袖珍变焦镜头系统 本发明涉及一种袖珍变焦镜头系统。尤其涉及一种包括两个透镜组的袖珍变焦镜头系统，其透镜的结构可使该系统获得优良的性能和高变焦率，同时可减小系统的尺寸。
近来，通过采用变焦镜头，自动袖珍型照相机具有变焦特性。然而，大众对物美价廉及轻便的照相机的需求不断增加。除这些需求，职业摄影师及高层次的用户又需要这些照相机仍能够保持过硬的性能指标及多种功能。
一般地，袖珍照相机的现有变焦镜头系统可分为两类：具有两个透镜组的变焦镜头系统和具有三个透镜组的变焦镜头系统。为了减小照相机的尺寸，通常采用两个透镜组类型的系统。在日本公开号平3-160610、平7-72388、平4-225309、平2-120714、平5-127082和美国专利第4,929,069中都记录了包含两个透镜组的变焦镜头系统的现有技术。然而，在现有的变焦镜头系统中要达到高的放大率是很困难地，因为它们所能达到的最大放大率仅为2.0。
本发明的一个原理性重要优点在于装置的布局避免了上述现有技术中该装置的一个或多个缺限。尤其是本发明提出的袖珍变焦镜头系统具有紧凑的尺寸、高性能及高变焦率。
本发明的其它特点及优点将通过以下的描述被提出，其一部分从中显而易见，或在本发明的实践中得知。本发明的目的和其它优点通过说明书中记载的和权利要求书及附图中指出的装置得以实现。
为实现上面所概述的及泛泛描述的这些优点并根据本发明的目的，本发明包括一个含有两个透镜组的袖珍变焦镜头系统。第一透镜组具有总的正折射光焦度(refractive power)，并包括四个透镜。第一透镜单元是一个向物方凸出的弯月透镜，有正的折射光焦度。第二透镜单元是一个具有负折射光焦度的双凹透镜。第三透镜单元是一个具有正折射光焦度的双凸透镜，并固定于第二透镜单元上。第四透镜单元是一个具有正折射光焦度的双凸透镜。
第二透镜组具有总的负折射光焦度，并包括三个透镜。第五透镜单元是一个弯月透镜，向着物方的一侧凸出，并具有正的折射光焦度。第六透镜单元是一个具有负折射光焦度的凹透镜。第七透镜单元具有负折射光焦度。
系统的放大率可通过改变第一透镜组和第二透镜组之间的距离而改变。其中，要满足下列条件：
1.1＜(fbT/-fbW)/(LT-LW)＜1.24，
LW/fW＜1.25，
LT/fT＜0.97，
此处：
LW代表在广角位置上变焦镜头系统的长度；
LT代表在远摄位置上变焦镜头系统的长度；
fbT代表在远摄位置的后焦距；
fbW代表在广角位置的后焦距；
fW代表变焦镜头系统在广角位置的焦距；
fT代表在远摄位置变焦镜头系统的焦距；
前面的一般性描述和以下的详细描述均应理解为举例和解释，并为权利要求所述的本发明提供更进一步的解释。
在说明书中作为说明书一部分的附图举例说明了本发明，并与说明书一起对本发明的目的、优点和原理作以解释。在图中：
图1A和1B是根据本发明第一优选实施例分别在广角位置和远摄位置的袖珍变焦镜头系统的截面图；
图2A至2C是根据本发明第一优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图3A至3C是根据本发明第一优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图4A至4B是根据本发明第二优选实施例分别在广角位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的截面图；
图5A至5C是根据本发明第二优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图6A至6C是根据本发明第二优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图7A至7B是根据本发明第三优选实施例分别在广角位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的截面图；
图8A至8C是根据本发明第三优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图9A至9C是根据本发明第三优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图10A至10B是根据本发明第四优选实施例分别在广角位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的截面图；
图11A至11C是根据本发明第四优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图12A至12C是根据本发明第四优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图13A至13B是根据本发明第五优选实施例分别在广角位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的截面图；
图14A至14C是根据本发明第五优选实施例在广角位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线；
图15A至15C是根据本发明第五优选实施例在远摄位置袖珍变焦镜头系统的像差曲线。
以下将参考附图对本发明的实施例进行描述。
如图1、4、7、10和13所示，根据本发明的实施例提供了一个袖珍变焦镜头系统。从变焦镜头系统的物方一侧起(即从图的左侧起)，第一透镜组I形成一个物方的像，并将像提供给第二透镜组II。
具有总的正折射光焦度的透镜组I包括四个透镜单元。第一透镜单元1是一个向物方一侧凸出的、并具有正折射光焦度的弯月透镜。第二透镜单元2是一个具有负折射光焦度的双凹透镜。第三透镜单元3是一个具有正折射光焦度的双凸透镜并连接到第二透镜单元2上。第四透镜单元4也是双凸透镜，并具有正的折射光焦度。
具有总的负折射光焦度的第二透镜组II包括三个透镜单元。第五透镜单元5是一个凹透镜，并具有正的折射光焦度。第六透镜单元6也是一个凹透镜，但具有负的折射光焦度。第七透镜单元7有负的折射光焦度。
当从广角位置向远摄位置变焦时，第一透镜组I和第二透镜组II以及两组透镜之间的距离向着视场物方移动。根据本发明的优选实施例，袖珍变焦镜头系统满足下列条件：
(1)1.1＜(fbT-fbW)/(LT-LW)＜1.24；
(2)LW/fW＜1.25；
(3)LT/fT＜0.97；
(4)0.20＜f1/fT＜0.35；
(5)0.20＜|f2|＜fT＜0.32；
(6)0.6＜f1/fW＜0.69；
(7)0.5＜|f2|＜fW＜0.65；
(8)2.0＜f2p/|f2n|＜3.7；
(9)0.2＜D2/fW＜0.3；
(10)-0.35＜N1p-N1n＜-0.23；
(11)0＜N2p-N2n＜0.2；
(12)15.0＜V1p-V1n＜25在此：
LW代表在广角位置全透镜系统的总长度；
LT代表在远摄位置全透镜系统的总长度；
fbT代表在远摄位置的后焦距；
fbW代表在广角位置的后焦距；
fW代表整个变焦镜头系统在广角位置的焦距；
fT代表在远摄位置整个变焦镜头系统的焦距；
f1代表第一透镜组I的焦距；
f2代表第二透镜组II的焦距；
f2p代表第二透镜组II具有正折射光焦度的透镜单元的焦距；
f2n代表第二透镜组II具有负折射光焦度的透镜单元的焦距；
D2代表第二透镜组II透镜单元的厚度和各透镜单元之间的距离的总和；
N1p是第一透镜组具有正折射光焦度的透镜单元的平均折射率；
N1n是第一透镜组具有负折射光焦度的透镜单元的平均折射率；
N2p是第二透镜组具有正折射光焦度的透镜单元的平均折射率；
N2n是第二透镜组具有负折射光焦度的透镜单元的平均折射率；
V1p是第一透镜组具有正折射光焦度的透镜单元的平均阿贝数；
V1n是第一透镜组具有负折射光焦度的透镜单元的平均阿贝数。
以上条件(1)涉及在调焦期间每个透镜组的移动量。如果条件(1)的上限被超过，第二透镜组II的移动量增加。另一方面，如果条件(1)的下限不被满足，则第一透镜组I的移动量增加。
条件(2)和(3)分别涉及在广角位置和远摄位置的远摄比率。如果条件(2)和(3)的上限被超过，则很难将透镜系统的尺寸降到充分小。
条件(4)涉及第一透镜组I的折射光焦度。如果条件(4)的上限被超过，则当放大率改变且折射光焦度减小时，透镜组I和II的移动量增加。另一方面，如果条件(4)的下限不被满足，则在放大率改变和折射光焦度及像差的改变均增加时，校正第一透镜组I的像差很困难。
条件(5)涉及第二透镜组II的折射光焦度。如果条件(5)的上限被超过，则当放大率改变且折射光焦度减小时，透镜组I和II的移动量增加。另一方面，如果条件(5)的下限不被满足，则在放大率改变和折射光焦度及像差的改变均增加时，校正第二透镜组II的像差将很困难。
条件(6)和条件(7)分别涉及第一透镜组I和第二透镜组II的折射光焦度。如果条件(6)和(7)的上限被超过，则像差很容易校正。然而，因移动量增加使得减小透镜系统尺寸将很困难。另一方面，如果条件(6)和(7)的下限不被满足，则像差的变化增加。这是因为每个透镜组的折射光焦度增加，因此，校正彗差和像散将很困难。
条件(8)涉及第二透镜组II的折射光焦度。如果条件(8)的上限被超过，当第二透镜组II中透镜系统的正折射光焦度增加时，第二透镜组II的折射光焦度增加。在这种情况中，要减小透镜系统的尺寸很容易，但当放大率变化时，像差增加。另一方面，如果条件(8)的下限不被满足，如果第二透镜组II的折射光焦度为正，则此折射光焦度将减小。因此校正像差将很容易。但因为透镜组I和II的移动量增加，要减小透镜系统的尺寸将很困难。
条件(9)涉及第二透镜组II的长度。如果条件(9)的上限被超过，要减小透镜系统的尺寸困难。另一方面，如果条件(9)的下限不被满足，可能会减小透镜系统的尺寸。但因为空气间隔和透镜系统的厚度减小，生产效率将降低。另外，由于空气间隔的制造误差，性能可能会降低。
条件(10)涉及第一透镜组I的折射光焦度。如果条件(10)的上限被超过，并且如果透镜系统折射光焦度为正，则因折射光焦度增加而使制造成本增加。另一方面，如果条件(8)的下限不被满足，并且如果透镜系统的折射光焦度为负，则因为此折射光焦度增加或因透镜系统的折射率太小而使制造成本又增加。在这种情况下，因为在透镜系统的结构中需要特殊的低色散的材料，制造成本将增加。
条件(11)涉及第二透镜组II的折射率。如果条件(11)的上限被超过，则校正像散将很困难。另一方面，如果条件(11)的下限不被满足，并且如果该透镜系统的折射光焦度为正，则系统的安装将很困难。这是因为超过有效直径的光阑在被拍照物体一侧的外廓有一个显著的凹面。
满足以上条件的本发明的数值列于下表，其中长度的全部单位用毫米。另外，根据本发明的优选实施例，孔径光阑放在第一透镜组I和第二透镜组II之间。在这些表中，采用了下列变量：
f表示焦点距离；
ri(i＝1-14)代表曲率半径；
di(i＝1-14)代表透镜单元的厚度或透镜单元之间的距离；
nd代表一个透镜单元的d线折射率；
v代表透镜单元的阿贝数；
m代表全透镜系统的放大率；和
w代表半视角。
本发明第一优选实施例数值列于表1，在此：大孔径变焦镜头系统的孔径值F的范围为4.09至9.48；焦点距离f的范围为35.509mm至82.252mm；半视角w的范围为30.73至14.71度；后焦距fB的范围为8.084至51.468。
表1 表面序号 曲率半径(r) 厚度(d) 折射率(nd) 阿贝数(v)
1 13.852 1.99 1.48749 70.44
2 72.013 1.22
3 -14.991 4.10 1.80420 46.50
4 17.237 3.25 1.51680 64.20
5 -12.165 0.10
6 26.244 2.00 1.51680 64.20
7 -38.524 1.25
8 光阑 Z
*9 -33.019 2.21 1.81474 33.27
10 -14.262 1.68
11 -11.105 0.95 1.77250 49.62
12 -73.949 3.50
13 -11.310 0.95 1.56384 60.83
14 -19.942此处，*代表非球面，Z的范围从10.7329至2.2000mm。透镜系统的非球面表面的系数由下式表示：x=cS21+1-(K+1)c2S2+A4S4+A6S6+A8S8+A10S10]]>此处，c＝l/r；
X表示从参考面沿光轴的位移量；
S表示在垂直于光轴方向上的高度；
K表示圆锥曲线常数，其值列于表2；
A4，A6，A8，A10表示非球面系数，数值列于表2；和
r表示曲率半径。
表2
非球面表面的非球面表面系数
K 0.5019849501752E+1
A4 0.5408777947066E-4
A6 -0.1554452815300E-6
A8 0.1474644558381E-7
A10 -0.1247160879942E-9
图2A至2C和图3A至3C是根据本发明第一实施例分别在广角位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的主要像差特性曲线；
本发明第二优选实施例数值将列于表3，在此：变焦镜头系统的孔径值F的范围为4.09至9.78；焦点距离f的范围为34.294mm至81.957mm；半视角w的范围为31.55至14.75度；后焦距fB的范围为8.496mm至48.4235mm。
表3表面序号 曲率半径(r) 厚度(d) 折射率(nd) 阿贝数(v)
1 13.491 1.57 1.51742 52.15
2 52.178 0.82
3 -14.860 4.62 1.83500 42.98
4 14.860 285 1.51823 58.96
5 -12.678 0.58
6 21.477 278 1.48749 70.44
7 -21.477 1.25
8 光阑 Z
*9 -32.44 2.06 1.80518 25.46
10 -14.798 2.06
11 -11.489 0.95 1.83400 37.34
12 -76.957 3.51
13 -10.253 1.01 1.51680 64.20
14 -21.253
此外，*表示非球面表面，Z的范围为从8.5640至2.2000mm。
根据本发明的第二实施例，非球面表面的系数利用表4中的系数通过上述公式描述。
表4
非球面表面的非球面表面系数
K 0.1056257861457E+1
A4 0.3758393429605E-4
A6 -0.2378316850648E-7
A8 0.7140053369628E-8
A10 -0.6619121795638E-10
图5A至5C和图6A至6C是根据本发明第二优选实施例分别在广角位置和远摄位置袖珍变焦镜头系统的主要像差特性曲线。
本发明第三优选实施例的数值列于表5，在此：大孔径变焦镜头系统的孔径值F的范围为4.09至9.37；焦点距离f的范围为35.8087mm至81.8804mm；半视角w的范围为30.34至14.83度；后焦距fB的范围为8.483mm至49.806mm。
表5表面序号 曲率半径(r) 厚度(d) 折射率(nd) 阿贝数(v)
1 13.103 2.00 1.48749 70.44
2 33.444 1.64
3 -15.604 3.84 1.80420 46.50
4 15.604 3.47 1.51680 64.20
5 -12.058 1.68
6 18.579 2.62 1.51680 64.20
7 -56.773 1.24
8 光阑 Z
*9 -28.590 2.00 1.80610 33.27
10 -13.897 2.10
11 -12.182 0.95 1.80420 46.50
12 -70.996 2.70
13 -12.459 1.50 1.80420 46.50
14 -21.830此处，*表示非球面表面，Z的范围为从10.1219至2.2000mm。
根据本发明的第三优选实施例，非球面表面的系数利用表6中的系数通过上述公式描述。
表6
非球面表面的非球面表面系数
K 0.2174811886253E+1
A4 0.2849056773763E-4
A6 -0.4948842564394E-7
A8 0.6509023007091E-8
A10 -0.3537735350641E-10
图8A至8C和图9A至图9C分别是本发明第三优选实施例中在广角位置和远摄位置的主要像差特征曲线图。
本发明第四优选实施例的数值列于表7，在此：变焦镜头系统的孔径值F的范围为4.09至9.29；焦点距离f的范围为36.123mm至81.939mm；半视角w的范围为30.30至14.75度；后焦距fB的范围为8.067mm至48.783mm。
表7表面序号 曲率半径(r) 厚度(d) 折射率(nd) 阿贝数(v) 1 13.821 2.00 1.48749 70.44 2 65.646 1.34 3 -14.011 2.85 1.80420 46.50 4 17.512 2.94 1.51680 61.50 5 -11.368 1.90 6 27.882 2.00 1.51680 64.20 7 -33.206 1.25 8 光阑 Z*9 -37.247 2.76 1.81474 33.27 10 -14.534 1.64 11 -11.052 0.95 1.78036 48.04 12 -68.011 3.51 13 -12.858 0.95 1.68783 54.68 14 -23.726
此处，*表示非球面表面，Z的范围为从10.3558至2.2000mm。
根据本发明的第四实施例，非球面表面的系数利用表8中的非球面系数通过上述公式描述。
表8非球面表面的非球面表面系数K 0.2174811886253E+1A4 0.2849056773763E-4A6 0.4948842564394E-7A8 0.6509023007091E-8A10 -0.3537735350641E-10
图11A至11C和图12A至图12C分别是根据本发明第四优选实施例分别在广角位置和远摄位置的主要像差特征曲线图。
本发明第五优选实施例的数值将列于表9，在此：变焦镜头系统的孔径值F的范围为4.09至9.88；焦点距离f的范围为34.138mm至82.389mm；半视角w的范围为31.66至14.67度；后焦距fB的范围为8.487mm至50.413mm。
表9表面序号 曲率半径(r) 厚度(d) 折射率(nd) 阿贝数(v)
1 12.812 1.66 1.450790 62.24
2 42.370 0.82
3 -14.541 4.31 1.83500 42.98
4 14.789 2.98 1.54699 52.40
5 -12.959 0.44
6 23.877 2.33 1.49700 81.61
7 -22.667 1.25
8 光阑 Z
*9 -31.112 2.07 1.80518 25.46
10 -15.026 2.37
11 -10.789 0.95 1.83400 37.34
12 -53.749 2.74
13 -12.800 1.23 1.51943 66.75
14 -29.469此处，*表示非球面表面，Z的范围为从9.2094至2.2000mm。
根据本发明的第五实施例，非球面表面的系数利用表10中的非球面系数通过上述公式描述。
表10
非球面表面的非球面表面系数
K 0.9691606678033E+0
A4 0.3848477089595E-4
A6 -0.9427513205174E-8
A8 0.8165569143560E-8
A10 -0.6948318355497E-10
图14A至14C和图15A至图15C分别是根据本发明第五优选实施例分别在广角位置和远摄位置的主要像差特征曲线图。
根据本发明的优选实施例，本发明提供一种具有很强的性能及高变焦比率的袖珍变焦镜头系统。
对本领域的普通技术人员来说，本发明的其它实施例在参考了说明书及实践了在此公开的本发明之后将成为显而易见。说明书和实施例仅是举例性的，而本发明的真实范围和实质将由下列权利要求书指明。