CN108205189A - 微距变焦光学系统 - Google Patents

微距变焦光学系统 Download PDF

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Abstract

一种微距变焦光学系统，具体为内聚焦式结构的微距镜头，其从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群、具有负光焦度的第二镜片群、具有正光焦度的第三镜片群和具有正光焦度的第四镜片群与光接收面，其中：第一镜片群、第三镜片群为固定群，第二镜片群为变焦群，第四镜片群为聚焦群，通过第二镜片群沿光轴方向的前后移动实现从广角端到望远端的变焦，通过第四镜片群沿光轴方向朝物侧方向移动校正变倍过程以及物距变化带来的虚焦。本发明不含超低色散玻璃、轻小型化、从广角端变焦至望远端能够保持F值不变、全焦段范围内良好地补偿各类像差的内聚焦式微距变焦镜头。

Description

微距变焦光学系统
技术领域
本发明涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种不含超低色散玻璃、轻小型化、能维持F值恒定的微距变焦光学系统。
背景技术
现有微距镜头通常通过最靠近物体侧的第一透镜群组的前后伸缩的方式来实现对近距离物体的对焦。受限于光线高度和视场角，前群镜片往往是口径最大的透镜组，由于前群伸缩的聚焦方式，必须使用大体积的高着磁马达来保证自动聚焦速度。聚焦群的聚焦特点使得整个移动行程的尺寸都必须可以容纳一群的口径，镜头体积无法压缩；
因为光学镜片对不同色光的折射率不同，光学系统成像时会产生色差，使得画面对比度和解像力大打折扣。为消除色差带来的影响，现有的微距镜头会使用较多超低色散镜片ED(Extra low Dispersion)。但是超低色散材料不仅价格高昂，且镜片加工难度高。其莫氏硬度低的材料特性还使得镜片组装时容易发生形变，影响生产效率；
为了保证变焦镜头的放大倍率足够，镜头会尽可能地延展望远端的焦距。但变焦镜头在实现焦距增大的同时，F值往往也会同步增大，而F值又直接决定了画面照度，因此一般镜头从广角端到望远端变焦的过程，亮度会逐渐下降，十分影响用户的感官效果。焦距范围越大，画面照度损失就越多。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种微距变焦光学系统，不含超低色散玻璃、轻小型化、从广角端变焦至望远端能够保持F值不变、全焦段范围内良好地补偿各类像差的内聚焦式微距变焦镜头。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为内聚焦式结构的微距镜头，从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群、具有负光焦度的第二镜片群、具有正光焦度的第三镜片群和具有正光焦度的第四镜片群与光接收面，其中：第一镜片群、第三镜片群为固定群，第二镜片群为变焦群，第四镜片群为聚焦群，通过第二镜片群沿光轴方向的前后移动实现从广角端到望远端的变焦，通过第四镜片群沿光轴方向朝物侧方向移动校正变倍过程以及物距变化带来的虚焦。
所述的第一镜片群依次包括：一片胶合镜片以及一片具有正光焦度的非胶合镜片。
优选地，第一镜片群与镜头广角端的焦距比为(5.00,6.25)，第一镜片群与其中具有正光焦度的非胶合镜片的焦距比为(1.40,2.15)。
优选地，第一镜片群在胶合镜片的近物侧进一步设有具有正光焦度的镜片，以进一步地弥补镜头在望远端的轴外色差，并提升望远端的焦距。
所述的第二镜片群依次包括：两片具有负光焦度的镜片和一片具有正光焦度的镜片。
优选地，第一片具有负光焦度的镜片与第二镜片群的焦距比为(1.65,2.45)，镜头望远端与镜头广角端的焦距差与第二镜片群从广角端到望远端的移动长度之比为(1.55,2.25)。
所述的第三镜片群依次包括：一片具有正光焦度的镜片和一片具有负光焦度的镜片，其中：具有正光焦度的镜片的前表面设置为孔径光阑。
优选地，具有正光焦度的镜片为塑胶材料制成，该具有正光焦度的镜片与镜头广角端的焦距比为(1.60,2.40)。
优选地，镜头广角端与第三镜片群的焦距比为(0.10,0.40)。
优选地，具有负光焦度的镜片与具有正光焦度的镜片的折射率差的绝对值大于0.15，从而避免广角端球面像差补偿不足，以及在近距离聚焦状态下，球面像差会被进一步放大，造成成像质量下降的缺陷。
所述的第四镜片群依次包括：一片具有负光焦度的镜片和一片具有正光焦度的镜片。
优选地，该具有正光焦度的镜片为塑胶材料制成。
优选地，镜头望远端与镜头广角端的焦距差与第四镜片群的焦距之比为(1.35,1.95)
优选地，第四镜片群与第三镜片群的焦距比为(0.50,0.90)
优选地，具有负光焦度的镜片和具有正光焦度的镜片的折射率差的绝对值大于0.30，以实现微距拍摄的功能并避免近距离聚焦引入的额外球面像差无法补偿的问题。
技术效果
与现有技术相比，本发明不含超低色散玻璃、轻小型化、从广角端变焦至望远端能够保持F值不变、全焦段范围内良好地补偿各类像差的内聚焦式微距变焦镜头，可以使从广角端变焦至望远端能够保持F值不变、全焦段范围内良好地补偿各类像差的特征维持并立。
附图说明
图1为实施例1结构示意图；
图2为实施例1镜头的广角端相对于d线的各像差图；
图3为实施例1镜头的望远端相对于d线的各像差图；
图4为实施例2结构示意图；
图5为实施例2镜头的望远端相对于d线的各像差图；
图6为实施例2镜头的广角端相对于d线的各像差图；
图中：G1～G4第一至第四镜片群、L1～L10第一至第十透镜、STP孔径光阑、IMG光接收面、CG保护玻璃、ICF滤光片。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群G1、具有负光焦度的第二镜片群G2、具有正光焦度的第三镜片群G3和具有正光焦度的第四镜片群G4与光接收面IMG，其中：第一镜片群、第三镜片群为固定群，第二镜片群为变焦群，第四镜片群为聚焦群。
所述的第四镜片群G4和传感器IMG之间设有保护玻璃CG和用于滤除不必要波段的光线和杂散光的红外截止滤光片IRCUT-ICF。
所述的光接收面IMG中设有CCD和CMOS等固体摄像元件。
所述的第一镜片群G1从物体侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片L1、具有负光焦度的第二镜片L2、具有正光焦度的第三镜片L3，其中第一镜片L1与第二镜片L2胶合。
所述的第二镜片群G2从物体侧依次包括：具有负光焦度且的第四镜片L4、具有负光焦度的第五镜片L5、具有正光焦度的第六镜片L6，其中第五镜片L5与第六镜片L6胶合。
所述的第三镜片群G3从物体侧依次包括：具有正光焦度的第七镜片L7、具有负光焦度的第八镜片L8，其中第七镜片L7为塑胶材料且其前表面设置为孔径光阑STP。
所述的第四镜片群G4从物体侧依次包括：具有负光焦度的第九镜片L9和具有正光焦度的第十镜片L10，其中第十镜片L10为塑胶材料。
在使所述的第一镜片群和所述的第三镜片群固定的状态下，通过使所述的第二镜片群沿着光轴从物体侧向像侧移动，实现从广角端向望远端的变倍，通过使所述的第四镜片群沿着光轴移动，校正变倍过程以及物距变化带来的虚焦。
本实施例的变焦透镜的参数包括：EFL＝5.35(广角端)～30.0(望远端)；F数＝3.41(广角端)～3.49(望远端)；
表1为本实施例镜头的结构参数；表2为本实施例镜头的变焦参数；表3为本实施例的镜头非球面系数。
表1本实施例镜头结构参数
表2本实施例镜头变焦参数
表面序号 W T
A 0.70 13.71
B 14.16 1.15
C 7.32 1.15
D 3.73 9.90
表3本实施例镜头非球面系数
如图2所示，为本实施例镜头的广角端相对于d线的各像差图；图3为本实施例镜头的望远端相对于d线的各像差图。
实施例2
如图4所示，与实施例1相比，本实施例中的第一镜片群G1从物体侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片L1、具有负光焦度的第二镜片L2、具有正光焦度的第三镜片L3、具有正光焦度的第四镜片L4，其中第二镜片L2与第三镜片L3胶合。
所述的第二镜片群G2从物体侧依次包括：具有负光焦度且的第五镜片L5、具有负光焦度的第六镜片L6、具有正光焦度的第七镜片L7。
所述的第三镜片群G3从物体侧依次包括：具有正光焦度的第八镜片L8、具有负光焦度的第九镜片L9，其中第八镜片L8的前表面设置为孔径光阑STP。
所述的第四镜片群G4从物体侧依次包括：具有负光焦度的第十镜片L10和具有正光焦度的第十一镜片L11。
在使所述的第一镜片群和所述的第三镜片群固定的状态下，通过使所述的第二镜片群沿着光轴从物体侧向像侧移动，实现从广角端向望远端的变倍，通过使所述的第四镜片群沿着光轴移动，校正变倍过程以及物距变化带来的虚焦。
本实施例的变焦透镜的参数包括：EFL＝5.00(广角端)～35.00(望远端)；F数＝3.44(广角端)～3.52(望远端)。
表3为本实施例镜头的结构参数；表4为本实施例镜头的变焦参数；表5为本实施例的镜头非球面系数。
表3本实施例镜头结构参数
表4本实施例镜头变焦参数
表面序号 W T
A 1.41 14.20
B 13.98 1.19
C 6.01 1.15
D 3.69 8.55
表5本实施例镜头非球面系数
如图5所示，为本实施例镜头的广角端相对于d线的各像差图；图6为本实施例镜头的望远端相对于d线的各像差图。
上述实施例中，因为第一镜片群为固定结构，所以镜头中间位置口径得以压缩，同时，第四镜片群内聚焦式结构的变焦行程比前群聚焦缩短很多，大幅压缩了镜头的长度。
本发明中增加了第一透镜群的正透镜数量，且第一透镜群像侧方向的最后一枚镜片为正透镜，因此近距离聚焦时能够大幅优化光学高度不足的问题。并且，第一透镜群中至少包括一枚负透镜，从而可以补正正透镜过多导致的像差。镜头采用了玻璃材料与塑胶材料混合的方式，等效替换了超低色散材料，有效地控制了整个物距范围的色差。
镜头的第三透镜组从物侧方向依次采用了正、负镜片的结构，第四镜片群镜片从物侧方向依次采用了负、正镜片的光学结构，这样的群组镜片组合使得镜头最少只需要4片镜片就能够实现从广角端到望远端的变焦过程中，F值可以维持恒定。
第三透镜组从物侧方向依次采用了正、负镜片的结构，第四镜片群镜片从物侧方向依次采用了负、正镜片的光学结构，这样的群组镜片组合使得镜头最少只需要4片镜片就能够在从广角端到望远端的变焦过程中，维持F值恒定，实现了镜片数量的精简。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (9)

1.一种微距变焦光学系统，其特征在于，具体为内聚焦式结构的微距镜头，其从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群、具有负光焦度的第二镜片群、具有正光焦度的第三镜片群和具有正光焦度的第四镜片群与光接收面，其中：第一镜片群、第三镜片群为固定群，第二镜片群为变焦群，第四镜片群为聚焦群，通过第二镜片群沿光轴方向的前后移动实现从广角端到望远端的变焦，通过第四镜片群沿光轴方向朝物侧方向移动校正变倍过程以及物距变化带来的虚焦。
2.根据权利要求1所述的微距变焦光学系统，其特征是，所述的第一镜片群依次包括：一片胶合镜片以及一片具有正光焦度的非胶合镜片，其中：第一镜片群与镜头广角端的焦距比为(5.00,6.25)，第一镜片群与其中具有正光焦度的非胶合镜片的焦距比为(1.40,2.15)。
3.根据权利要求2所述的微距变焦光学系统，其特征是，所述的第一镜片群在胶合镜片的近物侧进一步设有具有正光焦度的镜片，可以进一步地弥补镜头在望远端的轴外色差，并提升望远端的焦距。
4.根据权利要求1所述的微距变焦光学系统，其特征是，所述的第二镜片群依次包括：两片具有负光焦度的镜片和一片具有正光焦度的镜片，其中：第一片具有负光焦度的镜片与第二镜片群的焦距比为(1.65,2.45)，镜头望远端与镜头广角端的焦距差与第二镜片群从广角端到望远端的移动长度之比为(1.55,2.25)。
5.根据权利要求1所述的微距变焦光学系统，其特征是，所述的第三镜片群依次包括：一片具有正光焦度的镜片和一片具有负光焦度的镜片，其中：具有正光焦度的镜片的前表面设置为孔径光阑；具有正光焦度的镜片与镜头广角端的焦距比为(1.60,2.40)，镜头广角端与第三镜片群的焦距比为(0.10,0.40)。
6.根据权利要求5所述的微距变焦光学系统，其特征是，所述的具有正光焦度的镜片为塑胶材料制成。
7.根据权利要求5所述的微距变焦光学系统，其特征是，所述的具有负光焦度的镜片与具有正光焦度的镜片的折射率差的绝对值大于0.15，从而避免广角端球面像差补偿不足，以及在近距离聚焦状态下，球面像差会被进一步放大，造成成像质量下降的缺陷。
8.根据权利要求1所述的微距变焦光学系统，其特征是，所述的第四镜片群依次包括：一片具有负光焦度的镜片和一片具有正光焦度的镜片，镜头望远端与镜头广角端的焦距差与第四镜片群的焦距之比为(1.35,1.95)，第四镜片群与第三镜片群的焦距比为(0.50,0.90)。
9.根据权利要求8所述的微距变焦光学系统，其特征是，所述的具有正光焦度的镜片为塑胶材料制成，且该具有负光焦度的镜片和具有正光焦度的镜片的折射率差的绝对值大于0.30，以实现微距拍摄的功能并避免近距离聚焦引入的额外球面像差无法补偿的问题。
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