一种镜头和摄像装置的制作方法

本申请涉及变焦镜头技术领域，特别涉及一种镜头和摄像装置。

背景技术：

变焦镜头领域中，通常将视场角在55°～75°之间的成像镜头称为全画幅标准人像镜头，适用于在镜头1.5m—2m的距离上进行人像摄影，变焦范围通常在70mm～135mm。对于这一类镜头，当f数(也称光圈数，数值上等于相对孔径的倒数，即像距/光圈执行)较大时，一般采用三重镜组(triplet)的结构，而对于f数小于2的大口径标准镜头则通常采用双高斯结构。在双高斯型镜头中，通常在光阑两边采用相对的凹面对称结构，这样的透镜结构虽然匹兹万(petzval)值较大，镜头的场曲较大的问题，但是能够有效减小球差和位置色差，从而在提高镜头口径的同时满足镜头对高画质的要求。

传统的镜头结构中，由于双高斯镜头属于对称性结构，其对焦镜片往往是一个包含了很多镜片的透镜组，在电动对焦时需要较大的功率和能耗，对焦速度过慢且不精准。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种镜头，旨在解决传统的镜头对焦时需要移动的透镜数量过多的技术问题。

本申请是这样实现的，一种镜头，包括具有正光焦度的第一透镜组和第二透镜组，以及具有负光焦度的第三透镜组，所述第一透镜组、第二透镜组和所述第三透镜组沿光轴自物体侧至像侧的方向依次设置；

在所述镜头从无穷远处向近处变焦时，所述第一透镜组和第三透镜组相对于像平面固定，所述第二透镜组向物体侧移动；

所述镜头的焦距和所述第一透镜组的焦距满足：

1≤f1/f≤2，

其中，f表示镜头的焦距，f1表示所述第一透镜组的合成焦距。

在本申请的一个实施例中，所述第一透镜组包括沿光轴自物体侧至像侧的方向依次设置的第一负透镜、第二正透镜、第三负透镜、第四正透镜、和第五正透镜，所述第一负透镜满足：

0.5≤(r11+r12)/(r11-r12)≤3，

其中，r11表示所述第一负透镜正对物体侧的一面的曲率半径，r12表示所述第一负透镜正对像侧的一面的曲率半径。

在本申请的一个实施例中，所述镜头还包括光阑，所述光阑与所述镜头同轴且设置在所述第四正透镜和所述第五正透镜之间。

在本申请的一个实施例中，所述第四正透镜满足：

60≤νd4≤90，

其中，νd4表示所述第四正透镜的阿贝数。

在本申请的一个实施例中，所述第五正透镜满足：

1.8≤nd≤2.0，

其中，nd表示所述第五正透镜的折射率。

在本申请的一个实施例中，所述第二透镜组包括沿光轴从物体侧到像侧依次设置的消色差透镜组和第八正透镜，所述消色差透镜组包括紧密贴合的第六正透镜和第七负透镜，所述第六正透镜和所述第七负透镜满足：

ndj1≤ndj2；vdj1≥vdj2，

其中，ndj1和ndj2分别表示所述第六正透镜和第七负透镜的折射率，vdj1和vdj2分别表示所述第六正透镜和第七负透镜的阿贝数。

在本申请的一个实施例中，所述第八正透镜采用非球面透镜，且所述第八正透镜满足：

1.70≤nd8≤1.90；40≤νd8≤70，

其中，nd8表示所述第八正透镜的折射率，νd8表示所述第八正透镜的阿贝数。

在本申请的一个实施例中，所述第三透镜组满足：

-1.5≤f3/f≤-0.7，

其中，f3表示所述第三透镜组的焦距。

在本申请的一个实施例中，所述镜头满足：

0.3≤bf/f≤0.7，

其中，bf表示所述镜头最接近像平面的透镜表面与像平面之间的距离。

本申请的另一目的在于提供一种包括了如上所述的镜头的摄像装置。

实施本申请的一种透镜，至少能够达到以下有益效果：

通过将第一透镜组的焦距设置在大于或者等于镜头的焦距，且小于或者等于镜头的焦距的两倍的范围内，能够优化镜头的视场范围和入瞳位置，具体的，入瞳的位置更接近物体侧且入瞳的尺寸相应减小，这样在视场角相同的情况下，使得主光线与透镜的交点距离光轴更近，进而减小了第一透镜组的直径，第一透镜组的色差、球差、彗差、相变、场曲和畸变等像差随之减小，仅需少量校正即可消除各像差因素，最终减小了镜头中各个透镜的尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例一提供的镜头的结构示意图；

图2是图1中的镜头对远离镜头的物体聚焦时的纵向像差的变化趋势图；

图3是图1中的镜头对远离镜头的物体聚焦时的场曲和畸变的变化趋势图；

图4是图1中的镜头在0.35米处聚焦时的纵向像差的变化趋势图；

图5是图1中的镜头在0.35米处聚焦时的场曲和畸变的变化趋势图；

图6是本申请实施例二提供的镜头的结构示意图；

图7是图6中的镜头对远离镜头的物体聚焦时的纵向像差的变化趋势图；

图8是图6中的镜头对远离镜头的物体聚焦时的场曲和畸变的变化趋势图；

图9是图6中的镜头在0.35米处聚焦时的纵向像差的变化趋势图；

图10是图6中的镜头在0.35米处聚焦时的场曲和畸变的变化趋势图；

图2、图4、图7和图9中的f线、d线和c线分别代表在f线(波长486nm)、d线(波长588nm)和c线(波长656nm)的球面像差；图3、图5、图8和图10中的s线表示相应的成像条件下主光线d线在弧矢像面的值，t线表示相应的成像条件下主光线d线在子午像面的值。

上述附图所涉及的标号明细如下：

gr1-第一透镜组；g11-第一负透镜；g12-第二正透镜；g13-第三负透镜；g14-第四正透镜；g15-第五正透镜；gr2-第二透镜组；g21-消色差透镜组；gj1-第六正透镜；gj2-第七负透镜；g22-第八正透镜；gr3-第三透镜组；g31-第九负透镜；gl-平行玻璃板；img-像平面；sp-光阑。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”……“第九”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1和图6，本实施例提供了一种镜头，包括具有正光焦度的第一透镜组gr1和第二透镜组gr2，以及具有负光焦度的第三透镜组gr3，第一透镜组gr1、第二透镜组gr2和第三透镜组gr3沿光轴自物体侧至像侧的方向依次设置；

在镜头从无穷远处向近处变焦时，第一透镜组gr1和第三透镜组gr3相对于像平面img固定，第二透镜组gr2向物体侧移动；

镜头的焦距和第一透镜组gr1的焦距满足条件(1)：

1≤f1/f≤2，

其中，f表示镜头的焦距，f1表示第一透镜组gr1的合成焦距。

实施本申请的一种透镜，至少能够达到以下有益效果：

通过将第一透镜组gr1的焦距设置在大于或等于镜头的焦距，且小于或等于镜头的焦距的两倍的范围内，能够优化镜头的视场范围和入瞳位置，具体的，入瞳的位置更接近物体侧且入瞳的尺寸相应减小，这样在视场角相同的情况下，使得主光线与透镜的交点距离光轴更近，进而减小了第一透镜组gr1的直径，第一透镜组gr1的色差、球差、彗差、相变、场曲和畸变等像差随之减小，仅需少量校正即可消除各像差因素，最终减小了镜头中各个透镜的尺寸。

对于本实施例提供的透镜，当第一透镜组gr1的合成焦距与镜头的焦距的比值低于条件(1)的下限值时，会导致第一透镜组gr1的焦距过小，光焦度过大，第一透镜组gr1镜片口径随之增大，第一透镜组gr1产生的球差等诸像差靠第二透镜组gr2和第三透镜组gr3校正，因此会使得第二透镜组gr2和第三透镜组gr3的结构更加复杂、透镜元件更多，最终导致成像质量下降和透镜结构过于复杂笨重；

当第一透镜组gr1的合成焦距与镜头的焦距的比值高于条件(1)的上限值时，会使得透镜的总长度过长，透镜结构过于复杂笨重，不利于透镜的小型化，便携性差。

作为本实施例的一个具体方案，第一透镜组gr1具有1.6～2.2的f数和55-75度的视场角，可以作为可换镜头装置中的大孔径单焦点镜头，并且可以适用于具有可换镜头的相机、摄像机、数字相机、广播相机等摄影器材中。

请参阅图1和图6，在本申请的一个实施例中，第一透镜组gr1包括沿光轴自物体侧至像侧的方向依次设置的第一负透镜g11、第二正透镜g12、第三负透镜g13、第四正透镜g14、和第五正透镜g15，第一负透镜g11满足条件(2)：

0.5≤(r11+r12)/(r11-r12)≤3，

其中，r11表示第一负透镜g11正对物体侧的一面的曲率半径，r12表示第一负透镜g11正对像侧的一面的曲率半径。

本质上，条件(2)限定了第一负透镜g11的焦距范围，符合该条件的第一负透镜g11具有足够的负光焦度以抵消第一透镜组gr1中其他个透镜的正光焦度，减小透镜的色差；同时第一透镜组gr1正光焦度不会过小，镜头不需设置的很长，有利于透镜的小型化。

若第一负透镜g11两面的曲率半径之和与两面的曲率半径之差的比值低于条件(2)的下限，则第一负透镜g11的负光焦度过大，在这种情况下，第一透镜组gr1整体正光焦度过小，镜头的全长需要设置的更长，不利于透镜的小型化和便携化；

若第一负透镜g11两面的曲率半径之和与两面的曲率半径之差的比值高于条件(2)的上限，则会导致第一负透镜g11负光焦度过小，也就意味着第一透镜组gr1整体的正光焦度过高，对于各波段光线的折射能力差距过大，造成倍率色差增大，影响镜头整体的成像质量。

请参阅图1和图6，在本申请的一个实施例中，镜头还包括光阑sp，光阑sp与镜头同轴且设置在第四正透镜g14和第五正透镜g15之间。

在本申请的一个实施例中，第四正透镜g14满足条件(3)：

60≤νd4≤90，

其中，νd4表示第四正透镜g14的阿贝数。

条件(3)规定了第一透镜组gr1中的第四正透镜g14的色散系数，第四正透镜g14的色散系数决定了第一透镜组gr1位置色差和倍率色差的校正程度，是影响成像性能的重要因素。将第四正透镜g14的阿贝数限定在60至90之间可以在不影响镜头的性能的情况下，降低镜头的生产成本。

具体而言，若第四正透镜g14的色散系数低于条件式(3)下限，则第四正透镜g14校正两种色差能力偏弱，不利于整个成像镜头色差的校正；若第四正透镜g14的色散系数高于条件式(3)上限，由于阿贝数超过90的极其昂贵，采用阿贝数90以上的材料制造第四正透镜g14会提高透镜的成本，而且还会导致校正性能过剩。

应当理解，本申请所有实施例中所述的阿贝数均指的是透镜材料关于d线(波长587.56nmnm)的阿贝数，具体而言，νd＝(nd-1)/(nf-nc)，其中nd是介质对587.56nm的光线的折射率，nf是介质对486.13nm的光线的折射率，nc是介质对656.27nm的光线的折射率。

在本申请的一个实施例中，第五正透镜g15满足条件(4)：

1.8≤nd≤2.0，

其中，nd表示第五正透镜g15的折射率。

条件式(4)规定了第一透镜组gr1的第五正透镜g15选材的折射率范围。若第五正透镜g15的折射率高于条件(4)的上限，则第五正透镜g15的光焦度过大，倍率色差向正方向移动，第一透镜组gr1对倍率色差的校正能力不足，远离成像中心的位置的成像质量低下；若第五正透镜g15的折射率低于条件(4)的下限，则第五正透镜g15的光焦度过小，畸变向桶形畸变的方向移动，第一透镜组gr1对桶形畸变的校正能力不足，同样会导致远离成像中心的位置的成像质量低下。

请参阅图1和图6，在本申请的一个实施例中，第二透镜组gr2包括沿光轴从物体侧到像侧依次设置的消色差透镜组g21和第八正透镜g22，消色差透镜组g21包括紧密贴合的第六正透镜gj1和第七负透镜gj2，第六正透镜gj1和第七负透镜gj2满足条件(5)：

ndj1≤ndj2；vdj1≥vdj2，

其中，ndj1和ndj2分别表示第六正透镜gj1和第七负透镜gj2的折射率，vdj1和vdj2分别表示第六正透镜gj1和第七负透镜gj2的阿贝数。

条件式(5)分别规定了消色差透镜组g21中的第六正透镜gj1和第七负透镜gj2的材料的折射率与阿贝数的关系，符合条件(5)的第六正透镜gj1和第七负透镜gj2组成的消色差透镜组g21，不仅能消色差，还能显著降低球差，能够显著提高镜头的成像质量。

在本申请的一个实施例中，第八正透镜g22采用非球面透镜，且第八正透镜g22满足条件(6)：

1.70≤nd8≤1.90；40≤νd8≤70，

其中，nd8表示第八正透镜g22的折射率，νd8表示第八正透镜g22的阿贝数。

条件式(6)分别规定了第八正透镜g22的折射率与阿贝数，若第八正透镜g22的折射率和阿贝数低于过条件(6)的下限，由于第八正透镜g22的折射率和阿贝数过低，第八正透镜g22无法满足镜头对球差的校正效果的要求，无法平衡整个系统的球差；若第八正透镜g22的折射率与阿贝数高于条件(6)上限，则由于高折射率玻璃质地较软，第八正透镜g22的材质会变得难以成型，对于镜头的加工制造和生产工艺提出了过高的要求，导致镜头的生产成本过高。

在本申请的一个实施例中，第三透镜组gr3满足条件(7)：

-1.5≤f3/f≤-0.7，

其中，f3表示第三透镜组gr3的焦距。

条件(7)规定了第三透镜组gr3的光线入射角度，采用满足条件式(7)的负透镜形成第三透镜组gr3，能够优化镜头的成像质量。若第三透镜组gr3的焦距和镜头的焦距之比高于条件(7)规定的上限，则会导致第三透镜组gr3的光焦度过大，其结果是第三透镜组gr3会产生过大的负球面像差，造成镜头的负球差过大无法校正；反之若第三透镜组gr3的焦距和镜头的焦距之比低于条件(7)规定的下限，则负透镜的光焦度过小，产生负球面像差过小，造成正球差过剩。上述两种情况都会影响镜头的成像质量。

请参阅图1和图6，作为本实施例的一个具体方案，第三透镜组gr3包括第九负透镜g31，第九负透镜g31满足条件(7)。

在本申请的一个实施例中，镜头满足条件(8)：

0.3≤bf/f≤0.7，

其中，bf表示镜头最接近像平面img的透镜表面与像平面img之间的距离。

条件式(8)对镜头最接近像平面img的透镜表面与像平面img之间的距离与镜头的焦距的比值进行了规定，符合条件(8)的镜头有着优异的光学性能，且镜头的后截距与镜头焦距的比值适中，使得镜头适用于微单相机等可互换成像镜头的相机。

具体而言，若镜头最接近像平面img的透镜表面与像平面img之间的距离与镜头的焦距的比值低于条件(8)规定的下限，后截距相对于镜头的焦距变得太短，以至于难以获得适合用于微单相机的镜头；若镜头最接近像平面img的透镜表面与像平面img之间的距离与镜头的焦距的比值高于条件(8)规定的上限，后截距相对于镜头的焦距变得相对太长，存在较强的场曲，因此难以校正畸变，影响镜头最终的成像质量。

本申请的另一目的在于提供一种包括了前述实施例中的镜头的摄像装置。

下面以几个具体的实施例说明本申请提供的镜头的技术效果：

实施例一

请参阅图1，在本实施例中，镜头包括沿光轴从物体侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜组gr1和第二透镜组gr2，以及具有负光焦度的第三透镜组gr3，第一透镜组gr1包括沿光轴从物体侧到像侧依次设置的第一负透镜g11、第二正透镜g12、第三负透镜g13、第四正透镜g14、和第五正透镜g15，第二透镜组gr2包括沿光轴从物体侧到像侧依次设置的第六正透镜gj1、第七负透镜gj2和第八正透镜g22，第六正透镜gj1和第七负透镜gj2紧密贴合，第八正透镜g22为非球面透镜，第三透镜组gr3包括第九负透镜g31。本实施例提供的镜头，在调焦过程中第二透镜组gr2沿着光轴移动，第一透镜组gr1和第三透镜组gr3相对于像面被固定。

请参阅图1，在本实施例中，可选的，第三透镜组gr3的负透镜和像平面img之间设置有平行玻璃板gl，平行玻璃板gl表面设置有滤光层，用于保护设置于像平面img的颜色传感器。

以下，示出关于本实施例的成像镜头的各数值数据。

下表所示为镜头的基本数据：

实施例一的镜头的非球面数据(第八正透镜g22表面参数)如下：

图2至图5展示了本实施例提供的透镜对远离镜头的物体聚焦时和在近场聚焦时的成像参数，其中，图2是本实施例提供的镜头对远离镜头的物体聚焦时的纵向像差的变化趋势图；图3是本实施例提供的镜头对远离镜头的物体聚焦时的场曲和畸变的变化趋势图；图4是本实施例提供的镜头在0.35米处聚焦时的纵向像差的变化趋势图；图5是本实施例提供的镜头在0.35米处聚焦时的场曲和畸变的变化趋势图。可见本实施例提供的镜头能够在各成像距离上能够有效消除纵向像差、场曲和畸变，且色差小，尤其具有优秀的近场人像摄影效果。

实施例二

请参阅图6，本实施例作为实施例一的一种并行方案，镜头的实际构成与实施例一中的镜头相同，不同之处在于镜头的具体参数设置，具体而言，本实施例提供的镜头的各数值数据如下所示。

本实施例提供的镜头的基本数据如下

实施例二的镜头的非球面数据(第八正透镜g22表面参数)如下：

图7至图10展示了本实施例提供的透镜对远离镜头的物体聚焦时和在近场聚焦时的成像参数，其中，图7是本实施例提供的镜头对远离镜头的物体聚焦时的纵向像差的变化趋势图；图8是本实施例提供的镜头对远离镜头的物体聚焦时的场曲和畸变的变化趋势图；图9是本实施例提供的镜头在0.35米处聚焦时的纵向像差的变化趋势图；图10是本实施例提供的镜头在0.35米处聚焦时的场曲和畸变的变化趋势图。可见本实施例提供的镜头能够在各成像距离上能够有效消除纵向像差、场曲和畸变，且色差小，尤其具有优秀的近场人像摄影效果。

实施例一和实施例二中提供的镜头均满足上述条件，具体请见下表：

需要注意的是，上述表格中的具体参数仅仅是例示性的，各透镜的参数不限于由上述各数值实施例所示出的值，可以采用其他的值，都可以达到类似或者相同的技术效果。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。