CN102625920A

CN102625920A - 有高光瞳放大率的无焦伽利略附件透镜

Info

Publication number: CN102625920A
Application number: CN2010800255388A
Authority: CN
Inventors: J·A·弗拉齐尔; J·B·卡尔德威尔
Original assignee: FM Assets Pty Ltd
Current assignee: FM Assets Pty Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2012-08-01
Also published as: DE112010001784T5; JP2010256846A; WO2010126568A1; US20090237810A1; GB201120348D0; US7808718B2; GB2482099A

Abstract

一种无焦伽利略附件透镜(10)被公开，其透镜沿光轴(AL)包括：有总的负的光焦度的第一透镜组(108)和有总的正的光焦度的第二透镜组(109)。该第一和第二透镜组被安排成定义伽利略配置。该透镜还有按孔径光阑(110)定义的出射和入射光瞳，有定义光瞳放大率PM＝D_EX/D_EN＞4的相应的直径D_EX和D_EN，而在一些实施例中PM＞10。该无焦伽利略附件透镜还有由LP＞200定义的长度参数，而在一些实施例中LP＞700。该无焦伽利略附件的极端长度，允许用于远处的或难以拍摄的物体的摄影或拍摄，同时还提供相对大的景深。

Description

有高光瞳放大率的无焦伽利略附件透镜

优先权要求

本申请要求于2009年4月27日递交的美国专利申请序列号No.12/387,001的优先权。

技术领域

本发明一般涉及用于静止或运动图像照相机，包含数字照相机、摄像机的光学系统，尤其涉及无焦附件透镜，且尤其涉及有高光瞳放大率的无焦伽利略型附件透镜。

背景技术

1998年3月10日授予Frazier的美国专利No.5,727,236，描述一种有广角透镜、深视场透镜和近聚焦透镜特征的光学系统。该光学系统的目的，在于获得深聚焦像，即，使它能拍摄前景中焦点对准的宏观物体，同时保持无限远还焦点对准。该美国专利No.5,727,236的系统，包括依次在光轴上对齐并被安排在透镜圆筒或镜筒中的物镜、场透镜和中继透镜。物镜形成的中间像，在场透镜上或靠近场透镜，不是在场透镜之前就是在场透镜之后。

该物镜可以被固定在无限无焦点并有宽的敞开的孔径，用于形成比用别的方式的普通用于这种焦距的物镜，更大尺寸的中间像。场透镜和中继透镜把该同一像传输成胶片平面上较小的最后像。该中继透镜是宏观透镜并可以有可变光阑和聚焦机构，因此物镜和场透镜不要求被用于孔径控制和聚焦。用于使中间像颠倒和翻转(复原)的别汉棱镜、屋脊棱镜、以及反射镜被设在场透镜和中继透镜之间的镜筒中。该别汉棱镜、屋脊棱镜和反射镜，确保在胶片平面上的最后像有最后像的正常取向(不是被颠倒和翻转)。这样的光学系统要求较大的光量以提供良好的景深。还有，该光学系统有大量的光学表面(即空气到光学介质的表面)。每一次光线不得不从空气传播到玻璃再到空气，像都有一些降质。在该光学系统中可以有多达50个空气到玻璃的表面。

此外，别汉棱镜或它的光学等效物和屋脊棱镜是庞大和重的，使该光学系统的大小和重量，比已经有时使用的Snorkel型透镜等其他情形更大和更重，但所有类型都必需改变照相机的设置并分开地把该透镜系统直接附着到照相机主体上。Snorkel透镜允许进入难以摄影的场合，包含桌面摄影(table-top photography)或地平面抵近摄影(ground-level access photography)。景深基本上与用普通透镜相同。

不利的是，这种透镜要求从照相机拆除变焦透镜。此外，这样需要时间以设置照相机。而且此外，这种Snorkel型透镜要求较高的光强级并由此有较高的照明费用。有像旋转器的双轴旋体光学透镜系统，已经被用于对付困难场合的放置和拍摄。像旋转器校正像的取向，以改正照相机的几何配置，即使照相机被倒置或斜向一边取向。光学透镜系统的旋体头(swivel tip)，借助使照相机保持离开地面，允许容易进入低的、地平面拍摄，或者不是下置拍摄就是在头顶上拍摄，同时照相机仍然处于水平取向。

然而不利的是，生产这种双轴旋体光学透镜系统是昂贵的，因为该系统有大量透镜元件和棱镜。通常，这种系统有高达15个左右物镜，用于处理不同的接收角。此外，该光学透镜系统把变焦透镜置于系统之前。各种透镜把相当大的重量添加到这些透镜被附着到的照相机的前端，并因旋体过于靠后而使整个长度变长。这样使该光学透镜系统和照相机不便于使用。因此，这样的透镜难以便宜地制作而用起来又麻烦。此外，操作这种透镜要求大量的光。通常，该光学透镜系统有F 5.6或更小(如F 8)的F光圈。

发明内容

本发明的第一方面，是一种无焦伽利略附件透镜。该透镜沿光轴以便从物方到像方包含：有总的负光焦度的第一透镜组，和有总的正光焦度并相对于第一透镜组安排的第二透镜组，以定义伽利略配置。该透镜还包含具有定义光瞳放大率PM＝D_EX/D_EN＞4的相应的直径D_EX和D_EN的出射和入射光瞳。

本发明的另一方面，是如在上面简要描述的无焦伽利略附件，其中PM≥6，更可取的是PM≥8，甚至更为可取的是PM≥10。

本发明的另一方面，是如在上面简要描述的无焦伽利略附件，其中该第一透镜组有第一表面和该第二透镜组有最后表面。顶点长度VL由该第一和最后表面之间的轴向距离定义。与光轴成1°角进入该系统，并在离光轴高度H1处与前表面相交的离轴光线，与最后表面SL在光轴上相交，H1与定义长度参数LP的顶点长度VL组合，被定义为LP＝|VL/H1|＞200，更可取的是LP＞300，更可取的是LP＞500，而甚至更可取的是LP＞700。

本发明的另一方面是一种成像系统，它包含有原始透镜的照相机，本发明的无焦附件可操作地被耦连到该原始透镜。

应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述两者给出本发明的实施例，意在提供理解按权利要求的本发明的性质和特征的概况或构架。附图被包含以提供对本发明的进一步理解，并被合并进和构成本说明书的一部分。这些图示出本发明的各个实施例，并与说明书一道起解释本发明的原理和操作的作用。

附图说明

图1是按照本发明一个实施例的广角、深景深、近聚焦光学系统的侧面立面图，包含负透镜单元的部分断面图；

图2是按照本发明另一个实施例的广角、深景深、近聚焦光学系统的侧面立面图，包含负透镜单元的部分断面图；

图3是按照本发明再一个实施例的广角、深景深、近聚焦光学系统的侧面立面图，包含负透镜单元的部分断面图；

图4是按照本发明又另一个实施例的广角、深景深、近聚焦光学系统的侧面立面图；

图5是按照本发明又再一个实施例的双的、广角、深景深、近聚焦光学系统的侧面立面图；

图6是按照本发明实施例的两种光学透镜附件的侧面立面图，它适合供摄像机或胶片摄影机使用；

图7是按照本发明又另一个实施例的光学透镜附件的侧面立面图，它适合供摄像机或胶片摄影机使用；

图8是按照本发明一个实施例的双旋体光学透镜系统的侧面立面图，它适合供摄像机或胶片摄影机使用；

图9是按照本发明另一个实施例的双旋体光学透镜系统的侧面立面图，它适合供摄像机或胶片摄影机使用；

图10是无焦附件的第一例子(例1)的示意图解，示出表征该无焦附件的有用参数的许多关键测量；

图11是图10例1的子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图；

图12是例1在像高IH＝3mm时的畸变的曲线图；

图13是本发明的无焦附件第二例子(例2)的示意图解；

图14是例2的子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图；

图15是例2在像高IH＝3mm时的畸变的曲线图；

图16和图17是本发明的无焦附件第三例子(例3)分别对无限无焦点和近焦点的示意图解；

图18和图19是例3分别对无限远和近焦点位置两者的子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图；

图20和图21是例3在像高IH＝3mm时分别对无限远和近焦点位置两者的畸变的曲线图；

图22是本发明的无焦附件第四例子(例4)的示意图解；

图23是例4的子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图；

图24是例4在像高IH＝3mm时的畸变的曲线图；

图25是本发明的无焦附件第五例子(例5)的示意图解；

图26是例5的子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图；

图27是例5在像高IH＝3mm时的畸变的曲线图；

图28是本发明的无焦附件第六例子(例6)的示意图解；

图29绘出例6无像差情形的通过焦点的MTF曲线，图上示出用2个波的球差加深的的焦深；和

图30是无焦附件的示意图解，如图所示，该无焦附件可操作地被连接到照相机CA的原始透镜PL。

在下面的描述中，相同的参考数字被用于指相同或类似的元件。

具体实施方式

现在详细参考本发明的当前优选实施例，这些优选实施例的例子都在附图中示出。只要可能，相同或类似的参考数字在所有图中都被用于指相同或类似的零件。可以在本发明范围内对下面的例子作出各种修改或改变，不同例子的各方面可以按不同方式被混合，以获得再一个例子。所以，本发明的真实范围应当从本公开的整个内容理解，可以考虑但不限于本文所描述的实施例。

广角、深景深、近聚焦光学系统在下文被公开。光学透镜附件和包括光学透镜附件的照相机也在下文描述。再进一步，双旋体光学透镜系统和包括该双旋体光学透镜系统的照相机在本文后面描述。在下面的描述中，许多具体细节，包含特定胶片格式、透镜材料、特定角度的棱镜单元、耦连机构、镜筒长度、棱镜单元等被阐明。然而，从本公开，本领域熟练技术人员应当明白，在不偏离本发明的范围和精神下，可以作出修改和/或替换。在其他情况中，具体的细节可以被省略，以便不遮蔽本发明。在任何一个或更多附图中要参考有相同或类似参考数字的零部件的地方，那些零部件为了本描述的目的，都有相同的功能或操作，除非指出相反的意义。为了简明缘故，图中相同的零部件被给予相同的参考数字(如图1和2中负透镜群1110和1210)。

1.1广角、深景深、近聚焦光学系统

图1示出按照本发明一个实施例的广角、深景深、近聚焦光学系统1100。光学系统1100包括负透镜单元1110、任选的透镜圆筒1150(它可以是各种长度的任一种)、以及中继透镜1160，按上述次序被配置。中继透镜1160可以是宏观透镜。光学系统1100可以被安装在照相机的前面(未画出)。照相机可以是静止的或运动的图像照相机、摄像机、数字照相机、如此等等。在该(宏观)中继透镜1160后面，在一定距离上放置照相机的胶片平面1170，以便该光学系统的最后像被聚焦在该胶片平面1170上。胶片平面1170象征性地代表照相机中拍摄的像平面，或者代表数字照相机的或摄像机的电荷耦合装置(“CCD”)。透镜镜筒1150和中继透镜1160只被描绘成方块元件，因为许多这种类型的部件可以被采用而不偏离本发明的范围和精神。例如，任何数量的标准宏观透镜可以被使用。此外，系统1100的部件可以被改装，以适应所使用的宏观透镜。这类部件是本领域熟练技术人员熟悉的。此外，透镜镜筒1150在它的中心区被用点划线描绘，以指示透镜镜筒1150可以有许多不同长度的任一个，也不偏离本发明的范围和精神。较长的透镜是可取的。透镜镜筒的标准长度可以包含，例如1英尺(1’)、18英寸和2英尺(2’)。所使用的长度由包含如下的因素确定：负透镜单元的孔径的直径、(宏观)中继透镜的光焦度、和所使用的胶片或视频格式(如，较小格式导致较长的透镜)。在本发明的一个实施例中，极端长的光学系统能够被建立。这样的一种系统可以在负透镜群或透镜(用作物镜)与宏观中继透镜之间包括两英尺(2’)的长管。负透镜单元1110作为物镜起作用。各种光焦度的负透镜1110能够被使用，所以能够有接收角的选择。负透镜单元1110可以按各种不同方式实施，只要该单元的功能仍然是负的。就是说，负透镜单元使入射的平行光线从负透镜单元出射，仿佛该光线是从负透镜单元的入射侧上的焦点射出似的。此外，单元1110可以包括正的和负的透镜元件两者，只要该组合的整体功能仍然是负的。任何正透镜都是低光焦度的正透镜元件且负透镜单元的整体功能仍然是负的。

在图1所示实施例中，负透镜单元1110包括负透镜群。该负透镜群可以包括(图1中从左到右)：平凹透镜1114、双凹透镜1116、和双合透镜1118。双合透镜1118可以包括与平凸透镜胶合的双凹透镜。在本实施例中，负透镜单元1110还包括镜筒壳1112，透镜1114、1116和1118被收藏其中。透镜1114和1116两者被安置于形成在镜筒壳1112内表面的环形沟槽中用于互补配合(complementary fit)。

光学系统1100只包括作为物镜的负透镜单元1110和中继(宏观)透镜1160。系统1100不需要场透镜。系统1160也不需要别汉棱镜或它的等效物、屋脊棱镜、或反射镜。本发明该实施例利用负透镜群或透镜，而非正透镜。这一点与使用正透镜的现有系统相反，该正透镜产生倒立的像并需要使用反射镜和棱镜校正像的取向。换种方式，这可以用一系列等间隔的、正的场透镜或中继透镜实现。此外，现有系统中正透镜的使用要求使用场透镜把(正的)物镜的像放大。负透镜单元1110作为物镜的使用简化该光学系统1100，因为被(宏观)中继透镜1160聚焦的像已经按正确方式直立。

因为负透镜像的大小，不需要场透镜把该像放大。负的物镜单元1110的大小要求，更多地受宏观中继透镜1160的光焦度和要求的工作距离、负透镜单元的孔径大小、宏观中继透镜的光焦度、以及使用的胶片或视频格式所支配。如果一比一的100mm宏观中继透镜给出一英尺(1’)的工作距离，则一比一的200mm宏观中继透镜给出两英尺(2’)的工作距离。例如，55或60mm宏观中继透镜能够提供良好的深聚焦。在这样一个实施例中，负透镜单元1110接近宏观中继透镜1160。这样在静止摄影应用的实施例中能够是明显的优点，例如，因为负透镜单元1110(即用作物镜)能够是附件上一简单的螺栓。在本发明的其他实施例中，宏观中继透镜1160可以包括变焦透镜或变焦透镜部件。在本发明的实施例中，有实质上很少的空气到玻璃到空气的表面，从而几乎没有像降质或像降质实际上为零。例如，在本发明的一个实施例中，只有两个或三个这种空气到玻璃到空气的表面。

如果正透镜被一前一后地使用，负透镜少有广角的。负透镜单元1110可以包括变焦透镜中使用的可移动变焦部件，且非常满意地作为物镜工作。负透镜群1110组合正的和负的透镜元件，但功能仍然是负的。

1.2另一种广角、深景深、近聚焦光学系统

图2按照本发明的另一个实施例，示出广角、深景深、近聚焦光学系统1200。光学系统1200包括负透镜单元1210、任选的透镜圆筒1250、以及宏观中继透镜1260，也按上述次序被配置。光学系统1200可以被安装在上文指出类型的照相机的前面(未画出)。负透镜单元1210可以按各种不同方式实施，只要该单元的功能仍然是负的。就是说，负透镜单元使入射的平行光线从负透镜单元出射，仿佛该光线是从负透镜单元的入射侧上的焦点射出似的。

单元1210可以包括正的和负的透镜元件两者，只要该组合的整体功能仍然是负的。任何正透镜都是低光焦度的正透镜元件且负透镜单元的整体功能仍然是负的。在图2所示实施例中，负透镜单元1210包括负透镜群。该负透镜群可以再包括：平凹透镜1214、双凹透镜1216、和双合透镜1218。双合透镜1218可以包括与平凸透镜胶合的双凹透镜。这些部件被收藏在镜筒壳1212中。

宏观中继透镜1260后面，在一定距离上放置照相机的胶片平面1270，以便该光学系统的最后像被聚焦在该胶片平面1270上。图2所示系统1200是简单的“探头”型深聚焦透镜，它可以用于摄像机和电影摄影机，包含35mm、16mm和各种视频格式。

负透镜群1210可以与图1所示相同地被配置，并可以是使像变焦的变焦透镜中所使用的类型。任选的Aspheron或Aspheron型附件1280也可以使用。任选的Aspheron或Aspheron型附件1280能够校正线性畸变并能够增大广角。Aspheron型负透镜1280保持像线性而没有令人讨厌的畸变(gross distortion)，以及增大接收角。再次，长的透镜镜筒1250和宏观中继透镜1260只被描绘成方块元件。在本发明的本实施例中，长的光学系统被提供。宏观中继透镜1260可以是55、60、105或200mm透镜。宏观中继透镜模块可以包括聚焦控制机构1262和孔径控制机构1264。

在本发明的其它实施例中，宏观中继透镜1260可以包括变焦透镜或变焦透镜部件。任选地，系统1200可以有被耦连在镜筒1250和宏观中继透镜1260之间的辅助透镜1266。辅助透镜1266允许使用更短的透镜镜筒。辅助透镜1266能够是有用的，因为它使宏观透镜损失的光比或许不用它的情形更少。

1.3再另一种广角、深景深、近聚焦光学系统

图3按照本发明再另一个实施例，示出广角、深景深、近聚焦光学系统1300。光学系统1300包括负透镜单元1310和宏观中继透镜1360，按上述次序被配置。负透镜单元1310可以按各种不同方式实施，只要该单元的功能仍然是负的。就是说，负透镜单元使入射的平行光线从负透镜单元出射，仿佛该光线是从负透镜单元的入射侧上的焦点射出似的。单元1310可以包括正的和负的透镜元件两者，只要该组合的整体功能仍然是负的。任何正透镜都是低光焦度的正透镜元件且负透镜单元的整体功能仍然是负的。

在图3所示实施例中，负透镜单元1310包括负透镜群。该负透镜群可以包括：平凹透镜1314、双凹透镜1316、和双合透镜1318。双合透镜1318可以包括与平凸透镜胶合的双凹透镜。这些部件被收藏在镜筒壳1312中。光学系统1300可以被安装在上文指出类型的照相机(未画出)，例如静止照相机的前面。在宏观中继透镜1360后面，在一定距离上放置照相机的胶片平面1370，以便该光学系统的最后像被聚焦在该胶片平面1370上。图3所示系统1300可以作为数字和静止照相机(如35mm)的附件型深聚焦透镜被实施。

负透镜群1310可以与图1所示相同地被配置，并可以是使像变焦的变焦透镜中所使用的类型。负透镜单元1300使用配对的、旋入式组件直接耦连到宏观中继透镜(如55mm或60mm)。在本实施例中，负透镜单元1310有阳性旋入式构件，而宏观中继透镜1360有被连接到聚焦控制1362的对应的阴性旋入式接受器。聚焦控制1362和孔径控制1364被设在宏观中继透镜中。在本发明的其他实施例中，宏观中继透镜1360可以包括变焦透镜或变焦透镜部件。

1.4又另一种广角、深景深、近聚焦光学系统

图4按照本发明另外的实施例，示出广角、深景深、近聚焦光学系统1400。光学系统1400包括负透镜单元1410、色散棱镜1480、透镜镜筒1450、以及宏观中继透镜1460，按上述次序被配置。负透镜单元1410可以按各种不同方式实施，只要该单元的功能仍然是负的。就是说，负透镜单元使入射的平行光线从负透镜单元出射，仿佛该光线是从负透镜单元的入射侧上的焦点射出似的。单元1410可以包括正的和负的透镜元件两者，只要该组合的整体功能仍然是负的。任何正透镜都是低光焦度的正透镜元件且负透镜单元的整体功能仍然是负的。在本实施例中，如图4所示，负透镜单元1410包括单个负透镜。

换种方式，负透镜单元可以包括如图1到3任一图所示的负透镜群。在本实施例中，60度色散棱镜可以是实用的。此外，透镜镜筒1450被可旋转地耦连到宏观中继透镜1460，在其后布置的是胶片平面1470。宏观中继透镜1460包括孔径和聚焦控制机构(没有如图2和3那样分开地画出)。

在本发明的其他实施例中，宏观中继透镜1460可以包括变焦透镜或变焦透镜部件。如图4所示，负透镜单元1410被连接到棱镜1480的倾斜表面，因此单元1410相对于透镜镜筒1450的中心纵轴被调整成离轴的。该偏移状况允许透镜镜筒1450被旋转，以便在某些艰难位置中，诸如从地板的位置中，给出正确的照相机几何设置。因此，例如，照相机能够被置于地面上以便以难拍的角度捕获像。这样允许不费力地得到难以拍到的景观。透镜镜筒的旋转增强这种状况，例如，允许不费力的在头顶上拍摄或下置拍摄。

1.5再另一种广角、深景深、近聚焦光学系统

图5按照本发明另外的实施例，示出双广角、深景深、近聚焦光学系统1500。双透镜装备1500适合在航空器机身的固定大小隔间或照相机端口中(未画出)使用。两个宏观中继透镜1510、1510、512被固定就位，每一个面向并在光学上对准各自的负透镜单元1520、1520、1522。例如，宏观中继透镜1510、1510、1512可以是提供F 2.8能力的F 2.8 Micro-Nikon宏观中继透镜，它可以提供白天快门优先照相机设定和夜间孔径优先。例如，负透镜单元可以是55mm负透镜群。宏观中继透镜和负透镜单元，可以按上文所描述方式发挥功能并被构造。负透镜单元1520、1520、1522各相对于各自宏观中继透镜1510、1510、1512被夹持框1530固定就位，该夹持框1530可以由金属制成。按这种方式，不需要透镜镜筒。悬挂在夹持框1530下面的玻璃板1540把双透镜装备1500封闭在航空器机身内。在本实施例中，每一宏观中继透镜1510、1510、1512与负透镜单元1520、1520、1522的组合，给出100度角的视角。该视角是重叠的。对本发明的该实施例，例如两个35mm照相机可以代替一个70mm照相机使用。负透镜单元和宏观中继透镜可以被夹持在定位销配准(pin-registered)的定位框中的轴上。虽然本实施例画出两个负透镜单元和宏观中继透镜的组合，但借助本公开的本领域熟练技术人员显然清楚，包含单个负透镜单元和宏观中继透镜的组合的其他数量，可以被实现。在本发明的其他实施例中，宏观中继透镜1510、1512可以各包括变焦透镜或变焦透镜部件。在图1到5所示实施例中，宏观中继透镜可以包括可移动变焦透镜或可移动变焦透镜部件。

本发明前述实施例包含较少降质的像，因为部件很少从而空气到玻璃到空气的降质很小。同样，作为物镜的负透镜群使得到的像颠倒以改正取向，这样允许本发明的该实施例免除现有系统要求的反射镜和棱镜。在本发明的该实施例中，不同透镜长度都能够使用，使透镜适合不同照相机和胶片格式。

2.0镜筒式透镜附件概述

本发明在下文描述的实施例能提供巨大的景深。就是说，本发明的实施例提供广角、深景深、近聚焦光学系统。本发明的一些实施例借助把该光学透镜附件附着于变焦透镜，取消从照相机拆除变焦透镜的必要，从而节省设置照相机的时间。另外，本发明的实施例加深景深，这对桌面宏观摄影是有用的。还另外，本发明的实施例按上述那样做时，极大地降低光强级，从而降低要求的光量，由此节省照明的费用。

变焦透镜的“摄远”端的部分用途，仍然能够用于改变该主题的景深大小和接收角。在拍摄时，部分变焦能够被施行和实现。

光学透镜附件的两种形式在下文描述，即，直的前向取景单元和倾斜角(如60度)取景单元。因为围绕主轴旋转，倾斜角取景单元能够进入难以达到的透镜放置场合。诸如聚焦、孔径和变焦的控制，能够在随照相机提供的专用透镜上完成。

2.1直的前向取景镜筒式透镜附件

图6是方块图，示出两种光学透镜附件1630、1660，例如供摄像机或胶片摄影机的照相机1660使用。照相机1660有与它的光轴对准的变焦透镜1610。这种照相机的例子，包含Sony、JVC、有变焦透镜的Canon摄像机、或有变焦透镜的16mm或35mm电影胶片摄影机。光学透镜附件之一的1630，是按照本发明一个实施例的直的前向取景透镜附件。该附件1630包括耦连机构1632，用于与照相机1600的变焦透镜1610配对啮合。如图6所示，耦连机构1632自身包括外螺纹圆柱形阳性构件，用于与照相机的变焦透镜1610的内螺纹圆柱形阴性构件(未画出)配对相互啮合。其他耦连机构可以使用，不偏离本发明的范围和精神。例如，具有变焦透镜盖的对应适配的卡口型夹头设备，可以代替图6的螺纹阳性/阴性耦连机构1632。透镜圆筒或镜筒(下文简称“镜筒”)1638的一端被耦连到耦连机构1632。例如，镜筒1638可以有12到18英寸之间的长度，但其他镜筒长度也可以实行，不偏离本发明的范围和精神。

如图6所示，镜筒1638是细长的圆柱形构件，并有比耦连机构1632直径更小的直径，以便与变焦透镜1610啮合。因此，有圆柱形裙的圆锥形截头锥体段可以把该细长的镜筒1638连接到耦连机构1632。显然，如果耦连机构1632和镜筒1638的直径相同或基本相同，则圆锥形截头锥体段和裙可以省去。为了讨论的目的，圆锥形截头锥体段和裙被考虑成下文耦连机构的部件，因为这些部件的采用取决于对耦连机构1632的要求。

辅助透镜，它是特写透镜或瞄准器1634(下文简称“瞄准器”或“瞄准器透镜”)，在本实施例中被布置在镜筒1638和耦连机构1632之间。瞄准器1634把变焦透镜聚焦在负透镜单元1640上，下文将描述。因为瞄准器1634的直径大于镜筒1638的直径但小于耦连机构1632的直径，所以在本实施例中，瞄准器1634被收藏在圆锥形截头锥体段和裙中。然而，瞄准器1634的定位和壳体的变化可以被实行，不偏离本发明的范围和精神。

负透镜单元1640被耦连到细长的镜筒1638的另一端。本领域熟练技术人员孰知的任何数量的负透镜元件和/或负透镜群可以被实施，不偏离本发明的范围和精神。

任选地，附件1630也可以有透镜盖(如图6所示)，以便在镜筒1638的该端保护负透镜单元1640。耦连机构1632、瞄准器1634、细长的镜筒1638、以及负透镜单元1640，全部同心地与照相机1610的光轴对准。因此，按照本实施例的光学透镜附件1630，形成直的前向取景镜筒式透镜附件。负透镜单元1640使入射的平行光线从负透镜单元出射，仿佛该光线是从负透镜单元的入射侧上的焦点射出似的。该单元可以包括正的和负的透镜元件两者，只要该组合的整体功能仍然是负的。任何正透镜都是低光焦度的正透镜元件且负透镜单元的整体功能仍然是负的。

2.2斜角取景的镜筒式透镜附件

图6的其它光学透镜附件1660是按照本发明另外实施例的斜角取景的透镜附件。附件1660还包括耦连机构1662，用于与照相机1600的变焦透镜1610配对啮合。耦连机构1662能够与耦连机构1632有相同结构和配置，并且可以对之作适当变化和替换，如对耦连机构1632所描述。镜筒1668能够在一端(未画出)直接耦连到耦连机构1662。

而且，例如，镜筒1668可以有12到18英寸之间的长度，但其他长度也可以实行，不偏离本发明的范围和精神。然而，镜筒1668可以用旋转机构1666耦连到耦连机构1662，该旋转机构允许镜筒1668旋转360度，如在下文更详细的描述。旋转机构1666可以包括允许细长的镜筒旋转360度的旋转环组件。而且，如图6所示，镜筒1668有比耦连机构162直径更小的直径，以便与变焦透镜1610啮合。因此，有圆柱形裙的圆锥形截头锥体段，可以把细长的镜筒1668或旋转机构1666连接到耦连机构1662。在本实施例中，瞄准器1664被布置在镜筒1668和耦连机构1662之间。瞄准器1664把变焦透镜聚焦到负透镜单元1640上，下文将描述。

斜的棱镜构件1672被耦连到细长的镜筒1668的另一端。在图6所示实施例中，该棱镜构件1672是60度斜棱镜，但别的斜角棱镜可以被实施，不偏离本发明的范围和精神。负透镜单元1670相对于镜筒1668的纵轴被定位在棱镜1672的斜表面上。而且，本领域熟练技术人员周知的任何数量的负透镜元件和/或负透镜群，可以被实施，不偏离本发明的范围和精神。

此外，附件1660还可以有透镜盖(如图6所示)，以便在镜筒1668的该端保护负透镜单元1670。旋转机构1666允许斜棱镜1672从而负透镜单元1670旋转达360度。因此，按照本实施例的光学透镜附件1630，形成斜角取景镜筒式透镜附件。

负透镜单元使入射的平行光线从负透镜单元出射，仿佛该光线是从负透镜单元的入射侧上的焦点射出似的。该单元可以包括正的和负的透镜元件两者，只要该组合的整体功能仍然是负的。任何正透镜都是低光焦度的正透镜元件且负透镜单元的整体功能仍然是负的。

2.3另一种斜角取景的镜筒式透镜附件

又另一种光学透镜附件1760在图7示出，它包括按照本发明另外实施例的斜角取景透镜附件。该附件C360包括耦连机构1762，用于与照相机(未画出)配对啮合。耦连机构1762能够与耦连机构1632有相同结构和配置，并且可以对之作适当变化和替换，如对耦连机构1632所描述的。

正与其他实施例一样，各种耦连器，可以用于适应不同的照相机。镜筒1768能够在一端(未画出)直接耦连到有变焦能力的宏观透镜单元1780，该宏观透镜单元1780例如可以是F 2.8的100mm宏观透镜。接着，有变焦能力的宏观透镜单元1780被连接到耦连机构1762。然而，镜筒1768可以由合适的旋转机构耦连到宏观透镜单元1780，该旋转机构允许镜筒1768旋转360度。有变焦能力的宏观透镜单元1780不是有宏观模式的变焦透镜。在本实施例中，有变焦能力的宏观透镜单元1780聚焦在负透镜单元1770上。本实施例有专用的宏观透镜单元。

如图7所示，在本实施例中，混入式滤光器(drop-in filter)1782能够被布置在镜筒1768和有变焦能力的宏观透镜单元1780之间。该混入式滤光器可以是外部可旋转的拦一偏振器(one-stop polarizer)。宏观透镜单元1780可以包括聚焦环1766和手动变焦控制环1763，该变焦控制环1763能够任选地耦连到照相机本身的变焦控制开关(switch)。镜筒1768可以包括作为密封机构的光学平板1767以密封镜筒1768。此外，镜筒1768可以是适合快速装配到宏观透镜单元1780的附件。

各种镜筒长度都可以实现，以适应不同的格式。例如，可以有一个单元用于35mm胶片，而另一个单元用于其他格式。在一个实施例中，镜筒1768和斜棱镜1772可以是约300mm的长度且防水，以便成为可浸入水中的。

斜的色散棱镜1772被耦连到细长的镜筒1768的另一端。在本实施例中，棱镜构件1772是60度斜棱镜，但其他斜角棱镜可以被施行，不偏离本发明的范围和精神。负透镜单元1770相对于镜筒1768的纵轴被定位在棱镜1772的斜表面上。镜筒1768从而斜棱镜1772和负透镜单元1770，都能够被旋转360度。负透镜单元1770可以是非球面负透镜。

虽然图7的实施例已经作为斜角取景单元被描述，但本领域熟练技术人员应当明白，另一个实施例能够用像图6那样的直的前向取景单元实现。负透镜单元使入射的平行光线从负透镜单元出射，仿佛该光线是从负透镜单元的入射侧上的焦点射出似的。该单元可以包括正的和负的透镜元件两者，只要该组合的整体功能仍然是负的。任何正透镜都是低光焦度的正透镜元件且负透镜单元的整体功能仍然是负的。

再另外，照相机可以按照本发明的实施例被实施，它包括如前文所述具有照相机的变焦透镜的光学透镜附件，或者有具有变焦能力的宏观透镜单元的光学透镜附件。这种摄像机或胶片摄影机的例子是本领域熟练技术人员周知的。

3.0双旋体光学透镜系统概述

本发明下面的实施例能提供巨大的景深，它使前景和背景主题二者都对准焦点。这对桌面宏观摄影是有用的。又另外，本发明下面的实施例能以极大地被降低的光强级做到这一点，从而降低要求的光量，由此节省照明的费用。

本发明的一些实施例，通过把双旋体光学透镜附件附着于变焦透镜或宏观透镜，取消从照相机拆除变焦透镜或宏观透镜的必要，从而节省设置照相机的时间。本发明的一些实施例简单地附着于照相机已有的变焦透镜或宏观透镜，这能消除附加的光学装置和它们的相关费用。变焦透镜的“摄远”端的部分用途，仍然能够是用于改变主题的景深大小和接收角。在拍摄时，部分变焦能够被施行和实现。

3.1双旋体光学透镜附件

图8按照本发明的一个实施例，示出双旋体光学透镜系统1870的布置1800。附件1870能够供照相机1810，诸如摄像机或胶片摄影机使用。该系统1870作为照相机1810的双旋体光学透镜被实施，该照相机1810有附着于照相机1810的变焦透镜或宏观透镜，该变焦透镜或宏观透镜与照相机的光轴对准。这种照相机的例子，包含Sony、JVC、有变焦透镜的Canon摄像机、或有变焦透镜的16mm或35mm电影胶片摄影机。这些例子正是可供本发明的本实施例和其他实施例可以实现的照相机例子。

附件1870包括耦连机构1820，用于与照相机1810已有的变焦透镜或宏观透镜1812配对啮合。如图8所示，在本实施例中，耦连机构1820是外螺纹阳性圆柱形构件，用于与变焦透镜或宏观透镜1812的内螺纹阴性圆柱形构件(未画出)啮合。然而，本领域熟练技术人员周知的其他耦连机构可以被实施，不偏离本发明的范围和精神。例如，具有照相机1810的变焦透镜或宏观透镜1820的对应适配的卡口型夹头设备，可以代替图8的螺纹阳性/阴性耦连机构1820。

该系统包括有特写、瞄准器辅助透镜1880或宏观透镜1812的已有的变焦透镜。瞄准器透镜1880可以被安装在变焦透镜中，或者耦连到变焦透镜1812。其他配置可以被实施，只要瞄准器透镜1880被置于使已有的变焦透镜1812聚焦在负透镜单元1860上的位置，下文将讨论。瞄准器1880把变焦透镜1812聚焦在负透镜单元1860的虚像上。否则，宏观透镜1812被聚焦在负透镜单元上。变焦透镜或宏观透镜1812是该系统1870中的中继透镜。

圆柱形壳1834被耦连到耦连机构1820。任选地，圆柱形壳1834在靠近耦连机构1820一端适合接纳混入式滤光器系统1822，它最好从壳1834的顶表面被放入，如图8所示。圆柱形壳也形成像旋转器1830的一部分。最好是，像旋转器1830包括被布置在像旋转器1830内的别汉棱镜1832。别汉棱镜1832是能使像旋转的光学透镜元件。像旋转器1830有被耦连到别汉棱镜的可旋转的外套筒，该外套筒能够手动地围绕它的纵轴旋转，以便用别汉棱镜1832使像旋转。在一个另外的实施例中，道威棱镜(dove prism)(本领域熟练技术人员是周知的)可以被实施，取代像旋转器1830中的别汉棱镜。

道威棱镜是由截断的直角棱镜成形的反射式棱镜，它能使像倒置。双旋体附件1870还包括两个旋转机构1840，它们最好是旋转环。一个旋转环1840把像旋转器1830耦连到斜角的(按侧立面)壳1842，壳1842可以是三角形或大体三角形形式。斜角的壳1842有被布置在壳1842内的阿米西屋脊棱镜1844。棱镜1844能够使通过斜角壳1842的光偏折90°并同时使像倒置。

因此，通过像旋转器1830和变焦透镜(有瞄准器)或宏观透镜1812的纵向光轴，在图中是水平的，被阿米西屋脊棱镜1844转过90°，这样光轴在图中沿竖直向下方式取向。

如图8所示，另一个斜角的壳1850经由第二旋转环1840被耦连到斜角的壳1842。在斜角的壳1850的斜表面1854中，安装有前表面反射镜1852。斜角的壳1854在与反射镜1852相对的表面上被耦连到负透镜单元1860。负透镜单元1860作为物镜起作用且是密封的单元。本领域熟练技术人员周知的任何数量的负透镜元件和/或负透镜群，可以按负透镜单元1860被实施，不偏离本发明的范围和精神。负透镜单元的整体功能是负透镜。就是说，负透镜单元使入射的平行光线从负透镜单元出射，仿佛该光线是从负透镜单元的入射侧上的焦点射出似的。负透镜单元的一些元件可以是正透镜，只要它们都是低光焦度的正透镜元件且负透镜单元1860的整体功能仍然是负的。

各种光焦度的负透镜元件能够在负透镜单元1860中使用，所以能够选择接收角。负透镜单元1860可以按各种方式实施，只要该单元的功能仍然是负的。在图8所示实施例中，负透镜单元1860包括负透镜群。在图8中，负透镜单元1860包括(从左到右)：平凹透镜1862、双凹透镜1864、和双合透镜1866、1868。双合透镜1866、1868可以包括与平凸透镜1868胶合的双凹透镜1866。

负透镜单元1860可以是非球面负透镜。在斜角的壳1842和像旋转器1830之间的旋转环1840，允许负透镜单元1860、斜角的壳1854、及斜角的壳1842围绕通过像旋转器1830伸延的纵轴旋转，该纵轴在图8中按水平方式取向。在斜角的壳1842和斜角的壳1854之间的另一个旋转环1840，允许斜角的壳1854和负透镜单元1860围绕竖直轴旋转。

从负透镜单元1860入射侧焦点“发出”的光线，被90°反射(从水平到竖直)至阿米西屋脊棱镜1844。棱镜1844使光线转过90°并使像倒置。别汉棱镜1832能够用于使像旋转，因此像是正常(非倒置的)取向的，如同在负透镜单元1860的情形。照此，正确地取向的像总是能够通过调整像旋转器1830而被调正(dialed up)。瞄准器1880把变焦透镜1812聚焦在负透镜单元1860的入射侧的像上。不要求瞄准器1880把宏观透镜1812聚焦在负透镜单元上。

在本发明的前述实施例中，变焦透镜(有瞄准器)或宏观透镜1812被定位在附件1870后面，因而不会在附件1870前端增加重量。此外，变焦透镜1812能调整视场，代替在系统1870前端要求许多昂贵的物镜。有利的是，附件1870保持小型且轻得多。

3.2另一种双旋体光学透镜系统

图9按照本发明的另一个实施例，示出双旋体光学透镜系统1900。另外，附件1900能够供照相机(未画出)，如摄像机或胶片摄影机使用。对于图9，与图8有相同参考数字的那些零部件，都是相同的零部件并有相同功能或操作，除非指出相反的意义。只是为了简明缘故，这种零部件和它们的配置的描述，不在图9的描述中重复。

此外，可以对零部件做相应的修改和/或替换，如参照图8所描述的。附件1900包括负透镜单元1860、斜角的壳1850和反射镜1852、两个旋转机构1840、另一个斜角的壳1842和屋脊棱镜1844、以及像旋转器1830和别汉棱镜或道威棱镜1832。附件1900任选地可以有如图8所示的混入式滤光器系统1822，或者该零部件可以被省略。图8的耦连机构1820已被省略。

附件1900还包括有变焦能力的宏观透镜单元1910，它例如可以是F 2.8的100mm宏观透镜。接着，该有变焦能力的宏观透镜单元1910被连接到耦连机构1920。宏观透镜单元1910可以通过合适的旋转机构耦连到像旋转器1830，在这种情况中，像旋转器1830和斜角的壳1842之间的旋转机构1840可以省略。有变焦能力的宏观透镜单元1910不是有宏观模式的变焦透镜。在本实施例中，有变焦能力的宏观透镜单元1910聚焦在负透镜单元1860上。本实施例有专用的宏观透镜单元。

在本实施例中，混入式滤光器1950能够被布置在像旋转器1830和有变焦能力的宏观透镜单元1910之间。这可以是外部可旋转的拦一偏振器。宏观透镜单元1910可以包括聚焦环1940和手动变焦控制环1930，该变焦控制环1930能够任选地耦连到照相机本身的变焦控制开关。

本发明的实施例提供一种双旋体光学透镜系统，它能够简单地附着于照相机已有的变焦透镜(有瞄准器)或宏观透镜，从而消除附加光学元件的费用。负透镜单元由于极大地缩减透镜元件的数量而简单得多。此外，该系统所需的光量被极大地降低。例如，可以达到F 2.8或F 4的F光圈指数，取决于变焦透镜的可用最大孔径。一切控制，如孔径、聚焦和变焦，能够在该照相机的变焦透镜或宏观透镜上完成。该双旋体头光学透镜系统允许对其他方面麻烦的照相机和透镜单元有更大的通用性。

旋体的轴和像旋转器1830可以用电动机驱动。例如，这样做可以拍摄重复的片段。像旋转器可以用于“摇摆(dutch)”(角度调整)照相机，无需调整整个照相机或三脚架。本发明的实施例的可用景深，是在比其他系统低得多的光强级上达到的，因而时间和金钱二者都节省。

又另外，照相机可以按照本发明实施例实施，它包括如前文所述具有照相机1810的变焦透镜或宏观透镜1812的双旋体光学透镜系统。这种摄像机或胶片摄影机的例子，是本领域熟练技术人员周知的。

又另外，照相机可以按照本发明实施例实施，它包括如前文所述具有照相机的变焦透镜或宏观透镜的双旋体光学透镜附件，或有具有变焦能力的宏观透镜的双旋体光学透镜附件。这种摄像机或胶片摄影机的例子，是本领域熟练技术人员周知的。

3.3有高光瞳放大率的无焦伽利略附件

本透镜系统发明的一方面，是一种有高光瞳放大率的无焦伽利略附件光学系统(“无焦附件”)。现有技术的广角无焦附件，总是企图增加它们要附于其上的原始透镜的广角能力。在原始透镜是变焦的情形中，该广角附件几乎总是在变焦范围的短焦距极端上，企图增加有用的视场。“有用的视场”，意思是在短焦距位置上没有渐晕的明显增加。

相反，本发明的无焦附件一般准备供原有变焦透镜使用，该原有变焦透镜被调整到它的变焦范围的较长端，即，比较短端更靠近较长的一端。这是因为无焦附件有非常大的光瞳放大率，而将在变焦范围的较短端引起渐晕。此外，该无焦附件相对地长，为的是提供到达被摄对象的通路，该对象由于它们的位置，用别的办法是难以摄影的，而不是要向原有变焦透镜引进短的有效焦距(EFL)能力。

应当指出，现有技术的广角无焦附件被设计成尽可能小型。相反，本发明的无焦附件有意做得非常长，为的是提供较好的摄影通路，为用于使视场倾斜和/或旋转的棱镜和/或反射镜提供余地，以及还提供相对大的景深。

另外，现有技术的广角附件，如果畸变映射是无畸变的，则一般有小于2的光瞳放大率PM(即出射光瞳对入射光瞳的直径之比)，尽管PM在极端情形下可以增大到4或5。相反，本发明的无焦附件有实质上更大的光瞳放大率PM，如在下面更详细的讨论。

图10是无焦附件10的例子(例1)的示意图解，图上示出对表征该无焦附件有用的参数的许多关键测量，即光瞳放大率PM和长度参数LP，下面将给出定义。为参考起见，透镜的“物方”和“像方”被标出。

参考图10，无焦附件10包含沿光轴A1排列的前负透镜组108和后正透镜组109，该前负透镜组108有最物方的(most objectwise)“第一”或“前”表面SF，而该后正透镜组109有最像方的(mostimagewise)“最后”或“后”表面SL。透镜组108和109被这样排列，使无焦附件10有伽利略配置。无焦附件10有顶点长度VL，它被定义为前透镜表面SF和最后透镜表面SL之间的轴向距离(以毫米为单位)。此外，无焦附件10有半视场HFOV，它被定义为物空间中从光轴测量的以度数为单位的视场。全视场(FFOV)是2×HFOV。无焦附件10有孔径光阑110，被定位在最后表面SL处或按最后表面SL的像方位被定位，即，在最后表面SL的原始透镜侧上(如见图28)。

本领域熟练技术人员应当理解，出射光瞳和入射光瞳位置和大小，由孔径光阑110的位置和大小定义，且应当理解，各个的大小和位置，如何从无焦附件10的具体透镜设计参数确定。注意，当孔径光阑按最后透镜表面SL的像方位被定位时，出射光瞳和孔径光阑110有相同大小。因此，在下面的讨论中，孔径光阑和出射光瞳两者都以参考数字110标识。

入射光瞳是从无焦附件10前面看到的孔径光阑的像。它的位置由进入透镜前部直至越过光轴A1的主光线的路径伸延给出。对无焦附件10，这将是前部元件101像方的一段短距离，为便于图示起见没有画出。然而注意，入射和出射光瞳位置对光瞳放大率的计算是不要紧的，要紧的只是它们的直径。无焦系统的入射和出射光瞳各自的直径D_EN和D_EX，分别是入射和出射边缘光线高度的两倍，所以是容易被本领域熟练技术人员计算的。

无焦附件10的特征，在于相对于它的前表面SF的直径，有不寻常地大的长度。前表面SF的直径极大地依赖于FFOV。因此，参考图10的特写插图，常用的办法是，把参数H1定义为前表面SF与离轴光线OR1相交的高度，该离轴光线OR1与光轴A1成1°角进入该系统，并与最后表面SL在光轴上相交(未按比例画出)，注意，如果孔径光阑AS被定位在最后表面SL，则OR1将是1°的场角度的主光线。

光瞳放大率PM被定义为出射光瞳直径D_EX被入射光瞳直径D_EN除。D_EX和D_EN能够用跟踪通过系统的傍轴光线PR1方便地计算。该光线在高度P_EN＝1上平行于光轴进入系统。傍轴光线PR1的相交高度于是由P_EN给出。光瞳放大率于是能够被计算为：PM＝P_EX/P_EN＝P_EX。

本发明的无焦附件10以光瞳放大率PM＞4为特征，更可取是PM≥6，甚至更可取是PM≥8，而更为可取是PM≥10。

本发明的无焦附件10还以长度参数LP为特征，它被定义为：

LP＝|VL/H1|

这里符号|x|意为“x的绝对值”。在一个实施例例子中，LP＞200，更可取是LP≥300，甚至更可取是LP≥500，而更为可取是LP≥700。该长度参数是无焦附件10的相对长度的定量测量。

透镜设计领域的熟练技术人员能容易对本文所说任何透镜例子，以及对其设计是可得到的任何无焦附件透镜，或者可以从用于透镜的标准反向工程技术立刻被断定的无焦附件透镜，计算参数PM和LP。

无焦附件10设计的六个例子，连同MTF和畸变曲线，在下面阐述。MTF和畸变的计算，是把100mm傍轴透镜(未画出)放在无焦附件10的出射光瞳(110、210等等)上，然后评估位于离该傍轴透镜100mm的平面上的像差。所有六个无焦附件例子有伽利略负、正透镜组结构。对所有例子相同，出射光瞳被定位在离最后透镜表面SL160mm。这样允许有充足的余地使该附件的出射光瞳与无焦附件附着的原始透镜的入射光瞳匹配(见图28)。

在下面的例子中，S#＝表面编号，TYPE＝表面类型(即，标准为ST，非球面为ASPH)，R＝半径，T＝厚度，DIA＝透镜直径，OBJ＝物，IM＝像，INF＝无限远，STO＝孔径光阑，和PAR＝傍轴。所有测量都以毫米为单位，除非另外指出。

非球面表面由如下方程式描述：

Z＝r²/(R(1+(1-(1+k)r²/R²)^1/2))+C4·r⁴+C6·r⁶+C8·r⁸+C10·r¹⁰+C12·r¹²+C14·r¹⁴+C16·r¹⁶

这里Z是沿光轴方向从极坐标子午平面(polar tangent plane)测量的位移，r是径向坐标，R是基础曲率半径，k是圆锥常数，而Ci是第i阶非球面形变常数。

例1

无焦附件10的例1示于图10，并有如下透镜方案：

例1还有如下规格：

在例1中，正的组109是简单胶合双合透镜，因而它主要地校正球差，慧差、和纵向色差。5元件负的组108主要地校正畸变、像散、和横向色差。

图11是子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图。图12是像高IH＝3mm时的畸变的曲线图。两曲线图表明优良的成像性能。

例2

无焦附件10的例2示于图13，并有如下透镜方案：

例2还有如下规格：

正的组209包括四个元件(204、205、206和207)，并能实质上影响像散校正。209的基本结构类似于通常用于显微镜的管形透镜。负的组208相对简单，仅包括三个元件。无焦附件已被极好校正，并对该无焦附件所附着到的任何原始透镜的像差平衡，有可忽略的影响。

例#2代表接近GBO精巧空间(patent space)的一个极端的设计，其中PM和LP二者都相对地小。

图14是子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图。图15是在像高IH＝3mm时的畸变的曲线图。两曲线图表明优良的成像性能。

例3

无焦附件10的例3示于图16和图17，分别用于无限远和近焦点位置二者，并有如下透镜方案：

例3示出近聚焦可以在本发明中获得的方法。在例3中，近聚焦是通过增加把负的组308与正的组309分开的空气隙完成的。尤其是，从被定位在无限远的物聚焦到与前表面接触的物，是通过把厚度#6从453.1182mm增加到530.4587mm做到的。像质量对所有聚焦距离都极其高。

例3有如下规格：

图18和19是分别对无限远和近焦点位置两者的子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图。

图20和21是在像高IH＝3mm时分别对无限远和近焦点位置两者的畸变的曲线图。两曲线图表明优良的成像性能。

例4

无焦附件10的例4示于图22，并有如下透镜方案：

表面S3的非球面参数值如下(没有列出的那些参数值为零)：

例4有如下规格：

在例#4中，PM和LP已经分别被增加到13.33和776。为适当地校正畸变，第一元件401的第二表面已经被做成非球面形。第一元件401是由丙烯酸做成的，以允许在大规模生产中用廉价的铸模工艺。然而，该前面的元件401也能够由玻璃做成。

图23是子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图。

图24是在像高IH＝3mm时的畸变的曲线图。为确保系统有良好的线性再现(straight-line rendition)，已经对畸变曲线的形状给予特别关注。这是通过把场的0.7上的实像高度约束为等于全场实像高度的0.7倍而做到的。两曲线图表明优良的成像性能。

例5

无焦附件10的例5示于图25，并有如下透镜方案：

表面S3的非球面参数值如下(没有列出的那些参数值为零)：

例5有如下规格：

在例#5中，PM＝20和PL＝963，两者都相对地大。尽管如此，前面的组508仍然非常简单。如在例#4中，透镜元件501上的非球面表面(S#＝S3)被用于把畸变控制到可接受地低的值。

图26是子午(T)和弧矢(S)光线的每毫米25线对(lp/mm)的MTF(相对对比度)对像高的曲线图。图27是在像高IH＝3mm时的畸变的曲线图。两曲线图表明优良的成像性能。

例6

无焦附件10的例6示于图28，并有如下透镜方案：

表面S3的非球面参数值如下(没有列出的那些参数值为零)：

例6有如下规格：

例6为改进景深(或焦深)特性和修正离焦像再现质量，已经故意把过校正球差SA的2个波(即，对λ＝588nm的2λ)添加到设计中，除此之外与例3相似。在本例中假定，为了出现关键的临界锐度(critically sharp)，散焦像在每毫米100线对下，必须有至少0.1的对比度。

图29绘出例6的通过焦点的MTF曲线，作为与例6的无像差型式比较。图29的曲线表明，沿一个方向存在2个波(2λ)球差的焦深，与无像差的无焦附件的情形相比约为两倍大。无焦附件10的实施例例子，包含范围从约0.2个波到约2.5个波的球差选择量。常常是，在约0.7个波至约1个波之间的球差SA(不是欠校正就是过校正)，足以实质上提高焦深，同时保持成像质量(如MTF)足够地高。如本领域熟练技术人员所知，可容许的球差量取决于无焦附件10将被用于的具体应用。在某些例子中，高达10个波的球差可以被用于获得“柔焦”或“肖像”效应。

图30是成像系统700的示意图，其中无焦附件10可操作地被耦连到照相机CA的原始透镜PL。

大的景深

对给定的物距和弥散圆，景深大致与N/f²成比例，这里N是F#而f是焦距，如在Kingslake，“Optics in Photography”p.96所述，该书由SPIE在1992年出版。要使景深最大化，为此使用非常短焦距的透镜是大有帮助的。无焦附件按照f′＝f/PM修改它所附着的原始透镜PL的焦距，这里f是原始透镜的焦距，PM是无焦附件的光瞳放大率，而f′是所得到系统的焦距。因为按照本发明的附件有大的PM值，它们的作用剧烈地降低原始透镜的焦距，这又导致非常大的景深。与实际的情况有关，这样做允许物体既可以在透镜附近，也可以远离透镜，全都有良好的聚焦，与附件的极端的长度所提供的通到难以到达的空间的通路组合，有利于戏剧摄影和电影摄影(cinemagraphic)成像。

因此，本领域熟练技术人员显然明白，能够对本发明作出各种修改和变化而不偏离本发明的精神和范围。所以，应当承认，本发明覆盖这类修改和变化，这类修改和变化包括在所附权利要求书及其等效叙述的范围内。

Claims

1.一种无焦伽利略附件透镜，沿光轴包括：

第一透镜组，有总的负光焦度；

第二透镜组，有总的正光焦度，并被相对于第一透镜组安排，以定义伽利略配置；和

出射和入射光瞳，具有定义光瞳放大率PM＝D_EX/D_EN＞4的相应直径D_EX和D_EN。

2.按照权利要求1的无焦伽利略附件，其中PM≥6。

3.按照权利要求1的无焦伽利略附件，其中PM≥8。

4.按照权利要求1的无焦伽利略附件，其中PM≥10。

5.按照权利要求1的无焦伽利略附件，其中：

该第一透镜组有第一表面，该第二透镜组有最后表面，该第一和最后表面之间的轴向距离定义顶点长度VL；

离轴光线OR1，它与光轴成1°角进入该系统，并在离光轴高度H1处与前表面相交，且在光轴处与最后表面SL相交，据此定义长度参数LP＝|VL/H1|＞200。

6.按照权利要求5的无焦伽利略附件，其中LP＞300。

7.按照权利要求6的无焦伽利略附件，其中LP＞500。

8.按照权利要求7的无焦伽利略附件，其中LP＞700。

9.按照权利要求6的无焦伽利略附件，其中：

离轴光线OR1，它与光轴成1°角进入该系统，并在离光轴高度H1处与前表面相交，且在光轴处与最后表面SL相交，据此定义长度参数LP＝|VL/H1|＞300。

10.按照权利要求2的无焦伽利略附件，还包含在选定成像波长的约0.2个波和2.5个波之间的球差量SA。

11.按照权利要求10的无焦伽利略附件，还包含在约0.7个波和1个波之间的球差量SA。

12.按照权利要求1的无焦伽利略附件，其中该第一透镜组包括至少一个负弯月透镜元件。

13.按照权利要求12的无焦伽利略附件，其中该第二透镜组包括至少一个负透镜元件和至少一个正透镜元件。

14.按照权利要求13的无焦伽利略附件，其中该第二透镜组由两个负透镜元件和两个正透镜元件组成。

15.一种成像系统，包括：

有原始透镜的照相机；和

权利要求1的无焦附件，可操作地耦连到该原始透镜。

16.按照权利要求15的成像系统，其中该原始透镜具有包含较短端和较长端的变焦范围，且其中该原始透镜被安排在与它的变焦范围的较短端相比更靠近它的变焦范围的较长端处。

17.一种成像系统，包括：

有原始透镜的照相机；和

权利要求4的无焦附件，可操作地耦连到该原始透镜。

18.一种成像系统，包括：

有原始透镜的照相机；和

权利要求5的无焦附件，可操作地耦连到该原始透镜。

19.一种成像系统，包括：

有原始透镜的照相机；和

权利要求7的无焦附件，可操作地耦连到该原始透镜。

20.一种成像系统，包括：

有原始透镜的照相机；和

权利要求9的无焦附件，可操作地耦连到该原始透镜。