CN105445908B - 一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，从物侧到像面依次设置有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、滤光片和感光片，第四透镜和第五透镜之间设有光阑；第一透镜，第四透镜和第六透镜为负焦距透镜；第二透镜，第三透镜，第五透镜，第七透镜和第八透镜为正焦距透镜；第一透镜，第七透镜和第八透镜是非球面透镜；第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜和第六透镜是球面透镜。本发明可以解决大视场角畸变大的问题，能有效降低大角度光线在系统主面的高度，并降低结构性公差敏感性。本发明的畸变在全视场下仅为1％，畸变控制在非常小的范围内，满足航拍对畸变的要求。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，尤其涉及一种应用于无人机航拍、微单镜头等方面的像质高、画幅大、畸变小的光学成像系统。该镜片由三片非球面透镜和五片球面透镜组成。
【背景技术】
目前使用的无人机航拍镜头存在一些弊端，大多视场小、分辨率低、像质差、获取信息量少，畸变也相应较大，拍摄图片不能真实有效地呈现现实情景。
本发明正是基于上述现有技术存在的缺点提出的。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，该光学成像系统实现了高像质、高分辨率、大孔径成像，可以满足大视场成像且畸变小的要求，如无人机航拍和微单相机等领域。
为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：
一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于从物侧到像面依次设置有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、滤光片和感光片，所述第四透镜和第五透镜之间设有光阑；用于控制物方光线入射角并降低成像畸变的第一透镜，第四透镜和第六透镜为负焦距透镜；用于聚焦前面的光束的第二透镜，第三透镜，第五透镜，第七透镜和第八透镜为正焦距透镜；所述的第一透镜，第七透镜和第八透镜是非球面透镜；所述第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜和第六透镜是球面透镜。
如上所述一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于第一透镜朝向物侧一面为凸型双曲线非球面，朝向像面一面为凹型双曲线非球面；所述第二透镜朝向物侧一面和朝向像面一面均为球面；所述第三透镜及第四透镜为胶合结构。由型号不同的高低折射率和阿贝数差异较大的玻璃材料制成；所述第三透镜及第四透镜朝向物侧一面和朝向像面一面均为球面；所述第五透镜及第六透镜为胶合结构；由型号不同的高低折射率和阿贝数差异较大的玻璃材料制成；所述第五透镜及第六透镜朝向物侧一面和朝向像面一面均为球面；所述第七透镜朝向物侧一面扁圆形非球面，朝向像面一面为椭圆非球；所述第八透镜朝向物侧一面为双曲线非球面，朝向像面一面为扁圆形非球面；所述第四透镜和第五透镜之间设有光阑。
如上所述一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于所述第三透镜和第四透镜组成双胶合透镜，第五透镜和第六透镜组成双胶合透镜。
如上所述一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，第五透镜的焦距为f5，第六透镜的焦距为f6，第七透镜的焦距为f7，第八透镜的焦距为f8，满足：
-1<(f1)/(f2)<0，
-1<(f3)/(f4)<0，
-3<(f5)/(f6)<-2，
0<(f7)/(f8)<1。
如上所述一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于所述第一透镜的色散系数为lens1，第二透镜的色散系数为lens2，第三透镜的色散系数为lens 3，第四透镜的色散系数为lens4，第五透镜的色散系数为lens5，第六透镜的色散系数为lens6，第七透镜的色散系数为lens7，第八透镜的色散系数为lens8，满足：
vd(lens1，lens4，lens5，lens7，lens,8)≥45；
vd(lens2,lens3，lens6)≤40。
如上所述一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于所述光学系统的焦距为EFL，后焦为BFL，所述第三透镜的中心厚度分别为T3，第四透镜的中心厚度分别为T4，第五透镜的中心厚度分别为T5，和第六透镜的中心厚度分别为T6，第七透镜中心厚度分别为T7，第八透镜的中心厚度分别为T8，第一透镜与第二透镜的间距为A1，第二透镜与第三透镜的间距为A2，第四透镜与第五透镜的间距为A4，第六透镜和第七透镜的间距为A6，第七透镜和第八透镜的间距为A7，所述第一透镜与感光片的间距为TL，满足：
0.2＜(EFL)/(TL)＜0.3，
0.3＜(BFL)/(TL)＜0.4，
0.1＜(T7)/(TL)＜0.2，
0＜(T8)/(TL)＜0.1，
2＜(T3)/(T4)＜3，
2＜(T5)/(T6)＜3
2＜(T7)/(T8)＜3
0.5＜(A2)/(A1)＜0.8，
0＜(A6)/(A4)＜0.1
0＜(A7)/(A6)＜1
7、如上所述一种高画低畸变单光学成像系统，其特征在于所述第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜；所述第一透镜、第七透镜和第八透镜为玻璃非球面透镜。
本发明的有益效果是：
1、本发明的光学结构中，第一透镜1的焦距为f1，第二透镜2的焦距为f2，第三透镜3的焦距为f3，第四透镜4的焦距为f4，第五透镜5的焦距为f5，第六透镜6的焦距为f6，第七透镜7的焦距为f7，第八透镜8的焦距为f8，满足：-1<f1/f2<0，-1<f3/f4<0，-3<f5/f6<-2，0<f7/f8<1，可以解决大视场角畸变大的问题，能有效降低大角度光线在系统主面的高度，并降低结构性公差敏感性。
2、本发明光学结构中，第一透镜1的色散系数为lens1，第二透镜2的色散系数为lens2，第三透镜3的色散系数为lens 3，第四透镜4的色散系数为lens4，第五透镜5的色散系数为lens5，第六透镜6的色散系数为lens6，第七透镜7的色散系数为lens7，第八透镜8的色散系数为lens8，透镜间满足：
vd(lens1，lens4，lens5，lens7，lens,8)≥45；
vd(lens2,lens3，lens6)≤40。
这种分配和搭配可以解决系统轴向色差过大问题、从而实现中心高分辨率。
3、本发明可实现高画幅，高像质，高分辨率，低畸变摄像。
4、本发明的像面整体均匀、亮度高、孔径大(光圈数达到F2.4)。
5、为了校正像差，保证高清晰成像，采用了两组双胶合透镜。
6、本发明的第一透镜、第七透镜和第八透镜均采用非球面面形，有利于像差的校正，减小系统的畸变，使视场中心与边缘都具有良好的分辨率。光学系统的光学传递函数得到很大提高,可以使该产品的锐利度、透过率、色彩还原性得到显著提升。
7、利用以上的合理配置组合，解决了大视场下难以实现高分辨率和低畸变的难题，同时具有小型化和轻型化的结构和外形。在总长50mm的情况下半像高可达到11mm。
8、更为重要的是，本发明的畸变在全视场下仅为1％，畸变控制在非常小的范围内，满足航拍对畸变的要求；
【附图说明】
图1为本发明的示意图。
图2为本发明的光路示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
如图1至图2所示，一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，包括设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、滤光片9和感光片10，所述第四透镜4和第五透镜5之间设有光阑11。所述第一透镜1、第四透镜4、第六透镜6为负焦距透镜，所述第二透镜2第三透镜3、第五透镜5、第七透镜7、第八透镜8为正焦距透镜。该光学成像系统实现了大视场角小畸变的高像质、大孔径成像，可以用于无人机航拍和微单相机等领域。
如图1、图2所示，在本实施例中，在所述第八透镜8朝向像面的一侧设有滤光片9，光线是从滤光片9进入的，考虑到应用到镜头成像时，会使用CMOS感光芯片，滤光片对感光芯片有一定的保护作用，同时也过滤一部分光线以减少杂光，使图像色彩亮丽和锐利的同时具有良好的色彩还原性。
如图1、图2所示，在本实施例中，所述第一透镜1朝向所述物面12的一面曲率半径大于20，所述第一透镜1朝向像面的一面曲率半径小于6。
第一透镜1朝向物侧一面为凸型双曲线非球面，朝向像面一面为凹型双曲线非球面。用于控制物方光线入射角并降低成像畸变。
所述第二透镜2朝向物侧一面和朝向像面一面均为球面。可以控制光线在各透镜之间的折射变化角度。
所述第三透镜3及第四透镜4为胶合结构。由型号不同的高低折射率和阿贝数差异较大的玻璃材料制成，可以对色差进行补偿。
所述第三透镜3及第四透镜4朝向物侧一面和朝向像面一面均为球面。
所述第五透镜5及第六透镜6为胶合结构；由型号不同的高低折射率和阿贝数差异较大的玻璃材料制成，可以对色差进行补偿。
所述第五透镜5及第六透镜6朝向物侧一面和朝向像面一面均为球面。
所述第七透镜7朝向物侧一面扁圆形非球面，朝向像面一面为椭圆非球面。能很好地减小畸变并增大光线在像面上的入射高度，提高边缘视场的照度，提高系统的光学传递函数，从而提升像质。
所述第八透镜8朝向物侧一面为双曲线非球面，朝向像面一面为扁圆形非球面。可以减小像面主光线入射角，减小成像像差。
所述第四透镜4和第五透镜5之间设有光阑11，可以控制光线传输的孔径，使得成像画面整体均匀、亮度高。
所述第三透镜3、第四透镜4组成双胶合透镜，第五透镜5、第六透镜6组成双胶合透镜。由型号不同的高低折射率和阿贝数差异较大的玻璃材料制成，可以对色差进行补偿的同时提高像质。
如图1、图2所示，在本实施例中，第一透镜1的焦距为f1，第二透镜2的焦距为f2，第三透镜3的焦距为f3，第四透镜4的焦距为f4，第五透镜5的焦距为f5，第六透镜6的焦距为f6，第七透镜7的焦距为f7，第八透镜8的焦距为f8，满足：-1<f1/f2<0，-1<f3/f4<0，-3<f5/f6<-2，0<f7/f8<1。可以解决本发明结构的焦距分配问题及公差分布均衡性问题，可以有效降低大角度光线在系统主面的高度，并降低结构性公差敏感性。
如图1、图2所示，在本实施例中，第一透镜1的色散系数为lens1，第二透镜2的色散系数为lens2，第三透镜3的色散系数为lens 3，第四透镜4的色散系数为lens4，第五透镜5的色散系数为lens5，第六透镜6的色散系数为lens6，第七透镜7的色散系数为lens7，第八透镜8的色散系数为lens8，透镜间满足：
vd(lens1，lens4，lens5，lens7，lens,8)≥45；
vd(lens2,lens3，lens6)≤40。
这种分配和搭配可以解决系统轴向色差过大问题、从而实现中心高分辨率。
如图1、图2所示，在本实施例中，所述光学系统的焦距和后焦分别为EFL及BFL，所述第三透镜3和第四透镜4的中心厚度分别为T3和T4，第五透镜5和第六透镜6的中心厚度分别为T5和T6，第七透镜7和第八透镜8的中心厚度分别为T7和T8，第一透镜1与第二透镜2的间距为A1，第二透镜2与第三透镜3的间距为A2，第四透镜4与第五透镜5的间距为A4，第六透镜6和第七透镜7的间距为A6，第七透镜7和第八透镜8的间距为A7，所述第一透镜1与感光片10的间距为TL，满足：0.2＜EFL/TL＜0.3，0.3＜BFL/TL＜0.4，0.1＜T7/TL＜0.2，0＜T8/TL＜0.1，2＜T3/T4＜3，2＜T5/T6＜3，2＜T7/T8＜3，0.7＜A2/A1＜0.8，0＜A6/A4＜0.1，0＜A7/A6＜1。可以有效的压缩色差，并确保加工可行性，使镜头整体锐度提升。
如图1、图2所示，在本实施例中，所述第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6为球面透镜，所述第一透镜1、第七透镜7和第八透镜8的非球面表面形状满足方程：+α1y2+α2y4+α3y6+α4y8+α5y10+α6y12+α7y14+α8y16，在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数。
Claims (5)
1.一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于从物侧(12)到像面依次设置有第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)、第七透镜(7)、第八透镜(8)、滤光片(9)和感光片(10)，所述第四透镜(4)和第五透镜(5)之间设有光阑(11)；用于控制物方光线入射角并降低成像畸变的第一透镜(1)，第四透镜(4)和第六透镜(6)为负焦距透镜；用于聚焦前面的光束的第二透镜(2)，第三透镜(3)，第五透镜(5)，第七透镜(7)和第八透镜(8)为正焦距透镜；所述的第一透镜(1)，第七透镜(7)和第八透镜(8)是非球面透镜；所述第二透镜(2)，第三透镜(3)，第四透镜(4)，第五透镜(5)和第六透镜(6)是球面透镜；所述的第一透镜(1)的焦距为f1，第二透镜(2)的焦距为f2，第三透镜(3)的焦距为f3，第四透镜(4)的焦距为f4，第五透镜(5)的焦距为f5，第六透镜(6)的焦距为f6，第七透镜(7)的焦距为f7，第八透镜(8)的焦距为f8，满足：
-1<f1/f2<0，
-1<f3/f4<0，
-3<f5/f6<-2，
0<f7/f8<1；
所述第一透镜(1)的色散系数为lens1，第二透镜(2)的色散系数为lens2，第三透镜(3)的色散系数为lens 3，第四透镜(4)的色散系数为lens4，第五透镜(5)的色散系数为lens5，第六透镜(6)的色散系数为lens6，第七透镜(7)的色散系数为lens7，第八透镜(8)的色散系数为lens8，满足：
Vd lens1，lens4，lens5，lens7，lens8≥45；
Vd lens2,lens3，lens6≤40。
2.根据权利要求1所述一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于第一透镜(1)朝向物侧一面为凸型双曲线非球面，朝向像面一面为凹型双曲线非球面；所述第二透镜(2)朝向物侧一面和朝向像面一面均为球面；所述第三透镜(3)和第四透镜(4)为胶合结构，由型号不同的高低折射率和阿贝数差异大的玻璃材料制成；所述第三透镜(3)和第四透镜(4)朝向物侧一面和朝向像面一面均为球面；所述第五透镜(5)和第六透镜(6)为胶合结构，由型号不同的高低折射率和阿贝数差异大的玻璃材料制成；所述第五透镜(5)及第六透镜(6)朝向物侧一面和朝向像面一面均为球面；所述第七透镜(7)朝向物侧一面扁圆形非球面，朝向像面一面为椭圆非球面；所述第八透镜(8)朝向物侧一面为双曲线非球面，朝向像面一面为扁圆形非球面；所述第四透镜(4)和第五透镜(5)之间设有光阑(11)。
3.根据权利要求1所述一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于所述第三透镜(3)和第四透镜(4)组成双胶合透镜，第五透镜(5)和第六透镜(6)组成双胶合透镜。
4.根据权利要求1所述一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于所述光学系统的焦距为EFL,后焦为BFL，所述第三透镜(3)的中心厚度分别为T3，第四透镜(4)的中心厚度分别为T4，第五透镜(5)的中心厚度分别为T5，和第六透镜(6)的中心厚度分别为T6，第七透镜(7)中心厚度分别为T7，第八透镜(8)的中心厚度分别为T8，第一透镜(1)与第二透镜(2)的间距为A1，第二透镜(2)与第三透镜(3)的间距为A2，第四透镜(4)与第五透镜(5)的间距为A4，第六透镜(6)和第七透镜(7)的间距为A6，第七透镜(7)和第八透镜(8)的间距为A7，所述第一透镜(1)与感光片(10)的间距为TL，满足：
0.2＜EFL/TL＜0.3，
0.3＜BFL/TL＜0.4，
0.1＜T7/TL＜0.2，
0＜T8/TL＜0.1，
2＜T3/T4＜3，
2＜T5/T6＜3
2＜T7/T8＜3
0.5＜A2/A1＜0.8，
0＜A6/A4＜0.1
0＜A7/A6＜1。
5.根据权利要求1所述一种像质高、画幅大、畸变小光学成像系统，其特征在于所述第二透镜(2)，第三透镜(3)，第四透镜(4)，第五透镜(5)和第六透镜(6)为玻璃球面透镜；所述第一透镜(1)、第七透镜(7)和第八透镜(8)为玻璃非球面透镜。
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Denomination of invention: A high image quality, large frame, and low distortion optical imaging system Effective date of registration: 20231225 Granted publication date: 20180213 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Zhongshan branch Pledgor: UNION OPTECH Co.,Ltd. Registration number: Y2023980073998 |
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