CN103246051B - 成像镜头系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成像镜头系统，所述成像镜头系统包括具有正屈光力的第一透镜组以及具有正屈光力的第二透镜组，第一透镜组和第二透镜组从物方到像表面顺序地布置。第一透镜组包括从物方到像表面顺序地布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜具有正屈光力，第二透镜具有正屈光力，第三透镜具有负屈光力并且具有朝向像表面的凹面。第二透镜组包括第四透镜和第五透镜彼此粘合而形成的胶合透镜，第四透镜具有朝向物方的凹面并且为负透镜，第五透镜为正透镜，第四透镜和第五透镜从物方到像表面顺序地布置。

Description

成像镜头系统
本申请要求于2012年2月13日提交到韩国知识产权局的第10-2012-0014402号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的公开通过引用被全部包含于此。
技术领域
本发明涉及一种成像镜头系统，所述成像镜头系统适合于采用高清晰度图像感测器件的拍摄设备。
背景技术
近来，包括固态图像感测器件(诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))的数字相机或摄像机已经广泛普及。此外，图像感测器件的像素数量的增长已经导致对于一种小的成像光学系统的需求，所述成像光学系统具有优良的光学性能并且由数量少的透镜构成。
作为具有20°至30°的视角的镜头可互换型的光学成像系统，关于其可变光阑具有对称结构的高斯类型的光学成像系统已经被得知。在高斯类型的光学成像系统中，关于可变光阑大致对称地布置透镜。由于对称特性，已经得知高斯类型的光学成像系统具有优良的像差校正能力。
单镜头反射式相机和数字相机需要用于在光接收单元(诸如CCD或CMOS)前方布置反射镜或滤光器的空间。因此，在这些相机中使用的光学成像系统需要具有足够的后焦距。
已经提出了具有高斯类型的对称特性以及足够的后焦距的成像镜头系统，在这样的成像镜头系统中，关于可变光阑对称地布置负透镜，在每个负透镜的外侧布置正透镜，由此确保后焦距。然而，对用于减少透镜的数量并适当地校正像差以进行小型化和提高光学性能的设计存在更多的需要。
发明内容
本发明的实施例提供一种成像镜头系统，所述成像镜头系统小且适当地校正像差。
根据本发明的实施例，提供一种成像镜头系统，所述成像镜头系统包括：第一透镜组，具有正屈光力，第一透镜组包括从物方到像表面顺序地布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜具有正屈光力，第二透镜具有正屈光力，第三透镜具有负屈光力并且具有朝向像表面的凹面；第二透镜组，具有正屈光力，第二透镜组包括胶合透镜，在所述胶合透镜中，第四透镜和第五透镜彼此粘合，第四透镜具有朝向物方的凹面并且是负透镜，第五透镜为正透镜，第四透镜和第五透镜从物方到像表面顺序地布置，其中，第一透镜组和第二透镜组从物方到像表面顺序地布置。
成像镜头系统可满足下面的条件：
0.2≤fB/f≤0.7
其中，fB是第二透镜组中的作为最接近像表面的表面的透镜表面与像表面之间沿着光轴的空气距离，f是成像镜头系统的总焦距。
成像镜头系统可满足下面的条件：
0.8≤LT/f≤1.3
其中，LT是第一透镜组中的最接近物方的透镜表面与像表面之间沿着光轴的距离，f是成像镜头系统的总焦距。
可在第一透镜组和第二透镜组之间设置可变光阑。
成像镜头系统可满足下面的条件：
|nd(p)-nd(n)|≥0.1
其中，nd(p)表示第二透镜组中的正透镜的d线(587.56nm)的折射率，nd(n)表示第二透镜组中的负透镜的d线(587.56nm)的折射率。
第二透镜组可包括至少一个非球面，第二透镜组中的最接近物方的透镜表面是非球面。
第二透镜和第三透镜可形成胶合透镜。
当物体的位置从无穷远改变为物体接近成像镜头系统的位置时，可通过使得整个成像镜头系统朝向所述物体运动来执行聚焦。
根据本发明的另一实施例，提供一种拍摄设备，所述拍摄设备包括：如上所述的成像镜头系统；图像感测器件，用于将成像镜头系统形成的光学图像转换为电信号。
附图说明
通过下面参照附图对示例性实施例进行的详细描述，上述和其他特点及优点将会变得更加明显，附图中：
图1示出根据第一实施例的成像镜头系统的光学布置；
图2是示出根据图1中示出的第一实施例的成像镜头系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图；
图3示出根据第二实施例的成像镜头系统的光学布置；
图4是示出根据图3中示出的第二实施例的成像镜头系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图；
图5示出根据第三实施例的成像镜头系统的光学布置；
图6是示出根据图5中示出的第三实施例的成像镜头系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图；
图7示出根据第四实施例的成像镜头系统的光学布置；
图8是示出根据图7中示出的第四实施例的成像镜头系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图。
具体实施方式
如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任意组合以及所有组合。当诸如“……中的至少一个”的表述位于元素列表之后时，这样的表述修饰元件的整个列表，而不修饰列表的单独元件。
以下将参照附图来描述根据本发明的一个或多个实施例的成像镜头系统。
图1、图3、图5和图7是分别示出根据第一实施例至第四实施例的成像镜头系统的光学布置的视图。
参照附图，成像镜头系统包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有正屈光力，第一透镜组G1和第二透镜组G2沿着从物方OBJ到像表面IMG的方向顺序地布置。可变光阑ST可布置在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间。在像表面IMG上可设置诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像感测器件(未示出)。红外滤光器60可设置在第二透镜组G2和像表面IMG之间。
根据本发明实施例的成像镜头系统是采用视角为大约20°至30°的单焦光学系统，并且具有能够进行聚焦的相对简化的结构。在成像镜头系统中，布置在可变光阑ST相对两侧的透镜的屈光力差被优化，以保持对称特性并确保后焦距。
第一透镜组G1包括从物方OBJ起顺序地布置的正透镜、另一正透镜和负透镜，第二透镜组G2包括从物方OBJ起顺序地布置的负透镜和正透镜。采用使用5个透镜的紧凑结构，当物体OBJ的位置从无穷远改变为物体OBJ接近成像镜头系统的位置时，通过使得所有透镜朝向物方OBJ运动来执行聚焦。当使用所有透镜执行聚焦时，即使在近距离聚焦期间，像场弯曲的变化也是小的，由此防止光学性能下降。
此外，具有正屈光力的第一透镜组G1布置在可变光阑ST的前方，由此能够有效校正离轴光，第一透镜组G1的透镜中的与可变光阑最接近的透镜表面具有强的负屈光力，以消除由于正屈光力而导致的球面像差。此外，在一些实施例中，作为第一透镜组G1的第二透镜的正透镜以及作为第一透镜组G1的第三透镜的负透镜可彼此粘合，以形成胶合透镜。因此，可容易地校正色差。
第二透镜组G2被构造为胶合透镜，在胶合透镜中，负透镜和正透镜被彼此粘合，以适当地校正轴向色差。第二透镜组G2的负透镜的与物方OBJ最接近的表面是凹入的，此外，该表面可以是非球面。由于这样的非球面，可适当地校正球面像差，同时可抑制弧矢彗差的发生。此外，第二透镜组G2的负透镜和正透镜之间的空气间隔很可能导致加工误差，通过使用胶合透镜结构，可消除这样的误差因素。
第一透镜组G1与第二透镜组G2几乎关于可变光阑ST对称。这样的结构适合于离轴像差的校正以及光学系统的紧凑。
成像镜头系统可满足下面的条件：
0.2≤fB/f≤0.7 (1)
其中，f是成像镜头系统的总焦距，fB是成像镜头系统的后焦距，即，第二透镜组G2中的作为最接近像表面IMG的表面的透镜表面与像表面IMG之间沿着光轴的空气距离。
条件(1)限定了后焦距与总焦距的比率。如果该比率小于下限，则后焦距会太小；如果该比率大于上限，则后焦距会太长，因此成像镜头系统的光入射面和像表面IMG之间的距离太长，会使得成像镜头系统难以紧凑。
此外，成像镜头系统可满足下面的条件：
0.8≤LT/f≤1.3 (2)
其中，LT是第一透镜组G1中的最接近物方OBJ的透镜表面与像表面IMG之间沿着光轴的距离，f是总焦距。
条件(2)限定了成像镜头系统的总长度与总焦距的比率。如果该比率小于下限，则第一透镜组G1的屈光力减小，因此关于可变光阑的对称特性不会被保持，并且成像镜头系统会太小，从而难以获得优良的光学性能。如果该比率大于上限，则第二透镜组G2的屈光力减小，因此关于可变光阑ST的对称特性不会被保持，并且成像镜头系统的总长度将会太长而不能提供紧凑的成像镜头系统。
此外，成像镜头系统可满足下面的条件：
|nd(p)-nd(n)≥0.1 (3)
其中，nd(p)表示第二透镜组G2中的最接近像表面IMG的正透镜的d线(587.56nm)的折射率，nd(n)表示第二透镜组G2中的负透镜的d线(587.56nm)的折射率。
条件(3)限定了第二透镜组G2的正透镜和负透镜的折射率差的范围。如果所述差小于0.1，则所述正透镜和负透镜的阿贝数差小，因此难以校正纵向色差和放大倍率色差(magnification chromatic aberration)，其结果是，不会保持优良的成像性能。
在下文中将描述根据各个实施例的透镜数据。关于透镜数据，f是总焦距，Fno是F数，ω是半视角。fB(位于空气中)是后焦距，由于聚焦而引起的可变距离由D0和D1表示。此外，RDY是曲率半径，THI是透镜之间的距离或透镜厚度，nd是折射率，vd是阿贝数。f、fB、D0、D1、RDY、THI的单位是mm，ω的单位是度(°)。
ASP是非球面，被定义为如下：
[等式1]
其中，x是非球面上的点沿着光轴与透镜的顶点的距离，y是非球面上的点沿着与光轴垂直的方向到光轴的距离，K是圆锥曲线常数，A、B、C和D是非球面系数，c是非球面在透镜的顶点处的曲率半径的倒数(1/RDY)。
<第一实施例>
图1示出根据第一实施例的成像镜头系统的光学布置。成像镜头系统包括具有正屈光力的第一透镜组G1、可变光阑ST以及具有正屈光力的第二透镜组G2，第一透镜组G1、可变光阑ST以及第二透镜组G2从物方OBJ到像表面IMG顺序地布置。第一透镜组G1包括：第一透镜11，为正透镜；第二透镜21，为正透镜；第三透镜31，具有朝向像表面IMG的凹面，并且为负透镜。第二透镜组G2包括：第四透镜41，具有朝向物方OBJ的凹面，并且为负透镜；第五透镜51，为正透镜。第四透镜41和第五透镜51形成胶合透镜。
根据第一实施例的成像镜头系统的透镜数据如下：
f：69.5；Fno：2.04；2ω：23.0°。
无穷远 最近
拍摄放大倍率 0 -0.1X
D0 无穷大 759.49155
D1 38.03321 44.98344
fB(空气中) 41.01106 47.96129
图2是示出根据第一实施例的成像镜头系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图。示出了关于具有波长656.27(nm)、587.56(nm)和486.13(nm)的光的纵向球面像差被示出，并且示出了关于具有波长587.56(nm)的光的像散场曲和畸变。像散场曲是子午场曲(T)和弧矢场曲(S)。
<第二实施例>
图3示出根据第二实施例的成像镜头系统的光学布置。成像镜头系统包括具有正屈光力的第一透镜组G1、可变光阑ST以及具有正屈光力的第二透镜组G2，第一透镜组G1、可变光阑ST以及第二透镜组G2从物方OBJ到像表面IMG顺序地布置。第一透镜组G1包括：第一透镜12，为正透镜；第二透镜22，为正透镜；第三透镜32，具有朝向像表面IMG的凹面，并且为负透镜。第二透镜组G2包括：第四透镜42，具有朝向物方OBJ的凹面，并且为负透镜；第五透镜52，为正透镜。第四透镜42和第五透镜52形成胶合透镜。
根据第二实施例的成像镜头系统的透镜数据如下：
f：54.51；Fno：2.83；2ω：29.1°。
RDY THI nd vd
OBJ： 无穷大 D0
1： 20.52000 3.900000 1.77250 49.62
2： 90.72000 0.150000
3： 18.60000 2.800000 1.59282 68.63
4： 26.65000 2.010000
5： 180.20000 1.500000 1.74077 27.76
6： 13.22000 4.290000
ST： 无穷大 4.060000
8： -159.00000 1.200000 1.51680 64.20
9： 29.32000 3.090000 1.80420 46.50
10： -56.95000 D1
11： 无穷大 2.940000 1.51680 64.20
12： 无穷大 1.000000
IMG： 无穷大
无穷远 最近
拍摄放大倍率 0 -0.1X
D0 无穷大 597.15259
D1 31.17863 36.62984
fB(空气中) 34.11692 39.56813
图4是示出根据第二实施例的成像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示出根据第三实施例的成像镜头系统的光学布置。成像镜头系统包括具有正屈光力的第一透镜组G1、可变光阑ST以及具有正屈光力的第二透镜组G2，第一透镜组G1、可变光阑ST以及第二透镜组G2从物方OBJ到像表面IMG顺序地布置。第一透镜组G1包括：第一透镜13，为正透镜；第二透镜23，为正透镜；第三透镜33，具有朝向像表面IMG的凹面，并且为负透镜。第二透镜23和第三透镜33形成胶合透镜，在胶合透镜中，第二透镜23和第三透镜33彼此粘合。第二透镜组G2包括：第四透镜43，具有朝向物方OBJ的凹面，并且为负透镜；第五透镜53，为正透镜。第四透镜43和第五透镜53形成胶合透镜。
根据第三实施例的成像镜头系统的透镜数据如下：
f：54.54；Fno：2.47；2ω：29.1°
无穷远 最近
拍摄放大倍率 0 0.1X
D0 无穷大 595.48442
D1 32.11969 37.57354
fB(空气中) 35.05798 40.51183
图6是示出根据第三实施例的成像镜头系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图。
<第四实施例>
图7示出根据第四实施例的成像镜头系统的光学布置。成像镜头系统包括具有正屈光力的第一透镜组G1、可变光阑ST以及具有正屈光力的第二透镜组G2，第一透镜组G1、可变光阑ST以及第二透镜组G2从物方OBJ到像表面IMG顺序地布置。第一透镜组G1包括：第一透镜14，为正透镜；第二透镜24，为正透镜；第三透镜34，具有朝向像表面IMG的凹面，并且为负透镜。第二透镜24和第三透镜34形成胶合透镜，在胶合透镜中，第二透镜24和第三透镜34彼此粘合。第二透镜组G2包括：第四透镜44，具有朝向物方OBJ的凹面，并且为负透镜；第五透镜54，为正透镜。第四透镜44和第五透镜54形成胶合透镜。
根据第四实施例的成像镜头系统的透镜数据如下：
f：69.50；Fno：2.85；2ω：23.0°。
图8是示出根据第四实施例的成像镜头系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变的像差图。
下面的表示出了上述实施例满足上面限定的条件
关于根据上述实施例的成像镜头系统，透镜的数量被最小化，适当的后焦距被保持，并且获得了整体质量均匀的光学性能。成像镜头系统可适合于高清晰度图像感测器件。由于通过使得整个成像镜头系统运动来执行聚焦，因此在聚焦期间的性能改变被最小化。
可在各种拍摄设备中使用根据实施例的成像镜头系统，所述拍摄设备包括用于将成像镜头系统形成的光学图像转换为电信号的图像感测器件。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了根据本发明的成像镜头系统，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本发明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改变。

Claims (15)

1.一种成像镜头系统，包括：
第一透镜组，具有正屈光力，第一透镜组包括从物方到像表面顺序地布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜具有正屈光力，第二透镜具有正屈光力，第三透镜具有负屈光力并且具有朝向像表面的凹面，其中，第二透镜和第三透镜形成胶合透镜；
第二透镜组，具有正屈光力，第二透镜组由胶合透镜组成，在所述胶合透镜中，第四透镜和第五透镜彼此粘合，第四透镜具有朝向物方的凹面并且为负透镜，第五透镜为正透镜，第四透镜和第五透镜从物方到像表面顺序地布置，
其中，第一透镜组和第二透镜组从物方到像表面顺序地布置。
2.根据权利要求1所述的成像镜头系统，其中，成像镜头系统满足下面的条件：
0.2≤fB/f≤0.7
其中，fB是第二透镜组中的作为最接近像表面的表面的透镜表面与像表面之间沿着光轴的空气距离，f是成像镜头系统的总焦距。
3.根据权利要求1所述的成像镜头系统，其中，成像镜头系统满足下面的条件：
0.8≤LT/f≤1.3
其中，LT是第一透镜组中的最接近物方的透镜表面与像表面之间沿着光轴的距离，f是成像镜头系统的总焦距。
4.根据权利要求2所述的成像镜头系统，其中，成像镜头系统满足下面的条件：
0.8≤LT/f≤1.3
其中，LT是第一透镜组中的最接近物方的透镜表面与像表面之间沿着光轴的距离，f是成像镜头系统的总焦距。
5.根据权利要求1所述的成像镜头系统，其中，在第一透镜组和第二透镜组之间设置可变光阑。
6.根据权利要求2所述的成像镜头系统，其中，在第一透镜组和第二透镜组之间设置可变光阑。
7.根据权利要求1所述的成像镜头系统，其中，成像镜头系统满足下面的条件：
|nd(p)-nd(n)|≥0.1
其中，nd(p)是第二透镜组中的正透镜的d线(587.56nm)的折射率，nd(n)是第二透镜组中的负透镜的d线(587.56nm)的折射率。
8.根据权利要求2所述的成像镜头系统，其中，成像镜头系统满足下面的条件：
|nd(p)-nd(n)|≥0.1
其中，nd(p)是第二透镜组中的正透镜的d线(587.56nm)的折射率，nd(n)是第二透镜组中的负透镜的d线(587.56nm)的折射率。
9.根据权利要求1所述的成像镜头系统，其中，第二透镜组包括至少一个非球面。
10.根据权利要求9所述的成像镜头系统，其中，第二透镜组中的最接近物方的透镜表面是非球面。
11.根据权利要求2所述的成像镜头系统，其中，第二透镜组包括至少一个非球面。
12.根据权利要求11所述的成像镜头系统，其中，第二透镜组中的最接近物方的透镜表面是非球面。
13.根据权利要求1所述的成像镜头系统，其中，当物体的位置从无穷远改变为物体接近成像镜头系统的位置时，通过使得整个成像镜头系统朝向所述物体运动来执行聚焦。
14.根据权利要求2所述的成像镜头系统，其中，当物体的位置从无穷远改变为物体接近成像镜头系统的位置时，通过使得整个成像镜头系统朝向所述物体运动来执行聚焦。
15.一种拍摄设备，包括：
根据权利要求1-14中任一项所述的成像镜头系统；
图像感测器件，用于将成像镜头系统形成的光学图像转换为电信号。
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