CN112558278A - 大光圈光学成像***及光学设备 - Google Patents
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Abstract
本发明供了一种大光圈光学成像***及光学设备,从物体侧到像侧依次包括:具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、孔径光阑、具有正光焦度的第三透镜组、具有负光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第四透镜组;合焦过程中第十二透镜沿光轴向着像侧方向移动,第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组相对于像面位置保持不变;所述第一透镜组、第二透镜组和第四透镜组满足以下条件式1.1≤F12/F≤1.7,(1);‑1.0≤F1/F2≤‑0.6,(2);‑0.5≤F1/F5≤‑0.1,(3)。本发明还提供一种设有上述光学成像***的光学设备。本发明涉及的光学成像***调焦组件仅由一枚透镜组成,减轻了合焦组的重量及推动马达的负荷,有利于光学成像***和成像设备的快速合焦。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域,尤其涉及一种大光圈光学成像***及 光学设备。
背景技术
近年来,得益于微单相机的便携与高性能,其正在逐步替代单反相机 的市场并广受消费者的青睐。广角镜头因能拍摄大范围画面(尤其星空风景) 而备受欢迎,此外它也能兼顾人像特写。但在原厂配套镜头中存在部分焦 段产品的缺失或者产品价格昂贵,不是所有消费所能负担起。同时,与微 单相机相匹配的镜头体积要尽可能轻,对焦速度要够快也是消费者对微单 镜头的诉求。日本专利2014-032231中合焦群组重,不易实现快速合焦。日本专利2014-035458中其实施例设计F值仅为2.8在其结构下扩展光圈 值至F1.8较困难。
发明内容
本发明针对现有技术存在之缺失及市场需求,提供一种大光圈光学成 像***及光学设备,,其体小量轻,内部调焦部件可以做到仅由一枚透镜组 成,具有对焦速度快,成像性能优异的特点,其适用全画幅超广角大光圈 光学成像***。
为实现上述目的,本发明采用如下之技术方案:
一种大光圈光学成像***,从物体侧到像侧依次包括:具有负光焦度 的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、孔径光阑、具有正光焦度的 第三透镜组、具有负光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第四透镜组; 合焦过程中第十二透镜沿光轴向着像侧方向移动,第一透镜组、第二透镜 组、第三透镜组和第四透镜组相对于像面位置保持不变;
所述第一透镜组包括依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光 焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜, 所述第三透镜和第四透镜组合成胶合透镜组;所述第二透镜组包括依次设 置的具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度 的第八透镜,所述第七透镜和第八透镜组合成胶合透镜组;所述第三透镜 组包括依次设置的具有负光焦度第九透镜、具有正光焦度的第十透镜和具 有正光焦度的第十一透镜,所述第九透镜和第十透镜组合成胶合透镜组; 所述第四透镜组包括依次设置的具有正光焦度第十三透镜、具有负光焦度 第十四透镜和具有负光焦度第十五透镜;
所述第一透镜组、第二透镜组和第四透镜组满足以下条件式:
1.1≤F12/F≤1.7, (1);
-1.0≤F1/F2≤-0.6, (2);
-0.5≤F1/F5≤-0.1, (3);
其中,F1表示第一透镜组焦距,F2表示第二透镜组焦距,F5表示第 四透镜组焦距,F12表示第一透镜组和第二透镜组合成焦距,F表示光学成 像***焦距。
作为一种优选方案,满足以下条件式:
0.6≤L12/L1STP≤0.9, (4);
其中,L12表示第一透镜组最靠近物侧表面到第二透镜组最靠近物侧表 面之间距离,L1STP表示第一透镜组最靠近物侧表面到孔径光阑的距离。
作为一种优选方案,满足以下条件式:
-1.1≤F3/F4≤-0.5, (5);
其中,F3表示第三透镜组的焦距,F4表示第十二透镜的焦距。
作为一种优选方案,满足以下条件式:
-0.8≤SI/F4≤-0.6, (6);
其中,SI表示无限远合焦时孔径光阑到像面的距离,F4表示第十二透 镜的焦距。
作为一种优选方案,满足以下条件式:
7.8≤EXPP/H≤8.8, (7);
其中,EXPP表示无限远合焦时出瞳面到像面的距离,H表示最大像高。
作为一种优选方案,所述第一透镜组还包括具有正光焦度的第五透镜, 所述第五透镜设于第四透镜远离像侧的一侧。
作为一种优选方案,所述第四透镜组还包括具有正光焦度的第十六透 镜,所述第十六透镜设于第十五透镜远离像侧的一侧。
作为一种优选方案,所述第四透镜、第八透镜和第十透镜均为关于波 长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。
一种光学设备,所述光学设备设有前述的大光圈光学成像***。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
本发明涉及的光学成像***调焦组件仅由一枚透镜组成,减轻了合焦 组的重量及推动马达的负荷,有利于光学成像***和成像设备的快速合焦。 在满足条件式(1)、(2)的情况下,第一透镜组与第二透镜组正负光焦度分 配平衡,有效收束光线口径与减小光学***长度保证镜头的小型轻量化; 同时拥有F1.8的大光圈值,保证画面拍摄的亮度;使用了三枚具有特殊色 散镜片及超低色散镜片抑制在拍摄高反差场景时带来的色散。
为更清楚地阐述本发明的结构特征、技术手段及其所达到的具体目的 和功能,下面结合附图与具体实施例来对本发明作进一步详细说明:
附图说明
图1示出本发明实施例1的结构示意图;
图2示出本发明实施例1在无限远合焦时的球面像差示意图;
图3示出本发明实施例1在最近合焦距离时的球面像差示意图;
图4示出本发明实施例1在无限远合焦时的场曲示意图;
图5示出本发明实施例1在无限远合焦时的畸变示意图;
图6示出本发明实施例1在最近合焦距离时的场曲示意图;
图7示出本发明实施例1在最近合焦距离时的畸变示意图;
图8示出本发明实施例2的结构示意图;
图9示出本发明实施例2在无限远合焦时的球面像差示意图;
图10示出本发明实施例2在最近合焦距离时的球面像差示意图;
图11示出本发明实施例2在无限远合焦时的场曲示意图;
图12示出本发明实施例2在无限远合焦时的畸变示意图;
图13示出本发明实施例2在最近合焦距离时的场曲示意图;
图14示出本发明实施例2在最近合焦距离时的畸变示意图;
图15示出本发明实施例3的结构示意图;
图16示出本发明实施例3在无限远合焦时的球面像差示意图;
图17示出本发明实施例3在最近合焦距离时的球面像差示意图;
图18示出本发明实施例3在无限远合焦时的场曲示意图;
图19示出本发明实施例3在无限远合焦时的畸变示意图;
图20示出本发明实施例3在最近合焦距离时的场曲示意图;
图21示出本发明实施例3在最近合焦距离时的畸变示意图;
图22示出本发明实施例4的结构示意图;
图23示出本发明实施例4在无限远合焦时的球面像差示意图;
图24示出本发明实施例4在最近合焦距离时的球面像差示意图;
图25示出本发明实施例4在无限远合焦时的场曲示意图;
图26示出本发明实施例4在无限远合焦时的畸变示意图;
图27示出本发明实施例4在最近合焦距离时的场曲示意图;
图28示出本发明实施例4在最近合焦距离时的畸变示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、 “下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示 的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述 发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术 语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连 接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电 连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件 内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-28所述,一种大光圈光学成像***,从物体侧到像侧依次包括: 具有负光焦度的第一透镜组G1、具有正光焦度的第二透镜组G2、孔径光 阑STP、具有正光焦度的第三透镜组G3、具有负光焦度的第十二透镜L41、 具有正光焦度的第四透镜组G4;合焦过程中第十二透镜L41沿光轴向着像 侧方向移动,第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜 组G4相对于像面IMG位置保持不变;
所述第一透镜组G1、第二透镜组G2和第四透镜组G4满足以下条件 式:
1.1≤F12/F≤1.7, (1);
-1.0≤F1/F2≤-0.6, (2);
-0.5≤F1/F5≤-0.1, (3);
其中,F1表示第一透镜组G1焦距,F2表示第二透镜组G2焦距,F5 表示第四透镜组G4焦距,F12表示第一透镜组G1和第二透镜组G2合成 焦距,F表示光学成像***焦距。
若小于条件式(1)下限,第一透镜组G1和第二透镜组G2合成的负光焦 度减小,使得后焦距增加。若大于条件式(1)上限,第一透镜组G1和第二透 镜组G2合成的负光焦度增大,使得入射至第三透镜组G3的主光线焦度及 高度增大,引起高阶像差恶化。
若小于条件式(2)下限,第一透镜组G1的负光焦度减小,或者第二透镜 组G2的正光焦度增大。由于入瞳向像面侧移动,部分周边光线被遮挡,不 利于确保周边光量。若大于条件式(2)上限,第一透镜组G1的负光焦度增大, 或者第二透镜组G2的正光焦度减小使得入射至光阑的光线高度增大,不利 于镜头的小型化。
若小于条件式(3)下限,第四透镜组G4的光焦度相对于第一透镜组G1 减小,光阑前后的光焦度非对称性加强,倍率色差,场曲等较难抑制。若 大于条件式(3)上限,第一透镜组G1的光焦度减小,视场边缘主光线经其出 射后偏折焦度增大,导致入射至第四透镜组G4时的角度也相应增大。
所述第一透镜组G1、第二透镜组G2满足以下条件式:
0.6≤L12/L1STP≤0.9, (4);
其中,L12表示第一透镜组G1最靠近物侧表面到第二透镜组G2最靠 近物侧表面之间距离,L1STP表示第一透镜组G1最靠近物侧表面到孔径光 阑STP的距离。
若小于条件式(4)下限,第二透镜组G2与第一透镜组G1之间的距离减 小,入射至第二透镜组G2的轴上主光线高度减小,轴向色差属于欠校正。 若大于条件式(4)上限,第二透镜组G2与第一透镜组G1之间的距离增大, 入射至第二透镜组G2的轴上主光线高度增大,进而使得镜片口径增大重量 增大,不利于实现轻量化。同时第二透镜组G2最靠近物侧面至孔径光阑 STP距离减小,限制了第二透镜组G2镜片数量,透镜组内的球差校正较困 难。
所述第三透镜组G3、第十二透镜L41满足以下条件式:
-1.1≤F3/F4≤-0.5, (5);
其中,F3表示第三透镜组G3的焦距,F4表示第十二透镜L41的焦距。
若小于条件式(5)下限,第十二透镜L41负光焦度减小,其合焦移动量 将增加,不利于实现镜头小型化。亦或者第三透镜组G3正光焦度增大,约 束轴上光线入射至第十二透镜L41的作用加强。在合焦过程中,入射至第 十二透镜L41的轴上主光线高度变化幅度增大,进而使得合焦时球差的变 化增大影响像质。若大于条件式(5)上限,第三透镜组G3的正光焦度减小, 对视场周边光线屈折能力减小,进而入射至第十二透镜L41的光线高度增大。
所述第十二透镜L41满足以下条件式:
-0.8≤SI/F4≤-0.6, (6);
其中,SI表示无限远合焦时孔径光阑STP到像面的距离,F4表示第十 二透镜L41的焦距。
若小于条件式(6)下限,孔径光阑STP至像面的距离减小,视场周边主 光线入射至第十二透镜L41的角度增大。另一方面第十二透镜L41负光焦 度减小,也会导致合焦移动量增大,且在合焦时入射至第十二透镜L41的 高度发生较大的波动。若大于条件式(6)上限,孔径光阑至像面的距离增大, 不利于实现镜头小型化。
所述镜头满足以下条件式:
7.8≤EXPP/H≤8.8, (7);
其中,EXPP表示无限远合焦时出瞳面到像面的距离,H表示最大像高。
若小于条件式(7)下限,出瞳面逐渐靠近像面,入射至像面的边缘主光 线角增大,导致成像元件单元无法完全接受光信号。若大于条件式(7)上限, 出瞳面逐渐远离像面,第五透镜组的口径将增大,不利于实现镜头小型化。
本发明还提供一种光学设备,所述光学设备设有前述的大光圈光学成 像***。
本发明中,由一种滤光器配置的平行玻璃板GL布置在第四透镜组G4 和像面IMG之间。后焦距是从第四透镜组G4的像侧表面到像表面IMG的 距离,其中平行玻璃平板GL可以变换为空气。
实施例1
图1所示的是实施例1的大光圈光学成像***结构示意图。如图1所 示,本实施例中,所述第一透镜组G1包括依次设置的具有负光焦度的第一 透镜L11、具有负光焦度的第二透镜L12、具有正光焦度的第三透镜L13 和具有负光焦度的第四透镜L14,所述第三透镜L13和第四透镜L14组合 成胶合透镜组;所述第二透镜组G2包括依次设置的具有正光焦度的第六透 镜L21、具有负光焦度的第七透镜L22和具有正光焦度的第八透镜L23,所 述第七透镜L22和第八透镜L23组合成胶合透镜组;所述第三透镜组G3 包括依次设置的具有负光焦度第九透镜L31、具有正光焦度的第十透镜L32 和具有正光焦度的第十一透镜L33,所述第九透镜L31和第十透镜L32组 合成胶合透镜组;所述第四透镜组G4包括依次设置的具有正光焦度第十三 透镜L51、具有负光焦度第十四透镜L52、具有负光焦度第十五透镜L53 和具有正光焦度第十六透镜L54;所述第四透镜L14、第八透镜L23和第十 透镜L32均为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。
所述大光圈光学成像***的数值数据如表1表、表2和表3所示:
表1
表2
表3
其中,面序号表示从物侧至像侧各镜片的表面序号;
在实施例1中,将在L12,L41和L53的物侧表面和像侧表面形成为非球 面。在下记表格中,非球面的第四,第六,第八,第十阶非球面系数A4, A6,A8,A10以及圆锥常数k共同示出。
关于非球面形状定义进行说明,同时下记实施例不再赘述非球面形状 定义:
y:从光轴开始径向坐标。
z:非球面和光轴相交点开始,光轴方向的偏移量。
r:非球面的基准球面的曲率半径。
K,4次,6次,8次,10次,12次,14次,16次的非球面系数;
球面像差曲线图表示的是在光圈数为1.4时的球面像差曲线,其中,F 线、d线、C线分别代表在波长486nm、波长587nm、波长656nm的球面 像差,横坐标表示球差值大小,纵坐标表示归一化视场。场曲曲线图表示 的是从成像中心到周边的场曲曲线,其中,实线S表示主光线d线在弧矢 像面的值,实线T表示主光线d线在子午像面的值,横坐标表示场曲值大小,纵坐标表示视场。畸变曲线图表示的是从成像中心到周边的畸变曲线, 其中,横坐标表示畸变值,纵坐标表示视场。有关各种球面像差、场曲、 畸变曲线图的上述说明与其他实施例相同,下文中将不再赘述。图2-3示出 实施例1在无限远合焦及最近对焦时的球面像差图,图4-7示出实施例1 在无限远与最近距离合焦时场曲、畸变曲线图。整体轴向色球差小于 0.1mm,被摄物体边缘不易产生色散。无限远到最近对焦距离的原生畸变小 于0.5%,配合相机内部校正基本可以做到无畸变。
实施例2
如图8所示,本实施例与实施例1的区别在于光学成像***的透镜参 数不同。
以下,表4、表5和表6示出关于本实施例的光学成像***的各种数值 数据。
表4
表5
表6
图9-10示出实施例2在无限远合焦及最近对焦时的球面像差图,图 11-14示出实施例2在无限远与最近距离合焦时场曲、畸变曲线图。整体轴 向色球差小于0.1mm,被摄物体边缘不易产生色散。无限远的像散控制较 好,拍摄星空夜景时的轴外画质会有较高水准。
实施例3
图15所示的是实施例3的光学成像***结构示意图。如图15所示,本实 施例3与实施例1的区别在于,所述第四透镜组G4包括依次设置的具有正 光焦度第十三透镜L51、具有负光焦度第十四透镜L52、具有负光焦度第十 五透镜L53。
以下表7、表8和表9示出关于本实施例的光学成像***的各种数值数 据。
表7
表8
表9
图16-17示出实施例3在无限远合焦及最近对焦时的球面像差图,图 18-21示出实施例3在无限远与最近距离合焦时场曲、畸变曲线图。70%像 场内的T与S向差异小,进而保证像散小。无限远到最近对焦距离的原生 畸变小于2%,配合相机内部校正基本可以做到0.5%或无畸变。
实施例4
如图22所示的是实施例4。如图22所示,本实施例4与实施例1的区别在 于,所述第一透镜组G1包括依次设置的具有负光焦度的第一透镜L11、具 有负光焦度的第二透镜L12、具有正光焦度的第三透镜L13、具有负光焦度 的第四透镜L14和具有正光焦度的第五透镜L15,所述第三透镜L13和第 四透镜L14组合成胶合透镜组,所述第四透镜组G4包括依次设置的具有正 光焦度第十三透镜L51、具有负光焦度第十四透镜L52和具有负光焦度第 十五透镜L53。
以下,表10、表11和表12示出关于本实施例的光学成像***的各种 数值数据。
表10
表11
表12
图23-24示出实施例4在无限远合焦及最近对焦时的球面像差图,图 25-28示出实施例4在无限远与最近距离合焦时场曲、畸变曲线图。无限远 合焦时整体轴向色球差小于0.1mm,被摄物体边缘不易产生色散。无限远 到最近对焦距离的原生畸变小于2%,配合相机内部校正基本可以做到0.5% 或无畸变。
表13示出了各个实施例的条件式1-7的计算值一览表:
表13
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本 行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和 说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前 提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的 本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界 定。
Claims (9)
1.一种大光圈光学成像***,其特征在于,从物体侧到像侧依次包括:具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、孔径光阑、具有正光焦度的第三透镜组、具有负光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第四透镜组;合焦过程中第十二透镜沿光轴向着像侧方向移动,第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组相对于像面位置保持不变;
所述第一透镜组包括依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜,所述第三透镜和第四透镜组合成胶合透镜组;所述第二透镜组包括依次设置的具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜,所述第七透镜和第八透镜组合成胶合透镜组;所述第三透镜组包括依次设置的具有负光焦度第九透镜、具有正光焦度的第十透镜和具有正光焦度的第十一透镜,所述第九透镜和第十透镜组合成胶合透镜组;所述第四透镜组包括依次设置的具有正光焦度第十三透镜、具有负光焦度第十四透镜和具有负光焦度第十五透镜;
所述第一透镜组、第二透镜组和第四透镜组满足以下条件式:
1.1≤F12/F≤1.7,(1);
-1.0≤F1/F2≤-0.6,(2);
-0.5≤F1/F5≤-0.1,(3);
其中,F1表示第一透镜组焦距,F2表示第二透镜组焦距,F5表示第四透镜组焦距,F12表示第一透镜组和第二透镜组合成焦距,F表示光学成像***焦距。
2.根据权利要求1所述的大光圈光学成像***,其特征在于,满足以下条件式:
0.6≤L12/L1STP≤0.9,(4);
其中,L12表示第一透镜组最靠近物侧表面到第二透镜组最靠近物侧表面之间距离,L1STP表示第一透镜组最靠近物侧表面到孔径光阑的距离。
3.根据权利要求1所述的大光圈光学成像***,其特征在于,满足以下条件式:
-1.1≤F3/F4≤-0.5,(5);
其中,F3表示第三透镜组的焦距,F4表示第十二透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的大光圈光学成像***,其特征在于,满足以下条件式:
-0.8≤SI/F4≤-0.6,(6);
其中,SI表示无限远合焦时孔径光阑到像面的距离,F4表示第十二透镜的焦距。
5.根据权利要求1所述的大光圈光学成像***,其特征在于,满足以下条件式:
7.8≤EXPP/H≤8.8,(7);
其中,EXPP表示无限远合焦时出瞳面到像面的距离,H表示最大像高。
6.根据权利要求1所述的大光圈光学成像***,其特征在于,所述第一透镜组还包括具有正光焦度的第五透镜,所述第五透镜设于第四透镜远离像侧的一侧。
7.根据权利要求1所述的大光圈光学成像***,其特征在于,所述第四透镜组还包括具有正光焦度的第十六透镜,所述第十六透镜设于第十五透镜远离像侧的一侧。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的大光圈光学成像***,其特征在于:所述第四透镜、第八透镜和第十透镜均为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。
9.一种光学设备,其特征在于:所述光学设备设有权利要求1-8任意一项所述的大光圈光学成像***。
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CN114755806A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-07-15 | 深圳市雷影光电科技有限公司 | 一种大光圈长焦镜头 |
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2020
- 2020-11-25 CN CN202011340214.5A patent/CN112558278A/zh active Pending
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