大口径内对焦式光学系

技术领域

本发明涉及光学系，具体涉及一种大口径内对焦式光学系，其适用于数字静态摄像机及数字摄影机等的使用了固态摄像元件的摄像装置中。

背景技术

由于固态摄像元件在数字静态摄像机、数字摄影机等摄像装置上得到了普及，使得摄像光学系统的高性能化、小型化等得到了急速推进，并提出了许多中等以上的焦距的内对焦式光学系。

例如，公布号为CN112198644A的中国专利申请(以下简称文献1)公开了一种成像镜头及摄像装置，其通过设置后镜片组和第二透镜组以降低球差和像散，通过限定前镜片组的焦距与第二透镜组和第三透镜组的合成焦距，使得成像镜头具有高质量的成像性能。

然而，文献1中所公开的内对焦式光学系，最短拍摄距离比较长，不适宜近距离拍摄。

针对上述问题，本设计人进行了深入构思且积极研发，遂产生本案。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种大口径内对焦式光学系，以实现在极短的拍摄距离下镜头明亮且小型化，并具有优异的成像性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

大口径内对焦式光学系，其包括从物侧至像侧方向依次设置的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群以及具有光焦度的第三透镜群；

所述第一透镜群包括从物侧至像侧方向依次配置的第一透镜组、光圈以及第二透镜组；所述第一透镜组至少包括从物侧向像侧方向依次配置正透镜、负透镜和物侧面内凹的透镜；所述第二透镜组至少包括一负透镜；

所述第二透镜群为可沿光轴移动进行调焦的单体透镜；

所述光学系满足条件式(1)：

(1)0.0＜D1b/D1a＜2.0；

其中，D1a是第一透镜组在光轴方向上的长度，D1b是第二透镜组在光轴方向上的长度。

所述光学系还满足条件式(2)：

(2)0.1＜D1b/L＜0.5；

其中，D1b是第二透镜组在光轴方向上的长度，L是所有透镜元件从最靠近物侧的透镜面、到最靠近像侧的透镜面、在光轴方向上的总长。

所述光学系还满足条件式(3)和条件式(4)：

(3)-50＜f1a/f＜20；

(4)1.0＜f11/f＜9.0；

其中，f1a是第一透镜组的焦点距离；f11是第一透镜群内最靠近物侧的正透镜的焦点距离，f是光学系全体的焦点距离。

所述光学系还满足条件式(5)：

(5)|f1b/f1a|＜1.5；

f1a是第一透镜组的焦点距离，flb是第二透镜组的焦点距离。

所述光学系还满足条件式(6)：

(6)1＜fL1/D1b＜11；

其中，fL1是第一透镜群内最靠近像侧的透镜的焦点距离，D1a是第一透镜组在光轴方向上的长度。

所述光学系还满足条件式(7)和条件式(8)：

(7)0.10＜Df/D＜0.3；

(8)Nd max-Nd min＜0.3；

Df是从第一透镜群内最靠近像侧的透镜面、到第三透镜群内最靠近物侧的透镜面、在光轴上的距离，D是光学系统从最靠近物侧的透镜面到成像面、在光轴上的距离，即光学系统全长；Ndmax和Ndmin是指，从第一透镜群内最靠近像侧的透镜到第三透镜群内最靠近物侧的透镜元件之间的透镜元件的最大和最小的折射率。

所述光学系还满足条件式(9)：

(9)0.05＜BF/Y＜1.5；

其中，BF是最靠近像侧的透镜面到成像面在光轴方向上的距离，Y是成像面位置的最大像高。

采用上述方案后，本发明通过使光学系满足规定的条件式，使得光学系能够缩短最短拍摄距离，同时实现大口径、小型化且优异的成像性能。

附图说明

图1为实施例一的光学系结构示意图；

图2为实施例一的光学系对物距离为无限远、成像倍率为1/40倍，最至近距离聚焦状态下的球差、像散和畸变图(其中，a对应球差图、b对应像散图、c对应畸变图)；

图3为实施例二的光学系结构示意图；

图4为实施例二的光学系对物距离为无限远、成像倍率为1/40倍，最至近距离聚焦状态下的球差、像散和畸变图(其中，a对应球差图、b对应像散图、c对应畸变图)；

图5为实施例三的光学系结构示意图；

图6为实施例三的光学系对物距离为无限远、成像倍率为1/40倍，最至近距离聚焦状态下的球差、像散和畸变图(其中，a对应球差图、b对应像散图、c对应畸变图)；

图7为实施例四的光学系结构示意图；

图8为实施例四的光学系对物距离为无限远、成像倍率为1/40倍，最至近距离聚焦状态下的球差、像散和畸变图(其中，a对应球差图、b对应像散图、c对应畸变图)。

具体实施方式

以下将对本发明涉及的内对焦式光学系进行详细说明。

本发明揭示了一种大口径内对焦式光学系，其包括从物侧至像侧方向依次设置的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群以及具有光焦度的第三透镜群。其中，第一透镜群包括从物侧至像侧方向依次配置的第一透镜组、光圈以及第二透镜组；第一透镜组至少包括从物侧向像侧方向依次配置正透镜、负透镜和物侧面内凹的透镜；第二透镜组至少包括一负透镜。第二透镜群为可沿光轴移动进行调焦的单体透镜，第一透镜群和第二透镜群的间隔，以及第二透镜群和第三透镜群的间隔随着第二透镜群在光轴方向上的移动而变化。通过配置第二透镜群G2来实现光学系的调焦，对焦时可以不再移动整个光学系，从而在保持光学系长度不变的情况下实现了光学系的小型化及高速聚焦。

在上述基础上，光学系通过满足规定的条件式(1)-(9)，能够实现准广角、实现在极短的拍摄距离下镜头明亮且小型化、并具有优良的成像性能。

条件式(1)如下：

(1)0.0＜D1b/D1a＜2.0；

其中，D1a是第一透镜组在光轴方向上的长度，D1b是第二透镜组在光轴方向上的长度。满足条件式(1)，可以减小第一透镜组内透镜元件的外径，是实现大口径、光学系统小型化的条件。

D1b/D1a的数值控制在上述范围内，可以制约光圈在光路上的放置区域，使得光学系全长与周边像差可以得到有效的平衡。若超出上述范围，则周边像差的恶化，势必要通过增加镜片数量及光学系全长进行补偿，则小型化实现困难。

若各实施方式所涉及的光学系统除了满足上述条件(1)以外，还满足以下条件(1a)及(1b)中的至少一个条件，则上述有利效果更加明显地得到发挥。

(1a)0.2＜D1b/D1a；

(1b)D1b/D1a＜1.2。

条件式(2)如下：

(2)0.1＜D1b/L＜0.5；

其中，D1b是第二透镜组在光轴方向上的长度，L是所有透镜元件从最靠近物侧的透镜面、到最靠近像侧的透镜面、在光轴方向上的总长。符合条件式(2)时，可以在满足光学性能的基础上，使得光学系统的小型化变得容易。

若各实施方式所涉及的光学系统除了满足上述条件(2)以外，还满足以下条件(2a)及(2b)中的至少一个条件，则上述有利效果更加明显地得到发挥。

(2a)0.12＜D1b/L；

(2b)D1b/L＜0.32。

条件式(3)-(4)如下：

(3)-50＜f1a/f＜20；

(4)1.0＜f11/f＜9.0；

其中，f1a是第一透镜组的焦点距离；f11是第一透镜群内最靠近物侧的正透镜的焦点距离，f是光学系全体的焦点距离。满足条件式(3)(4)可以在不扩大光学系统整体尺寸的情况下，对光学系统的像差进行有效控制。

若各实施方式所涉及的光学系统除了满足上述条件(3)以外，还满足以下条件(3a)及(3b)中的至少一个条件，则上述有利效果更加明显地得到发挥。

(3a)-35＜f1a/f；

(3b)fla/f＜13。

若各实施方式所涉及的光学系统除了满足上述条件(4)以外，还满足以下条件(4a)及(4b)中的至少一个条件，则上述有利效果更加明显地得到发挥。

(4a)1.2＜f11/f；

(4b)f11/f＜5.0。

条件式(5)如下所示：

(5)|f1b/f1a|＜1.5；

f1a是第一透镜组的焦点距离，f1b是第二透镜组的焦点距离。符合条件式(5)时，能够比较好地平衡第一透镜群的尺寸与像差的大小，从而有助于光学系统整体的小型化。

若各实施方式所涉及的光学系统除了满足上述条件

-0.8＜f1b/f1a；

f1b/f1a＜0.8。

条件式(6)如下：

(6)1＜fL1/D1b＜11；

其中，fL1是第一透镜群内最靠近像侧的透镜的焦点距离，D1a是第一透镜组在光轴方向上的长度。满足条件式(6)，能够容易平衡第一透镜群的尺寸与像差的大小。

若各实施方式所涉及的光学系统除了满足上述条件

2＜fL1/D1b；

fL1/D1b＜9。

条件式(7)-(8)如下所示：

(7)0.10＜Df/D＜0.3；

(8)Nd max-Nd min＜0.3；

Df是从第一透镜群内最靠近像侧的透镜面、到第三透镜群内最靠近物侧的透镜面、在光轴上的距离，D是光学系统从最靠近物侧的透镜面到成像面、在光轴上的距离，即光学系统全长；Ndmax和Ndmin是指，从第一透镜群内最靠近像侧的透镜到第三透镜群内最靠近物侧的透镜元件之间的透镜元件的最大和最小的折射率。符合条件式(7)，对最短拍摄距离的短缩极为有利，符合条件式(8)，对球面收差和慧差的补正有利。

若各实施方式所涉及的光学系统除了满足上述条件(7)以外，还满足以下条件(7a)及(7b)中的至少一个条件，则上述有利效果更加明显地得到发挥。

(7a)0.12＜Df/D；

(7b)DffD＜0.2。

条件式(9)如下所示：

(9)0.05＜BF/Y＜1.5

其中，BF是最靠近像侧的透镜面到成像面在光轴方向上的距离，Y是成像面位置的最大像高。符合条件式(9)，容易实现光学系统的小型化。

若各实施方式所涉及的光学系统除了满足上述条件(9)以外，还满足以下条件(9a)及(9b)中的至少一个条件，则上述有利效果更加明显地得到发挥。

(9a)0.40＜BF/Y；

(9b)BF/Y＜1.2。

为进一步详尽发明的技术内容，以下将列举以下实施例对大口径内对焦式光学系进行详述。

以下实施例中，在光学系与成像面IMG之间配置有一保护玻璃CG，该保护玻璃CG可以根据需要配置，不需要可以省略。

实施例一

如图1所示，本实施例的大口径内对焦式光学系包括从物侧至像侧方向依次设置的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群以及具有光焦度的第三透镜群。

第一透镜群G1包括第一透镜组G1a、光圈S和第二透镜组G1b。

第一透镜组G1a包括由物侧至像侧依次配置的具有正光焦度且凸向物侧的弯月形透镜L11、具有负光焦度且像侧面内凹设置的透镜L12、具有负光焦度且物侧面内凹的透镜L13、凸向像侧的弯月形透镜L14、以及双凸透镜L15。透镜L13的像侧面与透镜面L14的物侧面贴合。

第二透镜组G1b包括由物侧至像侧依次配置的双凸透镜L16、凸向像侧的透镜L17、凸向像侧的弯月形透镜L18。双凸透镜L16的像侧面与透镜L17的物侧面贴合。

第二透镜群G2由可沿光轴移动进行调焦的单体透镜构成，该单体透镜为凹面朝向像侧的具有负光焦度的透镜L21。

第三透镜群G3包括由物侧向像侧配置的双凸透镜L31、具有负光焦度且凹面朝向物侧的透镜L32。

本实施例中，光学系的各透镜数据设置如下：

光学参数

/>

非球面数据

第19面

K＝0.00000E+00，

第20面

K＝0.00000E+00，

第21面

K＝0.00000E+00，

第22面

K＝0.00000E+00，

第

K＝0.00000E+00.

第

K＝0.00000E+00，

根据上述透镜参数可知，本实施例的光学系满足条件式(1)-(9)，且最短摄影距离为0.24m。再结合图2可知，本实施例的成像性能优异，即本实施例能够实现在降低最短拍摄距离的情况下，仍能具备大口径、准广角以及优良的成像性能。

实施例二

如图3所示，本实施例的大口径内对焦式光学系包括从物侧至像侧方向依次设置的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群以及具有光焦度的第三透镜群。

第一透镜群G1包括第一透镜组G1a、光圈S和第二透镜组G1b。

第一透镜组G1a包括由物侧至像侧依次配置的具有正光焦度且凸向物侧的弯月形透镜L11、具有负光焦度且像侧面内凹设置的透镜L12、具有负光焦度的双凹透镜L13、双凸透镜L14，双凸透镜L14的物侧面与双凹透镜L13的像侧面贴合。

第二透镜组G1b包括由物侧至像侧依次配置的双凸透镜L15、凸向像侧的透镜L16、双凸透镜L17。双凸透镜L15与透镜L16的物侧面贴合。

第二透镜群G2由可沿光轴移动进行调焦的单体透镜构成，该单体透镜为凹面朝向像侧的具有负光焦度的透镜L21。

第三透镜群G3包括由物侧向像侧配置的双凸透镜L31、具有负光焦度且凹面朝向物侧的透镜L32。

本实施例中，光学系的各透镜数据设置如下：

光学参数

非球面数据

第16面

K＝0.00000E+00，A4＝-1.39545E-05，A6＝-3.41613E-08，A8＝1.72932E-10第17面K＝0.00000E+00，A4＝6.18861E-06，A6＝-3.37027E-08，A8＝1.82306E-10

第18面

K＝0.00000E+00，A4＝5.25225E-05，A6＝-2.73366E-07，A8＝4.54054E-10

第19面

K＝2.08816E+00，A4＝5.59839E-05，A6＝-2.82317E-07，A8＝-1.59565E-11

第22面

K＝0.00000E+00，A4＝3.08220E-05，A6＝9.21039E-09，A8＝-4.86887E-11

第23面

K＝0.00000E+00，A4＝2.02244E-05，A6＝9.08868E-09，A8＝-1.05038E-11

根据上述透镜参数可知，本实施例的光学系满足条件式(1)-(9)，且最短摄影距离为0.24m。再结合图4可知，本实施例的成像性能优异，即本实施例能够实现在降低最短拍摄距离的情况下，仍能具备大口径、准广角以及优良的成像性能。

实施例三

如图

第一透镜群G1包括第一透镜组G1a、光圈S和第二透镜组G1b。

第一透镜组G1a包括由物侧至像侧依次配置的具有正光焦度且凸向物侧的弯月形透镜L11、具有负光焦度且像侧面内凹设置的透镜L12、具有负光焦度的双凹透镜L13、双凸透镜L14、双凸透镜L15，双凸透镜L14的物侧面与双凹透镜L13的像侧面贴合。

第二透镜组G1b包括由物侧至像侧依次配置的双凸透镜L16、凸向像侧的透镜L17、凸向像侧的弯月形透镜L18。双凸透镜L16与透镜L17的物侧面贴合。

第二透镜群G2由可沿光轴移动进行调焦的单体透镜构成，该单体透镜为凹面朝向像侧的具有负光焦度的透镜L21。

第三透镜群G3包括由物侧向像侧配置的双凸透镜L31、凹面朝向物侧的透镜L32。

本实施例中，光学系的各透镜数据设置如下：

光学参数

非球面数据

第19面

K＝0.00000E+00，A4＝-2.28340E-05，A6＝-1.29895E-08，A8＝3.20275E-11，A10＝2.59389E-13

第20面

K＝0.00000E+00，A4＝-7.81578E-06，A6＝1.06120E-08，A8＝-1.01209E-10，A10＝4.93994E-13

第21面

K＝0.00000E+00，A4＝6.47783E-05，A6＝-2.51210E-07，A8＝3.86520E-10

第22面

K＝0.00000E+00，A4＝8.84804E-05，A6＝-2.56600E-07，A8＝3.49647E-10

第25面

K＝0.00000E+00，A4＝3.46765E-05，A6＝-1.41966E-08，A8＝-3.36923E-11

第26面

K＝0.00000E+00，A4＝1.79667E-05，A6＝-7.86515E-09，A8＝-4.87158E-11

根据上述透镜参数可知，本实施例的光学系满足条件式(1)-(9)，且最短摄影距离为0.24m。再结合图6可知，本实施例的成像性能优异，即本实施例能够实现在降低最短拍摄距离的情况下，仍能具备大口径、准广角以及优良的成像性能。

实施例四

如图7所示，本实施例的大口径内对焦式光学系包括从物侧至像侧方向依次设置的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群以及具有光焦度的第三透镜群。

第一透镜群G1包括第一透镜组G1a、光圈S和第二透镜组G1b。

第一透镜组G1a包括由物侧至像侧依次配置的具有正光焦度且凸向物侧的弯月形透镜L11、像侧面内凹设置的透镜L12、具有负光焦度的双凹透镜L13、凸向像侧的透镜L14。

第二透镜组G1b包括由物侧至像侧依次配置的双凸透镜L15、双凹透镜L16、双凸透镜L17、凸向像侧的弯月形透镜L18。双凸透镜L15与双凹透镜L16的物侧面贴合。

第二透镜群G2由可沿光轴移动进行调焦的单体透镜构成，该单体透镜为具有负光焦度的双凹透镜L21。

第三透镜群G3包括由物侧向像侧配置的双凸透镜L31、双凹透镜L32。

本实施例中，光学系的各透镜数据设置如下：

光学参数

非球面数据

第8面

K＝0.00000E+00，

第9面

K＝0.00000E+00，

第22面

K＝0.00000E+00.

第23面

K＝0.00000E+00.

第

K＝0.00000E+00，A4＝1.93178E-04，

第

K＝0.00000E+00，

第27面

K＝0.00000E+00.

第28面

K＝0.00000E+00.

根据上述透镜参数可知，本实施例的光学系满足条件式(1)-(9)，且最短摄影距离为0.24m。再结合图8可知，本实施例的成像性能优异，即本实施例能够实现在降低最短拍摄距离的情况下，仍能具备大口径、准广角以及优良的成像性能。

以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。