專利名稱：變焦透鏡系統(tǒng)的制作方法
下列在先申請(qǐng)公開的內(nèi)容在此引為參考1999年12月2日提交的日本專利申請(qǐng)No.11-343705；2000年11月15日提交的日本專利申請(qǐng)No.2000-348664。
本發(fā)明涉及一種由很少數(shù)量的極輕且制作成本極為低的透鏡組成的變焦透鏡系統(tǒng)，特別是一種總體小巧的標(biāo)準(zhǔn)變焦透鏡系統(tǒng)。
近來(lái)，已用一種所謂的標(biāo)準(zhǔn)變焦透鏡取代連接到單透鏡反射攝影機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)透鏡，并且做為一種普通用途的透鏡，有一種被用戶穩(wěn)定把持的趨勢(shì)。因此，小巧并輕盈、具有充分的成象性能并且價(jià)廉成為類似于這種總是連結(jié)到攝像機(jī)主體并同時(shí)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)變焦透鏡必不可少的條件。為了滿足這些條件，最合適的標(biāo)準(zhǔn)變焦透鏡應(yīng)是兩個(gè)單元的變焦透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)負(fù)透鏡單元和一個(gè)正透鏡單元組成。因此，對(duì)于這種類型的變焦透鏡系統(tǒng)提出了多種透鏡配置。最重要的一種具有較少透鏡元件的袖珍變焦透鏡公開在日本專利申請(qǐng)公開No.56-43619中。日本專利申請(qǐng)公開No.57-20713中公開了一種通過引入具有非球面的塑料透鏡元件而使重量減輕和成本降低的變焦透鏡。而且，日本專利申請(qǐng)公開No.1-239516中公開了一個(gè)具有增大的變焦比的變焦透鏡。
雖然在日本專利申請(qǐng)公開No.56-43619中公開的變焦透鏡系統(tǒng)具有較少數(shù)量的透鏡元件，但做為目前標(biāo)準(zhǔn)的變焦透鏡，大約1.9的變焦比并不是一個(gè)令人滿意的指標(biāo)。而且每個(gè)透鏡單元的放大率分布比較松散，以致于有一種變焦軌跡，在廣角態(tài)中給出最短焦距的透鏡總長(zhǎng)度變得過長(zhǎng)。因此，在具有負(fù)屈光力的第一透鏡單元中的每個(gè)透鏡元件非常大，以致于它會(huì)導(dǎo)致關(guān)于總長(zhǎng)度和重量的問題。再者，在具有最大玻璃體積的第一透鏡單元中每個(gè)透鏡元件采用的玻璃材料比較昂貴，以致于必須進(jìn)一步降低制造成本。
在日本專利申請(qǐng)No.57-20713中公開的具有非球面塑料透鏡元件的變焦透鏡系統(tǒng)中，做為當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的變焦透鏡，1.9的變焦比不是一個(gè)令人滿意的指標(biāo)。而且，因?yàn)橛糜谧兘雇哥R系統(tǒng)的具有非球面的塑料透鏡的表面變化很大程度地受溫度變化或濕氣吸收的影響，在用做一個(gè)攝影物鏡時(shí)的質(zhì)量保證方面存在問題。再者，因?yàn)樵诩庸ぞ哂蟹乔蛎婕庸さ母呔人芰贤哥R的制造成本變得高于使用一個(gè)較小、便宜的玻璃材料的拋光玻璃透鏡的成本，所以還存在一個(gè)降低成本的問題。而且，因?yàn)槊總€(gè)透鏡單元的放大率分布較為分散，所以有這樣一條變焦軌跡，在廣角態(tài)的透鏡總長(zhǎng)度變得過長(zhǎng)。因此，在具有負(fù)屈光力的第一透鏡單元的每個(gè)透鏡元件非常大，以致于它會(huì)導(dǎo)致關(guān)于總長(zhǎng)度和重量的問題。再者，在具有最大玻璃體積的第一透鏡單元中每個(gè)透鏡元件采用的玻璃材料比較昂貴，以致于必須進(jìn)一步降低制造成本。而且，包括第二透鏡單元的透鏡元件的數(shù)量較大，以致于需要進(jìn)一步降低成本。
在日本專利申請(qǐng)公開No.1-239516中公開的變焦透鏡系統(tǒng)中，雖然透鏡系統(tǒng)的變焦比有一個(gè)足夠大的值2.3，但它關(guān)于成本的不利之處在于透鏡系統(tǒng)使用八個(gè)透鏡元件，數(shù)量較多，并且每個(gè)透鏡有一個(gè)非球面。再者，在具有最大玻璃體積的第一透鏡單元中由每個(gè)透鏡元件采用的玻璃材料比較昂貴和較重，所以制造成本和重量需要進(jìn)一步降低。而且，包括第二透鏡單元的透鏡元件的數(shù)量也較大，以致于需要進(jìn)一步降低成本。
鑒于上述問題提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一種變焦透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)的尺寸大為減小，如變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單焦距透鏡，具有數(shù)量非常少的透鏡元件，最終的成本降低，變焦比大約為2.2，并且不用任何非球面就具有很高的光學(xué)性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)起包括一個(gè)具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，和一個(gè)具有正屈光力的第二透鏡組。變焦通過改變第一透鏡組和第二透鏡組之間的空氣間隔而執(zhí)行。第一透鏡組從物側(cè)起包括由一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組，和一個(gè)具有面對(duì)物側(cè)的凸面的正透鏡元件。組成第一透鏡組的所有透鏡表面都是球面或平面。并且滿足下列條件式(1)和(2)1.4≤Nn≤1.621 (1)0.7≤丨f1丨/(fw·ft)1/2≤1.15(2)這里，Nn表示具有一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件的第一透鏡組內(nèi)負(fù)透鏡組對(duì)d線的平均折射率，f1表示第一透鏡組的焦距，fw表示給出最短焦距的廣角態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，ft表示給出最長(zhǎng)焦距的遠(yuǎn)攝態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，從物側(cè)起，第一透鏡組由一個(gè)包括一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件的負(fù)透鏡組和具有面對(duì)物側(cè)的凸面的正透鏡元件組成。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，滿足下列條件式(3)1.9≤SG≤4(3)這里SG表示組成包括一或兩個(gè)負(fù)透鏡元件的第一透鏡組中的負(fù)透鏡組的每個(gè)玻璃材料的平均單位重量。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，滿足下列條件式(4)0.5＜f2/fw＜1.1(4)這里f2表示第二透鏡組的焦距。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，滿足下列條件式(5)0.693＜Nn·fw/ft＜0.753(5)
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)起包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組和具有正屈光力的第二透鏡組。變焦通過改變第一透鏡組和第二透鏡組之間的空氣間隔執(zhí)行。第一透鏡組從物側(cè)起包括由一或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組和一個(gè)具有面對(duì)物側(cè)的凸面的正透鏡元件。第二透鏡組從物側(cè)起包括兩個(gè)正透鏡元件，一個(gè)負(fù)透鏡元件和一個(gè)正透鏡元件。滿足下列條件式(1)1.4≤Nn≤1.621(1)這里，Nn表示具有一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件的第一透鏡組內(nèi)負(fù)透鏡組對(duì)d線的平均折射率。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)起包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組和具有正屈光力的第二透鏡組。變焦通過改變第一透鏡組和第二透鏡組之間的空氣間隔執(zhí)行。第一透鏡組從物側(cè)起包括由一或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組和一個(gè)具有面對(duì)物側(cè)的凸面的正透鏡元件。第二透鏡組從物側(cè)起包括兩個(gè)正透鏡元件，一個(gè)負(fù)透鏡元件和一個(gè)正透鏡元件。滿足下列條件式(3)1.9≤SG≤4(3)這里SG表示組成包括一或兩個(gè)負(fù)透鏡元件的第一透鏡組中的負(fù)透鏡組的每個(gè)玻璃材料的平均單位重量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)起包括一個(gè)具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，和一個(gè)具有正屈光力的第二透鏡組。變焦通過改變第一透鏡組和第二透鏡組之間的空氣間隔而執(zhí)行。第一透鏡組從物側(cè)起包括由一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組和一個(gè)具有面對(duì)物側(cè)的凸面的正透鏡元件。組成第一透鏡組的所有透鏡表面為球面或平面。并且滿足下列條件式(2)0.7≤丨f1丨/(fw·ft)1/2≤1.15(2)這里，f1表示第一透鏡組的焦距，fw表示給出最短焦距的廣角態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，ft表示給出最長(zhǎng)焦距的遠(yuǎn)攝態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
下面首先簡(jiǎn)要說明本發(fā)明的附圖。附圖中

圖1(a)、(b)和(c)表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡設(shè)置以及在變焦期間每個(gè)透鏡組的移動(dòng)。
圖2表示當(dāng)透鏡系統(tǒng)聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)處于廣角態(tài)的各種象差曲線。
圖3表示當(dāng)透鏡系統(tǒng)聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)處于中間焦距態(tài)的各種象差曲線。
圖4表示當(dāng)透鏡系統(tǒng)聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)處于遠(yuǎn)攝態(tài)的各種象差曲線。
圖5(a)、(b)和(c)表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡設(shè)置以及在變焦期間每個(gè)透鏡組的移動(dòng)。
圖6表示當(dāng)透鏡系統(tǒng)聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)處于廣角態(tài)的各種象差曲線。
圖7表示當(dāng)透鏡系統(tǒng)聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)處于中間焦距態(tài)的各種象差曲線。
圖8表示當(dāng)透鏡系統(tǒng)聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)處于遠(yuǎn)攝態(tài)的各種象差曲線。
圖9(a)、(b)和(c)表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡設(shè)置以及在變焦期間每個(gè)透鏡組的移動(dòng)。
圖10表示當(dāng)透鏡系統(tǒng)聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)處于廣角態(tài)的各種象差曲線。
圖11表示當(dāng)透鏡系統(tǒng)聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)處于中間焦距態(tài)的各種象差曲線。
圖12表示當(dāng)透鏡系統(tǒng)聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)處于遠(yuǎn)攝態(tài)的各種象差曲線。
下面解釋根據(jù)本發(fā)明變焦透鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的主要目的在于大幅減小兩單元變焦透鏡系統(tǒng)的尺寸、直徑和價(jià)格，其中該變焦透鏡系統(tǒng)包括一個(gè)具有負(fù)屈光力的第一透鏡組和一個(gè)具有正屈光力的第二透鏡組。在結(jié)構(gòu)中，變焦透鏡系統(tǒng)的第一透鏡組只包括三個(gè)具有球面的透鏡元件，即有一個(gè)凸面朝向物側(cè)的負(fù)彎月形透鏡，一個(gè)負(fù)透鏡，和一個(gè)凸面朝向物側(cè)的正透鏡，及兩個(gè)具有球面或平面的透鏡元件，即凸面朝向物側(cè)的負(fù)彎月形透鏡和凸面朝向物側(cè)的正透鏡，或諸如此類的結(jié)構(gòu)。
在此結(jié)構(gòu)中，最重要的是在第一透鏡組中適當(dāng)?shù)卦O(shè)置放大率配置并適當(dāng)?shù)剡x擇第一透鏡組中負(fù)透鏡的玻璃材料。為了在本發(fā)明中極大地減小尺寸和成本，必須減小第一透鏡組的尺寸、重量、直徑和厚度，并在通過使第一透鏡組的屈光力變得更強(qiáng)而進(jìn)行變焦的同時(shí)減少第一透鏡組的移動(dòng)量。其優(yōu)點(diǎn)在于可以降低玻璃材料的成本以及透鏡管材的成本。為了實(shí)現(xiàn)重量和成本的最終減小，在變焦透鏡系統(tǒng)中的所有透鏡組中有最大體積的第一透鏡組中的每個(gè)負(fù)透鏡的玻璃材料必須選得盡可能地便宜，并且有盡可能小的單位重量。具體地說，在第一透鏡組中的每個(gè)透鏡的玻璃材料是一種具有相對(duì)較低的折射率和較小的單位重量的材料，不包括鑭系材料，如硅酸硼冕牌玻璃(BK)，冕牌玻璃(K)和重冕牌玻璃(SK)，因?yàn)檫@是輕質(zhì)和低成本的最好選擇。而且，如果在第一透鏡組中使用非球面透鏡，則與全是球面透鏡的系統(tǒng)相比，成本會(huì)提高。為了實(shí)現(xiàn)最終降低成本，所有透鏡元件的每個(gè)表面都構(gòu)造成球面或平面是有意義的。
下面解釋本發(fā)明的條件式。條件式(1)確定了包括在第一透鏡組中、由一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件構(gòu)成的負(fù)透鏡組中每個(gè)透鏡對(duì)于d線的折射率平均值的適當(dāng)范圍，如上所述，玻璃材料的選擇對(duì)于減輕變焦透鏡系統(tǒng)的重量和降低變焦透鏡系統(tǒng)的成本是最有效的。在目前可以得到的光學(xué)玻璃材料中，對(duì)應(yīng)于條件式(1)的折射率范圍內(nèi)的光學(xué)玻璃材料是那些最便宜的并且有最小單位重量(最輕)的材料。因此，當(dāng)該值超過條件式(1)的上限時(shí)，玻璃材料的成本變高，重量顯著增大，并且導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)小巧、輕質(zhì)和低成本的目的，以致于在用戶看來(lái)優(yōu)點(diǎn)減少。而且，希望把條件式的上限設(shè)置得低于1.6，低于1.55更好，這樣可以實(shí)現(xiàn)重量和成本的大大降低。
另一方面，當(dāng)該值降到條件式(1)的下限以下時(shí)，因?yàn)檎凵渎首兊锰。早昶澐ズ?Petzval sum)不能保持在適當(dāng)?shù)姆秶祪?nèi)，并且導(dǎo)致尤其難于校正離軸象差。結(jié)果導(dǎo)致這樣的缺陷，透鏡元件的數(shù)量增多，并且不能保持很寬的變焦比。因此，這是不希望出現(xiàn)的。當(dāng)條件式(1)的下限設(shè)置成大于1.49、尤其是大于1.5時(shí)顯示出本發(fā)明最好的效果。
接下來(lái)解釋條件式(2)。條件式(2)定義了第一透鏡組G1的屈光力的適當(dāng)范圍。在通常的兩單元變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)滿足下列表達(dá)式時(shí)，其中表達(dá)式意味著比率丨f1丨/(fw·ft)1/2等于1，則給出最短焦距的廣角態(tài)中的透鏡總長(zhǎng)度和給出最長(zhǎng)焦距的遠(yuǎn)攝態(tài)中的透鏡總長(zhǎng)度變得相等，并且變焦期間總的透鏡長(zhǎng)度的變化最小f1=-(fw·ft)1/2此處，f1表示第一透鏡組G1的焦距，fw表示廣角態(tài)下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，ft表示遠(yuǎn)攝態(tài)下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。為了實(shí)現(xiàn)尺寸、直徑和成本的極大下降，即實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要目的，不希望過度地背離此條件式。
因此，當(dāng)比率超過條件式(2)的上限時(shí)，變焦時(shí)透鏡總長(zhǎng)度的變化變大，并且在廣角態(tài)下的透鏡總長(zhǎng)度變?yōu)樽畲?，由此?dǎo)致第一透鏡組的大小和濾色片的大小增大，重量增加。結(jié)果是，不能實(shí)現(xiàn)尺寸、直徑和成本的大幅下降，即不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要目的。而且，當(dāng)條件式(2)的上限設(shè)置為小于1.13時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)尺寸和直徑的進(jìn)一步減小。另外，當(dāng)條件式(2)的上限設(shè)置為小于1.1時(shí)，可以充分顯示本發(fā)明的效果。
另一方面，當(dāng)該比率降到條件式(2)的下限以下時(shí)，與比率超過上限的情形相反，在遠(yuǎn)攝態(tài)下的透鏡總長(zhǎng)度變?yōu)樽铋L(zhǎng)，并且結(jié)果在變焦時(shí)透鏡總長(zhǎng)度的變化變得與該比率超過上限時(shí)的情形一樣大。因此，這是不希望的。而且，因?yàn)閺V角態(tài)下透鏡總長(zhǎng)度變?yōu)樽钚?，所以有效減小第一透鏡組的尺寸和直徑。但是，當(dāng)采用滿足條件式(1)的玻璃材料并且第一透鏡組的所有表面只包括球面時(shí)，不理想的是廣角態(tài)下的低慧差和畸變以及遠(yuǎn)攝態(tài)下的球差和低慧差變得難以校正。而且，當(dāng)條件式(2)的下限設(shè)置成大于0.8時(shí)本發(fā)明的效果可以充分展示出來(lái)。
下面解釋條件式(3)。條件式(3)定義了在第一透鏡組中由一或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組中采用的每種玻璃材料單位重量的平均值。測(cè)量單位重量的方法是根據(jù)Nippon kougaku-garasu-kougyoukaikikaku(日本光學(xué)玻璃工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行的。實(shí)際情況是單位重量很輕意味著相同體積的重量也較輕，以致于材料的成本較便宜，導(dǎo)致可以有效地大大降低成本。因此，在本發(fā)明中，開發(fā)光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)重要因素在于極力減少尺寸、重量和成本。
當(dāng)SG值超過條件式(3)的上限時(shí)，單位重量變得過重，以致于很難實(shí)現(xiàn)尺寸、重量和成本大大減小的光學(xué)系統(tǒng)。而且，由于采用鑭系玻璃材料，所以會(huì)因其可操作性等造成進(jìn)一步增大制造成本的因素。
另一方面，當(dāng)SG值降為條件式(3)的下限以下時(shí)，沒有玻璃材料并意味著采用塑料材料。如前所述，塑料材料的使用帶來(lái)表面形狀由于溫度變化和濕氣吸收所致的很大變化，以致于不能確保做為攝像物鏡的光學(xué)性能。因此，SG值最好位于條件式(3)確定的范圍之內(nèi)。
而且，最好可以通過最少數(shù)量的透鏡元件執(zhí)行象差的校正，其中這些最少數(shù)量的透鏡元件中第二透鏡組基本上構(gòu)成Emoster型或三合透鏡型，三合透鏡型設(shè)有四個(gè)透鏡元件，從物側(cè)起依次為正透鏡、正透鏡、負(fù)透鏡和正透鏡。另外，當(dāng)發(fā)明的主要目的是極力減小尺寸、直徑和成本時(shí)，最好在正透鏡和正透鏡之間、或正透鏡和負(fù)透鏡之間從物側(cè)起設(shè)置一個(gè)孔徑光闌。另外，最好將用在第二透鏡組中的玻璃材料的成本降為最小。因此，位于物側(cè)的兩個(gè)正透鏡最好使用諸如硅酸硼冕牌玻璃(BK)、冕牌玻璃(K)、含氟冕牌玻璃(FK)或重冕牌玻璃(SK)類的玻璃材料，并且折射率最好處于與條件式(1)確定的平均折射率相同的范圍內(nèi)。由于同樣的原因，在第二透鏡組中，位于物側(cè)的負(fù)透鏡和正透鏡最好使用諸如重火石玻璃(SF)，火石玻璃(F)，輕火石玻璃(LF)，或超輕火石玻璃(LLF)的玻璃材料。在上述描述中，括號(hào)中的符號(hào)如BK等是Schott Glas和其它公司采用的代號(hào)。
當(dāng)滿足下列條件式(4)時(shí)，本發(fā)明的效果可以充分顯示0.5＜f2/fw＜1.1(4)此處f2表示第二透鏡組的焦距。
當(dāng)比率f2/fw超過條件式(4)的上限時(shí)，因?yàn)榈诙哥R組的屈光力變得過小，所以變焦期間透鏡總長(zhǎng)度的變化增大，后焦距增大，以致于不希望透鏡的總長(zhǎng)度趨于變大。而且，為減少尺寸和直徑而把條件式(4)的上限設(shè)置成小于1.05是有效的。
另一方面，當(dāng)所述比率降到條件式(4)的下限以下時(shí)，因?yàn)榈诙哥R組的屈光力變得過大，雖然可有效減小尺寸，但很難校正象差，并且在球差和上部的慧差中的變化變得更糟。而且，后焦距變得太短，從而不能用于單透鏡反射攝影機(jī)。
當(dāng)滿足下列條件式(5)時(shí)，本發(fā)明的效果可以充分顯示0.639＜Nn·fw/ft＜0.753(5)當(dāng)Nn·fw/ft值超過條件式(5)的上限時(shí)，第一透鏡組中負(fù)透鏡元件的平均折射率顯著增加，以致于玻璃材料的成本增大，并且重量也增加。而且，廣角態(tài)下焦距變長(zhǎng)，以致于性能指標(biāo)變得不能令人滿意。這樣就不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
另一方面，當(dāng)該比值降到條件式(5)的下限以下時(shí)，Petzval和不能維持在適當(dāng)值的范圍內(nèi)，使得象差的校正變得非常困難。而且，廣角態(tài)下的焦距變得太短，使得在本發(fā)明的范圍內(nèi)維持良好的光學(xué)特性變得困難。因此，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，希望把該值設(shè)置在上述范圍之內(nèi)。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明變焦透鏡系統(tǒng)的幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述。<第一實(shí)施例>
圖1(a)、(b)和(c)表示本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡設(shè)置，以及變焦期間每個(gè)透鏡組的移動(dòng)。
從物側(cè)起依次是具有負(fù)屈光力的第一透鏡組G1，和具有正屈光力的第二透鏡組G2。第一透鏡組G1有一個(gè)位于物側(cè)的負(fù)透鏡組Ln，從物側(cè)起它有一個(gè)凸面朝向物側(cè)的負(fù)彎月形透鏡L1a，一個(gè)雙凹透鏡L1b，和一個(gè)具有面向物側(cè)的凸面的正彎月形透鏡L12。第二透鏡組G2從物側(cè)起有一個(gè)雙凸透鏡L21，一個(gè)孔徑光闌S，一個(gè)雙凸透鏡L22，一個(gè)雙凹透鏡L23，一個(gè)具有面向物側(cè)的凹面的正彎月形透鏡L24，和一個(gè)固定光闌SF。
通過移動(dòng)第一和第二透鏡組以使得第一透鏡組G1和第二透鏡組G2之間的空氣間隔減小來(lái)執(zhí)行從廣角態(tài)向遠(yuǎn)攝態(tài)的變焦。通過向物側(cè)移動(dòng)第一透鏡組G1來(lái)執(zhí)行近距離聚焦。
與第一實(shí)施例相關(guān)的各種值列于下表1。在表1中，最左邊一欄的數(shù)字表示離物側(cè)的第i階透鏡表面R的表面號(hào)，ri表示透鏡表面Ri的曲率半徑，di表示沿光軸透鏡表面Ri和Ri+1之間的間隔，ni表示透鏡表面Ri和Ri+1之間對(duì)于d線(λ=587.56nm)的介質(zhì)折射率，vi表示透鏡表面Ri和Ri+1之間的介質(zhì)的阿貝(Abbe)數(shù)。而且，f表示焦距，F(xiàn)NO表示F數(shù)，2ω表示視角。另外，在下列的每個(gè)實(shí)施例中，采用與實(shí)施例1相同的符號(hào)。在可變的間隔數(shù)據(jù)中，D0表示物體和第一透鏡表面之間的距離，d6表示第一透鏡組和第二透鏡組之間的距離，d16表示位于最后一個(gè)透鏡表面的象側(cè)的固定光闌和象平面之間的距離，β表示物體和象之間的放大率。并且，1-pos、2-pos和3-pos分別表示聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)的廣角態(tài)、中間焦距態(tài)和遠(yuǎn)攝態(tài)。4-pos、5-pos和6-pos分別表示象放大率為-1/30的廣角態(tài)、中間焦距態(tài)和遠(yuǎn)攝態(tài)。此外，7-pos、8-pos和9-pos分別表示聚焦于近距離的廣角態(tài)、中間焦距態(tài)和遠(yuǎn)攝態(tài)。
另外，在下列的每個(gè)實(shí)施例中，“mm”一般用作焦距f、曲率半徑r、表面間隔d等除特別規(guī)定以外的長(zhǎng)度單位。但是，因?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)成比例地?cái)U(kuò)大或縮小其尺寸可以獲得類似的光學(xué)性能，單位不必限定為“mm”，任何其它合適的單位都可以使用。
表1(技術(shù)指標(biāo))f=36～77.62ω=30.9°～64.8°FNO=4.11～5.87(透鏡數(shù)據(jù))i r d νn1)29.92031.600064.101.5168002)15.73808.0000 1.0000003) -255.1656 1.500064.101.5168004)29.18131.9500 1.0000005)22.59793.300033.751.6483116)43.1243d6 1.0000007)27.14383.500064.101.5168008) -64.27341.0000 1.000000
9)0.5000 1.000000孔徑光闌S10)20.72025.050064.101.51680011) -5270.4566 0.8000 1.00000012) -42.17663.550027.611.75520013)20.50181.4000 1.00000014) -166.1397 2.700028.191.74000015) -25.52093.0000 1.00000016) d161.000000固定光闌SF(可變的間隔數(shù)據(jù))1-POS 2-POS 3-POSf36.0000050.0000077.60000D0 ∞ ∞ ∞d6 26.3991813.132820.99969d16 45.0104955.3748375.807364-POS 5-POS 6-POSβ -0.03333-0.03333-0.03333D0 1027.7344 1159.5785 2207.5389d6 28.5325123.145672.68257d16 45.0104948.2640074.124487-POS8-POS 9-POSβ -0.12656-0.17578-0.27281D0 232.1795232.1795232.1795d6 34.4991821.232829.09969d16 45.0104955.3748375.80736
圖2、3和4分別表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)在聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)廣角態(tài)、中間焦距態(tài)和遠(yuǎn)攝態(tài)的各種象差曲線。從表示各種象差的各個(gè)曲線中看出，對(duì)各種象差進(jìn)行了很好的補(bǔ)償。在各個(gè)曲線中，F(xiàn)NO表示F數(shù)，Y表示象的高度，d和g表示對(duì)d線和g線的象差。在表示象散的曲線中，實(shí)線表示弧矢象平面，虛線表示子午象平面。在下列每個(gè)實(shí)施例的象差曲線中，采用與此實(shí)施例相同的符號(hào)。<第二實(shí)施例>
圖5(a)、(b)和(c)表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡配置，以及變焦期間每個(gè)透鏡組的移動(dòng)。
從物側(cè)起依次為具有負(fù)屈光力的第一透鏡組G1和具有正屈光力的第二透鏡組G2。第一透鏡組G1有一個(gè)位于物側(cè)的負(fù)透鏡組Ln，該透鏡組有一個(gè)凸面朝向物側(cè)的負(fù)彎月形透鏡L1a和一個(gè)凸面朝向物側(cè)的正彎月形透鏡L12。從物側(cè)起第二透鏡組G2有一個(gè)雙凸透鏡L21，一個(gè)凸面朝向物側(cè)的正彎月形透鏡L22，一個(gè)孔徑光闌S，一個(gè)雙凹透鏡L23，一個(gè)雙凸透鏡L24和一個(gè)固定光闌SF。
通過移動(dòng)第一和第二透鏡組使得第一透鏡組G1和第二透鏡組G2之間的空氣間隔減小來(lái)執(zhí)行從廣角態(tài)向遠(yuǎn)攝態(tài)的變焦。通過向物側(cè)移動(dòng)第一透鏡組G1來(lái)執(zhí)行在近距離的聚焦。
與第二實(shí)施例有關(guān)的各項(xiàng)數(shù)值列于下表2。
表2(技術(shù)指標(biāo))f=36～77.62ω=30.8°～65.6°FNO=4.1～5.9(透鏡數(shù)據(jù))i r d ν n1)309.19411.600060.14 1.6204092)20.5712 6.6000 1.0000003)23.1461 2.500031.08 1.6889304)31.9213 d4 1.0000005)21.0311 3.500064.10 1.5168006) -80.1103 0.1000 1.0000007)16.6780 3.000070.41 1.4874908) 64.7388 1.0000 1.0000009>1.0000 1.000000 孔徑光闌S10) -68.8344 3.250029.46 1.71736011)14.7456 1.5000 1.00000012)98.6534 2.000028.19 1.74000013) -44.2911 3.0000 1.00000014)d14 1.000000 固定光闌SF(可變的間隔數(shù)據(jù))1-POS 2-POS 3-POSf36.0000050.0000077.60000D0 ∞ ∞ ∞d4 30.1566614.927780.99974d14 41.4389850.5008068.365524-POS 5-POS 6-POSβ -0.03333-0.03333-0.03333D0 1025.0838 1445.0841 2273.0828d4 32.9575816.944442.29914
d14 41.4394150.5012268.365947-POS 8-POS 9-POSβ -0.07140-0.09917-0.15392D0449.2492449.2492449.2492d436.1566620.927786.99974d14 41.4409250.5045468.37454圖6、7和8分別表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)在聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)廣角態(tài)、中間焦距態(tài)和遠(yuǎn)攝態(tài)的各種象差曲線。從表示各種象差的各個(gè)曲線中看出，對(duì)各種象差進(jìn)行了很好的補(bǔ)償。<第三實(shí)施例>
圖9(a)、(b)和(c)表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡配置，以及變焦期間每個(gè)透鏡組的移動(dòng)。
從物側(cè)起依次為具有負(fù)屈光力的第一透鏡組G1和具有正屈光力的第二透鏡組G2。第一透鏡組G1有一個(gè)位于物側(cè)的負(fù)透鏡組Ln，該透鏡組從物側(cè)起有一個(gè)凸面朝向物側(cè)的負(fù)彎月形透鏡L1a、一個(gè)平凹透鏡L1b和一個(gè)凸面朝向物側(cè)的正彎月形透鏡L12。從物側(cè)起第二透鏡組G2有一個(gè)雙凸透鏡L21，一個(gè)孔徑光闌S，一個(gè)雙凸透鏡L22，一個(gè)雙凹透鏡L23，一個(gè)凹面朝向物側(cè)的正彎月形透鏡L24和一個(gè)固定光闌SF。
通過移動(dòng)第一和第二透鏡組使得第一透鏡組G1和第二透鏡組G2之間的空氣間隔減小來(lái)執(zhí)行從廣角態(tài)向遠(yuǎn)攝態(tài)的變焦。通過向物側(cè)移動(dòng)第一透鏡組G1來(lái)執(zhí)行在近距離的聚焦。
與第三實(shí)施例有關(guān)的各項(xiàng)數(shù)值列于下表3。
表3(技術(shù)指標(biāo))f=36～77.62ω=30.9°～64.8°FNO=4.04～5.89(透鏡數(shù)據(jù))i r d ν n1)28.52251.600064.10 1.5168002)15.56338.00001.03)∞ 1.500064.10 1.5168004)26.04931.95001.05)21.03603.300033.75 1.6483116)36.8972d61.07)23.28863.500064.10 1.5168008) -53.75551.00001.09>0.5000 1.0孔徑光闌S10)25.46835.050064.10 1.51680011) -319.8102 0.80001.012) -28.11003.550027.61 1.75520013)23.87671.40001.014) -90.01742.700028.19 1.74000015) -21.20453.00001.016) d16 1.0 固定光闌SF(可變的間隔數(shù)據(jù))1-POS 2-POS 3-POSf36.0000050.0000077.60000D0∞ ∞ ∞d626.3991513.132790.99966d16 45.0807355.4450775.877604-POS 5-POS 6-POS
β-0.03333-0.03333-0.03333D01027.7344 1159.5785 2207.5389d628.5324823.145642.68254d16 45.0800848.3335974.194077-POS 8-POS 9-POSβ-0.12656-0.17578-0.27281D0232.1795232.1795232.1795d634.4991521.232799.09966d16 45.0713855.4270475.83419圖10、11和12分別表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)在聚焦于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)廣角態(tài)、中間焦距態(tài)和遠(yuǎn)攝態(tài)的各種象差曲線。從表示各種象差的各個(gè)曲線中看出，對(duì)各種象差進(jìn)行了很好的補(bǔ)償。
根據(jù)每個(gè)實(shí)施例的上述條件式的值示于下表4。
表4實(shí)施例 第一 第二 第三f1 -48.00000 -55.00000-48.00000f2 35.53481 35.60000 35.53481(1)Nn1.51681.62041 1.5168(2)f1=-(fw·ft)1/20.908 1.0410.908(3)SG 2.52 3.58 2.52(4)f2/fw0.987 0.9890.987(5)Nn·fw/ft0.704 0.7520.704如上所述，本發(fā)明使得提供一種具有視角為2ω=30.9°～64.8°、變焦比約為2.2、并且重量極輕、尺寸小巧、性能價(jià)格比優(yōu)良的變焦透鏡系統(tǒng)成為可能。
雖然圖示并描述了本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的前提下對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行改動(dòng)，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1．一種變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)起依次包括一個(gè)具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；和一個(gè)具有正屈光力的第二透鏡組；其中，變焦通過改變第一透鏡組和第二透鏡組之間的空氣間隔而執(zhí)行；其中第一透鏡組從物側(cè)起包括由一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組，和一個(gè)具有面對(duì)物側(cè)的凸面的正透鏡元件；其中組成第一透鏡組的所有透鏡表面是球面或平面；并且滿足下列條件式(1)和(2)1.4≤Nn≤1.621 (1)0.7≤丨f1丨/(fw·ft)1/2≤1.15 (2)這里Nn表示具有一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件的第一透鏡組內(nèi)負(fù)透鏡組對(duì)d線的平均折射率，f1表示第一透鏡組的焦距，fw表示給出最短焦距的廣角態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，而ft表示給出最長(zhǎng)焦距的遠(yuǎn)攝態(tài)變下焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
2．如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(3)1.9≤SG≤4(3)這里SG表示組成包括一或兩個(gè)負(fù)透鏡元件的第一透鏡組中的負(fù)透鏡組的每種玻璃材料的平均單位重量。
3．如權(quán)利要求2所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(4)0.5＜f2/fw＜1.1(4)這里f2表示第二透鏡組的焦距。
4．如權(quán)利要求3所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(5)0.693＜Nn·fw/ft＜0.753(5)。
5．如權(quán)利要求2所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(5)0.693＜Nn·fw/ft＜0.753(5)。
6．如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(4)0.5＜f2/fw＜1.1(4)這里f2表示第二透鏡組的焦距。
7．如權(quán)利要求6所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(5)0.693＜Nn·fw/ft＜0.753(5)。
8．一種變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)起依次包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；和具有正屈光力的第二透鏡組；其中變焦通過改變第一透鏡組和第二透鏡組之間的空氣間隔執(zhí)行；其中第一透鏡組從物側(cè)起包括由一或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組，和一個(gè)具有面對(duì)物側(cè)的凸面的正透鏡元件；而第二透鏡組從物側(cè)起包括兩個(gè)正透鏡元件，一個(gè)負(fù)透鏡元件，和一個(gè)正透鏡元件；并且滿足下列條件式(1)1.4≤Nn≤1.621(1)這里，Nn表示具有一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件的第一透鏡組內(nèi)負(fù)透鏡組對(duì)d線的平均折射率。
9．如權(quán)利要求8所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(4)0.5＜f2/fw＜1.1(4)這里f2表示第二透鏡組的焦距。
10．如權(quán)利要求9所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(5)0.693＜Nn·fw/ft＜0.753(5)。
11．如權(quán)利要求8所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(5)0.693＜Nn·fw/ft＜0.753(5)。
12．一種變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)起依次包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；和具有正屈光力的第二透鏡組；其中變焦通過改變第一透鏡組和第二透鏡組之間的空氣間隔執(zhí)行；其中第一透鏡組從物側(cè)起包括由一或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組，和一個(gè)具有面對(duì)物側(cè)的凸面的正透鏡元件；而第二透鏡組從物側(cè)起包括兩個(gè)正透鏡元件，一個(gè)負(fù)透鏡元件，和一個(gè)正透鏡元件；并且滿足下列條件式(3)1.9≤SG≤4(3)這里SG表示組成第一透鏡組中包括一或兩個(gè)負(fù)透鏡元件的負(fù)透鏡組的每種玻璃材料的平均單位重量。
13．如權(quán)利要求12所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(2)0.7≤丨f1丨/(fw·ft)1/2≤1.15(2)這里f1表示第一透鏡組的焦距，fw表示給出最短焦距的廣角態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，而ft表示給出最長(zhǎng)焦距的遠(yuǎn)攝態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
14．如權(quán)利要求13所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(4)0.5＜f2/fw＜1.1(4)這里f2表示第二透鏡組的焦距。
15．如權(quán)利要求14所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(5)0.693＜Nn·fw/ft＜0.753(5)。
16．如權(quán)利要求13所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(5)0.693＜Nn·fw/ft＜0.753(5)。
17．如權(quán)利要求12所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(4)0.5＜f2/fw＜1.1(4)這里f2表示第二透鏡組的焦距。
18．如權(quán)利要求17所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于滿足下列條件式(5)0.693＜Nn·fw/ft＜0.753(5)。
19．一種變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)起依次包括一個(gè)具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；和一個(gè)具有正屈光力的第二透鏡組其中變焦通過改變第一透鏡組和第二透鏡組之間的空氣間隔而執(zhí)行；其中第一透鏡組從物側(cè)起包括一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組，和一個(gè)具有面對(duì)物側(cè)的凸面的正透鏡元件；其中組成第一透鏡組的所有透鏡表面是球面或平面；且滿足下列條件式(2)0.7≤丨f1丨/(fw·ft)1/2≤1.5(2)這里f1表示第一透鏡組的焦距，fw表示給出最短焦距的廣角態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，而ft表示給出最長(zhǎng)焦距的遠(yuǎn)攝態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
全文摘要
本發(fā)明提供一種變焦透鏡系統(tǒng),其尺寸大為減小,透鏡元件非常少,成本降低,變焦比約為2.2,并且不用任何非球面就具有很高的光學(xué)性能。其包括:具有負(fù)屈光力的第一透鏡組G1和具有正屈光力的第二透鏡組G2,變焦通過改變這兩個(gè)透鏡組之間的空氣間隔執(zhí)行。第一透鏡組G1包括:由一個(gè)或兩個(gè)負(fù)透鏡元件組成的負(fù)透鏡組L
文檔編號(hào)G02B15/177GK1305115SQ00133658
公開日2001年7月25日 申請(qǐng)日期2000年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月2日
發(fā)明者佐藤治夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社尼康