專利名稱：光學透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及 一 種用于靜止或運動圖像相機的光學系統(tǒng)，所述 相機包括數(shù)碼相機、攝像機等。
背景技術(shù)：
在1998年3月10日4受予Frazier的美國專利5,727,236描述了 一 種光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有廣角透鏡、深景透鏡(field lens)和近聚焦
透鏡的部件。該光學系統(tǒng)旨在獲得深焦圖像，即旨在使其能夠在 保持聚焦無窮大的同時在前景中聚焦拍攝微距物體。
美國專利5,727,236的系統(tǒng)包括依次對準在光軸上并排列在透鏡 圓柱或鏡筒中的物鏡、景透鏡和中繼透鏡。物鏡在景透鏡處或者在 景透鏡前方或后方的景透鏡附近形成中間級圖像。物鏡可以被固定 在無限遠焦點處并具有全開光圈，用于形成尺寸比那個焦距的物鏡 正常尺寸更大的中間級圖像。景透鏡和中繼透鏡在膠片平面上將該 相同的圖像投射成更小的最終圖像。中繼透鏡是微距透鏡并且可以 有一個虹膜和聚焦機制，使得不需要物鏡和景透鏡來進行光圈控制 和聚焦。用于顛倒和反轉(zhuǎn)(復原)該中間級圖像的別漢(Pechan)棱鏡、 屋脊棱鏡和反射鏡在筒中被提供于景透鏡和中繼透鏡之間。別漢棱 鏡、屋脊棱鏡和反射鏡確保在膠片平面處的最終圖像具有最終圖像 的正常取向(而非被顛倒和反轉(zhuǎn))。這樣的一個光學系統(tǒng)需要一個 基本的光總量來提供良好的景深。而且，該光學系統(tǒng)具有基本上多 個的光表面(即空氣到光介質(zhì)表面)。每次光線都必須從空氣傳 播到玻璃并再次到空氣，圖像都有些許衰落。在這樣一個光學系統(tǒng) 中可能有多達50個"空氣到玻璃，，表面。另外，別漢棱鏡或其光學 等價物以及屋脊棱鏡體積大且重使得該光學系統(tǒng)比不使用它們的系 統(tǒng)更大更重。
Snorkel類型的透鏡已被使用了一段時間，但是所有的類型都需 要相機設(shè)置的改變并分別將透鏡系統(tǒng)直接附加到相機主體上。 Snorkel透鏡使得進入包括桌面攝影或者地平面接近攝影在內(nèi)的攝影 情形變得困難。景深基本與正常透鏡相同。
不利地，這種透鏡需要從相機中移除變焦透鏡。此外，這需要時 間裝配相機。還有，這種snorkel類型的透鏡需要較高的光級并因此 照明費用更大。
具有圖像旋轉(zhuǎn)器的雙軸轉(zhuǎn)體(swivel)光學透鏡系統(tǒng)已被用來處 理困難情形的放置和拍攝。即使相機取向顛倒或者側(cè)倒，圖像旋轉(zhuǎn) 器都能將圖像取向糾正到正確的相機幾何形狀。光學透鏡系統(tǒng)的旋
轉(zhuǎn)傾斜(tip)允許通過保持相機離開地面來容易進入低地面級的鏡頭， 或者允許在相機保持在水平取向上的同時懸掛式或俯拍鏡頭。
但是，不利地，因為這種雙軸轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)有大量的透鏡單 元和棱鏡，所以這種系統(tǒng)生產(chǎn)昂貴。通常，這種系統(tǒng)有多達15個左 右的物鏡用于處理不同的可接受角度。此外，這種光學透鏡系統(tǒng)在 系統(tǒng)的前面放置一個變焦透鏡。各種透鏡向透鏡所附加到其上的相 機前端增加了顯著的重量并且延長了總長度，使得轉(zhuǎn)體過于靠后。 這使得該光學透鏡系統(tǒng)和相機難于使用。因此，這種透鏡難以經(jīng)濟 地生產(chǎn)并且使用麻煩。此外，需要大量的光來操作這種透鏡。通常， 該光學透鏡系統(tǒng)具有F5.6或更小(例如，F(xiàn)8)的F檔位(stop)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種廣角、深景、近聚焦的光學系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于接受來自空間中物體的輻射的負透鏡單元； 以及耦合到該負透鏡單元的中繼透鏡。該負透鏡單元和中繼透鏡按 照該順序被對準在光軸上。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種廣角、 深景、近聚焦的光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于接受來自空間中物體 的輻射的負透鏡單元；以及被配置為與該負透鏡單元固定地對準的 中繼透鏡，該負透鏡單元和中繼透鏡按照該順序被對準在光軸上， 該負透鏡單元在中繼透鏡上形成第 一 圖像以便在離中繼透鏡一段距 離處的最終圖像平面上形成最終圖像。
該光學系統(tǒng)可以包括 一個保持框架；兩個負透鏡單元，每個負 透鏡單元固定地被保持在保持框架中；以及兩個中繼透鏡，其被配 置為與相應的負透鏡單元固定地對準。最終圖像平面可以是膠片平 面。該膠片平面可以包括相機中的膠片或者數(shù)碼相機或攝像機的電 荷耦合器件("CCD")。
該光學系統(tǒng)還可以包括位于中繼透鏡內(nèi)的聚焦和光圈控制。
該光學系統(tǒng)不需要位于負透鏡單元和中繼透鏡之間的用于將第 一真實圖像顛倒和反轉(zhuǎn)為最終圖像的圖像取向校正光學裝置。
該光學系統(tǒng)還可以包括一個耦合在負透鏡單元和中繼透鏡之間 的透鏡筒。
該光學系統(tǒng)還可以包括位于負透鏡單元和中繼透鏡之間的用于 引起光軸偏離的光軸偏離光學裝置。該光軸偏離光學裝置可以包括
色散棱鏡或其光學等價物。該色散棱鏡可以是一個60度的色散棱鏡。 中繼透鏡可以是微距透鏡。該微距中繼透鏡可以包括變焦透鏡或
變焦透4竟組件。
該光學系統(tǒng)還可以包括耦合到負透鏡單元的Aspheron或
Aspheron類型的透4竟。
該負透鏡單元可以包括一個負透鏡，或者一個負透鏡群。
該負透鏡單元可以包括一個可移除變焦透鏡組件。
該負透鏡群可以包括正透鏡元件和負透鏡元件，但是透鏡元件的
組合在功能上保持為負。負透鏡群可以包括平凹(plano-concave )透
鏡、雙凹(concave-concave )透鏡和雙合(doublet)透鏡。該光學
系統(tǒng)還可以包括一個筒外殼，使平凹透鏡、雙凹透鏡和雙合透鏡被
容納在其中。
該光軸偏離光學裝置可以可旋轉(zhuǎn)地提供于該光軸上。該光學系統(tǒng)
還可以包括一個耦合到光軸偏離光學裝置和中繼透鏡的可旋轉(zhuǎn)透鏡
拔 同。
該光學系統(tǒng)可以是用于攝像機和/或膠片相機的探頭型深焦透 鏡，該深焦透鏡包括耦合在負透鏡單元和中繼透鏡之間的透鏡筒。
該光學系統(tǒng)可以是用于數(shù)碼相機和/或靜止相機的附件類型的深 焦透鏡。
中繼透鏡可以包括變焦透4免或變焦透4竟組件。該變焦透4免或變焦 透鏡組件可以是可移除的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種相機，該相機包括外殼、設(shè) 置在該外殼內(nèi)的圖像捕獲機制和根據(jù)任何前述各方面的耦合到該外 殼的光學系統(tǒng)。
該光學系統(tǒng)可以被耦合到外殼以使該光學系統(tǒng)的光軸與圖像捕
獲機制的膠片平面相垂直。
相機可以是靜止相機、運動圖片相才幾、攝像機和/或數(shù)碼相機。
圖像捕獲機制可以包括模擬膠片或者電荷耦合器件(CCD)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種光學透鏡附件。該附件包括 用于與相機和光學透鏡中的至少 一個相配嚙合的耦合機制；在一端 處耦合到耦合機制上的筒；耦合到伸長筒的另 一端上的負透鏡單元； 以及被設(shè)置在筒與耦合機制之間的屈光透鏡，耦合機制、屈光透鏡 以及筒都與光軸對準。
耦合機制可以包括帶螺紋的圓柱構(gòu)件，用于與互補的帶螺紋的圓 柱構(gòu)件相配相互嚙合。
該光學透鏡附件還可以包括在與負透鏡單元的那端相反的一端 處被設(shè)置在筒內(nèi)的密封機制。該密封機制可以是 一 個光學平面 (optical flat)。
該附件可以是一個直前視角筒透鏡附件。
該光學透鏡附件還可以包括設(shè)置在負透鏡單元和筒之間的斜棱 鏡構(gòu)件，其中負透鏡單元耦合到該斜棱鏡構(gòu)件的成角度表面。該斜 棱鏡構(gòu)件可以包括反射鏡面的色散棱鏡。
可替換地，該附件可以是一個角度視角筒透鏡附件。 該光學透鏡附件還可以包括一個被設(shè)置在負透鏡單元和耦合積" 制之間的旋轉(zhuǎn)機制。該旋轉(zhuǎn)機制允許負透鏡單元關(guān)于筒的縱軸進行 360度旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)4幾制可以包括耦合在筒和耦合才幾制之間的旋轉(zhuǎn)環(huán)部 件。
耦合才幾制與相4幾的變焦透鏡相配地嚙合。
該光學透鏡附件還包括耦合在筒和耦合機制之間的具有變焦能 力的微距透鏡單元。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種相機，該相機包括根據(jù)前述各
方面中任一個的光學透^:附件；以及變焦透^:。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種相機，該相機包括根據(jù)前述各 方面的光學透#:附件。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包括負透鏡單元，其被配置為該雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)的物鏡。該 負透鏡單元使得入射平行光線從負透鏡單元中顯現(xiàn)，就好像光線是
從負透鏡單元的入射側(cè)上的焦點中射出一樣。該系統(tǒng)還包括被設(shè) 置在外殼內(nèi)的反射鏡，其取向相對于負透鏡單元的光軸成一角度； 被設(shè)置在外殼內(nèi)的屋脊棱鏡，用于將入射光線旋轉(zhuǎn)90度并顛倒該圖 像；旋轉(zhuǎn)機制，其允許負透鏡單元關(guān)于垂直軸線旋轉(zhuǎn)；圖像旋轉(zhuǎn)器， 其包括一 個能夠顛倒圖像的棱鏡，該棱鏡被設(shè)置在圖像旋轉(zhuǎn)器內(nèi)； 以及另 一個旋轉(zhuǎn)機制，其允許屋脊棱鏡關(guān)于圖像旋轉(zhuǎn)器的光軸旋轉(zhuǎn)。
負透鏡單元的整體功能是一 個負透鏡。負透鏡單元可以包括至少 一個負透鏡。負透鏡單元可以包括多個負透鏡元件和/或負透鏡群。 負透4竟單元可以包括平凹透鏡、雙凹透鏡和雙合透鏡。負透鏡單元 可以包括至少 一個較低倍的正透鏡。
具有反射鏡的外殼可以被耦合到負透鏡單元。
屋脊棱鏡可以包括一個補償屋脊棱鏡。
圖像旋轉(zhuǎn)器的棱鏡可以包括別漢棱鏡和道威棱鏡。圖像旋轉(zhuǎn)器可 以包括耦合到棱鏡的管套，其能夠關(guān)于棱鏡的縱軸被手動旋轉(zhuǎn)以旋 轉(zhuǎn)圖像。
旋轉(zhuǎn)機制允許負透鏡單元的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機制可以允許負透鏡單元 和反射鏡的旋轉(zhuǎn)。另 一旋轉(zhuǎn)機制可以被耦合到圖像旋轉(zhuǎn)器和屋脊棱 鏡之間。
該光學透鏡系統(tǒng)還可以包括耦合機制，其被耦合用于與相機的變 焦透鏡和相機的樣史距透鏡中的至少 一個相配嚙合。
該光學透鏡系統(tǒng)還可以包括具有變焦能力的微距透鏡。該具有變 焦能力的微距透鏡單元被聚焦在負透鏡單元上。該具有變焦能力的 微距透鏡單元可以被耦合到圖像旋轉(zhuǎn)器。旋轉(zhuǎn)機制可以耦合圖像旋 轉(zhuǎn)器和微距中繼透鏡。該光學透鏡系統(tǒng)還可以包括耦合到該具有變 焦能力的微距透鏡上的耦合機制。
該透鏡系統(tǒng)提供大景深。該光學透鏡系統(tǒng)還可以包括用于將相機的變焦透鏡聚焦在負透 鏡單元上的屈光透鏡。
相機的變焦透鏡包括用于聚焦在負透鏡單元上的屈光透鏡。 反射鏡可以是前表面的反射鏡。
耦合機制可以包括帶螺紋的圓柱構(gòu)件，用于與互補的帶螺紋的圓 柱構(gòu)件相配相互嚙合。
每個旋轉(zhuǎn)機制可以包括一個旋轉(zhuǎn)環(huán)部件。
該光學透鏡系統(tǒng)還可以包括濾波器系統(tǒng)。該濾波器系統(tǒng)可以是嵌 入式濾波器系統(tǒng)。
該光學透鏡系統(tǒng)可以是用于相機的光學透鏡附件。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種相機，該相機包括根據(jù)前述各 方面中任一 個的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種相機，該相機包括根據(jù)前述
各方面中任一個的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)，以及變焦透鏡和微距透4竟 二者中的至少一個。


在下文中參考附圖描述本發(fā)明的實施例，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種廣角、深景、近聚焦的光學 系統(tǒng)的側(cè)視圖，包括負透鏡單元的部分截面圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的一種廣角、深景、近聚焦的光 學系統(tǒng)的側(cè)視圖，包括負透鏡單元的部分截面圖3是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的一種廣角、深景、近聚焦的光 學系統(tǒng)的側(cè)視圖，包括負透鏡單元的部分截面圖4是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的一種廣角、深景、近聚焦的光 學系統(tǒng)的側(cè)-f見圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的一種雙重、廣角、深景、近聚 焦的光學系統(tǒng)的側(cè)一見圖6是適于攝像機或膠片相機使用的根據(jù)本發(fā)明實施例的兩個
光學透鏡附件的側(cè)視圖7是適于攝像機或膠片相機使用的根據(jù)本發(fā)明另 一 個實施例 的 一 個光學透鏡附件的側(cè)視圖8是適于攝像機或膠片相機使用的根據(jù)本發(fā)明 一 個實施例的 一個雙轉(zhuǎn)體光學透4竟系統(tǒng)的側(cè)視圖；以及
圖9是適于攝像機或膠片相機使用的根據(jù)本發(fā)明另 一個實施例 的 一 個雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)的側(cè)視圖。
具體實施例方式
廣角、深景、近聚焦的光學系統(tǒng)在下文中被公開。光學透鏡附件 和包括光學透鏡附件的相機也在下文中被描述。另外，雙轉(zhuǎn)體光學 透鏡系統(tǒng)和包括這種雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)的相機在下文中被描述。 在以下說明中，包括特定的膠片格式、透鏡材料、特定角度的棱鏡 單元、耦合機制、筒長度、棱鏡單元等等在內(nèi)的大量具體的細節(jié)被 闡明?？墒牵瑥谋竟_內(nèi)容中，本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解可以做 出一些修改和/或替換，而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。在其它環(huán)境 下，具體細節(jié)可被省略以免模糊本發(fā)明。
在任何一個或多個附圖中對具有相同或相似附圖標記的特征進 行參考時，這些特征對于此描述目的而具有相同的一個或多個功能 或一個或多個操作，除非相反的意圖出現(xiàn)。為了簡潔，在附圖中類 似的特征被給出類似的附圖標記(例如，圖1和2中的負透鏡群U10 和1210)。
在本說明書的上下文中，單詞"包括"具有開放的、非排他性的 含義"主要包含但不必只包含"，但是既非"基本由……組成" 又非"由......組成"。包括一詞的變形也具有相應的意義。
1.1 廣角、深景、近聚焦的光學系統(tǒng)
圖1說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的廣角、深景、近聚焦的光 學系統(tǒng)1100。該光學系統(tǒng)U00包括負透鏡單元1110、光學透鏡圓 柱1150 (它可以是各種長度中的任一長度)以及中繼透鏡1160，它
們按照該順序而進行配置。中繼透鏡1160可以是一個微距透鏡。光 學系統(tǒng)IIOO可以被安裝在相機(未示出)的正面。相機可以是靜止 或運動圖像相機、攝像機、數(shù)碼相機等等。在(微距)中繼透鏡1160 后面，相機的膠片平面1170被放置在一個距離處，以使該光學系統(tǒng) 的最終圖像被聚焦到膠片平面1170上。膠片平面1170象征性地表 示相機中的膠片的圖像平面或者數(shù)碼相機或攝像機的電荷耦合器件 ("CCD")。透鏡筒1150和中繼透鏡1160僅被描述為塊單元， 因為大量此類組件可以被使用而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。例如， 許多標準微距透鏡中的任一個都可以被使用。另外，系統(tǒng)1100的組 件可以被定制為適合所使用的微距透鏡。這種組件是本領(lǐng)域技術(shù)人 員熟知的。另外，使用在透鏡筒1150中央?yún)^(qū)域中的斷裂線來描述透 鏡筒H50以指示筒1150可以有許多不同長度中的任一個，同樣， 這也不偏離本發(fā)明的范圍和精神。較長的透鏡可能更優(yōu)選。透鏡筒 的標準長度例如可以包括1英尺(1， ) 、 18英寸和2英尺(2，)。 所使用的長度由包括負透鏡單元的光圈直徑、(微距)中繼透鏡的 倍數(shù)和所使用的膠片或視頻格式(例如，較小的格式導致較長的透 鏡)在內(nèi)的因素來確定。在本發(fā)明的一個實施例中，極長的光學系 統(tǒng)可被構(gòu)造。這樣一個系統(tǒng)可以包括一個位于負透鏡群或透鏡(用 作物鏡)與微距中繼透鏡之間的兩英尺(2，)的長管。
負透鏡單元1110充當物鏡。各種倍數(shù)的負透鏡1110都可被使 用，因此可以存在對接受角度的選擇。倘若負透鏡單元uio在功能 上保持為負，該單元可以以不同方式被實現(xiàn)。也就是"i兌，負透4竟單 元使得入射平行光線從負透鏡單元中顯現(xiàn)，就好像光線是從負透鏡 單元的入射側(cè)上的焦點中射出一樣。另外，倘若該組合在整體功能 上保持為負，單元1110可以既包括正透鏡元件又包4舌負透鏡元件。 任何一個或多個正透鏡都是低倍的正透鏡元件并且負透鏡單元的整 體功能保持為負。
在圖1所示的實施例中，負透鏡單元1110包括一個負透4竟群。 該負透鏡群可以包括(圖1中從左到右)平凹透鏡lll4、雙凹透鏡
1116和雙合透鏡1118。雙合透鏡1118可以包括與一個平凹透鏡結(jié) 和的雙凹透鏡。在這個實施例中，負透鏡單元1110還包括筒外殼 1112,透鏡1114、 1116和1118被容納在其中。透鏡1114和1116 二者都被裝在形成于筒外殼1U2的內(nèi)表面中的環(huán)狀凹槽中用于互補安裝。
光學系統(tǒng)1100只包括作為物鏡的負透鏡單元1110和中繼U鼓 距)透鏡1160。系統(tǒng)1100不需要景透鏡。系統(tǒng)1160也不需要別漢 棱鏡或其等價物、屋脊棱鏡或者反射鏡。本發(fā)明的該實施例應用負 透鏡群或透鏡而非正透鏡。這與使用正透鏡的現(xiàn)有系統(tǒng)相反，正透 鏡產(chǎn)生顛倒的圖像并需要使用反射鏡和棱鏡來糾正圖像的取向?？?替換地，這可以使用 一 系列間隔均勻的正的景透鏡或中繼透鏡來完 成。另外，正透鏡在現(xiàn)有系統(tǒng)中的使用需要使用景透鏡來放大(正) 物鏡的圖像。
負透鏡單元1110作為物鏡的使用簡化了光學系統(tǒng)1100，因為被 (微距)中繼透鏡1160所聚焦的圖像已經(jīng)是正確的方向。由于負透 鏡圖像的尺寸，景透鏡不需要放大該圖像。負物鏡透鏡單元1110的 尺寸需求更多是由微距中繼透鏡1160的倍數(shù)以及所需工作距離、負 透鏡單元的光圏尺寸、微距中繼透鏡的倍數(shù)以及所使用的膠片或視 頻格式來決定。如果一對一 100 mm的微距中繼透鏡給出一英尺(1，) 的工作距離，則一對一 200mm微距中繼透鏡給出兩英尺(2，)的工 作距離。例如，55或60mm微距中繼透鏡能提供良好的深焦。在這 樣一個實施例中，負透鏡單元1110接近《效距中繼透鏡1160。這例如 能成為靜止攝影應用實施例中的一個明顯優(yōu)勢，因為負透鏡單元 1110 (即用作物鏡)可以是附件上的一個簡單螺旋體。在本發(fā)明 的其它實施例中，《效距中繼透4竟1160可以包括一個變焦透鏡或者變 焦透4竟組件。
在本發(fā)明的實施例中，"空氣到玻璃到空氣"表面基本上較少 并因此很少有圖像衰落或者圖像衰落實質(zhì)上為零。例如，在本發(fā)明 的一個實施例中，可能只有兩個或三個這樣的"空氣到玻璃到空氣"表面。
如果正元件一前一后地被使用，則負透鏡的廣角較小。負透鏡
單元1110可以包括使用在變焦透鏡中的可移動變焦組件，并且其;f艮 令人滿意地作為物鏡工作。負透鏡群1110合并了正透鏡元件與負透
鏡元件，但是功能上保持為負。
1.2另一個廣角、深景、近聚焦的光學系統(tǒng)
圖2說明了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的廣角、深景、近聚焦的 光學系統(tǒng)1200。光學系統(tǒng)1200包括負透鏡單元1210、光學透4竟圓 柱1250和微距中繼透鏡1260,其同樣按照那個順序而進行配置。光 學系統(tǒng)1200可以被安裝在此前所指類型的相機(未示出)的前面。 倘若負透鏡單元1210功能上保持為負，該單元可以按照各種方式來 實現(xiàn)。也就是說，負透鏡單元使得入射平行光線從負透鏡單元中顯 現(xiàn)，就好像光線是從負透鏡單元的入射側(cè)上的焦點中射出一樣。倘 若該組合在整體功能上保持為負，單元1210既可以包括正透鏡元件 又可以包括負透鏡元件。任何一個或多個正透鏡都是低倍的正透鏡 元件并且負透鏡單元的整體功能保持為負。
在圖2所示的實施例中，負透鏡單元1210包括一個負透鏡群。 該負透鏡群可以包括平凹透鏡1214、雙凹透鏡1216和雙合透鏡 1218。雙合透鏡1218可以包括與一個平凹透鏡結(jié)合的雙凹透鏡。這 些組件被容納在筒外殼1212中。在微距中繼透鏡1260后面，相機 的膠片平面1270被放置在某一距離處，以使該光學系統(tǒng)的最終圖像 被聚焦到膠片平面1270上。圖2中所示的系統(tǒng)1200是一個簡單的 "探頭，，型深焦透鏡，其可以被使用于攝像機和膠片相機，包括35 mm、 16 mm以及各種—見頻才各式。
負透鏡群1210可以與圖1中所示相同地進行配置并且可以是用 于變焦透鏡的那種類型以對圖像進行變焦。光學Aspheron或 Aspheron類型的附件1280也同樣可以祐:使用。光學Aspheron或 Aspheron類型的附件12 8 0可以糾正線性失真并能增加廣角。 Aspheron類型的負透鏡1280保持圖像線性而無嚴重失真，以及增加了接受的角度。同樣，長透鏡筒1250和微距中繼透鏡1260僅被描 述為塊單元。在本發(fā)明的這個實施例中，提供了一種長光學系統(tǒng)。 微距中繼透鏡1260可以是55、 60、 105或200 mm的透鏡。微距中 繼透鏡模塊可以包括聚焦控制機制1262和光圈控制機制1264。在本 發(fā)明的其它實施例中，微距中繼透鏡1260可以包括一個變焦透鏡或 者變焦透鏡組件?？蛇x地，系統(tǒng)1200可以具有耦合在筒1250和凝 距中繼透鏡1260之間的附加透鏡1266。附加透鏡1266允許使用4交 短的透鏡筒。附加透鏡1266很有用處，因為它使得微距透鏡相比于 除此之外的其他方式損失的光更少。
1.3 又一個廣角、深景、近聚焦的光學系統(tǒng)
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的廣角、深景、近聚焦的 光學系統(tǒng)1300。光學系統(tǒng)1300包括負透4竟單元1310和樣t距中繼透 鏡1360, 二者按照那個順序而進行配置。倘若負透鏡單元1310功能 上保持為負，該單元可以按照各種方式被實現(xiàn)。也就是說，負透鏡 單元使得入射平行光線從負透鏡單元中顯現(xiàn)，就好像光線是從負透 鏡單元的入射側(cè)上的焦點中射出 一樣。倘若該組合在整體功能上保 持為負，單元1310既可以包括正透鏡元件又可以包括負透鏡元件。 任何一個或多個正透鏡都是低倍的正透鏡元件并且負透鏡單元的整 體功能保持為負。
在圖3所示的實施例中，負透鏡單元1310包括一個負透鏡群。 該負透鏡群可以包括平凹透鏡1314、雙凹透鏡1316和雙合透4竟 1318。雙合透鏡1318可以包括與一個平凹透4竟結(jié)合的雙凹透4竟。這 些組件被容納在筒外殼1312中。光學系統(tǒng)1300可以被安裝在此前 所指類型的相機例如靜止相機(未示出)的前面。在微距中繼透鏡 1360后面，相機的膠片平面1370被放置在某一距離處，以使該光學 系統(tǒng)的最終圖像被聚焦到膠片平面1370上。圖3中所示的系統(tǒng)1300 可以被實現(xiàn)為用于數(shù)碼相機和靜止相機的附件類型的深焦透鏡(例 如,35 mm )。
負透鏡群1310可以與圖1中所示的相同地進行配置并且可以是
用于變焦透鏡的那種類型以對圖像進行變焦。負透鏡單元1310使用 相配的旋入式部件直接耦合到微距中繼透鏡(例如，55 mm或60 mm)。在這個實施例中，負透鏡單元1310有一個凸形旋入式構(gòu)件 而微距中繼透鏡1360有一個連接到聚焦控制1362的對應的凹形旋 入式接受器。聚焦控制1362和光圏控制1364就像提供在微距中繼 透鏡中一樣。在本發(fā)明的其它實施例中，微距中繼透鏡1360可以包 括一 個變焦透鏡或者變焦透鏡組件。
1.4 再一個廣角、深景、近聚焦的光學系統(tǒng)
圖4說明了根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的廣角、深景、近聚焦的 光學系統(tǒng)1400。光學系統(tǒng)1400包括負透鏡單元1410、色散棱鏡1480、 透鏡筒1450和微距中繼透鏡1460，它們按照那個順序而進行配置。 倘若負透鏡單元1410在功能上保持為負，該單元可以按照各種方式 被實現(xiàn)。也就是說，負透鏡單元使得入射平行光線從負透4竟單元中 顯現(xiàn)，就好像光線是從負透鏡單元的入射側(cè)上的焦點中射出 一樣。 倘若該組合在整體功能上保持為負，單元1410既可以包括正透鏡元 件又可以包括負透鏡元件。任何一個或多個正透鏡都是低倍的正透 鏡元件并且負透鏡單元的整體功能保持為負。在這個實施例中，如 圖4所示，負透鏡單元1410包括單個負透鏡?？商鎿Q地，負透鏡單 元可以包括如圖1到圖3任一個所示的負透鏡群。
在這個實施例中，60度的色散棱鏡可得以實施。另外，透鏡筒 1450可旋轉(zhuǎn)地耦合到微距中繼透鏡1460,在孩￡距中繼透4竟1460后 面設(shè)置膠片平面1470。微距中繼透鏡1460包括光圈和聚焦控制機制 (未在圖2和圖3中分開描述)。在本發(fā)明的其它實施例中，微距 中繼透鏡1460可以包括一個變焦透鏡或者變焦透鏡組件。如圖4所 示，負透鏡單元1410連接到棱鏡1480的斜表面，以使單元離 軸地相對于透鏡筒1450的中心縱軸排列。該偏離狀況允許透鏡筒 1450被旋轉(zhuǎn)以便在例如從地面位置上的某些困難位置上給出正確的 相才幾幾何形狀。因此，例如，相機可以:故放在地上以便捕獲困難角 度的圖像。這使得容易獲得困難的視角。透鏡筒的旋轉(zhuǎn)增強了這種
狀況，例如允許容易的懸掛式或俯拍鏡頭。
1.5另一個廣角、深景、近聚焦的光學系統(tǒng)
圖5說明了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的雙廣角、深景、近聚焦 的光學系統(tǒng)1500。該雙透鏡設(shè)置1500適于使用在飛機機身(未示出) 中的固定尺寸機廂(compartment)或相4幾端口中。兩個《敬距中繼透 鏡1510、 1510、 512^皮固定就位，它們每個面對并且光學:l也與各自 的負透鏡單元1520、 1520、 1522對準。例如，微距中繼透鏡1510、 1510、 1512可以是F2.8Micro-Nikkon微距中繼透鏡，提供F 2.8的 能力，其可以提供白天的快門優(yōu)先相機設(shè)置和夜晚的光圈優(yōu)先。例 如，負透鏡單元可以是55 mm負透鏡群。微距中繼透鏡和負透4竟單 元以此前所述的方式來起作用并凈皮構(gòu)造。
負透鏡單元1520、 1520、 1522每一個都通過保持架1530而尋皮 固定在相對于各自的微距中繼透鏡1510、 1510、 1512的位置上，保 持架1530可以由金屬制成。在這種方式中，不需要透鏡筒。懸在保 持架1530之下的玻璃面板1540將雙透鏡裝備1500密封在飛機^/L身 內(nèi)。在這個實施例中，每個微距中繼透鏡和負透鏡單元組合1510、 1510、 1512和1520、 1520、 1522提供100度的視角。牙見角重疊。
對于本發(fā)明的該實施例，兩個35 mm的相機例如可代替一個70 mm的相機而被使用。負透鏡單元和微距中繼透鏡可以被保持在用銷 釘對準(pin-registered)的定位架中的軸上。雖然兩個負透鏡單元和 微距中繼透鏡組合在此實施例中被示出，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù) 本公開內(nèi)容應該理解包括單個負透鏡單元和微距中繼透鏡組合在 內(nèi)的其它數(shù)量的透鏡組合也可被實施。在本發(fā)明的其它實施例中， 微距中繼透鏡1510、 1512每一個都可包括一個變焦透4竟或者變焦透 鏡組件。在圖1到圖5中所述的實施例中，微距中繼透鏡可以包括 一個可移動變焦透鏡或者多個可移動變焦透鏡組件。
本發(fā)明的前述實施例由于組件較少而牽涉較少的圖像降級并因 此牽涉較少的"空氣到玻璃到空氣，，降級。并且負透鏡群作為物鏡 將結(jié)果圖像顛倒為正確取向，這允許離開現(xiàn)有系統(tǒng)所需的反射鏡和
棱鏡而完成本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的實施例中，可以4吏用不同 的透鏡長度，使得透鏡適合于不同的相機和膠片格式。
2.0 筒透鏡附件的概述
在下文中描述的本發(fā)明的實施例能夠提供大景深。也就是說， 本發(fā)明的這些實施例提供一個廣角、深景、近聚焦的光學系統(tǒng)。本 發(fā)明的一些實施例通過將光學透鏡附件附加到變焦透鏡上來消除了 從相機中移除變焦透鏡的需要，從而節(jié)省了安裝相機的時間。另夕卜， 本發(fā)明的實施例增加了景深，這對于桌面微距攝影很有用。而且，
了所需的光總量，并因此節(jié)省了照明成本。
變焦透鏡的"遠距離拍照"(telephoto)端的部分使用仍能被用 來改變物體的景尺寸和接受角度。在拍照期間可執(zhí)行并實現(xiàn)部分變焦。
兩種形式的光學透鏡附件在下文中被描述，即直前視角單元 和斜角度視角(例如，60度)單元。因為關(guān)于主軸的旋轉(zhuǎn)，所以成 角度視角單元可以進入困難的透鏡放情形。諸如聚焦、光圈和變 焦之類的控制可以在向相機提供的專用透鏡上被實現(xiàn)。
2.1 —種直前視角筒透鏡附件
圖6是說明結(jié)合例如攝像機或膠片相機之類的相機1600使用的 雙光學透鏡附件1630、 1660的框圖。相機1600具有與其光軸相對 準的變焦透鏡1610。這類相機的示例包括具有變焦透鏡的Sony、 JVC、 Canon攝4象機，或者具有變焦透鏡的16 mm或35 mm的電影 膠片攝像機。
光學透鏡附件1630之一是根據(jù)本發(fā)明實施例的直前視角透鏡附 件。此附件1630包括耦合機制1632，用于與相機1600的變焦透鏡 1610相配嚙合。如圖16所述，耦合機制1632本身包括一個外螺紋 圓柱凸形構(gòu)件，用于與相機變焦透鏡1610的一個內(nèi)螺紋圓柱凹形構(gòu) 件(未示出)相配相互嚙合。可以4吏用其它耦合機制而不偏離本發(fā) 明的范圍和精神。例如，卡口型卡箍設(shè)置可以代替圖6的螺紋凸形/
凹形耦合機制1632，同時相應地適配于變焦透鏡蓋(hood)。
透鏡圓柱或筒(以下僅稱"筒，，)1638在一端處耦合到耦合機 制1632。例如，筒1638的長度可介于12和18英寸之間，但是其它 的筒長度也可得以實施而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。如圖6所示， 筒1638是一個伸長圓柱構(gòu)件并且其直徑小于耦合機制1632的直徑， 用于與變焦透鏡1610嚙合。因此，具有圓柱套筒的圓截錐體(conical frustrum)部分可以將伸長筒1638連4婁到耦合才幾制1632。 4艮顯然， 如果耦合機制1632和筒1638是相同的直徑或者基本相同的直徑， 則圓截錐體部分與套筒可被忽略。為了討論的目的，圓截錐體部分 與套筒在下文中被認為是耦合機制的 一部分，因為這些部分的使用 取決于耦合機制1632的要求。
附加透鏡是近攝透鏡或者屈光器(在下文中僅稱"屈光器"或 "屈光透鏡")，在這個實施例中它被設(shè)置在筒1638和耦合機制1632 之間。如下所述，屈光器1634將變焦透鏡聚焦到負透鏡單元1640 上。因為屈光器1634的直徑比筒1638大但比耦合機制1632小，所 以在這個實施例中屈光器1634被容納在圓截錐體部分與套筒中?？?是，對屈光器1634的放置和容納的各種變形可以得以實施而不偏離 本發(fā)明的范圍和精神。
負透鏡單元1640被耦合到伸長筒1638的另一端。本領(lǐng)域4支術(shù) 人員熟知的多個負透鏡元件的任何元件和/或負透鏡群都可以被實現(xiàn) 而不偏離本發(fā)明的范圍和精神?？蛇x地，附件1630也可以有一個透 鏡蓋(如圖16所示)以在筒1638的那一端處保護負透鏡單元1640。 耦合機制1632、屈光器1634、伸長筒1638和負透鏡單元1640都與 相機1610的光軸同心對準。因此，根據(jù)此實施例的光學透鏡附件 1630形成一個直前視筒透鏡附件。
負透鏡單元1640使得入射平行光線從負透鏡單元中顯現(xiàn)，就好 像光線是從負透鏡單元的入射側(cè)上的焦點中射出 一樣。倘若該組合 在整體功能上保持為負，該單元可以既包括正透鏡元件又包括負透 鏡元件。任何一個或多個正透鏡都是低倍的正透鏡元件并且負透鏡
單元的整體功能保持為負。
2.2 —種成角度視角的筒透鏡附件
圖6的另一光學透鏡附件1660是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的成 角度視角的透鏡附件。這個附件1660還包括耦合機制1662,用于與 相機1600的變焦透鏡1610相配嚙合。這個耦合才幾制1662可以與耦 合機制1632是相同構(gòu)造并如它那般得以配置，并且如參考耦合^L制 1632所述那樣，對其可以做出相適合的變形和替換。
筒1668可以在一端直接(未示出)耦合到耦合機制1662。同樣 例如，筒1668的長度可以介于12和18英寸之間，但是其它的筒長 度也可得以實施而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。可是，筒1668可以 通過旋轉(zhuǎn)機制1666耦合到耦合機制1662，這允許筒1668如下文中 極其詳細描述的那樣旋轉(zhuǎn)360度。旋轉(zhuǎn)機制1666可以包括旋轉(zhuǎn)環(huán)部 件，其允許伸長筒進行360度旋轉(zhuǎn)。同樣，如圖6所示，筒1668直 徑比耦合機制1662小，用于與變焦透鏡1610嚙合。因此，具有圓 柱套筒的圓截錐體部分可以將伸長筒1668或旋轉(zhuǎn)機制1666連接到 耦合機制1662。在這個實施例中屈光器1664被設(shè)置在筒1668和耦 合機制1662之間。如下所述，屈光器1664將變焦透鏡聚焦到負透 鏡單元1640上。
斜棱鏡構(gòu)件1672耦合到伸長筒1668的另一端。在如圖6所示 的實施例中，這個棱鏡構(gòu)件1672是60度的斜棱鏡，但是其它角度 的棱鏡也可得以實施而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。負透鏡單元 1670被放置在棱鏡1672相對于筒1668的縱軸的斜表面上。同樣， 本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的多個負透鏡元件的任何元件和/或負透鏡群都 可以被實現(xiàn)而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。而且，附件1660也可以 有一個透鏡蓋(如圖6所示)以在筒1668的那端保護負透鏡單元 1670。旋轉(zhuǎn)機制1666允許斜棱鏡1672以及負透鏡單元1670旋轉(zhuǎn)達 360度。因此，根據(jù)這個實施例的光學透鏡附件1630形成一個成角 度視角的筒透鏡附件。
負透鏡單元使得入射平行光線從負透鏡單元中顯現(xiàn)，就好像光線是從負透鏡單元的入射側(cè)上的焦點中射出 一樣。倘若該組合在整 體功能上保持為負，該單元可以既包括正透鏡元件又包括負透鏡元 件。任何一個或多個正透鏡都是低倍的正透鏡元件并且負透鏡單元 的整體功能保持為負。
2.3 另 一個成角度視角的筒透鏡附件
圖7中示出了另一個光學透鏡附件1760,它包括根據(jù)本發(fā)明另 一個實施例的成角度視角的筒透鏡附件。這個附件1760包括耦合機 制1762，用于與相才幾(未示出)相配嚙合。這個耦合機制1762可以 是如耦合機制1632的相同構(gòu)造和配置，并且如參考耦合4凡制1632 所述那樣，對其可以做出相適當?shù)淖冃魏吞鎿Q。如同其它實施例中 的各種耦合可以用來適合于不同的相機。
筒1768可以在一端直接地(未示出)耦合到具有變焦能力的微 距透鏡單元1780,它例如可以是一個F2.8 100 mm的微距透鏡。接 著，具有變焦能力的微距透鏡單元1780連接到耦合機制1762?？墒?， 筒1768可以通過適合的旋轉(zhuǎn)機制而耦合到微距透4竟單元1780，該^走 轉(zhuǎn)機制允許筒1768旋轉(zhuǎn)360度。具有變焦能力的微距透鏡單元1780 不是具有微距模式的變焦透鏡。在這個實施例中，具有變焦能力的 微距透鏡單元1780聚焦在負透鏡單元1770上。這個實施例具有專 用的微距透鏡單元。
如圖7所示，在這個實施例中，嵌入式濾波器1782可以被設(shè)置 在筒1768和具有變焦能力的微距透鏡單元1780之間。這可以是外 部可旋轉(zhuǎn)的一體化(one-stop)偏光器。微距透鏡單元1780可以包括聚 焦環(huán)1766和手動變焦控制環(huán)1763,其可以具有選項來耦合到相機自 己的變焦控制開關(guān)上。筒1768可以包括一個光學平面(opticalflat) 作為密封機制1767來密封筒1768。同樣，筒1768可以適于用于到 微距透鏡單元1780的快速安裝附件。各種筒長度可以得以實施以適 合不同的格式。例如，可以有一個單元適于35 mm的月交片，并且另 一個適于其它格式。在一個實施例中，筒1768和斜棱鏡1772可能 大約長300 mm并且防水以1"更可以潛水。
斜色散棱鏡1772耦合到伸長筒1768的另一端。在這個實施例 中，棱鏡構(gòu)件1772是60度的斜棱鏡，但是其它角度的棱鏡也可得 以實施而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。負透鏡單元1770被放置在相 對于筒1768的縱軸的棱鏡1772的斜表面上。筒1768和因此的斜棱 鏡1772與負透鏡單元1770可旋轉(zhuǎn)360度。負透鏡單元1770可以是 非球面的負透鏡。雖然圖7的實施例已被描述為斜角度視角單元， 但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，使用如圖6那樣的直前視角單元的 另 一 實施例也可得以實施。
負透鏡單元使得入射平行光線從負透鏡單元中顯現(xiàn)，就好像光 線是從負透鏡單元的入射側(cè)上的焦點中射出 一樣。倘若該組合在整 體功能上保持為負，該單元可以既包括正透鏡元件又包括負透4竟元 件。任何一個或多個正透鏡都是低倍的正透鏡元件并且負透鏡單元 的整體功能保持為負。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例的相機可以得以實施，其包括如此 前所述具有相機變焦透鏡的光學透鏡附件，或者具有帶變焦能力的 微距透鏡的光學透鏡附件。此類攝像機或膠片相機的示例是本領(lǐng)域 技術(shù)人員熟知的。
3.0 雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)概述
本發(fā)明的如下實施例能夠提供很大的景深，在其焦點上呈現(xiàn)前 景和背景物體來自。這對于桌面微距攝影很有用。
另外，本發(fā)明的如下實施例能夠以大大降低的光級做到這一 點， 從而減少了所需的光總量并因此節(jié)省照明成本。
本發(fā)明的 一 些實施例通過將雙軸轉(zhuǎn)體光學透鏡附件附加到變焦 透鏡或微距透鏡上來消除了從相機中移除變焦透鏡或微距透鏡的需 要，從而節(jié)省了安裝相機的時間。本發(fā)明的一些實施例只是附加到 相機的現(xiàn)有變焦透鏡或微距透鏡上，這使得消除了附加光學裝置及 其相關(guān)成本。變焦透鏡的"遠距離拍照"(telephoto)端的部分的使 用仍能被用于改變物體的景尺寸和接受角度。在拍照期間可執(zhí)行并 實現(xiàn)部分變焦。
3.1 雙轉(zhuǎn)體光學透鏡附件
圖8說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)1870 的設(shè)置1800。附件1870可以用于相機1810,例如攝像機或膠片相 機。這個系統(tǒng)1870可得以實施為相機1810的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡，其 中，相才幾1810讓變焦透4竟或^f效距透4竟1812附加在其上，該光學透 鏡與相機的光軸對準。此類相機的示例包括具有變焦透鏡的Sony、 JVC、 Canon攝像機或者具有變焦透鏡的16 mm或35 mm的電影膠
的相才幾的示例。
附件1870包括耦合才幾制1820,用于與相機1810的現(xiàn)有變焦透 鏡或孩i距透鏡1812相配嚙合。如圖8所示，耦合4幾制1820在這個 實施例中是一個外螺紋凸形圓柱構(gòu)件，用于與變焦透鏡或微距透鏡 1812的一個內(nèi)螺紋凹形圓柱構(gòu)件(未示出)嚙合。然而，本領(lǐng)域技 術(shù)人員熟知的其它耦合機制也可得以實施而不偏離本發(fā)明的范圍和 精神。例如，利用相機1810的變焦透鏡或微距透鏡1812的相應的 適配，卡口型卡箍設(shè)置可以被圖8的螺紋凸形/凹形耦合機制1820 代替。
該系統(tǒng)包括具有近攝、屈光補充透鏡1880的現(xiàn)有變焦透鏡或微 距透鏡1812。屈光透鏡1880可以被安裝在變焦透鏡中，或者耦合到 變焦透鏡1812。倘若屈光透鏡1880被定位以如下所述地將現(xiàn)有變焦 透鏡1812聚焦到負透鏡單元1860上，其它配置也可被實現(xiàn)。屈光 器1880將變焦透鏡1812聚焦在負透鏡單元1860的虛像上。否則， 微距透鏡1812被聚焦在負透鏡單元上。變焦透鏡或微距透鏡1812 是系統(tǒng)1870中的中繼透4竟。
將圓柱外殼1834耦合到耦合機制1820?？蛇x地，圓柱外殼1834 在與耦合機制1820鄰接的一端被適配來容納嵌入式濾波器系統(tǒng) 1822,其優(yōu)選地從外殼1834的上表面中放入，如圖8所示。圓柱外 殼還形成圖像旋轉(zhuǎn)器1830的一部分。優(yōu)選地，圖像旋轉(zhuǎn)器1830包 括被放置在圖像旋轉(zhuǎn)器1830內(nèi)的別漢棱鏡1832。別漢棱鏡1832是
能夠旋轉(zhuǎn)圖像的光學透鏡元件。圖像旋轉(zhuǎn)器1830具有與別漢棱鏡耦 合的可旋轉(zhuǎn)外管套，其能夠關(guān)于其縱軸手動旋轉(zhuǎn)以利用別漢棱鏡 1832旋轉(zhuǎn)圖像。在替換實施例中，道威棱鏡(本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知 的)可以取代別漢棱鏡實施于圖像旋轉(zhuǎn)器1830中。道威棱鏡是從能 夠顛倒圖像的截直角棱鏡成形的反射棱鏡。
雙旋轉(zhuǎn)附件1870還包括兩個旋轉(zhuǎn)機制1840,它們優(yōu)選地是旋轉(zhuǎn) 環(huán)。 一個旋轉(zhuǎn)環(huán)1840將圖像旋轉(zhuǎn)器1830耦合到成角度(側(cè)視圖中) 外殼1842,其在形式上可以是三角形或者主要是三角形。成角度外 殼1842具有設(shè)置在外殼1842內(nèi)的一個補償屋脊棱鏡1844。棱鏡1844 可以將通過成角度外殼1842的光偏離90度并同時顛倒圖像。因此， 通過圖像旋轉(zhuǎn)器1830和變焦透鏡(具有屈光器)或微距透鏡1812 的縱光軸被補償屋脊棱鏡1844旋轉(zhuǎn)90度，使得光軸以在圖中垂直 向下的方式被定向，其中該縱光軸在圖中是水平的。
如圖8所示，另一個成角度外殼1850經(jīng)由第二旋轉(zhuǎn)環(huán)1840耦 合到成角度外殼1842。在成角度外殼1850的成角度表面1854中， 安裝了前表面反射鏡1852。成角度外殼1854在與反射鏡1852相反 的表面處被耦合到負透鏡單元I860。負透鏡單元1M0用作物鏡并是 一個密封單元。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的許多負透鏡元件的任何元件
和/或負透鏡群都可凈皮實現(xiàn)在負透鏡單元I860中而不偏離本發(fā)明的 范圍和精神。負透鏡單元的整體功能是一個負透鏡。也就是說，負 透鏡單元使得入射平行光線從負透鏡單元中顯現(xiàn)，就好像光線是從 負透鏡單元的入射側(cè)上的焦點中射出 一樣。負透鏡單元的 一些元件 可以是一個或多個正透鏡，只要它們是低倍的正透鏡元件并且負透 鏡單元1860的整體功能保持為負。
各種倍數(shù)的負透鏡元件可被使用在負透鏡單元I860中，因此能 進行接受角度的選擇。倘若負透鏡單元1860在功能上保持為負，該 單元可以以不同方式被實現(xiàn)。在圖8所示的實施例中，負透鏡單元 1860包括負透鏡群。在圖8中，負透鏡單元1860包括(從左到右) 平凹透鏡1862、雙凹透鏡1864和雙合透鏡1866、 1868。雙合透鏡
1866、 1868可以包括與一個平凹透鏡1868結(jié)合的雙凹透鏡1866。 負透鏡單元1860可以是非球面負透鏡。
位于成角度外殼1842和圖像旋轉(zhuǎn)器1830之間的旋轉(zhuǎn)環(huán)1840允 許負透鏡單元1860、成角度外殼1854以及成角度外殼1842關(guān)于延 伸通過圖像旋轉(zhuǎn)器1830的縱軸旋轉(zhuǎn)，其在圖8中以水平的方式被定 向。在成角度外殼1842和成角度外殼1854之間的另一旋轉(zhuǎn)環(huán)1840 允許成角度外殼1854和負透鏡單元1860關(guān)于垂直軸旋轉(zhuǎn)。
從負透鏡單元1860的入射側(cè)上的焦點中"射出"的光線被反射 卯度(從水平到垂直)到補償屋脊棱鏡1844。棱鏡1844將光線旋 轉(zhuǎn)90度并顛倒該圖像。別漢棱鏡1832能被使用來旋轉(zhuǎn)該圖像以使 該圖像是一個如負透鏡單元1860處的情形的正常的(非顛倒的)圖 像。如此， 一個正確定向的圖像總能通過調(diào)整圖像旋轉(zhuǎn)器1830而被 調(diào)節(jié)出(dial up)。屈光器1880將變焦透鏡1812聚焦在負透鏡單元 1860的入射側(cè)上的圖像上。無需屈光器1880用于將微距透鏡1812 聚焦在負透鏡單元上。
在本發(fā)明的前述實施例中，變焦透鏡(具有屈光器)或微距透 鏡1812被定位在附件1870后面，并因此不在附件1870的前端增加 重量。另外，變焦透鏡1812能夠調(diào)整視野，而不需要在系統(tǒng)1870 的前端有許多昂貴的物鏡。有利地，附件1870保持緊湊并更輕巧。
3.2 另 一個雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)
圖9說明了根據(jù)本發(fā)明另 一 實施例的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng) 1900。同樣，附件1900可以用于相機(未示出)，例如攝像機或膠 片相機。關(guān)于圖9,具有與圖8中相同的參考標記的部件是相同的部 件并且具有相同的一個或多個功能或一個或多個操作，除非相反的 意圖出現(xiàn)。僅僅為了簡潔的緣故，這類部件及其配置的描述不再在 圖9中重復。而且，部件的對應修改和/或替換可以參考圖8所述而 進行。附件1900包括負透鏡單元1860、成角度外殼1850和反射鏡 1852、兩個旋轉(zhuǎn)機制1840、另一個成角度外殼1842和屋脊棱鏡1844、 以及圖像旋轉(zhuǎn)器1830和別漢或道威棱鏡1832。附件1900可以可選
地具有如圖18中那樣的嵌入式濾波器1822,或者這個部件可以被省 略。圖8的耦合機制1820被省略。
附件l卯0還包括具有變焦能力的微距透鏡單元1910,它例如 可以是一個F2.8 100mm的微距透鏡。接著，具有變焦能力的微距透 鏡單元1910被連接到耦合機制1920。微距透鏡單元1910可以通過 適合的旋轉(zhuǎn)機制而被耦合到圖像旋轉(zhuǎn)器1830,在這種情況下，在圖 像旋轉(zhuǎn)器1830和成角度外殼1842之間的旋轉(zhuǎn)機制1840可以被省略。 具有變焦能力的微距透鏡單元1910不是具有微距模式的變焦透鏡。 在這個實施例中，具有變焦能力的微距透鏡單元1910聚焦在負透鏡 單元1860上。這個實施例具有一個專用的樣"巨透4竟單元。
在這個實施例中，嵌入式濾波器1950可以被設(shè)置在圖像旋轉(zhuǎn)器 1830和具有變焦能力的孩么距透鏡單元1910之間。這可以是外部可旋 轉(zhuǎn)的一體化偏光器。微距透鏡單元1910可以包括聚焦環(huán)1940和手 動變焦控制環(huán)1930,其可以有選擇地耦合到相機自身的變焦控制開 關(guān)上。
本發(fā)明的實施例提供了 一種雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)，其可以僅僅 被附加到相機的現(xiàn)有變焦透鏡(具有屈光器)或微距透鏡上，從而 消除附加光學元件的成本。負透鏡單元具有大大減少的透鏡元件的 數(shù)量所以更簡單。而且，這個系統(tǒng)所需的光總量極大地減少。例如， 取決于變焦透鏡的可用最大光圏，可以實現(xiàn)F2.8或F4的F檔位。 諸如光圈、聚焦和變焦之類的所有控制都能在相機的變焦透鏡或微 距透鏡上被執(zhí)行。雙旋轉(zhuǎn)傾斜光學透鏡系統(tǒng)為其它方案的笨重相機 和透鏡單元實現(xiàn)更大的多功能性。轉(zhuǎn)體和圖像旋轉(zhuǎn)器的軸可被機動 化。例如，這可以完成重復序列拍攝。圖像旋轉(zhuǎn)器可以被用來"dutch" (將相機轉(zhuǎn)一個角度)相機，而不必調(diào)節(jié)整個相機或三角架。本發(fā) 明實施例的有效景深以比其它系統(tǒng)低得多的光級得以實現(xiàn)，從而節(jié) 省了時間和金錢。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例的相機可實施，其包括如此前所述 具有相機1810的變焦透鏡或纟鼓距透鏡1812的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)。
這類攝像機或膠片相機的示例是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例的相機可實施，其包括如此前所述 的具有相機的變焦透鏡或微距透鏡的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡附件，或者具 有變焦能力的微距透鏡的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡附件。這種攝像機或膠片 相機的示例是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
廣角、深景、近聚焦光學系統(tǒng)、光學透鏡附件和包括光學透鏡 附件的相機、雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)和包括這種雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng) 的相機已被描述。雖然僅僅描述了本發(fā)明的少量實施例，但是鑒于 此公開內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以做出修改和/或替 換而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種光學透鏡附件，包括耦合機制，用于與相機和光學透鏡中的至少一個相配嚙合；筒，在一端處耦合到所述耦合機制上；負透鏡單元，耦合到所述伸長筒的另一端上；以及屈光透鏡，被設(shè)置在所述筒與所述耦合機制之間，所述耦合機制、所述屈光透鏡以及所述筒都與光軸對準。
2. —種光學透鏡附件，包括耦合機制，用于與相機和光學透鏡中的至少一個相配嚙合； 具有變焦能力的微距透鏡單元，耦合到所述耦合機制上； 筒，在一端處耦合到所述微距透鏡單元上；以及 負透鏡單元，耦合到所述伸長筒的另一端上，所述耦合機制、 所述微距透鏡單元以及所述伸長筒都與光軸對準。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的光學透鏡附件，還包括密封機制，在與所 述負透鏡單元的端相反的一端處被設(shè)置在所述筒內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的光學透鏡附件，其中所述密封機制是一個 光學平面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光學透鏡附件，其中所述耦合機制包 括帶螺紋的圓柱構(gòu)件，用于與互補的帶螺紋的圓柱構(gòu)件相配相互嚙 合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光學透鏡附件，其中所述附件是一個 直前視角筒透鏡附件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光學透鏡附件，還包括設(shè)置在所述負 透鏡單元和所述筒之間的斜棱鏡構(gòu)件，其中所述負透鏡單元耦合到 所述斜棱鏡構(gòu)件的成角度表面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的光學透鏡附件，其中所述斜棱鏡構(gòu)件包括 反射鏡面的色散棱鏡。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的光學透鏡附件，其中所述附件是成角度視角筒透鏡附件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光學透鏡附件，還包括一個被設(shè)置在 所述負透鏡單元和所述耦合機制之間的旋轉(zhuǎn)機制。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的光學透鏡附件，其中所述旋轉(zhuǎn)機制允許 所述負透鏡單元關(guān)于所述筒的縱軸進行360度旋轉(zhuǎn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的光學透鏡附件，其中所述旋轉(zhuǎn)機制包括 一個耦合在所述筒和所述耦合機制之間的旋轉(zhuǎn)環(huán)部件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的光學透鏡附件，其中所述耦合機制與變焦 透鏡相配地嚙合。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的光學透鏡附件，還包括耦合在所述筒和所 述耦合機制之間的具有變焦能力的微距透鏡單元。
15. —種相機，包括根據(jù)權(quán)利要求1 _ 13中任一個的光學透鏡附件；以及 變焦透鏡。
16. —種相才幾，包4舌 根據(jù)權(quán)利要求14的光學透鏡附件。
17. —種基本上如此前參考附圖的圖6和圖7中任何一個或多個 所公開的光學透鏡附件。
18. —種相機，包括一個基本上如此前參考附圖的圖6和7中任 何一個或多個所公開的光學透鏡附件。
19. 一種雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)，包括負透鏡單元，其被配置為所述雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)的物鏡，所 述負透鏡單元使得入射平行光線從所述負透鏡單元中顯現(xiàn)，就好像 光線是從所述負透鏡單元的入射側(cè)上的焦點中射出 一 樣；被設(shè)置在外殼內(nèi)的反射鏡，其取向相對于所述負透鏡單元的光 軸成一角度；被設(shè)置在外殼內(nèi)的屋脊棱鏡，用于將入射光線旋轉(zhuǎn)90度并顛倒 圖像；旋轉(zhuǎn)機制，其允許所述負透鏡單元關(guān)于垂直軸線旋轉(zhuǎn)；圖像旋轉(zhuǎn)器，其包括一個能夠顛倒圖像的棱鏡，所述棱鏡被設(shè)置在所述圖像旋轉(zhuǎn)器內(nèi)；以及另 一個旋轉(zhuǎn)機制，其允許所述屋脊棱鏡關(guān)于所述圖像旋轉(zhuǎn)器的 光軸旋轉(zhuǎn)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述負透鏡單元的 整體功能是一個負透鏡。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的光學透鏡系統(tǒng)，所述負透鏡單元包括多 個負透鏡元件和/或負透鏡群。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述負透鏡單元包 括至少一個負透鏡。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述負透鏡單元包 括平凹透4竟、雙凹透4竟和雙合透4竟。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述負透鏡單元包 括至少 一個較低倍的正透鏡。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中具有所述反射鏡的 所述外殼被耦合到所述負透鏡單元。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述屋脊棱鏡包括 一個補償屋脊棱鏡。
27. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述圖像旋轉(zhuǎn)器的 所述棱鏡包括別漢棱鏡。
28. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述圖像旋轉(zhuǎn)器的 所述棱鏡包括道威棱鏡。
29. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述圖像旋轉(zhuǎn)器包 括耦合到所述棱鏡的管套，其能夠關(guān)于所述棱鏡的縱軸被手動旋轉(zhuǎn) 以旋轉(zhuǎn)圖像。
30. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)機制允許 所述負透鏡單元的旋轉(zhuǎn)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)機制允許 所述負透鏡單元和所述反射鏡的旋轉(zhuǎn)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述另一旋轉(zhuǎn)機制 被耦合在所述圖像旋轉(zhuǎn)器和所述屋脊棱鏡之間。
33. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，還包括耦合機制，其被 耦合用于與相機的變焦透鏡和相機的微距透鏡中的至少 一個相配嚙 合。
34. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，還包括具有變焦能力的 微距透鏡單元。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述具有變焦能力 的微距透鏡單元被聚焦在所述負透鏡單元上。
36. 根據(jù)權(quán)利要求34的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述具有變焦能力 的微距透鏡單元被耦合到所述圖像旋轉(zhuǎn)器。
37. 根據(jù)權(quán)利要求34的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)機制耦合 所述圖像旋轉(zhuǎn)器和所述微距中繼透鏡。
38. 根據(jù)權(quán)利要求34的光學透鏡系統(tǒng)，還包括耦合到所述具有 變焦能力的微距透鏡上的耦合機制。
39. 根據(jù)權(quán)利要求33到38中任一個的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述 光學透鏡系統(tǒng)提供大景深。
40. 根據(jù)權(quán)利要求33的光學透鏡系統(tǒng)，還包括用于將相機的變 焦透鏡聚焦在所述負透鏡單元上的屈光透鏡。
41. 根據(jù)權(quán)利要求33的光學透鏡系統(tǒng)，其中相機的變焦透鏡包 括用于聚焦在所述負透鏡單元上的屈光透鏡。
42. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述反射鏡是前表 面的反射鏡。
43. 根據(jù)權(quán)利要求33到38的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述耦合機制 包括帶螺紋的圓柱構(gòu)件，用于與互補的帶螺紋的圓柱構(gòu)件相配相互 嚙合。
44. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)機制的每 一個包括一個旋轉(zhuǎn)環(huán)部件。
45. 根據(jù)權(quán)利要求19的光學透鏡系統(tǒng)，還包括濾波器系統(tǒng)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述濾波器系統(tǒng)是 嵌入式濾波器系統(tǒng)。
47. 根據(jù)權(quán)利要求19-46任一個的光學透鏡系統(tǒng)，其中所述系 統(tǒng)是用于相機的光學透鏡附件。
48. —種相才幾，包括根據(jù)權(quán)利要求19-46中任一個的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)。
49. 一種相才幾，包括根據(jù)權(quán)利要求19-34和40- 46中任一個的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系 統(tǒng)；以及變焦透鏡和微距透鏡二者中的至少 一 個。
50. —種基本上如此前參考附圖的圖8或圖9所公開的雙轉(zhuǎn)體光 學透鏡系統(tǒng)。
51. —種相機，包括基本上如此前參考附圖的圖8或圖9所公開 的雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)。
全文摘要
光學透鏡附件(1630，1640)以及相機被公開。附件(1630，1640)包括用于與相機和光學透鏡中的至少一個相配嚙合的耦合機制(1632，1662)。筒(1638，1668)在一端耦合到耦合機制(1632，1662)。負透鏡單元(1640，1670)耦合到伸長筒(1638，1668)的另一端。屈光透鏡(1634，1664)被設(shè)置在筒(1638，1668)與耦合機制(1632，1662)之間。耦合機制(1632，1662)、屈光透鏡(1634，1664)以及筒(1638，1668)都與光軸對準。還公開了一種雙轉(zhuǎn)體光學透鏡系統(tǒng)，包括負透鏡單元；方向相對于負透鏡單元的光軸成一角度的反射鏡；用于將入射光線旋轉(zhuǎn)90度并顛倒圖像的屋脊棱鏡；允許負透鏡單元關(guān)于垂直軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機制；圖像旋轉(zhuǎn)器，其包括一個能夠顛倒圖像的棱鏡，該棱鏡被設(shè)置在圖像旋轉(zhuǎn)器內(nèi)；以及另一個旋轉(zhuǎn)機制，其允許屋脊棱鏡關(guān)于圖像旋轉(zhuǎn)器的光軸旋轉(zhuǎn)。
文檔編號G02B7/00GK101194197SQ200680004870
公開日2008年6月4日 申請日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者J·A·弗雷澤 申請人:全球仿生光學有限責任公司