專(zhuān)利名稱(chēng)：照相機(jī)系統(tǒng)和變焦透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型變焦透鏡，尤其涉及一種適合于攝像機(jī)或數(shù)字靜物照相機(jī)的變焦透鏡，以及利用該變焦透鏡的照相機(jī)系統(tǒng)。特別是，本發(fā)明涉及覆蓋超廣角范圍并在廣角端具有小F數(shù)的照相機(jī)系統(tǒng)，其中適當(dāng)?shù)匦Ｕ煌诨兊母鞣N像差，此外，對(duì)從具有極小的前透鏡直徑的變焦透鏡和圖像傳感器獲得的視頻信號(hào)進(jìn)行處理，以校正因該變焦透鏡引起的畸變，由此得到極好的圖像。
背景技術(shù)：
日本已審查的專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)(KOKOKU)No.Sho 50-26931(專(zhuān)利文件1)指出采用下面的由五個(gè)透鏡組構(gòu)成的變焦系統(tǒng)適合于實(shí)現(xiàn)高光焦度，所述變焦系統(tǒng)從物側(cè)起依次設(shè)置正、負(fù)、正、負(fù)、正折射率來(lái)構(gòu)成，其中第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)，第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)以進(jìn)行變焦，第四透鏡組校正因變焦引起的焦點(diǎn)移動(dòng)。
盡管在上面的專(zhuān)利文件1中的變焦比約為20倍，但是申請(qǐng)人在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)(KOKAI)No.Hei 11-84239(專(zhuān)利文件2)中提出一種通過(guò)發(fā)展上面由五個(gè)透鏡組構(gòu)成的變焦系統(tǒng)而得到的超高比例(ultrahigh ratio)變焦透鏡，其尺寸小但具有達(dá)到50倍的變焦比。特別是，在這種變焦系統(tǒng)中，第四透鏡組也進(jìn)行聚焦，在第一透鏡組中引入非球面，而且，在減少透鏡數(shù)量的同時(shí)也能夠使各個(gè)透鏡組中的透鏡的形狀最優(yōu)化。
此外，申請(qǐng)人在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)(KOKAI)No.2000-105336(專(zhuān)利文件3)中提出一種通過(guò)將適合于超廣角的透鏡結(jié)構(gòu)應(yīng)用于上述由五個(gè)透鏡組構(gòu)成的變焦系統(tǒng)中的第一透鏡組的超廣角超高比例變焦透鏡，其在廣角端的視角達(dá)到大約86°，其變焦比約為40倍。
由于高光焦度變焦透鏡涉及總長(zhǎng)度的增大，根據(jù)照相機(jī)系統(tǒng)的形狀可能出現(xiàn)不方便。因此，申請(qǐng)人在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)(KOKAI)No.Hei8-248318(專(zhuān)利文件4)中提出通過(guò)在最接近第一透鏡組物側(cè)的位置上設(shè)置凹透鏡組，并在該凹透鏡組之后緊接著設(shè)置直角棱鏡以使光路彎折來(lái)縮短景深方向上的尺寸。
發(fā)明內(nèi)容
在上面的專(zhuān)利文件3中已實(shí)現(xiàn)了覆蓋超廣角到超攝遠(yuǎn)(ultra-telephoto)的超高比例變焦透鏡。但是，存在隨著超廣角的發(fā)展而增大前透鏡直徑的缺點(diǎn)。
此外，因?yàn)橐勒?5mm規(guī)格的攝遠(yuǎn)端焦距使超攝遠(yuǎn)透鏡的區(qū)域變得接近1000mm，因此軸向色差的次級(jí)光譜變?yōu)閳D像質(zhì)量惡化的主要因素。為對(duì)其校正，第一透鏡組的凸透鏡要求至少一個(gè)或多個(gè)具有異常色散特性的超低色散玻璃。這種類(lèi)型的玻璃具有大量生產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)率低的缺點(diǎn)。特別是，存在下面的缺點(diǎn)，即這種玻璃在拋光過(guò)程中容易劃傷，潛在的劃痕變得顯而易見(jiàn)，并在超聲波清洗過(guò)程中變成劃痕；并且，當(dāng)在真空淀積步驟中加熱和涂敷透鏡之后讓外部空氣進(jìn)入時(shí)，透鏡被迅速冷卻并易于破裂。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供一種超廣角變焦透鏡，其中通過(guò)將第一透鏡組的結(jié)構(gòu)變?yōu)椴煌谏厦娴膶?zhuān)利文件3的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)廣角端視角不小于80°的超廣角，并且其中使前透鏡直徑的增加最小化，從而達(dá)到超廣角和小型化之間的協(xié)調(diào)。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)是提供一種克服超低色散玻璃的低生產(chǎn)率的透鏡結(jié)構(gòu)，不太容易受拋光擦痕和潛在劃痕的影響，并且不需要真空淀積步驟。
此外，通過(guò)在超廣角和前透鏡直徑小型化之間達(dá)到協(xié)調(diào)來(lái)校正畸變不可避免地變得很困難，因此通過(guò)視頻信號(hào)處理來(lái)校正畸變，并且將在畸變校正之后可從像平面獲得的廣角端視角與攝遠(yuǎn)端視角之比重新定義為變焦比。這些導(dǎo)致旁軸焦距比(變焦比的一般定義)降低，由此能夠進(jìn)一步小型化。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)是提供一種照相機(jī)系統(tǒng)，該照相機(jī)系統(tǒng)能夠通過(guò)有效并大大引起廣角端的負(fù)畸變和攝遠(yuǎn)端的正畸變來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)于必要變焦比的小型化，因此在畸變校正之后視角的變化對(duì)于旁軸焦距的變化來(lái)說(shuō)足夠大。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)是提供這樣一種裝置，如果透鏡的總長(zhǎng)度隨放大率增大而增加作為照相機(jī)系統(tǒng)的形狀來(lái)說(shuō)是不利的，該裝置則縮短景深方向的尺寸。
為了解決上述缺點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明第一方面的照相機(jī)系統(tǒng)包括變焦透鏡；將該變焦透鏡捕獲的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象電信號(hào)(electric imagesignal)的拍攝裝置；和圖像控制裝置。該圖像控制裝置被配置為在參考以前響應(yīng)于通過(guò)變焦透鏡的變焦比(variable power rate)而提供的變換坐標(biāo)因數(shù)時(shí)，通過(guò)移動(dòng)由拍攝裝置形成的圖像信號(hào)所定義的圖像上一點(diǎn)來(lái)形成經(jīng)歷坐標(biāo)變換的新的圖像信號(hào)，然后輸出該新的圖像信號(hào)。該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦(variable power)，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的至少一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
因此，本發(fā)明的變焦透鏡能夠使前透鏡直徑小型化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)覆蓋從超廣角到超攝遠(yuǎn)的超高比例。本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)由于使用上述變焦透鏡時(shí)畸變減小而能夠獲得高質(zhì)量圖像。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種照相機(jī)系統(tǒng)，包括變焦透鏡；將該變焦透鏡捕獲的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象電信號(hào)的拍攝裝置；和圖像控制裝置。該圖像控制裝置被配置為在參考以前響應(yīng)于通過(guò)變焦透鏡的變焦比而提供的變換坐標(biāo)因數(shù)時(shí)，通過(guò)移動(dòng)由拍攝裝置形成的圖像信號(hào)所定義的圖像上一點(diǎn)來(lái)形成經(jīng)歷坐標(biāo)變換的新的圖像信號(hào)，然后輸出該新的圖像信號(hào)。該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的至少一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的至少一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
因此，本發(fā)明的變焦透鏡能夠使前透鏡直徑小型化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)覆蓋從超廣角到超攝遠(yuǎn)的超高比例，還能夠?qū)崿F(xiàn)沿景深方向、即朝前透鏡入射的光軸方向的小型化，由此有助于獲得較薄的照相機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)由于使用上述變焦透鏡時(shí)畸變減小從而能夠獲得高質(zhì)量圖像，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)沿景深方向的小型化，即實(shí)現(xiàn)較薄的照相機(jī)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種照相機(jī)系統(tǒng)，包括變焦透鏡；將該變焦透鏡捕獲的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象電信號(hào)的拍攝裝置；和圖像控制裝置。該圖像控制裝置被配置為在參考以前響應(yīng)于通過(guò)變焦透鏡的變焦比而提供的變換坐標(biāo)因數(shù)時(shí)，通過(guò)移動(dòng)由拍攝裝置形成的圖像信號(hào)所定義的圖像上一點(diǎn)來(lái)形成經(jīng)歷坐標(biāo)變換的新的圖像信號(hào)，然后輸出該新的圖像信號(hào)。該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。
因此，本發(fā)明的變焦透鏡能夠通過(guò)用新的結(jié)構(gòu)來(lái)代替第一透鏡組的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)前透鏡直徑小型化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)覆蓋從超廣角到超攝遠(yuǎn)的超高比例。本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)能夠通過(guò)經(jīng)由圖像處理來(lái)校正在實(shí)現(xiàn)前透鏡直徑小型化中所產(chǎn)生的畸變來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)前透鏡直徑的小型化。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種照相機(jī)系統(tǒng)，該照相機(jī)系統(tǒng)包括變焦透鏡；將該變焦透鏡捕獲的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象電信號(hào)的拍攝裝置；和圖像控制裝置。該圖像控制裝置被配置為在參考以前響應(yīng)于通過(guò)變焦透鏡的變焦比而提供的變換坐標(biāo)因數(shù)時(shí)，通過(guò)移動(dòng)由拍攝裝置形成的圖像信號(hào)所定義的圖像上一點(diǎn)來(lái)形成經(jīng)歷坐標(biāo)變換的新的圖像信號(hào)，然后輸出該新的圖像信號(hào)。該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的至少一個(gè)表面是非球面。
因此，本發(fā)明的變焦透鏡能夠通過(guò)用新的結(jié)構(gòu)來(lái)代替第一透鏡組的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)前透鏡直徑小型化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)覆蓋從超廣角到超攝遠(yuǎn)的超高比例。該變焦系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)沿景深方向、即朝前透鏡入射的光軸方向的小型化，由此有助于獲得較薄的照相機(jī)系統(tǒng)。上述照相機(jī)系統(tǒng)能夠通過(guò)經(jīng)由圖像處理來(lái)校正在實(shí)現(xiàn)前透鏡直徑小型化中所產(chǎn)生的畸變來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)前透鏡直徑的小型化。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一透鏡組的上述膠合透鏡被配置為三膠合透鏡，該三膠合透鏡由具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡、阿貝數(shù)υd不小于84的雙凸透鏡和具有面向物側(cè)的凹面的凹彎月透鏡構(gòu)成。因此，在由超低色散玻璃構(gòu)成的凸透鏡上產(chǎn)生的潛在劃痕充滿(mǎn)用于膠粘的粘合劑，因此在光學(xué)上它們幾乎不產(chǎn)生影響，所述凸透鏡夾在兩個(gè)凹透鏡中間。此外，將凹透鏡膠粘到由超低色散玻璃構(gòu)成的凸透鏡的兩個(gè)表面上消除了涂敷到超低色散玻璃上的涂層的必要性，由此提高了生產(chǎn)率。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由一個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足下面每一個(gè)條件表達(dá)式(1)5＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(3)0.2＜H1′/f1＜0.35，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝著像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有朝著第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度(如果第一透鏡組包括通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡，那么假設(shè)dp是該棱鏡的厚度和具有朝著該像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和)；H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
這防止由于誤差因子引起的過(guò)度的像差變化、例如球面像差、慧形像差和偏心，因此能夠有效地最小化前透鏡直徑。此外，當(dāng)將廣角端的視角保持在不小于80°時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)極好的像差校正。
在又一個(gè)實(shí)施例中，最接近上述第一透鏡組的物側(cè)的凹透鏡組由兩個(gè)透鏡、即具有朝物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡和雙凹透鏡構(gòu)成，并滿(mǎn)足下面每一個(gè)條件表達(dá)式(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(4)0.35＜H1′/f1＜0.6，其中dp是具有朝著第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度(如果第一透鏡組包括通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡，那么假設(shè)dp是該棱鏡的厚度和具有朝著該像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和)。
這防止由于誤差因子引起的過(guò)度的像差變化、例如球面像差、慧形像差和偏心，因此能夠有效地最小化前透鏡直徑。此外，當(dāng)將廣角端的視角保持在不小于80°時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)極好的像差校正。
在再一個(gè)實(shí)施例中，第一透鏡組的非球面被設(shè)置在最接近第一透鏡組像側(cè)的凸透鏡的物側(cè)表面上，并且呈現(xiàn)這樣的形狀，即當(dāng)離開(kāi)光軸的距離在有效直徑內(nèi)增大時(shí)，與旁軸球面相比曲率減小(relaxed)。因此，能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ蛎嫦癫詈突坌蜗癫?。此外，能夠減小具有廣視角的主光線的傾斜，從而便于在第二透鏡組和后面的透鏡組中的像差校正。
在再一個(gè)實(shí)施例中，因?yàn)闈M(mǎn)足下面每個(gè)條件表達(dá)式，因此能夠?qū)崿F(xiàn)較高的變焦，同時(shí)除了實(shí)現(xiàn)前透鏡直徑小型化之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)沿光軸方向的小型化(5)0.35＜|f2|/√(fW·fT)＜0.55；(6)3.5＜f3/fW＜9；(7)4.5＜|f4|/fW＜10；(8)4＜f5/fW＜8；以及(9)1.0＜|D4W/f4|＜1.3，其中fW是整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距；fT是整個(gè)系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)端的焦距；fi是第i個(gè)透鏡組的焦距；D4W是當(dāng)聚焦在位于廣角端的無(wú)限遠(yuǎn)物體上時(shí)第四透鏡組和第五透鏡組之間的間隔。
圖1是顯示本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2與圖3至圖5一起示出本發(fā)明的變焦透鏡的第一實(shí)施例，并且特別示出透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3與圖4、圖5一起示出在第一實(shí)施例中采用具體數(shù)值的數(shù)值實(shí)施例1中的各種像差，并且特別示出了在廣角端的球面像差、像散和畸變；圖4示出在廣角端和攝遠(yuǎn)端之間的中間焦點(diǎn)位置處的球面像差、像散和畸變；圖5示出在攝遠(yuǎn)端的球面像差、像散和畸變；圖6與圖7至圖9一起示出本發(fā)明的變焦透鏡的第二實(shí)施例，并且特別示出透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7與圖8、圖9一起示出在第一實(shí)施例中采用具體數(shù)值的數(shù)值實(shí)施例2中的各種像差，并且特別示出在廣角端的球面像差、像散和畸變；圖8示出在廣角端和攝遠(yuǎn)端之間的中間焦點(diǎn)位置處的球面像差、像散和畸變；圖9示出在攝遠(yuǎn)端的球面像差、像散和畸變；圖10與圖11至圖13一起示出本發(fā)明的變焦透鏡的第三實(shí)施例，并且特別示出透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖11與圖12、圖13一起示出在第一實(shí)施例中采用具體數(shù)值的數(shù)值實(shí)施例3中的各種像差，并且特別示出在廣角端的球面像差、像散和畸變；圖12示出在廣角端和攝遠(yuǎn)端之間的中間焦點(diǎn)位置處的球面像差、像散和畸變；以及圖13示出在攝遠(yuǎn)端的球面像差、像散和畸變。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖來(lái)描述實(shí)施本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)和變焦透鏡的最佳方式。
首先，將參照?qǐng)D1來(lái)描述本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的方框圖。在圖1中，附圖標(biāo)記101表示能夠變焦的拍攝透鏡，該透鏡配備有聚焦透鏡101a和變焦(variator)透鏡101b；102表示圖像傳感器，例如CCD；103表示用于執(zhí)行對(duì)各種操作、例如校正圖像畸變的控制的圖像控制電路；104表示第一圖像存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)可從圖像傳感器102得到的圖像數(shù)據(jù)；105表示第二圖像存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)已經(jīng)校正了畸變的圖像數(shù)據(jù)。附圖標(biāo)記106表示數(shù)據(jù)表，用于存儲(chǔ)畸變信息；107表示變焦開(kāi)關(guān)，用于將操作者的變焦指令轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。
例如，如果將根據(jù)下面實(shí)施例的變焦透鏡1、2和3中的任一個(gè)應(yīng)用于拍攝透鏡101，那么聚焦透鏡101a用作第四透鏡組G4，而變焦透鏡101b用作第二透鏡組G2。
如圖3至圖5、圖7至圖9以及圖11至13圖中所示，畸變曲線根據(jù)變焦而改變。從而，畸變波動(dòng)取決于變焦透鏡101b的位置。因此，數(shù)據(jù)表106存儲(chǔ)變換坐標(biāo)因數(shù)，在變焦透鏡101b的一定位置處這些變換坐標(biāo)因數(shù)與第一圖像存儲(chǔ)器104和第二圖像存儲(chǔ)器105的二維位置信息相關(guān)聯(lián)。此外，變焦透鏡101b的位置被分成從廣角端到攝遠(yuǎn)端的許多位置，與它們的各個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的變換坐標(biāo)因數(shù)被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)表106中。
當(dāng)操作者操作變焦開(kāi)關(guān)107來(lái)移動(dòng)變焦透鏡101b的位置時(shí)，圖像控制電路103移動(dòng)聚焦透鏡101a來(lái)進(jìn)行控制以便聚焦不模糊，并且還從數(shù)據(jù)表106接收與變焦透鏡101b的位置相對(duì)應(yīng)的變換坐標(biāo)因數(shù)。當(dāng)變焦透鏡101b的位置沒(méi)有對(duì)應(yīng)于以前劃分的多個(gè)位置中的任一個(gè)位置時(shí)，借助于例如內(nèi)插法的處理，從該位置附近的一個(gè)位置的變換坐標(biāo)因數(shù)獲得合適的變換坐標(biāo)因數(shù)。變換坐標(biāo)因數(shù)是用于移動(dòng)圖像上二維離散排列的多個(gè)點(diǎn)的位置的因數(shù)。關(guān)于離散排列的這些點(diǎn)之間的圖像，根據(jù)例如內(nèi)插法的處理得到移動(dòng)目的地(shift-destination)位置。圖像控制電路103通過(guò)基于該變換坐標(biāo)因數(shù)對(duì)從圖像傳感器102獲得的第一圖像存儲(chǔ)器104的信息進(jìn)行垂直和水平圖像移動(dòng)處理來(lái)校正畸變，并且在第二圖像存儲(chǔ)器105中產(chǎn)生已經(jīng)校正了畸變的圖像信息，然后將基于在第二圖像存儲(chǔ)器105中產(chǎn)生的圖像信息的信號(hào)作為視頻信號(hào)輸出。
下面將要描述適合用在上述照相機(jī)系統(tǒng)100中的本發(fā)明的變焦透鏡。
該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的至少一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
另一種變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成。第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)。第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的凸透鏡的至少一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
本發(fā)明的變焦透鏡是覆蓋超廣角到超攝遠(yuǎn)的超高比例變焦透鏡，通過(guò)用新的結(jié)構(gòu)來(lái)代替第一透鏡組的結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)前透鏡直徑的小型化。特別是，從物側(cè)起依次設(shè)置的由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組和具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡構(gòu)成了接近遠(yuǎn)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，所述遠(yuǎn)焦系統(tǒng)的角度放大率小于1。由此，可以減小具有廣視角的主光線的傾斜，從而便于在后面的透鏡系統(tǒng)中校正畸變。另外，可以通過(guò)在適當(dāng)范圍內(nèi)增大具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度來(lái)進(jìn)一步減小主光線的傾斜，從而實(shí)現(xiàn)前透鏡直徑的小型化。
通過(guò)上述凹透鏡組和厚的凸透鏡來(lái)減小主光線的傾斜的結(jié)構(gòu)對(duì)于實(shí)現(xiàn)超廣角和前透鏡直徑的小型化來(lái)說(shuō)是有效的。但是在廣角端大量產(chǎn)生桶形畸變，因此很難通過(guò)后面的透鏡系統(tǒng)來(lái)校正這種畸變并同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化。因此，本發(fā)明的變焦透鏡與上述照相機(jī)系統(tǒng)100結(jié)合，該照相機(jī)系統(tǒng)包括將圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象電信號(hào)的拍攝裝置、和圖像控制裝置，其中該圖像控制裝置被配置為在參考以前響應(yīng)于通過(guò)變焦透鏡的變焦比而提供的變換坐標(biāo)因數(shù)時(shí)，通過(guò)移動(dòng)由拍攝裝置形成的圖像信號(hào)所定義的圖像上一點(diǎn)來(lái)形成經(jīng)歷坐標(biāo)變換的新的圖像信號(hào)，然后輸出該新的圖像信號(hào)，從而能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ兊母鞣N像差。此外，可以得到在覆蓋從超廣角范圍到超攝遠(yuǎn)范圍的同時(shí)被小型化的照相機(jī)系統(tǒng)。
依照本發(fā)明的另一種變焦透鏡，可以由平凸透鏡來(lái)設(shè)立厚的凸透鏡，該凸透鏡是接近上述第一透鏡組的遠(yuǎn)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中的一個(gè)元件。因此，通過(guò)將該厚的凸透鏡分成厚的平面平行玻璃和凸透鏡這兩個(gè)元件，并用直角棱鏡來(lái)代替該厚的平面平行玻璃，可以通過(guò)反射使光路彎折而縮短景深方向上的尺寸，而不會(huì)過(guò)分增大整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的體積。
為了克服用于校正攝遠(yuǎn)端色差的次級(jí)光譜所需的超低色散玻璃不適合于大量生產(chǎn)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的變焦透鏡通過(guò)在第一透鏡組中設(shè)置由凹透鏡、凸透鏡和凹透鏡構(gòu)成的三膠合透鏡、并采用超低色散玻璃作為夾在兩個(gè)凹透鏡中間的凸透鏡來(lái)提高生產(chǎn)率。首先，關(guān)于在超低色散玻璃中的劃痕和潛在劃痕的問(wèn)題，代替不產(chǎn)生劃痕的特殊處理，進(jìn)行與其他普通玻璃一樣的處理，并且使所產(chǎn)生的劃痕充滿(mǎn)在膠合中所用的粘合劑，從而幾乎不存在光學(xué)效應(yīng)。同樣，由超低色散玻璃制成的凸透鏡的兩個(gè)表面將是膠合表面，因此可以消除涂層的必要性，并且還可以避免由于在真空淀積步驟和延久的冷卻時(shí)間中所產(chǎn)生的裂痕而引起的較高成本。為了使劃痕充滿(mǎn)樹(shù)脂(粘合劑)并且不在超低色散玻璃上涂敷直接的涂層，將由超低色散玻璃制成的凸透鏡夾在像差校正所需的兩個(gè)凹透鏡中間。通過(guò)在由超低色散玻璃制成的凸透鏡的兩個(gè)表面上形成樹(shù)脂涂層，代替將凹透鏡膠粘到由超低色散玻璃制成的凸透鏡的兩個(gè)表面上，可以得到相同的效果。
同時(shí)，在本發(fā)明的變焦透鏡中，還可以通過(guò)沿近似垂直于光軸的方向移動(dòng)構(gòu)成該透鏡系統(tǒng)的多個(gè)透鏡組中的一個(gè)透鏡組或者一個(gè)透鏡組的一部分來(lái)移動(dòng)圖像。可以通過(guò)與用于檢測(cè)照相機(jī)抖動(dòng)的檢測(cè)系統(tǒng)、用于移動(dòng)上述透鏡組的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和用于根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的輸出將移動(dòng)量施加于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)相結(jié)合而使其起到振動(dòng)減弱的光學(xué)系統(tǒng)的作用。特別是，在本發(fā)明的變焦透鏡中，可以通過(guò)沿近似垂直于光軸的方向移動(dòng)第三透鏡組、替代地移動(dòng)第五透鏡組的一部分或整體來(lái)移動(dòng)圖像，同時(shí)像差變化不大。
優(yōu)選的是，本發(fā)明的變焦透鏡滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1)至(9)中的每一個(gè)(1)5＜|f1F|/f1；(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；(3)0.2＜H1′/f1＜0.35；(4)0.35＜H1′/f1＜0.6；(5)0.35＜|f2|/√(fW·fT)＜0.55；(6)3.5＜f3/fW＜9；(7)4.5＜|f4|/fW＜10；(8)4＜f5/fW＜8；以及(9)1.0＜|D4W/f4|＜1.3，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有面向第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度(如果第一透鏡組包括通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡，那么假設(shè)dp是該棱鏡的厚度和具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和)；H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))；fW是整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距；fT是整個(gè)系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)端的焦距；fi是第i個(gè)透鏡組的焦距；D4W是當(dāng)聚焦在位于廣角端的無(wú)限遠(yuǎn)物體上時(shí)第四透鏡組和第五透鏡組之間的間隔。
條件表達(dá)式(1)用于第一透鏡組不包括通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的情況，或條件表達(dá)式(1′)用于第一透鏡組包括用于通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的情況，條件表達(dá)式(1)或條件表達(dá)式(1′)限定了通過(guò)利用由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組和具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡來(lái)獲得接近遠(yuǎn)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的條件，所述遠(yuǎn)焦系統(tǒng)的角度放大率小于1。這里，由凹透鏡組和凸透鏡構(gòu)成的接近遠(yuǎn)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)被稱(chēng)作第一透鏡組的前透鏡組，隨后的透鏡結(jié)構(gòu)被稱(chēng)作第一透鏡組的后透鏡組。當(dāng)破壞前透鏡組的遠(yuǎn)焦特性而使其具有負(fù)折射率時(shí)，可以增強(qiáng)后透鏡組的正折射率，因此在變焦時(shí)與中間焦距范圍相比，在攝遠(yuǎn)端校正球面像差和慧形像差變得困難。相反，當(dāng)破壞前透鏡組的遠(yuǎn)焦特性而使其具有正折射率時(shí)，由于具有朝向前透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡引起的球面像差變大，因此校正變得困難。另外，如果前透鏡組的強(qiáng)折射率超過(guò)上述條件表達(dá)式的范圍，那么相對(duì)于誤差因子的像差?lèi)夯?、例如偏心變得敏感，并且易于發(fā)生產(chǎn)品的惡化。在第一透鏡組包括通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的實(shí)施例中，除了上述凹透鏡組和具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡之外，包括該棱鏡的第一透鏡組的前透鏡組被引入接近遠(yuǎn)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中。
當(dāng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第一透鏡組中前透鏡組的遠(yuǎn)焦部分的角度放大率時(shí)，條件表達(dá)式(2)限定了比迄今為止已可能的更充分地最小化前透鏡直徑的條件。通過(guò)在構(gòu)成遠(yuǎn)焦部分的具有負(fù)折射率的部件和具有正折射率的部件之間充滿(mǎn)玻璃，可以進(jìn)一步減小在遠(yuǎn)焦部分中主光線的傾斜，由此能夠有效地小型化前透鏡直徑。如果低于條件表達(dá)式(2)的下限，那么不可避免地加寬構(gòu)成遠(yuǎn)焦部分的具有負(fù)折射率的部件和具有正折射率的部件之間的空氣間隔。這增大了該空氣間隔中主光線的傾斜，因此增大了前透鏡直徑。如果高于條件表達(dá)式(2)的上限，那么會(huì)延長(zhǎng)遠(yuǎn)焦部分的整體長(zhǎng)度，而不能有效地最小化前透鏡直徑。
條件表達(dá)式(3)和(4)將限定當(dāng)在廣角端達(dá)到不小于80°或不小于90°的視角時(shí)獲得極好像差校正的條件。為了達(dá)到超廣角，理想的是具有這樣的折射率布置，即第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)比最接近第一透鏡組像側(cè)的表面更充分地朝像側(cè)突出，也就是，當(dāng)單獨(dú)觀察第一透鏡組時(shí)形成焦點(diǎn)后移型透鏡。特別是，為了達(dá)到不小于80°的視角，理想的是最接近物側(cè)的凹透鏡組由單個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足條件表達(dá)式(3)。為了達(dá)到不小于90°的視角，理想的是最接近物側(cè)的凹透鏡組由兩個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足條件表達(dá)式(4)。
條件表達(dá)式(5)將限定第二透鏡組的光焦度，該第二透鏡組是主變焦透鏡組。適當(dāng)選擇其范圍能夠有效地實(shí)現(xiàn)高變焦比。特別是，如果低于條件表達(dá)式(5)的下限，那么第二透鏡組的光焦度變得太強(qiáng)。因此，Petzval和朝負(fù)側(cè)變大，像面變?yōu)椤俺?over)”(過(guò)校正)。除此之外，靈敏度增大，從而易于出現(xiàn)模糊和圖像波動(dòng)。這使機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這是不利的。
如果高于條件表達(dá)式(5)的上限，那么第二透鏡組的光焦度變?nèi)酢榱诉_(dá)到理想的變焦比，不可避免地增大第二透鏡組的移動(dòng)量，這樣導(dǎo)致整個(gè)變焦透鏡增大，這是不利的。
優(yōu)選的是，第三、第四和第五透鏡組分別滿(mǎn)足條件表達(dá)式(6)、(7)和(8)。
如果低于條件表達(dá)式(6)和(7)的下限，那么將要從第三透鏡組輸出的光束變?yōu)榛旧线h(yuǎn)焦的光束，因此很難確保后焦點(diǎn)。這產(chǎn)生不利的結(jié)果，即附著在構(gòu)成第四透鏡組的多個(gè)透鏡上的灰塵是顯而易見(jiàn)的，并且很難調(diào)節(jié)(accommodate)例如濾光器的部件。如果高于上限，那么用于聚焦所必需的第四透鏡組的移動(dòng)量增加從而增大整個(gè)變焦透鏡，這是不利的。
條件表達(dá)式(6)至(8)將限定從光闌到像側(cè)所設(shè)置的透鏡組的光焦度。各個(gè)條件表達(dá)式所限定的范圍將限定這樣一個(gè)條件，即設(shè)定變焦透鏡的出射光瞳位置以便不太短，并進(jìn)一步允許來(lái)自物側(cè)的離軸光束以小角度進(jìn)入出射光瞳以便如上所述有助于前透鏡直徑的小型化。
如果高于條件表達(dá)式(6)至(8)的上限，那么不能將上述離軸光束到出射光瞳的入射角設(shè)定為小角度，這導(dǎo)致前透鏡直徑增大。如果低于下限，那么出射光瞳對(duì)于正側(cè)來(lái)說(shuō)變得太短，因此不能保證用于固態(tài)圖像傳感器的遠(yuǎn)心光束，并且聚焦的像差變化增大，這都是不利的。將各個(gè)值設(shè)定在條件表達(dá)式(6)至(8)所限定的范圍內(nèi)允許小型化，同時(shí)在聚焦時(shí)移動(dòng)量較小。超過(guò)條件表達(dá)式(6)至(8)的相應(yīng)范圍可能導(dǎo)致前透鏡直徑增大，并且整個(gè)系統(tǒng)也增大，此外，難以設(shè)置相對(duì)于照相機(jī)系統(tǒng)的適當(dāng)出射角。
條件表達(dá)式(9)涉及第四透鏡組的折射率和移動(dòng)距離。如果低于條件表達(dá)式(9)的下限，那么變得難以確保用于聚焦的移動(dòng)量，并且聚焦到較近的物體也變得困難。如果高于條件表達(dá)式(9)的上限，那么容易進(jìn)行聚焦，但這是不利的，因?yàn)檎麄€(gè)透鏡系統(tǒng)增大。同時(shí)，后焦點(diǎn)系統(tǒng)的變焦透鏡具有這樣一種特性，即作為聚焦透鏡的第四透鏡組的移動(dòng)量(feeding amount)在攝遠(yuǎn)側(cè)比在廣角端大。特別是，當(dāng)變焦比增大時(shí)這種趨勢(shì)變得明顯。因此，對(duì)于具有高變焦比的本發(fā)明的變焦系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，優(yōu)選符合上述條件表達(dá)式的范圍。
下面將描述本發(fā)明的變焦透鏡的各個(gè)實(shí)施例。
圖2至5示出本發(fā)明的變焦透鏡的第一實(shí)施例。圖2示出變焦透鏡1的透鏡結(jié)構(gòu)。
如圖2中所示，變焦透鏡1由從物側(cè)起依次設(shè)置的下列透鏡組構(gòu)成具有正折射率的第一透鏡組G1；具有負(fù)折射率的第二透鏡組G2；具有正折射率的第三透鏡組G3；具有負(fù)折射率的第四透鏡組G4；和具有正折射率的第五透鏡組G5。第一透鏡組G1、第三透鏡組G3和第五透鏡組G5靜止不動(dòng)。第二透鏡組G2在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組G4在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。
通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組G1凹透鏡L1-1、具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡L1-2、三膠合透鏡、和具有朝物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡L1-6，所述三膠合透鏡由具有朝物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡L1-3、阿貝數(shù)υd不小于84的雙凸透鏡L1-4、和具有面向物側(cè)的凹面的凹彎月透鏡L1-5構(gòu)成，其中凸透鏡L1-6的物側(cè)表面由非球面組成。
光闌IR置于第三透鏡組G3的物側(cè)，濾光器FL置于第五透鏡組G5和圖像傳感器102之間。
在本說(shuō)明書(shū)中，由下面的等式1定義非球面形狀xi-j＝H3/ri-j{1+√(1-H2/ri-j2)}+∑AkHk，其中“xi-j”是非球面的深度；以及“H”是距離光軸的高度。
表1顯示出使變焦透鏡1具體化的數(shù)值實(shí)施例1的數(shù)據(jù)。下面的所有數(shù)值實(shí)施例都以廣角端焦距fW被標(biāo)準(zhǔn)化為1的值來(lái)表示。
在下面的說(shuō)明中，“ri-j”表示當(dāng)從第i個(gè)透鏡組Gi的物側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)第j個(gè)表面的曲率半徑；“di-j”表示當(dāng)從第i個(gè)透鏡組Gi的物側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)第j個(gè)表面和第(j+1)個(gè)表面之間的表面間隔；“dFL”表示濾光器FL的表面間隔；“ni-j”表示當(dāng)從第i個(gè)透鏡組Gi的物側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)構(gòu)成第j個(gè)透鏡的材料的d線折射率；“nFL”表示構(gòu)成濾光器FL的材料的d線折射率；“υi-j”表示當(dāng)從第i個(gè)透鏡組Gi的物側(cè)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)構(gòu)成第j個(gè)透鏡的材料的阿貝數(shù)；以及“υFL”表示構(gòu)成濾光器FL的材料的阿貝數(shù)。
在變焦透鏡1中，第一透鏡組G1和第二透鏡組G2之間的表面間隔d1-10、第二透鏡組G2和光闌IR之間的表面間隔d2-5、第三透鏡組G3和第四透鏡組G4之間的表面間隔d3-5、以及第四透鏡組G4和第五透鏡組G5之間的表面間隔d4-5是可變的。表2示出在數(shù)值實(shí)施例1中上面各個(gè)表面間隔的廣角端、廣角端和攝遠(yuǎn)端之間的中間焦距、以及攝遠(yuǎn)端的各個(gè)值，連同焦距、F數(shù)和視角(2ω)。
在變焦透鏡1中，最接近第一透鏡組G1的像側(cè)而設(shè)置的雙凸透鏡L1-6的物側(cè)表面r1-9、最接近第三透鏡組G3的物側(cè)而設(shè)置的透鏡L3-1的物側(cè)表面r3-1、和第五透鏡組G5中第二透鏡L5-2的物側(cè)表面r5-3分別由非球面組成。表3示出在數(shù)值實(shí)施例1中上面各個(gè)表面的第四階、第六階和第八階非球面系數(shù)A4、A6和A8。
圖3至圖5示出在數(shù)值實(shí)施例1中廣角端、廣角端和攝遠(yuǎn)端之間的中間焦點(diǎn)位置、以及攝遠(yuǎn)端的球面像差、像散和畸變。在球面像差圖中，實(shí)線表示d線(波長(zhǎng)為587.6nm)上的像差曲線；虛線表示g線(波長(zhǎng)為435.8nm)上的像差曲線；長(zhǎng)短交替的虛線表示C線(波長(zhǎng)為656.3nm)上的像差曲線。在像散圖中，實(shí)線表示弧矢像面；而虛線表示經(jīng)向(meridional)像面。
圖6至9示出本發(fā)明的變焦透鏡的第二實(shí)施例。圖6示出變焦透鏡2的透鏡結(jié)構(gòu)。
如圖6中所示，變焦透鏡2由從物側(cè)起依次設(shè)置的下列透鏡組構(gòu)成具有正折射率的第一透鏡組G1；具有負(fù)折射率的第二透鏡組G2；具有正折射率的第三透鏡組G3；具有負(fù)折射率的第四透鏡組G4；和具有正折射率的第五透鏡組G5。第一透鏡組G1、第三透鏡組G3和第五透鏡組G5靜止不動(dòng)。第二透鏡組G2在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組G4在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。
通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組G1凹透鏡L1-1、凹透鏡L1-2、具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡L1-3、三膠合透鏡、和具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡L1-7，所述三膠合透鏡由具有朝物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡L1-4、阿貝數(shù)υd不小于84的雙凸透鏡L1-5、和具有面向物側(cè)的凹面的凹彎月透鏡L1-6構(gòu)成，其中凸透鏡L1-7的物側(cè)表面由非球面組成。
光闌IR置于第三透鏡組G3的物側(cè)，濾光器FL置于第五透鏡組G5和圖像傳感器102之間。
表4顯示出使變焦透鏡2具體化的數(shù)值實(shí)施例2的數(shù)據(jù)。
在變焦透鏡2中，第一透鏡組G1和第二透鏡組G2之間的表面間隔d1-12、第二透鏡組G2和光闌IR之間的表面間隔d2-5、第三透鏡組G3和第四透鏡組G4之間的表面間隔d3-5、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5之間的表面間隔d4-5是可變的。表5示出在數(shù)值實(shí)施例2中上面各個(gè)表面間隔的廣角端、廣角端和攝遠(yuǎn)端之間的中間焦距、以及攝遠(yuǎn)端的各個(gè)值，連同焦距、F數(shù)和視角(2ω)。
在變焦透鏡2中，最接近第一透鏡組G1的像側(cè)而設(shè)置的雙凸透鏡L1-7的物側(cè)表面r1-11、最接近第三透鏡組G3的物側(cè)而設(shè)置的透鏡L3-1的物側(cè)表面r3-1、和第五透鏡組G5的第二透鏡L5-2的物側(cè)表面r5-3分別由非球面組成。表6示出在數(shù)值實(shí)施例2中上面各個(gè)表面的第四階、第六階和第八階非球面系數(shù)A4、A6和A8。
圖7至圖9示出在數(shù)值實(shí)施例2中廣角端、廣角端和攝遠(yuǎn)端之間的中間焦點(diǎn)位置、以及攝遠(yuǎn)端的球面像差、像散和畸變。在球面像差圖中，實(shí)線表示d線(波長(zhǎng)為587.6nm)上的像差曲線；虛線表示g線(波長(zhǎng)為435.8nm)上的像差曲線；點(diǎn)劃線表示C線(波長(zhǎng)為656.3nm)上的像差曲線。在像散圖中，實(shí)線表示弧矢像面；而虛線表示經(jīng)向像面。
圖10至13示出本發(fā)明的變焦透鏡的第三實(shí)施例。圖10示出變焦透鏡3的透鏡結(jié)構(gòu)。
如圖10中所示，變焦透鏡3由從物側(cè)起依次設(shè)置的下列透鏡組構(gòu)成具有正折射率的第一透鏡組G1；具有負(fù)折射率的第二透鏡組G2；具有正折射率的第三透鏡組G3；具有負(fù)折射率的第四透鏡組G4；和具有正折射率的第五透鏡組G5。第一透鏡組G1、第三透鏡組G3和第五透鏡組G5靜止不動(dòng)。第二透鏡組G2在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦，第四透鏡組G4在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。
通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成第一透鏡組G1凹透鏡L1-1、直角棱鏡L1-2、具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡L1-3、三膠合透鏡、和具有朝物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡L1-7，所述三膠合透鏡由具有朝物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡L1-4、阿貝數(shù)υd不小于84的雙凸透鏡L1-5、和具有面向物側(cè)的凹面的凹彎月透鏡L1-6構(gòu)成，其中凸透鏡L1-7的物側(cè)表面由非球面組成。
光闌IR置于第三透鏡組G3的物側(cè)，濾光器FL置于第五透鏡組G5和圖像傳感器102之間。
表7顯示出使變焦透鏡3具體化的數(shù)值實(shí)施例3的數(shù)據(jù)。
在變焦透鏡3中，第一透鏡組G1和第二透鏡組G2之間的表面間隔d1-11、第二透鏡組G2和光闌IR之間的表面間隔d2-5、第三透鏡組G3和第四透鏡組G4之間的表面間隔d3-5、第四透鏡組G4和第五透鏡組G5之間的表面間隔d4-5是可變的。表8示出在數(shù)值實(shí)施例3中上面各個(gè)表面間隔的廣角端、廣角端和攝遠(yuǎn)端之間的中間焦距、以及攝遠(yuǎn)端的各個(gè)值，連同焦距、F數(shù)和視角(2ω)。
在變焦透鏡3中，最接近第一透鏡組G1的像側(cè)而設(shè)置的雙凸透鏡L1-7的物側(cè)表面r1-10、最接近第三透鏡組G3的物側(cè)而設(shè)置的透鏡L3-1的物側(cè)表面r3-1、和第五透鏡組G5的第二透鏡L5-2的物側(cè)表面r5-3分別由非球面組成。表9示出在數(shù)值實(shí)施例3中上面各個(gè)表面的第四階、第六階和第八階非球面系數(shù)A4、A6和A8。
圖11至圖13示出在數(shù)值實(shí)施例3中廣角端、廣角端和攝遠(yuǎn)端之間的中間焦點(diǎn)位置、以及攝遠(yuǎn)端的球面像差、像散和畸變。在球面像差圖中，實(shí)線表示d線(波長(zhǎng)為587.6nm)上的像差曲線；虛線表示g線(波長(zhǎng)為435.8nm)上的像差曲線；點(diǎn)劃線表示C線(波長(zhǎng)為656.3nm)上的像差曲線。在像散圖中，實(shí)線表示弧矢像面；虛線表示經(jīng)向像面。
表10示出在上述各個(gè)數(shù)值實(shí)施例中上述各個(gè)條件表達(dá)式的數(shù)值對(duì)應(yīng)表。
在上述優(yōu)選實(shí)施例和數(shù)值實(shí)施例中示出的各個(gè)部件的具體形狀和結(jié)構(gòu)以及數(shù)值僅僅是為了說(shuō)明當(dāng)將本發(fā)明投入實(shí)踐當(dāng)中時(shí)所進(jìn)行的實(shí)施，不應(yīng)當(dāng)用其來(lái)限制性地解釋本發(fā)明的技術(shù)范圍。
本發(fā)明可應(yīng)用于攝像機(jī)、靜止圖像攝像機(jī)和靜物照相機(jī)等，并能夠以緊湊形式構(gòu)造它們，同時(shí)允許極好地校正各種像差，并實(shí)現(xiàn)覆蓋超廣角到超攝遠(yuǎn)的超高比例。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以依賴(lài)于設(shè)計(jì)要求以及其他因素而在隨附的權(quán)利要求書(shū)或其等效方案的范圍內(nèi)出現(xiàn)各種修改、組合、子組合和替代。
權(quán)利要求
1.一種照相機(jī)系統(tǒng)，包括變焦透鏡；拍攝裝置，將所述變焦透鏡捕獲的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象電信號(hào)；和圖像控制裝置，其中所述圖像控制裝置被配置為在參考以前響應(yīng)于通過(guò)所述變焦透鏡的變焦比而提供的變換坐標(biāo)因數(shù)時(shí)，通過(guò)移動(dòng)由所述拍攝裝置形成的圖像信號(hào)所定義的圖像上一點(diǎn)來(lái)形成經(jīng)歷坐標(biāo)變換的新的圖像信號(hào)，然后輸出該新的圖像信號(hào)，所述變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成，并且所述變焦透鏡被這樣配置，以致第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)；第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦；第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦，以及通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成所述第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中所述膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的所述凸透鏡的至少一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組的膠合透鏡被配置為三膠合透鏡，該三膠合透鏡包括從物側(cè)起依次排列的具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡、阿貝數(shù)υd不小于84的雙凸透鏡和具有面向物側(cè)的凹面的凹彎月透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由一個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1)、(2)和(3)中的每一個(gè)(1)5＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(3)0.2＜H1′/f1＜0.35，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有朝第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
4.如權(quán)利要求2所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由一個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1)、(2)和(3)中的每一個(gè)(1)5＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(3)0.2＜H1′/f1＜0.35，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有朝第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
5.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡和雙凸透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1′)、(2)和(4)中的每一個(gè)(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(4)0.35＜H1′/f1＜0.6，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有朝第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
6.如權(quán)利要求2所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡和雙凸透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1′)、(2)和(4)中的每一個(gè)(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(4)0.35＜H1′/f1＜0.6，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有朝第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
7.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組的非球面被設(shè)置在最接近所述第一透鏡組像側(cè)的凸透鏡的物側(cè)表面上，并且被配置為具有這樣的形狀，即當(dāng)離開(kāi)光軸的距離在有效直徑內(nèi)增大時(shí)，與旁軸球面相比曲率減小。
8.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述變焦透鏡滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(5)至(9)中的每一個(gè)(5)0.35＜|f2|/√(fW·fT)＜0.55；(6)3.5＜f3/fW＜9；(7)4.5＜|f4|/fW＜10；(8)4＜f5/fW＜8；以及(9)1.0＜|D4W/f4|＜1.3，其中fW是整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距；fT是整個(gè)系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)端的焦距；fi是第i個(gè)透鏡組的焦距；以及D4W是當(dāng)聚焦在位于廣角端的無(wú)限遠(yuǎn)物體上時(shí)第四透鏡組和第五透鏡組之間的間隔。
9.一種照相機(jī)系統(tǒng)，包括變焦透鏡；拍攝裝置，將所述變焦透鏡捕獲的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象電信號(hào)；和圖像控制裝置，其中所述圖像控制裝置被配置為在參考以前響應(yīng)于通過(guò)所述變焦透鏡的變焦比而提供的變換坐標(biāo)因數(shù)時(shí)，通過(guò)移動(dòng)由所述拍攝裝置形成的圖像信號(hào)所定義的圖像上一點(diǎn)來(lái)形成經(jīng)歷坐標(biāo)變換的新的圖像信號(hào)，然后輸出該新的圖像信號(hào)，所述變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成，并且所述變焦透鏡被這樣配置以致第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)；第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦；第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦，以及通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成所述第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中所述膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的所述凸透鏡的至少一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組的膠合透鏡被配置為三膠合透鏡，該三膠合透鏡包括從物側(cè)起依次排列的具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡、阿貝數(shù)υd不小于84的雙凸透鏡和具有面向物側(cè)的凹面的凹彎月透鏡。
11.如權(quán)利要求9所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由一個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1)、(2)和(3)中的每一個(gè)(1)5＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(3)0.2＜H1′/f1＜0.35，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的厚度與具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
12.如權(quán)利要求10所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由一個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1)、(2)和(3)中的每一個(gè)(1)5＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(3)0.2＜H1′/f1＜0.35，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的厚度與具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
13.如權(quán)利要求9所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡和雙凸透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1′)、(2)和(4)中的每一個(gè)(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(4)0.35＜H1′/f1＜0.6，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的厚度與具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
14.如權(quán)利要求10所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡和雙凸透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1′)、(2)和(4)中的每一個(gè)(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(4)0.35＜H1′/f1＜0.6，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的厚度與具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
15.如權(quán)利要求9所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組的非球面被設(shè)置在最接近第一透鏡組像側(cè)的凸透鏡的物側(cè)表面上，并且被配置為具有這樣的形狀，即當(dāng)離開(kāi)光軸的距離在有效直徑內(nèi)增大時(shí)，與旁軸球面相比曲率減小。
16.如權(quán)利要求9所述的照相機(jī)系統(tǒng)，其中所述變焦透鏡滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(5)至(9)中的每一個(gè)(5)0.35＜|f2|/√(fW·fT)＜0.55；(6)3.5＜f3/fW＜9；(7)4.5＜|f4|/fW＜10；(8)4＜f5/fW＜8；以及(9)1.0＜|D4W/f4|＜1.3，其中fW是整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距；fT是整個(gè)系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)端的焦距；fi是第i個(gè)透鏡組的焦距；D4W是當(dāng)聚焦在位于廣角端的無(wú)限遠(yuǎn)物體上時(shí)第四透鏡組和第五透鏡組之間的間隔。
17.一種變焦透鏡，包括從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組，并且所述變焦透鏡被這樣配置，以致第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)；第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦；第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦，其中通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成所述第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中所述膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的所述凸透鏡的至少一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求17所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組的膠合透鏡被配置為三膠合透鏡，該三膠合透鏡包括從物側(cè)起依次排列的具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡、阿貝數(shù)υd不小于84的雙凸透鏡和具有面向物側(cè)的凹面的凹彎月透鏡。
19.如權(quán)利要求17所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由一個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1)、(2)和(3)中的每一個(gè)(1)5＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(3)0.2＜H1′/f1＜0.35，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有朝第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
20.如權(quán)利要求18所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由一個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1)、(2)和(3)中的每一個(gè)(1)5＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(3)0.2＜H1′/f1＜0.35，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有朝第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
21.如權(quán)利要求17所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡和雙凸透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1′)、(2)和(4)中的每一個(gè)(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(4)0.35＜H1′/f1＜0.6，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有朝第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
22.如權(quán)利要求18所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡和雙凸透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1′)、(2)和(4)中的每一個(gè)(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(4)0.35＜H1′/f1＜0.6，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是具有朝第一透鏡組像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
23.如權(quán)利要求17所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組的非球面被設(shè)置在最接近第一透鏡組像側(cè)的凸透鏡的物側(cè)表面上，并且被配置為具有這樣的形狀，即當(dāng)離開(kāi)光軸的距離在有效直徑內(nèi)增大時(shí)，與旁軸球面相比曲率減小。
24.如權(quán)利要求17所述的變焦透鏡，其中滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(5)至(9)中的每一個(gè)(5)0.35＜|f2|/√(fW·fT)＜0.55；(6)3.5＜f3/fW＜9；(7)4.5＜|f4|/fW＜10；(8)4＜f5/fW＜8；以及(9)1.0＜|D4W/f4|＜1.3，其中fW是整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距；fT是整個(gè)系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)端的焦距；fi是第i個(gè)透鏡組的焦距；以及D4W是當(dāng)聚焦在位于廣角端的無(wú)限遠(yuǎn)物體上時(shí)第四透鏡組和第五透鏡組之間的間隔。
25.一種變焦透鏡，包括從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組，并且所述變焦透鏡被這樣配置，以致第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)；第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦；第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦，其中通過(guò)從物側(cè)起依次設(shè)置下列透鏡來(lái)構(gòu)成所述第一透鏡組由一個(gè)或多個(gè)透鏡構(gòu)成的凹透鏡組；通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡；具有面向像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡；包括凹透鏡和阿貝數(shù)υd不小于84的凸透鏡的膠合透鏡；以及具有面向物側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡，其中所述膠合透鏡的接觸空氣的表面和最接近像側(cè)的所述凸透鏡的至少一個(gè)表面由非球面構(gòu)成。
26.如權(quán)利要求25所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組的膠合透鏡被配置為三膠合透鏡，該三膠合透鏡包括從物側(cè)起依次排列的具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡、阿貝數(shù)υd不小于84的雙凸透鏡和具有面向物側(cè)的凹面的凹彎月透鏡。
27.如權(quán)利要求25所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由一個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1)、(2)和(3)中的每一個(gè)(1)5＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(3)0.2＜H1′/f1＜0.35，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的厚度與具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
28.如權(quán)利要求26所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由一個(gè)凹透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1)、(2)和(3)中的每一個(gè)(1)5＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(3)0.2＜H1′/f1＜0.35，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的厚度與具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
29.如權(quán)利要求25所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡和雙凸透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1′)、(2)和(4)中的每一個(gè)(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(4)0.35＜H1′/f1＜0.6，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的厚度與具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
30.如權(quán)利要求26所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組中最接近物側(cè)的凹透鏡組由具有面向物側(cè)的凸面的凹彎月透鏡和雙凸透鏡組成，并滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(1′)、(2)和(4)中的每一個(gè)(1′)4＜|f1F|/f1；(2)0.4＜dp/f1＜1.5；以及(4)0.35＜H1′/f1＜0.6，其中f1是第一透鏡組的焦距；f1F是最接近第一透鏡組物側(cè)的凹透鏡組和具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的合成焦距；dp是通過(guò)反射使光路彎折的棱鏡的厚度與具有朝像側(cè)的強(qiáng)烈凸面的凸透鏡的厚度之和；以及H1′是從最接近第一透鏡組像側(cè)的表面的最高點(diǎn)到第一透鏡組的像側(cè)主點(diǎn)的距離(“-”表示物側(cè)，“+”表示像側(cè))。
31.如權(quán)利要求25所述的變焦透鏡，其中所述第一透鏡組的非球面被設(shè)置在最接近第一透鏡組像側(cè)的凸透鏡的物側(cè)表面上，并且被配置為具有這樣的形狀，即當(dāng)離開(kāi)光軸的距離在有效直徑內(nèi)增大時(shí)，與旁軸球面相比曲率減小。
32.如權(quán)利要求25所述的變焦透鏡，其中滿(mǎn)足下面的條件表達(dá)式(5)至(9)中的每一個(gè)(5)0.35＜|f2|/√(fW·fT)＜0.55；(6)3.5＜f3/fW＜9；(7)4.5＜|f4|/fW＜10；(8)4＜f5/fW＜8；以及(9)1.0＜|D4W/f4|＜1.3，其中fW是整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距；fT是整個(gè)系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)端的焦距；fi是第i個(gè)透鏡組的焦距；以及D4W是當(dāng)聚焦在位于廣角端的無(wú)限遠(yuǎn)物體上時(shí)第四透鏡組和第五透鏡組之間的間隔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種照相機(jī)系統(tǒng)，包括變焦透鏡；將變焦透鏡捕獲的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閳D象電信號(hào)的拍攝裝置；以及圖像控制裝置，其中，該變焦透鏡由從物側(cè)起依次設(shè)置的具有正折射率的第一透鏡組、具有負(fù)折射率的第二透鏡組、具有正折射率的第三透鏡組、具有負(fù)折射率的第四透鏡組和具有正折射率的第五透鏡組構(gòu)成，并且所述變焦透鏡被這樣配置，以致第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組靜止不動(dòng)；第二透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便主要進(jìn)行變焦；第四透鏡組在光軸方向上移動(dòng)，以便校正圖像位置變動(dòng)并進(jìn)行聚焦。
文檔編號(hào)G02B9/00GK1715984SQ200510078109
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者南條雄介 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社