CN101685198B - 镜头系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镜头系统，沿其光轴从物侧到像侧方向依次包括一个正光焦度的第一透镜、一个负光焦度的第二透镜、一个正光焦度的第三透镜、一个第四透镜及一个成像面。所述镜头系统满足条件式(1)TTL/f＜1.3；(2)0.75＜f1/f＜1.25，(3)0.9＜|f2/f|＜2.2，其中，f2为第二透镜的焦距，其中TTL为所述镜头系统的总长；f1为第一透镜的焦距；f为镜头系统的焦距，所述第四透镜为一个新月型透镜，所述第四透镜具有一个面向物侧的凸面，且所述第四透镜两面均为非球面。在满足上述条件式的情况下，所述具有一较小的高度，从而满足镜头系统小型化的要求，同时确保第一透镜的光焦度在所述镜头系统中的比例，从而可以降低球差，提高成像品质。

Description

镜头系统
技术领域
本发明涉及一种镜头系统。
背景技术
近年来，随着多媒体的发展，数码产品等使用CCD(Charged CoupledDevice)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等固体成像器件作为摄像元件的需求越来越大。而这种需求增大的本身又要求镜头系统更进一步的小型化。
另一方面，由于这些固体成像器件如CCD或者CMOS的工艺技术提高，已经制作出每个像素只有几个微米大小的成像器件，现有的镜头系统，在变焦比要求较高时，对像差的矫正就变得困难使得镜头系统在满足小型化的同时成像的品质较差。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种满足小型化的同时成像品质较好的镜头系统。
一种镜头系统，沿其光轴从物侧到像侧方向依次包括一个正光焦度的第一透镜、一个负光焦度的第二透镜、一个正光焦度的第三透镜、一个第四透镜及一个成像面。所述镜头系统满足条件式(1)TTL/f＜1.3；(2)0.75＜f1/f＜1.25，(3)0.9＜|f2/f|＜2.2，其中，f2为第二透镜的焦距，其中TTL为所述镜头系统的总长；f1为第一透镜的焦距；f为镜头系统的焦距，所述第四透镜为一个新月型透镜，所述第四透镜具有一个面向物侧的凸面，且所述第四透镜两面均为非球面，该非球面面型表达式为 x = ch 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + Σ A i h i , 其中，
Figure GDA0000066918750000012
为从光轴到透镜表面的高度，k是二次曲面系数，Ai为第i阶的非球面面型系数；f：镜头系统100的有效焦距；2ω：视场角；c为顶点曲率；所述第四透镜的各项非球面系数为：
Figure GDA0000066918750000013
Figure GDA0000066918750000021
或者
上述镜头系统，在满足条件式的情况下，所述镜头系统具有一较小的高度，从镜头的第一面到成像面的距离(即成像系统的总长)较短，从而满足镜头系统小型化的要求，同时确保第一透镜的光焦度在镜头系统中的比例，从而可以降低球差，提高成像品质。
附图说明
图1为本发明提供的镜头系统示意图。
图2为图1的镜头系统的场曲图。
图3为图1的镜头系统的畸变图。
图4为图1的镜头系统的球差图。
图5为本发明第二实施方式的镜头系统的场曲图。
图6为图5的镜头系统的畸变图。
图7为图5的镜头系统的球差图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，为本发明提供的镜头系统100。沿该镜头系统100的光轴从物侧到像侧方向依次包括一个正光焦度的第一透镜10、一个光阑50、一个负光焦度的第二透镜20、一个正光焦度的第三透镜30、一个第四透镜40、一个滤光片60及一个成像面70。
当所述镜头系统100用于成像时，来自被摄物的光线从物侧方向入射所述镜头系统100并依次经过所述第一透镜10、光阑50、第二透镜20、第三透镜30及第四透镜40，最终通过所述滤光片60汇聚到所述成像面70上，通过将CCD或CMOS等固体成像器件置于所述成像面70处，即可获取该被摄物的像。
为了实现整个镜头系统100的低高度及低球差，该镜头系统100满足以下条件式：
(1)TTL/f＜1.3；及
(2)0.75＜f1/f＜1.25，
其中TTL为所述第一透镜10靠近物侧的表面到所述成像面70的距离；f1为所述第一透镜10的焦距；f为所述镜头系统100的焦距。条件式(1)给出了所述镜头系统100的总长与所述镜头系统100的焦距之间的关系，以确保所述镜头系统100整体的长度。条件式(2)给出了所述第一透镜10的焦距与所述镜头系统100的焦距之间的关系，确保了所述第一透镜10的光焦度在所述镜头系统100中的比例，可以降低球差。所述第一透镜10具有一个面向物侧的凸面。
优选地，所述第一透镜10还满足条件式：
(3)ν1＞50，
其中ν1为第一透镜10的阿贝数。以确保光线通过所述第一透镜10后，色散情况较轻，可以降低轴向色像差。
优选地，所述第二透镜20满足条件式：
(4)n2＞1.58，
其中，n2为第二透镜20的折射率。以确保所述第二透镜20的折射率较高，以利光线通过此负光焦度且高折射率的所述第二透镜20后，可以有效提升场高的高度。
优选地，所述第二透镜20还满足条件式：
(5)0.9＜|f2/f|＜2.2，
其中，f2为第二透镜20的焦距。此条件式可以确保所述第二透镜20的光焦度在所述镜头系统100中的比例，可以降低球差和慧差。
优选地，所述第三透镜30满足条件式：
(6)0.8＜f3/f＜1.6，
其中，f3为第三透镜30的焦距。此条件式可以确保所述第三透镜30的光焦度在所述镜头系统100中的比例，也可以降低球差和慧差。
优选地，所述第四透镜40为一个新月型透镜，所述第四透镜40具有一个面向物侧的凸面，且所述第四透镜40两面均为非球面。可以消除球差、慧差及像散，大大提升了成像品质。
所述光阑50位于第一透镜10与第二透镜20之间，以限制经过所述第一透镜10的光线进入所述第二透镜20的光通量，并让经过所述第一透镜10后的光锥能更加对称，使所述镜头系统100的慧差得以修正。优选地，所述光阑50设置于所述第一透镜10靠近像侧的表面上，从而可减少所述镜头系统100的元件数量，降低所述镜头系统100组装的复杂度。实际操作时，可以直接将所述第一透镜10的靠近像侧的表面上一外围环状区域涂黑以当作光阑50。所述滤光片60位于所述第四透镜40与所述成像面70之间，主要用于滤除进入所述镜头系统100光线中的位于红外波段的光线。
可以理解，所述镜头系统100的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30及第四透镜40都采用低色散材料制成。本实施方式中，所述第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30及第四透镜40均由玻璃制成。
下面请参照图2至图7，以具体实施方式来详细说明本发明的镜头系统100。
以下每个实施方式中，所述第四透镜40的两个表面均采用非球面。
非球面面型表达式如下：
x = ch 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + Σ A i h i
其中，
Figure GDA0000066918750000042
为从光轴到透镜表面的高度，k是二次曲面系数，Ai为第i阶的非球面面型系数。
f：镜头系统100的有效焦距；2ω：视场角。
第一实施方式
该镜头系统100各光学元件满足表1和表2的条件，且2ω＝74°。
表1
  镜头系统100   曲率半径(mm)   厚度(mm)   折射率   阿贝数
  第一透镜10靠物侧表面   1.66796   0.44359   1.543   56.803
  第一透镜10靠像侧表面   5.35002   0.06606   -   -
  第二透镜20靠物侧表面   -0.83057   0.30836   1.632   23.415
  第二透镜20靠像侧表面   -1.13609   0.05   -   -
  第三透镜30靠物侧表面   19.79067   0.98973   1.543   56.803
  第三透镜30靠像侧表面   -2.41796   0.051   -   -
  第四透镜40靠物侧表面   2.06183   0.48406   1.632   23.415
  第四透镜40靠像侧表面   1.35651   0.44986   -   -
  滤光片60靠物侧表面   无穷大   0.3   1.517   64.167
  滤光片60靠像侧表面   无穷大   1.19024   -   -
表2
Figure GDA0000066918750000051
所述镜头系统100的场曲、畸变及球差分别如图2到图4所示。图2中的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在(-0.10mm，0.10mm)范围内。图3中的畸变率控制在(-2％，2％)范围内。图4中，分别针对f线(λ值435.8nm)，d线(λ值587.6nm)，c线(λ值656.3nm)而观察到的球差值。总体而言，本实施方式的镜头系统100对可见光产生的球差值在(-0.05mm，0.05mm)范围内。由此可见，镜头系统100的像差、场曲、畸变都能被很好的校正。
第二实施方式
镜头系统100各光学元件满足表3和表4的条件，且2ω＝72°。
表3
  镜头系统100   曲率半径(mm)   厚度(mm)   折射率   阿贝数
  第一透镜10靠物侧表面   1.406081   0.642755   1.543   56.803
  第一透镜10靠像侧表面   3.657686   0.228189   -   -
  第二透镜20靠物侧表面   -1.25147   0.507969   1.632   23.415
  第二透镜20靠像侧表面   -2.54427   0.08   -   -
  第三透镜30靠物侧表面   7.841619   0.822438   1.543   56.803
  第三透镜30靠像侧表面   -4.62433   0.206411   -   -
  第四透镜40靠物侧表面   1.810916   0.599514   1.632   23.415
  第四透镜40靠像侧表面   1.580273   0.288861   -   -
  滤光片60靠物侧表面   无穷大   0.3   1.517   64.167
  滤光片60靠像侧表面   无穷大   1.061139   -   -
表4
Figure GDA0000066918750000061
所述镜头系统100的场曲、畸变及球差分别如图5到图7所示。图5中的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在(-0.10mm，0.10mm)范围内。图6中的畸变率控制在(-2％，2％)范围内。图7中，分别针对f线(λ值435.8nm)，d线(λ值587.6nm)，c线(λ值656.3nm)而观察到的球差值。总体而言，本实施方式的镜头系统100对可见光产生的球差值在(-0.05mm，0.05mm)范围内。由此可见，镜头系统100的像差、场曲、畸变都能被很好的校正。
上述镜头系统，在满足条件式的情况下，所述镜头系统具有一较小的高度，从镜头的第一面到成像面的距离(即成像系统的总长)较短，从而满足镜头系统小型化的要求，同时确保第一透镜的光焦度在镜头系统中的比例，从而可以降低球差，提高成像品质。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种镜头系统，沿其光轴从物侧到像侧方向依次包括一个正光焦度的第一透镜、一个负光焦度的第二透镜、一个正光焦度的第三透镜、一个第四透镜及一个成像面，其特征在于：所述镜头系统满足条件式(1)TTL/f＜1.3；(2)0.75＜f1/f＜1.25，(3)0.9＜|f2/f|＜2.2，其中，f2为第二透镜的焦距，其中TTL为所述镜头系统的总长；f1为第一透镜的焦距；f为镜头系统的焦距，所述第四透镜为一个新月型透镜，所述第四透镜具有一个面向物侧的凸面，且所述第四透镜两面均为非球面，该非球面面型表达式为 x = ch 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + Σ A i h i , 其中，
Figure FDA0000066918740000012
为从光轴到透镜表面的高度，k是二次曲面系数，Ai为第i阶的非球面面型系数；c为顶点曲率；
所述第四透镜的各项非球面系数为：
Figure FDA0000066918740000013
或者
Figure FDA0000066918740000014
2.如权利要求1所述的镜头系统，其特征在于：所述第一透镜还满足条件式(4)ν1＞50，其中ν1为第一透镜的阿贝数。
3.如权利要求1所述的镜头系统，其特征在于：所述第二透镜满足条件式(5)n2＞1.58，其中，n2为第二透镜的折射率。
4.如权利要求1所述的镜头系统，其特征在于：所述第三透镜满足条件式(6)0.8＜f3/f＜1.6，其中，f3为第三透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的镜头系统，其特征在于：所述第一透镜具有一个面向物侧的凸面。
6.如权利要求1所述的镜头系统，其特征在于：所述镜头系统还包括一个滤光片，所述滤光片位于所述第四透镜与所述镜头系统的成像面之间。
7.如权利要求1所述的镜头系统，其特征在于：所述镜头系统还包括一个光阑，所述光阑位于第一透镜与第二透镜之间。
8.如权利要求7所述的镜头系统，其特征在于：所述光阑设于第一透镜靠近像侧的表面上。
9.如权利要求7所述的镜头系统，其特征在于：所述光阑为在所述第一透镜的靠近像侧的表面上一外围环状区域涂黑层。
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