[发明专利]用照相透镜的光学系统

说明书

本发明涉及一种光学系统的照相透镜，尤其是一种能够改变成象的垂直放大率和水平放大率的照相光学系统。

一般地讲，透镜是一个空间概念，如图1A和1B所示，可以将其表示于Y-Z平面上，透镜中心定为光轴并对于该光轴对称，图中标号1代表光轴或X轴，标号2代表Y轴，标号3代表Z轴，编号4代表透镜。这样，透镜的特性可用X-Y平面或X-Z平面图解说明。

透镜中形成的像在Y-Z平面上具有沿Y轴和Z轴划分的垂直和水平尺寸。如图1C和1D所示，从物点5到象点6的光流即光路可以分解为在X-Y平面和X-Z平面上的光路，这些图一般用来测试透镜的功能。

因为透镜将从物点5来的光聚焦在象点6上，所以将小物体放置在光轴上位于透镜前面的物点5上时，在象点6便形成物体的象。相对于Y轴2的光路示于图1C，而相对于Z轴3的光路示于图1D。然而，因为普通透镜通常相对于光轴对称，所以图1C中在象点6的象与图1D中的象是相同的。因此即使转动透镜，物体的象也不改变。例如，对于圆形、方形或矩形的物体，透镜将形成圆形、方形或矩形的象，因为透镜的垂直和水平放大率是相同的。

总之，在常规技术中，用任何一种透镜，其象的大小可以改变，但是透镜的Y轴和Z轴(即垂直和水平)放大率不能改变。结果便产生一些缺点，例如，不能用方形的物体得到矩形的象，或者粗壮的人不能照成苗条的人。

本发明的目的在于提出一种照相透镜的光学系统，它能改变透镜沿Y轴和Z轴的放大率。

为了实现本发明的目的，照相光学系统包括第一柱面透镜组、第二柱面透镜组和补偿透镜组，其中，第一柱面透镜组具有第一放大率，它仅折射垂直于光轴的平面内一第一方向上的入射光；第二柱面透镜组具有不同于所述的第一放大率的第二放大率，仅折射垂直于光轴的平面内一第二方向上的入射光，形成第二象，所述第二方向垂直于所述第一方向；补偿透镜组用于使第一象和第二象形成在同一位置。

还应当明白，前述概括性说明和下面详细的说明都仅仅是例证性的和解释性的，不应约束本发明的范围。

包含在本文中并构成本说明一部分的附图示出了本发明的实施例，它与说明一起用来解释本发明的原理。图中：

图1A至1D是示意图，示出普通透镜和通过普通透镜的光流；

图2A至2C是示意图，示出本发明优选实施例的光学系统中的成象原理；

图3A至3C是示意图，示出本发明的光学系统及其有关的光路。

现在详细介绍本发明的优选实施例，其中的一个例子示于附图中。在整个附图中，不管什么地方，相同的标号被用来表示相同的部件或作用相同的部件。

本发明的光学系统最好包括柱面透镜，这些柱面透镜沿光学系统的光轴经适当地串联组合便可以改变象的垂直和水平放大率。使用柱面透镜是因为柱面透镜仅使相对于光轴的一个方向的光聚焦，即沿Y轴或Z轴聚焦。

如图2A至2C所示，第一和第二柱面透镜7、8分别具有一个柱面。在本发明优选实施例中称作Y透镜的柱面透镜7使沿Y轴的光聚焦。但不能使沿Z轴的光聚焦。相反，沿Z轴方向的光则象穿过平板玻璃那样穿过透镜。结果是，仅在垂直方向的光被聚焦，柱面透镜7在水平方向没有聚焦功能。

另一方面，在本发明的优选实施例中被称作Z透镜的柱面透镜8使沿Z轴的光聚焦，但不能使沿Y轴的光聚焦。柱面透镜8在结构上类似于柱面透镜7，但是绕光轴转动了90°，因此它仅使沿水平方向的光聚焦。

图2A至2C是示意图，说明在用柱面透镜7和8的光学系统中的成象原理。如图2A所示，柱面透镜7对于位于物点5的圆形物体在象点6仅形成沿水平方向的象，因为在垂直方向穿过的光被聚焦在象点上。相反，如图2B所示，柱面透镜8对于圆形物体则形成沿垂直方向的象，因为沿Z轴穿过的光被聚焦在象点上。因此，柱面透镜7和8均可形成形状为椭圆的或直线的象，柱面透镜7形成沿Z轴的这种象，而柱面透镜8则形成沿Y轴的这种象。因而如图2C所示，当在光学系统中联合使用透镜7和8时，如果透镜7和8各自的放大率是不同的，则方形物体的象可以变成矩形。结果是，用本发明的光学系统可以将宽粗的物体照成细长的物体，或将细长的物体照成宽粗的物体。

图3A示出本发明的光学系统，其中沿光轴配置有普通透镜4和4＇、Y柱面透镜7和Z柱面透镜8。当透镜7和8装在照相机或其它光学装置上时，利用这种技术中已知的机构，柱面透镜7和8可绕光轴转动。