專利名稱：：變焦透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于照相機(jī)和其它光學(xué)裝置的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，且明確i也i兌涉及——種高'f生能變焦透4竟系纟克(highperformancezoomlenssystems),其產(chǎn)生焦距的完全變焦范圍內(nèi)的高質(zhì)量像、并能夠具備極大的變焦比(zoomratio)。
背景技術(shù)：
：本發(fā)明的大體背景將變焦透鏡系統(tǒng)用于例如廣播電視、高清晰度電視("HDTV")、高級(jí)電視("ATV")、視頻攝像機(jī)、電影攝影術(shù)和靜態(tài)攝影術(shù)等所有類型的攝影術(shù)已變得越來(lái)越流行。由于變焦透鏡系統(tǒng)的使用已增加，所以對(duì)于較寬范圍的變焦能力(即，大變焦比)的需求也已增加。舉例來(lái)說(shuō)，這些年來(lái)，廣播電視中使用的變焦透鏡系統(tǒng)的變焦比能力已穩(wěn)定增加到目前的最大約101比1，但仍需要更大的變焦比。雖然可通過(guò)使用混入擴(kuò)展器(drop-inextender)或其它倍增器(multiplier)來(lái)增加常規(guī)變焦透鏡系統(tǒng)的焦距范圍，例如將廣播電4見(jiàn)變焦透鏡系統(tǒng)的8.9mm到900mm的焦距范圍增加到17.8mm到1800mm以增加遠(yuǎn)距照相能力，但這不會(huì)改變約101比1的變焦比。此外，對(duì)于廣播電視變焦透鏡系統(tǒng)在"攝影室"(室內(nèi))或"實(shí)況轉(zhuǎn)播"(室外)使用來(lái)說(shuō)，在焦距范圍和可接受的焦距比數(shù)("f，numbers)方面存在稍許不同的要求，因而針對(duì)室內(nèi)和室外廣播電視使用采用了兩種不同的變焦透鏡系統(tǒng)，以使針對(duì)兩種類型的使用能力最大化已成為常規(guī)慣例。此外，除了需要且希望使用具有較寬焦距范圍的變焦透鏡系統(tǒng)外，此類透鏡還必須保持優(yōu)良光學(xué)特性和性能，其是先前只有通過(guò)使用具有不同的固定焦距的單獨(dú)物鏡、或具有有限變焦比的變焦透鏡系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的。隨著變焦比增加，提供具有優(yōu)良特性和性能的高性能光學(xué)系統(tǒng)的難度也增加。而且，大多數(shù)先前可取得的具有有限變焦范圍的變焦透鏡系統(tǒng)，其具有一個(gè)或一個(gè)以上不合需要的局限性，例如不能在整個(gè)焦距范圍內(nèi)充分聚焦、不能聚焦于近距離物體、缺乏在整個(gè)焦距范圍和焦點(diǎn)距離內(nèi)充分的光學(xué)性能、成本、及較大尺寸用于實(shí)現(xiàn)有限變焦范圍等。更進(jìn)一步說(shuō)，隨著透鏡系統(tǒng)的變焦范圍增加，通常長(zhǎng)度和重量增加，因而使透鏡和相機(jī)維持穩(wěn)定的難度也增加。因此，像穩(wěn)定性也成為具有大焦距范圍和變焦比的實(shí)用變焦透鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的一個(gè)難題。此外，隨著變焦透鏡系統(tǒng)的焦距范圍增加，通常聚焦問(wèn)題也增加。盡管并非絕對(duì)必需以變焦范圍的長(zhǎng)焦距進(jìn)行近聚焦，但需要以較d、焦距進(jìn)行近聚焦。過(guò)去，在相當(dāng)大共軛范圍內(nèi)從無(wú)窮遠(yuǎn)向處于非常短距離處(例如，約8英尺或更短)的物體進(jìn)行連續(xù)聚焦一直難以實(shí)現(xiàn)。此外，必須使最終像以較短焦距"呼吸(breathing)，，的問(wèn)題(其中所感知的尺寸隨著焦點(diǎn)距離改變而改變)最小化，以免(例如)一個(gè)人在焦點(diǎn)改變到距透鏡不同距離的另一個(gè)人時(shí)從場(chǎng)景中消失。這些聚焦性能要求(包含維持最終像的質(zhì)量)往往大大增加變焦透鏡系統(tǒng)的重量和成本，除非可通過(guò)總體透鏡設(shè)計(jì)(包含玻璃選擇)使尺寸最小化、且性能最大化。[關(guān)于變焦的背景信息如上文所論述，許多攝影應(yīng)用(包含廣播電視、電影攝影術(shù)以及視頻和靜態(tài)攝影術(shù))中非常需要具有寬焦距范圍的變焦透鏡系統(tǒng)這些應(yīng)用中使用的一種標(biāo)準(zhǔn)變焦透鏡系統(tǒng)具有四組PN(P或N)P結(jié)構(gòu)，其中P代表具有至少一個(gè)透鏡元件的一組，其中透鏡組具有正倍率(positivepower)，且N代表具有至少一個(gè)透鏡元件的一組，其中透鏡組具有負(fù)倍率(negativepower),且按照常規(guī)做法從物體空間朝像空間連續(xù)識(shí)別所述組。最前端的正組(frontpositivegroup)通常稱為聚焦組，因?yàn)槠淇梢苿?dòng)以將變焦透鏡系統(tǒng)聚焦在任何焦距位置、而不需要針對(duì)變焦透鏡的任何其它焦距重新聚焦。第二負(fù)組是變化器，且其在變焦期間引起顯著的放大率變化。第三組(其通?？删哂姓蜇?fù)倍率)是補(bǔ)償器，且其可移動(dòng)以確保像平面保持固定，其還可提供少許放大率變化以實(shí)現(xiàn)變焦。最后的第四正組通常稱為最佳透鏡組(primelensgroup)，因?yàn)槠湫纬汕逦瘛＿@種基本變焦透鏡系統(tǒng)適于50:1或更大的變焦比。然而，當(dāng)變焦比擴(kuò)展到約100:1時(shí)，需要變化器在變焦期間以某一程度改變其物體放大率，使得像差變得大得無(wú)法實(shí)行且難以校正。另外，以如此大的變焦比，變焦期間入射光瞳位置(entrancepupillocation)存在非常大的變化，且這往往使最前端組非常大且難以校正。以下事實(shí)引起另一問(wèn)題為了減小由于放大率的較大變化導(dǎo)致的像差變化，需要使變化器具有減小的光功率(opticalpower)。然而，較弱的光功率還會(huì)增加光學(xué)系統(tǒng)的透鏡行程和長(zhǎng)度。對(duì)于窄視野來(lái)說(shuō)，這不會(huì)存在問(wèn)題，但對(duì)于寬視野來(lái)說(shuō)，較大運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致透鏡系統(tǒng)的后部的主光線高度增加。由于可滿足對(duì)于透鏡系統(tǒng)的前部或后部的要求，但不是同時(shí)滿足，所以這導(dǎo)致孔徑光闌沒(méi)有理想的位置。如果光闌放置成接近透鏡前部，那么前部透鏡元件直徑和所產(chǎn)生的像差減小，且如果孔徑光闌放置成較接近透鏡系統(tǒng)的后部，那么后部透鏡直徑和所產(chǎn)生的像差減小。
發(fā)明內(nèi)容[本發(fā)明的大體概要本發(fā)明的一目的是提供一種變焦透鏡系統(tǒng)，以克服具有大變焦比的現(xiàn)有變焦透鏡系統(tǒng)的問(wèn)題和低效率。另一目的是提供一種變焦透鏡系統(tǒng)，其具有寬焦距變焦范圍以及針對(duì)室內(nèi)和室外使用兩者的高性能特性。本發(fā)明的又一目的是提供一種變焦透鏡系統(tǒng)，其具有約300比1的比率、和(例如)約7mm到2100mm焦距的變焦范圍且在焦距之間連續(xù)變焦。本發(fā)明的又一目的是提供一種帶有光學(xué)系統(tǒng)的高性能變焦透鏡系統(tǒng)，此光學(xué)系統(tǒng)具有用于形成中間像的前變焦透鏡組、和用于放大所述像進(jìn)而產(chǎn)生極大的變焦比的后變焦透鏡組。又一目的是提供一種變焦透鏡系統(tǒng)，其具有光學(xué)像穩(wěn)定特性。又一目的是提供一種變焦透鏡系統(tǒng)，其具有能夠在變焦比的整個(gè)焦距范圍內(nèi)精確聚焦的聚焦透鏡組。盡管實(shí)現(xiàn)大變焦比具有特定益處，但本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)可具有常規(guī)變焦比，例如與視頻攝像機(jī)、靜態(tài)相機(jī)等消費(fèi)品相關(guān)聯(lián)的變焦比。本發(fā)明的額外目的是產(chǎn)生用于這些較小變焦比應(yīng)用的變焦透鏡系統(tǒng)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員依據(jù)各種優(yōu)選實(shí)施例將容易了解本發(fā)明的其它和更多具體目的及優(yōu)點(diǎn)。[本發(fā)明的變焦比方面的概要本發(fā)明克服了當(dāng)前將變焦透鏡系統(tǒng)限于約101:1的變焦比的障礙。本發(fā)明的基本思想可認(rèn)為是使用由兩個(gè)單獨(dú)變焦透鏡部分組成的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)(compoundzoomlenssystem),其中前變焦透鏡部分形成中間像，且后變焦透鏡部分是中繼器，其將由前變焦透鏡部分形成的中間像轉(zhuǎn)移到最終像。完整的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)的總變焦比等于前變焦透鏡的變焦比乘以中繼器的變焦比。因此，如果前變焦透鏡部分的變焦比為20:1且中繼器的變焦比為15:1,那么整個(gè)復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)的變焦比為300:1。本發(fā)明可用于實(shí)現(xiàn)300:1或更大的變焦比，其大大超過(guò)了常規(guī)變焦透鏡系統(tǒng)的實(shí)用限制。圖1~圖5是本發(fā)明的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)的光學(xué)圖，其用于描述系統(tǒng)中使用的移動(dòng)和固定單元中的一些原理和變化、以及本發(fā)明的一些可能的實(shí)施例，其中圖1~圖3說(shuō)明具有約300:1變焦比的系統(tǒng)，圖4A和圖4B具有約130:1變焦比，且圖5A和圖5B具有在超寬角度透鏡系統(tǒng)中的約13:1變焦比。圖6A和圖6B是本發(fā)明的使用三個(gè)移動(dòng)變焦透鏡組的變焦透鏡系統(tǒng)的另一實(shí)施例的光學(xué)圖，其中所述三個(gè)變焦組在圖6A中針對(duì)短焦距定位、且在圖6B中針對(duì)長(zhǎng)焦距定位。圖7A和圖7B是本發(fā)明的使用四個(gè)移動(dòng)變焦透鏡組的變焦透鏡系統(tǒng)的另一實(shí)施例的光學(xué)圖，其中所述四個(gè)變焦組在圖7A中針對(duì)短焦距定位、且在圖7B中針對(duì)長(zhǎng)焦距定位。圖8A和圖8B是本發(fā)明的使用四個(gè)移動(dòng)變焦透鏡組的變焦透鏡系統(tǒng)的另一實(shí)施例的光學(xué)圖，其中所述四個(gè)變焦組在圖8A中針對(duì)短焦距定位、且在圖8B中針對(duì)長(zhǎng)焦距定位。圖9A和圖9B是本發(fā)明的使用三個(gè)移動(dòng)變焦透鏡組的變焦透鏡系統(tǒng)的另一實(shí)施例的光學(xué)圖，其中所述三個(gè)變焦組在圖9A中針對(duì)短焦距定位、且在圖9B中針對(duì)長(zhǎng)焦距定位。圖10~圖62是均涉及本發(fā)明的具有約300:1變焦比的變焦透鏡系統(tǒng)的單個(gè)實(shí)施例的圖，其中圖IO是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的光學(xué)圖，圖11圖30包括處于可移動(dòng)透鏡元件的20個(gè)不同代表性位置的透鏡系統(tǒng)的光學(xué)圖，圖31~圖34包括僅處于所述代表性位置中的四個(gè)位置的聚焦單元的透鏡元件的光學(xué)圖，圖35和圖36僅說(shuō)明處于所述代表性位置中的兩個(gè)位置的前部?jī)蓚€(gè)變焦透鏡組，圖37和圖38僅說(shuō)明處于所述代表性位置中的兩個(gè)位置的后部變焦透鏡組，圖39~圖58分別包括圖11~圖30中說(shuō)明的所有透鏡元件的相同20個(gè)代表性位置的光線像差圖，圖59包括從最小(底部)到無(wú)窮遠(yuǎn)(頂部)相對(duì)于焦點(diǎn)距離的聚焦凸輪移動(dòng)的曲線圖，圖60包括相對(duì)于系統(tǒng)焦距的三個(gè)變焦凸輪移動(dòng)的曲線圖，圖61包括最終像處系統(tǒng)的焦距比數(shù)相對(duì)于系統(tǒng)焦距的曲線圖，且圖62包括光闌直徑相對(duì)于系統(tǒng)焦距的曲線圖。圖63和圖64分別是本發(fā)明的并入有二元(衍射)表面的變焦透鏡系統(tǒng)的另一實(shí)施例的光學(xué)圖和光線像差曲線圖。圖65和圖66分別是本發(fā)明的并入有二元(衍射)表面的變焦透鏡系統(tǒng)的又一實(shí)施例的光學(xué)圖和光線像差曲線圖；且圖67~圖70是涉及具有約400:1變焦比的本發(fā)明的又一實(shí)施例的圖，其中圖67和圖68分別是處于7.47mm和2983mm焦距的光學(xué)圖，且圖69和圖70分別是處于7.47mm和2983mm焦距的光線像差曲線圖。圖71和圖72A~圖72D是本發(fā)明的并入有用于折疊透鏡以便增加緊湊性的鏡的變焦透鏡系統(tǒng)的又一實(shí)施例的實(shí)例的光學(xué)風(fēng)其中圖72A~圖72D為了清楚起見(jiàn)繪示處于平坦(展開(kāi))定向的折疊透鏡，并說(shuō)明變焦組的各個(gè)位置。圖73A圖73C是本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的紅外線(IR)實(shí)施例的示例的光學(xué)圖，其說(shuō)明變焦組的各個(gè)位置；且圖74~圖76分別是對(duì)應(yīng)于圖73A~圖73C所示的變焦組的位置的光線像差曲線圖。圖77說(shuō)明本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的IR實(shí)施例的第二示例的展開(kāi)布局，其中標(biāo)示了透鏡元件和表面；圖78A~圖78F說(shuō)明處于變焦位置Zl-Z6的第二示例IR實(shí)施例的展開(kāi)布局且圖79A~圖79F說(shuō)明處于圖78A-圖78F所示的變焦位置的第二示例IR實(shí)施例的選定光線的衍射調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。具體實(shí)施方式在優(yōu)選實(shí)施例的以下描述中，參看附圖進(jìn)行說(shuō)明，且附圖形成本文的一部分，其中以說(shuō)明的方式繪示可實(shí)踐本發(fā)明的特定實(shí)施例。應(yīng)了解，在不脫離本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的范圍的情況下可利用其它實(shí)施例，并可作出結(jié)構(gòu)上的變化。根據(jù)其大體方面，本發(fā)明提供一種用于形成物體的最終像的變焦透鏡系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在所述物體與所述最終像之間形成第一中間實(shí)像，所述系統(tǒng)包括(a)第一光學(xué)單元(例如，圖10中的透鏡元件8到15),其位于所述物體與所述第一中間實(shí)像之間，所述單元包括經(jīng)移動(dòng)以改變所述第一中間實(shí)像的尺寸(放大率)的至少一個(gè)光學(xué)子單元(例如，圖IO中透鏡元件8到11是第一光學(xué)單元的放大率變化的主要來(lái)源)；以及(b)第二光學(xué)單元(例如，圖10中的透鏡元件26到33)，其位于所述第一中間實(shí)像與所述最終像之間，其至少一部分(例如，一個(gè)或一個(gè)以上光學(xué)子單元、或整個(gè)第二光學(xué)單元)經(jīng)移動(dòng)以改變所述最終像的尺寸(放大率)(例如，圖10中，第二光學(xué)單元的透鏡元件26到28經(jīng)移動(dòng)以改變最終像的尺寸)。優(yōu)選地，變焦透鏡系統(tǒng)包含第一和第二光學(xué)單元的任一者或兩者中的一個(gè)或一個(gè)以上光學(xué)子單元，第一和第二光學(xué)單元經(jīng)移動(dòng)以當(dāng)系統(tǒng)的焦距改變時(shí)保持最終像的軸向位置實(shí)質(zhì)上固定(例如，圖10中透鏡元件12到15是此功能的主要來(lái)源)。然而，并非在所有情況下均需要此類子單元(例如，如果總體光學(xué)系統(tǒng)具有軸向可移動(dòng)的傳感器)。優(yōu)選地，除了第一和第二光學(xué)單元外，變焦透鏡系統(tǒng)還包括聚焦單元(例如，圖10中的透鏡元件1到7)、光瞳成像單元(例如，圖10中的透鏡元件16到25)及/或像穩(wěn)定化單元(例如，圖10中的透鏡元件34到39)。優(yōu)選地，聚焦單元是(1)定位在第一光學(xué)單元前方，(2)包括可沿著變焦透鏡系統(tǒng)的光軸移動(dòng)的兩個(gè)光學(xué)子單元(例如，圖10中的透鏡元件2以及元件3和4),及/或(3)包括七個(gè)或少于七個(gè)透鏡元件。優(yōu)選地，像穩(wěn)定化單元包括(1)可在系統(tǒng)的光軸外橫向移動(dòng)的至少一個(gè)透鏡元件(例如，圖10中的透鏡元件34到36),及/或(2)可沿著光軸移動(dòng)的至少一個(gè)透鏡元件(例如，圖10中的透鏡元件37到39)。通過(guò)系統(tǒng)的光優(yōu)選地在像穩(wěn)定化單元的所述橫向與軸向可移動(dòng)的透鏡元件之間實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直。除了第一中間實(shí)像外，本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)還可在所述物體與所述最終像之間形成額外中間實(shí)像。所述系統(tǒng)除了第一和第二單元外還可包含用于改變那些額外中間實(shí)像的尺寸(放大率)的額外光學(xué)單元。優(yōu)選地，第一中間實(shí)像形成在變焦透鏡系統(tǒng)的光學(xué)元件(例如，系統(tǒng)中使用的透鏡元件、棱鏡、折疊鏡等)之間的空氣空間中，且在變焦期間禾通過(guò)^^^N々任何表面。當(dāng)形成一個(gè)以上的中間實(shí)像時(shí)，優(yōu)選地對(duì)于所有中間像的情況也是如此。第一光學(xué)單元與系統(tǒng)的其它單元組合可具有常規(guī)變焦透鏡的形式。類似地，第二光學(xué)單元與系統(tǒng)的其它單元組合可具有常規(guī)變焦透鏡形式。因此，總體系統(tǒng)可視為兩個(gè)常規(guī)變焦透鏡的"復(fù)合"，其具有(根據(jù)本發(fā)明)對(duì)復(fù)合變焦透鏡之間的光瞳成像的控制。總體系統(tǒng)也可視為形成中間像的前變焦透鏡、和接收中間像并改變其放大率以形成最終像的中繼器系統(tǒng)(relaysystem)。本文在對(duì)本發(fā)明各方面的詳細(xì)論述中，使用用于描述本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的這些方法。盡管這些方法提供描述本發(fā)明的便利的方式，但應(yīng)了解，本發(fā)明不限于這些描述，且本發(fā)明的各種實(shí)施例和應(yīng)用可能不完全服從于此類描述。根據(jù)其它方面，本發(fā)明提供一種用于形成物體的最終像的變焦透鏡系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有位于最大焦距與最小焦距之間的焦距范圍，且針對(duì)所述范圍內(nèi)的所有焦距在所述物體與所述最終像之間形成至少一第一中間實(shí)像，所述系統(tǒng)包括(a)第一透鏡單元，其具有經(jīng)變化以改變第一中間實(shí)像的尺寸(放大率)的焦距，針對(duì)所述范圍內(nèi)的所有焦距，所述第一透鏡單元位于所述物體與所述第一中間實(shí)像之間；以及(b)第二透鏡單元，其用于改變所述最終像的尺寸(放大率)，針對(duì)所述范圍內(nèi)的所有焦距，所述第二透鏡單元位于所述第一中間實(shí)像與所述最終像之間。根據(jù)額外方面，本發(fā)明提供一種變焦透鏡系統(tǒng)，其包括形成中間實(shí)像的可變焦距前透鏡單元、和形成中間像的像(優(yōu)選地，實(shí)像)的可變放大率后透鏡單元。根據(jù)另外方面，本發(fā)明提供一種復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)，其從物體空間收集輻射、并在像空間中將輻射傳遞到最終像，所述系統(tǒng)包括多個(gè)變焦透鏡部分，所述變焦透鏡部分包含形成來(lái)自物體空間的輻射的中間像的第一變焦透鏡部分、和在像空間中形成最終像的最后變焦透鏡部分。根據(jù)更多另外方面，本發(fā)明提供一種用于形成物體的最終像的變焦透鏡系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有光軸、前透鏡表面、孔徑光闌、和在孔徑光闌處橫越光軸的主光線(chiefray),所述系統(tǒng)包括經(jīng)移動(dòng)以改變系統(tǒng)的焦距的第一和第二透鏡單元，其中(a)在前透鏡表面與最終像之間，主光線針對(duì)系統(tǒng)的所有焦距在除所述孔徑光闌以外的至少一個(gè)其它位置處橫越光軸；以及(b,)所述系統(tǒng)針對(duì)系統(tǒng)的所有焦距形成位于第一和第二透鏡單元之間的中間實(shí)像。[對(duì)本發(fā)明的一些變焦原理和系統(tǒng)的描述實(shí)現(xiàn)待達(dá)成的格外高程度的光學(xué)校正的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)(即，前變焦/變焦中繼器系統(tǒng))存在一些獨(dú)特方面。暫時(shí)設(shè)想完整的變焦運(yùn)動(dòng)分階段發(fā)生的簡(jiǎn)化情形。在第一階段，中繼器初始設(shè)定在提供中間像小放大率的短焦距位置。因而，中繼器的物體共軛將具有小數(shù)值孔徑NA,且其像共軛將具有大數(shù)值孔徑N入(如常規(guī)界定的，數(shù)值孔徑"NA"等于可進(jìn)入或離開(kāi)光學(xué)系統(tǒng)或元件的子午光線(meridionalrays)的最大錐面的頂角的正弦乘以錐面頂點(diǎn)所處的媒介的折射率；且在下文陳迷的透鏡系統(tǒng)光學(xué)規(guī)定中，焦距比數(shù)等于NA的兩倍的倒數(shù)，即f-l/2xNA)。由于物體空間中的中繼器的NA等于像空間中前變焦透鏡部分的NA,因而顯然在此第一階段，僅需要適當(dāng)校正前變焦透鏡部分以獲得小NA。在第二階段，前變焦透鏡部分固定在其長(zhǎng)焦距位置處，且中繼器接著變焦以便以越來(lái)越大的程度放大中間像。在此第二階段期間隨著系統(tǒng)的焦距增加，中繼器的像NA變小且中繼器的物體NA變大。因此，前變焦透鏡部分的像NA也必須也變大。然而，同時(shí)，中間像的實(shí)際被使用的徑向部分隨著系統(tǒng)焦距變大而變得越來(lái)越小。因此，不需要校正前變焦透鏡部分以同時(shí)獲得大中間像尺寸和大相對(duì)孔徑(NA)。事實(shí)上，需要對(duì)其進(jìn)行校正以獲得小孔徑時(shí)的大中間像尺寸，以及獲得大孔徑時(shí)的小中間像尺寸。這使得前變焦透鏡部分的設(shè)計(jì)比具有與本發(fā)明的前變焦透鏡系統(tǒng)相同的變焦比的傳統(tǒng)變焦透鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容易許多。同樣，僅需要校正中繼器以獲得其焦距的小放大率端的大像NA和大物體尺寸。在其焦距變焦范圍的另一端，物體尺寸較小且像NA也較小。如上文所論述，除了前變焦透鏡部分和中繼器外，本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)優(yōu)選地還包含光瞳成像單元。此單元用于將前變焦透鏡部分的出射光瞳成像到中繼器的入射光瞳中。通過(guò)選擇適當(dāng)倍率(power),不僅可使中繼器的透鏡直徑和伴隨的像差最小，而且可改進(jìn)對(duì)系統(tǒng)的出射光瞳位置的控制。同樣如上文所論述，由前變焦透鏡部分形成的中間像優(yōu)選地位于當(dāng)系統(tǒng)從其最小焦距向其最大焦距變焦時(shí)不通過(guò)任何透鏡表面的位置。通過(guò)處于前變焦透鏡部分與后中繼器之間，中間像自動(dòng)處于提供前變焦透鏡部分中的變焦的軸向移動(dòng)透鏡單元的后方，并處于提供后變焦部分中的變焦的任何軸向移動(dòng)透鏡單元的前方。由于在本發(fā)明某些實(shí)施例中，中間像可在變焦期間移動(dòng)，所以中間像的任一側(cè)的透鏡表面的位置(不論那些表面是固定還是移動(dòng)的)優(yōu)選地經(jīng)選擇以使得雖然中間像運(yùn)動(dòng)，但所述表面在系統(tǒng)的整個(gè)變焦范圍內(nèi)保持與中間像間隔。圖1~圖3中針對(duì)具有約300:1的變焦比的PNPP-PNPP復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)說(shuō)明本發(fā)明的以上特征中的各個(gè)特征。如圖1中所設(shè)計(jì)，此復(fù)合變焦透^:系統(tǒng)具有變焦比約20:1的前變焦透4竟部分、和變焦比約15:1的后變焦透鏡部分(中繼器)。圖1中還設(shè)計(jì)組及其正或負(fù)倍率符號(hào)。在此復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)前變焦透鏡部分從其最短焦距位置(圖1所示)向其最長(zhǎng)焦距位置(圖2所示)操作時(shí)，中繼器為固定的。一旦前變焦透鏡部分到達(dá)其長(zhǎng)焦距位置，中繼器就開(kāi)始改變中間像的放大率以進(jìn)一步增加復(fù)合系統(tǒng)的焦距。圖3繪示系統(tǒng)處于其最大焦距狀態(tài)，其中前變焦透鏡部分處于其最大焦距位置、且后變焦(中繼器)透鏡部分處于其最大放大率位置。的小NA和最終像平面處的大口NA。'此階段期間，中間像的尺寸較大，'如圖所示。圖3繪示在最長(zhǎng)焦距位置處，NA在中間像處變大且在最終像處變小。注意，在此實(shí)例中，存在8個(gè)變焦透鏡組，但其中僅4個(gè)可獨(dú)立移動(dòng)以進(jìn)行變焦。第1、4、5和8組相對(duì)于最終像均為固定的。然而，在聚焦期間，可使這些組中的一者或一者以上移動(dòng)。此處概述的情形出于示范性目的。實(shí)踐中，變焦運(yùn)動(dòng)不需要明確地劃分為兩個(gè)階段，且因此，中繼器或其一部分在初始變焦階段期間可移動(dòng)且不僅僅是接近焦距的長(zhǎng)端。上文描述的圖1~圖3的實(shí)例具有PNPP-PNPP構(gòu)造其中短劃線"-"表示前變焦透鏡部分的末端。前變焦透鏡部分和后變焦透鏡部分兩者均具有變化器和補(bǔ)償器變焦組。此配置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可視需要使中間像絕對(duì)固定。使像固定將防止其通過(guò)任何光學(xué)表面，這可能揭露最終像處將出現(xiàn)的表面瑕疵和昏暗像。在后變焦透鏡部分中使用四組構(gòu)造還允許較好地控制出射光瞳位置，這對(duì)于匹配某些像傳感器的聚焦遠(yuǎn)心(telecentricity)要求可能很重要。如果可容許中間像移動(dòng)，那么有可能排除補(bǔ)償器之一。在此情況下優(yōu)選地去除后補(bǔ)償器，因?yàn)槠鋬H在射束直徑相對(duì)較小時(shí)移動(dòng)。因而，所得的構(gòu)造將是PNPP-PNP配置。對(duì)于這兩種配置，均必須注意使前變焦透鏡部分的出射光瞳與中繼器的入射光瞳匹配。為此，使用類似目鏡的組(eyepiece-likegroup)為有益的，可將從中間像發(fā)出的發(fā)散射束轉(zhuǎn)化為近似平行的射束，以進(jìn)入經(jīng)校正而獲得無(wú)窮遠(yuǎn)共輒的正常PNP或PNPP型變焦透'4免系統(tǒng)。這種類型的高速(大孔徑)超寬焦距范圍復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)的一個(gè)方面是，中間像及其所有像失真，其會(huì)由處于長(zhǎng)焦距位置的中繼器中的變焦組而被高度地放大。這對(duì)前變焦透鏡部分且尤其是聚焦組中的二次色像差的校正提出了嚴(yán)格的要求。為了實(shí)現(xiàn)此校正，有必要使用至少一個(gè)且更可能若干個(gè)氟冕玻璃元件(fluor-crownglasselement)。作為替代方案，氟化釣或二元(衍射)表面也可用于此目的。多種二元(衍射)表面(衍射元件)可用于本發(fā)明實(shí)踐中。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于某些應(yīng)用，轉(zhuǎn)讓給Canon的第6,507,437號(hào)美國(guó)專利中揭示的類型的一個(gè)或一個(gè)以上衍射光學(xué)元件，其可單獨(dú)或與用于校正色像差的其它方法組合使用。在現(xiàn)有變焦透鏡系統(tǒng)上使用PNPP-PNPP或PNPP-PNP配置的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，前變焦透鏡部分和后變焦透鏡部分(中繼器)系統(tǒng)兩者均可具有非常大的變焦比。在此情況下比較合理的是針對(duì)前變焦透鏡部分或后變焦透鏡部分具有20:1或更大的變焦比，使得可能實(shí)現(xiàn)400:1或更大的總變焦比。然而，如果不要求如此大的變焦比，那么可能改為通過(guò)使用具有擁有兩個(gè)移動(dòng)組的NP配置的中繼器，來(lái)顯著簡(jiǎn)化所述系統(tǒng)。此中繼器對(duì)于大孔徑應(yīng)用非常有用，其中中繼器中的總變焦比為約3:1到約10:1。圖4A和圖4B中繪示具有約130:1的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)的實(shí)例，其具有約20:1變焦比PNPP的前變焦透鏡部分、和約6.5:1變焦比的中繼器。圖4A說(shuō)明約7mm的最小焦距，且圖4B說(shuō)明約900mm的最大焦距。此配置的一個(gè)缺點(diǎn)是，最后的透鏡組不固定；因此其必須經(jīng)設(shè)計(jì)以承受大孔徑下顯著的放大率變化，這使其設(shè)計(jì)起來(lái)有些困難。還可設(shè)計(jì)由NP前變焦透鏡部分和NP后變焦透鏡部分(中繼器)組成的更加簡(jiǎn)化的構(gòu)造，但此情況下最大變焦比將降低。顯然，所述技術(shù)可一般化以包含針對(duì)前變焦透鏡部分和針對(duì)后變焦透鏡部分的各種變焦透鏡配置的大量組合。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)使用具有約2:1的變焦比的NP、NPP或NPNP超寬角度前變焦透鏡部分以及具有約6.5:1的變焦比的NP后變焦透鏡部分(中繼器)來(lái)構(gòu)成高變焦比、超寬角度變焦透鏡系統(tǒng)。結(jié)果將是具有約13:1的變焦比的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)其最大全視野高達(dá)IOO度或更九圖5A和圖5B說(shuō)明用于2/3"傳感器的具有約13:1的變焦比的4.4mm-57.2mm、f/3-f/7復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)。此復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)的寬角度端的全場(chǎng)角大于102度。顯然，與圖1圖3中使用的后變焦透鏡部分(中繼器)類似的PNPP型后變焦透鏡部分(中繼器)可與此相同超寬角度前變焦透鏡部分一起使用，以產(chǎn)生具有約30:1的變焦比的超寬角度復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)。中間像的存在對(duì)于所有這些配置是共同的，且這為進(jìn)行現(xiàn)有技術(shù)的變焦透鏡系統(tǒng)類型中通常不可實(shí)現(xiàn)的像差校正提供一些獨(dú)特的可能性。舉例來(lái)說(shuō)，放置在位于中間像附近的元件上的非球面可能對(duì)失真和其它場(chǎng)像差產(chǎn)生較強(qiáng)影響，而不會(huì)千擾球面像差校正。將非球面放置在此區(qū)域中的優(yōu)點(diǎn)包含因?yàn)樯涫睆捷^小且元件本身較小，所以公差較為寬容。這意味著在此區(qū)域中使用非球面的成本最小。[優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述如上文在題為"對(duì)本發(fā)明的一些變焦原理和系統(tǒng)的描述"的段落中所描述，本文揭示的本發(fā)明實(shí)施例的每一者包含前變焦透鏡部分和后變焦透鏡部分，藉此形成復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)。在前變焦透鏡部分之后形成中間像，藉此后變焦透鏡部分充當(dāng)變焦中繼器以放大中間像，以便提供經(jīng)放大的最終像，而供膠片或相機(jī)中任何其它種類的光檢測(cè)器或捕獲裝置(例如，電荷耦合裝置(CCD))來(lái)捕獲。出于本申請(qǐng)案的目的，術(shù)語(yǔ)"相機(jī)(camera)"—般地用于描述可放置在本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)之后的任何種類的光檢測(cè)或捕獲裝置，包含不論含有膠片、視頻磁帶、光盤、CMOS、CCD還是另一存儲(chǔ)媒體的靜態(tài)、視頻或電影捕獲裝置，或者目鏡或人眼。任何此類"相機(jī)"可包含額外透鏡元件。當(dāng)前，預(yù)期前變焦透鏡部分將包括兩個(gè)移動(dòng)變焦透鏡組、且后變焦透鏡部分將包括一個(gè)或兩個(gè)移動(dòng)變焦透鏡組，但應(yīng)了解，可在不脫離本發(fā)明的情況下使用更多或更少的移動(dòng)變焦透鏡組。并且，當(dāng)前預(yù)期整個(gè)復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)中將僅形成—個(gè)中間像，但本發(fā)明的其它實(shí)施例可形成一個(gè)以上中間像。除了前后變焦透鏡部分和后變焦透鏡部分外，本發(fā)明的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)優(yōu)選地還包含聚焦透鏡組。所述聚焦透鏡組優(yōu)選地定位在透鏡系統(tǒng)前部，如本文揭示的實(shí)施例的每一者所示，但在本發(fā)明其它實(shí)施例中有可能在復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)中的其它地方實(shí)現(xiàn)一些且可能所有的聚焦。當(dāng)在此復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)中形成單一中間像時(shí)，最終像倒置、并從由物鏡產(chǎn)生的常規(guī)定向而從左向右顛倒，且因此必須通過(guò)相機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)像定向。對(duì)于針對(duì)檢測(cè)器使用單一芯片的視頻相機(jī)，有可能僅使芯片圍繞光軸旋轉(zhuǎn)180度，使得芯片仿佛最終像是常規(guī)定向般而讀取最終像。視頻相機(jī)的定向問(wèn)題的另一解決方案是，顛倒掃描數(shù)據(jù)的次序，即代替從左向右和從頂部向底部，而從右向左和從底部向頂部讀取數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)常規(guī)定向。對(duì)于在傳輸整個(gè)幀以供使用之前，使用"幀存儲(chǔ)(framestore)"特征將整個(gè)反次序從頓存^存儲(chǔ)器(framestoreHiL^y)傳輸所二儲(chǔ)的幀。對(duì)于電影膠片相機(jī)，可將具有膠片暗匣的整個(gè)相機(jī)倒置以因此向上運(yùn)轉(zhuǎn)膠片來(lái)校正像定向。以常規(guī)方式使用并采用本發(fā)明變焦透鏡系統(tǒng)的電影膠片相機(jī)中像定向的另一解決方案是使用數(shù)字合成(digitalcompositing),其中以數(shù)字方式掃描膠片并接著(例如)在數(shù)字操作之后，將像以常規(guī)定向施加于新的膠片上。在本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)中或結(jié)合本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)使用棱鏡也將校正最終像的定向。對(duì)于這種方法，必須謹(jǐn)慎以使得棱鏡不會(huì)導(dǎo)致最終像的質(zhì)量過(guò)分惡化(尤其對(duì)于本發(fā)明透鏡系統(tǒng)的高性能應(yīng)用來(lái)說(shuō))。由于本發(fā)明變焦透鏡系統(tǒng)的復(fù)合變焦配置的緣故，復(fù)合透鏡系統(tǒng)的主體通常將具有充分長(zhǎng)度，且因此透鏡系統(tǒng)相對(duì)于相機(jī)的任何偏轉(zhuǎn)或振動(dòng)均可能導(dǎo)致相機(jī)中最終像的不可接受的偏轉(zhuǎn)或振動(dòng)。因此，至少對(duì)于具有大變焦比、長(zhǎng)焦距及/或充分長(zhǎng)度的本發(fā)明的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)，預(yù)期將使用像穩(wěn)定化配置。雖然電子像穩(wěn)定化可適于一些視頻相機(jī)應(yīng)用，但對(duì)于較高性能變焦透鏡系統(tǒng)應(yīng)用，優(yōu)選地將光學(xué)像穩(wěn)定化配置包含在復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)的主體中，且優(yōu)選地接近透鏡系統(tǒng)的相機(jī)端，例如下文描述的圖10~圖62的實(shí)施例中包含的那樣。盡管較希望將本發(fā)明的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)造為一體式單元以獲得最大性能，但也可能使用兩個(gè)或兩個(gè)以上可分離組件來(lái)實(shí)現(xiàn)基本特征。舉例來(lái)說(shuō)，常規(guī)變焦透鏡或其修改形式可用作前變焦透鏡部分，且因而后變焦透鏡部分可包括單獨(dú)的附件，其中繼并改變由前變焦透鏡部分形成的像(所述像變成"中間像，，)的放大率(例如，變焦)以形成最終像。因此，前變焦透鏡部分將提供一個(gè)變焦比、且后附件變焦部分將提供另一變焦比。然而，對(duì)于此類組合，應(yīng)控制光瞳成像以獲得具有可接受的光學(xué)質(zhì)量的最終像。常規(guī)及/或經(jīng)修改透鏡部分的其它此類組合也可用于提供本發(fā)明的復(fù)合變焦透鏡系統(tǒng)。圖6A到圖9B^L明本發(fā)明的變焦透^:系統(tǒng)的四個(gè)不同實(shí)施例的光學(xué)圖。在圖6A~圖9B的每一者的最右側(cè)，兩個(gè)矩形框表示常規(guī)3CCD2/3"檢測(cè)器的棱鏡框，所述檢測(cè)器是視頻相機(jī)的一部分且因此不是變焦透鏡系統(tǒng)的一部分。下表羅列那四個(gè)實(shí)施例的每一者的透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)、各個(gè)表面的可變厚度位置以及各個(gè)表面組的焦距和放大率。鑒于表面的較大數(shù)目和包含所有元件的光學(xué)圖的較小比例尺，為了簡(jiǎn)單和清楚起見(jiàn)，僅標(biāo)示圖6A到圖9B中的對(duì)應(yīng)于透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中陳述的表面的一些表面。表之后提供對(duì)表的更詳細(xì)解釋。圖6A和圖6B的表透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)厚度玻璃指數(shù)玻璃色散無(wú)窮遠(yuǎn)無(wú)窮遠(yuǎn)925.01010.000280.60120.595626.50319.748-2050.8280.300-2871.29412.027-624.4680.300266.77914.079497.2830.300351.23016.2281246.2120.300185.44325.083839.856可變301.1625.34671.69315.360-3690.4612.000100.16227.480-70.5445.456-3458.0868.858-125.683可變-257.84512.063-78.4110.127149.70613.001-98.0952.000-266.9620.100114.6696.712485.498可變無(wú)窮遠(yuǎn)24.165-41.9602.00040.07831.15683,40612.225-64.8442.590912.61113.001-52.22424.07699.8452.313167.38615.000155.60814.122-47.8869.568-67.5710.018381.5042.00049.65311.5901.901351.496991.496991.496991.496991.496991.772491.772491.804001.922861.496991.496991.803491.496991.603111.698941.603111.698941.496991.496991.873991.873991.4387531.581.681.681.681.681.649.649.646.618.981.681.630.481.660.730.160.730.181.681.635.335.395.0徑半面表體勿1123456789tsssssssss■X—*0123456789ssssssssss司*0123456S890sssssss，sss12345678903333333334ssssssssssS41-583.11243.970S42*50.13214.2351.4387595.0S43482.784可變S44-23.1472.0001.6910054.8S45*32.0211.889S4652.65521.4121.8466623.8S47-380.467可變S48102.41611.302L4969981.6S49-50.9580.405S50*34.09813.1341.4969981.6S5143.2221.521S5258.73810.7841.4969981.6S53-35.0522.0001.7431949.3S5443.4221.334S5557.38910.0791.4969981.6S56-38.6850.658S57-35.2723.7721.7847225.7S58-56.9400.500S59166.5294.8331.6910054.8S60-100.1920.250S6183.2735.6081.6910054.8可變13.2001.5168064.12.00033.0001.6085946.45.000注意最大^象直徑=11.0mm*非球面Sll、S14、S28、S42、S45和S50的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>其中CURV=1/(表面半徑)Y=垂直于光軸測(cè)量的孔高度K、A、B、C、D=系數(shù)Z=從表面的極點(diǎn)(即，軸向頂點(diǎn))沿著光軸測(cè)量的針對(duì)給定Y值的表面輪廓的位置。表面S11的系數(shù)為表面S42的系數(shù)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>B=1.7844857e-013O1.5060271e-017D=-9.7397917e-023表面S14的系數(shù)為K=0.7048333A=-3.0463508e-007B=-1.1451797e-010O3.4844023e-014D=-2.2107339e-017表面S28的系數(shù)為K=-0.9252575A=-1.8743376e-007B=-1.0562170e-009C=2.8892387e-012D=-3.6671423e-015B=-2.5945471e-010O2.4316558e-013D=-1.2995378e-016表面S45的系數(shù)為K=0.0A二-1.1056187e-005B=2.8606310e-008C=-1.2655154e_010D=2.2826095e-013表面S50的系數(shù)為K=0.0A=-1.8976230e-006B=1.2489903e-009C二-2.3703340e_012D=3.0161146e-015可變厚度位置和數(shù)據(jù)PIP2P3P4P5P6P7P8EFL7.2579.00816.01336.02282.023174.970399.652900.099F/No.1.4501.4501.4501.4501.4502.0004.0005.000S12L00023.20272.004118.539150.121162.578162.380162.474S19243.711218.457160.76496.26543.Ill0.50057.0930.500S261.0004.08012.97930.92452.63182.76026.35782.523S43142.978142.908142.764142.760142.409140.11089.13081.860S478.2558.2738.3778.4348.5404.7653.1985.165S6219.00019.00019.00019.00019.00025.16077.70383.508<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>S27-S430.871-1.1590.870-l.1590.854-1.1590.844-1.159S44-S470.321-2.8460.322-2.8290.325-2.7940.327-2.793S48-S62-1.170-0.304-l.170-O.305-l.170-0.308-1.170-0.308表面PlM'P5MP'P6M'P6MP'P7M'P7MP'P8M'P8MP'S1-S120.0000.1950.0000.1230.0000.1630.0000.124S13-S19-1.0127.410-1.390-119.200-l.3824.682-l.386-141.400S20-S26-0.9450.312-1.275-O.017-O.7150.599-1.279-O.014S27-S430.834-1.1590.833-l.1590.774-1.1590.826-l.159S44-S470.330-2.7120.338-2.2780.769-0.5010.856-0.451S48-S62-1.170-0.313-1.315-O.361-2.549-0.731-2.693-O.727其中，PlM'是等于(入射邊緣光線角)/(出射邊緣光線角)的透鏡組的透鏡組放大率，且PlMP'是等于入射主光線角/出射主光線角的透鏡組放大率，諸如此類，一直到P8M'和P8MP';前兩個(gè)符號(hào)表示位置號(hào)，例如PlM'和PlMP'針對(duì)位置1。圖7A和7B的表透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)表面效厚度玻璃指數(shù)玻璃色散物體無(wú)窮遠(yuǎn)無(wú)窮遠(yuǎn)Sl1273.17410.2551.8009935.0S2475.2651.538S3510.05410.2551.8009935.0S4279.31014.066S5459.72019.3311.4969981.6S621434.6300.308S7■94110.4511.4969981.6S827454.5200.308S9309.77913.3341.4969981.6S10634.1030.308Sll361.60617.8181.4969981.6S122023.3060.308S13*172.93025.3531.4969981.6S14568.502可變S15330.4252.0701.7724949.6S16*73.83818.829S17726.7412.0511.7724949.6S18102.18925.577S19*-73.6836.3521.7724949.6S20*359.7989.9481.8080922.8S21-116.821可變S22-176.2115.7971.4969981.6S23-69.6090.003S24144.41520.3171.4969981.6S25-85.8782.0511.8034930.4S26-282.6510.000S2785.7186.1421.4969981.6S28157.754可變光闌無(wú)窮遠(yuǎn)22.498S30*-34.2012.0511.6072959.4S3142.4092.7431.6989430.1S32101.1624.085S33-82.3003.5891.6031160.7S34-90.8923.4441.6989430.1S35-39.4576.472S3651.2007.1781.4969981.6S3755.67115.382S3867.5466.7501.4969981.6S39-47.8043.0761.8739935.3S40-74.6200.018S4195.3573.0761.8739935.3S4235.06030.0001.4387595.0S43-130.23268.459S44無(wú)窮遠(yuǎn)2.051S45無(wú)窮遠(yuǎn)2.0511.7724949.6S46-341.1898.763S47*-30.7654.1021.7846926.3S48-36.52521.1091.5168064.2S49-30.3890.308S50-160.79614.5221.5168064.2S51-66.4130.308S52461.0958.3901.5168064.2S53-109.8327.208S54*247.1133.0761.8466623.8S5557.34810.8681.4969981.6S56-56.3600.289S57-73.1065.3071.6385355.4S58—44.690可變559560561562563564565566567568569S70*571572573574575576-28.736115.83831.347-73.220-57.858-24.994-29.067-49.737507.291104.703-76.66269.871-663.734-155.686-1137.70554.109-73.493-66.18453.0762.7712.8712.4687,2540.0052.871可變2.0517.178可變8.6248.9083.0760.2028.0500.3932.87119.48413.5372.05133.8415.0191.834001.83480丄.846651.804001.743191.496991.496991.846651.496991.743191.516331.6085937.242.723.946.649.381.681.623.981.649.364.146.4注意最大像直徑=11.0mm*非球面S13、S16、S19、S20、S30、S47、S54和S70的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式(curv)y2z=i+(i-(i+k)(curv)2y2)1+(a)y4+(b)y6+(c)y8+(d)y'o+(e)y12+(f)y14+(g)y1其中CURV=1/(表面半徑)Y=垂直于光軸測(cè)量的孔高度K、A、B、C、D、E、F、G=系數(shù)Z=從表面的極點(diǎn)(即，軸向頂點(diǎn))沿著光軸測(cè)量的針對(duì)給定Y值的表面輪廓的位置。表面S20的系數(shù)為表面S13的系數(shù)為t-0.1600976K=A=6.9210418e009A=B二2.2313210e_013B二C=1.1852054e-017C二D=-2.0918949c-021D=E=2.2579263e-025E=0.03.4619978e0084.2692157e-011-7.0823340e-014-2.3957687。-0175.4513203e—020表面S54的系數(shù)為K=0.0A=-2.743254e-006B=-2.133804e-009C=1.668568e-011D=-l.9544629e014E=0.0s遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)1窮窮窮窮窮T無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)789o1777800象sssss倡F二8.1799420e-030F=-1.4597367e-023F=0.0G=-1.2582071e-033G=-4.1263059e-027G二0.0表面S16的系數(shù)為表面S30的系數(shù)為表面S70的系數(shù)為K=0.9059289K=-0.8025959K=-2.3A=-4.3564263e-007A=-3.8556154e-007A=3.877213e-007B=-1.3760665e-010B=—5.4410316e-010B=4.916800e-010C=1.1349273e-014C=7.0427510e-012C二-1.461192e-012D二-3.8588303e-017D=-8.5740313e-015D=-3.258352e-017E=1.5211558e-020E二-5.2635786e-017E=4.664784e-018F=-5.1726796e-025F=1.0608042e-019F=-4.2i6175e-021G=-2.0900671e-027G=7.5783088e-023G=0.0表面Si9的系數(shù)為表面S47的系數(shù)為K=0.0K=0.0A二-6.5866466e-008A=-1.2184510e_005B=-3.2305127e-OilB=1.2115245e-007C=-3.5095033e-014C=-3.0828524e-010D二4.0315700e-017D二一5.7252449e-014E=-6.1913043e-021E=0.0F=-2.4403843e-023F二0.0G=9.0865109e-027G二0.0<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表面組焦距S1-S14283.564S15-S21-52,598S22-S28102.619S29-S5851.668S59-S66-29.319S67-S69178,034S70-S7770.650表面組;故大率<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>其中，PlM'是等于(入射邊緣光線角)/(出射邊緣光線角)的透鏡組的透鏡組放大率，且PlMP'是等于入射主光線角/出射主光線角的透鏡組放大率，諸如此類，一直到P7M'和P7MP、前兩個(gè)符號(hào)表示位置號(hào)，例如P1M'和P1MP'針對(duì)位置1。圖8A和8B的表透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>S15-70.0953.0501.7724949.6S16236.07514.1001.8466623.8S17-126.479可變S18-420.3359.2001.4969981.6S19-81.3550.126S20155.73315.6501.4969981.6S21-98.5232.7501.8009935.0S22-285.20410.687S2376.0707.9001.4969981.6S24118.043可變光闌無(wú)窮遠(yuǎn)6.800S26*-35.2436.5001.6067445.1S2755.3600.106S2855.9004.0501.7551927.5S29155.4394.934S30-63.0395.0501.8051825.4S31-39.6092.240S3256.81810.9001.4559990.3S33-43.3882.1501.8009935.0S34-61.5032.158S35107.5012.1001.8009935.0S3629.89611.6001.4969981.6S37166.10378.890S3859.0029.6701.8374125.4S39-405.82620.924S40-22.13419.7501.8009935.0S41-33.2995.803S42-129.56312.6461.4969981.6S43-52.9140.152S4459.8285.4191.4969981.6S45-209.0800.100S4637.6936.1431.7409952.7S47177.702可變S48-106.8461.6001.8348042.7S4921.5766.448S50-27.6976.6501.8009935.0S517367.2600.829S52129.2495.1261.8458324.0S53-46.358可變S54538.505L5001.8009935.0S5595.34411,3951.6030065.5S56-60.650可變S5787.0095.1851.4874970.2S58-165.6471.434S59-85.3571.5001.8051825.4S60-1236.7150.100S6150.00717.56318.00013.5372.05133.841可變1.694721.516331.6085954.564.146.4注意最大像直徑=11.0mm*非球面S12和S26的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式_(CURV)Y2Z+(1-(I+K)(CURV)2Y2)1/2+(A)Y4+(B)Y。+(C)Y8+(D)Y1其中CURV=1/(表面半徑)Y=垂直于光軸測(cè)量的孔高度K、A、B、C、D=系數(shù)Z=從表面的極點(diǎn)(即，軸向頂點(diǎn))沿著光軸測(cè)量的針對(duì)給定Y值的表面輪廓的位置。表面S12的系數(shù)為K=A=B=C=D=表面S26的系數(shù)為K=A=B=C=0.0-l.3820532e-007-2.7133115e_011-9.2535195e-0153.3313103e-018-0.5520119-1.0148386e-006-5.9646048e-Oil-l.3030573e-0133.2918363e—016可變厚度位置和數(shù)據(jù)PIP2P3P4P5P6P7EFL7.27412.14536.Oil82.004144.947738.7762095.406F/No.1.4501.4501.4501.4501.4509.40014.100S103.15450.878126.861163.460167.963167.403168.654S17271.009213.056113.64661.25510.60768.8283.277S242.35012.34535.98251.87697.92240.276104.616S474.6335.4824.6585.2646.01553.22673.878g遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)窮窮窮窮窮ItGupItU=P3Its3ffs3566666sssss<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>表面組焦距<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>表面組放大率<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>其中，PlM'是等于(入射邊緣光線角)/(出射邊緣光線角)的透鏡組的透鏡組放大率，且PlMP'是等于入射主光線角/出射主光線角的透鏡組放大率，諸如此類，一直到P7M'和P7MF;前兩個(gè)符號(hào)表示位置號(hào)，例如PlM'和PlMP'針對(duì)位置1。圖9A和9B的表透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>54254354454554654754854955055155255355455555655755855956056156256356456556656756856957057157257357457557657757826.Ill-156.74844.2451686.200-21.116-21.96992.954-59.44920.33147.914-116.37834.369-16.771-36.990-21.552-26.412-293.612-78.391272.204-126.344124.541-102.092-874.268400.00038.596211.910無(wú)窮遠(yuǎn)123.72539.478-84.35636.196210.724無(wú)窮遠(yuǎn)105.952-91.25046.317-69.54319.22158.6462.53339.2336.93814.0952.2200.2002.228可變0.9503.7560.9501.14217.886可變4.8560.2005.6420.2007.6812.5000.2000.0008.4306.2070.5002.0007.1762.00018.3260.9847.6453.9990.2005.9481.50022.00013.2002.00033.0000.0000.0001.496991.804391.772491.603001.622291.834801.816001.784691.603111.496991.496991.805181.455991.816001.740991.846661.496991.603001.846661.516331.6085981.639.649.665.553.242.746.626.360.781.681.625.490.346.652.723.881.665.523.864.146.4S遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)R-窮窮窮窮窮窮S無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)9o1234788888ssssss注意最大i象直徑=11.0mm*非球面S20和S34的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式Z=-(CU")Y2十(B)Y6+(C)Y8+(D)Y'。1+(1-(1+K)(CURV)2Y2)"2其中CURV=1/(表面半徑)Y=垂直于光軸測(cè)量的孔高度K、A、B、C、D=系數(shù)Z=從表面的極點(diǎn)(即，軸向頂點(diǎn))沿著光軸測(cè)量的針對(duì)給定Y值的表面輪廓的位置。表面S20的系數(shù)為K二A=B=C=D=表面S34的系數(shù)為:K=A=B=C=-O.3254663-3.65160e-007-l.14704e_010-5.60564e-014—5.86283e—0180.3480341.350560e-0062.453070e-009-2.820340e-0124.745430e-015<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>表面組焦距S2-S3-379.209S4-S5-597.975S6-S11484.131S12-S18229.394S2-S18262.190S19-S25-49.050S26-S3279.931S33-S5141.254S52-S57-26.810S58-S7970.920表面組放大率<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>其中，PlM'是等于(入射邊緣光線角)/(出射邊緣光線角)的透鏡組的透鏡組放大率，且PlMF是等于入射主光線角/出射主光線角的透鏡組放大率，諸如此類，一直到P17M'和P17MP';前兩個(gè)符號(hào)表示位置號(hào)，例如PlM'和PlMP'針對(duì)位置1。由表面69到73界定的元件組在垂直于光軸的方向上平移以補(bǔ)償像振動(dòng)。在上文提供的四個(gè)實(shí)施例的每一者的透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)(opticalprescription)中，左手欄("表面，，)中標(biāo)示透鏡元件的每一表面，第二欄("半徑")中標(biāo)示所述表面的半徑，第三欄("厚度")中標(biāo)示所述表面與下一表面(不論玻璃還是空氣)之間的光軸上的厚度，第四欄("玻璃指數(shù)")中陳述玻璃透鏡元件的折射率，以及第五欄中陳述透鏡元件的色散值("玻璃色散")。第一欄"表面"中的表面號(hào)表示所述表面在圖中以常規(guī)方式從左向右(即，從物體空間向像空間)編號(hào)。在上文提供的每一透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)的左手或"表面"欄中，將待成像(例如，攝影)的物體標(biāo)示為"物體"，可調(diào)節(jié)虹膜或光闌標(biāo)示為"光闌"，且最終像標(biāo)示為"像"。在透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)的第三或厚度欄中，將例如可移動(dòng)變焦組的任一側(cè)的透鏡元件之間的可調(diào)節(jié)空間標(biāo)示為"可變"。以毫米為單位給出EFL、半徑和厚度尺寸，其中厚度是光軸上所述表面之后的距離。當(dāng)鄰近元件的兩個(gè)表面具有相同半徑且重合時(shí)(如雙重透鏡或三合透鏡中)，第一或"表面，，欄中僅標(biāo)示一個(gè)表面。對(duì)于四個(gè)實(shí)施例的每一者，光學(xué)設(shè)計(jì)表之后提供非球面的每一者的非球面系數(shù)。另外，對(duì)于四個(gè)實(shí)施例的每一者，提供每一透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中各個(gè)表面的可變厚度位置表，其以格式"PX"標(biāo)示各個(gè)表面(對(duì)應(yīng)于光學(xué)設(shè)計(jì)表的表面欄中的條目)的位i還針對(duì)每一位置提供有效焦距(effectivefocallength,EFL)和焦距比數(shù)(F/No.)?，F(xiàn)將簡(jiǎn)要描述圖6A~圖9B的四個(gè)實(shí)施例的每一者以標(biāo)示它們的一些差異。圖6A和圖6B的實(shí)施例具有約7.25mm到900mm的有效焦距范圍，其提供約125:1的變焦比，同時(shí)使用三個(gè)可移動(dòng)變焦透鏡組，即變焦l、變焦2和變焦3，其中聚焦透鏡組聚焦于透鏡的物體空間端。變焦3組實(shí)際上包括在表面S47與S48之間具有少量移動(dòng)的兩組元件(比較圖6A和圖6B)圖7A和圖7B的實(shí)施例具有約7.27mm到2088mm的有效焦距范圍，其提供約287:1的變焦比，并具有四個(gè)可移動(dòng)變焦透鏡組(變焦1、2、3和4)和一聚焦透鏡《JL圖8A和圖8B的實(shí)施例具有約7.27mm到2095mm的有效焦距范圍，其也提供約287:1的變焦范圍，并具有四個(gè)移動(dòng)變焦透鏡組和一聚焦透鏡組所述實(shí)施例非常類似于圖7A和圖7B的透鏡實(shí)施例的性能類似地，圖9A和圖9B的實(shí)施例具有約7,27mm到2092mm的有效焦距范圍，其也提供約287:1的變焦比，但僅使用三個(gè)移動(dòng)變焦透鏡組。這四個(gè)實(shí)施例的每一者包含多個(gè)非球面，其中圖8A~圖8B以及圖9A~圖9B的實(shí)施例僅具有兩個(gè)此類表面，而圖7A圖7B的實(shí)施例包含八個(gè)此類表面，如透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中所指示。圖9A和圖9B的實(shí)施例還包含接近透鏡系統(tǒng)的相機(jī)端的光學(xué)像穩(wěn)定化透鏡元件，其與下文將描述的圖10~圖62實(shí)施例中包含的透鏡元件類似。[圖10~圖62的實(shí)施例的詳細(xì)描述I如在上文題為""的段落中注意到，圖10~圖62均涉及直接且即時(shí)適用于廣播電視市場(chǎng)的本發(fā)明能更適^于其它市場(chǎng)。口本發(fā)明的復(fù)合變焦透鏡系纟Z的此實(shí)施;列具有約7mli到2100mm的焦距變焦范圍，藉此提供約300:1的變焦比，其是廣播電視變焦透鏡系統(tǒng)中當(dāng)前可實(shí)現(xiàn)的變焦比的三倍以上。更具體參看圖IO的光學(xué)圖，變焦透鏡系統(tǒng)ZL包括聚焦透鏡組FG前變焦組FZG和后變焦組RZG對(duì)于此實(shí)施例的描述，透鏡系統(tǒng)的光闌用作透鏡的"前部"與"后部"之間的間隔物。根據(jù)上文陳述的"本發(fā)明各種特征和所揭示實(shí)施例的描述"中使用的術(shù)語(yǔ)，聚焦透鏡組FG是聚焦單元，前變焦組FZG是第一光學(xué)單元且后變焦組RZG包含光瞳成像單元和像穩(wěn)定化單元以及第二光學(xué)單元聚焦組FG包括七個(gè)透鏡元件1-7,其中前透鏡元件1為固定的，藉此可通過(guò)將元件1固定并密封到透鏡鏡筒(未圖示)而將透鏡在前方密封。透鏡元件2包括第一聚焦組FG1，且透鏡元件3和4包括第二聚焦組FG2，這兩組均可獨(dú)立移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)每一焦距處所需的聚焦。聚焦組FG的元件5-7為固定的。前變焦組FZG具有包括透鏡元件8-11的第一變焦組ZG1、和包括透鏡元件12-15的第二變焦組ZG2，這兩個(gè)變焦組均可獨(dú)立移動(dòng)。虹膜或孔徑光闌"光闌"定位在第二變焦組ZG2與形成后變焦組RZG的前部分的第一組RG1之間。第一組RG1包括保持固定的透鏡元件16-25中間像形成在第一組RG1中的透鏡元件22與23之間。盡管此第一組RG1的所有透鏡元件16-25始終保持固定，但在透鏡系統(tǒng)于最大與最小焦距之間的變焦期間，中間像在較長(zhǎng)焦距處沿著光軸在透鏡元件22與23之間移動(dòng)而不接觸那些元件中的任一者。后變焦組RZG的下一透鏡組是包括可軸向移動(dòng)的透鏡元件26-28的第三變焦組ZG3。后變焦組RZG內(nèi)的下一透鏡組是包括固定的透鏡元件29-33的第二組RG2。后變焦組RZG中接下來(lái)的元件包括穩(wěn)定化組SG,其具有帶有透鏡元件34-36的徑向偏心組SG1和帶有透鏡元件37-39的軸向可調(diào)節(jié)組SG2。三個(gè)變焦組ZG1、ZG2和ZG3可沿著光軸獨(dú)立移動(dòng)以^^形成約7mm到2100mm的全焦距范圍。最后，圖10還:^兌明兩個(gè)棱#:框40和41(但其本質(zhì)上并非變焦透鏡系統(tǒng)的一部分)，其模擬視頻相機(jī)的三個(gè)常規(guī)CCD2/3"檢測(cè)器以便完成從物體空間到最終像的光學(xué)圖。第一或偏心穩(wěn)定化組SG1可響應(yīng)于透鏡的所感測(cè)振動(dòng)而在任何方向上從系統(tǒng)的光軸徑向移動(dòng)約0.5mm或0.5mm以上，以將像平面處的最終像維持在穩(wěn)定位置。可通過(guò)例如閉合回路系統(tǒng)中的加速計(jì)、處理器和由處理器控制的馬達(dá)等任何常規(guī)構(gòu)件以連續(xù)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)組SG1的振動(dòng)和移動(dòng)的感測(cè)。第二或軸向穩(wěn)定化組SG2可軸向移動(dòng)以進(jìn)行任一方向上約1.25mm或1.25mm以上的軸向調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)后焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。第二穩(wěn)定化組SG2還可向前軸向移動(dòng)較大的量，以實(shí)現(xiàn)透鏡的短焦距處的延長(zhǎng)的近焦點(diǎn)(closefocus)。第一穩(wěn)定化組SG1與第二穩(wěn)定化組SG2之間(即，透鏡元件36與37之間)的光線經(jīng)實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直，藉此那兩個(gè)組的用于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化、延長(zhǎng)近焦點(diǎn)和調(diào)節(jié)后焦點(diǎn)的移動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致最終像的任何顯著惡化。偏心穩(wěn)定化組SG1還可用于通過(guò)促使透鏡組SG1以震動(dòng)樣式徑向移動(dòng)，以藉此模擬(例如)地震、移動(dòng)車輛或戰(zhàn)爭(zhēng)電影中的爆炸引起的震動(dòng)，來(lái)產(chǎn)生特殊效果。還可通過(guò)以擺動(dòng)方式軸向移動(dòng)透鏡組SG2(其使圖片稍許散焦)來(lái)產(chǎn)生此類特殊效果。SGI的徑向移動(dòng)也可與SG2的軸向移動(dòng)組合以產(chǎn)生不同的特殊效果。下文在大體題為"圖10到圖62的表"的表中陳述圖10圖62的實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)ZL的完整透鏡設(shè)計(jì)。透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)表類似于上文圖6A~圖9B的變焦透鏡的透鏡設(shè)計(jì)。表之后提供對(duì)表的更詳細(xì)解釋。圖10到圖62的表透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage38</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage39</column></row><table>S34-S35-65.863S36-S37144.623S38-S4060.255S41-S43-70.987S44-S4558.010S46-S47205.873S48-S4952.593S50-S5138.634S52-S53-27.000S54-S55-34.933S56-S57-2495.053S58-S59284.851S60-S61167.476S62-S64292.466S66-S6797.878S69-S70-卯.217S71-S73-72.295S75-S7661.902S77-S791261.227S80-S81無(wú)窮遠(yuǎn)S82-S83無(wú)窮遠(yuǎn)透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)表包括透鏡規(guī)格的"列表"且在左手欄中以數(shù)字羅列每一透鏡"表面"，但還包含設(shè)計(jì)中使用的虛設(shè)表面，例如虛設(shè)表面S1、S8、S9、S18、S65、S74和S84。第二欄"半徑"羅列各自表面的半徑，其中負(fù)半徑指示曲率中心在左側(cè)。第三欄"厚度，，羅列透鏡元件的厚度或從所述表面到光軸上的下一表面的空間。第四欄"玻璃名稱"羅列玻璃的類型，且第五欄"制造商"羅列每一玻璃材料的制造商。第五欄"半孔徑"提供每一透鏡元件的一半的孔徑的量度。在左手欄中，圖例"物體"是指待成像(例如，攝影)的物體，圖例"光闌"是指虹膜或光闌，且圖例"像"是指最終像。所述表面的每一者由前面加上"S，，的數(shù)字標(biāo)示以將表面與標(biāo)示后續(xù)頁(yè)陳述的透鏡元件的數(shù)字進(jìn)行區(qū)分，所述透鏡元件包括上文參看圖10描述的39個(gè)玻璃透鏡元件以及檢測(cè)器的棱《竟40和41。應(yīng)注意，羅列表面的表的第三欄中陳述的厚度尺寸的每一者是設(shè)定為最短焦距透鏡(7.39mmEFL)并在無(wú)窮遠(yuǎn)處聚焦的變焦透鏡系統(tǒng)ZL的沿著光軸的元件厚度或空氣空間。鄰近于移動(dòng)透鏡組的空氣空間的"厚度，，對(duì)于其它焦距和焦點(diǎn)距離顯然將變化。對(duì)于每一非球面，光學(xué)設(shè)計(jì)表之后提供非球面系數(shù)。圖11~圖30說(shuō)明圖10的變焦透鏡系統(tǒng)的20個(gè)代表性位置。以下透鏡位置表中羅列這20個(gè)位置透鏡位置表<table>tableseeoriginaldocumentpage41</column></row><table>*焦點(diǎn)距離是從變焦透鏡系統(tǒng)的第一折射表面到物體測(cè)得的。#此位置處焦距比數(shù)等于16.75。選擇二十(20)個(gè)位置作為焦距和焦點(diǎn)距離的極限位置以及中間位置的代表性位置，以便建立圖10的變焦透鏡系統(tǒng)ZL的代表性性能。換句話說(shuō)，位置1處于約7.4mm的最小旁軸焦距(寬角度)處并聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處，而位置18針對(duì)相同焦距聚焦在2550mm(約八英尺)處。類似地，位置12表示在無(wú)窮遠(yuǎn)焦點(diǎn)處約2065mm的最長(zhǎng)旁軸焦距，而位置15表示在相同旁軸焦距下在2550mm處的焦點(diǎn)。第一欄中的旁軸EFL處于無(wú)窮遠(yuǎn)焦點(diǎn)處。焦距比數(shù)處于任何給定焦點(diǎn)處并處于全孔徑。12個(gè)不同的焦距提供變焦透鏡系統(tǒng)ZL的全范圍內(nèi)的代表性焦距。并且，應(yīng)注意，由于變焦組的失真和可實(shí)現(xiàn)的物理超程(physicalovertravel)超過(guò)下文陳述的透4竟系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)的緣故，實(shí)際碎見(jiàn)野產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上7.0mm到2100mm的表觀焦距范圍，即約300:1的變焦比，其中失真主要影響最小旁軸EFL的減小，且超程主要影響最大旁軸EFL的增加。在焦點(diǎn)設(shè)定在八英尺處的2100mmEFL處，放大率為約1.33:1.00(物體比像尺寸)。如圖10~圖62的透鏡光學(xué)設(shè)計(jì)表中所反映的圖10~圖62的實(shí)施例的標(biāo)稱透4竟設(shè)計(jì)是在77。F(25。C，298K)和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力(760mmHg)下給出的?，F(xiàn)參看圖11~圖30,以上透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)和前述透鏡位置表中陳述的二十個(gè)位置1-20以所述次序繪示。舉例來(lái)說(shuō)，圖ll是處于位置l，即旁軸有效焦距(EFL)為7.391mm且聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處的透鏡元件的光學(xué)圖，其中第一和第二聚焦組FG1和FG2緊密分離，第一和第二變焦組ZG1和ZG2較寬地分離，且第三變焦組ZG3處于其最向前位置。另一方面，圖25是表示具有最大焦距和最短焦點(diǎn)距離的位置15的光學(xué)圖，其中第一和第二聚焦組FG1和FG2兩者均處于其最后方位置，第一和第二變焦組ZG1和ZG2處于緊密間隔位置^J'司隔于鄰近透4竟組中間，且第三變焦組ZG3處于最后方位置。圖31~圖34是僅七個(gè)聚焦組FG元件1-7的放大光學(xué)圖，并分別說(shuō)明代表性位置l、18、12和15。應(yīng)注意，雖然圖32和圖34中的透鏡元件位置相同，表示2550mm的焦點(diǎn)距離，但由于從圖32中約7.4mm的最小值到圖34中約2065mm的最大值的旁軸焦距差異的緣故，光線跟蹤(raytracing)不同。圖35和圖36分別是說(shuō)明聚焦組FG的最后透鏡元件7以及分別處于位置1和12以實(shí)現(xiàn)最小和最大旁軸焦距的第一和第二變焦組ZG1和ZG2的放大光學(xué)圖。類似地，圖37和圖38均分別表示后變焦組RZG，其中第三變焦組ZG3處于表示最小和最大旁軸焦距位置的最前和最后位置1和12?，F(xiàn)參看圖39~圖58,以常規(guī)方式用五個(gè)單獨(dú)曲線圖(其中最大場(chǎng)高度處于頂部且零場(chǎng)高度處于底部)并針對(duì)其上羅列的五個(gè)波長(zhǎng)分別繪示位置1-20的光線像差曲線圖。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，這些性能曲線證實(shí)在所有20個(gè)位置中，變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)于當(dāng)前廣播電視NTSC質(zhì)量來(lái)說(shuō)性能格外好，且對(duì)于HDTV廣播電視質(zhì)量來(lái)說(shuō)性能格外好。雖然表示位置12的圖50說(shuō)明處于此焦距處并聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)光線像差的廣泛變化，但性能是令人滿意的，因?yàn)檎{(diào)制傳遞函數(shù)接近衍射極限。類似地，分別表示位置14和15的圖52和圖53說(shuō)明廣泛變化的光線像差，但對(duì)于這些近焦點(diǎn)和長(zhǎng)焦距位置來(lái)說(shuō)相對(duì)于衍射極限仍是可接受的?，F(xiàn)參看圖59，針對(duì)從無(wú)窮遠(yuǎn)到近焦點(diǎn)的全焦距行程范圍(其中物體空間在左側(cè))繪示(分別為左和右)第一和第二聚焦組FG1和FG2的凸l侖曲線圖。盡管圖59中的凸輪實(shí)線看上去幾乎平行，但第一和第二聚焦組FG1和FG2單獨(dú)且并不以精確相同的速率移動(dòng)。圖59的頂部和底部處的交叉陰影部分考慮了溫度變化、制造公差和制作調(diào)節(jié)。類似地，圖60說(shuō)明從左向右分別三個(gè)變焦組ZG1、ZG2和ZG3的凸輪曲線圖，且容易了解，盡管經(jīng)協(xié)調(diào)以持續(xù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)范圍內(nèi)所需的焦距，但所有三個(gè)變焦組均獨(dú)立移動(dòng)。圖61是相對(duì)于旁軸有效焦距的開(kāi)放光闌的焦距比數(shù)的曲線圖。類似地，圖62是在全范圍內(nèi)相對(duì)于旁軸有效焦距的全孔徑全光闌直徑的曲線圖。[其它實(shí)施例的詳細(xì)描述]圖63和圖64說(shuō)明本發(fā)明的另一實(shí)施例的實(shí)例。變焦透鏡系統(tǒng)的此實(shí)施例非常類似于圖8A和圖8B的實(shí)施例，只是提供了二元(衍射)表面。明確地說(shuō)，在第二透鏡元件的前表面(設(shè)計(jì)中的第3表面)上提供二元表面。下文在大體題為"圖63和圖64的表"的表中陳述透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)。表之后提供對(duì)表更詳細(xì)解釋。圖63和圖64的表透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)表面半徑厚度玻璃名稱物體無(wú)窮遠(yuǎn)無(wú)窮遠(yuǎn)Sl-731.22210.000LASF32S2390.79815.991S3#827.07522,500BK7S4-102L4180.100S51257.46319.600BK7S6-780.1600.100S7436.97924.300BK7S8-835.4540.100S9170.30128.500BK7S10655.827可變Sll278.0832.650S-LAH66S12*60.02212.668S13277.7062.900S-LA朋6S1498.32519.233S15-70.1053.050S-LAH66S16234.96514.100S-TTH53S17-127.001可變S18-404.7639.200S-FPL51S19-80.9330.126S20157.36015.650S-FPL51S21-99.5322.750S-LAM66S22-284.62510.687S2376.3007.900S-FPL51S24118.669可變光闌無(wú)窮遠(yuǎn)6.■S26*-34.9996.500BAF452752852953053153253353453553653753853954054154254354454554654754854955055155255355455555655755855956056154.43555.347158.504-64.093-39.81256.945-43.914-61.923106.35630.350151.27757.056-603.641-22.693-34.224-129.563-52.91459.828-209.08037.693177.702-106.84621.576-27.6977367.260129.249-46.358538.50595.344-60.65087.009-165.647-85.357-1236.71550.06720.1064.0504.9345.0502.24010.9002.1502.1582.10011.60078.8909.67020.92419.7505.80312.6460.1525.4190.訓(xùn)6.143可變1.6006.4486.6500.8295.126可變1.50011.395可變5.1851.4341.5000.1007.56318.00013.5372.05133.841可變S-TIH4S-TI恥S-FPL52S-LAM66S-LAM66S-FPL51SF6S-LAM66S-FPL51S-FPL51S-U\L61S-LAH55S-LAM66S-TIH53S-圃66S-PHM53S-FSL5S-TIH6S-LAL14S-BSL7BAF52注意最大像直徑二11.0mm*非球面S12和S26的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式:S遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)1窮窮窮窮窮s無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)2345666666sssss<formula>formulaseeoriginaldocumentpage45</formula>其中CURV=1/(表面半徑)Y=垂直于光軸測(cè)量的孔高度K、A、B、C、D=系數(shù)Z=從表面的極點(diǎn)(即，軸向頂點(diǎn))沿著光軸測(cè)量的針對(duì)給定Y值的表面輪廓的位置。表面S12的系數(shù)為:K=0.01925737A=-1.3531387e-007B=-1.5274225e-011C=-2.0209982e-014D=5.4753514e-018表面S26的系數(shù)為:K=-0.5574845A=-1.0833227e-006B=-9.1904879e-011C=-l.4775967e-013D=6.5701323e—016#二元表面S3的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式附加相位=A,p2+A2p4+A3p6+A4p8+A5p10其中A,、A2、A3、A4和As是系數(shù)，且p是表面處的標(biāo)準(zhǔn)化徑向坐標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)化因數(shù)設(shè)定為一，且p簡(jiǎn)單地變?yōu)閺较蜃鴺?biāo)。Al=-0.14123699A2=-8.7028052e-007A3=-1.2255122e-010A4=5.9987370e-015A5=-1.2234791e-019<table>tableseeoriginaldocumentpage45</column></row><table>上文羅列的透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)表之后包含二元表面3的設(shè)計(jì)。二元表面3向波前增加相位。通過(guò)提供二元表面3，可用相對(duì)較便宜的玻璃(例如BK7)而不是具有反常色散特性的昂貴的光學(xué)玻璃(例如SFPL51)來(lái)制造透鏡的聚焦部分中的第二到第五透鏡元件2、3、4和5。雖然在透鏡系統(tǒng)前方附近軸向射束直徑最大處包含此二元表面3是有利的，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，可在其它地方提供二元(衍射)表面且可提供一個(gè)以上此類表面。還可有利地使用其它像差校正方法。應(yīng)注意，此實(shí)施例還包含兩個(gè)非5求面12和26。圖63繪示變焦組定位在最長(zhǎng)焦距處且聚焦組聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處的變焦透鏡系統(tǒng)。類似地，圖64的光線像差曲線圖處于無(wú)窮遠(yuǎn)焦點(diǎn)和最大焦距處。應(yīng)注意，此實(shí)施例中使用二元表面是本文揭示的本發(fā)明實(shí)施例或本發(fā)明的將來(lái)變化形式中的任一者中可使用的修改。圖65和圖66說(shuō)明本發(fā)明的另一實(shí)施例的實(shí)例。本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的此實(shí)施例非常類似于圖10~圖62的實(shí)施例，只是提供了二元(衍射)表面。明確地說(shuō)，在從左起第三透鏡元件的前表面(設(shè)計(jì)中的第6表面)上提供二元表面。如上文參看圖10~圖62所描述，所述第三透鏡元件是構(gòu)成第二聚焦組FG2的兩個(gè)透鏡元件中的第一(前一)個(gè)，其可軸向移動(dòng)以便連同僅包括第二透鏡元件的可移動(dòng)第一聚焦組FG1—起實(shí)現(xiàn)聚焦。下文在大體題為"圖65和圖66的表"的表中陳述圖65和圖66的實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)。表面半徑圖65和圖66的表透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)厚度玻璃名稱物體無(wú)窮遠(yuǎn)可變Sl無(wú)窮遠(yuǎn)50.000S2-617.9305.200S-LAM60S3425.207可變S4-2291.7804.900S-7T朋S5545.459可變S6tt961.46719.482BK7S7-607.1610.730S81355.26212.601BK7S9-1118.653可變S10986.31020.386S-FPL51Sll-502.8740.730S12343,82621.232S-FPL51S1364586.4500.730S14181.73624.150S-FPL53S15476.848可變S16208.6783.120S-LAH66S17*40.1476.111S1867.1363.150S-LAH59S1956.87014.527S20-98.6902.730S-LAH66S2190.99212.506S-TIH53S22-174.619可變S23764.77114.926S-FPL52S24-66.8420.400S25133.73817.704S-FPL51S26-69.9883.100S-LAM66S27-1580.2210.400S2865.2149.613S-NSL36S29129.561可變光闌無(wú)窮遠(yuǎn)8.811S31*-36.3922.044S-BSM14S32-425.0166.131S33-43.3085.233S-TIH53S34-33.8610.200S3547.20313.980S-FPL51S36-41.5652.400S-LAM66S37-56.8450.200S38-109.5331.950S-LAH63S3931.53210.159S-FPL51S40-173.40345.721S4147.8914.513S-LAH53S42-2514.28741.843S43-23.8079.483S-LAH59S44-24.61012.719S4561.2233.114S-FPL51S46-45.0710.150S4724.9183.242S-BSM9S48-516.606可變S49-72.0731.059S-LAL54S5023.5132.783S51-18.9510.900S-LAH59S52-57.1741.347S53-21.15021.292S-LA朋0S54-31.181可變S55-138.4594.401S-BAL22S56-75.6480.300S57606.7135.842S-FPL51S58-96.4880.300S59113.2887,382S-FPL51<table>tableseeoriginaldocumentpage48</column></row><table>注意:最大像直徑=11.3mm*非球面S17和S31的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage48</formula>其中:CURV=1/(表面半徑)Y=垂直于光軸測(cè)量的孔高度K,A,B,C,D=系數(shù)Z=從表面的極點(diǎn)(即,軸向頂點(diǎn))沿著光軸測(cè)量的針對(duì)給定Y值的表面輪廓的位置.#二元表面S6的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式附加相位=AlP2+A2p4+A3p6+A4p8+A5p0其中A,、A2、A3、A4和As是系數(shù)，且p是表面處的標(biāo)準(zhǔn)化徑向坐標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)化因數(shù)設(shè)定為一，且p簡(jiǎn)單地變?yōu)閺较蜃鴺?biāo)。Al=-0.038094023A2=-2.7327913e-006A3=5.0795942e-010A4=-5.0245151e-014A5=1.5103625e-018<table>tableseeoriginaldocumentpage49</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage49</column></row><table>上文羅列的透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)表之后包含二元表面6的設(shè)計(jì)。將二元表面6添加到圖10-圖62的實(shí)施例的基本透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)允許用不太昂貴的玻璃(例如BK7)代替透鏡元件3和4(圖65中從左側(cè)起第三和第四)的氟冕玻璃。盡管所述設(shè)計(jì)中還作出其它小變化，但圖65和圖66的變焦透鏡系統(tǒng)具有與圖10~圖62的實(shí)施例相同數(shù)目的透鏡元件和相同數(shù)目的移動(dòng)組用于聚焦和變焦。圖65繪示變焦組定位在最長(zhǎng)焦距處且聚焦組聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處的變焦透鏡系統(tǒng)。類似地，圖66的光線像差曲線圖處于無(wú)窮遠(yuǎn)焦點(diǎn)和最大焦距處。圖67~圖70說(shuō)明本發(fā)明的另一實(shí)施例的實(shí)例。本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的此實(shí)施例具有約400:1的變焦tL明確地iJL此實(shí)施例具有約7.47mm(圖67所示的位置)到約2983mm(圖68所示的位置)的焦距變焦范圍。與圖10~圖62的實(shí)施例一樣，此實(shí)施例具有三個(gè)移動(dòng)變焦透鏡組ZG1、ZG2和ZG3，其中兩個(gè)處于前變焦透鏡部分中且一個(gè)處于后變焦透鏡部分中。圖69和圖70的光線像差曲線圖分別處于7.47mm和2983mm的旁軸有效焦距(EFL)處，并說(shuō)明此實(shí)施例性能良好，考慮了極寬的焦距范圍和大變焦比，其類似于圖10~圖62的實(shí)施例的性能特性。圖67和圖68的光學(xué)圖以及圖69和圖70的光線像差曲線圖繪示于無(wú)窮遠(yuǎn)焦點(diǎn)處。下文在大體題為"圖67到圖70的表，，的表中陳述圖67~圖70的透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)。透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中的以下數(shù)據(jù)以與先前透鏡系統(tǒng)光學(xué)i殳計(jì)中相同的方式陳述，且圖例具有與先前透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中相同的含義。表面半徑圖67到圖70的表透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)厚度玻璃名稱物體無(wú)窮遠(yuǎn)可變Sl1018.78015.000LAH78S2277.43228.775S3523.11837.500S-FPL51S4-634.0221.500S5323.39030.000S-FPL51S6#-2096.922-O.001S7*177.50327.000S-FPL51S8667.737可變S9363.1336.000TAF1S10*84.56023.084Sll-1731.8704.500TAF1S12117.73621.933S13—68.2414.672TAF1S141396.86111.280PBH71S15-123.171可變S16-351.92221.562S-FPL51S17-87.9600.750S18670.19025.507LAK21S19-96.8094.500FD6S20-253.79418.318S21112.3076.052FCSS22345.143可變光闌無(wú)窮遠(yuǎn)6.066S24*-49.6124.500PSK53AS2545.9516.491FD15S26149.3068.138S27-53.6752.556PSK53AS28-436.71415.264FD8S29-53.00130.067S3096.36940.439S-FPL51S31-47.9374.500S-LAH75S32-65.8870.018S33314.7234.500S-LAH75S3444.98033.625S-FPL53S35-197.21162.647S36*59.62415.000S-FPL53S37-45862.25062.567S38無(wú)窮遠(yuǎn)2.000S39-250.0002,000S-LAH66S4038.60021.997S41-42.6683.012PBH23WS4278.61920.849S-LAL8S43-54.5720.250S44701.71411.340S-LAL8S45-96.2320.250S46153.69414.173S-LAL8S47-120.6520.250S4857.76424.753S-L雇2S49-654.4503.706PBH6WS5036.17517.533S51126.5172.500P朋53WS52123.9115.000S-BSM14S53-269.3780,200S54119.3175.000S-BSM18S55249.395可變S5677.4732.500S-LAH60S5724.7958.736S58-17.8802.000S-LAH55S59—73.6671.561S60-68.9657.000TOH53WS61-23.6200.200S62-39.2572.000S-LAH65S63-73.267可變S64*40.90024.089S-BAL42S65*-82.7360.200S6668.8143.000PBH53WS6733.834可變S6847.96312.055S-BSL7S69-38.0978.000P朋6WS70-61.203可變S71無(wú)窮遠(yuǎn)11.874S-BSL7S72像無(wú)窮遠(yuǎn)無(wú)窮遠(yuǎn)14.000注意最大像直徑-11.0mm*非球面S7、SIO、S24、S36、S64和S65的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式z=-(cimv)Y2-4+6+8+|0+121+(1-(1+K)(CURV)2Y2)'/2其中CURV=1/(表面半徑)Y=垂直于光軸測(cè)量的孔高度K、A、B、C、D、E=系數(shù)Z=從表面的極點(diǎn)(即，軸向頂點(diǎn))沿著光軸測(cè)量的針對(duì)給定Y值的表面輪廓的位置。表面S7的系數(shù)為表面SIO的系數(shù)為-0.01834396K=0.1385814A=4.6192051e-009A=-6.1078514e-008B=2.9277175e-013B=-l.711Q958e-012C=-5.3760139e-018C=-l.4298682e-015D=4.4429222e-022D=-7.3308393e-019E二0E=0表面S24的系數(shù)為表面S36的系數(shù)為K=-0.1283323K=0.009973727A=-2.7157663e-007A=3.3999271e_008B=1.4568941e-010B二1.4717268e-010O-1.4055959e-012C=-l.0665963e-013D=9.7130719e-016D二6.8463872e-017E=0E二0表面S64的系數(shù)為表面S65的系數(shù)為K=-4.594951K=-0.2743554A=5.9382510e-006A=1.2036084e-006B=-4.3333569e-009B=3.8383867e-009C=-2.6412286e-013C=-1.5101902e-011D=5.0607811e-015D=2.3291313e-014E=-3.8443669e-018E=-1.3549754e-017#二元表面S6的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式附力口相位-Aw2+A2p4+A3p6+A4p8+Asp'。+A6P'2其中A,、A2、A3、A4、A5和A6是系數(shù)，且p是表面處的標(biāo)準(zhǔn)化徑向坐標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)化因數(shù)設(shè)定為一，且p簡(jiǎn)單地變?yōu)閺较蜃鴺?biāo)。Al=-0.0183497A2=0.1385814A3=-0.1283323A4=0.0099737A5=-4.5949510A6=—0.2743554<table>tableseeoriginaldocumentpage53</column></row><table>[折疊透鏡實(shí)施例的詳細(xì)描述圖71是說(shuō)明并入有用于折疊透鏡以便增加緊湊性的一個(gè)或一個(gè)以上鏡的本發(fā)明又一實(shí)施例的實(shí)例的光學(xué)圖。圖71的實(shí)例類似于先前描述的實(shí)施例，其中三個(gè)一般變焦組標(biāo)示為50、52和54。中間像位于56處。聚焦組66在聚焦期間可移動(dòng)，但當(dāng)透鏡處于恒定焦點(diǎn)時(shí)為固定的?？讖焦怅@位于84處。圖71的折疊變焦透鏡實(shí)施例所特有的是位于前變焦組52與后變焦組54之間用于"折疊"或彎曲輻射光線的鏡64。圖71的實(shí)施例可用于任何相機(jī)中，但尤其適于例如自動(dòng)曝光便攝(point-and-shoot)手持式相機(jī)等小型相機(jī)，因?yàn)檎郫B設(shè)計(jì)使透鏡能夠配合到較小空間中。圖71說(shuō)明含有反射鏡60和目鏡62以便使用戶在反射鏡60處于圖71中指示的位置時(shí)能夠看見(jiàn)像的SLR實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例尤其適于折疊，因?yàn)殓R64可放置在中間像空間58內(nèi)的不干涉變焦組52和54的移動(dòng)的任何區(qū)域中。相比之下，常規(guī)緊湊式變焦透鏡具有必須收縮到相機(jī)主體中的透鏡元件，這排除了透鏡內(nèi)的大多數(shù)或所有氣隙并阻礙鏡的插入。在圖71的實(shí)例中，鏡64位于中間像56的像側(cè)。然而，在其它實(shí)施例中，鏡64可位于中間像56的物體側(cè)。應(yīng)注意，本發(fā)明的其它實(shí)施例可具有多個(gè)折疊(鏡)，且所述鏡不需要相對(duì)于光軸定向于45度。圖71的實(shí)例中說(shuō)明的折疊透鏡實(shí)現(xiàn)若干有用的設(shè)計(jì)可能性和優(yōu)點(diǎn)。如上文所提及，透鏡中的折疊使變焦透鏡能夠占據(jù)較少空間。此外，折疊變焦透鏡使一些或所有透鏡元件能夠駐留在相機(jī)主體內(nèi)，從而進(jìn)一步改進(jìn)緊湊性。在一個(gè)實(shí)施例中，甚至聚焦透鏡組66可完全駐留在相機(jī)主體內(nèi)，從而保護(hù)透鏡并使相機(jī)更加緊湊。另外，與常規(guī)緊湊式相機(jī)中約4:1的最大值相比，折疊變焦透鏡使緊湊式相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)約10:1或更高的變焦比。此外，常規(guī)SLR相機(jī)需要龐大的五棱鏡來(lái)翻轉(zhuǎn)像，且因此緊湊式相機(jī)通常避免了通過(guò)鏡頭觀視(through-the-lensviewing)。然而，由于本發(fā)明中的中間像56以及鏡64和60的緣故，最終像已經(jīng)適當(dāng)定向而不需要龐大的五棱鏡，且即使在具有緊湊尺寸的相機(jī)中也可能實(shí)現(xiàn)通過(guò)鏡頭觀視。圖71的示范性折疊變焦透鏡提供約12mm到120mm的EFL、約10:1的變焦比、全孔徑下約f/3到f/5的焦距比數(shù)范圍、以及約84.1度到10.3度的物體空間中的最大視野角，并接收至少486nm到588nm波段內(nèi)的輻射。圖71的實(shí)施例產(chǎn)生的像約12mm高度乘約18mm寬度，其中對(duì)角尺寸約21.65mm,這約是常規(guī)35mm靜態(tài)攝影相機(jī)中的像尺寸的一半。圖72A~圖72D是說(shuō)明處于其它變焦位置的圖71的折疊變焦透鏡實(shí)例實(shí)施例的光學(xué)圖，其中為了清楚起見(jiàn)將折疊透鏡繪示于平坦(展開(kāi))定向且變焦組處于各個(gè)示范性位置。與圖71中一樣，圖72A圖72D的實(shí)例中的聚焦透鏡組66可移動(dòng)以便聚焦且在恒定焦點(diǎn)處為固定的，且鏡64和目鏡62也是固定的?？讖焦怅@位于84處且在變焦期間可移動(dòng)。圖72A-圖72D的變焦透鏡實(shí)例實(shí)際上包括八個(gè)移動(dòng)變焦組68、70、72、74、76、78、80和82，但應(yīng)了解，折疊變焦透鏡的其它實(shí)施例可包含,更多或更少的變焦組。圖72A~圖72D的折疊變焦透鏡實(shí)例利用了所有球面，但應(yīng)了解，其它實(shí)施例可使用非球面及/或二元(衍射)表面。[紅外線實(shí)施例的詳細(xì)描述圖73A~圖T3C是本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的紅外線(IR)實(shí)施例的實(shí)例的光學(xué)圖，其說(shuō)明變焦組的各個(gè)位置。中間像位于86處。聚焦組88在聚焦期間可移動(dòng)，^旦在恒定焦點(diǎn)處為固定的。最終像平面位于90處，且孔徑光闌位于92處。圖73A~圖73C的實(shí)施例可用于低照度和監(jiān)視相機(jī)中，因?yàn)樽兘雇哥R系統(tǒng)是針對(duì)紅外波長(zhǎng)設(shè)計(jì)的。圖73A圖73C的實(shí)例提供6.68mm到1201.2mm的EFL、f/2.00到f/5.84的焦距比數(shù)范圍、8.0mm的像對(duì)角線、64.5度到0.388度的物體空間中的最大視野角，以及902.28mm的頂點(diǎn)長(zhǎng)度。在6.68mm焦距位置處存在-4.93%失真、且在1201.2mm焦距位置處存在+0.34%失真。此失真使有效變焦比增加到190:1。圖73A~圖73C的實(shí)例中存在總共九個(gè)元件，其中六個(gè)元件(94、96、98、100、102和104)處于變焦核心106中，且三個(gè)元件(108、U0和112)處于變焦中繼器114中。注意，如本文所引用的"變焦核心，，表示從物體空間到中間像的所有元件，而如本文所引用"變焦中繼器，，表示從中間像到最終像的所有元件。下文在大體題為"圖73A、圖73B和圖73C的表"的表中陳述圖73A~圖73C的IR實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)。透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中的以下數(shù)據(jù)以與先前透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中相同的方式陳述，且圖例具有與先前透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)中相同的含義。圖73A、圖73B和圖73C的表透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)<table>tableseeoriginaldocumentpage55</column></row><table>S18*S19*光闌-134.510-96.541無(wú)窮遠(yuǎn)無(wú)窮遠(yuǎn)5.000可變74,251鍺注意最大像直徑=8.0mm*非J求面S2、S6、S10、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18和S19的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式z=-(c，v)Y2+4+6+8+10+2+4+1+(1-(1+K)(CURV)2Y2)'。其中CURV=1/(表面半徑)Y=垂直于光軸測(cè)量的孔高度A、B、C、D、E、F、G=系數(shù)Z=從表面的極點(diǎn)(即，軸向頂點(diǎn))沿著光軸測(cè)量的針對(duì)給定Y值的表面輪廓的位置。表面S2的系數(shù)為:K=-0.3170663A=7.1675212e-010B=4.6490286e-015C=3.1509558e-020D=-3.0230207e-026E=1.8711604e-043F=7.2023035e-034G=-1.6899714e-038表面S6的系數(shù)為:A=8.883451le-009B二-1.1017434e-012C=4.2407818e-016D=-4.5843672e-020E=0F=0G=0表面SIO的系數(shù)為K=A=B=C=D=E=F=G=表面S13的系數(shù)為K=A=B=C=D=E=0.0000000-4.1468720e-008-1.1864804e-0121.0375271e-0161.4819552e-0200000.13419072.5853953e-0076.3040925e-010-8.9182471e-013-2.1087914e-0160表面S12的系數(shù)為K=A二B=C二D=E=F=G=表面S14的系數(shù)為K=A=B=C二D=E=560.1424633-l.3741884e-0082.0574529e-0102.2356569e-013-9.2592205e-016000-2.3627230e-006-3.2069853e_0091.9995538e-012-4.1873811e-015一4.5598387e-0180F二1.5355757e-021G二0G=2.7742963e-025表面S15的系數(shù)為表面S16的系數(shù)為K二0.0000000K二0.0000000A=-1.9992749e-006A二-5.5264489e-007B二-2.7451965e-009B=-3.4855834e-OilC=2.5915567e-012C=-l.5605019e_013D=-5.4747396e-015D=8.4346229e-016E=1.0432409e-018E=-2.6930213e-019F二-9.7041838e-023F=7.0886850e-022G=3.5844261e-025G=-4.8763355e-025表面S17的系數(shù)為表面S18的系數(shù)為K=0.0000000K二0.0000000A=-1.9256081e-007A=4.5197079e-007B=9.7560057e-012B=-4.7688707e-010C=-3.1406997e-013C=-2.2771179e-013D=4.6996712e-016D=-7.3812375e-016E=4.3471337e-019E=6.1621050e-019F=-3.7957715e-022F=-2.9782920e-023G=-2.4875152e-026G=-2.8295343e-026表面S19的系數(shù)為K二0.0000000A二3.9066750e-007B=-2.6768710e-010-3.7378469e-013D=-4.0450877e-016E=3.9230103e-019F=-3.7514135e-023G二一8.Q738327e—027#二元表面S3的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式附加相位=AlP2+A2p4+A3p6+A4p8+A5p10其中A,、A2、A3、A4和As是系數(shù)，且p是表面處的標(biāo)準(zhǔn)化徑向坐標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)化因數(shù)設(shè)定為一，且p簡(jiǎn)單地變?yōu)閺较蜃鴺?biāo)。Al=-0.0085882326A2=-1.2587653e-008A3=-5.4668365e-013A4=8.4183658e-018A5=1.3774055e-022可變厚度位置和數(shù)據(jù)_<table>tableseeoriginaldocumentpage58</column></row><table>可變厚度位置和數(shù)據(jù)P7P8P9P10PllP12EFL48.41984.275133.455175.637231.172304.215F/No.2.0002.0002.0002.3002.9003.400S5205.000231.305243.545243.545243.545243.545S716.54330.75772.21872.21872.21872.218S996.22155.7012.0002.0002.0002.000S13276.674276.674276.674248.444220.313187.659S155.0305.0305.03042.18079.972109.931S1729.51729.51729.51722.95312.6265.000S195.0005.0005.0002.6443.31013.631可變厚度位置和數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage58</column></row><table>S1944.82188.436125.146155.997185.814圖74~圖76分別是對(duì)應(yīng)于圖73A-圖73C所示的變焦組的位置的光線像差曲線圖。圖74~圖76的光線像差曲線圖分別處于6.68mm、133.46mm和1201.18mm的旁軸有效焦距(EFL)處，且波長(zhǎng)范圍為8_12微米。圖73A~圖73C的光學(xué)圖以及圖74~圖76的光線像差曲線圖繪示于無(wú)窮遠(yuǎn)焦點(diǎn)處。[3-5微米紅外線實(shí)施例的詳細(xì)描述]圖77說(shuō)明變焦透鏡系統(tǒng)的第二示范性IR實(shí)施例的展開(kāi)布局，其中標(biāo)示了透鏡元件和表面。參看圖77,每一透鏡元件用從120到138的數(shù)字(成雙地)標(biāo)示且描繪每一透鏡元件的一般配置，但下文在題為"圖77和圖78A圖78F的表，，的表中陳述每一透鏡表面的實(shí)際半徑。透鏡表面用字母"S，，之后是一數(shù)字(從SO到S23)進(jìn)行標(biāo)示。光軸用符號(hào)"0"標(biāo)示。每一透鏡元件的相對(duì)表面用單獨(dú)但連續(xù)的表面號(hào)標(biāo)示，例如透鏡元件120具有透鏡表面S1和S2，透鏡元件126具有透鏡表面S7和S8等等。中間像位于S10與S12之間。光闌位于S22處。實(shí)像表面用數(shù)字S23標(biāo)示。除了透鏡表面S2、S8、S9和S21外，所有透鏡表面均為球形，透鏡表面S2、S8、S9和S21為非球形、非平的但關(guān)于光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非球面。圖77的實(shí)例中存在總共10個(gè)元件，其中五個(gè)元件(120、122、124、126和128)處于變焦核心或第一透鏡組151中，且五個(gè)元件(130、132、134、136和138)處于變焦中繼器或第二透鏡組156中。第二示范性IR實(shí)用的、"變焦核心，:表示從物體空間到;間像的所有i件，而如本文所引用"變焦中繼器，，表示從中間像到最終像的所有元件在左側(cè)進(jìn)入變焦透鏡系統(tǒng)的光線包括示范性軸向場(chǎng)射束160以及示范性離軸場(chǎng)射束162、164和166，其中每一場(chǎng)射束中的外部光線稱為邊緣光線、且每一場(chǎng)射束中的內(nèi)部光線稱為主光線。邊緣光線距光軸最遠(yuǎn)的離軸場(chǎng)射束稱為離軸場(chǎng)射束最大邊緣光線。注意，離軸場(chǎng)射束主光線首先在中間像之前橫越光軸，且隨后在光闌處再次橫越光軸。在描述透鏡元件的詳細(xì)特性之前，將針對(duì)本發(fā)明的此第二示范性實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)(通常表示為150)給出透鏡組及其軸向位置和移動(dòng)的寬泛描述。從面對(duì)待攝影物體的一端(即，圖77中的左端)開(kāi)始，第一透鏡組151包括第一透鏡子組152、第一變焦子組153、第二變焦子組154和第三變焦子組155。第一透鏡子組152是正倍率(positive-powered)子組且包括從物體空間聚集光的單一透鏡元件120。第一透鏡子組152在聚焦期間可移動(dòng)，但其在恒定焦點(diǎn)處為固定的并相對(duì)于像平面S23處于固定距離。第一變焦子組153是負(fù)倍率(negative-powered)子組且包括單一透鏡元件122和124。第二變焦子組154是正倍率子組且包括單一透鏡元件126。第三變焦子組155是正倍率子組且包括單一透鏡元件128。第二透鏡組156包括第四變焦子組157、第五變焦子組158和第六變焦子組159。第四變焦子組157是負(fù)倍率子組且包括單一透鏡元件130。第五變焦子組158是負(fù)倍率子組且包括單一透鏡元件132第六變焦子組159是正倍率子組且包括單一透鏡元件134、136和138，并在S22處包含光闌。盡管在所提供的實(shí)例中第六變焦子組中的元件138相當(dāng)薄，^旦在替代實(shí)施例中，此元件可變厚以改進(jìn)其可制造性。軸向可移動(dòng)中間像位于第三變焦子組155與第四變焦子組157之間。下文在題為"圖77和圖78A~圖78F的表"的表中陳述變焦透鏡系統(tǒng)的第二示范性IR實(shí)施例?？偣泊嬖诹鶄€(gè)獨(dú)立移動(dòng)組，三個(gè)在中間像的物體側(cè)且三個(gè)在中間像的像#1箭頭尖在圖77的上部部分中的兩端的水平箭頭指示變焦子組153-159的每一者可在兩個(gè)軸向方向上沿著光軸移動(dòng)，一些以單調(diào)方式移動(dòng)(即，當(dāng)從一個(gè)調(diào)節(jié)極端向另一調(diào)節(jié)極端前進(jìn)時(shí)僅在一個(gè)方向上)且其它以非單調(diào)方式移動(dòng)。雖然圖77中僅實(shí)體上繪示透鏡元件，但應(yīng)了解，提供常規(guī)機(jī)械裝置和機(jī)構(gòu)用于支撐透鏡元件并用于促使可移動(dòng)組在常規(guī)透鏡外殼或鏡筒中軸向移動(dòng)。注意，如圖77和圖78A圖78F所示的透鏡元件之間的空間指出折疊鏡可位于變焦子組154與155之間及/或S22處的光闌與S23處的最終像之間，以產(chǎn)生折疊實(shí)施例。圖77的實(shí)施例可用于低照度和監(jiān)視相機(jī)中，因?yàn)樽兘雇哥R系統(tǒng)是針對(duì)IR波長(zhǎng)設(shè)計(jì)的。圖77的實(shí)例提供約11.8,到1137.1,的EFL約f/2.80到f/4.00的焦距比數(shù)范圍、約18.0mm的像對(duì)角線、約0.45度到37.36度的物體空間中的最大視野角，以及約945鵬的從前頂點(diǎn)(即，表面S1)到最終像(即，表面S22)的頂點(diǎn)長(zhǎng)度。在11.8mm焦距位置處存在1.55%失真、且在1137.1mm焦距位置處存在2.14%失真。此失真使有效變焦比增加而4妄近約100:1。圖78A~圖78F是說(shuō)明變焦組的各個(gè)位置的變焦透鏡系統(tǒng)的第二示范性IR實(shí)施例的光學(xué)圖。應(yīng)注意，圖78A中的透鏡元件120和122(最左側(cè)兩個(gè)元件)盡管表觀上為接觸的，但實(shí)際上由間隙分離。還應(yīng)注意，在圖78F中，軸向場(chǎng)射束和離軸場(chǎng)射束兩者的所有邊緣光線大致彼此疊加，這使得能夠?qū)⑶巴哥R元件120制造得較小且較便宜。明確地說(shuō)，離軸場(chǎng)射束最大邊緣光線高度(從邊緣光線到光軸的距離)約為158.82mm,且軸向場(chǎng)射束邊緣光線高度約為149.53鵬。離軸場(chǎng)射束最大邊緣光線距離與軸向場(chǎng)射束邊緣光線距離的比率約為1.062,這指示第一透鏡子組元件必須制造得僅比理想的大約6.2%。應(yīng)了解，小于1.25的比率通常是可接受的。理想地，離軸場(chǎng)射束最大邊緣光線和軸向場(chǎng)射束邊緣光線將完全彼此疊加，從而針對(duì)至少第一透鏡組導(dǎo)致L000的比率以及最佳尺寸和成本。下文在大體題為"圖77和圖78A~圖78F的表"的表中陳述圖77和圖78A~圖78F的第二示范性工R實(shí)施例的透鏡系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)。在圖78A~圖78F的表中，第一欄"項(xiàng)目，，以與圖77中使用的相同的數(shù)字或標(biāo)記標(biāo)示每一光學(xué)元件。第二和第三欄分別以與圖77中使用的相同的數(shù)字標(biāo)示所述光學(xué)元件(透鏡)所屬的"組"和"子組"。第四欄"表面，，是如圖77中標(biāo)示的物體S0、光闌(虹膜)S22、像平面S23和透鏡的實(shí)際表面的每一者的表面號(hào)的列表。第五欄"變焦位置，，標(biāo)示變焦子組153-159(圖78A-圖78F中所說(shuō)明)的六個(gè)典型變焦位置(Zl-Z6)，其中第四欄中羅列的一些表面之間的距離(分隔)存在變化，如下文更詳盡描迷。標(biāo)題為圖例"曲率半徑"的第六欄是每一表面的光學(xué)表面曲率半徑的列表，其中減號(hào)(-)表示曲率半徑中心在表面左側(cè)，如圖77中所見(jiàn)，且"無(wú)窮遠(yuǎn)"表示光學(xué)平坦表面。表面S2、S8、S9和S21的星號(hào)(*)指示這些是非球面(對(duì)于所述非球面，"曲率半徑"是基圓半徑)，且在*(星號(hào))處將那兩個(gè)表面的公式和系數(shù)陳述為對(duì)于圖77和圖78A~圖78F的表的腳注。第七欄"厚度或分隔，，是所述表面(第四欄)與下一表面之間的軸向距離。舉例來(lái)說(shuō)，表面S3與表面S4之間的距離為9.0mm。圖77和圖78A~圖78F的表的第八欄提供每一透鏡元件的折射材料。圖77和圖78A-圖78F的表的最后一欄(標(biāo)題為"孔徑")提供光線通過(guò)的每一表面的最大直徑。所有最大孔徑(除了光闌表面S22)均是假定18咖的像對(duì)角線和最短焦距處f/2.8到最長(zhǎng)焦距處f/4.0的相對(duì)孔徑范圍來(lái)計(jì)算的。變焦位置Zl-Z6的光闌表面S22的最大孔徑分別為30.170mm29.7"mm、28.999咖、28.286,、25.654mm和21.076mra。變焦位置Zl-Z6的最大相對(duì)孔徑(焦距比數(shù))分別為f/2.80、f/2.86、f/2.93、f/3.00、f/3.30和f/4.00。依據(jù)變焦位置Zl-Z6的最大相對(duì)孔徑的值的選擇，因而在一個(gè)或一個(gè)以上變焦位置中，變焦子組之間的某些元件的邊緣處可能發(fā)生非常小的負(fù)氣隙。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可通過(guò)例行程序優(yōu)化而不改變基本設(shè)計(jì)來(lái)從系統(tǒng)中去除所述小的負(fù)空氣間隙。圖77和圖78A~圖78F的表光學(xué)設(shè)計(jì)項(xiàng)組子表面變焦位曲率半徑(mm)厚度或分隔(咖)折射材孔徑(mm)巨組置料SO(物體)無(wú)窮遠(yuǎn)25.000120151152SI全部215.34328.544石圭317.642S2ZlZ2Z3Z4Z5Z6269.106*9.86457.468108.517117.957132.937135.615308.262122151153S3全部637.8889.000鍺187.169S4全部247.22611.642174.123124151153S5全部228.9298.000硅166.617161.278288.6821321.765*83.756*159.357無(wú)窮遠(yuǎn)-32.997-45.308-28.877一44.2866208.244264.338171.855-84.226-128.685-156.416*244.587220.842150.48774.33522.91111.97415.448212.856233.828270.854362.883443.606460.30911.053160.888115.79197.93372.88628.27820.17174.21046.8033.1913.25357.21919.71412.5001.83029.31774.62573.1970.8001.89710.2061.9170.9950.1000.9264.84618.90713.9980.40011.4520.4001.0001.254157.148硅硅招鍺硅硅176.490174.473105.651103.66629.86736.69823.88230.69437.74140.07641.26942.35441.07241.075126151154S7S8128151155S9S10130156157S12S13132156158S14S15S6ZlZ2Z3Z4Z5Z6全部ZlZ2Z3Z4Z5Z6全部ZlZ2Z3Z4Z5Z6Sll(虛設(shè))ZlZ2Z3Z4Z5Z6全部ZlZ2Z3Z4Z5Z6全部ZlZ2Z3Z4134156159S16S17136S18S19138S20S2156zz荀奇葡齊咅全全全全全S<table>tableseeoriginaldocumentpage63</column></row><table>*非球面S2、S8、S9和S21的表面輪廓受制于以下常規(guī)等式:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage63</formula>其中CURV=1/(表面半徑)Y=垂直于光軸測(cè)量的孔高度K、A、B、C、D、E、F=系數(shù)Z=從表面的極點(diǎn)(即，軸向頂點(diǎn))沿著光軸測(cè)量的針對(duì)給定Y值的表面輪廓的位置。項(xiàng)目1的表面S2的系數(shù)為K=-0.23909A=-1.20061E-09B二7.10421E-15C=-6.54538E-21D=1.74055E-26E=2.64213E-29F=-1.38143E-33項(xiàng)目4的表面S8的系數(shù)為K=28.74452A=1.70772E-09B=6.46357E-14C=-6.99028E-18D=2.65455E-21E=-4.37148E-25F=2.27757E-29項(xiàng)目5的表面S9的系數(shù)為K=-0.321348A=-1.84849E-07B=-3.24508E-11C=4.30816E-14D=-2.13370E-18E=-7.80714E-21F=1.67339E-24項(xiàng)目10的表面S21的系數(shù)為K=1.125040A=8.42238E-07B二2.42138E陽(yáng)11C=4.68290E-13D=1.19515E-15E=-2.58757E-18F=3.72479E-21以上對(duì)圖77和圖78A~圖78F的表的腳注*包含用于針對(duì)值Z計(jì)算非球面S2、S8、S9和S21的形狀的等式，其中CURV是表面極點(diǎn)處的曲率，Y是距玻璃表面上的特定點(diǎn)的光軸的高度或距離，K是二次曲線系數(shù)，且A、B、C、D、E和F分別是第4、6、8、10、12和14次變形系數(shù)。如上文中注意到，為了說(shuō)明本發(fā)明的范圍和通用性，在提供六個(gè)可移動(dòng)變焦子組的六個(gè)不同位置的特定數(shù)據(jù)的圖77和圖78A~圖78F的表的數(shù)據(jù)中，陳述有六個(gè)不同變焦位置Zl-Z6。變焦位置Zl-Z6代表變焦子組153-159的六個(gè)位置，其中變焦位置Z1和Z6是極端位置且Z2、Z3、Z4和Z5是中間位置。當(dāng)然，將了解，極端變焦位置Z1與Z6之間可實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦，且透鏡系統(tǒng)150的所描述的變焦范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦的任何組合。另外，第一透鏡組152的全軸向運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)聚焦。透鏡系統(tǒng)150的有效焦距(EFL)、全視野(FFOV)和焦距比數(shù)對(duì)于不同變焦位置而變化。再次參看圖78A~圖78F,以處于各個(gè)變焦位置的變焦組和針對(duì)那些位置的光線跟蹤來(lái)繪示變焦透鏡系統(tǒng)150。圖78A表示變焦位置Z1，其數(shù)據(jù)陳述于上文的圖77和圖78A~圖78F的表中，其中EFL約11.787mm，F(xiàn)FOV約74.72。且焦距比數(shù)約2.8。圖78B表示來(lái)自圖77和圖78A~圖78F的表的變焦位置Z2其中EFL約22.999mmFFOV約42.74°且焦距比數(shù)約2.9。圖78C表示來(lái)自圖77和圖78A~圖78F的表的變焦位置Z3,其中EFL約54.974mm，F(xiàn)FOV約18.6。且焦距比數(shù)約2.9。圖78D表示來(lái)自圖77和圖78A圖78F的表的變焦位置Z4，其中EFL約125.359mm，F(xiàn)FOV約8.22。且焦距比數(shù)約3.0。圖78E表示來(lái)自圖77和圖78A~圖78F的表的變焦位置Z5，其中EFL約359.536mm,FFOV約2.86°且焦距比數(shù)約3.3。圖78F表示來(lái)自圖77和圖78A-圖78F的表的變焦位置Z6,其中EFL約1137.054mm，F(xiàn)FOV約0.9。且焦距比數(shù)約4.0。依據(jù)圖77和圖78A~圖78F的表中陳述的個(gè)別透鏡元件(成雙的項(xiàng)目120-138)和透鏡元件之間的分隔的規(guī)格，可通過(guò)使用市場(chǎng)上可從OpticalResearchAssociates,Inc.,Pasadena,Calif,U.S.A.購(gòu)得的CODEV⑧光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，在M。C(68。F)的溫度和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力(760mmHg)下計(jì)算每一透鏡元件且接著每一組透鏡元件(即，第一透鏡組152、第一變焦子組153、第二變焦子組154、第三變焦子組155、第四變焦子組157、第五變焦子組158和第六變焦子組159)的焦距，且所計(jì)算的那些組焦距如下第一透鏡子組152(元件120)=322.994mm;第一變焦子組153(元件122和124)=-88.338mm;第二變焦子組154(元件126)=150.688mm;第三變焦子組155(元件128)=65.962mm;以及第四變焦子組157(元件130)=-178.124mm。第五變焦子組158(元件132)=-54.620mm。第六變焦子組159(元件134、136和138)=35.153mm。如上文所提及，變焦透鏡系統(tǒng)150具備表面S22處的一個(gè)光闌，其控制光線可在所述點(diǎn)處通過(guò)的孔的直徑，以藉此促使變焦透鏡系統(tǒng)中的任何徑向超出所述直徑的光線被阻擋。光闌是物理虹膜所處的位置。虹膜位于第六變焦子組159的內(nèi)部或一端處，并與所述變焦子組一起移動(dòng)。注意在圖78A中，舉例來(lái)說(shuō)，邊緣光線通過(guò)S22且有空間剩余，而在圖78F中，邊緣光線當(dāng)其通過(guò)光闌時(shí)幾乎接觸S22的極限邊緣。這顯示，隨著焦距增加，位于S22處的虹膜必須打開(kāi)。為了維持像處恒定的焦距比數(shù)，虹膜必須"變焦"或改變。換句話說(shuō)，虹膜必須經(jīng)調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)恒定孔徑?？墒褂脝为?dú)的凸輪在變焦期間打開(kāi)或關(guān)閉虹膜。另外，應(yīng)注意，圖77和圖"A圖78F的表中陳述的所有透鏡元件表面孔均充當(dāng)如圖78A~圖78F中描繪的所有焦點(diǎn)和變焦位置處的場(chǎng)闌。隨著第六變焦子組159軸向移動(dòng)而(如上述)相對(duì)于圖77和圖78A~圖78F的表中羅列的最大孔徑來(lái)調(diào)節(jié)虹膜S22的孔的尺寸，且在圖77和圖78A~圖78F的表中給出所述尺寸的最大值。在變焦透鏡系統(tǒng)的第二示范性IR實(shí)施例中，位于像平面S23處的傳感器不響應(yīng)于光而是響應(yīng)于所觀察的物體放出的熱量的量，并捕獲物體放出的熱量的差一直到最小可分辨溫差(minimumresolvabletemperaturedifference,MRTD)。為此，傳感器將所觀察的場(chǎng)景中元件的溫度進(jìn)行平均。傳感器理想地不應(yīng)"留意"任何透鏡結(jié)構(gòu)，否則透鏡結(jié)構(gòu)的溫度將被平均到場(chǎng)景中并導(dǎo)致像誤差。因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，光闌(即，位于光闌處的虹膜)是檢測(cè)器的一部分，且包含光闌的檢測(cè)器經(jīng)冷卻以減少電子噪聲，從而產(chǎn)生"冷卻光闌"。六個(gè)變焦子組153-159每一者可獨(dú)立地軸向移動(dòng)且其各自移動(dòng)是通過(guò)例如常規(guī)機(jī)械裝置(如凸輪或類似物)等任何便利的構(gòu)件來(lái)協(xié)調(diào)的，以實(shí)現(xiàn)所需的變焦功能。圖79A~圖79F說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在圖78A~圖78F所示的相對(duì)場(chǎng)高度處進(jìn)入透鏡系統(tǒng)的相同光線的衍射調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。在圖79A~圖79F中，x軸表示空間頻率(分辨率)(以每毫米的循環(huán)數(shù)計(jì))，且y軸i示相對(duì)調(diào)制值(像質(zhì)量的指示)。圖79A~圖79F的衍射MTF曲線是多色的，其使用相同波長(zhǎng)以及X和Y場(chǎng)扇形，但具有波長(zhǎng)權(quán)數(shù)。注意，在約15循環(huán)/mm的空間頻率下，在所述曲線的每一者的最右遠(yuǎn)端處，所述曲線的每一者中的所有場(chǎng)扇形的衍射MTF以約0.65到0.82的調(diào)制范圍聚集一般來(lái)說(shuō)，需要大于0.50的衍射MTF，且如果衍射MTF大于80%,那么認(rèn)為透鏡"衍射受限，，(理想的)。因此，本發(fā)明的透鏡中不存在從衍射極限的大量衰退。圖79A~圖79F的六個(gè)變焦位置中的最大失真約為3.5%。盡管已參看附圖結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例充分描述本發(fā)明，但應(yīng)注意，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解各種變化和修改。此類變化和修改應(yīng)理解為包含在由所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，用于形成物體的最終像，所述系統(tǒng)具有物體側(cè)和像側(cè)，并在所述物體與所述最終像之間形成第一中間實(shí)像，其特征在于所述系統(tǒng)包括第一透鏡組，其包含至少兩個(gè)透鏡元件并位于所述物體與所述第一中間實(shí)像之間，所述第一透鏡組包括經(jīng)移動(dòng)以改變所述第一中間實(shí)像的尺寸(放大率)的至少一個(gè)變焦子組；第二透鏡組，其包含至少兩個(gè)透鏡元件并位于所述第一中間實(shí)像與所述最終像之間，其至少一部分經(jīng)移動(dòng)以改變所述最終像的尺寸(放大率)；以及光闌，其位于所述中間像與所述最終像之間；其中，離軸場(chǎng)射束主光線首先在所述中間像的所述物體側(cè)橫越所述紅外線變焦透鏡系統(tǒng)的光軸，并接著在所述光闌處再次橫越所述光軸；且其中，鄰近于在所述變焦透鏡系統(tǒng)的最長(zhǎng)焦距處的物體空間的所述第一透鏡組的透鏡表面處的最大離軸場(chǎng)射束邊緣光線與軸向場(chǎng)射束邊緣光線的比率小于約1.25。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述光闌位于所述第二透鏡組的最后元件表面與所述最終像之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述紅外線變焦透鏡系統(tǒng)能夠由約3~5微米范圍內(nèi)的所接收輻射形成所述最終像。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡組包括五個(gè)透鏡元件，且所述第二透鏡組包括五個(gè)透鏡元件。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡組和所述第二透鏡組包括具有一個(gè)軸向固定透鏡子組和六個(gè)軸向可移動(dòng)變焦子組的七組系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡組包括三個(gè)變焦子組，且所述第二透鏡組包括三個(gè)變焦子組。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡組包括一個(gè)軸向固定透鏡子組。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡元件包含一個(gè)或一個(gè)以上的鍺透鏡元件和一個(gè)或一個(gè)以上的硅透鏡元件。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡元件中的至少一者包含非球面。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡組包括具有正倍率的第一透鏡子組、具有負(fù)倍率的第一變焦子組、具有正倍率的第二變焦子組和具有正倍率的第三變焦子組，且所述第二透鏡組包括具有負(fù)倍率的第四變焦子組、具有負(fù)倍率的第五變焦子組和具有正倍率的第六變焦子組。11.一種紅外線變焦透鏡系統(tǒng)，用于形成物體的最終像，所述系統(tǒng)具有物體側(cè)和像側(cè)，并在所述物體與所述最終像之間形成第一中間實(shí)像，其特征在于所述系統(tǒng)包括第一透鏡組，其包含第一五個(gè)透鏡元件并位于所述物體與所述第一中間實(shí)像之間，所述第一透鏡組包括經(jīng)移動(dòng)以改變所述第一中間實(shí)像的尺寸(放大率)的至少一個(gè)變焦子組、且具有下表中陳述的光學(xué)設(shè)計(jì)，其中在項(xiàng)目欄中將所述第一五個(gè)透鏡元件標(biāo)示為項(xiàng)目120、122、124、126和128;第二透鏡組，其包含第二五個(gè)透鏡元件并位于所述第一中間實(shí)像與所述最終像之間，其至少一部分經(jīng)移動(dòng)以改變所述最終像的尺寸(放大率)，所述第二透鏡組具有所述下表中陳述的光學(xué)設(shè)計(jì)，其中在所述項(xiàng)目欄中將所述第二五個(gè)透鏡元件標(biāo)示為項(xiàng)目130、132、134、136和138;以及光闌，其位于所述中間像與所述最終像之間；其中所述表中的表面欄標(biāo)示項(xiàng)目的表面，所述表面欄中的物體是處于所述物體側(cè)的物體的位置，所述表面欄中的光闌是所述光闌的位置，所述表面欄中的像是所述最終像的位置，所述表中的曲率半徑欄陳述相應(yīng)表面的半徑，所述表中的厚度或分隔欄陳述一個(gè)表面到下一表面的距離，所述表中的折射材料欄標(biāo)示相應(yīng)表面與下一表面之間的材料，且所述表中的孔徑欄陳述通過(guò)所述相應(yīng)表面的光線的最大直徑；其中離軸場(chǎng)射束主光線首先在所述中間像的所述物體側(cè)橫越所述紅外線變焦透鏡系統(tǒng)的光軸，并接著在所述光闌處再次橫越所述光軸；且其中鄰近于在所述變焦透^:系統(tǒng)的最長(zhǎng)焦距處的物體空間的所述第一透鏡組的透鏡表面處的最大離軸場(chǎng)射束邊緣光線與軸向場(chǎng)射束邊緣光線的比率小于約1.25。<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>522(光闌)523(像)Z3Z4Z5Z6全部全部6208.244264.338171.855-84.226-128.685—156.416*無(wú)窮遠(yuǎn)無(wú)窮遠(yuǎn)18.90713.9980.■11.4520.4001.0001.2541.6960.7501.69915.73438.44179.2210.000鍺硅硅37.74140.07641.26942.35441.07241.0757;-*7Q7^->!,.,;.■>7;J6剖咅離剖奇7-全全全全全zz6789o1111122ssssss9668全文摘要本發(fā)明揭示一種變焦透鏡系統(tǒng)。所述變焦透鏡系統(tǒng)形成物體的最終像、和位于物體與最終像之間的第一中間實(shí)像。所述變焦透鏡系統(tǒng)包含位于物體與第一中間實(shí)像之間的第一光學(xué)單元。第一光學(xué)單元包括至少一個(gè)光學(xué)子單元，其經(jīng)移動(dòng)以改變第一中間實(shí)像的尺寸(放大率)。所述變焦透鏡系統(tǒng)還包含位于第一中間實(shí)像與最終像之間的第二光學(xué)單元，其至少一部分經(jīng)移動(dòng)以改變最終像的尺寸(放大率)。所述變焦透鏡系統(tǒng)提供焦距的寬變焦范圍并在焦距之間連續(xù)變焦。文檔編號(hào)G02B27/64GK101268399SQ200680034989公開(kāi)日2008年9月17日申請(qǐng)日期2006年7月24日優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日發(fā)明者伊恩·A·尼爾申請(qǐng)人:潘那維申國(guó)際有限公司