CN102053348A - 微距镜头系统和包括该微距镜头系统的拾取装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种微距镜头系统和包括该微距镜头系统的拾取装置，所述微距镜头系统按照从物方到像方的顺序包括具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；具有正屈光力的第四透镜组；具有负屈光力的第五透镜组，其中，在聚焦过程中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组固定，第二透镜组和第四透镜组移动。

Description

微距镜头系统和包括该微距镜头系统的拾取装置

本申请要求于2009年10月28日递交到韩国知识产权局的第10-2009-0102973号韩国专利申请的优先权权益，该申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

本发明涉及一种镜头系统以及包含该镜头系统的拾取装置，该镜头系统具有大的孔径并且能够进行特写拍摄。

背景技术

近来，对单镜头反光照相机的需求显著增加，并且具有图像传感器(例如，电耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))的数码单镜头反光照相机已经比胶片照相机受到更多的关注。根据用户的需求以及图像传感器的技术发展，数码单镜头反光照相机具有越来越高的质量，并且已经开发了具有各种功能的透镜。例如，对于可执行对物体的普通拍摄以及微距拍摄的镜头系统的需求也在增长。

发明内容

多个实施例包括微距镜头系统，该微距镜头系统的整个光学长度在聚焦过程中不变，因此便于携带。

多个实施例还包括包含该微距镜头系统的拾取装置。

根据一个实施例，提供了一种微距镜头系统，所述微距镜头系统按照从物方到像方的顺序包括具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有正屈光力的第四透镜组、包括具有负屈光力的仅仅单个透镜组的第五透镜组，其中，在聚焦过程中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组固定，第二透镜组和第四透镜组移动。

第五透镜组可仅包括一个透镜。

所述微距镜头系统，可满足下面的式子：

$-1.0\≤\frac{c_f+c_r}{c_f-c_r}\≤1.0$

其中，c_f表示第三透镜组最靠近物方的透镜表面的曲率，c_r表示第三透镜组最靠近像方的透镜表面的曲率。

第一透镜组可包括至少一个双合透镜。

根据另一实施例，提供了一种微距镜头系统，按照从物方到像方的顺序包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组，在聚焦过程中第二透镜组从物方向着像方移动；具有正屈光力的第三透镜组；具有正屈光力的第四透镜组，在聚焦过程中，第四透镜组从像方向着物方移动；具有负屈光力的第五透镜组，其中，微距镜头系统满足下面的式子：

$-0.9\≤\frac{f_1\·f_2}{f_{\∞}\·(f_1+f_2)}\≤-0.55$

其中，f₁表示第一透镜组的焦距，f₂表示第二透镜组的焦距，f_∞表示聚焦在无限远物体处的总焦距。

在聚焦过程中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组可被固定。

第三透镜组仅包括一个透镜。

第三透镜组可包括光阑。

第二透镜组可包括非双凸透镜。

第三透镜组最靠近像方的透镜表面可以是凸透镜表面或平面透镜表面。

所述的微距镜头系统，可具有范围为0至-1的放大倍率。

根据另一实施例，提供了一种拾取装置，包括微距镜头系统和接收由微距镜头系统会聚的光的成像装置。所述微距镜头系统按照从物方到像方的顺序包括具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有正屈光力的第四透镜组、具有负屈光力的第五透镜组，其中，在聚焦过程中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组固定，第二透镜组和第四透镜组移动。第五透镜组包括单一透镜组。

根据另一实施例，提供了一种拾取装置，包括微距镜头系统和接收由微距镜头系统会聚的光的成像装置。所述微距镜头系统按照从物方到像方的顺序包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组，在聚焦过程中第二透镜组从物方向着像方移动；具有正屈光力的第三透镜组；具有正屈光力的第四透镜组，在聚焦过程中，第四透镜组从像方向着物方移动；具有负屈光力的第五透镜组，其中，微距镜头系统满足下面的式子：

$-0.9\≤\frac{f_1\·f_2}{f_{\∞}\·(f_1+f_2)}\≤-0.55$

其中，f₁表示第一透镜组的焦距，f₂表示第二透镜组的焦距，f_∞表示聚焦在无限远物体处的总焦距。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据实施例的微距镜头系统的示图，其中，放大倍率M分别满足下述等式：M＝0、M＝-0.5以及M＝-1.0；

图2A是示出图1的微距镜头系统在M＝0.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图；

图2B是示出图1的微距镜头系统在M＝-0.5时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图；

图2C是示出图1的微距镜头系统在M＝-1.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图；

图3是示出根据另一实施例的微距镜头系统的示图，其中，放大倍率M分别满足下述等式：M＝0、M＝-0.5以及M＝-1.0；

图4A是示出图3的微距镜头系统在M＝0.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图；

图4B是示出图3的微距镜头系统在M＝-0.5时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图；

图4C是示出图3的微距镜头系统在M＝-1.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图；

图5是示出根据另一实施例的微距镜头系统的示图，其中，放大倍率M分别满足下述等式：M＝0、M＝-0.5以及M＝-1.0；

图6A是示出图5的微距镜头系统在M＝0.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图；

图6B是示出图5的微距镜头系统在M＝-0.5时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图；

图6C是示出图5的微距镜头系统在M＝-1.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图；

图7是根据实施例的包括微距镜头系统的拾取装置的示图。

具体实施方式

以下，将更详细地描述根据实施例的镜头系统以及包含该镜头系统的拾取装置。

根据实施例，作为为了便于携带而在放大倍率改变的过程中总长度不变的光学系统的微距镜头系统可以用于照相机以及视频摄像机中。所述微距镜头系统按照从物方的顺序包括：具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有正屈光力的第四透镜组、具有负屈光力的第五透镜组。在该微距镜头系统中，在聚焦过程中，第一透镜组、第三透镜组以及第五透镜组固定，第二透镜组和第四透镜组移动，从而不改变镜头系统的总长度。第五透镜组可不包含几个子组，可仅包含单个透镜组，从而保持镜头系统的总长度。在这种情况下，单个透镜组是指在单个透镜组内没有相互独立移动的子组。第五透镜组可包含一个透镜。例如，该透镜可以是双凹透镜。

参照图1，微距镜头系统包括具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3、具有正屈光力的第四透镜组G4、具有负屈光力的第五透镜组G5。第一透镜组G1可包括从由负透镜和正透镜构成的组中选择的至少一个透镜。此外，第一透镜组G1可包括由负透镜和正透镜组成的双合透镜。第二透镜组G2可包括从由负透镜和正透镜组成的组中选择的至少一个透镜。此外，第二透镜组G2可包括由负透镜和正透镜组成的双合透镜。第三透镜组G3可包括透镜以及位于第三透镜组G3的物方O或像方I的光阑。第四透镜组G4可包括从由负透镜和正透镜构成的组中选择至少一个透镜。此外，第四透镜组G4可包括至少一个双合透镜。第五透镜组G5可包括至少一个透镜。在图1中，第五透镜组G5包括单个透镜，但是也可包括多个透镜。

第二透镜组G2具有强的负屈光力，并且可参与放大倍率改变。第三透镜组G3包括光阑13，并且可校正球面像差。光阑13可布置在第三透镜组G3的物方O或像方I。第四透镜组G4可校正像平面位置的改变，第五透镜组G5可校正像散场曲以及畸变。虽然已经描述了各个透镜组的主要功能，但是各个透镜组的功能不限于此。

当在光阑13周围没有透镜组时，在无限远物距的情况下会难以校正球面像差。此外，由于第二透镜组G2具有负屈光力，透射通过第二透镜组G2的大部分光会发散，因此，与光阑13相邻设置的第四透镜组G4的尺寸将变得更大。结果，第四透镜组G4的重量会增加。然而，第四透镜组G4可在聚焦过程中移动，因此，第四透镜组G4的重量可能越轻越好。因此，在本实施例中，具有正屈光力的第三透镜组G3紧邻第二透镜组G2，从而可减小第四透镜组G4的孔径，使得第四透镜组G4的重量可减小。此外，当对无限远处的物体聚集时，由于第二透镜组G2的强的负屈光力，轴向边光会(axial marginal rays)被准直或发散。然后，由于第三透镜组G3的正屈光力，光线会被再次会聚。为了有效地校正关于这些光线的球面像差，第三透镜组G3的最靠近物方O的透镜表面可以为凸出表面。

同时，第三透镜组G3的最靠近像方I的透镜表面可以为凸出表面。该透镜表面仅仅稍微凸出，因此看起来像平面。例如，由于聚焦在无限远物体处时第一透镜组G1和第二透镜组G2的组合焦距大，所以当通过第三透镜组G3的轴向边光平行于光轴时，第三透镜组G3的最靠近像方I的透镜表面具有大的曲率。因此，第三透镜组G3的近似平面的凸出表面适合用于校正球面像差。

在实施例中，当透射通过第三透镜组G3的光线通过第三透镜组G3的正屈光力而会聚时，第三透镜组G3的最靠近像方I的透镜表面可包括凸出表面。在这种情况下，在第三透镜组G3中可进行球面像差的附加校正。通过透镜形状进行的球面像差校正可以通过单个透镜中的球面像差校正的原理来解释。此外，当校正球面像差时，也可校正彗形像差。

用于球面像差校正的第三透镜组G3的透镜的形状可满足由式1表示的下述条件：

$-1.0\≤\frac{c_f+c_r}{c_f-c_r}\≤1.0...\left(1\right)$

其中，c_f表示第三透镜组G3的最靠近物方O的透镜表面的曲率，c_r表示第三透镜组G3的最靠近像方I的透镜表面的曲率。

对于单个透镜，用于像差校正的透镜的形状的条件被称为形状因子(参考P.Mouroulis and J.Macdonald，Geometrical Optics and Optics Design(Oxford Univ.Press，1997)，Chap.9)。例如，当透镜的形状因子为-1或+1时，透镜变现为平凸透镜。当形状因子为+1时，其变现为最靠近物方O的表面为凸出表面的平凸透镜。当透镜的形状因子为-1，所述透镜变现为其最靠近像方I的表面为凸出表面的平凸透镜。

第三透镜组G3可包括透镜，所述第三透镜组G3的透镜可以是平凸透镜或双凸透镜。

微距镜头系统可满足由下面式2表示的条件，以校正第三透镜组G3的球面像差：

$-0.9\≤\frac{f_1\·f_2}{f_{\∞}\·(f_1+f_2)}\≤-0.55...\left(2\right)$

其中，f₁表示第一透镜组G1的焦距，f₂表示第二透镜组G2的焦距，f_∞表示聚焦在无限远物体上时的总焦距。

用于球面像差校正的第三透镜组G3的焦距范围依赖于第一透镜组G1和第二透镜组G2的组合焦距。这是因为球面像差依赖于由第一透镜组G1和第二透镜组G2确定的放大倍率因子。第一透镜组G1和第二透镜组G2的组合焦距由下面的式3表示：

$\frac{1}{f_{12}}=\frac{1}{f_1}+\frac{1}{f_2}-\frac{d}{f_1\·f_2}...\left(3\right)$

其中，f₁₂表示第一透镜组G1和第二透镜组G2的组合焦距，f₁表示第一透镜组G1的焦距，f₂表示第二透镜组G2的焦距，d表示第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离。在这种情况下，与第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离d相比，在无限远物距处时f₁和f₂的乘积通常具有非常大的值，因此式3的右侧的第三项可以忽略不计。因此，可以根据第一透镜组G1和第二透镜组G2的焦距来确定第一透镜组G1和第二透镜组G2的合成焦距。

第二透镜组G2可不包括双凸透镜。为了减少f数，第二透镜组G2的孔径可以较大。然而，当第二透镜组G2的孔径增大时，其重量也增加。作为移动的透镜组的第二透镜组G2的重量增加会增加驱动电机的负荷。当第二透镜组G2包括双凸透镜时，重量根据孔径的增加而增加的程度大于第二透镜组包括弯月透镜时的情形。因此，不希望在第二透镜组G2中使用双凸透镜。例如，第二透镜组G2可包括弯月透镜，凹透镜或平凹透镜。

微距镜头系统可具有小的F数，从而提供高亮度并且能够以1×放大倍率进行拍摄。在本实施例中，通过在每个透镜组内分布屈光力来使用少量的透镜，可以获得具有大孔径的小F数的并且重量轻的镜头系统。微距镜头系统具有范围为0至-1×的会聚放大倍率(convergence magnification)。此外，在放大倍率改变期间镜头系统的总长度不变，并且第五透镜组G5仅包括单个独立透镜组，从而使得镜头系统小型化。

现在将描述根据各种设计方法准备的根据下面的实施例的微距镜头系统。下面，f表示镜头系统的总焦距，2ω表示视角。在示出各个实施例的附图中，镜头系统可包括最靠近像方I设置的滤光器。

<第一实施例>

图1是示出根据实施例的微距镜头系统的示图，其中，放大倍率M分别满足下面等式中的每一个：M＝0、M＝-0.5以及M＝-1.0。

f＝58.7mm，F数＝2.46，2ω＝27.8°

下面的图表示出了在聚焦过程中图1的微距镜头系统中的可变距离。A表示第一透镜组G1与物之间的距离，B、C、D、E分别表示第一至第五透镜组中相邻透镜组之间的距离，F表示第五透镜组与像之间的距离。

可变距离	M＝0.0	M＝-0.5	M＝-1.0
				A	∞	117.0984	75.8
B	1.8922	7.3870	14.5347

C	13.4085	7.9137	0.7659
				D	16.3183	9.3162	3.0000
E	2.2302	9.2323	15.5485
				F	34.9999	34.9999	34.9999

图2A是示出图1的微距镜头系统在M＝0.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图。图2B是示出图1的微距镜头系统在M＝-0.5时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图。图2C是示出图1的微距镜头系统在M＝-1.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图。球面像差关于C-线、d-线和F线发生。C-线的波长为656.3nm，d-线的波长为587.6nm，F-线的波长为486.1nm。在像散场曲中，实线是关于弧矢像平面的像差，虚线是关于子午像平面的像差。

<第二实施例>

图3是根据另一实施例的微距镜头系统的示图，其中，放大倍率M分别满足下面等式中的每一个：M＝0、M＝-0.5、M＝-1.0。

f＝58.15mm，F数＝2.88，2ω＝27.6°

下面的图表示出了在聚焦过程中图3的微距镜头系统中的可变距离。

可变距离	M＝0.0	M＝-0.5	M＝-1.0
				A	∞	119.3370	75.8
B	1.7522	5.7979	10.9850
				C	10.4342	6.3884	1.2014
D	16.5399	9.2964	3.0007
				E	4.7566	12.0001	18.2958
F	29.3912	29.3912	29.3912

图4A是示出图3的微距镜头系统在M＝0.0时的纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图。图4B是示出图3的微距镜头系统在M＝-0.5时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图。图4C是示出图3的微距镜头系统在M＝-1.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图。球面像差关于C-线、d-线和F线发生。C-线的波长为656.3nm，d-线的波长为587.6nm，F-线的波长为486.1nm。在像散场曲中，实线是相对于弧矢像平面的像差，虚线是相对于子午像平面的像差。

<第三实施例>

图5是根据另一实施例的微距镜头系统的示图，其中，放大倍率M分别满足下面等式中的每一个：M＝0、M＝-0.5、M＝-1.0。

f＝59.6mm，F数＝2.44，2ω＝27.4°

下面的图表示出了在聚焦过程中图5的微距镜头系统中的可变距离。

可变距离

M＝0.0

M＝-0.5

M＝-1.0

A	∞	142.2421	99.2525
				B	2.4300	9.9533	17.2530
C	16.6530	9.1297	1.8300
				D	25.5041	11.5828	1.2509
E	4.4452	18.3665	28.6984
				F	34.0137	34.0137	34.0137

图6A是示出图5的微距镜头系统在M＝0.0时的纵向球面像差、像散场曲和畸变的曲线图。图6B是示出图5的微距镜头系统在M＝-0.5时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图。图6C是示出图5的微距镜头系统在M＝-1.0时纵向球面像差、像散场曲以及畸变的曲线图。球面像差关于C-线、d-线和F线发生。C-线的波长为656.3nm，d-线的波长为587.6nm，F-线的波长为486.1nm。在像散场曲中，实线是相对于弧矢像平面的像差，虚线是相对于子午像平面的像差。

接着，各个实施例满足表达式1和2。

如上所述，根据各个实施例的微距镜头系统具有大的孔径和小的尺寸，并且重量轻，能够进行1×放大倍率的特写拍摄。此外，在聚焦过程中，微距镜头系统的总长度不变，从而使得镜头系统小型化而使微距镜头系统便于携带。

图7是根据实施例的包括微距镜头系统11的拾取装置10的示图。参照图7，拾取装置10包括在上述实施例中描述的微距镜头系统11，以及接收由微距镜头系统11会聚的光的成像装置12。拾取装置10可包括记录单元13以及用于观察物体图像的取景器14，在记录单元13中，记录与由成像装置12光电转换的物体图像相应的信息。此外，拾取装置10可包括用于显示物体图像的显示单元15。在图7中，拾取装置10分别包括取景器14和显示单元15，但是，也可仅包括显示单元15而不包括取景器14。拾取装置的特征不限于图7的拾取装置10的特征，除了相机之外，该拾取装置还可用于各种光学设备中。如上所述，拾取装置(如数码相机)包括微距镜头系统11，因此，可以获得价格低廉、明亮、能够进行1×放大倍率拍摄的小尺寸光学设备。

这里所引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请以及专利)通过引用全部包含于此，达到如同每份参考文献单独而详细地被指明通过引用而包含于此并在这里全部被阐述的程度。

在描述本发明的上下文中(尤其是在权利要求的上下文中)使用的单数术语或类似描述应该被解释为覆盖单数和复数。此外，这里的描述的值的范围仅仅意图用作单独地引用落入该范围内的每个离散的值的简略的表达方法，除非这里另外指明，否则每个单独的值被包含在说明书中，如同每个值在这里单独列举一样。这里所使用任何或所有示例或示例性语言(例如“如”)仅仅为了更好地阐述本发明，无意限制本发明的范围，除非做出相反的声明。没有哪个项或组件对本发明的实施是必不可少的，除非某个元件被特别描述为对本发明的实施是“必不可少”或“关键的”。

尽管已参照示例性实施例详细示出和描述了根据本发明的微距镜头系统以及包含该微距镜头系统的拾取装置，但是，本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。

Claims (15)

1.一种微距镜头系统，按照从物方到像方的顺序包括：

具有正屈光力的第一透镜组；

具有负屈光力的第二透镜组；

具有正屈光力的第三透镜组；

具有正屈光力的第四透镜组；

包括具有负屈光力的单个透镜组的第五透镜组，

其中，在聚焦过程中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组固定，第二透镜组和第四透镜组移动。

2.如权利要求1所述的微距镜头系统，其中，第五透镜组仅包括一个透镜。

3.如权利要求1所述的微距镜头系统，满足下面的式子：

$-1.0\&le;\frac{c_f+c_r}{c_f-c_r}\&le;1.0$

其中，c_f表示第三透镜组的最靠近物方的透镜表面的曲率，c_r表示第三透镜组的最靠近像方的透镜表面的曲率。

4.如权利要求1所述的微距镜头系统，其中，第一透镜组包括至少一个双合透镜。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的微距镜头系统，其中，第三透镜组包括光阑。

6.如权利要求1至4中的任一项所述的微距镜头系统，其中，第二透镜组包括非双凸透镜。

7.如权利要求1至4中的任一项所述的微距镜头系统，其中，第三透镜组的最靠近像方的透镜表面是凸透镜表面或平面透镜表面。

8.如权利要求1至4中的任一项所述的微距镜头系统，具有范围为0到-1的放大倍率。

9.一种微距镜头系统，按照从物方到像方的顺序包括：

具有正屈光力的第一透镜组；

具有负屈光力的第二透镜组，在聚焦过程中，第二透镜组从物方向着像方移动；

具有正屈光力的第三透镜组；

具有正屈光力的第四透镜组，在聚焦过程中，第四透镜组从像方向着物方移动；

具有负屈光力的第五透镜组，

其中，微距镜头系统满足下面的式子：

$-0.9\&le;\frac{f_1\&CenterDot;f_2}{f_{\&infin;}\&CenterDot;(f_1+f_2)}\&le;-0.55$

其中，f₁表示第一透镜组的焦距，f₂表示第二透镜组的焦距，f_∞表示聚焦在无限远物体处的总焦距。

10.如权利要求9所述的微距镜头系统，其中，在聚焦过程中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组固定。

11.如权利要求9所述的微距镜头系统，其中，第三透镜组仅包括一个透镜。

12.如权利要求9中任一项所述的微距镜头系统，满足下面的式子：

$-1.0\&le;\frac{c_f+c_r}{c_f-c_r}\&le;1.0$

其中，c_f表示第三透镜组的最靠近物方的透镜表面的曲率，c_r表示第三透镜组的最靠近像方的透镜表面的曲率。

13.如权利要求9至12中的任一项所述的微距镜头系统，具有范围为0至-1的放大倍率。

14.一种拾取装置，包括微距镜头系统和成像装置，

所述微距镜头系统按照从物方到像方的顺序包括具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有正屈光力的第四透镜组；包括具有负屈光力的单个透镜组的第五透镜组，

所述成像装置接收由所述微距镜头系统会聚的光，

其中，在聚焦过程中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组固定，第二透镜组和第四透镜组移动。

15.如权利要求14所述的微距镜头系统，满足下面的式子：

$-1.0\&le;\frac{c_f+c_r}{c_f-c_r}\&le;1.0$

其中，c_f表示第三透镜组的最靠近物方的透镜表面的曲率，c_r表示第三透镜组的最靠近像方的透镜表面的曲率。

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