CN105425363B - 摄影光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摄影光学系统，所述摄影光学系统从物侧至像侧依次包括同轴设置的第一透镜(焦距为f1)、第二透镜(焦距为f2)、第三透镜(焦距为f3)、第四透镜(焦距为f4)、第五透镜(焦距为f5)、第六透镜(焦距为f6)及第七透镜(焦距为f7)，且满足以下条件式，10＜f1/f＜40，20＜f2/f＜80，0.5＜f3/f＜1.5，‑2.5＜f4/f＜‑0.5，‑10＜f5/f＜‑2，0.2＜f6/f＜1.2，‑1.5＜f7/f＜‑0.4，f为整个系统的焦距。本发明提供的摄影光学系统通过合理优化面型、分配光焦度、选择光学材料，设计了大相对孔径摄影光学系统，能够提供低照度环境下的成像性能，成像清晰。
Description
【技术领域】
本发明涉及摄影光学系统，具体涉及一种用于便携式电子设备的摄影光学系统。
【背景技术】
近年来，随着小型化摄影镜头的蓬勃发展，微型取像模块的需求日渐提高，而一般摄影镜头的感光元件不外乎是感光耦合元件或互补性金属氧化导体元件两种，随着半导体制造工艺技术的精进，感光元件的像素尺寸进一步缩小，加之现今电子产品以功能佳且轻薄短小为发展趋势，因此，具备良好成像品质的小型化摄影镜头成为目前市场上的主流。
在使用感光元件的摄影镜头中，图像的分辨率逐渐增加，像素尺寸逐渐减小，要求与其对应的镜头就需满足高分辨率和优良的光学性能，例如实现镜头广角化，实现镜头高动态范围成像，以及降低镜头的公差敏感度等。现有七片镜组的摄影镜头，受结构限制，无法进一步校正高级像差，例如球差，导致成像性能受限。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本发明提供一种新的光学系统结构形式，合理优化面型、分配光焦度、选择光学材料，设计了适用于便携电子设备且清晰成像的七片镜组摄影光学系统。
本发明提供一种摄影光学系统，从物侧至像侧依次为：同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜，且满足以下条件式(1)～(7)：
10﹤f1/f﹤40 (1)；
20﹤f2/f﹤80 (2)；
0.5﹤f3/f﹤1.5 (3)；
-2.5﹤f4/f﹤-0.5 (4)；
-10﹤f5/f﹤-2 (5)；
0.2﹤f6/f﹤1.2 (6)；
-1.5﹤f7/f﹤-0.4 (7)；
TTL﹤5.2mm (8)；
78°﹤FOV﹤88° (9)；
其中，
f1：第一透镜的焦距；
f2：第二透镜的焦距；
f3：第三透镜的焦距；
f4：第四透镜的焦距；
f5：第五透镜的焦距；
f6：第六透镜的焦距；
f7：第七透镜的焦距；
f：整个所述摄影光学系统的焦距；
TTL：从所述第一透镜的物侧面到成像面的距离；
FOV：所述摄影光学系统拍摄到的最大视场角范围。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述摄影光学系统还满足以下条件式(1a)～(7a)：
30mm﹤f1﹤150mm (1a)；
100mm﹤f2﹤500mm (2a)；
2mm﹤f3﹤5mm (3a)；
-10mm﹤f4﹤-2mm (4a)；
-30mm﹤f5﹤-10mm (5a)；
1mm﹤f6﹤5mm (6a)；
-5mm﹤f7﹤-1.5mm (7a)。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述摄影光学系统还满足以下条件式(1b)～(7b)：
1.50﹤n1﹤1.55 (1b)；
1.50﹤n2﹤1.55 (2b)；
1.50﹤n3﹤1.55 (3b)；
1.60﹤n4﹤1.70 (4b)；
1.60﹤n5﹤1.70 (5b)；
1.50﹤n6﹤1.55 (6b)；
1.50﹤n7﹤1.55 (7b)；
其中，
n1：第一透镜的折射率，
n2：第二透镜的折射率，
n3：第三透镜的折射率，
n4：第四透镜的折射率，
n5：第五透镜的折射率，
n6：第六透镜的折射率，
n7：第七透镜的折射率。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述摄影光学系统还满足以下条件式(1c)～(7c)：
40﹤v1﹤60 (1c)；
40﹤v2﹤60 (2c)；
40﹤v3﹤60 (3c)；
15﹤v4﹤30 (4c)；
15﹤v5﹤30 (5c)；
40﹤v6﹤60 (6c)；
40﹤v7﹤60 (7c)；
其中，
v1：第一透镜的阿贝数；
v2：第二透镜的阿贝数；
v3：第三透镜的阿贝数；
v4：第四透镜的阿贝数；
v5：第五透镜的阿贝数；
v6：第六透镜的阿贝数；
v7：第七透镜的阿贝数。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述第一透镜和所述第二透镜满足以下条件式：
f12>50mm或者f12<-50mm；
其中，
f12：第一透镜和第二透镜的组合焦距。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述第一透镜为正透镜或者负透镜，所述第一透镜的物侧面为凹面。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述第七透镜为负透镜。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述摄影光学系统的焦距与系统光学总长之比，满足以下条件式：
f/TTL>0.65。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述第七透镜的像侧面具有至少一个反曲点及至少一个驻点。
相较于相关技术，本发明提供的摄影光学系统具有以下有益效果：
本发明通过合理优化面型、分配光焦度、选择光学材料，设计了大相对孔径摄影光学系统，能够实现低照度环境下成像清晰；所述第一透镜和所述第二透镜组的组合光焦度近似为无光焦度镜组，能够合理矫正球差，且不会引入色差和场曲；所述第四透镜和所述第五透镜采用高折射率、低阿贝数的材料，能够有效减少系统色差；所述第七透镜为负光焦度透镜能够有效减少系统场曲。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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它的附图，其中：
图1是本发明提供的摄影光学系统的一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1所示摄影光学系统的MTF曲线图；
图3是图1所示摄影光学系统的场曲曲线图；
图4是图1所示摄影光学系统的畸变曲线图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，是本发明提供的摄影光学系统的一较佳实施例的结构示意图。所述摄影光学系统1主要由同轴设置的七片透镜构成，从物面a至像面b依次包括第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60及第七透镜70，本实施例中，上述七个透镜皆为塑料透镜，其具体结构如下：
所述第一透镜10为正透镜，其具有正光焦度，其物侧面11为凹面，由塑胶材质制成，所述第一透镜10的物侧面11或/和像侧面13可为球面或非球面，在其他实施例中，所述第一透镜也可为负透镜，其可具有负光焦度；
所述第二透镜20的物侧面21为凸面且像侧面23为凹面，由塑胶材质制成，所述第二透镜20的物侧面21与像侧面23各具有一个反曲点；
所述第三透镜30的物侧面31为凸面且像侧面33为凹面，由塑胶材质制成，所述第三透镜30的物侧面31及像侧面33为非球面，且所述第三透镜30的像侧面43设置有一个反曲点及一个驻点；
所述第四透镜40的物侧面41为凸面且像侧面43为凹面，由塑胶材质制成，所述第四透镜40的物侧面41及像侧面43为非球面，且所述第四透镜40的物侧面41设置有一个反曲点；
所述第五透镜50的物侧面51为凹面且像侧面53为凸面，由塑胶材质制成，所述第五透镜50的物侧面51及像侧面53为非球面，且所述第五透镜50的像侧面53设置有一个反曲点；
所述第六透镜60的物侧面61为凹面且像侧面63为凸面，由塑胶材质制成，所述第六透镜60的物侧面61及像侧面63为非球面，且所述第六透镜60的像侧面63设置有两个反曲点；
所述第七透镜70为负透镜，所述第七透镜70的物侧面71为凹面且像侧面73由近光轴处至周边由凹面转成凸面，所述第七透镜70由塑胶材质制成，所述第七透镜70的物侧面71及像侧面73为非球面，且所述第七透镜70的物侧面71设置有一个反曲点，所述第七透镜70的像侧面73设置有至少一个反曲点和至少一个驻点，在本实施例中，第七透镜70的像侧面73设置有一个反曲点与一个驻点，在其他实施例中，可根据需要设置其他数量的反曲点和驻点。
其中，物侧面为凸面，是指物侧面朝向物面a形成为凸起形状；物侧面为凹面，是指物侧面朝向物面a形成凹陷的形状；像侧面为凸面，是指像侧面朝向像面b形成凸起形状；像侧面为凹面，是指像侧面朝向像面b形成凹陷的形状。
所述第一透镜10和所述第二透镜20组合的焦度近似为无光焦度，可以合理矫正球差，且不会引入色差和场曲，第一透镜10和所述第二透镜20满足条件式：f12>50mm或者f12<-50mm，其中，f12：第一透镜10和第二透镜20的组合焦距。所述第四透镜40和所述第五透镜50采用高折射率、低阿贝数的光学材料，能够有效减少系统色差，而所述第七透镜70为负光焦度透镜，能够有效减少系统场曲。通过合理优化七片透镜的面型，分配光焦度，选择光学材料，使得所述摄影光学系统1能够在低照度下具有较好的成像性能。
所述摄影光学系统100还包括玻璃平板80及光圈90。所述玻璃平板80设于所述第七透镜70的像面b所在侧，所述玻璃平板180可以为滤光镜，其具有过滤光线的作用，其类型可以根据实际情况的需要而选择。所述光圈90设于所述第三透镜30的物侧面31上，用于控制进光量和控制景深。
在本发明提供的摄影光学系统100中，为了实现所述摄影光学系统100的小型化、高灵敏度、高光学性能及广视场角的设计要求，所述摄影光学系统1的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60及第七透镜70需要满足如下条件：
一、焦距：
在所述摄影光学系统100的整体构造下，所述摄影光学系统100的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60及第七透镜70的焦距需要满足如下条件：
30mm﹤f1﹤150mm，100mm﹤f2﹤500mm，2mm﹤f3﹤5mm，-10mm﹤f4﹤-2mm，-30mm﹤f5﹤-10mm，1mm﹤f6﹤5mm，-5mm﹤f7﹤-1.5mm；
且10﹤f1/f﹤40，20﹤f2/f﹤80，0.5﹤f3/f﹤1.5，-2.5﹤f4/f﹤-0.5，
-10﹤f5/f﹤-2，0.2﹤f6/f﹤1.2，-1.5﹤f7/f﹤-0.4；
其中，
f1：第一透镜的焦距；
f2：第二透镜的焦距；
f3：第三透镜的焦距；
f4：第四透镜的焦距；
f5：第五透镜的焦距；
f6：第六透镜的焦距；
f7：第七透镜的焦距；
f：整个所述摄影光学系统的焦距。
二、折射率
在所述摄影光学系统1的整体构造下，所述摄影光学系统1的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60及第七透镜70的折射率需要满足条件：
1.50<n1<1.55，1.50﹤n2﹤1.55，1.50﹤n3﹤1.55，
1.60﹤n4﹤1.70，1.60﹤n5﹤1.70，1.50﹤n6﹤1.55，
1.50﹤n7﹤1.55；
其中，
n1：第一透镜的折射率；
n2：第二透镜的折射率；
n3：第三透镜的折射率；
n4：第四透镜的折射率；
n5：第五透镜的折射率；
n6：第六透镜的折射率；
n7：第七透镜的折射率。
三、阿贝数
在所述摄影光学系统1的整体构造下，所述摄影光学系统1的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60及第七透镜70的阿贝数需要满足条件：
40﹤v1﹤60，40﹤v2﹤60，40﹤v3﹤60，15﹤v4﹤30，
15﹤v5﹤30，40﹤v6﹤60，40﹤v7﹤60；
其中
v1：第一透镜的阿贝数；
v2：第二透镜的阿贝数；
v3：第三透镜的阿贝数；
v4：第四透镜的阿贝数；
v5：第五透镜的阿贝数；
v6：第六透镜的阿贝数；
v7：第七透镜的阿贝数。
若所述第一透镜10、所述第二透镜20、所述第三透镜30、所述第四透镜40、所述第五透镜50、所述第六透镜60及所述第七透镜70的焦距、折射率和阿贝数不符合上述条件，则所述摄影光学系统1的色差特性和远心特性可能会劣化，而且会增加所述摄影光学系统1的敏感度，难以实现所述摄影光学系统1的小型化和广视场角，且不利于所述摄影光学系统1降低成本。
在本实施例中，所述摄影光学系统1的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70及玻璃平板180的焦距、折射率和阿贝数的数据分别如下表一所示：
所述摄影光学系统1的第一透镜10(P1)、第二透镜20(P2)、第三透镜30(P3)、第四透镜40(P4)、第五透镜50(P5)、第六透镜60(P6)及第七透镜70(P7)的物侧面及像侧面的连续性、曲率半径、SAG及半口径SD数据如表二所示：
其中
R11：第一透镜P1的物侧面的曲率半径；
R12：第一透镜P1的像侧面的曲率半径；
R21：第二透镜P2的物侧面的曲率半径；
R22：第二透镜P2的像侧面的曲率半径；
R31：第三透镜P3的物侧面的曲率半径；
R32：第三透镜P3的像侧面的曲率半径；
R41：第四透镜P4的物侧面的曲率半径；
R42：第四透镜P4的像侧面的曲率半径；
R51：第五透镜P5的物侧面的曲率半径；
R52：第五透镜P5的像侧面的曲率半径；
R61：第六透镜P6的物侧面的曲率半径；
R62：第六透镜P6的像侧面的曲率半径；
R71：第七透镜P7的物侧面的曲率半径；
R72：第七透镜P7的像侧面的曲率半径；
SAG11第一透镜的透镜表面投影于光轴位置至该物侧面的透镜中心的距离；
SAG12第一透镜的透镜表面投影于光轴位置至该像侧面的透镜中心的距离；
SAG21第二透镜的透镜表面投影于光轴位置至该物侧面的透镜中心的距离；
SAG22第二透镜的透镜表面投影于光轴位置至该像侧面的透镜中心的距离；
SAG31第三透镜的透镜表面投影于光轴位置至该物侧面的透镜中心的距离；
SAG32第三透镜的透镜表面投影于光轴位置至该像侧面的透镜中心的距离；
SAG41第四透镜的透镜表面投影于光轴位置至该物侧面的透镜中心的距离；
SAG42第四透镜的透镜表面投影于光轴位置至该像侧面的透镜中心的距离；
SAG51第五透镜的透镜表面投影于光轴位置至该物侧面的透镜中心的距离；
SAG52第五透镜的透镜表面投影于光轴位置至该像侧面的透镜中心的距离；
SAG61第六透镜的透镜表面投影于光轴位置至该物侧面的透镜中心的距离；
SAG62第六透镜的透镜表面投影于光轴位置至该像侧面的透镜中心的距离；
SAG71第七透镜的透镜表面投影于光轴位置至该物侧面的透镜中心的距离；
SAG72第七透镜的透镜表面投影于光轴位置至该像侧面的透镜中心的距离。
所述摄影光学系统1的第一透镜10(P1)、第二透镜20(P2)、光圈100(ST)第三透镜30(P3)、第四透镜40(P4)、第五透镜50(P5)、第六透镜60(P6)、第七透镜70(P7)及玻璃平板180(Tg)的厚度如表三所示：
其中，
T1：第一透镜的厚度；
T12：第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面于光轴上的间隔距离；
T2：第二透镜的厚度；
ST：光圈的厚度；
T23：光圈与第三透镜的物侧面于光轴上的间隔距离；
T3：第三透镜的厚度；
T34：第三透镜的像侧面与第四透镜的物侧面于光轴上的间隔距离；
T4：第四透镜的厚度；
T45：第四透镜的像侧与第五透镜于光轴上的间隔距离；
T5：第五透镜的厚度；
T56：第五透镜与第六透镜于光轴上的间隔距离；
T6：第六透镜的厚度；
T67：第六透镜与第七透镜于光轴上的间隔距离；
T7：第七透镜的厚度。
在本实施例中，DFOV＝78.00°，HFOV＝62.40°，VFOV＝46.80°，其中FOV定义为所述摄影光学系统的最大视场角范围，HFOV定义为水平视场角，DFOV定义为对角线视场角，VFOV定义为垂直视场角。
请同时参阅图2，图3及图4，其中图2是图1所示摄影光学系统的MTF曲线图，图3是图1所示摄影光学系统的场曲曲线图，图4是图1所示摄影光学系统的畸变曲线图。如图2、图3及图4所示，本发明提供的所述摄影光学系统1具有较高的光学性能。
另外，在本发明提供的摄影光学系统1中，所述摄影光学系统1以大相对孔径的光学系统为基础进行设计，其光学总长小于5.2mm，视场角介于78°至88°。所述摄影光学系统的焦距与系统光学总长之比，满足f/TTL>0.65。
本发明提供的摄影光学系统1具有以下有益效果：
本发明通过合理优化面型、分配光焦度、选择光学材料，设计了大相对孔径摄影光学系统，能够提供低照度环境下的成像性能，成像清晰；所述第一透镜10和所述第二透镜20的组合光焦度近似为无光焦度镜组，能够合理矫正球差，且不会引入色差和场曲；所述第四透镜40和所述第五透镜50采用高折射率、低阿贝数的材料，能够有效减少系统色差；所述第七透镜70为负光焦度透镜能够有效减少系统场曲。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种摄影光学系统，其特征在于，从物侧至像侧依次为:同轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜，且满足以下条件式(1)～(9)：
10﹤f1/f﹤40 (1)；
20﹤f2/f﹤80 (2)；
0.5﹤f3/f﹤1.5 (3)；
-2.5﹤f4/f﹤-0.5 (4)；
-10﹤f5/f﹤-2 (5)；
0.2﹤f6/f﹤1.2 (6)；
-1.5﹤f7/f﹤-0.4 (7)；
TTL﹤5.2mm (8)；
78°﹤FOV﹤88° (9)；
其中，
f1：第一透镜的焦距；
f2：第二透镜的焦距；
f3：第三透镜的焦距；
f4：第四透镜的焦距；
f5：第五透镜的焦距；
f6：第六透镜的焦距；
f7：第七透镜的焦距；
f：整个所述摄影光学系统的焦距；
TTL：从所述第一透镜的物侧面到成像面的距离；
FOV：所述摄影光学系统拍摄到的最大视场角范围。
2.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述摄影光学系统还满足以下条件式(1a)～(7a)：
30mm﹤f1﹤150mm (1a)；
100mm﹤f2﹤500mm (2a)；
2mm﹤f3﹤5mm (3a)；
-10mm﹤f4﹤-2mm (4a)；
-30mm﹤f5﹤-10mm (5a)；
1mm﹤f6﹤5mm (6a)；
-5mm﹤f7﹤-1.5mm (7a)。
3.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述摄影光学系统还满足以下条件式(1b)～(7b)：
1.50﹤n1﹤1.55 (1b)；
1.50﹤n2﹤1.55 (2b)；
1.50﹤n3﹤1.55 (3b)；
1.60﹤n4﹤1.70 (4b)；
1.60﹤n5﹤1.70 (5b)；
1.50﹤n6﹤1.55 (6b)；
1.50﹤n7﹤1.55 (7b)；
其中，
n1：第一透镜的折射率；
n2：第二透镜的折射率；
n3：第三透镜的折射率；
n4：第四透镜的折射率；
n5：第五透镜的折射率；
n6：第六透镜的折射率；
n7：第七透镜的折射率。
4.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述摄影光学系统还满足以下条件式(1c)～(7c)：
40﹤v1﹤60 (1c)；
40﹤v2﹤60 (2c)；
40﹤v3﹤60 (3c)；
15﹤v4﹤30 (4c)；
15﹤v5﹤30 (5c)；
40﹤v6﹤60 (6c)；
40﹤v7﹤60 (7c)；
其中，
v1：第一透镜的阿贝数；
v2：第二透镜的阿贝数；
v3：第三透镜的阿贝数；
v4：第四透镜的阿贝数；
v5：第五透镜的阿贝数；
v6：第六透镜的阿贝数；
v7：第七透镜的阿贝数。
5.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜满足以下条件式：
f12>50mm或者f12<-50mm；
其中，
f12：第一透镜和第二透镜的组合焦距。
6.根据权利要求2所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第一透镜为正透镜或者负透镜，所述第一透镜的物侧面为凹面。
7.根据权利要求2所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第七透镜为负透镜。
8.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述摄影光学系统的焦距与系统光学总长之比，满足以下条件式：
f/TTL>0.65。
9.根据权利要求7所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第七透镜的像侧面具有至少一个反曲点及至少一个驻点。
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