CN105445907B - 摄像光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摄像光学系统。所述摄像光学系统包括自物侧至像侧依次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，所述第一透镜为具有正光焦度的双凸透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面且像侧面为凹面，所述第三透镜的物侧面为凹面且像侧面为凸面，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面且像侧面为凸面，所述第六透镜为具有负光焦度的透镜，且其物侧面为凹面、像侧面为凸面，所述第七透镜为具有负光焦度的透镜，且其物侧面为凹面、像侧面由近光轴处至周边由凹面转成凸面。本发明提供的摄像光学系统通过合理优化面型、分配光焦度、选择光学材料，能够提供低照度环境下的成像性能，成像清晰。
Description
【技术领域】
本发明涉及摄像光学系统，具体涉及一种应用于便携式电子设备的摄像光学系统。
【背景技术】
近年来，随着小型化摄像镜头的蓬勃发展，微型取像模块的需求日渐提高，而一般摄像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，且随着半导体制造工艺技术的精进，使得感光元件的像素尺寸缩小，加之现今电子产品功能佳且轻薄短小为发展趋势下，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像镜头中，图像的分辨率正逐渐增加，且像素的尺寸在逐渐减小。因此，与其对应的镜头就需要满足具有高分辨率和优良的光学性能等的要求，例如实现镜头的广角化，提高镜头的灵敏度，以及降低镜头的敏感度等。
现有应用于便携式电子设备的摄像镜头，七片镜组的结构相对较少，但受结构限制，无法进一步缩短光学总长，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结构形式，合理优化面型、分配光焦度、选择光学材料，适用于小型电子设备且清晰成像的摄像光学系统。
本发明提供一种摄像光学系统，所述摄像光学系统包括自物侧至像侧依次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，所述第一透镜为具有正光焦度的双凸透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面且像侧面为凹面，所述第三透镜的物侧面为凹面且像侧面为凸面，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面且像侧面为凸面，所述第六透镜为具有负光焦度的透镜，且其物侧面为凹面、像侧面为凸面，所述第七透镜为具有负光焦度的透镜，且其物侧面为凹面、像侧面由近光轴处至周边由凹面转成凸面，所述摄像光学系统还满足以下条件式：
0.6<f1/f<0.95 …(1)
-2<f2/f<-1.5 …(2)
-3.5<f3/f<-1.2 …(3)
1.5<f4/f<2.5 …(4)
0.5<f5/f<1.0 …(5)
-10<f6/f<-5 …(6)
-1<f7/f<-0.5 …(7)
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。
在本发明提供的摄像光学系统一较佳实施例中，所述摄像光学系统满足以下条件式：
1.5mm<f1<3mm …(1a)
-6mm<f2<-4mm …(2a)
-15mm<f3<7mm …(3a)
5mm<f4<10mm …(4a)
5mm<f5<10mm …(5a)
-35mm<f6<-30mm …(6a)
-5mm<f7<-2mm …(7a)
1.5mm﹤f1﹤3mm，-6mm﹤f2﹤-4mm，-15mm﹤f3﹤7mm，5mm﹤f4﹤10mm，5mm﹤f5﹤10mm，-35mm﹤f6﹤-30mm，-5mm﹤f7﹤-2mm；
在本发明提供的摄像光学系统一较佳实施例中，所述摄像光学系统还满足以下条件式：
1.50﹤n1﹤1.55 …(1b)
1.60﹤n2﹤1.70 …(2b)
1.60﹤n3﹤1.70 …(3b)
1.50﹤n4﹤1.55 …(4b)
1.50﹤n5﹤1.55 …(5b)
1.50﹤n6﹤1.55 …(6b)
1.50﹤n7﹤1.55 …(7b)
其中，n1：所述第一透镜的折射率，n2：所述第二透镜的折射率，n3：所述第三透镜的折射率，n4：所述第四透镜的折射率，n5：所述第五透镜的折射率，n6：所述第六透镜的折射率，n7：所述第七透镜的折射率。
在本发明提供的摄像光学系统一较佳实施例中，所述摄像光学系统还满足以下条件式：
40﹤v1﹤60 …(1c)
15﹤v2﹤30 …(2c)
15﹤v3﹤30 …(3c)
40﹤v4﹤60 …(4c)
40﹤v5﹤60 …(5c)
40﹤v6﹤60 …(6c)
40﹤v7﹤60 …(7c)
其中，v1：所述第一透镜的阿贝数，v2：所述第二透镜的阿贝数，v3：所述第三透镜的阿贝数，v4：所述第四透镜的阿贝数，v5：所述第五透镜的阿贝数，v6：所述第六透镜的阿贝数，v7：所述第七透镜的阿贝数。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述第一透镜承担了光学系统主要的光焦度，利于减少系统总长，其焦距满足条件式(1a)。
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>0.7
其中,
TTL：从所述第一透镜的物侧面到成像面的距离。
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，物侧面为凸面，且第一透镜前后表面均为非球面。所述第一透镜焦距满足条件式(1a)。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述第二透镜和第三透镜采用高折射率、低阿贝数材料，能够合理校正系统色差。第二透镜满足关系式(4b)(4c),第三透镜满足关系式(5b)(5c)。
在本发明提供的摄影光学系统一较佳实施例中，所述第六透镜和第七透镜为负透镜，能够有效减小系统场曲。所述第六透镜满足关系式(6a)，所述第七透镜满足条件式(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：
TTL﹤4.9mm；
78°﹤FOV﹤88°；
其中，
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，所述第七透镜的像侧面具有至少一个反曲点。
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驻点。
相较于相关技术，本发明提供的摄像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，设计了大相对孔径的摄像光学系统，适用于小型电子设备，能够提高低照度环境下的成像性能，成像清晰；所述第一透镜为正光焦度透镜，能够有效减少系统长度；所述第二透镜和所述第三透镜采用高折射率(折射率大于1.60)、低阿贝数(阿贝数小于30)的光学材料，能够有效减少系统色差；所述第六透镜和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是本发明提供的摄像光学系统的一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1所示摄像光学系统的MTF曲线；
图3是图1所示摄像光学系统的场曲畸变曲线。
【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，是本发明提供的摄像光学系统的一较佳实施例的结构示意图。所述摄像光学系统1包括自物侧2至像侧3依次同轴设置的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160、第七透镜170及玻璃平板180。
其具体结构如下：
其中，物侧面为凸面，是指物侧面朝向物体形成为凸起形状；物侧面为凹面，是指物侧面朝向物体形成凹陷的形状；像侧面为凸面，是指像侧面朝向像面形成凸起形状；像侧面为凹面，是指像侧面朝向像面形成凹陷的形状。
所述第一透镜110具有正光焦度，其物侧面112为凸面，由塑胶材质制成，所述第一透镜110的物侧面112和像侧面114为非球面；所述第一透镜物侧面112设置有一个反曲点，且所述第一透镜像侧面114设置有一个反曲点和一个驻点；
所述第二透镜120的物侧面122为凸面且像侧面124为凹面，所述第二透镜120的物侧面122及像侧面124为偶次非球面，所述第二透镜120为塑胶材质。所述第二透镜120物侧面122设置有一个反曲点和一个驻点，且所述第二透镜120像侧面124设置有一个反曲点。
所述第三透镜130整体呈弯月形状，其物侧面132为凹面且像侧面134为凸面，所述第三透镜130的物侧面132及像侧面134为偶次非球面，所述第三透镜130为塑胶材质，且所述第三透镜130的像侧面设置有一个反曲点；
所述第三透镜130的像侧面134凸起，从而将透过所述第二透镜120的光束以小角度输出，因此可以改善所述摄像光学系统1的像差，从而使所述摄像光学系统1的成像光束在每个场彼此不重叠，并与所述第一透镜110相配合降低所述摄像光学系统1的长度。另外，所述第三透镜130的像侧面134为具有小曲率半径的曲面，从而使所述摄像光学系统1在广视场角条件下降低其敏感度并保证远心特性。
所述第四透镜140为双凸透镜，物侧面142和像侧面144均为凸面，所述第四透镜140的物侧面142及像侧面144为偶次非球面，所述第四透镜140为塑胶材质，且所述第四透镜140的物侧面设置有三个反曲点和一个驻点；
所述第五透镜150的物侧面152为凹面且像侧面154为凸面，所述第五透镜150的物侧面152及像侧面154为偶次非球面，所述第五透镜150为塑胶材质，所述第五透镜150的物侧面设置一个反曲点，且像侧面设置有二个反曲点；
所述第六透镜160为具有负光焦度的透镜，物侧面162为凹面且像侧面164为凸面，所述第六透镜160的物侧面162及像侧面164为偶次非球面，所述第六透镜160为塑胶材质，且所述第六透镜160的像侧面设置有一个反曲点；
所述第七透镜170为具有负光焦度的透镜，物侧面172为凹面且像侧面174由近光轴处至周边由凹面转成凸面，形成为凹入并具有拐点的非球面表面，其可以降低入射在所述像侧面174的光束的入射角。所述第七透镜170的物侧面172及像侧面174为偶次非球面，所述第七透镜170为塑胶材质。所述第七透镜170的物侧面172分别设置有一个反曲点和一个驻点，所述第七透镜170的像侧面174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170的像侧面174设置有两个反曲点及一个驻留点，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。
所述玻璃平板180设于所述第七透镜170的像侧面174和所述像侧3之间，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。
所述第二透镜120和所述第三透镜130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170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，使得所述摄像光学系统1能够在低照度下具有较好的成像性能。
在本发明提供的所述摄像光学系统1中，为了实现所述摄像光学系统1的小型化、高灵敏度、高光学性能及广视场角的设计要求，所述摄像光学系统1的所述第一透镜110、所述第二透镜120、所述第三透镜130、所述第四透镜140、所述第五透镜150、所述第六透镜160及所述第七透镜170需要满足如下条件：
一、焦距：
所述摄像光学系统1的所述第一透镜110、所述第二透镜120、所述第三透镜130、所述第四透镜140、所述第五透镜150、所述第六透镜160及所述第七透镜170的焦距需要满足如下条件：
1.5mm﹤f1﹤3mm，-6mm﹤f2﹤-4mm，-15mm﹤f3﹤7mm，5mm﹤f4﹤10mm，5mm﹤f5﹤10mm，-35mm﹤f6﹤-30mm，-5mm﹤f7﹤-2mm；
且0.6﹤f1/f﹤0.95，-2﹤f2/f﹤-1.5，-3.5﹤f3/f﹤-1.2，1.5﹤f4/f﹤2.5，0.5﹤f5/f﹤1.0，-10﹤f6/f﹤-5，-1﹤f7/f﹤-0.5；
其中，f1：所述第一透镜110的焦距，f2：所述第二透镜120的焦距，f3：所述第三透镜130的焦距，f4：所述第四透镜140的焦距，f5：所述第五透镜150的焦距，f6：所述第六透镜160的焦距，f7：所述第七透镜170的焦距，f：所述摄像光学系统1的总焦距。
二、折射率
在所述摄像光学系统1的整体构造下，所述摄像光学系统1的所述第一透镜110、所述第二透镜120、所述第三透镜130、所述第四透镜140、所述第五透镜150、所述第六透镜160及所述第七透镜170的折射率需要满足条件：
1.50﹤n1﹤1.55，1.60﹤n2﹤1.70，1.60﹤n3﹤1.70，1.50﹤n4﹤1.55，1.50﹤n5﹤1.55，1.50﹤n6﹤1.55，1.50﹤n7﹤1.55；
其中，n1：所述第一透镜110的折射率，n2：所述第二透镜120的折射率，n3：所述第三透镜130的折射率，n4：所述第四透镜140的折射率，n5：所述第五透镜150的折射率，n6：所述第六透镜160的折射率，n7：所述第七透镜170的折射率。
三、阿贝数
在所述摄像光学系统1的整体构造下，所述摄像光学系统1的所述第一透镜110、所述第二透镜120、所述第三透镜130、所述第四透镜140、所述第五透镜150、所述第六透镜160及所述第七透镜170的阿贝数需要满足条件：
40﹤v1﹤60，15﹤v2﹤30，15﹤v3﹤30，40﹤v4﹤60，40﹤v5﹤60，40﹤v6﹤60，40﹤v7﹤60；
其中，v1：所述第一透镜110的阿贝数，v2：所述第二透镜120的阿贝数，v3：所述第三透镜130的阿贝数，v4：所述第四透镜140的阿贝数，v5：所述第五透镜150的阿贝数，v6：所述第六透镜160的阿贝数，v7：所述第七透镜170的阿贝数。
如果所述第一透镜110、所述第二透镜120、所述第三透镜130、所述第四透镜140、所述第五透镜150、所述第六透镜160及所述第七透镜170的焦距、折射率和阿贝数超出上述条件，则所述摄像光学系统1的色差特性和远心特性可能会劣化，而且会增加所述摄像光学系统1的敏感度，难以实现所述摄像光学系统1的小型化和广视场角，且不利于所述摄像光学系统1降低成本。
在本实施例中，所述摄像光学系统1的所述第一透镜110、所述第二透镜120、所述第三透镜130、所述第四透镜140、所述第五透镜150、所述第六透镜160、所述第七透镜170及所述玻璃平板180的焦距、折射率和阿贝数的数据分别如表1所示：
所述摄像光学系统1的所述第一透镜110(P1)、所述第二透镜120(P2)、所述第三透镜130(P3)、所述第四透镜140(P4)、所述第五透镜150(P5)、所述第六透镜160(P6)及所述第七透镜170(P7)的光学面、曲率半径(R)、凹陷量(SAG)及半口径(SD)数据如表2所示：
所述摄影光学系统1的第一透镜110(P1)、光圈100(ST)、第二透镜120(P2)、第三透镜130(P3)、第四透镜140(P4)、第五透镜150(P5)、第六透镜160(P6)、第七透镜170(P7)及玻璃平板180(Tg)的厚度如表3所示：
其中，
T1：第一透镜的厚度；
ST：第一透镜的像侧面与光阑面的间隔；
T12：光阑面与第一透镜的物侧面于光轴上的间隔距离；
T2：第二透镜的厚度；
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；
请同时参阅图2及图3，其中图2是图1所示摄像光学系统的MTF曲线，图3是图1所示摄像光学系统的场曲畸变曲线。如图2及图3所示，本发明提供的所述摄像光学系统1具有较高的光学性能。
在本实施例中，DFOV＝80.79度，HFOV＝69.43度，VFOV＝54.38度，其中FOV定义为所述摄像光学系统1能拍摄到的最大视角范围，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。
在本发明提供的摄像光学系统1中，所述摄像光学系统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4.48mm，视场角介于78度至88度。
本发明提供的所述摄像光学系统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，设计了大相对孔径的摄像光学系统，适用于小型电子设备，能够提高低照度环境下的成像性能，成像清晰；所述第一透镜110为正光焦度透镜，能够有效减少系统长度；所述第二透镜120和所述第三透镜130采用高折射率(折射率大于1.60)、低阿贝数(阿贝数小于30)的光学材料，能够有效减少系统色差；所述第六透镜160和所述第七透镜170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 (10)
1.一种摄像光学系统，其特征在于，包括自物侧至像侧依次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，所述第一透镜为具有正光焦度的双凸透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面且像侧面为凹面，所述第三透镜的物侧面为凹面且像侧面为凸面，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜的物侧面为凹面且像侧面为凸面，所述第六透镜为具有负光焦度的透镜，且其物侧面为凹面、像侧面为凸面，所述第七透镜为具有负光焦度的透镜，且其物侧面为凹面、像侧面由近光轴处至周边由凹面转成凸面，所述摄像光学系统满足以下条件式：
0.6<f1/f<0.95…(1)
-2<f2/f<-1.5…(2)
-3.5<f3/f<-1.2…(3)
1.5<f4/f<2.5…(4)
0.5<f5/f<1.0…(5)
-10<f6/f<-5…(6)
-1<f7/f<-0.5…(7)
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：所述摄像光学系统的总焦距。
2.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其特征在于，所述摄像光学系统满足以下条件式：
1.5mm<f1<3mm…(1a)
-6mm<f2<-4mm…(2a)
-15mm<f3<7mm…(3a)
5mm<f4<10mm…(4a)
5mm<f5<10mm…(5a)
-35mm<f6<-30mm…(6a)
-5mm<f7<-2mm…(7a) 。
3.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其特征在于，所述摄像光学系统还满足以下条件式：
1.50﹤n1﹤1.55…(1b)
1.60﹤n2﹤1.70…(2b)
1.60﹤n3﹤1.70…(3b)
1.50﹤n4﹤1.55…(4b)
1.50﹤n5﹤1.55…(5b)
1.50﹤n6﹤1.55…(6b)
1.50﹤n7﹤1.55…(7b)
其中，n1：所述第一透镜的折射率，n2：所述第二透镜的折射率，n3：所述第三透镜的折射率，n4：所述第四透镜的折射率，n5：所述第五透镜的折射率，n6：所述第六透镜的折射率，n7：所述第七透镜的折射率。
4.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其特征在于，所述摄像光学系统还满足以下条件式：
40﹤v1﹤60…(1c)
15﹤v2﹤30…(2c)
15﹤v3﹤30…(3c)
40﹤v4﹤60…(4c)
40﹤v5﹤60…(5c)
40﹤v6﹤60…(6c)
40﹤v7﹤60…(7c)
其中，v1：所述第一透镜的阿贝数，v2：所述第二透镜的阿贝数，v3：所述第三透镜的阿贝数，v4：所述第四透镜的阿贝数，v5：所述第五透镜的阿贝数，v6：所述第六透镜的阿贝数，v7：所述第七透镜的阿贝数。
5.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其特征在于，所述第一透镜承担了光学系统主要的光焦度，利于减少系统总长，其焦距满足条件式：
1.5mm<f1<3mm…(1a)。
6.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其特征在于，所述摄像光学系统的总焦距与系统光学总长之比，满足以下条件式：
f/TTL>0.7
其中,TTL：从所述第一透镜的物侧面到成像面的距离。
7.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其特征在于，所述第二透镜和第三透镜采用高折射率、低阿贝数材料，能够合理校正系统色差，第二透镜满足条件式：
1.60﹤n2﹤1.70…(2b)
15﹤v2﹤30…(2c)，
第三透镜满足条件式：
1.60﹤n3﹤1.70…(3b)
15﹤v3﹤30…(3c)，
其中，n2：所述第二透镜的折射率，n3：所述第三透镜的折射率，v2：所述第二透镜的阿贝数，v3：所述第三透镜的阿贝数。
8.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其特征在于，所述第六透镜和第七透镜能够有效减小系统场曲，所述第六透镜满足条件式：
-35mm<f6<-30mm…(6a)，
所述第七透镜满足条件式：
-5mm<f7<-2mm…(7a)。
9.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其特征在于，所述摄像光学系统还满足以下条件式：
TTL﹤4.9mm；
78°﹤FOV﹤88°；
其中，TTL：从所述第一透镜的物侧面到成像面的距离，FOV：所述摄像光学系统拍摄到的最大视场角范围。
10.根据权利要求6所述的摄像光学系统，其特征在于，所述第七透镜的像侧面具有至少一个反曲点和一个驻点。
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