一种大光圈超广角镜头及摄影装置的制作方法

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1.本实用新型属于镜头和摄影器材技术领域，特别涉及一种大光圈超广角镜头及摄影装置。

背景技术：

2.超广角镜头，有着特别宽广的视角,视角范围80～110度，能够消除畸变，深受广大摄影用户的喜欢，尤其摄影爱好者。但是，申请人发现，随目前市面上的超广角镜头在拍摄星空等光照条件不足的场景下存在边缘像差的缺陷问题，严重影响拍摄质量，根本无法满足用户的拍摄要求。因此，迫切的需要研制出一种能很好地矫正边缘像差的大光圈广角镜头。

技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种能矫正边缘像差的大光圈超广角镜头，以及应用了该大光圈超广角镜头的摄影装置。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
5.第一方面，本实用新型提供了一种大光圈超广角镜头，包括镜片组和光阑，所述镜片组由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组组成，且所述光阑设置在第二透镜组和第三透镜组之间；其中，
6.所述第一透镜组为具有负光焦度的透镜组；
7.所述第二透镜组和第三透镜组均为具有正光焦度的透镜组；
8.而且，所述第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组满足以下条件：
[0009]-3＜f2/f1＜-1；
[0010]
0.6＜f3/f2＜2.4；
[0011]
1.6＜f2/f＜4.8；
[0012]
f1为第一透镜组的焦距，f2为第二透镜组的焦距，f3为第三透镜组的焦距，f为在无限远物体合焦时的全系统的焦距。
[0013]
本实用新型的超广角镜头通过由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的负光焦度的第一透镜组、正光焦度的第二透镜组、光阑和正光焦度的第三透镜组构成的透镜系统，且第一透镜组的焦距f1、第二透镜组的焦距f2和第三透镜组的焦距f3满足-3＜f2/f1＜-1、0.6＜f3/f2＜2.4和1.6＜f2/f＜4.8，能够在通过移动第三透镜组调焦过程，一边实现小f数、超广角、高性能，一边减小调焦时的像差变动和视场角变动。
[0014]
进一步地，所述第一透镜组和第二透镜组满足以下条件：
[0015]-2.8＜f2/f1＜-1.2。
[0016]
进一步地，所述第二透镜组满足以下条件：
[0017]
2＜f2/f＜4.3。
[0018]
进一步地，所述第一透镜组由三枚负透镜组成。
[0019]
进一步地，所述第二透镜组由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的三组胶合透镜和一枚正透镜组成。
[0020]
进一步地，每组所述胶合透镜均由正透镜和负透镜相接合构成，胶合透镜的数量满足下述条件：
[0021]
1≤n≤4，
[0022]
n为胶合透镜的数量。
[0023]
进一步地，每组所述胶合透镜和所述正透镜满足以下条件：
[0024]
3＜|f21/f22|＜5；
[0025]
f21为胶合透镜的焦距，f22为正透镜的焦距。
[0026]
进一步地，所述第三透镜组由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的两组胶合透镜、一枚正透镜、一枚负透镜组成。
[0027]
进一步地，所述第三透镜组满足以下条件：
[0028]
2＜f3/f＜5。
[0029]
第二方面，本实用新型还提供了一种摄影装置，包括有上述的大光圈超广角镜头。
[0030]
上述第二方面中的各个方面以及各个方面可能达到的技术效果请参照上述针对第一方面或第一方面中的各种可能方案可以达到的技术效果说明，这里不再重复赘述。
附图说明
[0031]
图1是本实用新型实施例一所述大光圈超广角镜头的结构示意图；
[0032]
图2是本实用新型实施例一所述大光圈超广角镜头调焦无穷远时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率差的曲线图；
[0033]
图3是本实用新型实施例一所述大光圈超广角镜头调焦200mm时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率差的曲线图横向差图；
[0034]
图4是本实用新型实施例二所述大光圈超广角镜头的结构示意图；
[0035]
图5是本实用新型实施例二所述大光圈超广角镜头调焦无穷远时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率差的曲线图；
[0036]
图6是本实用新型实施例二所述大光圈超广角镜头调焦200mm时，球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率差的曲线图横向差图。
具体实施方式
[0037]
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0038]
如图1和图4所示，本实用新型所述一种大光圈超广角镜头，包括镜片组和光阑s，所述镜片组由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的第一透镜组g1、第二透镜组g2和第三透镜组g3组成，所述第一透镜组g1为具有负光焦度的透镜组，所述第二透镜组g2和第三透镜组g3均为具有正光焦度的透镜组；而且，所述第一透镜组g1、第二透镜组g2和第三透镜组g3满足以下条件：
[0039]-3＜f2/f1＜-1；
[0040]
0.6＜f3/f2＜2.4；
[0041]
1.6＜f2/f＜4.8；
[0042]
f1为第一透镜组的焦距，f2为第二透镜组的焦距，f3为第三透镜组的焦距，f为在无限远物体合焦时的全系统的焦距；所述光阑s设置在第二透镜组g2和第三透镜组g3之间。
[0043]
本实用新型所述大光圈超广角镜头工作时，所述第一透镜组g1和第二透镜组g2在物体从无穷远向近距离移动时固定不动，所述第三透镜组g3在物体从无穷远向近距离移动时向物体方向移动，实现合焦。
[0044]
通过上述方案，本实用新型所述的大光圈超广角镜头具有广的半视场角，镜头的全画角超过113度(全画角指的是通过镜头成像以后，感光元件(相机ccd)能看到的视场角，视场角可以通过水平、垂直或者对角方向进行衡量，这里指的是对角线的视场角。)，并且能够良好地对彗差、像面弯曲、畸变等各像差进行校正，具体为：通过由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的负光焦度的第一透镜组、正光焦度的第二透镜组、光阑和正光焦度的第三透镜组构成的透镜系统，且第一透镜组的焦距f1、第二透镜组的焦距f2和第三透镜组的焦距f3满足-3＜f2/f1＜-1和0.6＜f3/f2＜2.4，能够在通过移动第三透镜组调焦过程，一边实现小f数、超广角、高性能，一边减小调焦时的像差变动和视场角变动，能够很好地矫正边缘像差，从而提高调焦效率和拍摄质量。
[0045]
如果第一透镜组g1的焦距f1与第二透镜组g2的焦距f2处于-3＜f2/f1＜-1的下限以下或者处于上限以上，则第一透镜组g1和第二透镜组g2的光焦度平衡都会变差，物体距离变化时的从物体入射到入射光瞳的光线的角度变化变大，调焦时的视场角变动变大，但是通过使第一透镜组g1的焦距f1和第二透镜组g2的焦距f2满足-3＜f2/f1＜-1，能够抑制调焦时的视场角变动，将其纳入允许范围内。
[0046]
如果第二透镜组g2的焦距f2与第三透镜组g3的焦距f3处于0.6＜f3/f2＜2.4的下限以下，则作为固定组的第三透镜组g3的光焦度变得过强，调焦时的视场角变动变大；为了对此加以避免，本实用新型采用了增加第三透镜组g3的镜片数量；如果第二透镜组g2的焦距f2与第三透镜组g3的焦距f3处于0.6＜f3/f2＜2.4的上限以上，则作为调焦组的第三透镜组g3的光焦度变得过弱，调焦距离会变长，导致整个镜头长度变大。
[0047]
总之，本实用新型所述大光圈超广角镜头结构简单，装调容易，可以实现小型化，且性能高，成像效果好，成本低。
[0048]
进一步地，所述第一透镜组g1和第二透镜组g2满足以下条件：-2.8＜f2/f1＜-1.2，能够更好地校正畸变(也称畸变像差)、倍率差等，有利于超广角化。
[0049]
更进一步地，所述第二透镜组g2满足以下条件：2＜f2/f＜4.3，能够使轴外光线在靠近光轴过程中，反复消除差，并且不会同时增大其他像差。
[0050]
又如图1和图4所示，所述第一透镜组g1由三枚负透镜组成，具体为，该第一透镜组g1由沿物侧端到相机连接端方向依次排列设置的透镜l11、透镜l12和透镜l13组成。
[0051]
所述第二透镜组g2由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的三组胶合透镜g21和一枚正透镜g22组成。每组胶合透镜均由正透镜和负透镜相接合构成，具体每组胶合透镜均由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的负透镜和正透镜相接合构成，或者由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的正透镜和负透镜相接合构成；胶合透镜的数量满足下述条件：
[0052]
1≤n≤4，
[0053]
n为胶合透镜的数量。
[0054]
在一种可能实现的方案中，所述第二透镜组g2包括有三组胶合透镜，具体结构可以如图1：所述第二透镜组g2由沿物侧端到相机连接端方向依次排列设置的透镜l21、透镜l22、透镜l23、透镜l24、透镜l25、透镜l26和透镜l31组成，其中透镜l21、透镜l23和透镜l25为负透镜，透镜l22、透镜l24和透镜l26为正透镜；或者，如图4，所述第二透镜组g2由沿物侧端到相机连接端方向依次排列设置的透镜l21、透镜l22、透镜l23、透镜l24、透镜l25、透镜l26和透镜l31组成，其中透镜l21、透镜l23和透镜l25为正透镜，透镜l22、透镜l24和透镜l26为负透镜。
[0055]
所述第三透镜组g3由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的两组胶合透镜、一枚正透镜、一枚负透镜组成，具体为，所述第三透镜组g3由沿物侧端到相机连接端方向依次排列设置的透镜l41、透镜l42、透镜l43、透镜l44、透镜l45和透镜l46。
[0056]
本实用新型通过采用三组胶合透镜，一边使从大视场角入射的光线徐徐折射而极力抑制像差发生量，一边使向后续的透镜组引导变得容易，能够进一步减小成像面边缘的差和中间区域的球差，而且整个镜头的总长、体积、重量及装配难度几乎不变。若胶合透镜的数量等于或大于1≤n≤4的上限(即胶合透镜的数量为4组或超过4组),整个镜头总长变长，体积变大，重量增加，不利于小型化，装配难度也同时增加；若胶合透镜的数量小于3组(即2组以下)，则轴上差和倍率差迅速变大，从物侧到像侧不断积累，使成像面边缘的差会比较大，中间区域的球差也会比较大，导致后端镜组矫正差异常困难，难以控制。
[0057]
因此，采用三组胶合透镜，一方面能够降低矫正差的难度(具体为：三组胶合透镜g21(从物体侧依次以l21(负)、l22(正)、l23(负)、l24(正)、l25(负)、l26(正)，共六片透镜组成)，与后续的第三透镜组g3(从物体侧依次以l41(正)、l42(负)、l43(正)、l44(负)、l45(正)、l46(负)，共六片透镜组成)相对于孔径光阑成为对称的结构，从而能够良好地矫正像面弯曲、畸变、倍率差等，有利于超广角化；而且所述光阑s之前的一枚正透镜g22透镜为正光焦度，能够对入射孔径光阑s的轴外光线施加会聚作用，有利于球差的矫正。)，另一方面还能够减小镜头体积，有利于实现小型化；需要说明，这里的“正”、“负”指的是光焦度的正和负，就是这枚透镜焦距值的“正”、“负”。
[0058]
进一步地，每组所述胶合透镜和所述正透镜满足以下条件：3＜|f21/f22|＜5，这样可以一边使从大视场角入射的光线缓缓折射而抑制像差的发生，一边使向后续的透镜组引导变得容易，在孔径光阑前安放正透镜，起到抑制球差的作用；f21为指多组胶合透镜形成的透镜组的焦距，f22为正透镜的焦距。
[0059]
进一步地，所述第三透镜组g3满足以下条件：2＜f3/f＜5，这样能够平衡孔径光阑两边透镜组焦距的分配，达到抑制各种像差，有利于广角化。
[0060]
以下通过实施例对本实用新型的大光圈超广角镜头做进一步说明。
[0061]
实施例一
[0062]
本实施例一所述大光圈超广角镜头的结构与如图1所示，具体参见前述，在此不再重复赘述；其中第一透镜组g1包含的透镜l12的为正光焦度透镜。当调焦无穷远或调焦200mm，且最大摄影倍率时，其球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率差如图2和图3所示，其中g代表波长为436nm的光线，d代表波长为587nm的光线，c代表波长为656nm的光线，
△
s代表弧矢面的光线，
△
t代表子午面的光线。
[0063]
实施例一的无穷远，最大摄影倍率时的球面像差，场曲像差，畸变像差以及倍率差如图2所示。
[0064]
实施例一的数据如下表1：
[0065]
rdy(mm):各个面的曲率半径；
[0066]
thi(mm):各镜片间隔和镜片厚度；
[0067]
nd：d线的各个玻璃的折射率；
[0068]
vd:玻璃的阿贝数；
[0069]
焦点距离：14；
[0070]
fno：2.4；
[0071]
半画角ω：56.8
°
；
[0072]
表1
[0073][0074]
说明书
[0075][0076]
其中，非球面的各项系数对应的值如下表2。
[0077]
表2
[0078]
[0079][0080]
当thi(18)和thi(28)等于不同值时，对应的成像距离如下表3，分别对应无穷远(焦距14mm)和200mm(0.06倍)。
[0081]
表3
[0082]
焦距14.0mm0.06倍thi(18)2.61mm1.5mmthi(28)33mm34.1mm
[0083]
非球面的形状定义如下公式：
[0084][0085]
式中，r:从光轴开始的径向坐标；z：从非球面和光轴相交点开始，光轴方向的偏移量；c：非球面的基准球面的曲率；k：非球面的圆锥系数；α2:非球面4次项系数；α3:非球面6次项系数；α4:非球面8次项系数；α5:非球面10次项系数；α6:非球面12次项系数。
[0086]
实施例二
[0087]
如图4所示，本实施例二所述大光圈超广角镜头从物体侧起至像面侧依次包括(即由沿物侧端到相机连接端方向依次设置)：具有负光焦度的第一透镜组g1、具有正的光焦度的第二透镜组g2、光阑s和具有正的光焦度的第三透镜组g3；与实例一区别在于第二透镜组g2的三组胶合透镜，实施例一的三组胶合透镜都是负透镜在前，正透镜在后，而本实施例二恰好相反，即三组胶合透镜都是正透镜在前，负透镜在后，具体参见图4。物体从无穷远向近距离移动时，第一透镜组g1和第二透镜组g2固定不动，第三透镜组g3向物体方向移动，实现合焦。当调焦无穷远或调焦200mm，且最大摄影倍率时，其球面像差、场曲像差、畸变像差以及倍率差如图5和图6所示，其中g代表波长为436nm的光线，d代表波长为587nm的光线，c代表波长为656nm的光线，
△
s代表弧矢面的光线，
△
t代表子午面的光线。
[0088]
实施例二中每一片透镜的半径、厚度、折射率、阿贝数，以及每一片透镜之间的间隔的数据，具体如下表4。
[0089]
rdy(mm):各个面的曲率半径；
[0090]
thi(mm):各镜片间隔和镜片厚度；
[0091]
nd：d线的各个玻璃的折射率
[0092]
vd:玻璃的阿贝数；
[0093]
焦点距离：14；
[0094]
fno：2.4；
[0095]
半画角ω：56.8
°
；
[0096]
表4
[0097][0098]
说明书
[0099][0100]
其中，非球面的各项系数对应的值如下表5。
[0101]
表5
[0102] kα2α3α4α5α6504.39e-005-1.93e-0075.89e-010-1.12e-0129.47e-016603.02e-005-3.24e-007-4.86e-0112.78e-012-1.02e-0142701.14e-004-1.18e-007-1.10e-0091.85e-012 2801.03e-0041.01e-007-8.52e-010-1.70e-013 [0103]
当thi(18)和thi(28)等于不同值时，对应的成像距离如下表6，分别对应无穷远(焦距14mm)和200mm(0.06倍)。
[0104]
表6
[0105]
焦距14.0mm0.06倍
thi(18)2.63mm1.5mmthi(28)37mm38.13mm
[0106]
非球面的形状定义如下公式：
[0107][0108]
式中，r:从光轴开始的径向坐标；z：从非球面和光轴相交点开始，光轴方向的偏移量；c：非球面的基准球面的曲率；k：非球面的圆锥系数；α2:非球面4次项系数；α3:非球面6次项系数；α4:非球面8次项系数；α5:非球面10次项系数；α6:非球面12次项系数。
[0109]
综上得到如下表7的条件式：
[0110]
表7
[0111][0112]
第二方面，本实用新型还提供了一种摄影装置，包括有上述的大光圈超广角镜头。该摄像装置的各个方面以及各个方面可能达到的技术效果请参照上述针对大光圈超广角镜头中的各种可能方案可以达到的技术效果说明，这里不再重复赘述。
[0113]
此外，本实用新型所述摄像装置因为具备本实用新型的超广角镜头，所以在低照度的条件下也可以进行摄影，在能够以广阔视场角取得良好的像质基础上，还可以对于移动中的被摄物体进行迅速的调焦，同时还能够使调焦时的性能变化和视场角变化达到微小。
[0114]
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润
饰也视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种大光圈超广角镜头，其特征在于，包括镜片组和光阑，所述镜片组由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组组成，且所述光阑设置在第二透镜组和第三透镜组之间；其中，所述第一透镜组为具有负光焦度的透镜组；所述第二透镜组和第三透镜组均为具有正光焦度的透镜组；而且，所述第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组满足以下条件：-3＜f2/f1＜-1；0.6＜f3/f2＜2.4；1.6＜f2/f＜4.8；f1为第一透镜组的焦距，f2为第二透镜组的焦距，f3为第三透镜组的焦距，f为在无限远物体合焦时的全系统的焦距。2.根据权利要求1所述的大光圈超广角镜头，其特征在于，所述第一透镜组和第二透镜组满足以下条件：-2.8＜f2/f1＜-1.2。3.根据权利要求1或2所述的大光圈超广角镜头，其特征在于，所述第二透镜组满足以下条件：2＜f2/f＜4.3。4.根据权利要求1或2或3所述的大光圈超广角镜头，其特征在于，所述第一透镜组由三枚负透镜组成。5.根据权利要求1或2或3所述的大光圈超广角镜头，其特征在于，所述第二透镜组由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的胶合透镜和一枚正透镜组成，其中胶合透镜的数量满足下述条件：1≤n≤4，n为胶合透镜的数量。6.根据权利要求5所述的大光圈超广角镜头，其特征在于，所述第二透镜组的胶合透镜数量为三组，每组所述胶合透镜均由正透镜和负透镜相接合构成。7.根据权利要求5所述的大光圈超广角镜头，其特征在于，每组所述胶合透镜和所述正透镜满足以下条件：3＜|f21/f22|＜5；f21为胶合透镜的焦距，f22为正透镜的焦距。8.根据权利要求1或2或3或6或7所述的大光圈超广角镜头，其特征在于，所述第三透镜组由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的两组胶合透镜、一枚正透镜、一枚负透镜组成。9.根据权利要求8所述的大光圈超广角镜头，其特征在于，所述第三透镜组满足以下条件：2＜f3/f＜5。10.一种摄影装置，其特征在于，包括有权利要求1-9中任一所述的大光圈超广角镜头。

技术总结

本实用新型涉及一种大光圈超广角镜头及摄影装置，该镜头包括镜片组和光阑，所述镜片组由沿物侧端到相机连接端方向依次设置的具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组和第三透镜组组成，且所述光阑设置在第二透镜组和第三透镜组之间；而且，所述第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组满足以下条件：-3＜f2/f1＜-1；0.6＜f3/f2＜2.4；1.6＜f2/f＜4.8；f1为第一透镜组的焦距，f2为第二透镜组的焦距，f3为第三透镜组的焦距，f为在无限远物体合焦时的全系统的焦距。这样，本大光圈超广角镜头能够矫正边缘像差。镜头能够矫正边缘像差。镜头能够矫正边缘像差。