CN108535841A - 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。所述从物侧至像侧依次为：同轴设置第一透镜(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)及第六透镜(焦距为f6)，且满足以下条件式：0.8﹤f1/f﹤1.2，‑8﹤f2/f﹤‑1，400﹤f3/f﹤600，5﹤f4/f﹤18，0.1﹤f5/f﹤1，‑1﹤f6/f﹤‑0.1，其中，f：整个所述摄影光学系统的焦距。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，并且在温度和湿度的可靠性上有较好的表现。
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，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，再加上现今电子产品以功能佳且轻薄短小的外型为发展趋势，因此，具备良好成像品质的小型化摄影镜头俨然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。现有六片镜组的摄影镜头，受材料限制，不利于色差的校正，并且光圈小，拍摄的画面整体亮度不够，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具六片镜组的摄影光学系统。
本发明提供一种摄影光学系统，从物侧至像侧依次为：同轴设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜，且满足以下条件式：
0.8﹤f1/f﹤1.2
-8﹤f2/f﹤-1
400﹤f3/f﹤600
5﹤f4/f﹤18
0.1﹤f5/f﹤1
-1﹤f6/f﹤-0.1
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，f：整个所述摄影光学系统的焦距。
优选的，所述第一透镜的物侧面于近轴为凸面，其像侧面于近轴为凹面，且满足以下条件式：
4.9﹤f1﹤5.2
1.58﹤n1﹤1.7
58﹤v1﹤62
其中，f1：第一透镜的焦距，n1：第一透镜的折射率，v1：第一透镜的阿贝数。
优选的，所述第二透镜的物侧面于近轴为凸面，且满足以下条件式：
-17.5﹤f2﹤-14
1.64﹤n2﹤1.68
19﹤v2﹤22
其中，f2：第二透镜的焦距，n2：第二透镜的折射率，v2：第二透镜的阿贝数。
优选的，所述第三透镜的物侧面于近轴为凸面，且满足以下条件式：
2000﹤f3﹤2400
1.52﹤n3﹤1.56
54﹤v3﹤58
其中，f3：第三透镜的焦距，n3：第三透镜的折射率，v3：第三透镜的阿贝数。
优选的，所述第四透镜的物侧面于近轴为凸面，且满足以下条件式：
70﹤f4﹤76
1.62﹤n4﹤1.66
23﹤v4﹤25
其中，f4：第四透镜的焦距，n4：第四透镜的折射率，v4：第四透镜的阿贝数。
优选的，所述第五透镜具有正屈折力，其物侧面于近轴为凹面，其像侧面于近轴为凸面，且满足以下条件式：
3.5﹤f5﹤3.9
1.52﹤n5﹤1.56
52﹤v5﹤58
其中，f5：第五透镜的焦距，n5：第五透镜的折射率，v5：第五透镜的阿贝数。
优选的，所述第六透镜的物侧面于近轴为凹面，且满足以下条件式：
-3.2﹤f6﹤-2.8
1.52﹤n6﹤1.54
54﹤v6﹤58
其中，f6：第六透镜的焦距，n6：第六透镜的折射率，v6：第六透镜的阿贝数。
优选的，所述摄影光学系统的光学总长TTL小于或等于5.6毫米。
优选的，所述摄影光学系统的光圈F数小于或等于1.45。
优选的，所述第一透镜为玻璃镜片。
相较于相关技术，本发明提供的摄影光学系统有益效果在于：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；所述第一透镜采用玻璃材质制成，有效的校正色差，提升光学性能，并且温度和湿度的可靠性有较好的表现。
【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轴向像差示意图；
图3是图1所示摄影光学系统的倍率色差示意图；
图4是图1所示摄影光学系统的场曲及畸变示意图。
【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100主要由同轴设置的六片透镜构成，从物侧至像侧依次包含第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5及第六透镜L6，其具体结构如下：
所述第一透镜L1的物侧面于近轴为凸面，其像侧面于近轴为凹面，由玻璃材质制成；
本实施例中，所述第一透镜L1的物侧面和像侧面为非球面。当然，在其他实施例中，所述第一透镜L1的物侧面和像侧面可为球面，本发明对此并不作任何限定。
所述第二透镜L2的物侧面于近轴为凸面，由塑胶材质制成；
所述第三透镜L3的物侧面于近轴为凸面，由塑胶材质制成；
所述第四透镜L4的物侧面于近轴为凸面，由塑胶材质制成；
所述第五透镜L5具有正屈折力，其物侧面于近轴为凹面，其像侧面于近轴为凸面，由塑胶材质制成；
所述第六透镜L6的物侧面于近轴为凹面，由塑胶材质制成。
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L1采用玻璃材料制成，在温度和湿度的可靠性有较好的表现，同时还可以提升光学性能，所述第五透镜L5具有正屈折力可分配所述第一透镜L1的正屈折力，进而降低系统敏感度。通过合理优化六片透镜的面型，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还包括光圈S1及玻璃平板GF，所述光圈S1用于控制进光量和控制景深。所述玻璃平板GF设于所述第六透镜L6的像侧面所在侧，所述玻璃平板GF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。
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100的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5及第六透镜L6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L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5及第六透镜L6的焦距需要满足如下条件：
4.9mm﹤f1﹤5.2mm，-17.5mm﹤f2﹤-14mm，2000mm﹤f3﹤2400mm，70mm﹤f4﹤76mm，3.5mm﹤f5﹤3.9mm，-3.2mm﹤f6﹤-2.8mm；
0.8﹤f1/f﹤1.2，-8﹤f2/f﹤-1，400﹤f3/f﹤600，
5﹤f4/f﹤18，0.1﹤f5/f﹤1，-1﹤f6/f﹤-0.1；
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，f：整个摄影光学系统的焦距。
二、折射率
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L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5及第六透镜L6的折射率需要满足条件：
1.58<n1<1.7，1.64﹤n2﹤1.68，1.52﹤n3﹤1.56，
1.62﹤n4﹤1.66，1.52﹤n5﹤1.56，1.52﹤n6﹤1.54；
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。
三、阿贝数
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L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5及第六透镜L6的阿贝数需要满足条件：
58﹤v1﹤62，19﹤v2﹤22，54﹤v3﹤58，23﹤v4﹤25，
52﹤v5﹤58，54﹤v6﹤58；
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。
如果所述第一透镜L1、所述第二透镜L2、所述第三透镜L3、所述第四透镜L4、所述第五透镜L5及所述第六透镜L6的焦距、折射率和阿贝数超出上述条件，则所述摄影光学系统100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100的敏感度，难以实现所述摄影光学系统100的小型化和广视场角，且不利于所述摄影光学系统100降低成本。
本实施方式中，摄影光学系统100的光学总长TTL小于或等于5.6毫米，有利于实现超薄化。
本实施方式中，摄影光学系统100的光圈F数小于或等于1.45。大光圈，成像性能好。
如此设计，能够使得整体摄影光学系统100的光学总长TTL尽量变短，维持小型化的特性。
TTL:光学长度(第一透镜L1的物侧面到成像面的轴上距离)；
优选的，所述透镜的物侧面和/或像侧面上还可以设置有反曲点和/或驻点，以满足高品质的成像需求，具体的可实施方案，参下所述。
以下示出了依据本发明的摄影光学系统100的设计数据，焦距、轴上距离、曲率半径与轴上厚度的单位为mm。
表1、表2示出本发明的摄影光学系统100的设计数据。
【表1】
其中，各符号的含义如下。
S1：光圈；
R：光学面的曲率半径、透镜时为中心曲率半径；
R1：第一透镜L1的物侧面的曲率半径；
R2：第一透镜L1的像侧面的曲率半径；
R3：第二透镜L2的物侧面的曲率半径；
R4：第二透镜L2的像侧面的曲率半径；
R5：第三透镜L3的物侧面的曲率半径；
R6：第三透镜L3的像侧面的曲率半径；
R7：第四透镜L4的物侧面的曲率半径；
R8：第四透镜L4的像侧面的曲率半径；
R9：第五透镜L5的物侧面的曲率半径；
R10：第五透镜L5的像侧面的曲率半径；
R11：第六透镜L6的物侧面的曲率半径；
R12：第六透镜L6的像侧面的曲率半径；
R15：光学过滤片GF的物侧面的曲率半径；
R16：光学过滤片GF的像侧面的曲率半径；
d：透镜的轴上厚度与透镜之间的轴上距离；
d0：光圈S1到第一透镜L1的物侧面的轴上距离；
d1：第一透镜L1的轴上厚度；
d2：第一透镜L1的像侧面到第二透镜L2的物侧面的轴上距离；
d3：第二透镜L2的轴上厚度；
d4：第二透镜L2的像侧面到第三透镜L3的物侧面的轴上距离；
d5：第三透镜L3的轴上厚度；
d6：第三透镜L3的像侧面到第四透镜L4的物侧面的轴上距离；
d7：第四透镜L4的轴上厚度；
d8：第四透镜L4的像侧面到第五透镜L5的物侧面的轴上距离；
d9：第五透镜L5的轴上厚度；
d10：第五透镜L5的像侧面到第六透镜L6的物侧面的轴上距离；
d11：第六透镜L6的轴上厚度；
d12：第六透镜L6的像侧面到玻璃平板GF的物侧面的轴上距离；
d13：玻璃平板GF的轴上厚度；
d14：玻璃平板GF的像侧面到像面的轴上距离；
nd：d线的折射率；
nd1：第一透镜L1的d线的折射率；
nd2：第二透镜L2的d线的折射率；
nd3：第三透镜L3的d线的折射率；
nd4：第四透镜L4的d线的折射率；
nd5：第五透镜L5的d线的折射率；
nd6：第六透镜L6的d线的折射率；
ndg：玻璃平板GF的d线的折射率；
vd：阿贝数；
v1：第一透镜L1的阿贝数；
v2：第二透镜L2的阿贝数；
v3：第三透镜L3的阿贝数；
v4：第四透镜L4的阿贝数；
v5：第五透镜L5的阿贝数；
v6：第六透镜L6的阿贝数；
vg：玻璃平板GF的阿贝数。
表2示出本发明的摄影光学系统100中各透镜的非球面数据。
【表2】
其中，k是圆锥系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16是非球面系数。
IH：像高
y＝(x2/R)/[1+{1-(k+1)(x2/R2)}1/2]+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16 (1)
为方便起见，各个透镜面的非球面使用上述公式(1)中所示的非球面。但是，本发明不限于该公式(1)表示的非球面多项式形式。
主光线角CRA与摄影光学系统像高的关系如表3所示：
【表3】
在本实施例中，入瞳直径为3.243mm，全视场像高为3.9283mm，对角线方向的视场角为78.81°
表4、表5示出本发明的摄影光学系统100中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。其中，P1R1、P1R2分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面，P2R1、P2R2分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面，P3R1、P3R2分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面，P4R1、P4R2分别代表第四透镜L4的物侧面和像侧面，P5R1、P5R2分别代表第五透镜L5的物侧面和像侧面，P6R1、P6R2分别代表第六透镜L6的物侧面和像侧面。“反曲点位置”栏位对应数据为各透镜表面所设置的反曲点到摄影光学系统100光轴的垂直距离，单位为毫米。“驻点位置”栏位对应数据为各透镜表面所设置的驻点到摄影光学系统100光轴的垂直距离，单位为毫米。
【表4】
| 反曲点个数 | 反曲点位置1 | 反曲点位置2 | |
| P1R1 | 1 | 1.505 | |
| P1R2 | 1 | 1.115 | |
| P2R1 | 2 | 0.485 | 0.685 |
| P2R2 | 0 | ||
| P3R1 | 1 | 0.375 | |
| P3R2 | 1 | 0.275 | |
| P4R1 | 1 | 0.595 | |
| P4R2 | 1 | 0.595 | |
| P5R1 | 2 | 0.515 | 2.005 |
| P5R2 | 2 | 1.465 | 2.555 |
| P6R1 | 2 | 1.545 | 3.055 |
| P6R2 | 2 | 0.515 | 3.015 |
【表5】
| 驻点个数 | 驻点位置1 | |
| P1R1 | 0 | |
| P1R2 | 1 | 1.505 |
| P2R1 | 0 | |
| P2R2 | 0 | |
| P3R1 | 1 | 0.635 |
| P3R2 | 1 | 0.505 |
| P4R1 | 1 | 1.205 |
| P4R2 | 1 | 1.205 |
| P5R1 | 1 | 0.885 |
| P5R2 | 0 | |
| P6R1 | 0 | |
| P6R2 | 1 | 0.955 |
在本实施例中，所述摄影光学系统100的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6的焦距分别如下表6所示：
【表6】
本实施方式中，所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距f12为6.72，可消除摄影光学系统的像差与歪曲，且可压制摄影光学系统后焦距，维持影像镜片系统组小型化。
所述摄影光学系统100的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5及第六透镜L6的物侧面及像侧面的面类型、半口径SD数据如表7所示：
【表7】
其中，
图2、图3分别示出了波长为470nm、510nm、555nm、610nm和650nm的光经过摄影光学系统100后的轴向像差以及倍率色差示意图。图4则示出了，波长为555nm的光经过摄影光学系统100后的场曲及畸变示意图，图4的场曲S是弧矢方向的场曲，T是子午方向的场曲。
相较于相关技术，本发明提供的摄影光学系统有益效果在于：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；所述第一透镜采用玻璃材质制成，有效的校正色差，提升光学性能，并且温度和湿度的可靠性有较好的表现。
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)
1.一种摄影光学系统，其特征在于，从物侧至像侧依次为：同轴设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜，且满足以下条件式：
0.8﹤f1/f﹤1.2
-8﹤f2/f﹤-1
400﹤f3/f﹤600
5﹤f4/f﹤18
0.1﹤f5/f﹤1
-1﹤f6/f﹤-0.1
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；
f：整个所述摄影光学系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第一透镜的物侧面于近轴为凸面，其像侧面于近轴为凹面，且满足以下条件式：
4.9﹤f1﹤5.2
1.58﹤n1﹤1.7
58﹤v1﹤62
其中，
f1：第一透镜的焦距；
n1：第一透镜的折射率；
v1：第一透镜的阿贝数。
3.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第二透镜的物侧面于近轴为凸面，且满足以下条件式：
-17.5﹤f2﹤-14
1.64﹤n2﹤1.68
19﹤v2﹤22
其中，
f2：第二透镜的焦距；
n2：第二透镜的折射率；
v2：第二透镜的阿贝数。
4.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第三透镜的物侧面于近轴为凸面，且满足以下条件式：
2000﹤f3﹤2400
1.52﹤n3﹤1.56
54﹤v3﹤58
其中，
f3：第三透镜的焦距；
n3：第三透镜的折射率；
v3：第三透镜的阿贝数。
5.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第四透镜的物侧面于近轴为凸面，且满足以下条件式：
70﹤f4﹤76
1.62﹤n4﹤1.66
23﹤v4﹤25
其中，
f4：第四透镜的焦距；
n4：第四透镜的折射率；
v4：第四透镜的阿贝数。
6.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第五透镜具有正屈折力，其物侧面于近轴为凹面，其像侧面于近轴为凸面，且满足以下条件式：
3.5﹤f5﹤3.9
1.52﹤n5﹤1.56
52﹤v5﹤58
其中，
f5：第五透镜的焦距；
n5：第五透镜的折射率；
v5：第五透镜的阿贝数。
7.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第六透镜的物侧面于近轴为凹面，且满足以下条件式：
-3.2﹤f6﹤-2.8
1.52﹤n6﹤1.54
54﹤v6﹤58
其中，
f6：第六透镜的焦距；
n6：第六透镜的折射率；
v6：第六透镜的阿贝数。
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光学总长TTL小于或等于5.6毫米。
9.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光圈F数小于或等于1.45。
10.根据权利要求1所述的摄影光学系统，其特征在于，所述第一透镜为玻璃镜片。
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