CN103163629A - 远摄镜头系统 - Google Patents

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CN103163629A CN2012105484878A CN201210548487A CN103163629A CN 103163629 A CN103163629 A CN 103163629A CN 2012105484878 A CN2012105484878 A CN 2012105484878A CN 201210548487 A CN201210548487 A CN 201210548487A CN 103163629 A CN103163629 A CN 103163629A
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    • G02B9/14—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only arranged + - +

Abstract

本发明公开了一种远摄镜头系统，包括：第一透镜组，具有正屈光力且包括至少三个正透镜和一个负透镜；第二透镜组，具有负屈光力且沿光轴移动以执行聚焦操作；第三透镜组，具有正屈光力且包括胶合透镜、双凸正透镜和具有朝向物方的凹面的负透镜，在所述胶合透镜中，具有朝向物方的凹面的负透镜和具有朝向像方的凸面的正透镜彼此结合；第一透镜组到第三透镜组从物方到像方顺序设置。

Description

远摄镜头系统
本申请要求于2011年12月16日递交到韩国知识产权局的第10-2011-0136567号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
本发明涉及一种用于电子静态相机或数字摄像机的拍摄镜头，特别是涉及一种具有内聚焦式的高亮度的远摄镜头系统。
背景技术
近来，使用图像传感器件（例如：电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS））的数字相机或数字便携式摄像机已经被广泛地普及。
在摄像机或数字相机中，优选具有小F数的高亮度远摄镜头。然而，高亮度的远摄镜头体积大且重量重，因此在具有自动聚焦功能的相机中聚焦速度会比较慢。
为了解决上述问题，已经提出许多聚焦方法；然而，这些方法都没有提供出一种高亮度和轻重量兼具的聚焦机构。例如，已经提出一种F数为1.4且聚焦透镜组中的透镜数量为5个的高亮度远摄镜头；然而，由于聚焦透镜组中具有太多的透镜导致远摄镜头重量不轻。另一方面，当聚焦透镜组中的透镜数量可以是一个或两个以实现远摄镜头的轻重量时，这提供一种具有大约为2的F数的镜头，这样的镜头在亮度方面不能令人满意。此外，存在聚焦透镜组中的透镜数为2且F数为1.8的示例；然而，这样的镜头需要大光圈。
针对这些需求，已经提出应用于单镜头反射（SLR）式相机的远摄镜头系统的设计。例如，后焦距被设计成长的，以提供镜子吸引光到光学取景器所需的空间。此外，最近已经提出通过使用电子取景器代替使用光学取景器进而不需要长的后焦距的远摄镜头。
发明内容
本发明的实施例提供一种具有大光圈的、内聚焦式的、具有广角结构的远摄镜头系统。
根据实施例，提供一种远摄镜头系统，所述远摄镜头系统包括：第一透镜组，具有正屈光力并包括至少三个正透镜和一个负透镜；第二透镜组，具有负屈光力，第二透镜组沿光轴移动以执行聚焦操作；第三透镜组，具有正屈光力，第三透镜组包括胶合透镜、双凸正透镜和具有朝向物方的凹面的负透镜，在所述胶合透镜中，具有朝向物方的凹面的负透镜和具有朝向像方的凸面的正透镜彼此结合，其中，第一透镜组到第三透镜组从物方到像方顺序设置。
远摄镜头系统可满足下面的不等式
-1.2<f/f3n<-0.7，
其中，f表示总焦距，f3n表示第三透镜组中最靠近像方的负透镜的焦距。
远摄镜头系统可满足下面的不等式
0.6<(r3n2+r3n1)/(r3n2-r3n1)<1.4，
其中，r3n1和r3n2分别表示第三透镜组中最靠近像方的负透镜的物方表面的曲率半径和像方表面的曲率半径。
远摄镜头系统可满足下面的不等式
-6.0<(r3n1+r3p)/(r3n1-r3p)<-1.5，
其中，r3n1表示第三透镜组中最靠近像方的负透镜的物方表面的曲率半径，r3p表示第三透镜组中与最靠近像方的负透镜相邻的正透镜的像方表面的曲率半径。
远摄镜头系统可满足下面的不等式
1.52<N3n<1.70
其中，N3n表示第三透镜组中最靠近像方的负透镜的折射率。
远摄镜头系统可进一步包括布置在第三透镜组的物方的孔径光阑。
第一透镜组可包括从物方到像方顺序布置的正透镜、被形成为弯月形的正透镜、双凹负透镜和正透镜。
远摄镜头系统可满足下面的不等式
-0.4<(r1p2+r1p1)/(r1p2-r1p1)<-0.1
其中，r1p1和r1p2分别表示第一透镜组中最靠近物方的正透镜的物方表面的曲率半径和像方表面的曲率半径。
附图说明
通过下面参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，上述和其他特点和优点将会变得更加明显，附图中：
图1是示出根据实施例的远摄镜头系统在镜头聚焦在远离镜头处（即，无穷远处）的物体上时和在镜头聚焦在靠近镜头处（即，最小聚焦距离处）的物体上时的光学布置的示图。
图2A、图2B和图2C是示出图1的远摄镜头系统分别在聚焦在处于无穷远（即，远离）位置的物体上、聚焦在中间位置和聚焦在最近的位置时的球面像差、场曲和畸变的示图。
图3示出根据另一实施例的远摄镜头系统在镜头聚焦在远离镜头处（即，无穷远处）的物体上以及在镜头聚焦在靠近镜头（即，在最小聚焦距离）的物体上时的光学布置的示图。
图4A、图4B和图4C是示出图3的远摄镜头系统分别在聚焦在处于无穷远（即，远离）位置的物体上、聚焦在中间位置和聚焦在最近的位置时的球面像差、场曲和畸变的示图。
图5是示出根据另一实施例的远摄镜头系统在镜头聚焦在远离镜头处（即，无穷远处）的物体上和在镜头聚焦在靠近镜头（即，处于最小聚焦距离）的物体上的光学布置的示图。
图6A、图6B和图6C是示出图5的远摄镜头系统分别在聚焦在处于无穷远（即，远离）位置的物体上、聚焦在中间位置和聚焦在最近的位置时的球面像差、场曲和畸变的示图。
具体实施方式
现在将参照附图来更加充分地描述各个施例。在附图中，为了清楚起见，可以夸大层和区域的厚度。
图1、图3和图5示出根据各个实施例的远摄镜头系统在镜头聚焦在远离镜头处（即，无穷远处）的物体上和在聚焦在靠近镜头（即，处于最小聚焦距离）的物体上时的光学布置。
实施例提供了一种具有广角的高亮度的内聚焦式远摄镜头系统。在根据实施例的远摄镜头系统中，透镜从物方OBJ到像方IMG顺序排列，且该远摄镜头系统包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有负屈光力并沿着光轴移动，以执行聚焦操作；第三透镜组G3，具有正屈光力。
第一透镜组G1包括至少三个正透镜和一个负透镜，更加具体地说，包括从物方到像方顺序排列的正透镜，弯月型正透镜，负透镜以及正透镜。
第二透镜组G2包括正透镜和负透镜彼此结合的胶合透镜。
第三透镜组G3包括从物方朝像方顺序布置的胶合透镜、双凸正透镜以及具有朝着物方的凹面的负透镜，在所述胶合透镜中，具有朝着物方的凹面的负透镜和具有朝着像方的凸面的正透镜彼此结合。
孔径光阑ST布置在第三透镜组G3的物方。
根据实施例的远摄镜头系统满足下面的不等式。
-1.2<f/f3n<-0.7           （1）
其中，f表示远摄镜头系统的总焦距，f3n表示第三透镜组G3中最靠近像方的负透镜的焦距。
上面的不等式（1）涉及到位于第三透镜组G3中的像方的负透镜的屈光力。当负屈光力下降到低于上面的不等式（1）的下限时，佩兹伐和变小且需要极度的补偿，得到正的场曲。当负屈光力超过上限时，佩兹伐和变大，则补偿根据广角的负场曲的效果会减少。此外，当负屈光力减小时，远摄效果也会降低，则远摄镜头系统的总长度不得不增加。
另外，根据本实施例的远摄镜头系统可满足下面的不等式。
0.6<(r3n2+r3n1)/(r3n2-r3n1)<1.4          （2）
其中，r3n1和r3n2分别表示第三透镜组G3中最靠近像方的负透镜的物方表面的曲率半径和像方表面的曲率半径。
上面的不等式（2）涉及到第三透镜组G3中最靠近像方的负透镜的形状。当低于上面的不等式（2）中的下限时，该负透镜变为双凹透镜且入射到像方表面的光的角度将会变大，因此慧差或子午场曲会出现。另外，用于固定透镜的工具（未示出）可从透镜表面朝像方突出，因而包括此工具的镜头系统的总长度会增加。当高于该不等式的上限时，该负透镜变为弯月形，且场曲变大，因而慧差或子午场曲可以不会被适当地校正。
另外，远摄镜头系统可满足下面的不等式。
-6.0<(r3n1+r3p)/(r3n1-r3p)<-1.5           （3）
其中，r3n1表示第三透镜组G3中最靠近像方的负透镜的物方表面的曲率半径，r3p表示第三透镜组G3中与最靠近像方的负透镜的物方表面相邻的正透镜的像方表面的曲率半径。
不等式（3）涉及到第三透镜组G3中最靠近像方的负透镜的物方表面18与设置于该负透镜的物方的正透镜的像方表面17之间的空间的形状。
该空间的形状被形成为朝着物方凹入的弯月形。当低于该不等式的下限时，两个表面17和18的曲率半径减小，导致更大的球面像差。此外，不等式（1）和（2）所需要的第三透镜组G3中最靠近像方的负透镜的像方表面的形状不会被保持。当高于该不等式的上限时，两个表面17和18的曲率半径增大，球面像差不会被校正。此外，上面的不等式（1）和不等式（2）所需要的负透镜的形状不会被保持。
另外，远摄镜头系统可满足下面的不等式。
1.52<N3n<1.70        （4）
其中，N3n是第三透镜组G3中最靠近像方的负透镜的屈光力。
不等式（4）与不等式（1）一起控制佩兹伐和。当低于不等式（4）的下限时，屈光力减小，佩兹伐和在负方向上改变且场曲在正方向上增加。当高于不等式（4）的上限时，屈光力增加，然后佩兹伐和在正方向上改变且场曲在负方向上增加。
另外，远摄镜头系统的第一透镜组G1中最靠近物方的正透镜可满足下面的不等式。
-0.4<(r1p2+r1p1)/(r1p2-r1p1)<-0.1         （5）
其中，r1p1是第一透镜组G1中最靠近物方的正透镜的物方表面的曲率半径，r1p2表示第一透镜组G1中最靠近物方的正透镜的像方表面的曲率半径。
上面的不等式（5）涉及到第一透镜组G1中最靠近物方的正透镜的形状。通常，在大约F1.4的高亮度光学系统中，镜头系统的第一表面通常具有相对强的正屈光力以校正球面像差。然而，在本实施例中，提出上面的不等式，以防止由于存在广视角而发生的像差。
在低于上面的不等式（5）的下限的情况下，第一透镜组G1中最靠近物方的正透镜的物方表面的曲率半径增大，球面像差更加变差，整个镜头系统的像差将不会被保持。
在高于不等式（5）的上限的情况下，球面像差减小；然而，入射到所述像方表面上的光轴外的通量的入射角会增加，慧差或子午场曲发生，镜头系统的像差不会被适当地保持。
在下文中，根据实施例，将描述每个透镜组中的具体的透镜结构和透镜数据。在透镜数据中，ST表示孔径光阑，EFL表示远摄镜头系统的总焦距，Fno表示F数，FOV表示视角。RDY、THI、Nd和Vd分别表示曲率半径、透镜厚度或透镜之间的距离、折射率和阿贝数，D1和D2表示根据聚焦的可变距离，Pos1、Pos2和Pos3表示可变位置。在下文中，EFL、RDY、THI、D1和D2的单位为mm。
<第一实施例>
图1示出根据实施例的远摄镜头系统在镜头聚焦在远离镜头处（即，无穷远处）的物体上时和在镜头聚焦在靠近镜头处（即，最小聚焦距离处）的物体上时的光学布置。该远摄镜头系统包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有负屈光力；第三透镜组G3，具有正屈光力。第一透镜组G1包括：第一透镜111，为正透镜；第二透镜121，为正透镜；第三透镜131，为负透镜；第四透镜141，为正透镜。第二透镜组G2包括：第五透镜211，为正透镜；第六透镜221，为负透镜。第五透镜211和第六透镜221通过彼此结合形成胶合透镜。第三透镜组G3包括：第七透镜311，为负透镜；第八透镜321，为正透镜；第九透镜331，为正透镜；第十透镜341，为负透镜。第七透镜311和第八透镜321通过彼此结合形成胶合透镜。
透镜数据如下所示。
EFL=51.89         Fno=1.44        FOV=30.98°
Figure BDA00002599066000061
Figure BDA00002599066000071
【表1】
  Pos1   Pos2   Pos3
  放大倍率   0.0000   1/30   0.153
  物体位置   无穷远   1578.52   361.018
  D1   2.0   3.052   9.254
  D2   11.309   9.807   4.056
图2A、图2B和图2C是示出在物体分别位于Pos1、Pos2和Pos3的位置时图1的远摄镜头系统中的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图。
示出了关于波长为656.2725nm的光束、波长为587.5618nm的光束和波长为435.8343nm的光束的球面像差，示出了关于波长为587.5618nm的光束的像散场曲和畸变。T和S分别表示子午表面和弧矢表面的曲率。
<第二实施例>
图3示出在镜头聚焦在远离镜头处（即，无穷远处）的物体上和在镜头聚焦在靠近镜头处（即，最小聚焦距离处）的物体上时根据另一实施例的远摄镜头系统中的光学布置。该远摄镜头系统包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有负屈光力；第三透镜组G3，具有正屈光力。第一透镜组G1包括：第一透镜112，为正透镜；第二透镜122，为正透镜；第三透镜132，为负透镜；第四透镜142，为正透镜。第二透镜组G2包括：第五透镜212，为正透镜；第六透镜222，为负透镜。第五透镜212和第六透镜222通过彼此结合形成胶合透镜。第三透镜组G3包括：第七透镜312，为负透镜；第八透镜322，为正透镜；第九透镜332，为正透镜；第十透镜342，为负透镜。第七透镜312和第八透镜322通过彼此结合形成胶合透镜。
透镜数据如下所示。
EFL=51.84    Fno=1.44    FOV=31.00°
Figure BDA00002599066000081
【表2】
  Pos1   Pos2   Pos3
  放大倍率   0.0000   1/30   0.153
  物体位置   无穷远   1578.52   360.018
  D1   2.0   3.341   8.443
  D2   10.536   9.195   4.093
图4A、图4B和图4C是示出分别在远摄镜头系统聚焦在位于位置Pos1、Pos2和Pos3的物体上时图3的远摄镜头系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图。
<第三实施例>
图5示出根据另一实施例的远摄镜头系统在镜头聚焦在远离镜头（即，无穷远处）的物体上时和在镜头聚焦在靠近镜头（即在最小聚焦距离）处的物体上时的光学布置。该远摄镜头系统包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有负屈光力；第三透镜组G3，具有正屈光力。第一透镜组G1包括：第一透镜113，为正透镜；第二透镜123，为正透镜；第三透镜133，为负透镜；第四透镜143，为正透镜。第二透镜组G2包括：第五透镜213，为正透镜；第六透镜223，为负透镜。第五透镜213和第六透镜223通过彼此结合形成胶合透镜。第三透镜组G3包括：第七透镜313，为负透镜；第八透镜323，为正透镜；第九透镜333，为正透镜；第十透镜343，为负透镜。第七透镜313和第八透镜323通过彼此结合形成胶合透镜。
透镜数据如下所示。
EFL=55.70    BFL=0.50    Fno=1.44    FOV=28.95°
  透镜表面  曲率半径（RDY）  厚度（THI）   折射率（Nd） 阿贝数（Vd）
  1   197.353   5.47   1.80420   46.5
  2   -131.514   0.10
  3   38.642   5.13   1.69680   55.5
  4   101.515   3.76
  5   -84.219   1.70   1.76182   26.6
  6   25.468   0.11
  7   25.805   8.73   1.85135   40.1
  8   -102.730   D1
  9   185.666   4.99   1.84666   23.8
  10   -30.289   1.20   1.83481   42.7
  11   27.223   D2
  ST   无穷大   3.44
  13   -25.977   4.00   1.72825   28.3
  14   26.385   5.48   1.88300   40.8
  15   -34.444   1.95
  16   45.552   4.72   1.83481   42.7
  17   -53.119   1.13
  18   -32.934   1.40   1.63980   34.6
  19   -71583.423   19.18
  20   无穷远   2.80   1.51680   64.2(滤色器)
  21   无穷远   0.50
  22   无穷远   0.00
【表3】
  Pos1   Pos2   Pos3
  放大倍率   0.0000   1/30   0.153
  物体位置   无穷远   1690.36   360.974
  D1   2.0   3.321   8.82
  D2   11.246   9.925   4.426
图6A、图6B和图6C是示出在远摄镜头系统分别聚焦在位于位置Pos1、Pos2和Pos3的物体上时图5的远摄镜头系统中的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图。
如下表格示出满足式1到式5的第一实施例、第二实施例和第三实施例。
【表4】
  第一实施例   第二实施例   第三实施例
  f/f3n   -0.831   -0.831   -1.081
  (r3n2+r3n1)/(r3n2-r3n1)   1.026   1.000   1.001
  (r3n1+r3p)/(r3n1-r3p)   -2.672   -3.069   -4.263
  N3n   1.56732   1.60342   1.63980
  (r1p2+r1p1)/(r1p2-r1p1)   -0.286   -0.205   -0.2
根据前面的实施例，具有适合于电子静态相机或摄像机的内聚焦式的远摄镜头系统，具体地说，具有自动聚焦功能同时具有高亮度的大约1.4的F数以及及广角（视角为大约30°）的照相机可以实现。
虽然已经示出并描述了示例性实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种修改。

Claims (8)

1.一种远摄镜头系统，包括：
第一透镜组，具有正屈光力并包括至少三个正透镜和一个负透镜；
第二透镜组，具有负屈光力，第二透镜组沿光轴移动以执行聚焦操作；
第三透镜组，具有正屈光力，第三透镜组包括胶合透镜、双凸正透镜和具有朝向物方的凹面的负透镜，在所述胶合透镜中，具有朝向物方的凹面的负透镜和具有朝向像方的凸面的正透镜彼此结合；
其中，第一透镜组到第三透镜组从物方到像方顺序设置。
2.根据权利要求1所述的远摄镜头系统，其中，远摄镜头系统满足下面的不等式：
-1.2<f/f3n<-0.7
其中，f表示远摄镜头系统的总焦距，f3n表示第三透镜组中最靠近像方的负透镜的焦距。
3.根据权利要求1所述的远摄镜头系统，其中，远摄镜头系统满足下面的不等式：
0.6<(r3n2+r3n1)/(r3n2-r3n1)<1.4
其中，r3n1和r3n2分别表示第三透镜组中最靠近像方的负透镜的物方表面的曲率半径和像方表面的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的远摄镜头系统，其中，远摄镜头系统满足下面的不等式：
-6.0<(r3n1+r3p)/(r3n1-r3p)<-1.5
其中，r3n1表示第三透镜组中最靠近像方的负透镜的物方表面的曲率半径，r3p表示第三透镜组中与最靠近像方的负透镜相邻的正透镜的像方表面的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的远摄镜头系统，其中，远摄镜头系统满足下面的不等式：
1.52<N3n<1.70
其中，N3n表示第三透镜组中最靠近像方的负透镜的折射率。
6.根据权利要求1所述的远摄镜头系统，进一步包括布置在第三透镜组的物方的孔径光阑。
7.根据权利要求1所述的远摄镜头系统，其中，第一透镜组包括从物方到像方顺序布置的正透镜、被形成为弯月形的正透镜、双凹负透镜和正透镜。
8.根据权利要求1所述的远摄镜头系统，其中，远摄镜头系统满足下面的不等式：
-0.4<(r1p2+r1p1)/(r1p2-r1p1)<-0.1
其中，r1p1和r1p2分别表示第一透镜组中最靠近物方的正透镜的物方表面的曲率半径和像方表面的曲率半径。
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