CN108227160A

CN108227160A - 用于具有全幅传感器的相机的最高成像品质紧凑相机镜头

Info

Publication number: CN108227160A
Application number: CN201711390330.6A
Authority: CN
Inventors: M.普雷托里乌斯
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2018-06-29
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: JP7100448B2; DE102016125402A1; JP2018106159A; US20180180842A1; US11199681B2; DE102016125402B4; CN108227160B; EP3339930A1

Abstract

描述了一种用于全幅相机的相机镜头(1)，所述相机镜头具有在物侧前导的第一复合透镜(10)、跟随所述第一复合透镜(10)的第二复合透镜(20)、在传感器侧终止并跟随所述第二复合透镜(20)的第三复合透镜(30)、以及安排在所述第一复合透镜(10)与所述第二复合透镜(20)之间的孔径光阑(40)。所述第一复合透镜(10)在此具有汇聚性的折光力。所述第二复合透镜(20)包括能够沿光轴(50)移动地安排的至少两个透镜元件，并且所述第三复合透镜(30)具有至少一个非球面透镜元件(31)，所述非球面透镜元件在所述光轴(50)的纵向方向上固定地安排，其中所述非球面透镜元件具有至少25mm的直径。

Description

用于具有全幅传感器的相机的最高成像品质紧凑相机镜头

技术领域

本发明涉及一种相机镜头，该相机镜头是紧凑的、具有最高成像质量、并且被配置为用于具有全幅传感器的相机。本发明还涉及一种照相机或摄影机。

背景技术

随着不断发展的对照相机和摄影机的改进，现在24mm x 36mm表面积上像素密度已经达到5000万像素且因此达到每边长约为4μm的像素大小，这导致前置的相机镜头的要求越来越高。用于确定由相机镜头和相机组成的系统的图像质量的光学传递函数现在不再主要取决于传感器的调制传递函数，而是更多取决于相机镜头的调制传递函数。这里的调制传递函数表示不同间距和不同线宽的线对的相应对比度。典型地根据每毫米80线对的调制传递函数的对比度值来评估相机镜头。具有在每毫米80线对实现了至少50％的与波长无关的对比度的调制传递函数以及在每毫米80线对实现了(如果光束被剪裁到80％)至少70％的对比度的调制传递函数的相机镜头，被称为图像质量非常高的镜头。一般的相机镜头典型地无法达到这种图像质量，即使它们典型地很大也很重也是如此。

除了图像质量之外，镜头尺寸在改进光学设计中也起着重要的作用。特别是轻质紧凑型相机镜头典型地具有小于或等于像圈直径1.5倍的结构长度。

现在，相机镜头具有快速内部聚焦，聚焦时间一般小于或等于100ms。而且，此类相机镜头还具有较大的物距范围。距中心的最小物距在此典型地小于或等于透镜焦距的十倍。典型地还要求在近设定范围内保持高图像质量。为了允许在现代相机镜头中使用被适配为用于非常短聚焦时间的致动器模块，待移动的透镜元件的质量应优选为至多20g到30g。在待移动的透镜元件质量更大的情况下，所产生的加速力可以使典型的致动器模块失效。

用于照相机或摄影机的现代传感器设置需要传感器上主光线的入射角不大于30°，以免在场边缘出现不希望的像素遮挡。传感器上主光线的入射角优选不大于26°。

与光学附件一起使用的相机镜头应符合以下不俗要求，即，在整个物距范围内保持图像质量不受影响，无明显劣化。

用于智能手机摄像头的镜头设计已经能够满足一部分上文提及的条件。举例而言，US 2015/0198790A1描述了一种用于手机摄像头光学单元的极为紧凑的结构，该结构满足上述关于结构长度和图像传感器上入射角的标准。还满足入射光瞳位置的标准，因为在已知的手机摄像头镜头中，常常通过第一透镜元件本身周围的外壳得到孔径光阑。这种情况下，入射光瞳等于孔径光阑，并因此保持不变。

US 2015/0198790A1和US 8,369,029B2以及DE 10 2004 060 786A1各自披露了手机摄像头的不同镜头设计。所披露的相应相机镜头的透镜元件的安排包括非球面透镜元件，这些非球面透镜元件在光学使用的表面区域中具有拐点。具有拐点的非球面透镜元件针对穿过非球面透镜元件不同区域的光束改变折光力的符号。例如，具有拐点的非球面透镜元件可以具有对沿着光轴的光束的发散效应以及对沿着边缘的光束的汇聚效应。大多数手机摄像头镜头典型地都使用这种具有拐点的非球面透镜元件。

使用具有拐点的非球面透镜元件的相机镜头的光学设计在US 9,310,590B1，US2016/0011399A1，US 2015/0212389A1，US 8,964,307B2，US 8,373,932B2，US 9,116,328B2，US 9,025,258B2，US 9,036,276B2，US 9,217,843B2，US 9,235,030B2和US 2015/0177492A1中披露。

US 4,416,518披露了一种用于彩色摄影机的相机镜头。该相机镜头包括多个可移动透镜元件部件和至少一个固定透镜元件部件。这些部件中的至少两个具有非球面表面。可移动组件由单独的透镜元件组成，其中至少一个透镜元件具有非球面表面，而位置固定的透镜元件部件组可以具有至少一个非球面表面。

US 5,986,821中披露了具有两个可移动复合透镜的变焦镜头。US 4,456,345中披露了具有三个复合透镜和可移动内部双凸形透镜元件的相机镜头。

然而，在所有已知的手机摄像头镜头设置中，如果缩放光学设计使得像圈直径对应于全幅，则图像质量并不能达到所要求的在调制传递函数中每毫米80线对下>50％的对比度。特别是，如已知的，为了避免使用经固结的元件，手机摄像头镜头中对色差的校正完全不足。此外，手机摄像头镜头只能通过移动整个镜头进行聚焦。但在镜头焦距的20到30倍处图像质量已经急剧下降。另外，在近设定下无法满足图像质量的高要求显得更为突出。

制造用于全幅传感器的具有拐点的非球面透镜元件给制造商带来了重大挑战。可以通过坯件压制的方式成本有效地生产直径非常小(几毫米，典型地<8mm)的此类非球面器件，但对于具有全幅传感器的相机所要求的大得多(典型地至少25mm至30mm)的透镜直径而言无法实现。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种有利的具有全幅传感器的用于照相机或摄影机的相机镜头，该相机镜头是紧凑的并且提供最高的图像质量。

本发明的另一个目的是提供一种有利的照相机或摄影机。

第一个目的通过根据权利要求1的相机镜头来实现。第二个目的通过根据权利要求28的照相机或摄影机来实现。从属权利要求包含本发明的有利构型。

本发明披露一种用于全幅相机的相机镜头，所述相机镜头具有在物侧前导的第一复合透镜、跟随所述第一复合透镜的第二复合透镜、在传感器侧终止并跟随所述第二复合透镜的第三复合透镜、以及安排在所述第一复合透镜与所述第二复合透镜之间的孔径光阑。所述第一复合透镜在此具有汇聚性的折光力。所述第二复合透镜，可以类似地具有汇聚性折光力，包括能够沿光轴移动地安排的至少两个透镜元件。所述第三复合透镜具有至少一个具有至少25mm直径的非球面透镜元件，所述非球面透镜元件在所述光轴的纵向方向上固定地安排并且优选在光学上所使用的区域中不具有拐点。非球面透镜元件在此被认为是在至少一个透镜表面的光学上所使用的区域中具有非球面设计的透镜元件。然而，具有非球面设计的透镜表面尤其还可能延伸超过光学上所使用的区域并且构成整个透镜表面。

根据本发明的相机镜头能够提供具有即使对于全幅传感器而言也足够的图像质量，即具有在每毫米80线对下达到高于50％对比度的多色调制传递函数。多色调制传递函数在此为不同波长的调制传递函数的加权平均值。此外，还存在如下可能性，尤其当该非球面透镜元件不具有拐点时，即，仅仅从可通过坯件压制来生产的球面透镜元件或非球面透镜元件来制造本发明的透镜，这提供了成本有效的生产。另外，可以满足与光学单元的入射光瞳的位置相关的具体要求，因而对于具有全幅传感器的相机而言能够满足具有最高成像质量的紧凑相机镜头的边界条件。

所述第二复合透镜可以沿所述光轴包括至少一个物侧子复合透镜和至少一个像侧子复合透镜。所述物侧子复合透镜具有发散性的折光力并且所述像侧子复合透镜具有汇聚性的折光力。

此外，所述物侧子复合透镜和所述像侧子复合透镜能够沿所述光轴不同地位移。尤其所述物侧子复合透镜和所述像侧子复合透镜可以被安排为能够位移成使得当在较短的物距下聚焦时它们在相同方向上移动。一般而言，当在较短物距下聚焦时这两个复合透镜在相同方向(朝向物侧)移动。当在改变的物距下聚焦时，所述物侧子复合透镜和所述像侧子复合透镜沿所述光轴的位移路径可以不同。尤其所述像侧子复合透镜的聚焦行程可以相对于所述物侧子复合透镜的聚焦行程大2到3倍之间。

根据本发明的相机镜头的一种构型，所述第二复合透镜、尤其所述第二复合透镜的像侧子复合透镜包括至少一个透镜元件，所述至少一个透镜元件至少在光学上所使用的区域中是非球面的并且尤其至少在光学上所使用的区域中可以是没有拐点的。如果该非球面透镜元件至少在光学上所使用的区域中没有拐点，则它仅具有一种汇聚性的或正的折光力、或者一种发散性的或负的折光力。针对穿过所述没有拐点的非球面透镜元件的光束改变不同区域的折光力符号在非球面表面的至少在光学上所使用的区域中不具有拐点的非球面透镜元件中并不发生。尤其所述第二复合透镜的不具有拐点的非球面透镜元件可以与所述第三复合透镜的不具有拐点的非球面透镜元件类似地配置，使其在光学上所使用的区域之外且尤其在整个对应的表面上没有拐点且为非球面。

根据本发明的相机镜头的一种构型，所述第二复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件是双面非球面的透镜元件，即在两侧具有非球面形状的表面的透镜。双面非球面的透镜元件相对于简单的非球面透镜且尤其相对于球面透镜元件具有更大数目的自由度。正常地分布在多个透镜元件上的校准因此可以通过单一的透镜元件来进行。相对于简单非球面透镜元件或甚至相对于球面透镜元件，在第二复合透镜中使用双面非球面的透镜元件因此造成第二复合透镜的明显更小的质量并且因此在快速内部聚焦中具有典型小于或等于100ms的聚焦时间。第二复合透镜的待移动的透镜元件的质量优选为最大30g且尤其优选最大20g。由此出现的相关联的加速力允许以短的聚焦时间来使用可商购的致动器模块。

所述至少一个非球面透镜元件优选沿其非球面表面或(在双面非球面透镜元件的情况下)沿其多个非球面表面具有小于或等于60°的倾斜角度。这样的非球面透镜元件可以通过用于坯件压制(模制)的定制生产方法来生产。所述至少一个非球面透镜元件因此可以由具有适合用于坯件压制的低转变温度的玻璃形成。因而能够使用已知为“低Tg玻璃”的玻璃。

根据本发明的相机镜头的一种构型，所述第二复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件包括至少一个非球面的表面，所述至少一个非球面的表面的光学折光力朝向边缘强烈变化。在此，对在场边缘的光束的折光力相对于对在场中心的光束的折光力可以增加至少5倍且尤其增加至少10倍。所述至少一个非球面透镜元件的这种形式主要由如下要求导致：将传感器上的最外部的光束的入射角保持在26°的极限值以下。这个非球面因而较少地用于校正经典的成像误差而较多地用于产生透镜的所希望的出射光瞳位置。

在根据本发明的相机镜头的另一种构型中，所述第一复合透镜的汇聚性的折光力P_V具有总透镜折光力P_tot的至少0.8倍(P_V≥0.8*P_tot)、优选总透镜折光力P_tot的至少1.4倍(P_V≥1.4*P_tot)。总透镜折光力在此等于透镜焦距的倒数。

在孔径光阑前方的强烈汇聚性的复合透镜和在孔径光阑后方的总体上发散性的复合透镜在保持指定焦距的同时有助于较短的结构长度。

在根据本发明的相机镜头中，所述第一复合透镜可以沿所述光轴包括至少一个物侧子复合透镜和至少一个像侧子复合透镜，其中所述物侧子复合透镜具有发散性的折光力或负的折光力并且所述像侧子复合透镜具有汇聚性的折光力或正的折光力。子复合透镜的这种安排的结果是，以从第一透镜元件顶点到入射光瞳的中心(光束路径中在物侧进入相机镜头的光束重叠到最大程度的位置)的距离为分子且以相机镜头的结构长度为分母的商变小。当将分子归一化为1时，商的值小于0.2，优选小于0.1。这意味着相机镜头的入射光瞳定位在第一透镜元件附近。在此情况下，使所有光束没有渐晕地透射通过透镜所需的直径对应于入射光瞳自身的直径，并且因此对应于有可能的数值中最小的数值。如果相反入射光瞳定位在系统之内，则将要求第一透镜元件的更大直径来没有渐晕地透射所有场光束。如果入射光瞳定位在距第一透镜元件一定距离处，则光学附件将因此必须更大且更重。因而入射光瞳靠近前部透镜元件具有的结果是可以将紧凑的光学附件(广角光学器件和望远光学附件)用于相机镜头。

根据本发明的相机镜头的一种构型，所述第一复合透镜沿光轴不可移动地安排。安排在第一复合透镜与第二复合透镜之间的孔径光阑在物侧通过不可移动的第一复合透镜成像。这个像代表入射光瞳，其位置在不同聚焦设定下相对于光轴保持恒定。由于入射光瞳位置在聚焦过程中保持恒定，因此前置的光学附件不产生强烈依赖于聚焦设定的误差分量。

根据本发明的相机镜头的另一种构型，所述第三复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件沿其非球面的表面具有小于或等于60°的倾斜角度。在此倾斜角度是指表面元件的表面切线相对于光轴的角度。通过将非球面表面上的倾斜角度限制在<60°，该非球面透镜元件能够用常见的用于坯件压制的制造方法来生产，如已经参照第二复合透镜的非球面透镜元件所描述的那样。所述第三复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件因此尤其可以由具有适合用于坯件压制的低转变温度的玻璃形成。因而能够使用已知为“低Tg玻璃”的玻璃。

所述第三复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件可以额外包括至少一个非球面的表面，所述至少一个非球面的表面的光学折光力朝向边缘展现强烈变化。在此，对在所述第三复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件的场边缘的光束的折光力相对于对在场中心的光束的折光力可以增加至少5倍、优选增加至少10倍。如同在第二复合透镜的非球面透镜元件的情况，所述至少一个非球面透镜元件的这种形式主要由如下要求导致：将传感器上的最外部的光束的入射角保持在26°的极限值以下。

还有可能将所述第三复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件安排为相机镜头的沿光束方向的像侧最后透镜元件。在具有整合相机镜头的紧凑相机中，这种非球面透镜元件典型地直接在传感器前方固定安装。当使用可交换镜头时，所述非球面透镜元件仍为相机镜头的组成部分。

根据本发明的相机镜头的一种构型，所述第三复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件可以是双面非球面透镜元件，并且所述第三复合透镜可以尤其仅仅由所述双面非球面透镜元件组成。在第三复合透镜中仅使用一个透镜元件减少了相机镜头的质量和长度。

根据本发明的相机镜头的一种构型，所述入射光瞳在所述第一透镜元件处的位置由条件x/L≤0.2给出。在此，x表示所述第一透镜元件顶点到所述入射光瞳的中心的距离，并且L表示所述相机镜头的结构长度。商x/L优选为最大0.2且特别优选最大0.1。这种构型在相机镜头与光学附件一起使用方面是尤其有利的，如在再上文已经解释的。

根据本发明的相机镜头被设计为尤其用于与光学附件一起使用。在此光学附件是广角光学器件或望远光学附件。通过根据本发明的相机镜头的两个特征确保了可与光学附件相连地使用。首先，内部聚焦仅仅通过在孔径光阑之后的透镜元件移动来进行，因为在那种情况下入射光瞳位置在聚焦过程中保持恒定并且光学附件因此不产生强烈依赖于聚焦设定的误差分量。其次，主透镜的入射光瞳定位为非常靠近第一透镜元件。因此，光学附件的所需要的直径可以被最小化，而该光学附件并不造成成像光束受到额外的剪裁。额外的剪裁又称为渐晕。额外的剪裁在仍可被传感器检测到的边缘光线被相机镜头前方的额外光学单元阻挡时出现。本发明因此还涉及根据本发明的相机镜头与连接在前方的光学附件一起使用的用途。

本发明还涉及一种具有根据本发明的相机镜头的照相机或摄影机。可以从上述根据本发明的相机镜头的优点得出通过根据本发明的照相机或摄影机所获得的优点。

附图说明

从以下示例性实施例并参考附图，即可明白本发明的其他特征、特性和优点。

图1示出具有无穷大的聚焦设定的第一示例性实施例的根据本发明的相机镜头1。

图2示出具有30cm近距设定极限的聚焦设定的第一示例性实施例的根据本发明的相机镜头1。

图3示出依赖于第一示例性实施例的相机镜头1的像高度的调制传递函数。

图4示出第一示例性实施例的相机镜头1的球面像差、散光和失真。

图5、6示出第一示例性实施例的相机镜头1的横向色差图表。

图7示出在无穷大的聚焦位置的第二示例性实施例的根据本发明的相机镜头1。

图8示出具有23cm近距设定极限的聚焦的第二示例性实施例的根据本发明的相机镜头1。

图9示出第二示例性实施例的相机镜头1的依赖于像高度的调制传递函数。

图10示出第二示例性实施例的相机镜头1的球面像差、散光和失真。

图11、12示出第二示例性实施例的相机镜头1的横向色差图表。

图13示出具有透镜和任选的透镜附件的相机的示意性图示。

具体实施方式

下文中将参考附图描述用于具有全幅传感器的相机的、具有最高图像质量的紧凑型相机镜头1的两个示例性实施例。

本发明提供了用于具有全幅传感器102的相机100的相机镜头1。在图13中示意性展示了具有相机镜头1和任选的光学附件104的相机100。在此，任选的光学附件104可以是广角光学器件附件或望远光学器件附件。相机镜头1非常紧凑且具有最高图像质量。被称为全幅传感器的传感器是像圈直径为43.2mm的传感器102。

相机镜头1具有三个复合透镜10、20、30，其中第一复合透镜10在物侧前导、包括一个或多个透镜元件并且具有汇聚性的折光力。第一复合透镜10之后的是像侧的第二复合透镜20。后者包括至少两个透镜元件21、22，这两个透镜元件沿着光轴50可移动地安排，如通过双箭头在图13中所示。第三复合透镜30在像侧跟随在第二复合透镜20之后并且表示在传感器侧终止的相机镜头1的复合透镜。它包括至少一个直径至少为25mm的非球面透镜元件31，该非球面透镜元件固定安排在光轴50的纵向方向上。孔径光阑40安排在第一复合透镜10和第二复合透镜20之间。

根据本发明的相机镜头1的第一具体示例性实施例在图1中示出。图1中的相机镜头1具有带有8个透镜元件的变体，该相机镜头的f值为2.0且焦距为35mm。沿着在光轴50上透镜元件顶点从第一透镜元件到图像传感器测得第一示例性实施例的相机镜头1的结构长度为仅57mm。这里测得的57mm的具有全幅传感器的相机的相机镜头1的长度，与具有全幅传感器和类似图像质量的相机镜头相比是非常紧凑的。第一示例性实施例的根据本发明的相机镜头1满足开篇部分中提及的要求，即结构长度必须小于或等于像圈直径的1.5倍。由于像圈直径为43.2mm，特别紧凑的相机镜头1不应超过64.8mm的结构长度。第一示例性实施例的根据本发明的相机镜头1的结构长度为57.00mm。

图1中所示的相机镜头1具有八个透镜元件。所述八个透镜元件被划分成三个复合透镜10、20、30。第一复合透镜10具有三个透镜元件，而第二复合透镜20具有四个透镜元件，并且第三复合透镜30仅具有一个透镜元件。孔径光阑40安排在第一复合透镜10和第二复合透镜20之间。第一复合透镜10和第三复合透镜30的单一透镜元件相对光轴50不可移动地安排。另一方面，第二复合透镜20相对光轴50可移动地安排。

由三个透镜元件组成的第一复合透镜10被划分为两个子复合透镜，称为像侧子复合透镜12和物侧子复合透镜11。物侧子复合透镜11包括两个透镜元件，具体地一个物侧双凹形透镜元件和一个像侧双凸形透镜元件。两个透镜元件固结在一起。第一复合透镜10的物侧子复合透镜11的两个固结的透镜元件具有发散性或负的总折光力。

在第一示例性实施例中，第一复合透镜10的像侧子复合透镜12仅包括单一汇聚透镜。该单一汇聚透镜是双凹形透镜元件，其中像侧曲率半径比物侧曲率半径大几倍。

第一复合透镜10在物侧的孔径光阑40上成像。在此，第一复合透镜的折光力是相机镜头的总折光力的1.415倍。由于第一复合透镜10相对于光轴50不可移动地安排，孔径光阑40(也被称为入射光瞳)的物侧成像在位置和大小方面相对光轴50恒定。因此，当使用光学附件时，可以避免随物距而变化的图像像差。如果入射光瞳位置会发生变化，则出现光学附件的依赖于聚焦设定的图像像差；在此背景下，还应参照由入射光瞳位置引起的“成像误差”，因为通过改变入射光瞳位置，对图像有贡献的光束路径的通路因光学附件而变化。由于光学附件中没有设置可移动的光学元件，所以不可能补偿所述图像像差。

相机镜头1的入射光瞳定位为在物侧上靠近第一复合透镜10的物侧子复合透镜11的物侧双凹形透镜元件。因此，可以最小化所需的光学附件直径而成像光束不会被光学附件额外修剪(称为渐晕)。

在此示例性实施例中，孔径光阑40相对于光轴50固定地安排，所以，孔径光阑40也不引起入射光瞳位置和大小的变化。

在此示例性实施例中，正如上文所述，第二复合透镜20具有四个透镜元件。所述第二复合透镜20进而可以被划分为两个子复合透镜，具体地一个物侧子复合透镜21和一个像侧子复合透镜22。物侧子复合透镜21包括两个透镜元件。这两个透镜元件中的物侧透镜元件为双凹形透镜元件，而这两个透镜元件中的像侧透镜元件为凹凸透镜元件，即弯月形透镜元件。在此第一示例性实施例中，凹凸透镜元件是正弯月形透镜元件。正弯月形透镜元件的具有较小曲率半径的一侧面朝物体。双凹透镜元件和正弯月形透镜元件固结在一起。这两个经固结的透镜元件的总折光力为负或发散性。

第二复合透镜20的像侧子复合透镜22也包括两个透镜元件。子复合透镜22的物侧透镜元件是双凸透镜元件，其较大的曲率面朝物体的方向。所述子复合透镜22的像侧透镜元件再次是正弯月形透镜元件。像侧子复合透镜22的两个透镜元件之间的距离相对较大而且并不固结在一起。在聚焦期间，这两个透镜元件之间的距离保持恒定。像侧子复合透镜的总折光力为正或汇聚性。

第一示例性实施例中，第三复合透镜30仅包括单一透镜元件。所述单一凹凸透镜元件是特殊的负弯月形透镜元件。负弯月形透镜元件在凸侧上具有平坦区域，而且其整平的凸侧面朝传感器。在此示例性实施例中，只要该镜头不是可互换的镜头，该单一弯月形透镜元件就可以固定安装在传感器的前方。它用于设定在传感器2处的希望的退出光瞳位置。

第二和第三复合透镜、即孔径光阑之后所有透镜元件的总折光力是相机镜头的总折光力的-1.055倍。

在第一示例性实施例中，使用两个双面非球面透镜元件23、31。在第二复合透镜20的像侧子复合透镜22中使用双面非球面透镜元件23。这个复合透镜22的像侧透镜元件23是呈上文提及的正弯月形透镜元件23形式的双面非球面透镜元件23。第三复合透镜30中使用另一个双面非球面透镜元件31。这个单一透镜元件31为呈负弯月形透镜元件31形式的双面非球面透镜元件31。

此示例性实施例中的两个非球面透镜元件23、31在其非球面表面AF13、AF14、AF15和AF16上具有至少在表面的光学上所使用的区域中、但尤其在整个表面上没有拐点的形状。非球面表面的倾斜角在每个表面上的每处都<60°。非球面透镜元件23、31因而可以通过用于坯件压制的定制生产方法来生产。所述坯件压制也被称为“模制”。另外，非球面透镜元件23、31由具有适合用于坯件压制的低转变温度的玻璃形成。“低Tg玻璃”在此用于所述非球面透镜元件23、31。

此外，非球面透镜元件23、31的表面AF13和AF16各自具有的光学折光力朝向边缘强烈变化。用于在场边缘的光束的、非球面透镜元件23、31的具有朝向边缘的强烈变化的相应非球面表面的折光力比用于在场中心的光束的大至少5倍、优选10倍。

图2展示了第一示例性实施例的相同相机镜头1。图1中，相机镜头1聚焦到无穷远，而图2中的相机镜头1被设定为30cm的近设定极限值。近设定极限值作为物体与传感器之间的距离给出。由于第一复合透镜10和第三复合透镜30以及还有孔径光阑40相对光轴50不可移动地安排，所以相机镜头1中仅可以看到第二复合透镜20方面的差异。第二复合透镜20的物侧子复合透镜21和像侧子复合透镜22都朝物体的方向移动。然而这两个子复合透镜21、22的相应位移路径不同。本示例性实施例中，像侧子复合透镜22的位移路径大于物侧子复合透镜21的位移路径。将相机镜头1聚焦到30cm的近设定极限值时，与聚焦到无穷远相比，这两个子复合透镜21、22更靠近。

第二复合透镜20的物侧子复合透镜21和像侧子复合透镜22的安排允许快速聚焦。这种情况下，实现小于100ms的聚焦时间。因此，相机镜头1在较大的物距范围内具有快速内部聚焦。另外，在近设定范围内保持了高图像质量。此示例性实施例中待移动的透镜元件总质量具有20g至30g的最大重量。

此外，图1和图2示出在相机镜头1和传感器2之间的两个滤光片60。所述滤光片60不是相机镜头1的一部分，但是在相机镜头设计中在厚度和折射率方面纳入考虑。

图3展示了图表，该图表绘出了像高度上的调制传递函数(MTF)。图3的这个图表展示了调制传递函数的三个曲线对，这三个曲线对都依赖于参数“每毫米线对数”。对于每个曲线对，参数“每毫米线对数”都保持为特定值不变。第一曲线对绘制了每毫米20线对的调制传递函数，第二曲线绘制了每毫米40线对的调制传递函数，而第三曲线对绘制了每毫米80线对的调制传递函数。每个单独的曲线对由两条另外的曲线组成。这两条曲线中的第一条曲线示出入射光的矢状分量，而第二条曲线示出入射光的切向分量。

MTF曲线显示，在每毫米80线对下最高12mm(竖直画幅边缘)或甚至18mm(水平画幅边缘)的像高度且因此在所有较低的空间频率下，各自存在典型地至少50％的高对比度，仅朝向最外侧图像角落(像高度>18mm)下降。在约5mm像高度和10mm像高度之间的区域中切向分量具有略微较低的值。实际使用中这样的对比度下降是可接受的，因为超过18mm的像高度仅代表传感器表面的极小部分，具体地仅最外侧的图像角落。

每毫米20线对的曲线对在0mm和约16mm之间的像高度区域中的对比度约为90％。入射光的矢状分量和切向分量差别甚微。

每毫米40线对的曲线对中可以发现矢状分量和切向分量的某种程度较大分离。这里，矢状分量具有的对比度略高于80％，而切向分量具有的对比度略低于80％。这尤其适用于0mm和11mm之间的像高度。这两个分量在11mm和16mm像高度之间具有类似的对比度。在此，这些曲线非常接近80％线。

虽然与其他曲线对相比，每毫米80线对情况下在0mm和10mm像高度之间的对比度差异最大，但在11mm和16mm像高度之间矢状分量和切向分量的对比度几乎相同。这两条曲线的对比度都约为55％。

因此，相机镜头1满足了在开篇部分中提及的要求，即，在孔径光阑40处2.0的完全透镜开度下使图像质量在特别高的水平。当相机镜头1或者孔径光阑40降至4.0时，对比度进一步增加，结果导致在这种情况下的相机镜头1以实质上衍射受限的方式成像。

图4显示了典型的图像像差表示。图4中左侧图表中展示了球面像差。为了描述球面像差的目的，将入射高度作为后焦距差或焦点的函数给出。在此图表中，展示了对于不同可见光波长的球面像差。在这种情况下，404.6561nm到656.2725nm的可见光范围便已足够。本领域技术人员可以在图4的左侧图表中看出球面像差的良好校正。除了波长较小的区域以外，已对球面像差进行了非常好的校正。

图4的中间图表展示了像差散光。为了描述散光的目的，将像高度作为后焦距差或焦点的函数绘制。可以看出，对于较大的可见光波长，已对散光进行了非常好的校正。只有对于较小的可见光波长，散光才较为明显。所使用的可见光波长范围与左侧图表中的相同。

图4中右侧的图表绘制了像高度上的失真的特征曲线。此图表中可以看到良好的失真校正。失真的取决于波长的变化对应于放大率色差CDM，通常也被称为“横向色差”。因此还可以看出，除了低于0.5％的极低失真(对于每个波长)之外，透镜还具有极低的CDM。通过高对比度边缘处的干扰性彩色边纹，较大的CDM将在图像中变得明显可见。所使用的可见光波长范围与左侧图表中的相同。

在图5和图6中展示了典型的横向色差图表的相关绘图。图5和图6中的图表显示了入射光的切向分量和矢状分量。在此所使用的波长在404.6561nm和656.2725nm之间。光学领域的技术人员可以从中读出在孔径和场上的图像像差的特征曲线。图5和图6尤其显示了对彩色像差的非常好的校正。

下表1列出了与透镜有关的基本构造数据。透镜元件表面AF2至AF20在图1和图2中示出。

表1：

这些行从上到下表示对应图1或图2的透镜元件的表面编号。这些列从左到右表示表面类型(球面或非球面)、表面曲率的顶点半径、与下一个表面的距离(气隙或透镜元件厚度)、所使用光学玻璃的商品名及制造商信息，以及光学上所使用的表面的半径。

在等于无穷大的物距下光学单元的焦距精确地为35.00mm。在聚焦到其他物距过程中，表面AF7、AF10和AF14之间的气隙根据表2改变(在明确指出的距离之间应当相应地进行内插)。在下表中的表面0是物体的平面。

表2：

	设定Z1	设定Z2	设定Z3	设定Z4
					0	无穷大	933	433	233
AF7	4.80480	4.68058	4.49618	4.12952
					AF10	4.26298	3.30344	2.27983	0.80000
AF14	5.11947	6.20323	7.41125	9.25773

四张表3、4、5、6根据顶点形式的定义方程式得出非球面的系数。表3在此示出了表面AF13的非球面系数，表4示出了表面AF14的非球面系数，表5示出了表面AF15的非球面系数，并且表6示出了第一示例性实施例的表面AF16的非球面系数。

顶点形式可以由以下方程描述：

其中z是垂度，R是透镜元件的顶点曲率半径，r是径向距离，k是锥形区段的常数，并且A、B、C、D、E、F、G、H、J为各阶变形系数。在球面透镜中，A＝B＝C＝D＝E＝F＝G＝H＝J＝0且k＝0。

表3：

参数	值
		顶点半径	无穷大
“锥形”常数	0.00
		第4阶系数A	-4.8992092861e-05
第6阶系数B	6.1949699715e-10
		第8阶系数C	-1.2500220906e-09
第10阶系数D	5.6567321954e-12
		第12阶系数E	0.00
第14阶系数F	0.00
		第16阶系数G	0.00
第18阶系数H	0.00
		第20阶系数J	0.00

表4：

表5

参数	值
		顶点半径	-1.7010065377e+01
“锥形”常数	0.00
		第4阶系数A	1.0710823842e-05
第6阶系数B	3.2153423282e-08
		第8阶系数C	3.3940082833e-10
第10阶系数D	-7.0524303110e-13
		第12阶系数E	0.00
第14阶系数F	0.00
		第16阶系数G	0.00
第18阶系数H	0.00
		第20阶系数J	0.00

表6：

图7示出根据本发明的相机镜头1的第二具体示例性实施例。第二示例性实施例示出具有9个透镜元件的变体，该变体类似地具有2.0的f数和35mm的焦距。定义、规格和图像都类似于第一示例性实施例。具有9个透镜元件的构造具有与第一示例性实施例的构造相比略微更大的60cm的结构长度。因此，第二示例性实施例也满足如在开篇部分对于用于具有全幅传感器的相机的紧凑相机镜头1所提出的条件，即，将结构长度限制在小于或等于图像圈直径的1.5倍。第二示例性实施例的相机镜头1在前部物镜组中具有与第一示例性实施例中不同的折光力分布。这可以获得较低的由公差引入的图像质量降级。

第二示例性实施例的相机镜头1包括九个透镜元件，这些透镜元件划分成三个复合透镜10、20、30。在第二示例性实施例中，第一复合透镜10包括四个透镜元件。与在第一示例性实施例中一样，所述透镜元件被划分成两个子复合透镜11、12。物侧子复合透镜11包括两个透镜元件。这两个透镜元件中的物侧透镜元件是双凹形透镜元件，而这两个透镜元件中的像侧透镜元件是双凸形透镜元件。这两个透镜元件固结在一起并且具有负的或发散性的折光力。第一复合透镜10的像侧子复合透镜12也包括两个透镜元件。这两个透镜元件中的物侧的透镜元件是双凹形透镜元件。该双凹形透镜元件的具有较小曲率半径的光学表面面向物体。这两个透镜元件中的像侧的透镜元件是双凸形透镜元件。像侧子复合透镜12的这两个透镜元件没有固结到一起，这两个透镜元件的本来需要固结的表面具有不同的曲率半径。第一复合透镜的折光力是相机镜头的总折光力的0.896倍。

与在第一示例性实施例中一样，在第二示例性实施例中第二复合透镜20包括四个透镜元件。所述四个透镜元件进而划分成两个子复合透镜21、22。在第二示例性实施例中，物侧子复合透镜21包括两个透镜元件。这两个透镜元件中的物侧透镜元件是双凹形透镜元件，而这两个透镜元件中的像侧透镜元件是双凸形透镜元件。这两个透镜元件固结在一起并且具有负的或发散性的总折光力。

第二复合透镜20的像侧子复合透镜22也包括两个透镜元件。这两个透镜元件中的物侧的透镜元件是双凸形透镜元件，其中具有较小曲率半径的光学表面面向物体。这两个透镜元件中的像侧的透镜元件是正的弯月形透镜元件，其凸形的光学表面面向物体。第二复合透镜20的像侧子复合透镜22的两个透镜元件具有有限的距离。在相机镜头1正在聚焦时这些透镜元件的移动过程中，这个距离保持恒定。

与在第一示例性实施例中一样，第三复合透镜30包括单一的负的弯月形透镜元件。负的弯月形透镜元件的凹形光学表面面向物体。在这个示例性实施例中，只要该镜头不是可互换的镜头，单一的弯月形透镜元件也可以固定地安装在传感器2前方。它用于设定在传感器2处的希望的退出光瞳位置。

第二和第三复合透镜的总折光力是相机镜头的总折光力的-0.176倍。

第一复合透镜10的这些透镜元件和第三复合透镜30的单一的透镜元件相对于光轴50不可移动地安排。另外，孔径光阑40被安排在第一复合透镜10与第二复合透镜20之间。这个孔径光阑40也相对于光轴50不可移动地安排。

与在第一示例性实施例中一样，在第二示例性实施例中也使用两个双面非球面透镜元件23、31BF15、BF16、BF17、BF18。在此一个双面非球面透镜元件23用在第二复合透镜20的像侧子复合透镜22中，并且另一个双面非球面透镜元件31用在第三复合透镜30中。

此示例性实施例中的两个非球面透镜元件23、31在其非球面表面上具有至少在表面的光学上所使用的区域中、但尤其在整个表面上没有拐点的形状。非球面表面的倾斜角在每个表面上的每处都<60°。非球面透镜元件23、31因而可以通过用于坯件压制的定制生产方法来生产。另外，非球面透镜元件23、31由具有适合用于坯件压制的低转变温度的玻璃形成。“低Tg玻璃”在此用于所述非球面透镜元件23、31。

另外，在此示例性实施例中的双面非球面元件23、31各自具有表面BF15和BF18，该表面展现出具有朝向边缘的强烈变化的光学折光力。用于在场边缘的光束的、非球面透镜元件23、31的具有朝向边缘的强烈变化的非球面表面的折光力比用于在场中心的光束的大5倍。

图8展示了与在图7中相同的第二示例性实施例的相机镜头1。在图7中，相机镜头1被聚焦到无穷远，而图8中的相机镜头1被设定到30cm的焦点。

在图8中，与图7相比，仅仅移动了第二复合透镜20。与在第一示例性实施例中完全一样，第二复合透镜20的这两个子复合透镜21、22的位移路径大小不同。该像侧子复合透镜22的位移路径比该物侧子复合透镜21的位移路径更大。在从无穷远到23cm聚焦的过程中，这两个子复合透镜21、22在相同方向上移动。与在第一示例性实施例中一样，这两个子复合透镜21、22在相机镜头1聚焦到30cm过程中比在聚焦到无穷远过程中定位得彼此更近。

此外，图7和图8示出在相机镜头1和传感器2之间的两个滤光片60。然而，所述滤光片60不是相机镜头1的一部分。

图9示出第二示例性实施例的像高度上的调制传递函数。再一次，这个图表示出了对于不同“每毫米线对”数目的三个曲线对。第一曲线对示出调制传递函数在每毫米20线对下的依赖性。第二曲线对示出调制传递函数在每毫米40线对下的依赖性。第三曲线对示出调制传递函数在每毫米80线对下的依赖性。与在图3中一样，该曲线对中的一条曲线示出入射光的矢状分量并且第二条曲线示出入射光的切向分量。在第二示例性实施例中，在较大的像高度处这些单独曲线中的下降与第一示例性实施例中相比较不明显。

在每毫米20线对的曲线对在0mm与15mm之间的像高度的区域中尤其具有90％的恒定值。在此，矢状分量和切向分量具有几乎相同的值。

在具有每毫米40线对和每毫米80线对的其他曲线对中，矢状分量总是显示出较高的对比度。在矢状分量和切向分量之中的这些值大多数是类似的。

具有每毫米20线对的曲线对示出大约90％的对比度。具有每毫米40线对的曲线对在0mm与15mm之间的像高度的区域中示出77％的平均对比度。具有每毫米80线对的曲线对在0mm与16mm之间的像高度的区域中具有至少50％的对比度。

因此，相机镜头1满足了在开篇部分中提及的要求，即，在孔径光阑40处2.0的完全透镜开度下使图像质量在特别高的水平。

图10的左侧图表示出在第二示例性实施例中的相机镜头1的球面像差。为了描述球面像差的目的，将入射高度作为后焦距差或焦点的函数给出。另外，依赖于可见光的不同波长来展示球面像差。在此，波长在404.6561nm和656.2725nm之间。第二示例性实施例的相机镜头1的球面像差对于可见光的较大波长得到了特别良好的校正。

在图10的中间图表中可以清楚看到第二示例性实施例的相机镜头1的散光。对于可见光的不同波长，可以看到，关于可见光的较大波长，散光已经得到了非常好的校正。所使用的波长范围与在左侧图表中的那些完全一样。

第二示例性实施例的相机镜头1的失真在像高度上绘制在图10的右侧图表中。在此可以看到的是，与第一示例性实施例相比，失真更低并且在此示例性实施例中得到了非常好的校正。与第一示例性实施例相比，第二示例性实施例的相机镜头1在失真校正中略微更依赖于可见光的波长。所使用的波长范围与在左侧图表中的那些完全一样。

图11和12示出第二示例性实施例的相机镜头1的典型横向色差图表。

表7给出与第二示例性实施例的相机镜头1相关的基本构造数据。此表的设置对应于来自第一示例性实施例的表的设置。透镜元件表面BF2至BF22在图7和图8中示出。

表7：

在等于无穷大的物距下光学单元的焦距精确地为35.00mm。在聚焦到其他物距过程中，表面BF9、BF12和BF16之间的气隙根据表7改变(在明确指出的距离之间应当相应地进行内插)。在下表8中的表面0是物体的平面。

表8：

根据顶点形式的定义方程，非球面表面的相关联系数在表9、10、11、12中给出。表9在此示出了表面BF15的非球面系数，表10示出了表面BF16的非球面系数，表11示出了表面BF17的非球面系数，并且表12示出了第二示例性实施例的表面BF18的非球面系数。

表9：

参数	值
		顶点半径	1.1596098512e+08
“锥形”常数	0.00
		第4阶系数A	-4.3117941387e-05
第6阶系数B	-8.9700219676e-08
		第8阶系数C	-2.2461040723e-10
第10阶系数D	2.3276084439e-12
		第12阶系数E	0.00
第14阶系数F	0.00
		第16阶系数G	0.00
第18阶系数H	0.00
		第20阶系数J	0.00

表10：

表11：

参数	值
		顶点半径	-1.6717751953e+01
“锥形”常数	0.00
		第4阶系数A	6.7588224319e-05
第6阶系数B	-3.4374752518e-07
		第8阶系数C	1.7550048279e-09
第10阶系数D	-2.9757540237e-12
		第12阶系数E	0.00
第14阶系数F	0.00
		第16阶系数G	0.00
第18阶系数H	0.00
		第20阶系数J	0.00

表12：

已经基于示例性实施例出于解释的目的详细描述了本发明。在此，还可能将不同示例性实施例的单独特征彼此组合，并且因此本发明不应受限于某些示例性实施例中披露的特征的组合。另外，还可能偏离示例性实施例。例如可以存在少于8个或9个的透镜元件，只要在第一复合透镜和第三复合透镜中各自存在至少一个透镜元件并且在第二复合透镜中存在至少两个透镜元件即可。因此，本发明并不旨在受限于示例性实施例，而是仅仅受所附权利要求书限制。

参考号清单

1 相机镜头

2 传感器

10 第一复合透镜

20 第二复合透镜

30 第三复合透镜

40 孔径光阑

50 光轴

60 滤光片

11 第一复合透镜的物侧子复合透镜

12 第一复合透镜的像侧子复合透镜

21 第二复合透镜的物侧子复合透镜

22 第二复合透镜的像侧子复合透镜

23 第二复合透镜的非球面透镜元件

31 第三复合透镜的非球面透镜元件

AF2-AF20 第一实施例中的透镜元件表面

BF2-BF22 第二实施例中的透镜元件表面

Claims

1.一种用于全幅相机的相机镜头(1)，所述相机镜头具有在物侧前导的第一复合透镜(10)、跟随所述第一复合透镜(10)的第二复合透镜(20)、在传感器侧终止并跟随所述第二复合透镜(20)的第三复合透镜(30)、以及安排在所述第一复合透镜(10)与所述第二复合透镜(20)之间的孔径光阑(40)，其中

-所述第一复合透镜(10)具有汇聚性的折光力，

-所述第二复合透镜(20)包括能够沿光轴(50)移动地安排的至少两个透镜元件，并且

-所述第三复合透镜(30)具有至少一个非球面透镜元件(31)，所述非球面透镜元件在所述光轴(50)的纵向方向上固定地安排，并且所述非球面透镜元件具有至少25mm的直径。

2.根据权利要求1所述的相机镜头(1)，其中所述第三复合透镜(30)的所述非球面透镜元件(31)至少在光学上所使用的区域中没有拐点。

3.根据权利要求1或2所述的相机镜头(1)，其中所述第二复合透镜(20)具有汇聚性的折光力。

4.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述第二复合透镜(20)沿所述光轴(50)包括至少一个物侧子复合透镜(21)和至少一个像侧子复合透镜(22)，其中所述物侧子复合透镜(21)具有发散性的折光力并且所述像侧子复合透镜(22)具有汇聚性的折光力。

5.根据权利要求4所述的相机镜头(1)，其中所述物侧子复合透镜(21)和所述像侧子复合透镜(22)能够沿所述光轴(50)不同地位移。

6.根据权利要求5所述的相机镜头(1)，其中所述物侧子复合透镜(21)和所述像侧子复合透镜(22)被安排为能够位移成使得当在较短的物距(51)下聚焦时它们在相同方向上移动。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的相机镜头(1)，其中所述像侧子复合透镜(22)的聚焦行程相对于所述物侧子复合透镜(21)的聚焦行程大2到3倍之间。

8.根据权利要求1至7之一所述的相机镜头(1)，其中所述第二复合透镜(20)具有至少一个非球面透镜元件(23)。

9.根据权利要求8所述的相机镜头(1)，其中所述第二复合透镜(20)的所述至少一个非球面透镜元件(23)至少在光学上所使用的区域中没有拐点。

10.根据向回引用权利要求3至6之一的权利要求9所述的相机镜头(1)，其中所述像侧子复合透镜(21)包括所述第二复合透镜的所述至少一个没有拐点的非球面透镜元件(23)。

11.根据权利要求8至10之一所述的相机镜头(1)，其中所述第二复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件(23)沿其非球面的表面具有小于或等于60°的倾斜角度。

12.根据权利要求8至11之一所述的相机镜头(1)，其中所述第二复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件(23)由具有适合用于坯件压制的低转变温度的玻璃形成。

13.根据权利要求8至12之一所述的相机镜头(1)，其中所述第二复合透镜的所述至少一个非球面透镜元件(23)包括至少一个非球面的表面，所述至少一个非球面的表面的光学折光力朝向边缘强烈变化。

14.根据权利要求13所述的相机镜头(1)，其中对在场边缘的光束的折光力比对在场中心的光束的折光力大至少5倍。

15.根据权利要求8至14之一所述的相机镜头(1)，其中所述至少一个非球面透镜元件(23)是双面非球面透镜元件。

16.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述第一复合透镜(10)的汇聚性的折光力是总透镜折光力的至少0.8倍。

17.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述第一复合透镜(10)沿所述光轴(50)包括至少一个物侧子复合透镜(11)和至少一个像侧子复合透镜(12)，其中所述物侧子复合透镜(11)具有发散性的折光力并且所述像侧子复合透镜(12)具有汇聚性的折光力。

18.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述第一复合透镜(10)沿所述光轴(50)不可移动地安排。

19.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述第三复合透镜(30)的所述至少一个非球面透镜元件(31)沿其非球面的表面具有小于或等于60°的倾斜角度。

20.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述第三复合透镜(30)的所述至少一个非球面透镜元件(31)由具有适合用于坯件压制的低转变温度的玻璃形成。

21.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述第三复合透镜(30)的所述至少一个非球面透镜元件(31)包括至少一个非球面的表面，所述至少一个非球面的表面的光学折光力朝向边缘强烈变化。

22.根据权利要求21所述的相机镜头(1)，其中对在场边缘的光束的折光力相对于对在场中心的光束的折光力具有至少为5的因子。

23.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述第三复合透镜(30)的所述至少一个非球面透镜元件(31)被安排为在光束方向上的最后透镜元件(31)。

24.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述第三复合透镜(30)的所述至少一个非球面透镜元件(31)是双面非球面透镜元件(31)。

25.根据权利要求23所述的相机镜头(1)，其中所述第三复合透镜(30)仅由所述双面非球面透镜元件(31)组成。

26.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)，其中所述相机镜头(1)的入射光瞳接近所述第一透镜元件，其中所述入射光瞳与所述第一透镜元件的接近度由以下要求给出

x/L<＝0.2

其中

x表示所述第一透镜元件顶点到所述入射光瞳的中心的距离，并且L表示所述透镜的结构长度。

27.根据以上权利要求之一所述的相机镜头(1)的、具有连接在其前方的光学附件的用途。

28.一种包括根据权利要求1至26之一所述的相机镜头(1)的照相机或摄影机。