全画幅光学成像系统及其光学设备的制作方法

本实用新型涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种全画幅光学成像系统及其光学设备。

背景技术：

随着电子技术的不断发展，数码相机机身变得越来越小，与之相对应的短法兰距使得微单数码相机与镜头搭配更加的小巧。在各种应用场景中给消费者带来了高性能的体验与极好的便利性。另外，现在越来越多的微单相机在不断提高其高速拍摄处理的能力，那么与之匹配的高精度高速对焦镜头正不断被消费者所诉求。但由于部分原厂镜头价格昂贵，消费者也希望能有一些平价的高性能的产品出现。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在之缺失及市场需求，提供一种全画幅光学成像系统及其光学设备，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，适用全画幅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：

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

所述第二透镜组包括依次设置的具有负光焦度的第七透镜、具有正光焦度的第八透镜和具有正光焦度的第九透镜，所述第七透镜和第八透镜组合成胶合透镜组；所述第三透镜组由具有负光焦度的第十透镜组成；所述第四透镜组包括依次设置的具有正光焦度的第十一透镜和具有负光焦度的第十二透镜；

基中，所述第一透镜组满足以下条件式：

1.3≤f1/f≤2.5，(1)；

其中，f表示光学成像系统的焦距，f1表示第一透镜组的合成焦距。

作为一种优选方案，所述第三透镜组满足以下条件式：

-4.5≤f3/f≤-3.0，(2)；

其中，f表示光学成像系统的焦距，f3表示第三透镜组的合成焦距。

作为一种优选方案，满足以下条件式：

0.3≤l1s/l≤0.5，(3)；

其中，l1s表示第一透镜组最靠近物侧的表面到孔径光阑的距离，l表示光学成像系统最靠近物侧的表面到像面的距离。

作为一种优选方案，所述第四透镜组满足以下条件式：

0.7≤(r1+r2)/(r1-r2)≤2.3，(4)；

其中，r1表示第四透镜组第十二透镜靠物侧面的曲率半径值，r2表示第四透镜组第十二透镜靠像侧面的曲率半径值。

作为一种优选方案，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、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜，所述第三透镜和第四透镜组合成胶合透镜组。

作为一种优选方案，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、具有负光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜和具有正光焦度的第六透镜，所述第四透镜和第五透镜组合成胶合透镜组。

作为一种优选方案，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、具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜和具有正光焦度的第六透镜，所述第四透镜和第五透镜组合成胶合透镜组。

作为一种优选方案，所述第二透镜、第八透镜、第十一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全画幅光学成像系统。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

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。满足条件式(1)、(2)的情况下，控制合焦移动量以及有效抑制光学系统的长度变化，大光圈便于拍摄广阔场景及保证边缘亮度。使用非球面镜片来进一步减小球差以及轴外像差，同时减小镜片的数量保证镜头的轻量化。

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。

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1-21所述，一种全画幅光学成像系统，从物体侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜组g1、孔径光阑stp、具有正光焦度的第二透镜组g2、具有负光焦度的第三透镜组g3和具有正光焦度的第四透镜组g4；合焦过程中第三透镜组g3沿光轴向着像侧方向移动，第一透镜组g1、第二透镜组g2、第四透镜组g4相对于像面img位置保持不变；

所述第二透镜组g2包括依次设置的具有负光焦度的第七透镜l21、具有正光焦度的第八透镜l22和具有正光焦度的第九透镜l23，所述第七透镜l21和第八透镜l22组合成胶合透镜组；所述第三透镜组g3由具有负光焦度的第十透镜l31组成；所述第四透镜组g4包括依次设置的具有正光焦度的第十一透镜l41和具有负光焦度的第十二透镜l42；其中，第八透镜l22、第十一透镜l41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；

所述第一透镜组g1满足以下条件式：

1.3≤f1/f≤2.5，(1)；

其中，f表示光学成像系统的焦距，f1表示第一透镜组g1的合成焦距。

若在条件式(1)中低于其下限，则第一透镜组g1负焦距减小，正球差将增大。同时后组透镜的近轴成像放大倍率将变大，后组镜片的口径将增大不利于镜头小型化。若在条件式(1)中高于其上限，则第一透镜组g1负焦距增大，镜头整体将会增长，也不利于镜头小型化的实现。

所述第三透镜组g3满足以下条件式：

-4.5≤f3/f≤-3.0，(2)；

其中，f表示光学成像系统的焦距，f3表示第三透镜组g3的合成焦距。

若在条件式(2)中低于其下限，第三透镜组g3的负焦距增大，镜头整体将会增长，同时对焦行程也将增长。若在条件式(2)中高于其上限，第三透镜组g3的负焦距将减小，即负光焦度增大。在合焦过程中，伴随第三透镜组g3产生的像差，光线偏折角均会产生较大变动。

所述光学成像系统满足以下条件式：

0.3≤l1s/l≤0.5，(3)；

其中，l1s表示第一透镜组g1最靠近物侧的表面到孔径光阑stp的距离，l表示光学成像系统最靠近物侧的表面到像面的距离(光学系总长)。

若在条件式(3)中低于其下限，孔径光阑stp将逐渐靠近第一透镜组g1，靠近像侧的镜片口径将增大，同时后群产生的轴外相差，尤其时像散场曲会相应增大。若在条件式(3)中高于其上限，孔径光阑stp将逐渐靠近像面，会导致第一透镜组g1的光线有效经增大，进而增大镜片口径，不利于镜头小型化。

所述第四透镜组g4第十二透镜l42满足以下条件式：

0.7≤(r1+r2)/(r1-r2)≤2.3，(4)

其中，r1表示第四透镜组g4第十二透镜l42靠物侧面的曲率半径值，r2表示第四透镜组g4第十二透镜l42靠像侧面的曲率半径值。

若在条件式(4)中低于其下限，则第十二透镜l42则逐渐变为平凹型负透镜对校正轴外彗差像散能力较弱。若再条件式(4)中高于其上限，则第十二透镜l42逐渐变为弯月负透镜，过于弯曲不利于镜片加工。

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全画幅光学成像系统。

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、具有负光焦度的第三透镜l13、具有正光焦度的第四透镜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，所述第二透镜l12为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。

所述全画幅光学成像系统的数值数据如表1、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l23及l31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0.2mm，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2.5％，配合相机内部校正基本可以做到小于1％。

实施例2

图8所示的是实施例2的全画幅光学成像系统结构示意图。本实施例2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、具有负光焦度的第三透镜l13、具有负光焦度的第四透镜l14、具有正光焦度的第五透镜l15和具有正光焦度的第六透镜l16，所述第四透镜l14和第五透镜l15组合成胶合透镜组，所述第二透镜l12为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。

以下，表4，表5和表6示出关于本实施例的全画幅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0.2mm，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2.5％，配合相机内部校正基本可以做到小于1％。

实施例3

图15所示的是实施例3的全画幅光学成像系统结构示意图。本实施例3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、具有负光焦度的第四透镜l14、具有正光焦度的第五透镜l15和具有正光焦度的第六透镜l16，所述第四透镜l14和第五透镜l15组合成胶合透镜组，所述第二透镜l12为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。

以下，表7、表8和表9示出关于本实施例的全画幅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。整体轴向色球差小于0.2mm，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2.5％，配合相机内部校正基本可以做到小于1％。

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。