CN112068285B - 广角长焦成像光学系统 - Google Patents
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Abstract
一种广角长焦成像光学系统，其由从物方到像方依序排列的具有负光焦度的前透镜组和具有正光焦度的后透镜组组成；其中前透镜组由负的第一透镜、第负的二透镜和正的第三透镜组成；后透镜组由正的第四透镜、负的第五透镜、正的第六透镜和负的第七透镜组成，光阑位于前透镜组和后透镜组之间。满足本申请条件式的成像系统能够满足较大视场角的同时，获得较大的焦距。
Description
技术领域
本发明涉及一种成像光学系统，特别是一种有较大焦距的广角成像光学系统。
背景技术
现有的光学成像系统在视场角和焦距方面存在不足，如CN102621667A公开的广角单焦点透镜，视场角为71°，有效焦距仅为5.8mm，视场角不够大，焦距也较短；而CN206411328U中，虽然视场角增大到95°，但焦距只有3.61mm，应用于监控时，虽然能够拍摄较大视角图像，但是对于稍远的物体无法聚焦，不能得到清晰的图像，因此在很多场合应用受限。虽然可以采用变焦镜头，但其成本又显著增加，而且变焦镜头在变为长焦时视场角又会大幅度减小。
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明提供一种广角长焦成像光学系统，为解决上述问题，希望获得较大的视场角的同时，能够获得较大的焦距。
根据本公开的广角长焦成像光学系统，其由从物方到像方依序排列的前透镜组和后透镜组组成；其中前透镜组由第一透镜、第二透镜和第三透镜组成；后透镜组由第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜组成，光阑位于前透镜组和后透镜组之间。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。
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，像侧面为凹面；
第三透镜为正透镜，物侧面为凸面，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；
第五透镜为负透镜，物侧面为凹面，像侧面为凹面；
第六透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第七透镜为负透镜，物侧面为凹面，像侧面为凸面。
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，可满足下列条件式(1)：
-1.5<f1/f<-1
-1.5<f2/f<-1
2<f3/f<3
-1<fG1/f<-0.7
2<(R1/R2)<3 (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，fG1为前透镜组G1的合焦距。条件式(1)限定了前透镜组的焦距关系，满足条件式(1)时，前、后透镜组的焦距得到合理分配，有助于提高系统的视场角，前透镜组各透镜焦距的分配能够很快将大视场角光线折射到近轴方向，极大的提升了系统的视场角。通过第一透镜物侧面和像侧面曲率半径的设置并通过对应光阑位置的设置，使得系统能够采用较大的入瞳直径，获得更大的光通量，提高图像亮度。
根据本公开的成像光学系统，可满足下列条件式(2)：
0.5<f4/f<1
-1<f5/f<-0.7
0<f6/f<1
-2<f7/f<-1
1<fG2/f<1.5 (2)
其中，fG2为后透镜组G2的合焦距。通过条件式(2)对后透镜组焦距的配置，可使得后透镜组能够顺利地将前透镜组的大视角光线成像，并且能够保证系统总焦距具有较大的值。
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(3)：
0.25<fB/TTL<0.45 (3)
其中，fB为整个成像光学系统的后焦距，TTL为整个光学系统的总长，满足条件式(3)时，系统后焦距和总长的限定使得成像面与最后一个透镜像侧面的距离较小，能够显著缩小系统像方空间的尺寸，减小系统总体积。
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(4)：
0.5<|fG1/fG2|<0.8 (4)
fG1为前透镜组G1的合焦距，fG2为后透镜组G2的合焦距，满足条件式(4)时，能够保证系统具有较大的总焦距，实现较大焦距成像。
另外，本实施例采用五个非球面校正像差，分别为第四透镜的物侧面和像侧面、第六透镜的像侧面、第七透镜的物侧面和像侧面。其中，尤其以第六透镜的像侧面、第七透镜的物侧面和像侧面的非球面最为重要，这三个非球面保证了像面上边缘视场光线能够清晰成像，使得图像有效尺寸较大，清晰度较高。
采用本申请的广角成像光学系统，视场角可达106°，而系统的有效焦距高达12.538mm，相对于现有技术而言，视场角和有效焦距都得到提升。
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广角长焦成像光学系统的结构图；
图2是图1的广角长焦成像光学系统的视场数据图；
其中，L1～L7表示第一至第七透镜，STO表示光阑，G1表示前透镜组，G2表示后透镜组，S1～S17表示各表面序号，IMG表示像面，A表示中心视场，B表示边缘视场。
具体实施方式
以下，将参照附图1-2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。
根据本公开的广角长焦成像光学系统，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；其中前透镜组G1由第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3组成；后透镜组G2由第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7组成，光阑位于前透镜组G1和后透镜组G2之间。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。
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S3为凹面，像侧面S4为凹面；
第三透镜L3为正透镜，物侧面S5为凸面，像侧面S6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为负透镜，物侧面S10为凹面，像侧面S11为凹面；
第六透镜L6为正透镜，物侧面S12为凸面，像侧面S13为凸面；
第七透镜L7为负透镜，物侧面S14为凹面，像侧面S15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，可满足下列条件式(1)：
-1.5<f1/f<-1
-1.5<f2/f<-1
2<f3/f<3
-1<fG1/f<-0.7
2<(R1/R2)<3 (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，fG1为前透镜组G1的合焦距。条件式(1)限定了前透镜组的焦距关系，满足条件式(1)时，前、后透镜组的焦距得到合理分配，有助于提高系统的视场角，前透镜组各透镜焦距的分配能够很快将大视场角光线(图1中B处的光线)折射到近轴方向，极大的提升了系统的视场角。通过第一透镜物侧面和像侧面曲率半径的设置并通过对应光阑位置的设置，使得系统能够采用较大的入瞳直径，获得更大的光通量，提高图像亮度。
根据本公开的成像光学系统，可满足下列条件式(2)：
0.5<f4/f<1
-1<f5/f<-0.7
0<f6/f<1
-2<f7/f<-1
1<fG2/f<1.5 (2)
其中，fG2为后透镜组G2的合焦距。通过条件式(2)对后透镜组焦距的配置，可使得后透镜组能够顺利地将前透镜组的大视角光线成像，并且能够保证系统总焦距具有较大的值。
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(3)：
0.25<fB/TTL<0.45 (3)
其中，fB为整个成像光学系统的后焦距，TTL为整个光学系统的总长，满足条件式(3)时，系统后焦距和总长的限定使得成像面与最后一个透镜像侧面的距离较小，能够显著缩小系统像方空间的尺寸，减小系统总体积。
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(4)：
0.5<|fG1/fG2|<0.8 (4)
fG1为前透镜组G1的合焦距，fG2为后透镜组G2的合焦距，满足条件式(4)时，能够保证系统具有较大的总焦距，实现较大焦距成像。
另外，本实施例采用五个非球面校正像差，分别为第四透镜的物侧面和像侧面、第六透镜的像侧面、第七透镜的物侧面和像侧面。其中，尤其以第六透镜的像侧面、第七透镜的物侧面和像侧面的非球面最为重要，这三个非球面保证了像面上边缘视场光线能够清晰成像，使得图像有效尺寸较大，清晰度较高。
从图2的视场数据图可以看到，边缘光线B处的半视场角为53°，因此系统的视场角可达106°，而系统的有效焦距高达12.538mm，相对于现有技术而言，视场角和有效焦距都得到提升。
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2.5mm)。
[表1]
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：
非球面系数如下：[表2]
表3为本实施例的成像光学系统的光学参数。
[表3]
| f1 | -16.477 | f1/f | -1.314 |
| f2 | -17.132 | f2/f | -1.366 |
| f3 | 25.567 | f3/f | 2.039 |
| f4 | 8.207 | f4/f | 0.655 |
| f5 | -6.304 | f5/f | -0.503 |
| f6 | 8.78 | f6/f | 0.700 |
| f7 | -20.359 | f7/f | -1.624 |
| fG1 | -11.038 | fG1/f | -0.880 |
| fG2 | 14.084 | fG2/f | 1.123 |
| f<sub>B</sub> | 15.204 | f<sub>B</sub>/TTL | 0.337 |
| R1/R2 | 2.58 | |fG1/fG2| | 0.784 |
f1～f7为各透镜的焦距，fG1为前透镜组G1的合焦距，fG2为后透镜组G2的合焦距，f为整个成像光学系统的焦距，fB为整个成像光学系统的后焦距，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，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 (5)
1.一种广角长焦成像光学系统，其由从物方到像方依序排列的具有负光焦度的前透镜组和具有正光焦度的后透镜组组成；其中前透镜组由第一透镜、第二透镜和第三透镜组成；后透镜组由第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜组成，光阑位于前透镜组和后透镜组之间；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，像侧面为凹面；
第三透镜为正透镜，物侧面为凸面，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；
第五透镜为负透镜，物侧面为凹面，像侧面为凹面；
第六透镜为正透镜，物侧面为凸面，像侧面为凸面；
第七透镜为负透镜，物侧面为凹面，像侧面为凸面；
其满足下列条件式(1)和(2)：
-1.5<f1/f<-1
-1.5<f2/f<-1
2<f3/f<3
-1<fG1/f<-0.7
2<R1/R2<3 (1)；
0.5<f4/f<1
f5/f=-0.503
0<f6/f<1
-2<f7/f<-1
1<fG2/f<1.5 (2)
f1~f7为第一透镜至第七透镜各透镜的焦距，fG1为前透镜组G1的合焦距，fG2为后透镜组G2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。
2.根据权利要求1所述的广角长焦成像光学系统，进一步满足下列条件式(3)：
0.25<fB/TTL<0.45 (3)
fB为整个成像光学系统的后焦距，TTL为整个光学系统的总长。
3.根据权利要求1所述的广角长焦成像光学系统，进一步满足下列条件式(4)：
0.5<|fG1/fG2|<0.8 (4)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的广角长焦成像光学系统，其中第四透镜的物侧面和像侧面、第六透镜的像侧面、第七透镜的物侧面和像侧面均为非球面。
5.根据权利要求1-3任一项所述的广角长焦成像光学系统，其视场角不小于100°，有效焦距不小于12mm。
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