CN213517723U - 大光圈光学成像系统及光学设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大光圈光学成像系统及光学设备，从物体侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、孔径光阑、具有正光焦度的第三透镜组、具有负光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第四透镜组；合焦过程中第十二透镜沿光轴向着像侧方向移动，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组相对于像面位置保持不变；第一透镜组、第二透镜组和第四透镜组满足条件式1.1≤F12/F≤1.7；‑1.0≤F1/F2≤‑0.6；‑0.5≤F1/F5≤‑0.1。本实用新型的调焦组件仅由一枚透镜组成，减轻了合焦组的重量及推动马达的负荷，有利于光学成像系统和成像设备的快速合焦。

Description

大光圈光学成像系统及光学设备

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种大光圈光学成像系统及光学设备。

背景技术

近年来，得益于微单相机的便携与高性能，其正在逐步替代单反相机的市场并广受消费者的青睐。广角镜头因能拍摄大范围画面(尤其星空风景) 而备受欢迎，此外它也能兼顾人像特写。但在原厂配套镜头中存在部分焦段产品的缺失或者产品价格昂贵，不是所有消费所能负担起。同时，与微单相机相匹配的镜头体积要尽可能轻，对焦速度要够快也是消费者对微单镜头的诉求。日本专利2014-032231中合焦群组重，不易实现快速合焦。日本专利2014-035458中其实施例设计F值仅为2.8在其结构下扩展光圈值至F1.8较困难。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在之缺失及市场需求，提供一种大光圈光学成像系统及光学设备，其体小量轻，内部调焦部件可以做到仅由一枚透镜组成，具有对焦速度快，成像性能优异的特点，其适用全画幅超广角大光圈光学成像系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种大光圈光学成像系统，从物体侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、孔径光阑、具有正光焦度的第三透镜组、具有负光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第四透镜组；合焦过程中第十二透镜沿光轴向着像侧方向移动，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组相对于像面位置保持不变；

所述第一透镜组包括依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜，所述第三透镜和第四透镜组合成胶合透镜组；所述第二透镜组包括依次设置的具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜，所述第七透镜和第八透镜组合成胶合透镜组；所述第三透镜组包括依次设置的具有负光焦度第九透镜、具有正光焦度的第十透镜和具有正光焦度的第十一透镜，所述第九透镜和第十透镜组合成胶合透镜组；所述第四透镜组包括依次设置的具有正光焦度第十三透镜、具有负光焦度第十四透镜和具有负光焦度第十五透镜；

所述第一透镜组、第二透镜组和第四透镜组满足以下条件式：

1.1≤F12/F≤1.7，(1)；

-1.0≤F1/F2≤-0.6，(2)；

-0.5≤F1/F5≤-0.1，(3)；

其中，F1表示第一透镜组焦距，F2表示第二透镜组焦距，F5表示第四透镜组焦距，F12表示第一透镜组和第二透镜组合成焦距，F表示光学成像系统焦距。

作为一种优选方案，满足以下条件式：

0.6≤L12/L1STP≤0.9，(4)；

其中，L12表示第一透镜组最靠近物侧表面到第二透镜组最靠近物侧表面之间距离，L1STP表示第一透镜组最靠近物侧表面到孔径光阑的距离。

作为一种优选方案，满足以下条件式：

-1.1≤F3/F4≤-0.5，(5)；

其中，F3表示第三透镜组的焦距，F4表示第十二透镜的焦距。

作为一种优选方案，满足以下条件式：

-0.8≤SI/F4≤-0.6，(6)；

其中，SI表示无限远合焦时孔径光阑到像面的距离，F4表示第十二透镜的焦距。

作为一种优选方案，满足以下条件式：

7.8≤EXPP/H≤8.8，(7)；

其中，EXPP表示无限远合焦时出瞳面到像面的距离，H表示最大像高。

作为一种优选方案，所述第一透镜组还包括具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜设于第四透镜远离像侧的一侧。

作为一种优选方案，所述第四透镜组还包括具有正光焦度的第十六透镜，所述第十六透镜设于第十五透镜远离像侧的一侧。

作为一种优选方案，所述第四透镜、第八透镜和第十透镜均为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。

一种光学设备，所述光学设备设有前述的大光圈光学成像系统。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

填补了全画幅原厂配套镜头焦段空缺的部分，拥有自主知识产权。本实用新型涉及的光学成像系统调焦组件仅由一枚透镜组成，减轻了合焦组的重量及推动马达的负荷，有利于光学成像系统和成像设备的快速合焦。在满足条件式(1)、(2)的情况下，第一透镜组与第二透镜组正负光焦度分配平衡，有效收束光线口径与减小光学系统长度保证镜头的小型轻量化；同时拥有F1.8的大光圈值，保证画面拍摄的亮度；使用了三枚具有特殊色散镜片及超低色散镜片抑制在拍摄高反差场景时带来的色散。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征、技术手段及其所达到的具体目的和功能，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型作进一步详细说明：

附图说明

图1示出本实用新型实施例1的结构示意图；

图2示出本实用新型实施例1在无限远合焦时的球面像差示意图；

图3示出本实用新型实施例1在最近合焦距离时的球面像差示意图；

图4示出本实用新型实施例1在无限远合焦时的场曲示意图；

图5示出本实用新型实施例1在无限远合焦时的畸变示意图；

图6示出本实用新型实施例1在最近合焦距离时的场曲示意图；

图7示出本实用新型实施例1在最近合焦距离时的畸变示意图；

图8示出本实用新型实施例2的结构示意图；

图9示出本实用新型实施例2在无限远合焦时的球面像差示意图；

图10示出本实用新型实施例2在最近合焦距离时的球面像差示意图；

图11示出本实用新型实施例2在无限远合焦时的场曲示意图；

图12示出本实用新型实施例2在无限远合焦时的畸变示意图；

图13示出本实用新型实施例2在最近合焦距离时的场曲示意图；

图14示出本实用新型实施例2在最近合焦距离时的畸变示意图；

图15示出本实用新型实施例3的结构示意图；

图16示出本实用新型实施例3在无限远合焦时的球面像差示意图；

图17示出本实用新型实施例3在最近合焦距离时的球面像差示意图；

图18示出本实用新型实施例3在无限远合焦时的场曲示意图；

图19示出本实用新型实施例3在无限远合焦时的畸变示意图；

图20示出本实用新型实施例3在最近合焦距离时的场曲示意图；

图21示出本实用新型实施例3在最近合焦距离时的畸变示意图；

图22示出本实用新型实施例4的结构示意图；

图23示出本实用新型实施例4在无限远合焦时的球面像差示意图；

图24示出本实用新型实施例4在最近合焦距离时的球面像差示意图；

图25示出本实用新型实施例4在无限远合焦时的场曲示意图；

图26示出本实用新型实施例4在无限远合焦时的畸变示意图；

图27示出本实用新型实施例4在最近合焦距离时的场曲示意图；

图28示出本实用新型实施例4在最近合焦距离时的畸变示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为了便于描述实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的位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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-28所述，一种大光圈光学成像系统，从物体侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜组G1、具有正光焦度的第二透镜组G2、孔径光阑STP、具有正光焦度的第三透镜组G3、具有负光焦度的第十二透镜L41、具有正光焦度的第四透镜组G4；合焦过程中第十二透镜L41沿光轴向着像侧方向移动，第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4相对于像面IMG位置保持不变；

所述第一透镜组G1、第二透镜组G2和第四透镜组G4满足以下条件式：

1.1≤F12/F≤1.7，(1)；

-1.0≤F1/F2≤-0.6，(2)；

-0.5≤F1/F5≤-0.1，(3)；

其中，F1表示第一透镜组G1焦距，F2表示第二透镜组G2焦距，F5 表示第四透镜组G4焦距，F12表示第一透镜组G1和第二透镜组G2合成焦距，F表示光学成像系统焦距。

若小于条件式(1)下限，第一透镜组G1和第二透镜组G2合成的负光焦度减小，使得后焦距增加。若大于条件式(1)上限，第一透镜组G1和第二透镜组G2合成的负光焦度增大，使得入射至第三透镜组G3的主光线焦度及高度增大，引起高阶像差恶化。

若小于条件式(2)下限，第一透镜组G1的负光焦度减小，或者第二透镜组G2的正光焦度增大。由于入瞳向像面侧移动，部分周边光线被遮挡，不利于确保周边光量。若大于条件式(2)上限，第一透镜组G1的负光焦度增大，或者第二透镜组G2的正光焦度减小使得入射至光阑的光线高度增大，不利于镜头的小型化。

若小于条件式(3)下限，第四透镜组G4的光焦度相对于第一透镜组G1 减小，光阑前后的光焦度非对称性加强，倍率色差，场曲等较难抑制。若大于条件式(3)上限，第一透镜组G1的光焦度减小，视场边缘主光线经其出射后偏折焦度增大，导致入射至第四透镜组G4时的角度也相应增大。

所述第一透镜组G1、第二透镜组G2满足以下条件式：

0.6≤L12/L1STP≤0.9，(4)；

其中，L12表示第一透镜组G1最靠近物侧表面到第二透镜组G2最靠近物侧表面之间距离，L1STP表示第一透镜组G1最靠近物侧表面到孔径光阑STP的距离。

若小于条件式(4)下限，第二透镜组G2与第一透镜组G1之间的距离减小，入射至第二透镜组G2的轴上主光线高度减小，轴向色差属于欠校正。若大于条件式(4)上限，第二透镜组G2与第一透镜组G1之间的距离增大，入射至第二透镜组G2的轴上主光线高度增大，进而使得镜片口径增大重量增大，不利于实现轻量化。同时第二透镜组G2最靠近物侧面至孔径光阑 STP距离减小，限制了第二透镜组G2镜片数量，透镜组内的球差校正较困难。

所述第三透镜组G3、第十二透镜L41满足以下条件式：

-1.1≤F3/F4≤-0.5，(5)；

其中，F3表示第三透镜组G3的焦距，F4表示第十二透镜L41的焦距。

若小于条件式(5)下限，第十二透镜L41负光焦度减小，其合焦移动量将增加，不利于实现镜头小型化。亦或者第三透镜组G3正光焦度增大，约束轴上光线入射至第十二透镜L41的作用加强。在合焦过程中，入射至第十二透镜L41的轴上主光线高度变化幅度增大，进而使得合焦时球差的变化增大影响像质。若大于条件式(5)上限，第三透镜组G3的正光焦度减小，对视场周边光线屈折能力减小，进而入射至第十二透镜L41的光线高度增大。

所述第十二透镜L41满足以下条件式：

-0.8≤SI/F4≤-0.6，(6)；

其中，SI表示无限远合焦时孔径光阑STP到像面的距离，F4表示第十二透镜L41的焦距。

若小于条件式(6)下限，孔径光阑STP至像面的距离减小，视场周边主光线入射至第十二透镜L41的角度增大。另一方面第十二透镜L41负光焦度减小，也会导致合焦移动量增大，且在合焦时入射至第十二透镜L41的高度发生较大的波动。若大于条件式(6)上限，孔径光阑至像面的距离增大，不利于实现镜头小型化。

所述镜头满足以下条件式：

7.8≤EXPP/H≤8.8，(7)；

其中，EXPP表示无限远合焦时出瞳面到像面的距离，H表示最大像高。

若小于条件式(7)下限，出瞳面逐渐靠近像面，入射至像面的边缘主光线角增大，导致成像元件单元无法完全接受光信号。若大于条件式(7)上限，出瞳面逐渐远离像面，第五透镜组的口径将增大，不利于实现镜头小型化。

本实用新型还提供一种光学设备，所述光学设备设有前述的大光圈光学成像系统。

本实用新型中，由一种滤光器配置的平行玻璃板GL布置在第四透镜组 G4和像面IMG之间。后焦距是从第四透镜组G4的像侧表面到像表面IMG 的距离，其中平行玻璃平板GL可以变换为空气。

实施例1

图1所示的是实施例1的大光圈光学成像系统结构示意图。如图1所示，本实施例中，所述第一透镜组G1包括依次设置的具有负光焦度的第一透镜L11、具有负光焦度的第二透镜L12、具有正光焦度的第三透镜L13 和具有负光焦度的第四透镜L14，所述第三透镜L13和第四透镜L14组合成胶合透镜组；所述第二透镜组G2包括依次设置的具有正光焦度的第六透镜L21、具有负光焦度的第七透镜L22和具有正光焦度的第八透镜L23，所述第七透镜L22和第八透镜L23组合成胶合透镜组；所述第三透镜组G3 包括依次设置的具有负光焦度第九透镜L31、具有正光焦度的第十透镜L32 和具有正光焦度的第十一透镜L33，所述第九透镜L31和第十透镜L32组合成胶合透镜组；所述第四透镜组G4包括依次设置的具有正光焦度第十三透镜L51、具有负光焦度第十四透镜L52、具有负光焦度第十五透镜L53 和具有正光焦度第十六透镜L54；所述第四透镜L14、第八透镜L23和第十透镜L32均为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。

所述大光圈光学成像系统的数值数据如表1表、表2和表3所示：

表1

表2

表3

其中，面序号表示从物侧至像侧各镜片的表面序号；

在实施例1中，将在L12，L41和L53的物侧表面和像侧表面形成为非球面。在下记表格中，非球面的第四，第六，第八，第十阶非球面系数A4， A6，A8，A10以及圆锥常数k共同示出。

关于非球面形状定义进行说明，同时下记实施例不再赘述非球面形状定义：

y:从光轴开始径向坐标。

z:非球面和光轴相交点开始，光轴方向的偏移量。

r:非球面的基准球面的曲率半径。

K，4次，6次，8次，10次，12次，14次，16次的非球面系数；

球面像差曲线图表示的是在光圈数为1.4时的球面像差曲线，其中，F 线、d线、C线分别代表在波长486nm、波长587nm、波长656nm的球面像差，横坐标表示球差值大小，纵坐标表示归一化视场。场曲曲线图表示的是从成像中心到周边的场曲曲线，其中，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，横坐标表示场曲值大小，纵坐标表示视场。畸变曲线图表示的是从成像中心到周边的畸变曲线，其中，横坐标表示畸变值，纵坐标表示视场。有关各种球面像差、场曲、畸变曲线图的上述说明与其他实施例相同，下文中将不再赘述。图2-3示出实施例1在无限远合焦及最近对焦时的球面像差图，图4-7示出实施例1 在无限远与最近距离合焦时场曲、畸变曲线图。整体轴向色球差小于0.1mm，被摄物体边缘不易产生色散。无限远到最近对焦距离的原生畸变小于0.5％，配合相机内部校正基本可以做到无畸变。

实施例2

如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于光学成像系统的透镜参数不同。

以下，表4、表5和表6示出关于本实施例的光学成像系统的各种数值数据。

表4

表5

表6

图9-10示出实施例2在无限远合焦及最近对焦时的球面像差图，图 11-14示出实施例2在无限远与最近距离合焦时场曲、畸变曲线图。整体轴向色球差小于0.1mm，被摄物体边缘不易产生色散。无限远的像散控制较好，拍摄星空夜景时的轴外画质会有较高水准。

实施例3

图15所示的是实施例3的光学成像系统结构示意图。如图15所示，本实施例3与实施例1的区别在于，所述第四透镜组G4包括依次设置的具有正光焦度第十三透镜L51、具有负光焦度第十四透镜L52、具有负光焦度第十五透镜L53。

以下表7、表8和表9示出关于本实施例的光学成像系统的各种数值数据。

表7

表8

表9

图16-17示出实施例3在无限远合焦及最近对焦时的球面像差图，图 18-21示出实施例3在无限远与最近距离合焦时场曲、畸变曲线图。70％像场内的T与S向差异小，进而保证像散小。无限远到最近对焦距离的原生畸变小于2％，配合相机内部校正基本可以做到0.5％或无畸变。

实施例4

如图22所示的是实施例4。如图22所示，本实施例4与实施例1的区别在于，所述第一透镜组G1包括依次设置的具有负光焦度的第一透镜L11、具有负光焦度的第二透镜L12、具有正光焦度的第三透镜L13、具有负光焦度的第四透镜L14和具有正光焦度的第五透镜L15，所述第三透镜L13和第四透镜L14组合成胶合透镜组，所述第四透镜组G4包括依次设置的具有正光焦度第十三透镜L51、具有负光焦度第十四透镜L52和具有负光焦度第十五透镜L53。

以下，表10、表11和表12示出关于本实施例的光学成像系统的各种数值数据。

表10

表11

表12

图23-24示出实施例4在无限远合焦及最近对焦时的球面像差图，图 25-28示出实施例4在无限远与最近距离合焦时场曲、畸变曲线图。无限远合焦时整体轴向色球差小于0.1mm，被摄物体边缘不易产生色散。无限远到最近对焦距离的原生畸变小于2％，配合相机内部校正基本可以做到0.5％或无畸变。

表13示出了各个实施例的条件式1-7的计算值一览表：

表13

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种大光圈光学成像系统，其特征在于，从物体侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、孔径光阑、具有正光焦度的第三透镜组、具有负光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第四透镜组；合焦过程中第十二透镜沿光轴向着像侧方向移动，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组相对于像面位置保持不变；

所述第一透镜组包括依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜，所述第三透镜和第四透镜组合成胶合透镜组；所述第二透镜组包括依次设置的具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜，所述第七透镜和第八透镜组合成胶合透镜组；所述第三透镜组包括依次设置的具有负光焦度第九透镜、具有正光焦度的第十透镜和具有正光焦度的第十一透镜，所述第九透镜和第十透镜组合成胶合透镜组；所述第四透镜组包括依次设置的具有正光焦度第十三透镜、具有负光焦度第十四透镜和具有负光焦度第十五透镜；

所述第一透镜组、第二透镜组和第四透镜组满足以下条件式：

1.1≤F12/F≤1.7，(1)；

-1.0≤F1/F2≤-0.6，(2)；

-0.5≤F1/F5≤-0.1，(3)；

其中，F1表示第一透镜组焦距，F2表示第二透镜组焦距，F5表示第四透镜组焦距，F12表示第一透镜组和第二透镜组合成焦距，F表示光学成像系统焦距。

2.根据权利要求1所述的大光圈光学成像系统，其特征在于，满足以下条件式：

0.6≤L12/L1STP≤0.9，(4)；

其中，L12表示第一透镜组最靠近物侧表面到第二透镜组最靠近物侧表面之间距离，L1STP表示第一透镜组最靠近物侧表面到孔径光阑的距离。

3.根据权利要求1所述的大光圈光学成像系统，其特征在于，满足以下条件式：

-1.1≤F3/F4≤-0.5，(5)；

其中，F3表示第三透镜组的焦距，F4表示第十二透镜的焦距。

4.根据权利要求1所述的大光圈光学成像系统，其特征在于，满足以下条件式：

-0.8≤SI/F4≤-0.6，(6)；

其中，SI表示无限远合焦时孔径光阑到像面的距离，F4表示第十二透镜的焦距。

5.根据权利要求1所述的大光圈光学成像系统，其特征在于，满足以下条件式：

7.8≤EXPP/H≤8.8，(7)；

其中，EXPP表示无限远合焦时出瞳面到像面的距离，H表示最大像高。

6.根据权利要求1所述的大光圈光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜组还包括具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜设于第四透镜远离像侧的一侧。

7.根据权利要求1所述的大光圈光学成像系统，其特征在于，所述第四透镜组还包括具有正光焦度的第十六透镜，所述第十六透镜设于第十五透镜远离像侧的一侧。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的大光圈光学成像系统，其特征在于：所述第四透镜、第八透镜和第十透镜均为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。

9.一种光学设备，其特征在于：所述光学设备设有权利要求1-8任意一项所述的大光圈光学成像系统。

Images