CN102466857A - 取像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种取像镜头,其从物侧到像侧依次包括一个具有负光焦度的第一透镜组、一个具有正光焦度且移动设置的第二透镜组以及一个具有正光焦度的第三透镜组。第一透镜组包括第一及第二镜片。第二透镜组包括第三及第四镜片。第三透镜组包括第五镜片。该取像镜头满足条件式:2.1≤Lw/(α*Y)<2.5;1.9≤|Fp1/F1|≤2.2;0.6≤|Fp2/F2|≤0.7。其中,Lw为取像镜头在广角端的光学总长,α为取像镜头在望远端的有效焦距与广角端的有效焦距之比,Y为最大像高,Fp1为第二镜片的有效焦距,Fp2为第四镜片的有效焦距,F1及F2分别为第一及第二透镜组的有效焦距。符合上述条件的取像镜头具有较小的总长度,同时具有较好的成像品质。

Description

取像镜头
技术领域
本发明涉及成像技术,特别涉及一种取像镜头。
背景技术
目前,为提高成像质量,取像镜头往往需要采用较多数目的镜片,导致取像镜头的总长过大,不利于小型化。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种成像品质较好而且小型化的取像镜头。
一种取像镜头,从物侧到像侧依次包括一个具有负光焦度的第一透镜组、一个具有正光焦度且移动设置的第二透镜组以及一个具有正光焦度的第三透镜组。该第一透镜组包括一个靠近物侧的光焦度为负的第一镜片以及一个靠近像侧的光焦度为正的第二镜片。该第二透镜组包括一个靠近物侧的光焦度为正的第三镜片以及一个靠近像侧的光焦度为负的第四镜片。该第三透镜组包括一个靠近像侧的光焦度为正的第五镜片。该取像镜头满足以下条件式:
2.1≤L w/(α*Y)<2.5;
1.9≤|F p 1/F 1|≤2.2;
0.6≤|F p 2/F 2|≤0.7;
其中,L w为该取像镜头在广角端的光学总长,α为该取像镜头在望远端的有效焦距与广角端的有效焦距之比,Y为最大像高,Fp1为该第二镜片的有效焦距,Fp2为第四镜片的有效焦距,F1为第一透镜组的有效焦距,F2为第二透镜组的有效焦距。
上述条件使得该取像镜头具有约四倍的变焦比(通过改变该第二透镜组的位置),不仅可保证成像品质,而且更趋小型化。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的取像镜头位于广角端的光学结构示意图。
图2是图1的取像镜头位于望远端的光学结构示意图。
图3是图1的取像镜头的位于广角端的球差特性曲线图。
图4是图1的取像镜头的位于广角端的场曲特性曲线图。
图5是图1的取像镜头的位于广角端的畸变特性曲线图。
图6是图1的取像镜头的位于广角端的横向色差特性曲线图。
图7是图1的取像镜头的位于望远端的球差特性曲线图。
图8是图1的取像镜头的位于望远端的场曲特性曲线图。
图9是图1的取像镜头的位于望远端的畸变特性曲线图。
图10是图1的取像镜头的位于望远端的横向色差特性曲线图。
主要元件符号说明
取像镜头    10
第一透镜组  100
第一镜片    102
第二镜片    104
成像面      130
红外滤光片  150
玻璃盖板    160
第二透镜组  200
第三镜片    202
第四镜片    204
第三透镜组  300
第五镜片    303
光阑            400
第一表面        S1
第二表面        S2
第三表面        S3
第四表面        S4
第五表面        S5
第六表面        S6
第七表面        S7
第八表面        S8
第九表面        S9
第十表面        S10
第十一表面      S11
第十二表面      S12
第十三表面      S13
第十四表面      S14
具体实施方式
请参阅图1及图2,为本发明较佳实施方式的取像镜头10从物侧到像侧依次包括一个具有负光焦度的第一透镜组100、一个具有正光焦度且移动设置的第二透镜组200以及一个具有正光焦度的第三透镜组300。
第一透镜组100包括一个靠近物侧的光焦度为负的第一镜片102以及一个靠近像侧的光焦度为正的第二镜片104。第一镜片102包括面对物侧且光焦度为负的第一表面S1以及面对像侧的光焦度为正的第二表面S2。第二镜片104包括面对物侧的光焦度为正的第三表面S3以及面对像侧且光焦度为负的第四表面S4。
第二透镜组200包括一个靠近物侧的光焦度为正的第三镜片202以及一个靠近像侧的光焦度为正的第四镜片204。第三镜片202包括面对物侧的光焦度为正的第五表面S5以及面对像侧的光焦度为正的第六表面S6。第四镜片204包括面对物侧的光焦度为正的第七表面S7以及面对像侧的光焦度为负的第八表面S8。
第三透镜组300包括一个靠近像侧的光焦度为正的第五镜片303。第五镜片303包括面对物侧的光焦度为正的第九表面S9以及面对像侧的光焦度为正的第十表面S10。
取像镜头10成像时,光线自物侧入射,依次经第一透镜组100、第二透镜组200以及第三透镜组300后会聚(成像)于一成像面130上。在该成像面130处设置光感测元件便可构成一取像装置。
为得到减小整个取像镜头10的长度以及使保证镜头的各种光学性能,取像镜头10满足以下三个条件式:
(1)2.1≤L w/(α*Y)<2.5。
其中,Lw为该取像镜头在广角端的光学总长,α为变倍比(即是,取像镜头10在望远端的有效焦距与广角端的有效焦距之比),Y为最大像高。
Lw/(α*Y)的比值过小则像差难以得到修正,比值过大,则取像镜头10所需总长度较大。因此,条件式(1)在保证了像差可以得到修正的同时,也限制了整个取像镜头10的整体长度。
(2)1.9≤|Fp1/F1|≤2.2。
其中,Fp1为该第二镜片的有效焦距,F1为第一透镜组的有效焦距。
|Fp1/F1|的比值过小,场曲变大,比值过大,像散变严重,影响解析度。因此,条件式(2)保证了取像镜头10的场曲及像散都保持在适当的范围内。
(3)0.6≤|Fp2/F2|≤0.7。
其中,Fp2为第四镜片的有效焦距,F2为第二透镜组的有效焦距。
|Fp2/F2|的比值过小,像散严重,比值过大,场曲和边缘视场的色差变严重。因此,条件式(3)保证了取像镜头10的像散、场曲及边缘视场的色差都保持在适当的范围内。
取像镜头10在从广角端到望远端变焦的过程中,第一透镜组100与第二透镜组200之间的间隔减小,第二透镜组200与第三透镜组300之间的间隔增加,从而实现可变的放大倍数。
优选地,取像镜头10还满足以下两个条件式:
(4)0.65<M2/Ft<0.76;
(5)0.25<L12t/Ft<0.3。
其中,M2为取像镜头10从广角端到望远端时第二透镜组200沿光轴的最大移动量,L12t是取像镜头10处于望远端时,第一透镜组100的第一镜片102最靠近像侧的表面沿光轴到第二透镜组200的第三镜片202最靠近物侧的表面的距离。Ft为取像镜头10在望远端的有效焦距。
条件式(4)及(5)中的两个比值过小则取像镜头10总长过长,若过大则解析质量下降。因此,条件式(4)及(5)用于平衡取像镜头10的总长度、变倍比及解析质量。
优选地,取像镜头10还包括一个设置于第二透镜组200与第三透镜组300之间且靠近第二透镜组200的光阑(aperturestop)400,以及设置在第三透镜组300与成像面130之间的红外滤光片150及玻璃盖板160。光阑400随着第二透镜组200一起移动。红外滤光片150包括一个面对物侧的第十一表面S11以及一个面对像侧的第十二表面S12。玻璃盖板160包括一个面对物侧的第十三表面S13以及一个面对像侧的第十四表面S14。
优选地,第一透镜组100、第二透镜组200以及第三透镜组300均采用玻璃制造,便于消除像差提升取像镜头10的成像品质。同时也使得取像镜头10环境适应能力较强,可以承受较高的环境温度。
以下结合附表进一步说明取像镜头10。其中,所述“距离”为对应表面到后一个表面的轴上距离(两个表面截得光轴的长度)。该距离与曲率半径的单位均为毫米。本实施方式中的取像镜头10满足表1至表3所列的条件。
表1
  光学表面   面形   曲率半径   距离   折射率   阿贝数   圆锥定数
  S1   球面   114.4   0.7   1.7725   49.62
  S2   球面   5.52   1.613
  S3   非球面   10.86   1.32   1.8466   23.78   1.891247
  S4   非球面   22.199   12.428   1.371508
  S5   非球面   3.45   1.1417   1.7433   49.325   -3.38292
  S6   非球面   -29.0738   0.066   -147.4572
  S7   球面   5.51   0.989   1.9228   20.884
  S8   球面   2.42   0.558
  光阑   ---   Infinity   3.36
  S9   球面   23.815   1.3667   1.6967   56.42
  S10   球面   -14.8019   1.952
  S11   ---   Infinity   0.3   1.5168   64.167
  S12   ---   Infinity   0.3
  S13   ---   Infinity   0.5   1.5168   64.167
  S14   ---   Infinity   0.4
  成像面   ---   Infinity
第二镜片104与第三镜片202的非球面系数表2所列的条件
表2
  S3   S4   S5   S6
  A   -5.50292627E-04   -7.79519566E-04   7.61616608E-03   1.79622017E-04
  B   -3.90081893E-05   -3.17852908E-05   -5.01392006E-04   5.94625391E-04
  C   2.22517662E-06   2.57527394E-06   -4.92792716E-05   -6.00809753E-04
  D   -3.29480912E-08   -1.09806363E-07   4.20706002E-05   2.90545574E-04
  E   -8.88537388E-11   6.05255361E-09   -1.02950127E-05   -7.29529150E-05
  F   1.18244619E-10   -1.85306142E-10   1.42880302E-06   9.23481619E-06
  G   -5.75716349E-12   -6.48843465E-13   -1.01939687E-07   -4.81524134E-07
其中,非球面的面型可用以下公式表示:
z = ch 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 + Eh 12 + Fh 14 + Gh 16
其中,z是沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考距光轴的位移值,c是曲率半径,h为镜片高度,K为圆锥定数(Coin Constant),A、B、C、D、E、F、G分别为四次、六次、八次、十次、十二次、十四次、十六次的非球面系数。
取像镜头10位于广角端跟望远端时,各个透镜组间的距离如表3所示。
表3
  状态   f   D 4   D 9   D 11
  广角端   4.2   12.428   3.3613   1.9525
  望远端   15.7   0.6815   14.3095   1.439
其中,f为取像镜头10的有效焦距。D 7为第一透镜组100与第二透镜组200之间的距离,即在光轴上第四表面S4与第五表面S5之间的距离。D9为第二透镜组200与第三透镜组300之间的距离,即光阑400靠近第三透镜组300的表面与第九表面S9之间的距离。D11为第三透镜组300与红外滤光片150之间的距离。即第十表面S10与第十一表面S11之间的距离。
本实施方式的取像镜头10位于广角端及望远端时的球差特性曲线、场曲特性曲线、畸变的特性曲线以及横向色差特性曲线分别如图2至图9所示。其中,曲线a、b、c、d及e分别表示波长分别436纳米、486纳米、546纳米、588纳米及656纳米的光线的特性曲线。由图2及图6可见,取像镜头10对可见光(400-700纳米)产生的球差被控制在-0.2mm~0.2mm间。由图3及图7中的子午场曲(tangential field curvature)特性曲线t以及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线s可见,取像镜头10的子午场曲及弧矢场曲被控制在-0.2m m~0.2mm间。由图4及图8可见,取像镜头10的畸变量被控制在-14%~14%间。由图5及图9可见,取像镜头10的横向色差被控制在-5μm~5μm间。由此可见,取像镜头10的像差、场曲、畸变及色差都能被很好的校正。
应该指出,上述实施例仅为本发明的较佳实施方式,本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种取像镜头,从物侧到像侧依次包括一个具有负光焦度的第一透镜组、一个具有正光焦度且移动设置的第二透镜组以及一个具有正光焦度的第三透镜组,其特征在于:该第一透镜组包括一个靠近物侧的光焦度为负的第一镜片以及一个靠近像侧的光焦度为正的第二镜片;该第二透镜组包括一个靠近物侧的光焦度为正的第三镜片以及一个靠近像侧的光焦度为负的第四镜片;该第三透镜组包括一个靠近像侧的光焦度为正的第五镜片;该取像镜头满足以下条件式:
2.1≤Lw/(α*Y)<2.5;
1.9≤|Fp1/F1|≤2.2;
0.6≤|Fp2/F2|≤0.7;
其中,Lw为该取像镜头在广角端的光学总长,α为该取像镜头在望远端的有效焦距与广角端的有效焦距之比,Y为最大像高,Fp1为该第二镜片的有效焦距,Fp2为第四镜片的有效焦距,F1为第一透镜组的有效焦距,F2为第二透镜组的有效焦距。
2.如权利要求1所述的取像镜头,其特征在于,该取像镜头在从广角端到望远端变焦的过程中,该第一透镜组与该第二透镜组之间的间隔减小,该第二透镜组与该第三透镜组之间的间隔增加。
3.如权利要求1所述的取像镜头,其特征在于,该取像镜头还满足条件式:
0.65<M2/Ft<0.76;
0.25<L 12t/Ft<0.3;
其中,M2为该取像镜头从广角端到望远端时该第二透镜组沿光轴的最大移动量,L12t是该取像镜头处于望远端时,该第一透镜组的第一镜片最靠近像侧的表面沿光轴到该第二透镜组的第三镜片最靠近物侧的表面的距离,Ft为该取像镜头在望远端的有效焦距。
4.如权利要求1所述的取像镜头,其特征在于,该第一镜片包括面对物侧且光焦度为正的第一表面以及面对像侧的光焦度为负的第二表面,该第二镜片包括面对物侧的光焦度为正的第三表面以及面对像侧且光焦度为负的第四表面。
5.如权利要求1所述的取像镜头,其特征在于,该第三镜片包括面对物侧的光焦度为正的第五表面以及面对像侧的光焦度为正的第六表面,该第四镜片包括面对物侧的光焦度为正的第七表面以及面对像侧的光焦度为负的第八表面。
6.如权利要求1所述的取像镜头,其特征在于,该第五镜片包括面对物侧的光焦度为正的第九表面以及面对像侧的光焦度为正的第十表面。
7.如权利要求1所述的取像镜头,其特征在于,该取像镜头还包括一个设置于该第二透镜组与该第三透镜组之间且靠近该第二透镜组的光阑,以及设置在该第三透镜与成像面之间的红外滤光片及玻璃盖板。
8.如权利要求1所述的取像镜头,其特征在于,该第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组均采用玻璃制造。
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