CN111965796B - 超广角成像光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种超广角成像光学系统，其由从物方到像方依序排列的光焦度为负的前透镜组和光焦度为正的后透镜组组成，其中，前透镜组由负的第一透镜、负的第二透镜、负的第三透镜和正的第四透镜组成；后透镜组由正的第五透镜、负的第六透镜、正的第七透镜、正的第八透镜、正的第九透镜和正的第十透镜组成，光阑位于第一透镜组中。第六透镜与第七透镜胶合形成第一胶合透镜，第九透镜和第十透镜胶合形成第二胶合透镜。本公开的超广角成像光学系统视场角高达130°。

Description

超广角成像光学系统
技术领域
本发明涉及一种成像光学系统，特别是一种十片式超广角成像光学系统。
背景技术
光学成像系统普遍应用于监控系统、手机、数码相机等领域，要求成像光学系统具有较高的清晰度和大的视场角，但现有的成像光学系统仍存在较多不足，在广角化和清晰度方面还有待进一步提高。
发明内容
本发明提供一种超广角成像光学系统，希望在清晰度和大视场角方面获得改善。
根据本公开的超广角成像光学系统，其由从物方到像方依序排列的前透镜组和后透镜组组成，前透镜组光焦度为负，后透镜组光焦度为正；其中，前透镜组由第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成；后透镜组由第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜组成，光阑位于第一透镜组中。且成像光学系统进一步包括滤光片。进一步地，成像光学系统可进一步包括图像传感器。第六透镜与第七透镜胶合形成第一胶合透镜，第九透镜和第十透镜胶合形成第二胶合透镜。
其中：
第一透镜为负透镜，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第二透镜为负透镜，物侧面为凹面，像侧面为凸面；
第三透镜为负透镜，物侧面为凹面，像侧面为凹面；
第四透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第五透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第六透镜为负透镜，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第七透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第八透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面。
第九透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面。
第十透镜为正透镜，物侧面为凹面，像侧面为凸面。
根据本公开的成像光学系统，前透镜组可满足下列条件式(1)：
-8<f1/f<-75
-6<f2/f<-5
-8<f3/f<-7
5<f4/f<6
-8<fG1/f<-7
10<(R1/R2)<12 (1)
其中，R1与R2分别表示第一透镜物侧面和第一透镜像侧面的曲率半径。条件式(1)对前透镜组进行进一步限定，使得前透镜组能够获得尽量大的视场角，并且配合光阑位于第一透镜与第二透镜之间，能够使得入瞳直径较大，获得更大的光通量，保证图像的亮度。前三片透镜光焦度为负，可以很快将大角度入射的光线尽快折射到沿光轴附近的小角度方向传播，因此可以采用较少数量的非球面也容易校正像差。
根据本公开的成像光学系统，后透镜组可满足下列条件式(2)：
6<f5/f<7
10<f67/f<20
5<f8/f<7
1<f91/f<6
6.5<fG2/f<7.5 (2)
其中，f67和f91分别为第一胶合透镜和第二胶合透镜的合焦距。条件式(2)对后透镜组进行限定，通过上述焦距的配置，可使得后透镜组能够顺利地将前透镜组折射来的大角度光线相对光轴以较小的角度进行传播，不需要过多的非球面校正像差，就能获得较高的分辨率。第一胶合透镜和第二透镜的设置，可以很好的消除色差。
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(3)：
0.01<R4/R5<0.05
0<(d1+d4)/(d2+d3)<0.5 (3)
其中，R4和R5为第二透镜的物侧面和像侧面光轴附近的曲率半径，d1和d4分别为第一透镜和第二透镜在光轴上的厚度，d2为第一透镜像侧面到光阑在光轴上的距离，d3为光阑到第二透镜物侧面在光轴上的距离，满足条件式(3)时，能够进一步保证第二透镜与第三透镜具有较小的光学厚度。
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(4)：
0.05<f/TTL<0.1 (4)
满足条件式(4)时，光学系统的焦距占整个光学系统的长度较小，进一步保证成像面距离透镜组更加紧凑。
本公开仅采用三个非球面进行像差校正，具体为第二透镜的物侧面、第五透镜的物侧面和像侧面。
采用本申请的超广角成像光学系统，可以实现高清晰度和轻量化，视场角可达130°。
附图说明
通过结合附图，从下面的描述中，本公开的实施例将会更清楚地被理解：
图1是根据本公开的第一示例性实施例的超广角成像光学系统的结构图；
图2是图1的视场角数据图；
其中，L1～L10表示第一至第十透镜，STO表示光阑，G1表示前透镜组，G2表示后透镜组，S1～S21表示各表面序号，A箭头所示为中心光线，B箭头所示为边缘光线，IMG表示像面。
具体实施方式
以下，将参照附图1来详细描述本公开的实施例。
图1是根据本公开的第一示例性实施例的超广角成像光学系统的结构图。在本说明书中，曲率半径的数值、厚度的数值、透镜的厚度的数值的单位都可以是mm。
根据本公开的超广角成像光学系统，其由从物方到像方依序排列的前透镜组G1和后透镜组G2组成，前透镜组G1光焦度为负，后透镜组G2光焦度为正；其中，前透镜组G1由第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4组成；后透镜组G2由第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和第十透镜L10组成，光阑STO位于第一透镜组G1中。且成像光学系统进一步包括滤光片。进一步地，成像光学系统可进一步包括图像传感器。第六透镜L6与第七透镜L7胶合形成第一胶合透镜，第九透镜L9和第十透镜L10胶合形成第二胶合透镜。
其中：
第一透镜L1为负透镜，物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面；
第二透镜L2为负透镜，物侧面S4为凹面，像侧面S5为凸面；
第三透镜L3为负透镜，物侧面S6为凹面，像侧面S7为凹面；
第四透镜L4为正透镜，物侧面S8为凸面，像侧面S9为凸面；
第五透镜L5为正透镜，物侧面S10为凸面，像侧面S11为凸面；
第六透镜L6为负透镜，物侧面S12为凸面，像侧面S13为凹面；
第七透镜L7为正透镜，物侧面S13为凸面，像侧面S14为凸面；
第八透镜L8为正透镜，物侧面S15为凸面，像侧面S16为凸面。
第九透镜L9为正透镜，物侧面S17为凸面，像侧面S18为凸面。
第十透镜L10为正透镜，物侧面S18为凹面，像侧面S19为凸面。
其中，物侧面以及像侧面为凸面或凹面，应当按照本领域惯用的理解方式，表示透镜物侧面以及像侧面靠近光轴的部分为凸面或凹面。
根据本公开的成像光学系统，前透镜组G1可满足下列条件式(1)：
-8<f1/f<-75
-6<f2/f<-5
-8<f3/f<-7
5<f4/f<6
-8<fG1/f<-7
10<(R1/R2)<12 (1)
其中，R1与R2分别表示第一透镜物侧面和第一透镜像侧面的曲率半径。条件式(1)对前透镜组进行进一步限定，使得前透镜组能够获得尽量大的视场角，并且配合光阑位于第一透镜与第二透镜之间，能够使得入瞳直径较大，获得更大的光通量，保证图像的亮度。前三片透镜光焦度为负，可以很快将大角度入射的光线尽快折射到沿光轴附近的小角度方向传播，因此可以采用较少数量的非球面也容易校正像差。
根据本公开的成像光学系统，后透镜组G2可满足下列条件式(2)：
6<f5/f<7
10<f67/f<20
5<f8/f<7
1<f91/f<6
6.5<fG2/f<7.5 (2)
其中，f67和f91分别为第一胶合透镜和第二胶合透镜的合焦距。条件式(2)对后透镜组进行限定，通过上述焦距的配置，可使得后透镜组能够顺利地将前透镜组折射来的大角度光线相对光轴以较小的角度进行传播，不需要过多的非球面校正像差，就能获得较高的分辨率。第一胶合透镜和第二透镜的设置，可以很好的消除色差。
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(3)：
0.01<R4/R5<0.05
0<(d1+d4)/(d2+d3)<0.5 (3)
其中，R4和R5为第二透镜的物侧面和像侧面光轴附近的曲率半径，d1和d4分别为第一透镜和第二透镜在光轴上的厚度，d2为第一透镜像侧面到光阑在光轴上的距离，d3为光阑到第二透镜物侧面在光轴上的距离，满足条件式(3)时，能够进一步保证第二透镜与第三透镜具有较小的光学厚度。
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(4)：
0.05<f/TTL<0.1 (4)
满足条件式(4)时，光学系统的焦距占整个光学系统的长度较小，进一步保证成像面与透镜组距离更加紧凑。
另外，为校正像差，本公开仅采用三个非球面，具体为第二透镜L2的物侧面S4、第五透镜L5的物侧面S10和像侧面S11。
图2为图1的视场角数据图，其中B处边缘入射光线相对于光轴的角度为65°，因此系统的视场角为130°。
表1示出成像光学系统的参数(表面序号、曲率半径、透镜的厚度、透镜之间的距离、透镜的折射率、透镜的阿贝数，其中长度单元均为㎜，入瞳直径为1mm)。
[表1]
Figure BDA0002688054220000051
Figure BDA0002688054220000061
表2为该成像光学系统采用的非球面系数，非球面的函数表达式为：
Figure BDA0002688054220000062
非球面系数如下：[表2]
表面序号 K A2 A4 A6 A8 A10 A12
S4 0.112 0.000 -0.00013 0.000 0.000 0.000 0.000
S10 -0.69 0.000 -0.000044 0.000005 -2.09E-07 6.95E-09 -9.7E-11
S11 -45.12 0.000 -0.000015 0.000013 -4.44E-07 1.12E-08 -1.41E-10
表3为本实施例的成像光学系统的光学参数。
[表3]
f1 -16.502 f1/f -7.528
f2 -12.452 f2/f -5.681
f3 -17.448 f3/f -7.960
f4 11.064 f4/f 5.047
f5 13.584 f5/f 6.197
f6 -34.257 f6/f -15.628
f7 16.734 f7/f 7.634
f8 14.756 f8/f 6.732
f9 11.311 f9/f 5.160
f10 77.71 f10/f 35.452
fG1 -17.234 fG1/f -7.862
fG2 5.485 fG2/f 2.502
f67 32.172 f67/f 14.677
f91 10.043 f91/f 4.5817
R1/R2 10.6 R4/R5 0.039
(d1+d4)/(d2+d3) 0.255 f/TTL 0.076
f1～f10为各透镜的焦距，fG1和fG2分别为前透镜组和后透镜组的焦距，f67和f91分别为第一胶合透镜和第二胶合透镜的合焦距，f为整个成像光学系统的焦距，R1和R2为第一透镜的物侧面和像侧面光轴附近的曲率半径，R4和R5为第二透镜的物侧面和像侧面光轴附近的曲率半径，d1和d4分别为第一透镜和第二透镜在光轴上的厚度，d2为第一透镜像侧面到光阑在光轴上的距离，d3为光阑到第二透镜物侧面在光轴上的距离，TTL为整个光学系统的总长。
虽然以上示例性实施例已被示出和描述，但对本领域的技术人员明显的是，在不脱离由权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行修改和变型。

Claims (6)

1.一种超广角成像光学系统，其由从物方到像方依序排列的前透镜组和后透镜组组成，前透镜组光焦度为负，后透镜组光焦度为正；其中，前透镜组由第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成；后透镜组由第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜组成，光阑位于第一透镜组中，第六透镜与第七透镜胶合形成第一胶合透镜，第九透镜和第十透镜胶合形成第二胶合透镜；其中：
第一透镜为负透镜，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第二透镜为负透镜，物侧面为凹面，像侧面为凸面；
第三透镜为负透镜，物侧面为凹面，像侧面为凹面；
第四透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第五透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第六透镜为负透镜，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
第七透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第八透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第九透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第十透镜为正透镜，物侧面为凹面，像侧面为凸面；该超广角成像光学系统，进一步满足下列条件式(1)：
-8<f1/f<-75
-6<f2/f<-5
-8<f3/f<-7
5<f4/f<6
-8<fG1/f<-7
10<(R1/R2)<12 （1）
其中，f1~f4为第一透镜至第四透镜的焦距，fG1为前透镜组的焦距，f为整个成像光学系统的焦距，R1和R2为第一透镜的物侧面和像侧面光轴处的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的超广角成像光学系统，进一步满足下列条件式(2)：
6<f5/f<7
10<f67/f<20
5<f8/f<7
1<f91/f<6
6.5<fG2/f<7.5 （2）
其中，f5和f8为第五透镜和第八透镜的焦距，fG2为后透镜组的焦距，f67和f91分别为第一胶合透镜和第二胶合透镜的合焦距。
3.根据权利要求1所述的超广角成像光学系统，进一步满足下列条件式(3)：
0.05<f/TTL<0.1 （3）
其中，TTL为整个光学系统的总长。
4.根据权利要求1所述的超广角成像光学系统，进一步满足下列条件式(4)：
0.01<R4/R5<0.05
0<(d1+d4)/(d2+d3)<0.5 （4）
其中，R4和R5为第二透镜的物侧面和像侧面光轴处的曲率半径，d1和d4分别为第一透镜和第二透镜在光轴上的厚度，d2为第一透镜像侧面到光阑在光轴上的距离，d3为光阑到第二透镜物侧面在光轴上的距离。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超广角成像光学系统，其中第二透镜的物侧面、第五透镜的物侧面和像侧面均为非球面。
6.根据权利要求1-4任一项所述的超广角成像光学系统，其视场角不小于130°。
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Denomination of invention: Ultra wide angle imaging optical system

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