CN1155090A - 高放大倍数变焦镜头系统 - Google Patents

高放大倍数变焦镜头系统 Download PDF

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CN1155090A
CN1155090A CN 96121473 CN96121473A CN1155090A CN 1155090 A CN1155090 A CN 1155090A CN 96121473 CN96121473 CN 96121473 CN 96121473 A CN96121473 A CN 96121473A CN 1155090 A CN1155090 A CN 1155090A
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China
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dolly
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lens system
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Inventor
郑镇明
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Hanwha Aerospace Co Ltd
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Samsung Aerospace Industries Ltd
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Abstract

本申请公开了一种用于袖珍照相机的高放大倍数的变焦镜头系统。系统包括总折射光焦度为正的第一透镜组和第二透镜组以及总折射光焦度为负的第三透镜组。系统的放大倍率可通过改变第二和第三透镜组之间的距离来改变。根据本发明，下列条件得以满足：3.5＜fT/fW，在此，fT表示系统在远摄位置的焦距，fW表示系统在广角位置的焦距。

Description

高放大倍数变焦镜头系统
本发明涉及一种高放大倍数变焦镜头系统。尤其涉及一种具有改善的像差特性并使袖珍照相机获得优良性能的高放大倍数的变焦镜头系统。
一般地，袖珍照相机的变焦镜头系统可分为两类：具有两个透镜组的变焦镜头系统和具有三个透镜组的变焦镜头系统。两透镜组的变焦系统中变焦率基本上至少为2。但是，在这种类型的系统中要达到小巧的尺寸是很困难的。另一方面，三透镜组变焦系统的变焦率限制在3左右。
现有的变焦镜头系统公开在美国专利US 4,978,204、5,002,373和5,033,832。专利US 4,978,204和5,002,373有三个透镜组共十一个透镜，并且变焦率大约为2.5。这些系统体积大，因而不能满足袖珍照相机的要求。公开在专利US 5,033,832中的变焦镜头系统包含12个透镜，可达到的变焦率约为2.7。但这种系统的变焦率受到限制，体积也很大。
本发明的原理的一个重要优点在于装置的布局避免了上述现有技术中该装置的一个或多个缺点和限制。尤其是本发明提供出一种具有紧凑的尺寸和在从广角位置向远摄位置的变焦中具有改善的像差特性的高放大倍数的变焦镜头系统。
本发明的其它特点及优点将通过以下的描述被提出，或部分的从中变得显而易见，或在本发明的实践中得知。本发明的目的和其它优点通过说明书中记载的和权利要求书及附图中指出的装置得以实现。
根据本发明的目的，为实现这些特点，如同实施的及一般性的描述一样，本发明包括一个含有三个透镜组的变焦镜头系统。第一透镜组具有总的正折射光焦度(refractive power)，第二透镜组具有总的正折射光焦度。第三透镜组具有总的负折射光焦度。
变焦镜头系统的放大率可通过改变第三透镜组和第二透镜组之间的距离而改变。其中，要满足下列条件：
              3.5＜fT/fW，
              LT/fT＜0.95，
           -0.5＜f1n/fT＜-0.1，此处：
fT是变焦镜头系统在远摄位置的焦距；
fW是变焦镜头系统在广角位置的焦距；
LT是在远摄位置从变焦镜头系统观察物体的方向上第一透镜组中第一透镜的第一透镜表面与像平面的距离；
f1n是第一透镜组负折射光焦度透镜的焦距；
前面的一般性描述和以下的详细描述均应理解为举例和解释，并为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
在说明书中作为说明书一部分的附图举例说明了本发明，并与说明书一起对本发明的目的、优点和原理作以解释。在图中：
图1A至1C是本发明第一优选实施例分别在广角位置、中间位置和远摄位置的袖珍变焦镜头系统的截面图；
图2A至2C是本发明第一优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图3A至3C是本发明第一优选实施例在中间位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图4A至4C是本发明第一优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图5A至5C是本发明第二优选实施例分别在广角位置、中间位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的截面图；
图6A至6C是本发明第二优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图7A至7C是本发明第二优选实施例在中间位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图8A至8C是本发明第二优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图9A至9C是本发明第三优选实施例分别在广角位置、中间位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的截面图；
图10A至10C是本发明第三优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图11A至11C是本发明第三优选实施例在中间位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图12A至12C是本发明第三优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图13A至13C是本发明第四优选实施例分别在广角位置、中间位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的截面图；
图14A至14C是本发明第四优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图15A至15C是本发明第四优选实施例在中间位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图16A至16C是本发明第四优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图17A至17C是本发明第五优选实施例分别在广角位置、中间位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的截面图；
图18A至18C是本发明第五优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图19A至19C是本发明第五优选实施例在中间位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图20A至20C是本发明第五优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
以下将参考附图对本发明的实施例进行描述。
如图1、5、9、13和17所示，根据本发明的优选实施例提供了一个高放大倍率的袖珍变焦镜头系统。从变焦镜头系统的物方一侧起(即从图的左侧起)，第一透镜组I形成物体的像，并将像提供给第二透镜组II，接着第二透镜组II将像供给第三透镜组。
具有总的正折射光焦度的第一透镜组I包括三个透镜单元。第一透镜单元1具有负折射光焦度。第二透镜单元2是一个具有正折射光焦度的双凸透镜。第三透镜3单元是一个具有正折射光焦度的双凸透镜。
具有总的正折射光焦度的第二透镜组II包括五个透镜单元。第四透镜单元4是具有负折射光焦度的双凹透镜。第五透镜单元5具有正的折射光焦度。第六透镜单元6具有正的折射光焦度，并使其凸面朝着像平面(即图的右侧)放置。第七透镜单元7有负的折射光焦度，是一个向着像方凸出的弯月透镜。第八透镜单元8是一个具有正折射光焦度的双凸透镜。
具有总的负折射光焦度的第三透镜组III包括三个透镜单元。第九透镜单元9是一个向着像方凸出的弯月透镜，具有正的折射光焦度。第十透镜单元10有负的折射光焦度并使其凹面朝着物方放置。第十一透镜单元11具有负的折射光焦度，并使其凹面朝向物方。
当从广角位置向远摄位置调焦时，第一透镜组I和第二透镜组II以及第二透镜组II和第三透镜组III之间的距离均发生变化。另外，孔径光阑20放置在第二透镜组II和第三透镜组III之间。根据本发明的优选实施例，高放大倍数的袖珍变焦镜头系统满足下列条件：
         (1)3.5＜fT/fW，
         (2)LT/fT＜0.95，
         (3)-0.5＜f1n/fT＜-0.1，
         (4)1.5＜fII，IIIW/fII，IIIT＜3.6，此处：
fT是整个变焦镜头系统在远摄位置的焦距；
fW是整个变焦镜头系统在广角位置的焦距；
LT是在远摄位置第一透镜单元朝着物方的表面与像平面的距离；
f1n是第一透镜组I具有负折射光焦度透镜的焦距；
fII.IIIW是第二透镜组II和第三透镜组III在广角位置的总焦距；
fII，IIIT是第二透镜组II和第三透镜组III在远摄位置的总焦距。
条件(1)涉及远摄位置和广角位置之间的焦距比，满足此条件可得到高放大倍率。
条件(2)涉及当减小变焦镜头尺寸时所用的远摄比。要在远摄位置具有高放大倍率和一个小的尺寸，透镜系统的总长度应缩短，焦距伸长。但是，如果条件(2)不被满足，则每个透镜组的折射光焦度将增加并使透镜的光敏度过高。这将使得补偿像差很困难，使得镜头系统的制造也很困难。
为解决这些问题，变焦镜头系统的每一组件按照下列方程布置：
          f＝f1×m2×m3此处：
f是焦距；
f1是第一透镜组I的焦距；
m2是第二透镜组II的横向放大倍率；和
m3是第三透镜组III的横向放大率。
因为第一透镜组I包括一个具有负折射光焦度的透镜和几个具有正折射光焦度的透镜，所以当条件(3)不被满足时，彗差的补偿将很困难。
条件(4)涉及第二透镜组II和第三透镜组III的总折射光焦度。因此，此条件涉及总的变焦比和变焦镜头系统的尺寸。如果条件(4)不被满足，则镜头系统的性能将因球差和像散的增加而下降。
根据本发明优选实施例，满足以上条件的根据数值列于下表，其中长度的单位都用毫米。另外，根据本发明优选实施例，变焦镜头系统的孔径光阑20放在第二透镜组II和第三透镜组III之间。在这些表中，采用了下列变量：
F表示孔径值；
f表示焦距；
ri(i＝1～21)代表曲率半径；
di(i＝1～21)代表透镜单元的厚度或两透镜单元间的距离；
n代表一个透镜单元的钠光d线折射率(sodiumd-line refractive index)；
γ代表透镜单元的阿贝数；
m代表全镜头系统的放大倍率；和
ω代表半视角。
本发明第一实施例数值将列于表1和表2。
                     表1
      广角位置       中间位置       远摄位置
  F    3.87            7.04           11.57
  f    39.48           79.94          140.79
  2ω  57.14           29.97          17.02
                   表2表面序号      ri         di          n          v
1      -30.077      1.30       1.834      37.34
2      -173.030     0.10
3       65.527      2.94       1.497      81.61
4      -65.527      0.10
5       34.410      3.61       1.497      81.61
6      -44.096      A
7      -23.140      1.48       1.8042     46.5
8       21.537      2.51       1.75211    26.55* 9      -50.750      4.2010       86.640      6.60       1.48749    70.44
11     -11.422        1.13        1.84666  23.78
12     -19.997        0.10
13      56.418        1.92        1.4978   1.61
14     -29.000        SECTOR
15       孔径         B
16     -34.306        2.98        1.84666  23.78
17     -16.887        0.10
18     -24.198        1.20        1.713    53.94
19      150.531       4.25
20     -11.893        1.40        1.713    53.94
21     -60.755        BFL
        广角位置         中间位置          远摄位置
A        2.841            6.688              8.982
SECTOR   1.000            1.000              1.000
B        11.266           5.447              2.616
BFL      8.602            33.676             70.348在此，*表示非球面表面。
图2至图4是本发明第一优选实施例分别在广角位置、中间位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的主要像差特性曲线。
本发明第二实施例数值将列于表3和表4。
                      表3
           广角位置     中间位置    远摄位置
  F          3.87         7.04        11.57
  f          39.48        79.94       140.79
  2ω        57.14        29.97       17.34
                      表4表面序号        ri         di         n         v
1         -24.877      1.30      1.85      25.39
2          70.1842     0.10
3          75.494      2.94      1.72689   27.92
4         -33.472      0.10
5          29.2332     3.61      1.54434   68.66
6         -41.718      A
7         -23.771      1.48      1.8042    46.5
8          21.0306     2.51      1.75211   26.55
*9        -47.097      4.20
10         136.166     6.60      1.47398   81.14
11        -11.040      1.13      1.85      24.88
12        -18.624      0.10
13         61.71       1.92      1.45689   102.06
14        -26.338      SECTOR
15         孔径        B
16    -41.082        2.98        1.79033      25.41
17    -15.762        0.10
18    -19.526        1.20        1.713        53.94
19     120.440       4.25
20    -11.868        1.40        1.713        53.94
21    -54.338        BFL
             广角位置        中间位置       远摄位置
A              2.841           6.688          8.982
SECTOR         1.000           1.000          1.000
B              11.266          5.447          2.616
BFL            8.372           33.660         71.44在此，*表示非球面表面。
图6至8是分别是本发明第二优选实施例在广角位置、中间位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的主要像差特性曲线；
本发明第三实施例数值将列于表5和表6。
                    表5
          广角位置       中间位置       远摄位置
F           3.87           7.08           11.69
f           39.20          79.94          141.70
2ω         58.47          29.95          17.02
                         表6
表面序号    ri         di          n            v
   1    -29.043       1.30        1.85         23.7
   2    -57.255       0.10
   3    -254.630      2.94        1.45         114.6
   4    -103.150      0.10
   5     31.6856      3.61        1.55567      66.41
   6    -43.931       A
   7    -23.209       1.48        1.8042       46.5
   8     18.8918      2.51        1.75211      26.55
  *9    -53.908       4.20
  10     94.7831      6.60        1.50972      63.53
  11    -10.994       1.13        1.85         23.7
  12    -19.293       0.10
  13     56.0476      1.92        1.45         114.6
  14    -27.140       SECTOR
  15     孔径         B
  16    -39.440       2.98        1.79358      25.3
  17    -15.792       0.10
  18    -20.064       1.20        1.713        53.94
  19     135.953      4.25
  20    -11.838       1.40        1.713        53.94
  21    -52.856       BFL
            广角位置         中间位置        远摄位置
A             2.841            6.688           8.982
SECTOR        1.000            1.000           1.000
B             11.266           5.447           2.616
BFL           8.489            33.664          70.751在此，*表示非球面表面。
图10至12分别是本发明第三优选实施例在广角位置、中间位置和远摄位置的主要像差特性曲线图；
本发明第四实施例数值将列于表7和表8。
                      表7
         广角位置         中间位置          远摄位置
F          3.87             7.07             11.97
f          38.64            80.13            141.98
2ω        58.01            29.92            17.06
                              表8
表面序号       ri         di         n         v
    1       -22.457      1.30      1.85      26.42
    2        51.1133     0.10
    3        121.524     2.94      1.72661   33.3
    4       -29.631      0.10
    5        26.7961     3.61      1.60784   49.23
    6       -33.496      A
    7        23.300      1.48      1.8042    46.5
    8        19.2483     2.51      1.75211   26.55
    *9      -44.839      4.20
    10       181.132     6.60      1.48424   86.55
    11      -10.858      1.13      1.84888   23.72
    12      -17.874      0.10
    13       90.2813     1.92      1.45      114.6
    14      -26.443      SECTOR
    15       孔径        B
    16      -39.343      2.98      1.83317   24.13
    17      -15.987      0.10
    18      -18.789      1.20      1.713     53.94
    19       109.409     4.25
    20      -12.950      1.40      1.713     53.94
    21      -65.049      BFL
        广角位置       中间位置       远摄位置
A         2.841         6.688           8.982
SECTOR    1.000         1.000           1.000
B     11.266     5.447      2.616
BFL   8.299      33.519     69.9在此，*表示非球面表面。
图14A至16C和图12A至图12C分别是本发明第四优选实施例在广角位置、中间位置和远摄位置的主要像差特征曲线图；
本发明第五实施例数值将列于表9和表10。
                  表9
             广角位置    中间位置    远摄位置
F              3.87        7.07        11.68
f              39.62       79.93       140.19
2ω            57.18       29.96       17.35
                       表10表面序号         ri        di        n        v
1          -30.433     1.30    1.81003   44.37
2          -190.660    0.10
3           65.5366    2.94    1.5258    72.73
4          -74.103     0.10
5           33.1721    3.61    1.45      114.6
6          -44.465     A
7          -23.808     1.48    1.8042    46.5
8           28.991     2.51    1.75211   26.55
*9         -49.957     4.20
10          69.5402    6.60    1.48391   72.93
11         -11.885     1.13    1.80659   25.87
12         -21.049     0.10
13          51.4682    1.92    1.49185   83.5
14         -32.720     SECTOR
15          孔径       B
16         -41.619     2.98    1.7941    25.28
17         -16.833     0.10
18         -22.858     1.20    1.713     53.94
19          129.69     14.25
20         -11.727     1.40    1.713     53.94
21         -56.013     BFL
          广角位置       中间位置        远摄位置
A           2.841         6.688            8.982
SECTOR      1.000         1.000            1.000
B           11.266        5.447            2.616
BFL         8.584         33.638           70.743在此，*表示非球面表面。
图18至20分别是本发明第五优选实施例中在广角位置、中间位置和远摄位置的主像差特征曲线图；
根据本发明的优选实施例，本发明提供一种具有改善的像差特性和袖珍尺寸的高放大倍率变焦镜头系统。
对本领域的普通技术人员来说本发明的其它实施例在参考了说明书及实践了在此公开的本发明之后将成为显而易见。

Claims (3)

1、一种变焦镜头系统，包括：
总折射光焦度为正的第一透镜组；
总折射光焦度为正的第二透镜组；
总折射光焦度为负的第三透镜组；和
其特征在于系统的放大率可通过改变所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离而改变，并且满足下列条件：
              3.5＜fT/fW，
              LT/fT＜0.95，
           -0.5＜f1n/fT＜-0.1，此处：
fT是变焦镜头系统在远摄位置的焦距；
fW是变焦镜头系统在广角位置的焦距；
LT是在远摄位置所述第一透镜组中第一透镜的第一透镜表面在从变焦镜头系统观察物体的方向上与像平面的距离；
f1n是所述第一透镜组负折射光焦度透镜的焦距。
2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于满足下列条件：
            1.5＜fII，IIIW/fII，IIIT＜3.6，此处：
fII，IIIW是所述第二透镜组II和所述第三透镜组III在广角位置的总焦距；
fII，IIIT是所述第二透镜组II和所述第三透镜组III在远摄位置的总焦距。
3、根据权利要求2所述的系统，还包括一个设置在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的孔径光阑。
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