專利名稱：：變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種適用于靜物照相機(jī)和視頻攝象機(jī)的變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種光學(xué)性能經(jīng)改善的，即具有高變焦比性能且透鏡長(zhǎng)度顯著減小的可變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，凡適用于靜物照相機(jī)和視頻攝象機(jī)的變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)均要求有良好的光學(xué)性能，如大孔徑，高變焦比，且尺寸要小。具有這樣一種結(jié)構(gòu)的變焦透鏡必須使多組透鏡同時(shí)沿一確定軌道移動(dòng)進(jìn)行調(diào)焦，因而變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就難免變得復(fù)雜。同時(shí)，在要求高調(diào)焦比及大孔徑情況下，用以校正象差所需的透鏡數(shù)目增多，因而其小型化就變得非常困難。為解決上述的某些問(wèn)題，本申請(qǐng)人曾在韓國(guó)專利申請(qǐng)Nos.93-29590、93-29591和93-29592中披露過(guò)“一種采用非球面透鏡的光學(xué)系統(tǒng)”。該項(xiàng)發(fā)明通過(guò)固定某些選用的透鏡組來(lái)實(shí)現(xiàn)變焦透鏡的小型化，部分地解決了前述的某些問(wèn)題。然而，由于與其結(jié)構(gòu)相關(guān)的問(wèn)題，小型化限于構(gòu)成一種性能較低的變焦透鏡光學(xué)系統(tǒng)。因此，本發(fā)明旨在克服采用前面披露的非球面透鏡所成光學(xué)系統(tǒng)的限制。本發(fā)明的目的在于提供一種小型化的、且具有高調(diào)焦比和大孔徑等優(yōu)良光學(xué)性能的變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，這里提供的一種變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)具有正放大率且焦距為F1的第一透鏡組，用來(lái)對(duì)景物聚焦；一個(gè)具有負(fù)放大率且焦距為F2的第二透鏡組，該透鏡組為移動(dòng)式裝配，通過(guò)沿與第一透鏡組相同的光軸移動(dòng)來(lái)改變由第一透鏡組聚焦的圖象大??；一個(gè)具有正放大率且焦距為F3的第三透鏡組，該透鏡組固定安裝，以傳輸經(jīng)第二透鏡組改變的圖象；一個(gè)具有正放大率且焦距為F4的第四透鏡組，該透鏡組沿光軸移動(dòng)式裝配，以便對(duì)應(yīng)景物距離的變化進(jìn)行聚焦，同時(shí)，還通過(guò)沿光軸的移動(dòng)，對(duì)隨第二透鏡組位置而變的象點(diǎn)位移進(jìn)行補(bǔ)償，并滿足下述條件1.0＜｜F2/FW｜＜1.50.9＜｜F1/F3｜＜1.52.5＜｜F4/F2｜＜3.515.4＜TL/FW＜18.4其中，F(xiàn)W是在廣角位置的變焦距透鏡組的焦距，TL是第一透鏡組的第一個(gè)透鏡表面與象場(chǎng)間的距離。在上述變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)中，優(yōu)選的透鏡組合是第一透鏡組有三個(gè)凸透鏡，第二透鏡組有二個(gè)凸透鏡和一個(gè)凹透鏡，第三透鏡組有一個(gè)凸透鏡和一個(gè)凹透鏡，第四透鏡組有二個(gè)凸透鏡。這里，參照附圖詳述一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，則本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更為清晰。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)在廣角位置的光學(xué)裝置剖面圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)在中角位置的光學(xué)裝置剖面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)在遠(yuǎn)距照相位置的光學(xué)裝置剖面圖；圖4-圖8是圖1所示在廣角位置的變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)的象差圖解；圖9-圖13是圖2所示在中角位置的變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)的象差圖解；圖12-圖18是圖3所示在遠(yuǎn)距照相位置的變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)的象差圖解；以及圖19是解釋圖1-圖3所示第12和第17個(gè)透鏡面的非球面系數(shù)的圖示。參照?qǐng)D1-圖3，本變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)由一個(gè)第一透鏡組1、一個(gè)第二透鏡組2、一個(gè)第三透鏡組3和一個(gè)第四透鏡組4依次排列構(gòu)成，其中第一透鏡組最接近景物。第一透鏡組1由三個(gè)凸透鏡構(gòu)成，且在預(yù)置角度下對(duì)會(huì)聚的入射光具有正放大率。第二透鏡組2沿與第一透鏡組1相同的光軸移動(dòng)式裝配，以用來(lái)改變?nèi)肷鋱D象的大小。該透鏡組具有負(fù)放大率，并由二個(gè)凸透鏡和一個(gè)凹透鏡組成。第三透鏡組3固定安裝，以傳輸經(jīng)第二透鏡組2改變的圖象，它至少由一個(gè)凸透鏡和一個(gè)凹透鏡構(gòu)成，并具有正放大率。第四透鏡組4由二個(gè)凸透鏡組成并具有正放大率，該透鏡組用來(lái)補(bǔ)償當(dāng)圖象通過(guò)第三透鏡組時(shí)由于變焦操作產(chǎn)生的象點(diǎn)位移，并通過(guò)沿光軸的移動(dòng)隨景物距離的變化進(jìn)行聚焦。表1中給出構(gòu)成上述透鏡組的每個(gè)透鏡的曲率豐徑、相鄰?fù)哥R表面間沿光軸的距離(圖1-圖3中所示)、折射率和色散表1</tables>其中A、B、C和D表述如下為使變焦比的象差最小并使變焦透鏡超小型化，要求變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)滿足下述條件1.0＜｜F2/FW｜＜1.5(1)0.9＜｜F1/F3｜＜1.5(2)2.5＜｜F4/F2｜＜3.5(3)15.4＜TL/FW＜18.4(4)其中，F(xiàn)i(i＝1、2、3、4)是每個(gè)透鏡組的焦距，F(xiàn)W是在廣角位置的變焦透鏡的焦距，TL是第一透鏡組的第一個(gè)透鏡表面和象場(chǎng)之間的距離。公式(1)表明第二透鏡組2的焦度條件，若其焦距低于下限，即聚焦變強(qiáng)，且對(duì)象場(chǎng)彎曲過(guò)補(bǔ)償。如果其焦距超過(guò)上限，則為得到一定變焦范圍而使第二透鏡組2移動(dòng)的范圍增大，從而使整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)較長(zhǎng)而難以小型化。公式(2)表示在空間固定安裝的第一、第三透鏡組1和3的焦距比，如該比值低于下限，第一透鏡組1的聚焦對(duì)校正遠(yuǎn)距離照相的球象差變得太強(qiáng)。然而，倘若其比值高于上限，考慮到要移動(dòng)第二透鏡組2以滿足變焦比，第一、第三透鏡組1和3的間距變得過(guò)長(zhǎng)，因而使變焦透鏡難以小型化。公式(3)表示第四、第二透鏡組4和2的焦距比，若該比值低于下限，為校正在變焦位置的象差，第四透鏡組4的聚焦變得太強(qiáng)。然而，如果其比值高于上限，則第四透鏡組4的位移量增大，使變焦透鏡系統(tǒng)的總體長(zhǎng)度太長(zhǎng)。公式(4)表示對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)長(zhǎng)度的限制，若其長(zhǎng)度低于下限，難以獲得高的變焦比。如果其長(zhǎng)度超過(guò)上限，則從小型化看來(lái)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)顯得太長(zhǎng)。既然組成第三透鏡組3的凸透鏡的光接收面和組成第四透鏡組4的凸透鏡的光出射面都不是球面，分別標(biāo)記為非球面1和非球面2，相應(yīng)的非球面系數(shù)AD、AE、AF和AG表述如下非球面1-非球面系數(shù)AD＝-0.1573915×10-4AE＝-0.3915265×10-7AF＝0AG＝0x＝-1.48981非球面2-非球面系數(shù)AD＝0.1699549×10-3AE＝-0.6922904×10-8AF＝-0.1196519×10-6AG＝0.2441446×10-8x＝-0.90607圖19表示一個(gè)非球面與一個(gè)球面的相對(duì)關(guān)系，其中XA表示沿光軸方向與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)園錐面的偏離量，即為非球面的弧矢XA=Y2/R21+{1-Y2/R2}1/2+ADY4+AEY6+AEY8+AGY10]]>式中R是透鏡半徑，Y是離光軸的高度。這里，一個(gè)光闌R11(未予說(shuō)明)將已穿過(guò)第一、第二透鏡組1和2的象差所產(chǎn)生的非正常光線篩分掉。變焦透鏡的孔徑可從F/2.4到F/1.4的范圍內(nèi)放大。圖4到圖8的每一個(gè)圖分別表明在廣角位置的變焦透鏡光學(xué)系統(tǒng)的象差。圖4說(shuō)明光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)不同波長(zhǎng)的光的縱向(子午線方向)球象差，為更明確起見(jiàn)，圖中給出0.50、0.71和1.00象場(chǎng)中相應(yīng)于不同波長(zhǎng)0.587μm、0.4861μm和0.6563μm的球象差5、6和7。圖5說(shuō)明在緯向(弧矢線方向)的球象差8和9，即分別在0.50、0.71和1.00象場(chǎng)中的Z-緯度方向的球象差8和Y-緯度方向的球象差9。圖6則說(shuō)明相應(yīng)于每一波長(zhǎng)的緯向(弧矢線方向)球象差5、6和7。圖7說(shuō)明象場(chǎng)彎曲，即子午象場(chǎng)和弧矢象場(chǎng)彎曲10和11。圖8說(shuō)明橫向色象差12和畸變百分?jǐn)?shù)13。圖9-圖13分別表明圖2所示在中角位置的變焦透鏡光學(xué)系統(tǒng)的象差，圖中象差的描述與圖4-圖8相同，且對(duì)同類象差采用相同的數(shù)字標(biāo)記。圖14-圖18分別表明圖3所示遠(yuǎn)距照相位置的變焦透鏡光線系統(tǒng)的象差，圖中象差的描述與圖4-圖8相同，且對(duì)同類象差采用相同的數(shù)字標(biāo)記。因此，根據(jù)本發(fā)明之變焦透鏡光學(xué)系統(tǒng)，因其具有14的高程變焦比而可使攝影范圍展寬，且因其具有從F/2.4到F/1.4的大孔徑，故可拍攝相當(dāng)陰暗的景物。此外，它還有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)；具有良好的象差補(bǔ)償，并采用兩個(gè)非球面透鏡而使透鏡數(shù)目減少；還因具有其結(jié)構(gòu)類似于遠(yuǎn)心光路的光學(xué)系統(tǒng)，故而避免了CCD圖象傳感器上的色彩模糊。權(quán)利要求1.一個(gè)變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)具有正放大率且焦距為F1的第一透鏡組，用來(lái)對(duì)景物聚焦；一個(gè)具有負(fù)放大率且焦距為F2的第二透鏡組，該透鏡組為移動(dòng)式裝配，通過(guò)沿與第一透鏡組相同的光軸移動(dòng)來(lái)改變由所述第一透鏡組聚焦的圖象大?。灰粋€(gè)具有正放大率且焦距為F3的第三透鏡組，該透鏡組固定安裝，以傳輸經(jīng)所述第二透鏡組改變的圖象；以及一個(gè)具有正放大率且焦距為F4的第四透鏡組，該透鏡組沿光軸移動(dòng)式裝配，以便對(duì)應(yīng)景物距離的變化進(jìn)行聚焦，同時(shí)，還通過(guò)沿光軸的移動(dòng)，對(duì)隨所述第二透鏡組位置而變的象點(diǎn)位移進(jìn)行補(bǔ)償，并滿足下述條件1.0＜｜F2/Fw｜＜1.50.9＜｜F1/F3｜＜1.52.5＜｜F4/F2｜＜3.515.4＜TL/Fw＜18.4其中，F(xiàn)W是在廣角位置的變焦距透鏡組的焦距，TL是所述第一透鏡組的第一個(gè)透鏡表面與象場(chǎng)間的距離。2.一個(gè)如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡光學(xué)系統(tǒng)，在那里所述的第一透鏡組具有三個(gè)凸透鏡，所述的第二透鏡組有二個(gè)凸透鏡和一個(gè)凹透鏡，所述的第三透鏡組有一個(gè)凸透鏡和一個(gè)凹透鏡，所述的第四透鏡組有二個(gè)凸透鏡。全文摘要一個(gè)變焦距透鏡光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)具有正放大率且焦距為F文檔編號(hào)G02B15/173GK1167268SQ96107859公開(kāi)日1997年12月10日申請(qǐng)日期1996年6月13日優(yōu)先權(quán)日1995年6月14日發(fā)明者張尤什,楊鎮(zhèn)五,金容郁申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社