CN110161660B - 一种成像镜头及成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种成像镜头及成像设备。成像镜头包括从物侧到像侧沿光轴顺次配置的具有正光焦度的前群透镜组和具有正光焦度的后群透镜组，成像镜头还包括位于后群透镜组内的光阑，后群透镜组为双高斯镜头结构且包括位于光阑的物侧端的第一透镜组和位于光阑的像侧端的第二透镜组；成像镜头满足条件式：1.7<F_f/F≤6，其中，F表示成像镜头的焦距，F_f表示前群透镜组的合成焦距。成像设备包括成像镜头。由此，本成像镜头及成像设备具有1.4～2.0的F值以及20～35°的视场角，并且体小量轻、口径大，同时具有优异的成像性能。

Description

一种成像镜头及成像设备

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种成像镜头及成像设备。

背景技术

视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小，通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。通常将视场角在20°～35°之间的成像镜头称为标准人像镜头，该镜头能够虚化视场角外的物体，突出显示视场角内的人/物，从而被人像摄制所广泛需求。

现有的大F值的标准人像镜头，一般采用Triplet(三片镜片)镜头结构，而对于F值小于2的大口径标准镜头则通常采用双高斯结构。但由于双高斯镜头属于对称性结构，存在匹兹万值较大，镜头整体体积过大过重，不利于携带。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种成像镜头及成像设备，其体小量轻、口径大，并且具有优异的成像性能，能够适用于具有可换镜头的相机、摄像机、数字相机、广播相机等多种类型的相机中。

为此，本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种成像镜头，包括从物侧到像侧沿光轴顺次配置的具有正光焦度的前群透镜组和具有正光焦度的后群透镜组，所述成像镜头还包括位于所述后群透镜组内的光阑，所述后群透镜组为双高斯镜头结构且包括位于所述光阑的物侧端的第一透镜组和位于所述光阑的像侧端的第二透镜组；

所述成像镜头满足以下条件式：

1.7<F_f/F≤6，

其中，F表示所述成像镜头的焦距，F_f表示所述前群透镜组的合成焦距。

作为所述的成像镜头的进一步可选的方案，所述前群透镜组包括至少两片连续的双凹负透镜，波长为587.6nm的光在两片所述双凹负透镜上的折射率n_d满足以下条件式：

1.64≤n_d≤1.8。

作为所述的成像镜头的进一步可选的方案，所述前群透镜组包括至少两片连续的双凹负透镜，波长为587.6nm的光在两片所述双凹负透镜上的阿贝数ν_d满足以下条件式：

28≤ν_d≤42。

作为所述的成像镜头的进一步可选的方案，所述前群透镜组还包括位于像侧面的胶合透镜组，所述胶合透镜组包括正透镜，波长为587.6nm的光在所述正透镜上的阿贝数ν_d满足以下条件式：

60≤ν_d≤81。

作为所述的成像镜头的进一步可选的方案，所述后群透镜组的合成焦距F_b满足以下条件式：

0.7＜F_b/F＜1.2。

作为所述的成像镜头的进一步可选的方案，所述第一透镜组和所述第二透镜组采用相对的凹面对称结构。

作为所述的成像镜头的进一步可选的方案，所述后群透镜组沿所述成像镜头的光轴可移动地设置以调节所述成像镜头的焦距。

作为所述的成像镜头的进一步可选的方案，所述成像镜头中最接近像侧的透镜表面和像面之间的距离B_f满足以下条件式：

0.5<B_f/F<0.8。

作为对上述技术方案的进一步延伸：本发明还提供一种成像设备，包括上述的任一种成像镜头。

作为所述成像设备的进一步可选的方案，所述成像设备还包括快速返回反射镜、聚焦屏、五边形屋脊棱镜、目镜透镜和感光片。

本发明的成像镜头及成像设备至少具有如下有益效果：

通过合理地设定前群透镜组的光焦度，能够将成像镜头的球差限制在一定的范围内，得到更好的成像，同时还能够减小前群透镜组的尺寸，降低整体成像镜头的重量。将光阑设置在后群透镜组内，并将后群透镜组设置为双高斯结构，由此保证成像镜头和成像设备具有1.4～2.0的F值以及20～35°的视场角。成像镜头及成像设备体小量轻、口径大，同时具有优异的成像性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例1提供的成像镜头沿光轴的剖面结构示意图；

图2示出了本发明实施例1提供的成像镜头在无限远聚焦时的球面像差的示意图；

图3示出了本发明实施例1提供的成像镜头在无限远聚焦时的像散示意图；

图4示出了本发明实施例2提供的成像镜头沿光轴的剖面结构示意图；

图5示出了本发明实施例2提供的成像镜头在无限远聚焦时的球面像差的示意图；

图6示出了本发明实施例2提供的成像镜头在无限远聚焦时的像散示意图；

图7示出了本发明实施例3提供的成像镜头沿光轴的剖面结构示意图；

图8示出了本发明实施例3提供的成像镜头在无限远聚焦时的球面像差的示意图；

图9示出了本发明实施例3提供的成像镜头在无限远聚焦时的像散示意图；

图10示出了本发明实施例4提供的成像设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下，根据实施例及附图对本发明作进一步的详细说明：

本发明的成像镜头包括从物侧到像侧沿光轴顺次配置的具有正光焦度的前群透镜组和具有正光焦度的后群透镜组。成像镜头还包括位于后群透镜组内的光阑，后群透镜组为双高斯镜头结构且包括位于光阑的物侧端的第一透镜组和位于光阑的像侧端的第二透镜组。

成像镜头满足以下条件式(1)：

1.7<F_f/F≤6 (1)

其中，F表示成像镜头的焦距，F_f表示前群透镜组的合成焦距。

条件式(1)通过合理设定前群透镜组的光焦度，能够将成像镜头的球差限制在一定的范围内，得到更好的成像。同时还能够减小前群透镜组的尺寸，降低整体成像镜头的重量，使得成像镜头成为一种体小量轻、口径大，具有优异的成像性能的成像镜头。

条件式(1)中限定了前群透镜组的焦距范围，从而规定了前群透镜组光线的入射角度和入瞳位置，在条件式(1)范围内，入瞳的位置更接近物侧，入瞳尺寸也更小。

若F_f/F超过公式(1)的下限，则球差容易校正不足，不利于成像镜头的整体成像性能。若F_f/F超过公式(1)的上限，则球差容易过度校正，同时还会影响镜头的清晰度。

若上述条件式(1)满足以下所示的范围，则能够期待更优选的结果，

3<F_f/F≤4.8 (1a)

通过满足该条件式(1a)所规定的范围，实现成像性能的进一步提高。

上述，本成像镜头具有1.4～2.0的F值和20～35°的视场角，能够作为标准人像写真镜头，并且可以适当地在具有可换镜头的相机、摄像机、数字相机、广播相机等情况下使用。

此外，前群透镜组包括至少两片连续的双凹负透镜，两片双凹负透镜的材质均需满足以下条件式(2)：

1.64≤n_d≤1.8 (2)

其中，n_d定义为介质关于波长587.6nm的光线的折射率。

通过合理地设置两片双凹负透镜的折射率的范围，将前群透镜组的光焦度控制在合理的范围。若n_d超过公式(2)的上限，则前群透镜组负光焦度过大，需要的正透镜片数过多，来平衡前群透镜组的焦距，造成系统便利性差。若n_d超过公式(2)的下限，则负光焦度不足，前群透镜组的像差难以平衡，成像性能低下。

若上述条件式(2)满足以下所示的范围，则能够期待更优选的结果，

1.68≤n_d≤1.74 (2a)

通过满足该条件式(2a)所规定的范围，实现成像性能的进一步提高。

此外，两片双凹负透镜的材质还均需满足以下条件式(3)：

28≤ν_d≤42 (3)

其中，ν_d定义为介质关于波长587.6nm的光线的阿贝数。

通过合理地设置两片双凹负透镜的阿贝数的范围，将成像镜头位置色差控制在一定的范围内。若ν_d超过公式(3)的上限时，则负透镜的色散过小，则位置色差的校正不足，系统成像性能低下。若ν_d超过公式(3)的下限时，则负透镜的色散过大，则位置色差的校正过剩，系统成像性能低下。

若上述条件式(3)满足以下所示的范围，则能够期待更优选的结果，

34≤ν_d≤40 (3a)

通过满足该条件式(3a)所规定的范围，实现成像性能的进一步提高。

此外，前群透镜组还包括位于像侧面的胶合透镜组，胶合透镜组包括正透镜，波长为587.6nm的光在正透镜上的阿贝数ν_d满足以下条件式(4)：

60≤ν_d≤81 (4)

条件式(4)限定了胶合透镜组中正透镜的材质要求，将成像镜头的位置色差和倍率色差控制在一定的范围内。若ν_d超过公式(4)的上限时，正透镜的色散过大，不利于整个成像镜头位置色差和倍率色差的校正，造成成像镜头成像性能低下。若ν_d超过公式(4)的下限时，正透镜的部分色散过小，二级光谱校正不足，同样造成系统成像性能低下。

若上述条件式(4)满足以下所示的范围，则能够期待更优选的结果，

72≤ν_d≤76 (4a)

通过满足该条件式(4a)所规定的范围，实现成像性能的进一步提高。

此外，成像镜头中最接近像侧的透镜表面和像面之间的距离B_f满足以下条件式(5)：

0.5<B_f/F<0.8 (5)

满足条件式(5)的成像镜头具有较高的光学性能，同时能够确保成像镜头的后截距适用于单透镜反光相机和影印透镜的可互换透镜的后截距。

若B_f/F超过公式(5)的下限，成像镜头的后截距相对于成像镜头的焦距变得太短，以至于难以获得适合用于单透镜反光相机和影印透镜的可互换透镜的成像镜头，因此不是优选。另一方面，若B_f/F超过公式(5)的上限，成像镜头的后截距相对于成像镜头的焦距变得相对太长，折射能力分布变得更远离对称型，因此难以校正畸变并且不能实现高光学性能，因此不是优选。

后群透镜组沿成像镜头的光轴可移动地设置以调节成像镜头的焦距，后群透镜组在移动时其移动使得B_f所发生的变化应能够满足公式(5)。

若上述条件式(5)满足以下所示的范围，则能够期待更优选的结果，

0.6<B_f/F<0.7 (5a)

通过满足该条件式(5a)所规定的范围，实现成像性能的进一步提高。

此外，后群透镜组是一个双高斯镜头结构，在双高斯型结构中，在光阑两边，也就是第一透镜组和第二透镜组采用相对的凹面对称结构，该后群透镜组总焦距F_b满足以下条件式(6)：

0.7＜F_b/F＜1.2 (6)

条件式(6)通过合理设定后群透镜组的光焦度，能够容易实现长焦距和长后截距的要求。若F_b/F超过公式(6)的下限，后群透镜组的光焦度过大，在大口径的前提下不利于长后截距的实现，无法满足成像设备的使用。若F_b/F超过公式(6)的上限，后群透镜组的光焦度过小，不利于成像镜头的小型化。

若上述条件式(6)满足以下所示的范围，则能够期待更优选的结果，

0.9＜F_b/F＜1.1 (6a)

通过满足该条件式(6a)所规定的范围，实现成像性能的进一步提高。

本发明还提供一种成像设备，包括上述的成像镜头。

上述，本发明提供了一种体小、量轻、口径大、成像性能优异以及适用性好的成像镜头及成像设备。

以下，参照附图和表格描述根据本发明的特定实施例的成像镜头和应用到各实施例的数值示例。

要注意的是，在表格和以下描述中使用的符号如下：

“i”表示表面号；“r_i”是曲率半径；“d_i”是第i个表面和第i+1个表面之间在光轴上的距离；“n_d”是折射率；“ν_i”是阿贝数。折射率和阿贝数是关于d线(波长587.6nm)的折射率和阿贝数。关于表面号，“∞”表示该表面是平面。长度单位为mm，将省略示出其单位。

实施例1

图1示出了本实施例的成像镜头沿光轴的剖面结构示意图。

成像镜头包括从物侧到像侧沿光轴顺次配置的具有正光焦度的前群透镜组Gf和具有正光焦度的后群透镜组Gb。成像镜头还包括位于后群透镜组内的光阑SP，后群透镜组Gf为双高斯镜头结构且包括位于光阑SP的物侧端的第一透镜组G11和位于光阑SP的像侧端的第二透镜组G12。在前群透镜组Gf中至少有两片负透镜，还包含一个胶合透镜。

前群透镜组Gf的构成为：从物侧到像侧顺次配置的正透镜L11、负透镜L12、负透镜L13、正透镜L14、胶合透镜Gj1，胶合透镜Gj1包括相互胶合的正透镜L15和负透镜L16。负透镜L12和负透镜L13均为双凹面负透镜；正透镜L15为双凸面正透镜。

第一透镜组G11的构成为：从物侧到像侧顺次配置的正透镜L21，正透镜L22和负透镜L23。

第二透镜组G12的构成为：从物侧到像侧顺次配置的胶合透镜Gj2，负透镜L31和负透镜L32。本实施例中，胶合透镜Gj2由负透镜L33、L34构成。

上述，负透镜L23和负透镜L33的相对面为对称的凹面。

此外，由一种滤光器配置的平行玻璃板GL布置在后群透镜组Gb，具体为负透镜L32和像表面IMG之间。后截距是从负透镜L32的像面一侧到像表面IMG的距离。其中，平行玻璃平板GL可以变换为空气。

下表为成像镜头的基本数据，其中，表面S_i为成像镜头有物面到像面顺次配置的镜片的表面。

图2和图3是图解说明在无限远聚焦，按照本实施例的成像镜头的诸像差图。

图2示出了在球面像差的示意图，F线、d线和C线代表在F线(波长486nm)、d线(波长588nm)和C线(波长656nm)的球面像差；另外，图3示出了像散的示意图，实线S表示主光线d线在弧矢像面的值，实线T表示主光线d线在子午像面的值。有关各种像差曲线图的上述说明与其他例子相同，下文中将不赘述。

由图示可以得出，本成像镜头具有优异的成像效果。

实施例2

图4示出了本实施例的成像镜头的结构的沿光轴的剖面图。

本实施例与实施例1的区别在于成像镜头的透镜组成以及透镜参数不同。

前群透镜组Gf的构成为：从物侧到像侧顺次配置的正透镜L11、负透镜L12、负透镜L13、正透镜L14、胶合透镜Gj1，胶合透镜Gj1包括相互胶合的正透镜L15和负透镜L16。第一透镜组G11的构成为：从物侧到像侧顺次配置的正透镜L21，正透镜L22和负透镜L23。

第二透镜组G12的构成为：从物侧到像侧顺次配置的胶合透镜Gj2和负透镜L31。本实施例中，胶合透镜Gj2由负透镜L32、L33构成。

上述，负透镜L23和负透镜L32的相对面为对称的凹面。

下表为成像镜头的基本数据，其中，表面S_i为成像镜头由物面到像面顺次配置的镜片的表面。

图5和图6是图解说明在无限远聚焦，按照本实施例的成像镜头的诸像差图。

由图示可以得出，本成像镜头具有优异的成像效果。

实施例3

图7示出了本实施例的成像镜头的结构的沿光轴的剖面图。

本实施例与实施例1的区别在于成像镜头的透镜组成以及透镜参数不同。

前群透镜组Gf的构成为：从物侧到像侧顺次配置的正透镜L11、负透镜L12、负透镜L13、正透镜L14、胶合透镜Gj1，胶合透镜Gj1包括相互胶合的正透镜L15和负透镜L16。

第一透镜组G11的构成为：从物侧到像侧顺次配置的正透镜L21，正透镜L22和负透镜L23。

第二透镜组G12的构成为：从物侧到像侧顺次配置的胶合透镜Gj2和负透镜L31。胶合透镜Gj2由负透镜L32、L33构成。

上述，负透镜L23和负透镜L32的相对面为对称的凹面。

下表为成像镜头的基本数据，其中，表面Si为成像镜头由物面到像面顺次配置的镜片的表面。

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图8和图9是图解说明在无限远聚焦，按照本实施例的成像镜头的诸像差图。

由图示可以得出，本成像镜头具有优异的成像效果。

实施例4

图10示出了将成像镜头应用于成像设备中的示意图，成像设备能够应用实施例1～3中的任一种成像镜头。

成像设备包括成像镜头10和相机主体20。光学系统1(透镜组)由作为保持部件的透镜镜筒2保持形成成像镜头10。相机主体20包括来自成像镜头10的光束向上反射的快速返回反射镜3以及布置在成像镜头10的图像形成位置处的聚焦屏4。另外，相机主体20还包括将聚焦屏4上形成的倒像转换成正像的五边形屋脊棱镜5，形成放大的正像的目镜透镜6以及感光片7。感光片上布置有固态图像传感器(光电转换元件)(诸如CCD传感器或CMOS传感器)或卤化银胶片。在摄影期间，快速返回反射镜3被从光路收回，并且由成像镜头10将图像形成在感光表面7上。

在其他的实施例中，成像镜头10也可以应用于投影仪、TV照相机等多种图像获取设备中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种成像镜头，其特征在于，包括从物侧到像侧沿光轴顺次配置的具有正光焦度的前群透镜组和具有正光焦度的后群透镜组，所述成像镜头还包括位于所述后群透镜组内的光阑，所述后群透镜组为双高斯镜头结构且包括位于所述光阑的物侧端的第一透镜组和位于所述光阑的像侧端的第二透镜组；

所述成像镜头满足以下条件式：

1.7<F_f/F≤6，

其中，F表示所述成像镜头的焦距，F_f表示所述前群透镜组的合成焦距；

所述前群透镜组包括至少两片连续的双凹负透镜，波长为587.6nm的光在两片所述双凹负透镜上的折射率n_d满足以下条件式：

1.64≤n_d≤1.8；

所述前群透镜组包括至少两片连续的双凹负透镜，波长为587.6nm的光在两片所述双凹负透镜上的阿贝数ν_d满足以下条件式：

28≤ν_d≤42。

2.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述前群透镜组还包括位于像侧面的胶合透镜组，所述胶合透镜组包括正透镜，波长为587.6nm的光在所述正透镜上的阿贝数ν_d满足以下条件式：

60≤ν_d≤81。

3.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述后群透镜组的合成焦距F_b满足以下条件式：

0.7＜F_b/F＜1.2。

4.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜组和所述第二透镜组采用相对的凹面对称结构。

5.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述后群透镜组沿所述成像镜头的光轴可移动地设置以调节所述成像镜头的焦距。

6.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头中最接近像侧的透镜表面和像面之间的距离B_f满足以下条件式：

0.5<B_f/F<0.8。

7.一种成像设备，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的成像镜头。

8.根据权利要求7所述的成像设备，其特征在于，所述成像设备还包括快速返回反射镜、聚焦屏、五边形屋脊棱镜、目镜透镜和感光片。