
例如，本发明的实施例采用了35mm静止图片规格的胶片，但是也可以按照本发明制作用于不同规格和用途的其它镜头。此外，本发明的镜头并不限于中心快门照相机，也可用于其它照相机，例如用于焦平面快门照相机。
权利要求
1.一种具有可变总焦距的变焦透镜系统包括一个具有正屈光力的第一透镜组和一个具有负屈光力的第二透镜组，这些透镜组从物侧各自按序安置，在变焦时，第一透镜组和第二透镜组之间的距离是可变的；其中，第一透镜组包括一个具有负屈光力的前组和一个的具有正屈光力的后组，这些透镜组从物侧各自按序安置；其中第一透镜组的前组包括一个凹面朝向物体且具有负屈光力的弯月形透镜，而第一透镜组的后组至少包括四个具有正或负屈光力的透镜；以及其中4.5＜|fF/fW|＜13；0.005＜|K/fF|＜0.07；以及20＜|(fbW·fF)/fW|＜100这里fF第一透镜组的前组的焦距，fW变焦镜头的最短可变焦距，K在第一透镜组中，从最靠近象平面的透镜表面沿光轴到后主点(第二主点)的距离，其中朝向象平面的方向被定义为具有正号，和fbW在最短可变焦距时的后焦距。
2.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征是后组包括一个正透镜、一个凹面朝向物体的负透镜、以及两个正透镜，这些透镜从物侧各自按序安置，其中0.85＜M/fW/＜1.5；以及0.05＜dT/fT＜0.055其中M在第一透镜组中从最靠近物体的透镜表面沿光轴到最靠近像平面的透镜表面的距离，fT变焦镜头的最长可变焦距，dT在第一透镜组中从最靠近象平面的透镜表面沿光轴到第二透镜组中最靠近物体的透镜表面的距离。
3.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征是第二透镜组包括一个凸面朝向像平面的正透镜、一个凹面朝向物体的负透镜、以及一个凸面朝向像平面的负透镜，这些透镜从物侧各自按序安置，其中0.35＜|f2/fW|＜0.55这里f2第二透镜组的焦距。
4.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征是变焦透镜系统在最短可变焦距时是广角镜头。
5.如权利要求4所述的变焦透镜系统，其特征是在最长可变焦距时，变焦透镜系统是远摄镜头。
6.如权利要求5所述的变焦透镜系统，其特征是进一步包括一个中心快门。
7.如权利要求2所述的变焦透镜系统，其特征是在最短可变焦距时，变焦透镜系统是广角镜头。
8.如权利要求7所述的变焦透镜系统，其特征是在最长可变焦距时，变焦透镜系统是远摄镜头。
9.如权利要求8所述的变焦透镜系统进一步包括一个中心快门。
10.如权利要求3所述的变焦透镜系统，其特征是在最短可变焦距时，变焦透镜系统是广角镜头。
11.如权利要求10所述的变焦透镜系统，其特征是在最长可变焦距时，变焦透镜系统是远摄镜头。
12.如权利要求11所述的变焦透镜系统进一步包括一个中心快门。
全文摘要
广角变焦镜头。第一透镜组具有正屈光力，而第二透镜组具有负屈光力。变焦时二透镜组之间距离可变。第一透镜组有一负屈光力前组和一正屈光力后组。前组有一凹面朝物体且有负折射力的弯月形透镜，后组有至少四个具正或负屈光力的透镜，其中4.5＜|f
文档编号G02B15/16GK1116717SQ94113100
公开日1996年2月14日 申请日期1994年12月20日 优先权日1993年12月22日
发明者李海镇 申请人:三星航空产业株式会社