小型变焦透镜系统 本发明涉及一种变焦透镜系统，更具体地说，本发明涉及一种用于照相机的具有两组透镜的小型变焦透镜系统。
袖珍照相机通常需要小型变焦透镜系统。使用两组透镜的变焦透镜系统见诸于日本专利申请平8-29863,5-11181,8-76014,8-50243,5-113537及美国专利5,327,290,4,772,106中。
日本专利公开平8-29863使用的两透镜组具有五个透镜，其变焦比约为1.5，焦距为38-58mm。该透镜系统采用由玻璃材料制成的非球面透镜，其缺点在于透镜系统的暗度。美国专利4,772,106的透镜系统的变焦比小于1.5。
日本专利申请平5-11181的变焦比约为1.54，它采用的是玻璃透镜。专利申请平8-76014,8-50243和5-113537，美国专利5,327,290使用两个以上的非球面透镜，获得的变焦比约为2，但其制造成本较高。
下面的说明中将部分地给出本发明的优点和目的。从说明书中可明显地看出部分优点，这也可通过实施本发明而得知。本发明的优点和目的由所附权利要求所特别指出地部件和组合来实现。
如说明书的概述及实施例所述，为实现本发明的优点，从发明目的出发，本发明的小型变焦透镜系统包括：第一复合透镜组和第二复合透镜组。第一复合透镜组在透镜系统的物方，具有正折射本领，包括第一、二、三透镜。第一透镜具有正折射本领，其凸面面向物方，第二透镜为双凹透镜，具有正折射本领。第二复合透镜组位于透镜系统的像方，它具有第四、第五透镜并具有正折射本领。第二复合透镜组中的第四透镜为具有正折射本领的弯月透镜。第四透镜的凹面朝向物方。第五透镜为具有负折射本领的弯月透镜。第五透镜的凹面朝向物方。
第二复合透镜组中的第四弯月透镜由塑性材料制成，并有至少一个非球面。当放大倍率变化时，第一复合透镜组可向着物体移动，而第二复合透镜组可向着第一组透镜组移动。通过改变第一透镜组与第二透组之间的距离，可使透镜系统的放大倍率改变，其中下述条件被满足：
0.40＜f1/fW＜0.60其中f1表示第一透镜的焦距，fW表示变焦透镜系统在广角位置时的焦距。本发明小型变焦透镜系统的变焦比约为2.0。
作为说明书一部分的各附图示出本发明的几种实施例，并与文字叙述一起用于说明本发明的原理。其中：
图1A和1B是按照本发明构成的变焦透镜系统的侧视示意图；
图2A至2C表示按照本发明一种实施例的变焦透镜系统在广角位置时的像差曲线；
图3A至3C表示按照本发明该实施例的变焦透镜系统在摄远位置时的像差曲线；
图4A至4C表示按照本发明第二实施例的变焦透镜系统在广角位置时的像差曲线；
图5A至5C表示按照本发明的该实施例的变焦透镜系统在摄远位置时的像差曲线；
图6A至6C表示按照本发明的第三实施例的变焦透镜系统在广角位置时的像差曲线；
图7A至7C表示按照本发明第三实施例的变焦透镜系统在摄远位置时的像差曲线；
以下参照附图描述本发明的优选实施例，附图中相同的标号表示相同的或类似的部件。
本发明小型变焦透镜系统的示例性实施例示于图1A和1B中。该变焦透镜系统包括第一透镜组1、第二透镜组2和在透镜组1和2之间的孔径光阑3。
具有总正折射本领的第一透镜组1包括三个透镜。第一透镜11具有正折射本领，并有面向系统物方的凸面r1。第二透镜12为负双凹透镜。第三透镜13为正双凸透镜。
具有总负折射本领的第二透镜组2包括两个透镜。第四透镜21为具有面向物方的凹面r8的正弯月透镜。第四透镜21由塑料制成。第四透镜21的凹面r8最好为非球面透镜表面。第五透镜22为具有面向物方的凹面r10的负弯月透镜。
当从广角位置到摄远位置变焦时，第一透镜组1可移向物体，并且当放大倍率改变时，第二透镜组2可移向第一复合透镜组。因此，二透镜组1和2间的距离缩小。根据本发明的变焦透镜系统满足下列条件：
(1) 0.40＜f1/fW＜0.60
(2) 0.30＜(DWL-DW)/fW＜0.55
(3) 0.20＜(DTL-DT)/fT＜0.30
(4) 1.10＜DWL/LY＜1.55
(5) 2.00＜fFR/fbw＜2.70
(6) 0.65＜DWL/fW＜0.85
(7) 0.20＜|f2/fW|＜0.30,f2＜0
(8) 0.60＜fFR/fW＜0.70
(9) 0.20＜DW/fW＜0.35
(10) 1.65＜n5＜1.80
其中：
f1表示第一透镜11的焦距；
fW表示变焦透镜系统在广角位置时的焦距；
DWL表示在广角位置时，小型变焦透镜系统之第一透镜11的面向物方的表面r1到第五透镜22的面向像方的表面r11之间的距离；
DW表示在广角位置时，第三透镜13面向像方的表面r6到第四透镜21的面向物方的表面r8之间的距离；
DTL表示在摄远位置时，第一透镜11的面向物方的表面r1到第五透镜22的面向像方的表面r11之间的距离；
DT表示在摄远位置时，第三透镜13的面向像方的表面r6到第四透镜21的面向物方的表面r8之间的距离；
fT表示变焦透镜系统在摄远位置时的焦距；
LY表示最大成像高度；
fFR表示第一透镜组1的焦距；
fbw表示变焦透镜系统在广角位置时的后焦距；
f2表示第二透镜组2的焦距；以及
n5表示第五透镜22的折射率。
条件(1)与第一透镜11的焦距有关。如果不满足条件(1)的下限，第一透镜11的正折射本领就增大。这造成第一透镜组1的主点位于第二透镜组2外侧，使得难于得到高变焦比。如果不满足条件(1)的上限，第一透镜11的折射本领就降低，同时需要系统的负折射本领降低，以消除球差。因此，在广角位置的正畸变增大，彗差也增大。
条件(2)和(3)与系统的总长度有关。如果该两条件被满足，则第一透镜组1与第二透镜组2之间的距离减小到最短的可能距离，从而减小了系统的总长度。因此，就能使采用本发明的相机成为袖珍型，而且更轻便。
条件(4)和系统的紧凑性有关，同时就最大像高而论，限定了在广角位置时第一透镜11的面向物方的表面r1到第五透镜22的面向像方的表面r11之间距离的范围。如果不满足条件(4)的下限，第一透镜组1的长度就减小，防止负畸变。第一透镜组1的负畸变补偿了由第二透镜组2产生的正畸变。如果不满足条件(4)的上限，则在广角位置时的距离DWL将增大，造成难于使透镜系统小型化。
条件(5)也与透镜系统的紧凑性有关。如果不满足条件(5)的下限，透镜系统的后焦距变短，同时透镜系统的出射光线与光轴间的角度变得比较大。这转而需要增大垂直于系统光轴测得的第二透镜组2的第五透镜22的直径。如果不满足条件(5)的上限，系统的后焦距变得太长而不能消除在广角位置时出现的彗差和畸变。
条件(6)涉及在广角位置时，第一透镜11至第五透镜22在光轴上的厚度。如果不满足条件(6)的下限，第一透镜组1与第二透镜组2间的距离的宽度不足以得到较高的变焦比。如果不满足条件(6)的上限，透镜系统在广角位置时的总长度将增大。
条件(7)与第一透镜组1的第二透镜12的焦距有关。如果不满足条件(7)的下限，则第一透镜组1的负折射本领增大。于是，色差过校正。反之，若不满足条件(7)的上限，则对于校正色差来说，第一透镜组1的负折射本领变得太小。
条件(8)与第一透镜组1的折射本领有关。如果不满足条件(8)的下限，则容易校正像差。不过，在变焦期间，当第一透镜组1与第二透镜组2之间的距离减小时，透镜系统的焦距变化将减小。因此，难于得到小型变焦透镜系统，这是因为为了在变焦期间得到大约2.0的变焦比，第一透镜组1与第二透镜组2之间的距离快速改变之故。如果不满足条件(8)的上限，则容易得到小型变焦透镜系统。不过，折射本领变得较大，使得变焦时难于校正球差和彗差。
条件(9)限定第一透镜组1与第二透镜组2之间的距离。如果不满足条件(9)的下限，则在广角位置时，透镜系统的后焦距变短，造成垂直于系统光轴测得的第二透镜组2之第五透镜22的直径较大。反之，如果不满足条件(9)的上限，则第一透镜组各透镜的直径变得比较大，从而加大了系统的尺寸。
条件(10)涉及第二透镜组2之第五透镜22的材料，用以消除像场弯曲。如果不满足条件(10)的下限，正的匹兹伐和(Petzval′s sum)将增大。于是，像场弯曲过校正。反之，如果不满足条件(10)的上限，则材料的成本加大。
本发明各优选实施例的数据示于下面各表中。各表内的r表示曲率半径，d表示透镜间的距离或透镜的厚度，n表示d线的折射率，而v表示透镜的阿贝数。这些表中的长度单位都为毫米。
后面所述各表中给出的非球面系数用于下面的方程内：Z=Cy21+(1-(K+1)C2y2)1/2+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10]]>
其中Z是离开透镜系统光轴距离y处的表面弧高
C是光轴处表面的基本曲率；
K是锥面常数；
A4、A6、A8和A10是非球面系数。
本发明一种优选实施例的数据示于表1内，其中第一优选实施例的有效焦距范围从广角位置时的39.30mm到摄远位置时的67.39mm,F数的范围从5.0到8.57。
表1表面序号曲率半径(R)距离(d)折射率(n)阿贝数(v) 1 12.000 2.02 1.58144 40.85 2 -218.457 0.46 3 -19.368 3.20 1.74002 28.16 4 12.909 1.06 5 24.429 3.06 1.65128 38.32 6 -12.960 1.20 7 孔径光阑 10.20-2.29 8* -29.500 2.37 1.59048 39.69 9 -20.259 4.13 10 -9.944 1.20 1.78590 43.93 11 -25.412 11.75-40.6315*表示非球面
按照本发明的该实施例，用表2中所示的非球面系数描述各非球面。
表2 R8锥面常数(K) 0.2050659527990E+01非球面系数(A4) 0.7985411037183E-04非球面系数(A6) 0.9263736323726E-06非球面系数(A8)-0.1490839119865E-08非球面系数(A10)-0.4565479843378E-11
图2A到2C分别示出在广角位置时本实施例的像差特性，如球差、像散及畸变。图3A到3C分别示出在摄远位置时本实施例的像差特性，如球差、像散及畸变。
本发明有另一优选实施例的数据示于表3内，其中本优选实施例的有效焦距范围从广角位置时的39.30mm到摄远位置时的67.41mm,F数的范围从5.0到8.57。
表3表面序号曲率半径(R)距离(d)折射率(n)阿贝数(v) 1 11.652 2.08 1.57502 41.31 2 -755.662 0.58 3 -21.385 3.00 1.74002 28.16 4 11.756 1.05 5 20.989 4.20 1.65128 38.32 6 -13.322 1.20 7孔径光阑 9.80-2.20 8* -24.627 1.88 1.59048 39.69 9 -18.761 4.41 10 -9.769 1.20 1.78590 43.93 11 -23.877 11.76-40.19*表示非球面
按照本发明的该实施例，用表4中所示非球面系数描述各非球面。
表4 R8锥面常数(K)-0.1024952800516E+02非球面系数(A4)-0.5999599299883E-05非球面系数(A6) 0.8302845422245E-06非球面系数(A8) 0.1513660454089E-07非球面系数(A10)-0.2035438140845E-09
图4A到4C分别示出在广角位置时表3所示实施例的球差、像散及畸变等像差特性，图5A到5C分别示出在摄远位置时该实施例的球差、像散及畸变等像差特性。
本发明第三优选实施例的数据示于表5内，其中第三优选实施的有效焦距范围从广角位置时的39.30mm到摄远位置时的67.00mm,F数的范围从5.0到8.52。
表5表面序号曲率半径(R)距 离(d)折射率(n)阿贝数(v) 1 11.603 1.98 1.68893 31.18 2 208.814 0.51 3 -24.508 2.02 1.80627 25.37 4 12.860 1.83 5 36.546 2.96 1.66755 41.93 6 -13.503 1.20 7 孔径光阑11.25-2.20 8* -26.773 3.00 1.59048 39.69 9 -19.811 4.45 10 -10.766 1.00 1.78831 47.39 11 -25.908 10.87-40.83*表示非球面
按照本发明的第三实施例，用表6中所示的非球面系数描述各非球面。
表6 R8锥面常数(K)-0.3268262375348E+02非球面系数(A4)-0.1489681955055E-03非球面系数(A6) 0.3902491517316E-05非球面系数(A8)-0.4526322383692E-07非球面系数(A10)-0.27861 27340988E-09
图6A到6C分别示出在广角位置时第三实施例的球差、像散及畸变等特性，图7A到7C分别示出在摄远位置时第三实施例的球差、像散及畸变等像差特性。
表7中描述了关于上述各实施例的条件(1)至(10)的参数。
表7 参数第一实施例第二实施例第三实施例 f1/fW 0.493 0.508 0.452 (DwL-DW)/fW 0.420 0.468 0.452 (DTL-DT)/fT 0.260 0.273 0.265 DwL/LY 1.338 1.361 1.399 fFR/fbw 2.291 2.263 2.595 DWL/fW 0.736 0.748 0.769 |f2|/fW 0.257 0.251 0.260 fFR/fW 0.685 0.677 0.718 DW/fW 0.316 0.280 0.317 n5 1.786 1.786 1.788
本领域的熟练技术人员显而易见，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明的透镜系统作出各种变型和改变。本发明覆盖了落在本发明权利要求范围内的变形和等同物。