CN116027530B - 光学成像系统及光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学技术领域，提供一种广角端到长焦端的成像质量更好的光学成像系统及光学镜头。光学成像系统，沿第一方向依次设有光焦度为正的第一透镜群组、光焦度为负的第二透镜群组、光焦度为正的第三透镜群组、光阑、光焦度为正的第四透镜群组，第一方向为从物侧到像侧的方向；第二透镜群组沿光轴从物侧向像侧移动，用以调节光学系统的焦距，第三透镜群组沿光轴从物侧向像侧移动，用以补偿从广角端到长焦端变化过程中像面位置发生的偏移。光学镜头，用于生成影像，包括前述的光学成像系统。

Description

光学成像系统及光学镜头

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其提供一种光学成像系统及光学镜头。

背景技术

随着近年来自媒体及电影行业的迅猛发展，数码相机的需求及品质要求也越来越高，镜头作为数码相机成像系统的核心部件，被誉为摄影器材的“眼睛”，镜头的好坏直接影响成像质量。当越来越多的人开始入手摄影器材时，人们对镜头的关注度也与日俱增。

现有的镜头的光学系统从广角端到长焦端的轴向色差较大、全视场小、倍率色差大以及畸变大，使得从广角端到长焦端的成像质量较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学成像系统及光学镜头，旨在解决现有的光学系统广角端到长焦端的成像质量较差问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种光学成像系统，沿第一方向依次设有光焦度为正的第一透镜群组、光焦度为负的第二透镜群组、光焦度为正的第三透镜群组、光阑、光焦度为正的第四透镜群组，所述第一方向为从物侧到像侧的方向；其中，所述第二透镜群组为沿所述第一方向可移动设置，所述第三透镜群组为沿所述第一方向可移动设置。

作为一种可能的实施方式，所述第一透镜群组包括沿所述第一方向依次排布的第一负光焦度透镜、第一正光焦度透镜和第二正光焦度透镜，所述第一负光焦度透镜、所述第一正光焦度透镜和所述第二正光焦度透镜靠近所述物侧的面均为凸面。

作为一种可能的实施方式，所述第二透镜群组包括沿所述第一方向依次排布的第二负光焦度透镜和第一负光焦度组合镜片，所述第二负光焦度透镜靠近所述像侧的面为凹面，所述第一负光焦度组合镜片包括胶合在一起的第三负光焦度透镜和第三正光焦度透镜。

作为一种可能的实施方式，所述第三透镜群组包括沿所述第一方向依次排布的第四正光焦度透镜、第五正光焦度透镜和第四负光焦度透镜，所述第四正光焦度透镜和所述第五正光焦度透镜均为双凸透镜，所述第四负光焦度透镜靠近所述物侧的面为凹面，靠近所述像侧的面为凸面，所述第五正光焦度透镜和所述第四负光焦度透镜组合形成第一正光焦度组合镜片。

作为一种可能的实施方式，所述第四透镜群组包括沿所述第一方向依次排布的第五负光焦度透镜和第六正光焦度透镜，所述第五负光焦度透镜和所述第六正光焦度透镜分别位于所述第四透镜群组的两端，所述第五负光焦度透镜靠近所述物侧的面为凹面，所述第六正光焦度透镜靠近所述物侧的面为凸面，所述第四透镜群组还包括位于所述第五负光焦度透镜和所述第六正光焦度透镜之间的组合镜片，所述组合镜片包括靠近所述物侧的负光焦度透镜和靠近所述像侧的正光焦度透镜。

作为一种可能的实施方式，满足以下条件式：

0.900 ≤ | f₂/f_w| ≤ 1.300；

其中，f₂为第二透镜群组的焦距值，f_W为广角端焦距。

作为一种可能的实施方式，满足以下条件式：

0.04 ≤ | f₃/f_w|≤ 0.07；

其中，f₃为第三透镜群组的焦距值，f_W为光学成像系统的广角端焦距。

作为一种可能的实施方式，满足以下条件式：

1.000 ≤ TTL/d_12T-d_12W≤ 1.300；

其中，TTL为光学成像系统沿第一方向的第一个透镜靠近物侧的面到成像面的距离；d_12T为光学成像系统在长焦端状态下、沿第一方向、第一透镜群组的最后一个透镜靠近像侧的面到第二透镜群组的第一个透镜靠近物侧的面的距离；d_12w为光学成像系统在广角端状态下、沿第一方向、第一透镜群组的最后一个透镜靠近像侧的面到第二透镜群组的第一个透镜靠近物侧的面的距离。

作为一种可能的实施方式，第三透镜群组中的两枚正光焦度透镜为高折射率材料，其折射率nd满足以下条件式：

nd_i≥ 1.72；

其中，nd_i为第三透镜群组中的第i枚透镜的折射率。

本发明第二方面提供一种光学镜头，用于生成影像，包括前述的光学成像系统。

本发明的有益效果：本发明的提供的光学成像系统，通过在第一方向依次设有光焦度为正的第一透镜群组、光焦度为负的第二透镜群组、光焦度为正的第三透镜群组、光阑、光焦度为正的第四透镜群组；

第二透镜群组沿光轴从物侧向像侧移动，用以调节光学系统的焦距，第三透镜群组沿光轴从物侧向像侧移动，用以补偿从广角端到长焦端变化过程中像面位置发生的偏移。

如此布置的光学成像系统，从广角端到长焦端的轴向色差较小、全视场大、倍率色差小以及畸变小，有效提高了从广角端到长焦端的图像质量。

本发明第二方面提供的镜头，包括前述的光学成像系统，能够有效提高镜头从广角端到长焦端的图像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一的光学成像系统的广角端的结构示意图；

图2为实施例一的光学成像系统的长焦端的结构示意图；

图3为实施例一的光学成像系统的广角端轴向色差图；

图4为实施例一的光学成像系统的长焦端轴向色差图；

图5为实施例一的光学成像系统的广角端的倍率色差图；

图6为实施例一的光学成像系统的长焦端的倍率色差图；

图7为实施例一的光学成像系统的广角端的光学畸变图；

图8为实施例一的光学成像系统的长焦端的光学畸变图；

图9为实施例一的光学成像系统的广角端的性能图；

图10为实施例一的光学成像系统的长焦端的性能图；

图11为实施例二的光学成像系统的广角端的结构示意图；

图12为实施例二的光学成像系统的长焦端的结构示意图；

图13为实施例二的光学成像系统的广角端轴向色差图；

图14为实施例二的光学成像系统的长焦端轴向色差图；

图15为实施例二的光学成像系统的广角端的倍率色差图；

图16为实施例二的光学成像系统的长焦端的倍率色差图；

图17为实施例二的光学成像系统的广角端的光学畸变图；

图18为实施例二的光学成像系统的长焦端的光学畸变图；

图19为实施例二的光学成像系统的广角端的性能图；

图20为实施例二的光学成像系统的长焦端的性能图；

图21为实施例三的光学成像系统的广角端的结构示意图；

图22为实施例三的光学成像系统的长焦端的结构示意图；

图23为实施例三的光学成像系统的广角端轴向色差图；

图24为实施例三的光学成像系统的长焦端轴向色差图；

图25为实施例三的光学成像系统的广角端的倍率色差图；

图26为实施例三的光学成像系统的长焦端的倍率色差图；

图27为实施例三的光学成像系统的广角端的光学畸变图；

图28为实施例三的光学成像系统的长焦端的光学畸变图；

图29为实施例三的光学成像系统的广角端的性能图；

图30为实施例三的光学成像系统的长焦端的性能图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

光焦度（focal power)等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，它表征光学系统或光学元件偏折光线的能力。

图1、图2、图11、图12、图21和图22中的STOP表示光阑、IMAGE表示像。

请参考图1和图2，本发明提供的一种光学成像系统，沿第一方向依次设有光焦度为正的第一透镜群组G1、光焦度为负的第二透镜群组G2、光焦度为正的第三透镜群组G3、光阑STOP、光焦度为正的第四透镜群组G4，第一方向为从物侧到像侧的方向；第二透镜群组为沿第一方向可移动设置，第三透镜群组为沿第一方向可移动设置。

第二透镜群组G2可移动设置，用以调节光学系统的焦距，第三透镜群组G3可移动设置，用以补偿从广角端到长焦端变化过程中像面位置发生的偏移。

此种变焦方式可实现较宽的焦距范围的同时，提高光学成像系统从广角端到长焦端的成像质量。

作为一种可能的实施方式，请参考图1、图2、图11、图12、图21和图22。

第一透镜群组G1包括沿第一方向依次排布的第一负光焦度透镜L01、第一正光焦度透镜L02和第二正光焦度透镜L03，第一负光焦度透镜L01、第一正光焦度透镜L02和第二正光焦度透镜L03靠近物侧的面均为凸面。

光学成像系统满足上述的透镜排布，有利于光线的转折，保证光线的入射角度在一定的可控范围内，降低系统的像差，提升光学成像系统的成像质量。

作为一种可能的实施方式，请参考图1、图2、图11、图12、图21和图22。第二透镜群组G2包括沿第一方向依次排布的第二负光焦度透镜L04和第一负光焦度组合镜片，第二负光焦度透镜L04靠近像侧的面为凹面，第一负光焦度组合镜片包括胶合在一起的第三负光焦度透镜L06和第三正光焦度透镜L05。

满足上述的透镜排布，可保证第二透镜群组G2的整体光焦度，能更容易实现变焦的范围，保证从广角端到长焦端的成像质量。

作为一种可能的实施方式，请参考图1、图2、图11、图12、图21和图22。第三透镜群组G3包括沿第一方向依次排布的第四正光焦度透镜L07、第五正光焦度透镜L08和第四负光焦度透镜L09，第四正光焦度透镜L07和第五正光焦度透镜L08均为双凸透镜，第四负光焦度透镜L09靠近物侧的面为凹面，靠近像侧的面为凸面，第五正光焦度透镜L08和第四负光焦度透镜L09组合形成第一正光焦度组合镜片。

满足上述的透镜排布，可更有效的补偿从广角端到长焦端变化过程中的像面偏移，使用胶合镜片能更有效地消除系统色差，保证不同色光的成像一致性。

作为一种可能的实施方式，请参考图1、图2、图11、图12、图21和图22。第四透镜群组G4包括沿第一方向依次排布的第五负光焦度透镜L10和第六正光焦度透镜L14，第五负光焦度透镜L10和第六正光焦度透镜L14分别位于第四透镜群组G4的两端，第五负光焦度透镜L10靠近物侧的面为凹面，第六正光焦度透镜L14靠近物侧的面为凸面，第四透镜群组G4还包括位于第五负光焦度透镜L10和第六正光焦度透镜L14之间的组合镜片，组合镜片包括靠近物侧的负光焦度透镜和靠近像侧的正光焦度透镜。

满足上述的透镜排布，能有效地使通过光阑的大角度光线进行汇聚，同时其特定的透镜形状可以有效地减小光线入射角度，降低光学系统的敏感度，保证成像效果。

作为一种可能的实施方式，光学成像系统满足以下条件式：

0.900 ≤ | f₂/f_w| ≤ 1.300；

其中，f₂为第二透镜群组G2的焦距值，f_W为广角端焦距。| f₂/f_w|可以是0.900、1.000、1.100、1.200或1.300等。

满足以上条件，可有效的控制第二群组G2的焦距值，从而控制其变焦的敏感度，保证其变焦行程适中，不易导致过于敏感和体积过大。

作为一种可能的实施方式，光学成像系统满足以下条件式：

0.04 ≤ | f₃/f_w|≤ 0.07；

其中，f₃为第三透镜群组G3的焦距值，f_W为光学成像系统的广角端焦距。|f₃/f_w|可以是0.04、0.05、0.06或0.07等。

满足以上条件，可有效的控制第三群组G3的焦距值，从而控制其对焦的敏感度，保证其变焦行程适中，不易导致过于敏感和体积过大。

作为一种可能的实施方式，光学成像系统满足以下条件式：

1.000 ≤ TTL/d_12T-d_12W≤ 1.300；

其中，TTL为光学成像系统沿第一方向的第一个透镜靠近物侧的面到成像面的距离；d_12T为光学成像系统在长焦端状态下、沿第一方向、第一透镜群组G1的第二正光焦度透镜L03靠近像侧的面到第二透镜群组G2的第二负光焦度透镜L04靠近物侧的面的距离；d_12w为光学成像系统在广角端状态下、沿第一方向、第一透镜群组G1的第二正光焦度透镜L03靠近像侧的面到第二透镜群组G2的第二负光焦度透镜L04靠近物侧的面的距离。TTL/d_12T-d_12W可以是1.000、1.100、1.200或1.300等。

满足以上条件式，可有效地控制光学系统的体积，保证光学系统的小型化。

作为一种可能的实施方式，光学成像系统的第三透镜群组G3中的第四正光焦度透镜L07和第五正光焦度透镜L08为高折射率透镜，其折射率nd满足以下条件式：

nd ≥ 1.72。

满足以上条件式，可保证第三透镜群组G3的对焦敏感度，同时保证光线通过光阑时比较平缓，较低架构敏感度，提升解像。

基于前述实施方式，本发明提供三个实施例及相关数据，实施例一、实施例二和实施例三分别满足的条件式数据如表1所示。

实施例一中光学成像系统参数如表2所示。

实施例一中光学成像系统的广角端和长焦端参数如表3所示。

实施例一中，光学成像系统总长TTL=160.62，广角端焦距fW=20mm，长焦端焦距fT=70mm，光圈Fno=3.0，其中第三透镜群组G3的第一枚透镜（第七透镜L07）为正光焦度透镜，折射率nd=1.90，第二枚透镜（第八透镜L08）为正光焦度透镜，折射率nd=1.75。

从图3至图10可看出，实施例一中的光学成像系统从广角端到长焦端的性能比较稳定，30lp/mm全视场大于0.4，轴向色差较小于0.15mm，倍率色差小于8um，畸变小于3%。

实施例二中光学成像系统参数如表4所示。

实施例二中光学成像系统的广角端和长焦端参数如表5所示。

实施例二中，光学成像系统总长TTL=161.01，广角端焦距fW=20mm，长焦端焦距fT=70.4mm，光圈Fno=3.4，其中第三透镜群组的第一枚透镜（第七透镜L07）为正光焦度透镜，折射率nd=1.90，第三枚透镜（第九透镜L09）为正光焦度透镜，折射率nd=1.75。

从图13至图20可看出，实施例二中的光学成像系统从广角端到长焦端的性能比较稳定，30lp/mm中心视场大于0.5，轴向色差较小于0.25mm，倍率色差小于10um，畸变小于2.5%。

实施例三中光学成像系统参数如表6所示。

实施例三中光学成像系统的广角端和长焦端参数如表7所示。

实施例三中，光学成像系统总长TTL=161.25，广角端焦距fW=20.1mm，长焦端焦距fT=70.2mm，光圈Fno=3.3，其中第三透镜群组的第一枚透镜（第七透镜L07）为正光焦度透镜，折射率nd1=1.90，第二枚透镜（第八透镜L08）为正光焦度透镜，折射率nd2=1.75。

从图23至图30可看出，实施例二中的光学成像系统从广角端到长焦端的性能比较稳定，30lp/mm全视场大于0.3，轴向色差较小于0.2mm，倍率色差小于15um，畸变小于2.5%。

一种光学镜头，用于生成影像，包括前述的光学成像系统。

由于前述的光学成像系统可实现较宽的焦距范围的同时，提高光学成像系统从广角端到长焦端的成像质量，所以，包括前述光学成像系统的光学镜头从广角端到长焦端的成像质量较高。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光学成像系统，其特征在于：所述光学成像系统中具有光焦度的光学元件为第一透镜群组、第二透镜群组、第三透镜群组、第四透镜群组；沿第一方向依次设有光焦度为正的第一透镜群组、光焦度为负的第二透镜群组、光焦度为正的第三透镜群组、光阑、光焦度为正的第四透镜群组，所述第一方向为从物侧到像侧的方向；其中，所述第二透镜群组为沿所述第一方向可移动设置，所述第三透镜群组为沿所述第一方向可移动设置；

所述第一透镜群组中具有光焦度的光学元件为沿所述第一方向依次排布的第一负光焦度透镜、第一正光焦度透镜和第二正光焦度透镜，所述第一负光焦度透镜、所述第一正光焦度透镜和所述第二正光焦度透镜靠近所述物侧的面均为凸面；

所述第二透镜群组中具有光焦度的光学元件为沿所述第一方向依次排布的第二负光焦度透镜和第一负光焦度组合镜片，所述第二负光焦度透镜靠近所述像侧的面为凹面，所述第一负光焦度组合镜片包括胶合在一起的第三负光焦度透镜和第三正光焦度透镜；

所述第三透镜群组中具有光焦度的光学元件为沿所述第一方向依次排布的第四正光焦度透镜、第五正光焦度透镜和第四负光焦度透镜，所述第四正光焦度透镜和所述第五正光焦度透镜均为双凸透镜，所述第四负光焦度透镜靠近所述物侧的面为凹面，靠近所述像侧的面为凸面，所述第五正光焦度透镜和所述第四负光焦度透镜组合形成第一正光焦度组合镜片；

所述第四透镜群组中具有光焦度的光学元件为沿所述第一方向依次排布的第五负光焦度透镜和第六正光焦度透镜，所述第五负光焦度透镜和所述第六正光焦度透镜分别位于所述第四透镜群组的两端，所述第五负光焦度透镜靠近所述物侧的面为凹面，所述第六正光焦度透镜靠近所述物侧的面为凸面，所述第四透镜群组还包括位于所述第五负光焦度透镜和所述第六正光焦度透镜之间的组合镜片，所述组合镜片包括靠近所述物侧的负光焦度透镜和靠近所述像侧的正光焦度透镜。

2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于：满足以下条件式：

0.900 ≤ | f₂/f_w | ≤ 1.300；

其中，f₂为第二透镜群组的焦距值，f_W为广角端焦距。

3.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于：满足以下条件式：

0.04 ≤ | f₃/f_w|≤ 0.07；

其中，f₃为第三透镜群组的焦距值，f_W为光学成像系统的广角端焦距。

4.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于：满足以下条件式：

1.000 ≤ TTL/d_12T-d_12W≤ 1.300；

其中，TTL为光学成像系统沿所述第一方向的第一个透镜靠近物侧的面到成像面的距离；d_12T为光学成像系统在长焦端状态下、沿所述第一方向、第一透镜群组的最后一个透镜靠近像侧的面到第二透镜群组的第一个透镜靠近物侧的面的距离；d_12w为光学成像系统在广角端状态下、沿所述第一方向、第一透镜群组的最后一个透镜靠近像侧的面到第二透镜群组的第一个透镜靠近物侧的面的距离。

5.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于：第三透镜群组中的两枚正光焦度透镜为高折射率透镜，其折射率均满足以下条件式：

nd ≥ 1.72。

6.一种光学镜头，用于生成影像，其特征在于：包括如权利要求1至5中任意一项所述的光学成像系统。

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