超广角光学成像系统及光学设备

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种超广角光学成像系统及光学设备。

背景技术

近些年来在摄影市场中，得益于微单相机的高性能以及便携性，使用群体在不断增加，对各式各样的拍摄场景也有多样的需求。在半画幅微单上可使用的原厂配套镜头焦段范围仍有空缺尤其是广角焦段，且部分焦段的镜头价格昂贵，并不是所有摄影消费者都能接受。微单相机镜头同单反相机镜头一样，消费者希望其拥有高性能，高性价比。并且微单相机体积较小，消费者也希望其配套镜头体积相对于单反镜头而言尽可能小。

发明内容

本发明针对现有技术存在之缺失及市场需求，提供一种超广角光学成像系统及光学设备，其体小量轻，内部调焦部件仅由一枚透镜组成，具有对焦速度快，成像性能优异的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种超广角光学成像系统，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第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，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和具有负光焦度第十四透镜；

所述第一透镜组满足以下条件式：

-2.8≤F1/F≤-1.3，(1)；

所述第二透镜组满足以下条件式：

1.8≤F2/F≤2.6，(2)

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，F2表示第二透镜组的合成焦距。

作为一种优选方案，所述第一透镜组与第二透镜组满足以下条件式：

0.19≤d/D12≤0.33，(3)；

所述第三透镜组满足以下条件式：

0.003≤(R

其中，d表示第一透镜组和第二透镜组之间的间距，D12表示第一透镜物侧表面顶点至孔径光阑的距离，R

作为一种优选方案，第十二透镜满足以下条件式：

1.80≤Nd4≤1.95，(5)；20≤Vd4≤35，(6)；

光学成像系统满足以下条件式：

1.1≤BFL/F≤1.4，(7)；

其中，Nd4定义为第十二透镜关于波长为587.6nm的光线的折射率；Vd4定义为第十二透镜关于波长为587.6nm的光线的阿贝数；BFL为无限远状态下光学成像系统的后焦距；F为无限远状态下光学成像系统的焦距。

作为一种优选方案，所述第三透镜、第十透镜和第十三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。

作为一种优选方案，所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有负光焦度，所述第四透镜具有正光焦度。

作为一种优选方案，所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有正光焦度，所述第四透镜具有负光焦度。

作为一种优选方案，所述第一透镜组还包括有第五透镜，所述第五透镜设于第四透镜远离物侧面的一侧，所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有负光焦度，所述第四透镜具有正光焦度，所述第五透镜具有负光焦度，所述第五透镜为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。

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十五透镜，所述第十五透镜设于第十四透镜远离物侧面的一侧。

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物侧面的一侧。

一种光学设备，所述光学设备设有前述的超广角光学成像系统。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明涉及的超广角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，第一透镜组拥有合适的负光焦度来保证镜头拥有大口径广角视场，同时兼顾镜头整体小型轻量，第二透镜组拥有合适的正光焦度，抑制周边视场光线入射角偏大，同时又能补偿垂轴色差以及像散；使用了四枚具有特殊色散镜片及超低色散镜片来抑制色差，使其在拍摄高反差画面时，尽可能减小被摄体边缘产生的紫边或者色散。

为更清楚地阐述本发明的结构特征、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发明作进一步详细说明：

附图说明

图1示出本发明实施例1的结构示意图；

图2示出本发明实施例1在无限远合焦时的球面像差示意图；

图3示出本发明实施例1在最近合焦距离时的球面像差示意图；

图4示出本发明实施例1在无限远合焦时的场曲示意图；

图5示出本发明实施例1在无限远合焦时的畸变示意图；

图6示出本发明实施例1在最近合焦距离时的场曲示意图；

图7示出本发明实施例1在最近合焦距离时的畸变示意图；

图8示出本发明实施例2的结构示意图；

图9示出本发明实施例2在无限远合焦时的球面像差示意图；

图10示出本发明实施例2在最近合焦距离时的球面像差示意图；

图11示出本发明实施例2在无限远合焦时的场曲示意图；

图12示出本发明实施例2在无限远合焦时的畸变示意图；

图13示出本发明实施例2在最近合焦距离时的场曲示意图；

图14示出本发明实施例2在最近合焦距离时的畸变示意图；

图15示出本发明实施例3的结构示意图；

图16示出本发明实施例3在无限远合焦时的球面像差示意图；

图17示出本发明实施例3在最近合焦距离时的球面像差示意图；

图18示出本发明实施例3在无限远合焦时的场曲示意图；

图19示出本发明实施例3在无限远合焦时的畸变示意图；

图20示出本发明实施例3在最近合焦距离时的场曲示意图；

图21示出本发明实施例3在最近合焦距离时的畸变示意图；

图22示出本发明实施例4的结构示意图；

图23示出本发明实施例4在无限远合焦时的球面像差示意图；

图24示出本发明实施例4在最近合焦距离时的球面像差示意图；

图25示出本发明实施例4在无限远合焦时的场曲示意图；

图26示出本发明实施例4在无限远合焦时的畸变示意图；

图27示出本发明实施例4在最近合焦距离时的场曲示意图；

图28示出本发明实施例4在最近合焦距离时的畸变示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

如图1-28所述，一种超广角光学成像系统，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、具有正光焦度的第四透镜组G4；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；

所述第一透镜组包括依次设置的第一透镜L11、第二透镜L12、第三透镜L13和第四透镜L14，所述第三透镜L13和第四透镜L14组合成胶合透镜，所述所述第三透镜L13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：

-2.8≤F1/F≤-1.3，(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。

若满足条件式(1)，则第一透镜组拥有合理的视场角与后工作距离，光束在后组的入射高度处于合理区间；若在条件式(1)中低于其下限，则第一透镜组G1光焦度减小，前组的发散角减小，虽减小了前后组相对孔径的负担但是会增加镜头整体长度，不推荐。若在条件式(1)中高于其上限，第一透镜组G1光焦度增大，前组的发散角进一步增大，增加了后组的偏角量，进而增加前后组相对孔径的负担。

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，所述第二透镜组G2满足以下条件式：

1.8≤F2/F≤2.6，(2)

其中，F表示光学成像系统的焦距，F2表示第二透镜组的合成焦距。满足条件式(2)的透镜组可以有效的校正正负色球差及彗差，同时使入射到第三透镜组G3的光线有效口径减小，使第三透镜组G3镜片口径减小，达到减小镜片重量的目的；若在条件式(2)中低于其下限，第二透镜组G2光焦度增大，虽能分担更大的光线偏角，有利于光阑前组的体积控制，但畸变及像散无法得到很好的矫正。若在条件式(2)中高于其上限，第二透镜组G2光焦度减小，承担较小的光线偏角，造成第一透镜组G1中的负透镜过于弯曲不利于加工制造。

所述第一透镜组和第二透镜组满足以下条件式：

0.19≤d/D12≤0.33，(3)

其中，d表示第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间距，D12表示第一透镜L12物侧表面顶点至孔径光阑STP的距离。满足条件式(3)，则镜头总长与体积可以控制在合理范围。若在条件式(3)中低于其下限，第一透镜组G1和第二透镜组G2间距减小，使得第一透镜组负光焦度增大，同时引起第二透镜组正光焦度也增大，系统后组所负担的偏角立刻增大而引起与孔径有关的像差增大。若在条件式(3)中高于其上限，则第一透镜组和第二透镜组间距增大，从而使得系统总长增加，体积变大，不利于小型化。

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、具有正光焦度第十透镜L32、具有正光焦度第十一透镜L33，所述第九透镜L31和第十透镜L32组合成胶合透镜组，所述第十透镜L32为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片，所述第三透镜组G3满足以下条件式：

0.003≤(R

其中，R

所述第十二透镜L41满足以下条件式：

1.80≤Nd4≤1.95，(5)20≤Vd4≤35，(6)

其中，Nd4定义为第十二透镜L41关于波长为587.6nm的光线的折射率，Vd4定义为第十二透镜关于波长为587.6nm的光线的阿贝数。

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和具有负光焦度第十四透镜L52，所述第十三透镜L51为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。

所述的光学成像系统满足以下条件式：

1.1≤BFL/F≤1.4，(7)

其中BFL为无限远状态下，光学系统的后焦距；F为无限远状态下，光学系统的焦距。若在条件式(7)中低于其下限，后焦距减小，光学性能虽易保证，但透镜组结构与相机卡口易存在干涉问题。若在条件式(7)中高于其上限，后焦距过长易导致整体体积增大，不利于小型化的实现。

本发明还提供一种光学设备，所述光学设备设有前述的超广角光学成像系统。

本发明中，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的超广角光学成像系统结构示意图，本实施例1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和具有负光焦度的第五透镜L15，所述第五透镜L15为关于波长为587.6nm的光线的阿贝数高于70的低色散镜片。

所述超广角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L12及L52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2％，配合相机内部校正基本可以做到0.5％或无畸变。

实施例2

图8所示的是实施例2的超广角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和具有正光焦度的第四透镜L14，所述第四透镜组G4还包括具有正光焦度的第十五透镜L53，所述第十五透镜L53设于第十四透镜L52远离物侧面的一侧。以下，表4，表5和表6示出关于本实施例的超广角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的超广角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和具有负光焦度的第五透镜L15，所述第五透镜L15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超广角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0.1mm，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。

实施例4

图22所示的是实施例4的超广角光学成像系统结构示意图，本实施例4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，所述第四透镜组G4还包括具有负光焦度的第十六透镜L54，所述第十六透镜L54设于第十五透镜L53远离物侧面的一侧。以下，表10，表11和表12示出关于本实施例的超广角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。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发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。