CN1152725A

CN1152725A - 超广角变倍率取景器

Info

Publication number: CN1152725A
Application number: CN96112077A
Authority: CN
Inventors: 金纹贤
Original assignee: Samsung Aerospace Industries Ltd
Current assignee: Hanwha Aerospace Co Ltd
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1997-06-25
Also published as: KR100256203B1; KR970048884A; JPH09197276A; DE19647667A1; US5717521A; JP4004579B2

Abstract

一种超广角变倍率取景器，包括物镜组、棱镜、目镜组。其中，物镜组包括四个透镜单元，用以生成物体的实像，由棱镜将所生成的实像变成正像，然后通过目镜组观察生成的正实像。该取景器满足下述条件：1.75<L_t/f_T<1.87其中，f_T为所述物镜组在远摄位置时的焦距，L_t为所述物镜组第一透镜单元表面到焦点距离。

Description

超广角变倍率取景器

本发明涉及一种小型超广角变倍率取景器，该取景器提供了一种用于镜头快门式照相机或摄像机上的实像变倍率取景器光学系统。

大多数小型照相机通常采用一种虚像取景器，例如阿尔巴达取景器或逆伽利略取景器。这些取景器具有相当宽的视野，而且由于无需棱镜来生成正像，所以这些取景器结构也较为紧凑。然而，上述取景器中靠近物体的镜头必须很大，取景器视场边缘区缘模糊。由于这些缺点，实像取景器已取而代之。而且，开发小型广角照相机的取景镜头时，用实像取景器会更精确。

在采用实像取景器的光学系统中，物镜组和会聚透镜组形成物体的像。通过目镜组能观察物体放大了的像。但由于视场边缘区域位于物镜组所形成的像上，因而限制了视场。这样，要用这种取景器生成物体的像，其结构就变得更加复杂、尺寸也更大。

如果要求光学系统的实像取景器是小型紧凑的，则当物镜生成的像不大时，可以获得广角视场。通过减小广角位置上物镜的焦距，能够得到上述效果。不过，当物镜焦距减小时，该物镜折光度增大，因而很难补偿像差。

因为上述困难，一直没能制成一种具有广角视场的小型实像取景器。使用中的实像取景器利用一种全景功能以使其紧凑。另外，也提出了其他的一些传统技术来减小带有广角镜头的实像取景器尺寸。

申请号为Hei6-102454的一项待审的日本专利公开了一种变倍率低于2.0的变倍率取景器。该取景器的缺点是第二透镜组的折光度太大，而且由于畸变像差的出现很难得到高于2.0的变倍率。

美国专利第4,842,395和第5,086,353公开了类似的取景器结构。这两种取景器的变倍率为2.0，并通过移动第一透镜组补偿像差。其缺点是装配相机时要额外插入一个防护玻璃罩。另外，由于这种相机有三个透镜组，使得第二透镜组的折光度过大，于是总的像差平衡很容易受到破坏。

针对上述技术中的缺点，本发明的目的之一就是提供一种超广角变倍率取景器，该取景器在超广角位置上具有71°以上的视场，同时基本上消除了现有技术中存在的问题。另外，本发明的另一目的是使所提供的取景器，无无论用于镜头快门式照相机中的还是摄像机中的实像变倍率取景器光学系统，从广角位置到远摄位置都具有良好的总的像差性能。

这里公开了一种超广角变倍率取景器。该取景器包括了一个具有总的正折光度的物镜组。此物镜组中的第一透镜单元有固定的位置，其物方折光度为负值。该物镜组中还有可移动的第二透镜单元，凸向物体并具有负折光度；还有另一可移动的第三透镜单元，具有正折光度。最后，该物镜组还包括了一位置固定的、具有正折光度的第四透镜单元。

上述取景器还有一正折光度的目镜组。移动第三透镜单元可以改变物体的放大倍数，移动第二透镜单元补偿视角的变化。另外，该取景器要满足下面的条件：

1.75＜L_t/f_T＜1.87

其中，f_T为远摄位置上物镜组的焦距，L_t为物镜组第一透镜表面到焦点的距离。

在下面的叙述中部分地提出了本发明的其他方面，而这些方面或从以下叙述变得很清楚，或可从对本发明的实施中体会出。

附图描述了本发明实施例并和叙述部分一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明第一最佳实施例的超广角变倍率取景器中透镜组在广角位置上的剖面示意图；

图2是图1所示装置在远摄位置上的剖面示意图；

图3A到图3C是根据本发明第一最佳实施例的超广角变倍率取景器在广角位置上的像差图；

图4A到图4C是相似于图3A到3C，但在远摄位置上的像差图；

图5是根据本发明第二最佳实施例的超广角变倍率取景器中透镜组在广角位置上的剖面示意图；

图6是图5所示装置在远摄位置上的剖面示意图；

图7A到图7C是根据本发明第二最佳实施例的超广角变倍率取景器在广角位置上的像差图；和

图8A到图8C是相似于图7A到图7C但在远摄位置上的像差图。

下面详细介绍本发明实施例，各实施例见附图。

参见图1、图2、图5或图6，本发明提供了一种超广角变倍率取景器。从该取景器的物侧开始(即从图的左边开始)，物镜组I形成了物体的一个实像。棱镜10将该实像转为正像后，传送到观察该正像的目镜组II。

具有正折光度的物镜组I包括：固定的第一透镜单元1，该透镜单元有一凸面并具有负折光度；可移动的第二透镜单元2，该透镜单元具有负折光度并可补偿视角的变化；可移动的第三透镜单元3，该透镜单元具有正折光度并能改变光学系统的倍率；固定的第四透镜单元4，该透镜单元具有正的折光度。第三透镜单元3包括至少一个非球面表面和至少两个正折光度的透镜。第四透镜单元4包括一凸向物方的透镜。另外，在第一透镜单元1和第四透镜单元4之间至少要设有一个非球面表面。目镜组II包括至少两个具有不同折光度并紧挨在一起的透镜。移动第三透镜单元可以改变物体的放大倍率，移动第二透镜单元补偿视角的变化。

像首先成在第四透镜单元4附近。移动目镜组II可以控制该取景器的视角。另外，在第四透镜单元4和目镜组II之间安装有棱镜10。

参照本发明的一个最佳实施例，下面介绍上述超广角变倍率取景器的工作过程。如图1，图2，图5或图6所示，物镜组I分为几个部分：变倍率部分，补偿部分和成像部分。这样就分散了折光度，使得倍率变化造成的像差变化不大。另外，折光度的分散使得整个变化区域内都具有良好的像差性能，而同时仍能保持相当紧凑的结构。

第一透镜单元1的负折光度很大，足以使在广角位置上的视角尽可能大。这样，第二透镜单元2的负折光度就无须很大。另外，合理分配第一透镜单元1和第二透镜单元2的折光度可以减小各种像差(即，球面像差，场曲等)。

根据本发明的最佳实施例，超广角变倍率取景器满足第一条件：

1.75＜L_t/f_T＜1.87……(1)

其中，f_T是物镜组I在远摄位置时的焦距，L_t是物镜组I第一透镜表面到焦点的距离。

如果比值L_t/f_T超出了条件(1)的上限，就很难得到小型的超广角变倍率取景器。若物镜组I的整体长度太大或不可能得到所需的放大倍率，那就会产生上面的情形。

如果比值L_t/f_T低于条件(1)的下限，那么由于第二透镜单元2和第三透镜单元3之间的距离太小，很难装配这样的系统。而且，由于整体长度太小而产生像差(即场曲)，无法获得所需性能。

根据本发明最佳实施例，所述超广角变倍率取景器满足第二条件：

4.90＜L_t/f_W＜5.6……(2)

其中，f_W是物镜组I在广角位置时的焦距。

如果比值L_t/f_W超出条件(2)的上限，由于物镜组I的焦距及其焦平面上的像高都很小，因此很容易获得紧凑的系统。但这样会造成目镜组II的放大倍率过大。此时物镜组I焦平面上的灰尘也会被放大，所以很难装配这样的系统。

如果比值L_t/f_W低于条件(2)的下限，由于整体长度变小会产生像差。这样，由于要增加焦距，就很难获得紧凑的系统。

根据本发明的最佳实施例，所述超广角变倍率取景器满足第三条件：

-0.77＜f_T/f_l＜-0.57……(3)

其中， f_l是第一透镜单元的焦距。

如果比值f_T/f_l超出条件(3)的上限，畸变像差会增大。其原因是第一透镜单元1的折光度过大或由于远摄位置的焦距较小而无法得到所需的放大倍率。

如果比值f_T/f_l低于条件(3)的下限，就无法获得广角位置时所需的视角。其原因是第一透镜单元1的折光度变小了。

根据本发明的最佳实施例，所述超广角变倍率取景器满足第四条件：

-0.27＜f_W/f_l＜-0.20……(4)

如果比值f_W/f_l超出了条件(4)的上限，那么整体长度变得更小。其原因是焦距f_W变小了。但由于目镜组II像差的产生而无法得到所需性能。发生这种情形的原因是物镜组I的像高和目镜组II的焦距都变小了。

如果比值f_W/f_l低于条件(4)的下限，就会打破像差平衡。其原因是第一透镜单元1的折光度过大。

根据本发明的最佳实施例，所述超广角变倍率取景器满足与放大倍率相关的第五条件：

2.75＜f_T/f_W＜3.05……(5)

如果比值f_T/f_W高于条件(5)的上限，就无法获得所需像差性能。其原因是当角度达到广角位置的超广角时，放大的角度增加。

如果比值f_T/f_W低于条件(5)的下限，可能获得某种较好的像差性能。但由于变焦距比值下降，所以难以得到具有高放大倍率的取景器。

满足条件(1)到条件(5)的广角变倍率取景器的非球面表面系数由下式表达：

x = \frac{{Cy}^{2}}{1 + {1 - (k + 1) C^{2} y^{2}}^{1 / 2}} + A_{4} y^{4} + A_{6} y^{6} + A_{8} y^{8} + A_{10} y^{10}

其中：

X为从透镜顶点开始的光轴距离；

y为到光轴的垂直距离；

C为曲率半径的倒数；

K为锥数；和

A₄，A₆，A₈，A₁₀为非球面系数。

下面表中给出了满足上述条件的值。其中，长度单位均为毫米。下面表中使用了如下变量：

ri(i＝1-16)为折射表面的曲率半径；

di(i＝1-16)为透镜厚度或两个透镜表面间距离；

nd为透镜的d线折射率；

γ为透镜的Abbe数；

m为整个光学系统的放大倍率；

ω为半视角。

表1所示各值适用于本发明第一实施例，其中视角2ω的范围是71.2°～23.9°，放大倍率m的范围是-0.30～0.87。

表1表面序号曲率半径(r_i) 厚度(d_i) 折射率(nd) Abbe数(γ)

1 104.016 1.00 1.49200 57.4

*2 12.397 变量

*3 9.047 1.29 1.49200 57.4 *4 5.000 变量*5 8.554 3.31 1.49200 57.46 -6.402 0.787 25.383 1.00 1.84666 23.88 25.383 1.72 1.48749 70.49 -24.496 变量*10 10.576 3.40 1.49200 57.411 ∞ 2.1312 ∞ 26.40 1.51680 64.213 ∞ 2.2414 30.292 4.47 1.56883 56.015 -8.184 1.00 1.72825 28.216 -24.237 19.00

其中，*代表非球面表面。

在本发明第一实施例中，上述透镜表面间的距离和非球面表面系数随视角变化的关系分别见表2和表3。

表2

2ω＝71.2° 2ω＝31.8° 2ω＝23.9°d2 3.583 4.167 1.571d4 10.811 1.984 1.200d9 9.96 18.197 21.606

表3

第二表面第三表面第四表面K 0.3050709E+1 -0.2010966E+2 -0.1104189E+2A4 -0.1696768E-3 -0.2033045E-2 0.1863622E-2A6 0.2841211E-4 0.1555063E-3 -0.3193484E-3A8 0 -0.3492197E-4 -0.7050969E-5A10 0 0.1386070E-5 0.1681307E-6

第五表面第十表面K -0.1564095E+2 -0.2165626E+3A4 0.6996547E-3 0.1724542E-2A6 -0.3104219E-4 0.6655328E-4A8 -0.2890336E-5 -0.6791355E-5A10 0.1358639E-6 0.1214678E-6

图3A到图3C和图4A到图4C分别表示了广角和远摄位置上第一实施例的优良的像差特性。

表4给出了适用于本发明第二最佳实施例的值，其中视角2ω的范围是71.2°～23.9°，放大倍率m的范围是-0.31～0.87。

表4表面序号曲率半径(r_i) 厚度(d_i) 折射率(nd) Abbe数(γ)1 141.932 1.00 1.49200 57.4*2 13.731 变量*3 8.079 1.29 1.49200 57.4*4 5.018 变量*5 8.238 3.20 1.49200 57.46 -7.066 0.10 7 -25.441 1.00 1.84666 23.88 25.441 1.65 1.48749 70.49 -30.530 变量*10 17.570 2.20 1.49200 57.411 -24.595 4.1512 ∞ 30.70 1.51680 64.213 ∞ 0.7014 30.292 4.47 1.56883 56.015 -8.184 1.00 1.72825 28.216 -24.237 19.00

其中，*代表非球面表面。

在本发明的第二最佳实施例中，上述透镜间的距离和非球面表面的系数随视角变化的关系见表5和表6。

表5

2ω＝71.2° 2ω＝31.8° 2ω＝23.9°d2 2.743 4.165 1.352d4 12.012 2.108 1.200d9 8.76 17.235 20.973

表6

第二表面第三表面第四表面K 0.4080533E+1 -0.3388649E+2 0.1407004E+2A4 -0.61492 98E-4 0.2999007E-2 0.5212587E-2A6 -0.2988882E-4 -0.5078958E-3 -0.7360252E-3A8 0 0.2299126E-4 0.3854404E-4A10 0 -0.5372258E-6 -0.8044870E-6

第五表面第十表面K -0.1899500E+2 -0.1500000E+3A4 0.1974032E-2 0.9918810E-3A6 -0.1631894E-3 -0.5604448E-4A8 0.5823079E-5 0.1536202E-5A10 -0.5372258E-6 0.1828773E-7

图7A到图7C和图8A到图8C分别表示广角和远摄位置上第二最佳实施例的优良的像差特性。

根据本发明的第一和第二最佳实施例，满足条件(1)到条件(5)的比值见表7。

表7

比值第一实施例第二实施例

L_t/f_T 1.80 1.82

L_t/f_W 5.27 5.18

f_T/f_l -0.66 -0.71

f_W/f_l -0.24 -0.23

f_T/f_W 2.85 2.93

如上所述，根据本发明最佳实施例，所述超广角变倍率取景器的效果在于能够通过减小物镜组的整体长度使得取景器结构紧凑。另外，本发明可以得到具有大于71°的超广角位置的视场，并且从广角位置到远摄位置都有良好的总像差性能。进一步说，本发明无论用于镜头快门式照相机上的还是摄像机上的实像变倍率取景器光学系统，都能获得上述效果。最后，本发明允许超广角变倍率取景器具有大于2.8的高放大倍率。

在本发明公开的参数和实践基础上，本领域技术人员能很容易地得到其他实施例。意图是上述参数和例子仅应做为例证，而本发明真正的范围和精神由下述权利要求书阐明。

Claims

1、一种超广角变倍率取景器，包括：

物镜组，该物镜组具有一总的正折光度，该物镜组包括：

第一透镜单元，该透镜单元位置固定并在物方具有负的折光度；

第二透镜单元，该透镜单元可以移动，凸向物方且具有负折光度；

第三透镜单元，该透镜单元可以移动且具有正折光度；和

第四透镜单元，该透镜单元位置固定并具有正的折光度；

目镜组，该目镜组具有正的折光度，其特征在于通过移动所述第三透镜单元改变物体的放大倍率，通过移动所述第二透镜单元补偿视角的变化，其特征在于，要满足下面的条件：

1.75＜L_t/f_T＜1.87

其中，f_T为所述物镜组在远摄位置时的焦距，L_t为所述物镜组第一透镜单元表面到焦点的距离。

2、根据权利要求1所述的取景器，其特征在于要满足下面的条件：

4.90＜L_t/f_W＜5.6

其中，f_w为所述物镜组在广角位置时的焦距。

3、根据权利要求1所述的取景器，其特征在于要满足下面的条件：

-0.77＜f_T/f_l＜-0.57

其中，f_l为所述第一透镜单元的焦距。

4、根据权利要求1所述的取景器，其特征在于要满足下面的条件：

-0.27＜f_W/f_l＜-0.20

其中，f_w为所述物镜组在广角位置时的焦距，f_l为所述第一透镜单元的焦距。

5、根据权利要求1所述的取景器，其特征在于要满足下面的条件：

2.75＜f_T/f_W＜3.05

其中，f_W为所述物镜组在广角位置时的焦距。

6、根据权利要求1所述的取景器，其特征在于所述物镜组的第三透镜单元至少有一非球面表面和至少有两个具有正折光度的透镜。

7、根据权利要求1所述的取景器，其特征在于所述第一透镜单元包括一个凸向物方的透镜和一个具有负折光度的透镜。

8、根据权利要求1所述的取景器，包括在所述第一透镜单元和所述第四透镜单元之间至少包括一个非球面表面。

9、根据权利要求1所述的取景器，其特征在于所述目镜组至少包括两个紧贴在一起的、具有不同折光度的透镜。

10、根据权利要求1所述的取景器，包括一安装在所述物镜组第四透镜单元和所述目镜组之间的棱镜，其特征在于通过移动所述目镜组控制视角。

11、根据权利要求1所述的取景器，其特征在于像首先成在所述第四透镜单元附近。