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CN1148180A - 变焦镜头 - Google Patents

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CN1148180A
CN1148180A CN95115883A CN95115883A CN1148180A CN 1148180 A CN1148180 A CN 1148180A CN 95115883 A CN95115883 A CN 95115883A CN 95115883 A CN95115883 A CN 95115883A CN 1148180 A CN1148180 A CN 1148180A
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Abstract

一种变焦镜头系统，由便宜的透镜材料制成，具有大于2倍的高放大变焦比和良好的象差性能。第一透镜组具有正折射率，第二透镜组具有负折射率，在变焦过程中，第一透镜组与第二透镜组之间的距离改变。0.37<fI/(fbT-fbw)<0.7；m2T/m2W>2.0，其中fI是第一透镜组的合成焦距，fbT是在远摄位置的后焦距，fbw是在广角位置的后焦距，m2T是第二透镜组在远摄位置的放大率，m2w是第二透镜组在广角位置的放大率。

Description

变焦镜头
本发明涉及一种变焦镜头系统，尤其涉及一种由两组透镜组成的变焦镜头系统，该透镜具有大于2倍的高放大变焦比，且用便宜的透镜材料制成，并保持良好的象差性能。
在变焦镜头系统中，可在最短焦距的最宽视角和在最长焦距的最窄视角间调节总焦距。
最近出现的小型“中心快门”照相机带有自动性能和焦距线性变化的变焦镜头，中心快门照相机要求小型、精巧、轻便和便宜，这主要是因为它是一种非专业相机。
通常，中心快门照相机的变焦镜头有两组透镜或三组透镜，由于两组透镜的透镜筒容易设计和控制，并可经济地生产，故变焦比大约为2倍的两组透镜的构造更可取。
例如，日本公开号平1-193808的未审查的专利(题目：小型照相机的变焦镜头，公开日1989年8月3日)，及日本公开号平1-288823的未审查的专利(题目：小型变焦镜头，公开日1989年11月21日)都公开了具有两组透镜的变焦镜头。
公开号平1-193808的日本未审查的专利所公开的变焦镜头变焦比低于1.9倍，并用昂贵的透镜材料制成。日本公开号平1-288823的未审查的专利所公开的变焦镜头有许多部件，使用的是用昂贵的玻璃制成的非球面透镜，且其变焦比太低，不能保持良好的光学性能。
本发明提供的由两组透镜组成的变焦镜头系统克服了已有技术存在的问题和缺点。该透镜的放大变焦比大于2倍，并使用便宜的透镜材料制成，且保持了良好的象差性能。
为了实现这些目的并根据本发明的意图，如本文所体现和概括性的描述那样，本发明的变焦镜头系统包括一个具有正折射率的第一透镜组和一个具有负折射率的第二透镜组。在变焦过程中，第一透镜组与第二透镜组之间的距离是可变的。第一透镜组包括一个具有正折射率的凸面朝向目标的凹凸透镜状的第一透镜；一个具有负折射率的带有两个凹面的第二透镜；一个具有正折射率的带有两个凸面的第三透镜；以及一个具有正折射率的带有两个凸面的第四透镜。第二透镜组包括一个具有正折射率的凹凸透镜状的凹面朝向目标的第五透镜；一个具有负折射率的带有凹凸透镜状的第六透镜；以及一个具有负折射率的第七透镜；
其中：
[条件1]0.3＜fI/(fbT-fbw)＜0.7
[条件2]m2T/m2w＞2.0
fI：第一透镜组的合成焦距，
fbT：在远摄位置的后焦距，
fbw：在广角位置的后焦距，
m2T：第二透镜组在远摄位置的放大率，
m2w：第二透镜组在广角位置的放大率。
此外，本发明还提供了这样一种变焦镜头系统，该系统包括一个具有正折射率的第一透镜组和一个具有负折射率的第二透镜组，在变焦过程中，第一透镜组和第二透镜组之间的距离是可变的。第一透镜组包括一个具有正折射率的凹凸透镜状的凸面朝向目标的第一透镜；一个具有负折射率的带有两个凹面的第二透镜；一个具有正折射率的带有两个凸面的第三透镜；以及一个具有正折射率的有两个凸面的第四透镜。第二透镜组包括一个具有正折射率的凹凸透镜状的凹面朝向目标的第五透镜；一个具有负折射率的带有凹凸透镜形状的第六透镜；以及一个具有负折射率的第七透镜；
其中：
[条件3]-2.7＜N7V7/f7＜-1.5
[条件4]0.5＜N6V6/N7f7＜1.33
N6：第六透镜的折射指数
V6：第六透镜的阿贝数
N7：第七透镜的折射指数
V7：第七透镜的阿贝数
f7：第七透镜的焦距
此外，还提供了一个变焦镜头系统。
其中
[条件5]0.85＜VanII/(NanII·fw)＜1.0；和
[条件6](VapI-VNI)/(VanII-VPII)＜0.65
VapI：在第一透镜组中，具有正折射率的透镜的平均阿贝数，
VNI：在第一透镜组中，具有负折射率的透镜的平均阿贝数，
NanII：在第二透镜组中，具有负折射率的透镜的平均折射指数，
VanII：在第二透镜组中，具有负折射率的透镜的平均阿贝数，
VPII：在第二透镜组中，具有正折射率的透镜的平均阿贝数，以及
fw：变焦镜头系统作为一个整体在广角位置的焦距。
[条件7]在变焦镜头系统中，第一透镜组至少包括两对曲率半径相同的透镜。
本发明另外的目的和优点将部分地在后面的说明书中阐明，部分地从说明书中可以清楚地看出，或可以通过本发明的实践得到理解，借助于后面权利要求书中的基本特征及其在从属权利要求中特别指出的结合将会认识并理解本发明的这些目的和优点。
构成说明书一部分的附图描述了本发明的实施例，并与文字描述一起来说明本发明的原理：
图1是本发明的第一实施例在广角位置的变焦镜头的简图。
图2是本发明第一实施例在远摄位置的变焦镜头的简图。
图3A-3D表示的是本发明第一实施例在广角位置的变焦镜头各种象差的程度。
图4A和4B表示的是本发明第一实施例在远摄位置的变焦镜头各种象差的程度。
图5是本发明第二实施例在广角位置的变焦镜头的简图。
图6是本发明第二实施例在远摄位置的变焦镜头的简图。
图7A～7D表示的是本发明第二实施例在广角位置的变焦镜头各种象差的程度。
图8A和8B表示的是本发明第二实施例在远摄位置的变焦镜头各种象差的程度。
图9是本发明第三实施例在广角位置的变焦镜头的简图。
图10是本发明第三实施例在远摄位置的变焦镜头的简图。
图11A～11D表示的是本发明第三实施例在广角位置的变焦镜头各种象差的程度。
图12A和12B表示的是本发明第三实施例在远摄位置的变焦镜头各种象差的程度。
下面参照附图列举的实例，对本发明的第一、第二和第三实施例进行详细说明。
参照图1和图2，本发明第一实施例的变焦镜头系统包括一个具有正折射率的第一透镜组I和一个具有负折射率的第二透镜组II，在变焦过程中，第一透镜组I和第二透镜组II之间的距离是可变的。
第一透镜组I包括一个具有正折射率的凹凸透镜状的凸面朝向目标的第一透镜1；一个具有负折射率的带有两个凹面的第二透镜2；一个具有正折射率的带有两个凸面的第三透镜3；以及一个具有正折射率的带有两个凸面的第四透镜4。
第二透镜组II包括一个具有正折射率的凹凸透镜状的凹面朝向目标的第五透镜5；一个具有负折射率的带有凹凸透镜形状的第六透镜6；以及一个具有负折射率的第七透镜7；其中：
[条件1]0.37＜fI/(fbT-fbW)＜0.7
[条件2]m2T/m2w＞2.0
fI：第一透镜组的合成焦距，
fbT：在远摄位置的后焦距，
fbw：在广角位置的后焦距，
m2T：第二透镜组在广角位置的放大率，
m2w：第二透镜组在远摄位置的放大率。
最好在最长的变焦焦距位置测量变量fbt和m2w，并最好在最短的变焦焦距位置测量变量fbw和m2T。
在该变焦镜头系统中，第一透镜组至少包括具有相同曲率半径的两对透镜。
参见图1，在第一透镜组I和第二透镜组II之间设置了一个可变光阑10，在中心快门照像机中，可变光阑10可以是一个快门。
此外，本发明还提供一种变焦镜头系统，该系统包括一个具有正折射率的第一透镜组I和具有负折射率的第二透镜组II，在变焦过程中，第一透镜组I和第二透镜组II之间的距离是可变的。
第一透镜组I包括一个具有正折射率的凹凸透镜状的凸面朝向目标的第一透镜；一个具有负折射率的带有两个凹面的第二透镜；一个具有正折射率的带有两个凸面的第三透镜；以及一个具有正折射率的带有两个凸面的第四透镜。
第二透镜组II包括一个具有正折射率的凹凸透镜状的凹面朝向目标的第五透镜；一个具有负折射率的带有凹凸透镜形状的第六透镜；以及一个具有负折射率的第七透镜；
其中：
[条件3]-2.7＜N7V7/f7＜-1.5
[条件4]0.5＜N6V6/N7f7＜1.33这里，N6：第六透镜的折射指数
  V6：第六透镜的阿贝数
  N7：第七透镜的折射指数
  V7：第七透镜的阿贝数
  f7：第七透镜的焦距
进一步还提供了一个变焦镜头系统。
其中
[条件5]0.85＜VanII/(NanII·fw)＜1.0；
[条件6](VapI-VNI)/(VanII-VPII)＜0.65
VapI：在第一透镜组中，具有正折射率的透镜的平均阿贝数，
VNI：在第一透镜组中，具有负折射率的透镜的平均阿贝数，
NanII：在第二透镜组中，具有负折射率的透镜的平均折射指数，
VanII：在第二透镜组中，具有负折射率的透镜的平均阿贝数，
VPII：在第二透镜组中，具有正折射率的透镜的平均阿贝数，
fw：变焦镜头系统作为一个整体在广角位置的焦距。
[条件7]  在变焦镜头系统中，第一透镜组至少包括曲率半径相同的两对透镜。
最好在最短的变焦焦距位置测量fw。
本发明如本文列举的变焦镜头系统的优点如下：
条件1涉及到第一透镜组I和第二透镜组II折射率的配置，以及在整个变焦范围补偿象差平衡。然而，在小于条件1下限的范围内，第一透镜组I的折射能力太强，以致于在变焦的过程中象差的变化太大，尤其是对球面象差和慧形象差。此外，增大了第二透镜组II的移动范围，妨碍了透镜操作机构设计的小型化和精巧化。
相反，在大于条件1上限的范围内，第一透镜组I的折射能力太弱，以致于在广角位置后焦距太短，第二透镜组II的有效直径太大，从而增加材料成本。
条件2涉及变焦放大率，在条件2下，本发明的镜头系统应有大于两倍的变焦比。
条件3和4涉及第二透镜组II所用的材料，通过满足条件3和4，能够减少透镜系统的材料成本，并且提供一个具有良好象差性能的变焦镜头系统。
条件5和6涉及补偿镜头系统整体的色象差，并根据阿贝数合适地配置材料，以补偿由满足条件3和4的便宜材料制成的镜头系统的色象差。
条件7涉及生产率，将第一透镜I的透镜制成具有相同的曲率半径，这样做使透镜容易加工和装配，并有助于提高生产率。
以下是根据本发明的第一、第二和第三优选实施例的变焦镜头系统的几组示范性参数值。
在对优选实施例的描述中，f是焦距，ri(i＝1～13)是折射表面的曲率半径，di(i＝1～12)是透镜的厚度或透镜间的距离，N是透镜的d-线折射指数，v是阿贝数，m是透镜系统整体的放大率，ω是半视角。
图1和2展示的是变焦镜头的第一实施例，表1是第一实施例的变焦镜头系统的一组示范性的参数值，其中变焦镜头的Fno为1：4.15～10.5，焦距f为39.4mm～100.6mm，半视角ω为28.8度～12.2度，后焦距fB为8.50mm～69.19mm。
           表1表面序号     r        d         N        V
1     15.266     1.66    1.60342    38.0
2     24.714     2.27
3    -17.399     5.44    1.80450    39.6
4     17.399     2.89    1.56883    56.0
5    -17.399     0.10
6     27.752     3.12    1.51680    64.2
7    -27.752  15.993到3.200
8    -33.333     2.28    1.62588    35.7
9    -16.149     2.49
10   -16.149     0.88    1.71300    53.9
11   -95.436     3.60
12   -13.638     0.80    1.51680    64.2
13   -28.873
根据本发明的第一实施例，在条件(1)～(7)中揭示的条件数值如下：
条件1    fI/(fbT-fbw)＝0.476
条件2    m2T/m2w＝2.554
条件3    M7V7/f7＝-1.912
条件4    N6V6/N7f7＝0.607
条件5    VaNII/(NaNII×fw)＝0.928
条件6    (VapI-VNI)/(VaNII-VpII)＝0.562
条件7    第一透镜组至少包括两对曲率半径相同的透镜：
         r3＝r5＝r4，  r6＝r7
图5和6展示的是变焦镜头的第二实施例，表2是第二实施例的变焦镜头系统的一组示范性的参数值，其中变焦透镜的Fno为1：4.15～10.5，焦距f为39.4mm～100.59mm，半视角ω为28.8度～12.2度，后焦距fB为9.20mm～70.23mm。
           表2表面序号    r          d        N        V
1     14.853     1.40    1.60342    38.0
2     24.777     2.18
3    -17.060     5.50    1.80450    39.6
4     17.060     3.00    1.56883    56.0
5    -17.060     0.10
6     27.691     2.53    1.51680    64.2
7    -27.691  15.481到3.200
8    -35.692     2.33    1.62004    36.3
9    -16.109     2.3610    -16.109     1.00    1.71300    53.911    -90.342     3.3312    -13.885     1.20    1.51680    64.213    -34.484
根据本发明的第二优选实施例，在条件(1)～(7)中揭示的条件数值如下：
条件1    fI/(fbT-fbw)＝0.462
条件2    m2T/m2w＝2.554
条件3    N7V/f7＝-2.122
条件4    N6V6/N7f7＝0.681
条件5    VaNII/(NaNII×fw)＝0.928
条件6    (VapI-VNI)/(VaNII-VpII)＝0.576
条件7    第一透镜组至少包括两对曲率半径相同的透镜：
         r3＝r5＝-r4，r6＝-r7
图9和10展示的是变焦镜头的第三实施例，表3是第三实施例的变焦镜头系统的一组示范性的参数值，其中变焦透镜的Fn为1：4.15～10.5，焦距f为39.1mm～100.6mm，半视角ω为28.8度～12.2度，后焦距fB为9.06mm～70.37mm。
              表3表面序号     r        d        N         V
1     14.696    1.30    1.60342    38.0
2     24.132    2.10
3    -17.015    5.50    1.80450    39.6
4     17.015    3.00    1.56883    56.0
5    -17.015    0.10
6     27.688    2.49    1.51680    64.2
7    -27.688   15.450
8    -33.762    2.18*   1.62588    35.7
9    -16.089    2.4610    -16.089    1.00    1.71300    53.911    -94.844    3.4912    -13.622    1.20    1.51680    64.213    -30.996
根据本发明的第三优选实施例，在条件(1)～(7)中揭示的条件数值如下：
条件1    fI/(fbT-fbw)＝0.457
条件2    m2T/m2w＝2.573
条件3    N7V/f7＝-2.030
条件4    N6V6/N7f7＝0.643
条件5    VaNII/(NaNII×fw)＝0.935
条件6    (VapI-VNI)/(VaNII-VpII)＝0.562
条件7    第一透镜组至少包括两对曲率半径相同的透镜：
         r3＝r5＝r4，r6＝r7
如上所述，本发明提供了一种变焦距镜头系统，该系统由两组具有大于2倍的高放大变焦比的透镜组成，可以用便宜的透镜材料制成，并可得到良好的象差性能。
根据对本说明书的研究以及对本文所公开的发明内容的实际应用，本专业普通技术人员将会清楚本发明的其它实施例，说明书和实施例只能是示范性的，本发明的真实范围和精神由后面的权利要求指示。
例如，本发明的实施例是用于35mm胶片规格的静像摄影的，而根据本发明还可以制造出使用于不同规格及不同应用的其它镜头。另外，本发明的镜头不限于中心快门照相机，而且还可用于其它的照相机，如焦面快门照相机。

Claims (5)

1、一种变焦镜头系统，包括：一个具有正折射率的第一透镜组和一个具有负折射率的第二透镜组，在变焦过程中，第一透镜组与第二透镜组之间的距离是可变的，
其中上述第一透镜组包括：
一个具有正折射率并呈凹凸透镜状的，凸面朝向目标的第一透镜；
一个具有负折射率的带有两个凹面的第二透镜；
一个具有正折射率的带有两个凸面的第三透镜；以及
一个具有正折射率的带有两个凸面的第四透镜；
其中上述第二透镜组包括：
一个具有正折射率并呈凹凸透镜状的，凹面朝向目标的第五透镜；
一个具有负折射率并呈凹凸透镜形状的第六透镜；以及
一个具有负折射率的第七透镜；
其中
0.37＜fI/(fbT-fbw)＜0.7
m2T/m2W＞2.0这里，fI：第一透镜组的合成焦距，
  fbT：在远摄位置的后焦距，
  fbw：在广角位置的后焦距，
  m2T：第二透镜组在远摄位置的放大率，以及
  m2w：第二透镜组在广角位置的放大率。
2、如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于第一透镜组至少包括两对曲率半径相同的透镜。
3、一种变焦镜头系统，包括：
一个具有正折射率的第一透镜组和一个具有负折射率的第二透镜组，在变焦过程中，第一透镜组和第二透镜组之间的距离是可变的，
其中上述第一透镜组包括：
一个具有正折射率并呈凹凸透镜状的，凸面朝向目标的第一透镜；
一个具有负折射率的带有两个凹面的第二透镜；
一个具有正折射率的带有两个凸面的第三透镜；以及
一个具有正折射率的带有两个凸面的第四透镜；
其中上述第二透镜组包括：
一个具有正折射率并呈凹凸面透镜状的，凹面朝向目标的第五透镜；
一个具有负折射率并呈凹凸透镜形状的第六透镜；以及
一个具有负折射率的第七透镜；
其中
-2.7＜N7V7/f7＜-1.5
0.5＜N6V6/N7f7＜1.33
这里，N6：第六透镜的折射指数
      V6：第六透镜的阿贝数
      N7：第七透镜的折射指数
    V7：第七透镜的阿贝数
    f7：第七透镜的焦距
4、如权利要求3所述的变焦镜头系统，其特征在于变焦镜头系统具有下列特征：
0.85＜VanII/(NanII·fw)＜1.0；
(VapI-VNI)/(VanII-VPII)＜0.65这里，VapI：在第一透镜组中，具有正折射率的透镜的平均阿贝数，
  VNI：在第一透镜组中，具有负折射率的透镜的平均阿贝数，
  NanII：在第二透镜组中，具有负折射率的透镜的平均折射指数，
  VanII：在第二透镜组中，具有负折射率的透镜的平均阿贝数，
  VPII：在第二透镜组中，具有正折射率的透镜的平均阿贝数，以及
  fw：可变焦镜头系统作为一个整体在广角位置的焦距。
5、如权利要求3所述的变焦镜头系统，其特征在于第一透镜组至少包括两对曲率半径相同的透镜。
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