CN106094183A - 一种高像质内对焦式光学成像系统 - Google Patents

一种高像质内对焦式光学成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高像质内对焦式光学成像系统，其技术方案的要点是从物方侧到像方侧依次包括固定不动且具有正光焦度的第一透镜群、孔径光阑、能沿着光轴方向移动具有负光焦度的第二透镜群、固定不动且具有正光焦度的第三透镜群、滤光片、感光芯片。本发明具备从物方侧依次配置的具有正光角度的第一透镜群、孔径光阑、具有负光焦度的第二透镜群、具有正光焦度的第三透镜群。所述的第二透镜群由一个双胶合镜片及一片负光焦度的非球面镜片组成，使所述第二透镜群沿着光轴移动而进行从无限远对焦状态至最近距离物体对焦状态的调焦。

Description

一种高像质内对焦式光学成像系统
【技术领域】
本发明涉及一种光学成像系统，尤其涉及一种应用于微单相机系统的体积小、高像质的内对焦式光学成像系统。
【背景技术】
近年来，以无反射镜可换为首的数码相机不断地朝着机身小型化、轻型化的方向发展，而要同时保证较长的法兰距(flange focus)，因此对相机系统的紧凑化以及高性能化提出了极高的要求。另外，数码相机要满足动态图像摄影的需求，则期望相机系统能对动态图像摄影进行高速的自动对焦处理，因此对焦群组也尽量保证孔径小且重量轻。此外，为了降低对焦群组在内对焦移动时所产生的像差变异及光焦度的变化，更优选在光学成像系统的靠近像方一侧来配置负透镜对焦群，现有的光学成像系统很难同时满足上述要求。
本发明就是基于这种情况作出的。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种体积小、重量轻、口径小型化且高像质的内对焦式光学成像系统。该光学成像系统适用于微单相机对风景及快照等摄影作品的拍摄，并能使得整个画面具有高对比度同时校正失真，因此此款饼干型广角定焦镜头具有很宽的应用范围。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：从物方侧到像方侧依次包括固定不动且具有正光焦度的第一透镜群、孔径光阑11、能沿着光轴方向移动具有负光焦度的第二透镜群、固定不动且具有正光焦度的第三透镜群、滤光片9、感光芯片10。
如上所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述第一透镜群依次包括有第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4，所述第二透镜群依次包括有第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7，所述第三透镜群包括有第八透镜8；所述的第一透镜1、第三透镜3、第五透镜5、第七透镜7均为负玻璃透镜，所述的第二透镜2、第四透镜4、第六透镜6、第八透镜8均为正玻璃透镜；所述的第一透镜1、第七透镜7、第八透镜8均为非球面透镜，所述的第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6均为球面透镜。
如上所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述第一透镜1为弯月形负透镜,所述第一透镜1朝向物侧的一面为双曲线非球面、朝向像侧的一面为扁圆形非球面；所述的第二透镜2、第四透镜4、第六透镜6均为双凸球面玻璃镜片；所述的第三透镜3、第五透镜5均为双凹球面玻璃镜片；所述第七透镜7朝向物侧和像侧的表面均为双曲线非球面；所述第八透镜8朝向物侧的一面为双曲线非球面，朝向像侧的一面为扁圆形非球面。
如上所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述滤光片9设在所述第八透镜8朝向像方的一侧，所述孔径光阑11设在所述第四透镜4和第五透镜5之间。
如上所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7和f8，所述的第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4组成的胶合镜片的焦距为f234，所述的第五透镜5、第六透镜6组成的胶合镜片的焦距为f56，并且满足以下表达式：-1<f1/f2<0，-2<f3/f4<-1，-1<f5/f6<0，-3<f7/f8<-2，-2<f1/f234<-1，0<f56/f7<1。
如上所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8的色散系数分别为vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7和vd8，并且满足以下表达式：vd1＞45，vd2＞45，vd3＞45，vd4＞45，vd5＜40，vd6＞45，vd7＜40，vd8＞45，40＜vd3-vd2＜55，30＜vd3-vd4＜45，50＜vd6-vd5＜65。
如上所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4粘合在一起形成胶合透镜，所述的第二透镜2的折射率nd2和色散系数vd2分别满足以下表达式：1.7<nd2<2.0，25<vd2<50；所述的第三透镜3的折射率nd3和色散系数vd3分别满足以下表达式：1.4<nd3<1.7，70<vd3<95；所述的第四透镜4的折射率nd4和色散系数vd4分别满足以下表达式：1.5<nd4<1.8，40<vd4<65。
如上所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第五透镜5和第六透镜6粘合在一起形成胶合透镜，所述的第五透镜5的折射率nd5和色散系数vd5分别满足以下表达式：1.5<nd5<1.8，15<vd5<40；所述的第六透镜6的折射率nd6和色散系数vd6分别满足以下表达式：1.4<nd6<1.7，75<vd6<100。
如上所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第一透镜1的折射率nd1和色散系数vd1分别满足以下表达式：1.4<nd1<1.7，70<vd1<95；所述的第七透镜7的折射率nd7和色散系数为vd7分别满足以下表达式：1.8<nd7<2.1，15<vd7<40；所述的第八透镜8的折射率nd8和色散系数vd8分别满足以下表达式：1.6<nd8<1.9，40<vd8<65。
如上所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第一透镜1、第七透镜7和第八透镜8的非球面表面形状满足方程：在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数，k为圆锥二次曲线系数。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明具备从物方侧依次配置的具有正光角度的第一透镜群、孔径光阑、具有负光焦度的第二透镜群、具有正光焦度的第三透镜群。所述的第二透镜群由一个双胶合镜片及一个负光焦度的非球面镜片组成，使所述第二透镜群沿着光轴移动而进行从无限远对焦状态至最近距离物体对焦状态的调焦。
2、本发明提供了一种宽阔视角及大景深的内对焦式饼干型广角定焦镜头，视场角达到82度，35mm等效焦距：28mm，镜头最近对焦距离0.5m。
3、目前很多相机系统都是通过软件补偿的方式来调节镜头的色彩与畸变；本发明在保证小型化和轻型化的结构和外形前提下，通过对各个透镜进行合理地配置组合，解决了大视场、高画幅下难以实现高分辨率和低畸变的难题。
4、本发明的像面整体成像均匀、亮度高、孔径大(光圈数达到F2.4)、成像真实清晰，最重要的是近距离下也具有很好的分辨率。
5、本发明采用一组双胶合透镜及一组三胶合透镜，并采用宽光谱来设计，使得光学成像系统的颜色对比分明，色彩还原性与像面还原性好。
6、本发明的第一透镜、第七透镜和第八透镜均采用非球面镜片，有效减小了系统的色差与畸变，从而使得该光学系统的分辨率、对比度、色彩还原性均得到显著提升，分辨率高达1600万像素。
7、本发明的镜头全部采用玻璃镜片，且都是常见的材质，光学性能受温度的影响很小，后焦变化极少，能保证在-35℃～80℃的环境中性能稳定。
【附图说明】
图1是本发明示意图；
图2是本发明光路示意图。
图中，1为第一透镜，2为第二透镜，3为第三透镜，4为第四透镜，5为第五透镜，6为第六透镜，7为第七透镜，8为第八透镜；9为滤光片IR，10为感光芯片，11为孔径光阑。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步描述：
一种高像质的内对焦式光学成像系统，具备从物方侧依次配置的固定不动具有正光焦度的第一透镜群、孔径光阑11、能沿着光轴方向移动具有负光焦度的第二透镜群、固定不动具有正光焦度的第三透镜群、滤光片9、感光芯片10。
所述第一透镜群依次包括：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4，所述第二透镜群依次包括第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7，所述第三透镜群包括第八透镜8。
第一透镜1为负玻璃透镜，并且所述的第一透镜1朝向物侧的一面为双曲线非球面、朝向像侧的一面为扁圆形非球面；第二透镜2、第四透镜4、第六透镜6均为正透镜，并且均为双凸球面玻璃镜片；第三透镜3、第五透镜5均为凹透镜，并且均为双凹球面玻璃镜片；所述的第二透镜2、第三透镜3与第四透镜4均为胶合镜片，所述的第五透镜5和第六透镜6为胶合镜片；第七透镜7为负玻璃透镜，并且所述的第七透镜7朝向物侧和像侧的表面均为双曲线非球面；第八透镜8为正玻璃透镜，并且所述的第八透镜8朝向物侧的一面为双曲线非球面，朝向像侧的一面为扁圆形非球面；
所述的第一透镜1为弯月形负透镜，能够校正像散弯曲与中心像差，并有效地提高了入射视场角；而第八透镜8为正透镜，使得光学系统的像方主面前移，从而大大缩短光学成像系统长度；并且第二透镜2和第四透镜4为正透镜，第三透镜3和第五透镜5为负透镜，这些正、负透镜的结合实现了大视场、高画幅、高像质、大孔径成像，可以用于微单相机与无人机航拍等领域。在实际中，采用本发明光学成像系统的镜头可以该镜头采用倒置远摄型设计，即采用反望远结构，光圈数达到F2.4，例如，12mm F2.4的微单相机镜头。
在所述的第八透镜8朝向像侧的一侧设有滤光片9，不仅对成像CMOS感光芯片有一定的保护作用，同时也可以在镜头成像过程中过滤一部分光线以减少杂光，从而在保持镜头成像清晰的同时，提升图像的锐利度与色彩的还原性。所述的第四透镜4和第五透镜5之间设有孔径光阑11，因此可以直接利用光圈的开孔大小控制进光量，使得成像画面整体均匀、亮度高。
所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7和f8，所述的第二透镜2、第三透镜3与第四透镜4组成的胶合镜片的焦距为f234，所述的第五透镜5与第六透镜6组成的胶合镜片的焦距为f56，并且满足如下的表达式：-1<f1/f2<0，-2<f3/f4<-1，-1<f5/f6<0，-3<f7/f8<-2，-2<f1/f234<-1，0<f56/f7<1；所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8的色散系数分别为vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7和vd8，并且满足如下的表达式：vd1＞45，vd2＞45，vd3＞45，vd4＞45，vd5＜40，vd6＞45，vd7＜40，vd8＞45，40＜vd3-vd2＜55，30＜vd3-vd4＜45，50＜vd6-vd5＜65。
所述的第一透镜1的折射率nd1和色散系数vd1分别满足如下表达式：1.4<nd1<1.7，70<vd1<95。第一透镜1的材质采用光学玻璃，并且其折射率nd1和色散系数vd1满足上述表达式，能够很好地控制物侧光线入射角并降低成像畸变，从而实现大视场、高画幅、高像质，提高光学成像系统的光学性能。
所述的第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4粘合在一起形成胶合透镜，并且所述的第二透镜2的折射率nd2和色散系数vd2分别满足如下表达式：1.7<nd2<2.0，25<vd2<50；所述的第三透镜3的折射率nd3和色散系数vd3分别满足如下表达式：1.4<nd3<1.7，70<vd3<95；所述的第四透镜4的折射率nd4和色散系数vd4分别满足如下表达式：1.5<nd4<1.8，40<vd4<65。第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的材质采用玻璃材质，且折射率和色散系数分别满足以上的几个表达式，从而可以很好地控制光线在各透镜之间的折射变化角度，并对光学成像系统产生的轴向色差进行很好的补偿，使光学成像系统的像质得到显著提高。
所述的第五透镜5和第六透镜6粘合在一起形成胶合透镜，并且所述的第五透镜5的折射率nd5和色散系数vd5分别满足如下表达式：1.5<nd5<1.8，15<vd5<40；所述的第六透镜6的折射率nd6和色散系数vd6分别满足如下表达式：1.4<nd6<1.7，75<vd6<100。第五透镜5和第六透镜6的材质采用玻璃材质，且其折射率和色散系数分别满足以上的几个表达式，进一步提高了光学系统产生的轴向色差。
所述的第七透镜7的折射率nd7和色散系数为vd7分别满足如下表达式：1.8<nd7<2.1，15<vd7<40。所述的第七透镜7的材质采用非球面光学玻璃，且其折射率nd7和色散系数vd7满足上述表达式，能很好地减小畸变并增大光线在像面上的入射高度，提高边缘视场的照度，提高光学成像系统的光学传递函数，从而提升像质。
所述的第八透镜8的折射率nd8和色散系数vd8分别满足如下表达式：1.6<nd8<1.9，40<vd8<65。所述的第八透镜8的材质采用非球面光学玻璃，且其折射率nd8和色散系数vd8满足上述表达式，可以减小像面主光线入射角，减小成像像差。
所述第一透镜1、第七透镜7和第八透镜8的非球面表面形状满足方程：在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数。
本发明光学成像系统由三片玻璃非球面和五片玻璃球面透镜组成，可以应用于微单相机系统、无人机航拍等方面的体积小、像质高、画幅大的光学成像镜头。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：从物方侧到像方侧依次包括固定不动且具有正光焦度的第一透镜群、孔径光阑(11)、能沿着光轴方向移动且具有负光焦度的第二透镜群、固定不动且具有正光焦度的第三透镜群、滤光片(9)、感光芯片(10)。
2.根据权利要求1所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述第一透镜群依次包括有第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)，所述第二透镜群依次包括有第五透镜(5)、第六透镜(6)、第七透镜(7)，所述第三透镜群包括有第八透镜(8)；所述的第一透镜(1)、第三透镜(3)、第五透镜(5)、第七透镜(7)均为负玻璃透镜，所述的第二透镜(2)、第四透镜(4)、第六透镜(6)、第八透镜(8)均为正玻璃透镜；所述的第一透镜(1)、第七透镜(7)、第八透镜(8)均为非球面透镜，所述的第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)均为球面透镜。
3.根据权利要求2所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述第一透镜(1)为弯月形负透镜,所述第一透镜(1)朝向物侧的一面为双曲线非球面、朝向像侧的一面为扁圆形非球面；所述的第二透镜(2)、第四透镜(4)、第六透镜(6)均为双凸球面玻璃镜片；所述的第三透镜(3)、第五透镜(5)均为双凹球面玻璃镜片；所述第七透镜(7)朝向物侧和像侧的表面均为双曲线非球面；所述第八透镜(8)朝向物侧的一面为双曲线非球面，朝向像侧的一面为扁圆形非球面。
4.根据权利要求2或3所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述滤光片(9)设在所述第八透镜(8)朝向像方的一侧，所述孔径光阑(11)设在所述第四透镜(4)和第五透镜(5)之间。
5.根据权利要求2或3所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)、第七透镜(7)和第八透镜(8)的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7和f8，所述的第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)组成的胶合镜片的焦距为f234，所述的第五透镜(5)、第六透镜(6)组成的胶合镜片的焦距为f56，并且满足以下表达式：-1<f1/f2<0，-2<f3/f4<-1，-1<f5/f6<0，-3<f7/f8<-2，-2<f1/f234<-1，0<f56/f7<1。
6.根据权利要求2或3所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)、第七透镜(7)和第八透镜(8)的色散系数分别为vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7和vd8，并且满足以下表达式：vd1＞45，vd2＞45，vd3＞45，vd4＞45，vd5＜40，vd6＞45，vd7＜40，vd8＞45，40＜(vd3-vd2)＜55，30＜(vd3-vd4)＜45，50＜(vd6-vd5)＜65。
7.根据权利要求2或3所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第二透镜(2)、第三透镜(3)和第四透镜(4)粘合在一起形成胶合透镜，所述的第二透镜(2)的折射率nd2和色散系数vd2分别满足以下表达式：1.7<nd2<2.0，25<vd2<50；所述的第三透镜(3)的折射率nd3和色散系数vd3分别满足以下表达式：1.4<nd3<1.7，70<vd3<95；所述的第四透镜(4)的折射率nd4和色散系数vd4分别满足以下表达式：1.5<nd4<1.8，40<vd4<65。
8.根据权利要求2或3所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第五透镜(5)和第六透镜(6)粘合在一起形成胶合透镜，所述的第五透镜(5)的折射率nd5和色散系数vd5分别满足以下表达式：1.5<nd5<1.8，15<vd5<40；所述的第六透镜(6)的折射率nd6和色散系数vd6分别满足以下表达式：1.4<nd6<1.7，75<vd6<100。
9.根据权利要求2或3所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)的折射率nd1和色散系数vd1分别满足以下表达式：1.4<nd1<1.7，70<vd1<95；所述的第七透镜(7)的折射率nd7和色散系数为vd7分别满足以下表达式：1.8<nd7<2.1，15<vd7<40；所述的第八透镜(8)的折射率nd8和色散系数vd8分别满足以下表达式：1.6<nd8<1.9，40<vd8<65。
10.根据权利要求2或3所述的高像质内对焦式光学成像系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)、第七透镜(7)和第八透镜(8)的非球面表面形状满足方程： 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数，k为圆锥二次曲线系数。
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