CN112771431B - 光学系统、拍摄装置及可移动平台 - Google Patents

光学系统、拍摄装置及可移动平台 Download PDF

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Abstract

一种光学系统、拍摄装置和可移动平台，所述光学系统包括从物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第一透镜、第二透镜、第五透镜、第七透镜具有负光焦度，所述第三透镜、第四透镜、第六透镜具有正光焦度；所述光学系统满足以下表达式：1.5＜|f1/f|＜2.5，4＜|(f2+f1)/f|＜6，1＜|f3/f|＜2，1＜|f4/f|＜2，0.9＜|f5/f|＜1.5，0.9＜|f5/f6|＜1.5，4.5＜|f7/f6|＜6，4.5＜|f7/f|＜6，4＜|TL/f|＜5，0.2＜|BFL/TL|＜0.5；其中，f是所述光学系统的焦距，f1至f7分别为第一透镜至第七透镜的焦距，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离；BFL是所述第七透镜靠近像侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离。

Description

光学系统、拍摄装置及可移动平台
技术领域
本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学系统、使用光学系统的拍摄装置以及可移动平台。
背景技术
随着技术的发展，小型化、高像质、低成本、大视场范围拍摄的摄影镜头越来越受到人们的青睐。现有的无人机及运动相机类镜头等体积紧凑的相机大都需要超高的光学素质，且拍摄范围都要求一定的微距功能，然而现有的运动相机类镜头的像面大都小于1英寸(inch)，像面较小，光圈较小；并且都是固定焦距，不具有对焦功能或者是整体镜头对焦，会导致镜头总长变化；并且不可交换，只能拍摄一定范围或者一定焦段范围的物体，对较大范围的多样化需求很难满足，因此无法满足用户的需求。
发明内容
基于此，本申请提供了一种光学系统、拍摄装置以及可移动平台，该光学系统用于增加拍摄装置的视场角，同时又可以提高成像质量。
第一方面，本申请提供了一种光学系统，所述光学系统包括从物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第一透镜、第二透镜、第五透镜、第七透镜具有负光焦度，所述第三透镜、第四透镜、第六透镜具有正光焦度；
所述光学系统满足以下表达式：
1.5<|f1/f|<2.5，4<|(f2+f1)/f|<6，1<|f3/f|<2，1<|f4/f|<2，0.9<|f5/f|<1.5，0.9<|f5/f6|<1.5，4.5<|f7/f6|<6，4.5<|f7/f|<6，4<|TL/f|<5，0.2<|BFL/TL|<0.5；
其中，f是所述光学系统的焦距，f1是所述第一透镜的焦距、f2是所述第二透镜的焦距，f3是所述第三透镜的焦距，f4是所述第四透镜的焦距，f5是所述第五透镜的焦距，f6是所述第六透镜的焦距，f7是所述第七透镜的焦距，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离；BFL是所述第七透镜靠近像侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离。
第二方面，本申请还提供了一种拍摄装置，所述拍摄装置包括光学系统和拍摄设备，所述光学系统连接于所述拍摄设备，所述光学系统包括从物侧到像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第一透镜、第二透镜、第五透镜、第七透镜具有负光焦度，所述第三透镜、第四透镜、第六透镜具有正光焦度；
所述光学系统满足以下表达式：
1.5<|f1/f|<2.5，4<|(f2+f1)/f|<6，1<|f3/f|<2，1<|f4/f|<2，0.9<|f5/f|<1.5，0.9<|f5/f6|<1.5，4.5<|f7/f6|<6，4.5<|f7/f|<6，4<|TL/f|<5，0.2<|BFL/TL|<0.5；
其中，f是所述光学系统的焦距，f1是所述第一透镜的焦距、f2是所述第二透镜的焦距，f3是所述第三透镜的焦距，f4是所述第四透镜的焦距，f5是所述第五透镜的焦距，f6是所述第六透镜的焦距，f7是所述第七透镜的焦距，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离；BFL是所述第七透镜靠近像侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离。
第三方面，本申请还提供了一种可移动平台，所述可移动平台包括平台本体和拍摄装置，所述拍摄装置搭载在所述平台本体上；所述拍摄装置包括光学系统和拍摄设备，所述光学系统连接于所述拍摄设备，所述光学系统包括从物侧到像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第一透镜、第二透镜、第五透镜、第七透镜具有负光焦度，所述第三透镜、第四透镜、第六透镜具有正光焦度；
所述光学系统满足以下表达式：
1.5<|f1/f|<2.5，4<|(f2+f1)/f|<6，1<|f3/f|<2，1<|f4/f|<2，0.9<|f5/f|＜1.5，0.9<|f5/f6|<1.5，4.5<|f7/f6|<6，4.5<|f7/f|<6，4<|TL/f|<5，0.2<|BFL/TL|<0.5；
其中，f是所述光学系统的焦距，f1是所述第一透镜的焦距、f2是所述第二透镜的焦距，f3是所述第三透镜的焦距，f4是所述第四透镜的焦距，f5是所述第五透镜的焦距，f6是所述第六透镜的焦距，f7是所述第七透镜的焦距，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离；BFL是所述第七透镜靠近像侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离。
本申请实施例提供的光学系统、拍摄装置及可移动平台，其中光学系统能够以可拆卸的方式安装在拍摄装置上，且拍摄装置能够安装在可移动平台的主体上，该光学系统利用七个透镜的组合及特定参数设置，增加了拍摄装置的视场角，同时又提高了拍摄装置的成像质量。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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他的附图。
图1是本申请一实施例提供的一种光学系统的结构示意图；
图2是本申请一实施例提供的一种光学系统的配置示意图；
图3是本申请一实施例提供的另一种光学系统的结构示意图；
图4是本申请一实施例提供的一种光学系统的结构示意图；
图5是本申请一实施例提供的光学系统另一视角的结构示意图；
图6是本申请一实施例提供的一种拍摄装置的结构示意图；
图7是本申请一实施例提供的一种可移动平台的结构示意图。
主要元件及符号说明：
100、光学系统；101、第一透镜；102、第二透镜；103、第三透镜、104、第四透镜；105、第五透镜；106、第六透镜；107、第七透镜；
200、拍摄装置；21、拍摄设备；210、镜片组；211、显示屏；212、拍摄按键；
300、可移动平台；310、平台本体。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，图1是本申请一实施例提供的一种光学系统的结构示意图。该光学系统能够用于增加拍摄装置的视场角，同时又可以提高成像质量。
如图1所示，该光学系统100包括从物侧至像侧依次设置的第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103、第四透镜104、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107。其中，第一透镜101、第二透镜102、第五透镜105、第七透镜107具有负光焦度，第三透镜103、第四透镜104、第六透镜106具有正光焦度。
其中，光学系统100还满足以下表达式：
1.5<|f1/f|<2.5，4<|(f2+f1)/f|<6，1<|f3/f|<2，1<|f4/f|<2，0.9<|f5/f|<1.5，0.9<|f5/f6|<1.5，4.5<|f7/f6|<6，4.5<|f7/f|<6，4<|TL/f|<5，0.2<|BFL/TL|<0.5 (1)
在表达式(1)中，f是光学系统100的焦距，f1是第一透镜101的焦距、f2是第二透镜102的焦距，f3是第三透镜103的焦距，f4是第四透镜104的焦距，f5是第五透镜105的焦距，f6是第六透镜106的焦距，f7是第七透镜107的焦距，TL是第一透镜101靠近物侧的透镜面中心到成像面I为止的光轴上的距离；BFL是第七透镜107靠近像侧的透镜面中心到成像面I为止的光轴上的距离。
需要说明的是，4.5<|TL/f|<5的限定，有助于缩短该光学系统100的整体长度，0.2<|BFL/TL|<0.5的限定，有助于提升该光学系统100后焦长度，由于后焦长度较长，使得图像传感器距离光学系统的镜面距离较远。因此灰尘在像面的成像比较弱，进而防止灰尘对成像面的影响。
其中，该光学系统100的孔径光阑S位于第三透镜103和第四透镜104之间。在一些实施例中，光学系统100的孔径光阑S所处位置的间隔大于4mm，其中，所处位置的间隔为与孔径光阑S相邻的两个透镜之间的距离，具体为第三透镜103和第四透镜104的间隔距离。孔径光阑S可以用可变光圈实现，所处位置的间隔大于4mm，有利于设置可变光圈，即方便可变光圈的机械结构实现，进而方便光学系统光阑的设计。
上述实施例提供的光学系统通过七个透镜的组合，可增加该光学系统的视场角，同时该光学系统的结构紧凑，采用了将孔径光阑S的位置尽可能靠近物侧面设计，使得光学系统的总长缩短，即该光学系统的整个内对焦光学系统总长度(第一透镜101物侧面顶点到成像面I的距离)小于29mm，整个透镜系统(第一透镜101物侧面的顶点到第七透镜107像侧面顶点距离)小于23mm，因此实现了该光学系统的小型化、轻量化和便携化。
在一些实施例中，为了进一步地减小光学系统的重量，实现光学系统的轻量化和便携化，该光学系统100中至少包括一个塑胶材质的透镜。当然，该光学系统100的七个透镜中也可至少包括一个玻璃材质的透镜。
示例性的，比如第二透镜102采用塑胶材质，其他几个透镜采用玻璃等常用材质；再或者，比如第二透镜102采用玻璃材质，其他几个透镜采用塑胶等常用材质。
在一些实施例中，为了进一步地减小光学系统的体积和重量的同时保证成像质量，第二透镜102、第五透镜105、第七透镜107中至少有一个是塑胶材质的透镜。
示例性的，还可在光学系统100中第一透镜101和第七透镜107采用玻璃材质，第二透镜102、第三透镜103、第四透镜104、第五透镜105和第六透镜106采用塑胶材质，不仅可以减小光学系统的重量，还可以防止光学系统的透镜产生刮痕。
在一些实施例中，为了提高光学系统的成像质量，该光学系统100中至少有一个透镜是非球面透镜。其中，非球面透镜是指透镜的两个透镜面中至少有一个为非球面。
特别地，在第二透镜102、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107中至少有一个透镜的两个透镜面中至少有一个是非球面。可以有效矫正视场角过大带来的畸变和色差，并且还可以提高光学系统的整体解像力和实现镜头的小型化。
示例性的，第二透镜102、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107中至少有一个透镜的两个透镜面中至少有一个是非球面，当然也可以是两个透镜面均为非球面。
具体地，如图2所示，第二透镜102的透镜面3和透镜面4中至少有一个镜面是非球面；和/或，第五透镜105的透镜面10和透镜面11中至少有一个镜面是非球面；和/或，第六透镜106的的透镜面12和透镜面13中至少有一个镜面是非球面；和/或，第七透镜107的的透镜面14和透镜面15中至少有一个镜面是非球面。当然，也可以均为非球面。
特别地，在第二透镜102、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107中每个透镜的两个透镜面中至少有一个是非球面。可以更为有效地矫正视场角过大带来的畸变和色差，并且还可以提高光学系统的整体解像力和实现镜头的小型化。
具体地，如图2所示，第二透镜102的透镜面3和透镜面4中至少有一个镜面是非球面；且第五透镜105的透镜面10和透镜面11中至少有一个镜面是非球面；且第六透镜106的的透镜面12和透镜面13中至少有一个镜面是非球面；且第七透镜107的的透镜面14和透镜面15中至少有一个镜面是非球面。当然，也可以均为非球面。
在一些实施例中，第七透镜107靠近像侧的透镜面的中心顶点到成像面I的间隔大于预设距离。通过该预设距离的设定，比如将该预设距离设置为5.6mm，可以确保光学系统在使用时的安全性，同时又有助于减少灰尘对成像质量的影响，以及预留空间有助于可交换镜头的机械结构的实现。
在一些实施例中，光学系统100的第二透镜102至第七透镜107中至少有一个透镜能够作为内对焦透镜组，当然也可以是两个透镜组合作为内对焦透镜组。由此可以实现从无穷远物体(或最近距离物体)向最近距离物体(或无穷远物体)的对焦，特别是在0.3m至无穷远范围内的不同物距的拍摄效果较好，由此解决了现有的镜头只能拍摄一定范围或者一定焦段范围的物体的问题。
在光学系统100的第二透镜102至第七透镜107中至少有一个透镜能够作为内对焦透镜组，可以很好地控制对焦透镜在移动过程中引起的像差，进而提升了整体光学系统100的光学像质。
其中，通过对焦结构设计，还需保证在内对焦时对焦透镜与相邻透镜的间隔均至少大于1.1mm。可以有效避免了用于对焦镜片的前后机械结构件的碰撞，确保了光学系统的安全。
示例性的，比如，将第四透镜104作为内对焦透镜组，在内对焦时第四透镜104与相邻透镜(第三透镜103和第四透镜105)的间隔均至少大于1.1mm。
在一些实施例中，在光学系统100的第二透镜102至第七透镜107中至少有一个透镜能够作为内对焦透镜组时，内对焦透镜组对应的调整量小于0.5mm，同时可使得光学系统的呼吸效应较小，可以实现画面视场变化小于0.5°，进而提高成像画质。其次，在内对焦时，还可以控制内对焦透镜组(对焦群)的重量小于0.2g，因此提高了对焦速度，并且在近距离对焦拍摄时能够获得良好的性能。再次，还可以保证光学系统100的视场角大于115°，进而提高拍摄装置的视场角，使得拍摄视场画面更大。
在一些实施例中，为了矫正光学系统的色差，以提高成像质量，该光学系统100满足如下表达式：
vd1>40，0<vd2<40，0<vd3<40，vd4>40，0<vd5<40，vd6>40，0<vd7<40(2)
在表达式(2)中，vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7分别是第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103、第四透镜104、第五透镜105、第六透镜106、第七透镜107的色散系数。
特别地，在光学系统100中第二透镜102、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107满足如下表达式：0<vd2<30，0<vd5<30，vd6>75，0<vd7<30。可以使得光学系统的色像差得到较好矫正，即可以更为有效地降低光学系统的色像差，以提高光学系统的成像质量。
在一些实施例中，为了矫正光学系统的色差，以提高成像质量，该光学系统100满足如下表达式：
1.7<nd1<2，1.4<nd2<1.7，1.7<nd3<2，1.7<nd4<2，1.4<nd5<1.7，1.4<nd6<1.7，1.4<nd7<1.7 (3)
在表达式(3)中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5、nd6、nd7分别是第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103、第四透镜104、第五透镜105、第六透镜106、第七透镜107的折射率。
特别地，在光学系统100中第三透镜103、第六透镜106满足如下表达式：nd3>1.85，nd6<1.55。可以更为有效地降低光学系统的色像差，以提高光学系统的成像质量。
可以理解的是，该光学系统100可以同时满足表达式(2)和表达式(3)，可以进一步地提高光学系统的成像质量。特别地，满足如下表达式：0<(vd2,vd5,vd7)<30，vd6>75，nd3>1.85，nd6<1.55，可以矫正光学系统的色像差，以提高光学系统的成像质量。
为了进一步地提高光学系统的成像质量，该光学系统100中的第一透镜101满足如下表达式：
0.4<|D1/R1|<1，2<|D1/R2|<3.6 (4)
在表达式(4)中，D1是第一透镜101的直径，R1是第一透镜101靠近物侧的透镜面的曲率半径，R2是第一透镜101靠近像侧的透镜面的曲率半径。通过表达式(4)的限定，有助于矫正光学系统的畸变，减少因透镜像侧面太凹产生的鬼影，也有助于提升边缘视场的解像力，进而提高光学系统的成像质量。
在一些实施例中，为了使光学系统小型化和轻便化，对光学系统进行进一步限定，即光学系统100满足如下表达式：
0.75<|T1/T2|<1.25，0.02<|T2/TL|<0.055，0.04<|T3/TL|<0.07，0.05<|(T3+T4)/TL|<0.15，1<|T3/T4|<2，0.01<|T5/TL|<0.03，0.02<|(T6+T7)/TL|<0.15，3.5<|T6/T7|<4.5，0.1<|A1/TL|<0.25，0.12<|(A1+A2)/TL|<0.25，0.125<|A3/TL|<0.2，0.02<|A4/TL|<0.04，0.25<|(A4+A5)/TL|<0.4，0.035<|A6/TL|<0.06； (5)
在表达式(5)，TL是第一透镜101靠近物侧的透镜面中心顶点到成像面为止的光轴上的距离，T1至T7分别是第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103、第四透镜104、第五透镜105、第六透镜106、第七透镜107的中心厚度；A1是第一透镜101与第二透镜102之间的间隔，A2是第二透镜102与第三透镜103之间的间隔，A3是第三透镜103与第四透镜104之间的间隔，A4是第四透镜104与第五透镜105之间的间隔，A5是第五透镜105与第六透镜106之间的间隔，A6是第六透镜106与第七透镜107之间的间隔。
特别地，0.125<|A3/TL|<0.2的限定，有助于光学系统可变光圈的机械结构的实现；0.035<|A6/TL|<0.06的限定，有助于内对焦系统群机械结构的实现，进而方便光学系统的结构设计。
在一些实施例中，如图3所示，该光学系统还可包括红外透镜(IR透镜)108，该红外透镜108设置在第七透镜107和成像面I之间，具体地可以靠近成像面I设置。由此使得该光学系统可以应用于红外成像。
在一个实施例中，为了进一步地矫正，上述的非球面透镜的两个镜面或者非球面的透镜面均是高次非球面，采用所述高次非球面满足以下表达式：
Figure GDA0003500339550000091
在表达式(6)中，z为非球面旋转对称轴，c为顶点曲率；y为径向坐标，其单位和透镜单位长度相同；k为二次曲线常数，a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。
以下结合附图以及表，给出光学系统的具体数值配置，如图2所示，面数1、2、...、15表示光学系统中的表面标号，分别表示第一透镜101、第二透镜102、...、第七透镜107的镜面。
具体地，如图2所示，第一透镜101的两个透镜面分别为表面1和表面2、第二透镜102的两个透镜面分别为表面3和表面4、第三透镜103的两个透镜面分别为表面5和表面6、孔径光阑S为表面7、第四透镜104的两个透镜面分别为表面8和表面9、第五透镜105的两个透镜面分别为表面10和表面11、第六透镜106的两个透镜面分别为表面12和表面13、第七透镜107的两个透镜面分别为表面14和表面15。
在表1至表3中，曲率半径表示透镜表面弯曲的程度，可以用R表示，R值越小，镜片表面越弯；间隔或厚度(Thickness)，间隔表示为光学系统的透镜之间在光轴上的间隔距离，厚度为透镜的中心厚度；Nd表示透镜的折射率；Vd表示透镜的色散系数，也称为阿贝系数；“Infinity”表示平面；“Air”表示空气；“A(13)”表示第13表面的间隔，“A(15)”表示第15表面的间隔，以A(15)为例，具体表示第七透镜107前后的空气间隔，该第七透镜107作为内对焦透镜，在不同的物距(无限远和最近)时，对焦量是不同的，因此第13面和第15面的空气间隔数值是不同的。k为二次曲线常数，a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数。表3表示从无限远物距到最近距离对焦时对应的焦距、像方F数(光阑F数)、视场角(FOV)以及内对焦组的移动变化量的数据，内对焦组的移动变化量即为AC(13)和AC(15)。
表1为光学系统各个表面参数数据
Figure GDA0003500339550000101
表2为光学系统各个表面非球面系数数据
Figure GDA0003500339550000102
Figure GDA0003500339550000111
表3为光学系统透镜组配置数据
无限远 最近
focal length 6.22mm
FNO 2.47 2.49
FOV 117.2° 117.4°
AC(13) 1.192 1.367
AC(15) 5.863 5.688
同时，通过上述实施例的光学系统，可以看出本申请提供的光学系统具有以下优点：
(1)、本申请提供的光学系统结构紧凑，采用了将光阑位置尽可能靠近物侧面的结构，使得光学系统的总长缩短，即整个内对焦光学系统总长度(第一透镜101靠近物侧的透镜面顶点到成像面的距离)小于29mm，整个光学系统的透镜系统(第一透镜101靠近物侧的透镜面顶点到第七透镜107靠近像侧面的透镜面顶点距离)小于23mm，因此实现了光学系统的小型、轻量化和便携化；
(2)、本申请提供的光学系统的孔径光阑S位置处的空气间隔大于4mm，有助于可变光圈机械结构的实现；
(3)、本申请提供的光学系统第七透镜靠近像侧面的透镜面的中心顶点到成像面的空气间隔大于5.6mm，有助于减少灰尘对成像质量的影响，同时又有助于可交换镜头机械结构的实现；
(4)、本申请提供的光学系统采用其中的某一单片透镜或者两片胶合透镜进行内对焦作为对焦方式，使得系统整体对焦重量较轻(对焦群重量小于0.2g)，对焦速度较快，并且在近距离对焦拍摄时也能获得良好的性能；
(5)、本申请提供的光学系统对焦量较小，整体对焦量小于0.5mm，使得系统的呼吸效应较小(画面视场变化小于1°)；
(6)、本申请提供的光学系统可实现系统拍摄范围大，成像清晰，可实现0.3m至无穷远不同物距的拍摄；在设计时提升了周边光亮比；即使在光圈全开的时候，周边光亮比也在30％以上，通过整个镜头的光在画面上呈现得更均匀，有效地避免了镜头有暗角的问题；FOV大于115°，拍摄视场画面大；
(7)、本申请提供的光学系统，通过玻璃和塑胶非球面镜片组合，可实现大像面(φ16mm)、高像质、高分辨率大于20M(2000万像素)的成像效果。
需要说明的是，如图4所示，本申请的光学系统100还包括壳体110，其中第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103、第四透镜104、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107均安装在壳体110内。其中，还包括调节机构，用于实现内对焦。
此外，如图5所示，光学系统100的壳体110上还可以有螺纹孔111，通过该螺纹孔111可以将光学系统100固定在拍摄装置的镜头上，进而实现了光学系统的可交换。
请参阅图6，图6是本申请的实施例提供的一种拍摄装置的结构示意图。该拍摄装置使用可交换的光学系统以增加视场角，用于实现大像面以及高像质的成像效果。
如图6所示，拍摄装置200包括光学系统100和拍摄设备21，光学系统100采用上述实施例提供的任意一种光学系统。
拍摄装置200为可以进行拍摄的电子设备，包括手机、数码相机、运动相机、可穿戴设备或手持云台相机等。
其中，光学系统100和拍摄设备21可拆卸连接，或者固定连接。可拆卸连接方便用户使用。
示例性的，光学系统100与拍摄设备21通过磁吸、粘贴、螺纹或卡扣中的一种或多种连接方式固定。
以磁吸为例，当光学系统100与拍摄设备21通过磁吸方式固定时，光学系统100和拍摄设备21上通过磁铁公母对吸方式连接，具体地，可以在光学系统100上安装有磁铁，而拍摄设备21的对应位置安装有可供磁铁吸合的异性磁极或金属件。反之亦然，磁铁也可安装在拍摄设备21，此时光学系统10上安装有可供磁铁吸合的异性磁极或金属件。通过上述设置，可以在方便用户安装及盲操的同时，避免了频繁装卸下容易产生的接口磨损问题。
如图6所示，该拍摄设备21为运动相机，包括镜片组210、显示屏211和拍摄按键212。镜片组210用于将景物成像于拍摄设备21的传感器，比如COMS传感器或CCD传感器等；显示屏211用于显示成像，显示屏211为触控显示屏；拍摄按键212用于触发拍摄。
其中，拍摄设备21包括镜片组210，光学系统100的第七透镜107与镜片组210的最外侧镜片保持一定距离。比如大于6mm，以在光学系统与拍摄设备21连接，确保两者之间不直接接触，提高安全性。
在一个实施例中，光学系统100与拍摄设备21的镜头参数相匹配。进而提高成像质量。
示例性的，光学系统100的镜头参数包括：孔径、光圈和像面等，其中，光学系统100的孔径、光圈与拍摄设备的孔径、光圈保持一致，进而保证了整体系统像面像质的一致性。
在一个实施例中，所述镜头参数包括像面，且像面大于16mm。进而通过上述光学系统自身的设置或其与拍摄设备的配合实现了大像面成像。进而解决了现有拍摄装置的成像面小的问题。
在一个实施例中，通过使用该光学系统100，可以使拍摄装置200的视场角大于115°。由此实现了拍摄范围较大，成像清晰。
在一个实施例中，光学系统100的第一透镜101至第七透镜107的直径均大于拍摄设备21的镜片直径。由此可以实现大像面成像，进而解决了现有拍摄装置的成像面较小，多小于直径为16mm的像面，且分辨率较低和像质较差等问题。
上述实施例中的拍摄装置，由于使用了本申请实施例提供的光学系统，由此可以增加拍摄装置的视场角，同时又提高了拍摄装置的成像质量。
请参阅图7，图7是本申请的实施例提供的一种可移动平台的结构示意图。该可移动平台搭载有拍摄装置，实现拍摄。
如图7所示，可移动平台300包括平台本体310和拍摄装置200，拍摄装置200安装在平台本体310上，拍摄装置200包括光学系统100和拍摄设备21，光学系统100连接于拍摄设备21上，光学系统100采用上述实施例提供的任意一种光学系统。
示例性的，可移动平台300包括飞行器、机器人或手持云台等。
其中，该飞行器包括无人机，该无人机包括旋翼型无人机，例如四旋翼无人机、六旋翼无人机、八旋翼无人机，也可以是固定翼无人机，还可以是旋翼型与固定翼无人机的组合，在此不作限定。
其中，机器人也可以称为教育机器人，使用了麦克纳姆轮全向底盘，且全身设有多块智能装甲，每个智能装甲内置击打检测模块，可迅速检测物理打击。同时还包括两轴云台，可以灵活转动，配合发射器准确、稳定、连续地发射水晶弹或红外光束，配合弹道光效，给用户更为真实的射击体验。
比如，将光学系统安装在无人机上，由于光学系统可以以增加镜头的视场角，进而可拍摄较大范围的景物，同时又可以提高拍摄装置的成像质量，而且多个透镜的组合使得相对距离较小，进而减小了光学系统的体积，实现了小型化和轻便化。由此，在无人机用于航拍时，通过使用该光学系统可以拍摄出更好的图像，进而提高了用户的体验度。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (62)

1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统由从物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜组成，所述第一透镜、第二透镜、第五透镜、第七透镜具有负光焦度，所述第三透镜、第四透镜、第六透镜具有正光焦度；
所述光学系统满足以下表达式：
1.5<|f1/f|<2.5，4<|(f2+f1)/f|<6，1<|f3/f|<2，1<|f4/f|<2，0.9<|f5/f|<1.5，0.9<|f5/f6|<1.5，4.5<|f7/f6|<6，4.5<|f7/f|<6，4<|TL/f|<5，0.2<|BFL/TL|<0.5；
其中，f是所述光学系统的焦距，f1是所述第一透镜的焦距、f2是所述第二透镜的焦距，f3是所述第三透镜的焦距，f4是所述第四透镜的焦距，f5是所述第五透镜的焦距，f6是所述第六透镜的焦距，f7是所述第七透镜的焦距，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离；BFL是所述第七透镜靠近像侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统中至少包括一个玻璃材质的透镜；和/或，所述光学系统中至少包括一个塑胶材质的透镜。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜、第五透镜、第七透镜中至少有一个是塑胶材质的透镜。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统中至少有一个透镜是非球面透镜。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜、第五透镜、第六透镜或第七透镜的两个透镜面中至少有一个是非球面。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三透镜和第四透镜位于所述光学系统的孔径光阑的两侧。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的孔径光阑所处位置的间隔大于4mm，其中，所述所处位置的间隔为与所述孔径光阑相邻的两个透镜之间的距离。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第七透镜靠近像侧的透镜面的中心顶点到成像面的间隔大于预设距离，所述预设距离包括5.6mm。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的第二透镜至第七透镜中至少有一个透镜能够作为内对焦透镜组。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，在内对焦时对焦透镜与相邻透镜的间隔均至少大于1.1mm。
11.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的内对焦透镜组的重量小于0.2g；和/或，在内对焦时，内对焦透镜组对应的调整量小于0.5mm。
12.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统的视场角大于115°；和/或，所述光学系统的画面视场变化小于0.5°。
13.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括红外透镜，所述红外透镜设置所述第七透镜和所述成像面之间。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足如下表达式：
vd1>40，0<vd2<40，0<vd3<40，vd4>40，0<vd5<40，vd6>40，0<vd7<40
其中，vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7分别是所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的色散系数。
15.根据权利要求14所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜满足如下表达式：0<vd2<30，0<vd5<30，vd6>75，0<vd7<30。
16.根据权利要求14或15所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足如下表达式：
1.7<nd1<2，1.4<nd2<1.7，1.7<nd3<2，1.7<nd4<2，1.4<nd5<1.7，1.4<nd6<1.7，1.4<nd7<1.7
其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5、nd6、nd7分别是所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的折射率。
17.根据权利要求16所述的光学系统，其特征在于，所述第三透镜、第六透镜满足如下表达式：nd3>1.85，nd6<1.55。
18.根据权利要求1至13任一项所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜满足如下表达式：
0.4<|D1/R1|<1，2<|D1/R2|<3.6
其中，D1是所述第一透镜的直径，R1是所述第一透镜靠近物侧的透镜面的曲率半径，R2是所述第一透镜靠近像侧的透镜面的曲率半径。
19.根据权利要求1至13任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足如下表达式：
0.75<|T1/T2|<1.25，0.02<|T2/TL|<0.055，0.04<|T3/TL|<0.07，0.05<|(T3+T4)/TL|<0.15，1<|T3/T4|<2，0.01<|T5/TL|<0.03，0.02<|(T6+T7)/TL|<0.15，3.5<|T6/T7|<4.5，0.1<|A1/TL|<0.25，0.12<|(A1+A2)/TL|<0.25，0.125<|A3/TL|<0.2，0.02<|A4/TL|<0.04，0.25<|(A4+A5)/TL|<0.4，0.035<|A6/TL|<0.06；
其中，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心顶点到成像面为止的光轴上的距离，T1至T7分别是所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的中心厚度；A1是所述第一透镜与所述第二透镜之间的间隔，A2是所述第二透镜与所述第三透镜之间的间隔，A3是所述第三透镜与所述第四透镜之间的间隔，A4是所述第四透镜与所述第五透镜之间的间隔，A5是所述第五透镜与所述第六透镜之间的间隔，A6是所述第六透镜与所述第七透镜之间的间隔。
20.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统总长小于29mm；和/或，所述光学系统的透镜系统的长度小于23mm，所述透镜系统为所述第一透镜物侧面的顶点到所述第七透镜像侧面顶点距离。
21.一种拍摄装置，其特征在于，所述拍摄装置包括光学系统和拍摄设备，所述光学系统连接于所述拍摄设备，所述光学系统由从物侧到像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜组成，所述第一透镜、第二透镜、第五透镜、第七透镜具有负光焦度，所述第三透镜、第四透镜、第六透镜具有正光焦度；
所述光学系统满足以下表达式：
1.5<|f1/f|<2.5，4<|(f2+f1)/f|<6，1<|f3/f|<2，1<|f4/f|<2，0.9<|f5/f|<1.5，0.9<|f5/f6|<1.5，4.5<|f7/f6|<6，4.5<|f7/f|<6，4<|TL/f|<5，0.2<|BFL/TL|<0.5；
其中，f是所述光学系统的焦距，f1是所述第一透镜的焦距、f2是所述第二透镜的焦距，f3是所述第三透镜的焦距，f4是所述第四透镜的焦距，f5是所述第五透镜的焦距，f6是所述第六透镜的焦距，f7是所述第七透镜的焦距，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离；BFL是所述第七透镜靠近像侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离。
22.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统中至少包括一个玻璃材质的透镜；和/或，所述光学系统中至少包括一个塑胶材质的透镜。
23.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述第二透镜、第五透镜、第七透镜中至少有一个是塑胶材质的透镜。
24.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统中至少有一个透镜是非球面透镜。
25.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述第二透镜、第五透镜、第六透镜或第七透镜的两个透镜面中至少有一个是非球面。
26.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述第三透镜和第四透镜位于所述光学系统的孔径光阑的两侧。
27.根据权利要求26所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统的孔径光阑所处位置的间隔大于4mm，其中，所述所处位置的间隔为与所述孔径光阑相邻的两个透镜之间的距离。
28.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述第七透镜靠近像侧的透镜面的中心顶点到成像面的间隔大于预设距离，所述预设距离包括5.6mm。
29.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统的第二透镜至第七透镜中至少有一个透镜能够作为内对焦透镜组。
30.根据权利要求29所述的拍摄装置，其特征在于，在内对焦时对焦透镜与相邻透镜的间隔均至少大于1.1mm。
31.根据权利要求29所述的拍摄装置，其特征在于，在内对焦时，内对焦透镜组对应的调整量小于0.5mm；和/或，所述光学系统的内对焦透镜组的重量小于0.2g。
32.根据权利要求29所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统的视场角大于115°；和/或，所述光学系统的画面视场变化小于0.5°。
33.根据权利要求29所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统还包括红外透镜，所述红外透镜设置所述第七透镜和所述成像面之间。
34.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统满足如下表达式：
vd1>40，0<vd2<40，0<vd3<40，vd4>40，0<vd5<40，vd6>40，0<vd7<40
其中，vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7分别是所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的色散系数。
35.根据权利要求34所述的拍摄装置，其特征在于，所述第二透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜满足如下表达式：0<vd2<30，0<vd5<30，vd6>75，0<vd7<30。
36.根据权利要求34或35所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统满足如下表达式：
1.7<nd1<2，1.4<nd2<1.7，1.7<nd3<2，1.7<nd4<2，1.4<nd5<1.7，1.4<nd6<1.7，1.4<nd7<1.7
其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5、nd6、nd7分别是所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的折射率。
37.根据权利要求36所述的拍摄装置，其特征在于，所述第三透镜、第六透镜满足如下表达式：nd3>1.85，nd6<1.55。
38.根据权利要求21至33任一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述第一透镜满足如下表达式：
0.4<|D1/R1|<1，2<|D1/R2|<3.6
其中，D1是所述第一透镜的直径，R1是所述第一透镜靠近物侧的透镜面的曲率半径，R2是所述第一透镜靠近像侧的透镜面的曲率半径。
39.根据权利要求21至33任一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统满足如下表达式：
0.75<|T1/T2|<1.25，0.02<|T2/TL|<0.055，0.04<|T3/TL|<0.07，0.05<|(T3+T4)/TL|<0.15，1<|T3/T4|<2，0.01<|T5/TL|<0.03，0.02<|(T6+T7)/TL|<0.15，3.5<|T6/T7|<4.5，0.1<|A1/TL|<0.25，0.12<|(A1+A2)/TL|<0.25，0.125<|A3/TL|<0.2，0.02<|A4/TL|<0.04，0.25<|(A4+A5)/TL|<0.4，0.035<|A6/TL|<0.06；
其中，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心顶点到成像面为止的光轴上的距离，T1至T7分别是所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的中心厚度；A1是所述第一透镜与所述第二透镜之间的间隔，A2是所述第二透镜与所述第三透镜之间的间隔，A3是所述第三透镜与所述第四透镜之间的间隔，A4是所述第四透镜与所述第五透镜之间的间隔，A5是所述第五透镜与所述第六透镜之间的间隔，A6是所述第六透镜与所述第七透镜之间的间隔。
40.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统总长小于29mm；和/或，所述光学系统的透镜系统的长度小于23mm，所述透镜系统为所述第一透镜物侧面的顶点到所述第七透镜像侧面顶点距离。
41.根据权利要求21所述的拍摄装置，其特征在于，所述光学系统与所述拍摄设备通过磁吸、粘贴、螺纹或卡扣中的一种或多种连接方式固定连接。
42.一种可移动平台，其特征在于，所述可移动平台包括平台本体和拍摄装置，所述拍摄装置搭载在所述平台本体上；所述拍摄装置包括光学系统和拍摄设备，所述光学系统连接于所述拍摄设备，所述光学系统由从物侧到像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜组成，所述第一透镜、第二透镜、第五透镜、第七透镜具有负光焦度，所述第三透镜、第四透镜、第六透镜具有正光焦度；
所述光学系统满足以下表达式：
1.5<|f1/f|<2.5，4<|(f2+f1)/f|<6，1<|f3/f|<2，1<|f4/f|<2，0.9<|f5/f|<1.5，0.9<|f5/f6|<1.5，4.5<|f7/f6|<6，4.5<|f7/f|<6，4<|TL/f|<5，0.2<|BFL/TL|<0.5；
其中，f是所述光学系统的焦距，f1是所述第一透镜的焦距、f2是所述第二透镜的焦距，f3是所述第三透镜的焦距，f4是所述第四透镜的焦距，f5是所述第五透镜的焦距，f6是所述第六透镜的焦距，f7是所述第七透镜的焦距，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离；BFL是所述第七透镜靠近像侧的透镜面中心到成像面为止的光轴上的距离。
43.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统中至少包括一个玻璃材质的透镜；和/或，所述光学系统中至少包括一个塑胶材质的透镜。
44.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述第二透镜、第五透镜、第七透镜中至少有一个是塑胶材质的透镜。
45.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统中至少有一个透镜是非球面透镜。
46.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述第二透镜、第五透镜、第六透镜或第七透镜的两个透镜面中至少有一个是非球面。
47.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述第三透镜和第四透镜位于所述光学系统的孔径光阑的两侧。
48.根据权利要求47所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统的孔径光阑所处位置的间隔大于4mm，其中，所述所处位置的间隔为与所述孔径光阑相邻的两个透镜之间的距离。
49.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述第七透镜靠近像侧的透镜面的中心顶点到成像面的间隔大于预设距离，所述预设距离包括5.6mm。
50.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统的第二透镜至第七透镜中至少有一个透镜能够作为内对焦透镜组。
51.根据权利要求50所述的可移动平台，其特征在于，在内对焦时对焦透镜与相邻透镜的间隔均至少大于1.1mm。
52.根据权利要求50所述的可移动平台，其特征在于，在内对焦时，内对焦透镜组对应的调整量小于0.5mm；和/或，所述光学系统的内对焦透镜组的重量小于0.2g。
53.根据权利要求50所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统的视场角大于115°；和/或，所述光学系统的画面视场变化小于0.5°。
54.根据权利要求50所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统还包括红外透镜，所述红外透镜设置所述第七透镜和所述成像面之间。
55.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统满足如下表达式：
vd1>40，0<vd2<40，0<vd3<40，vd4>40，0<vd5<40，vd6>40，0<vd7<40
其中，vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7分别是所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的色散系数。
56.根据权利要求55所述的可移动平台，其特征在于，所述第二透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜满足如下表达式：0<vd2<30，0<vd5<30，vd6>75，0<vd7<30。
57.根据权利要求55或56所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统满足如下表达式：
1.7<nd1<2，1.4<nd2<1.7，1.7<nd3<2，1.7<nd4<2，1.4<nd5<1.7，1.4<nd6<1.7，1.4<nd7<1.7
其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5、nd6、nd7分别是所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的折射率。
58.根据权利要求57所述的可移动平台，其特征在于，所述第三透镜、第六透镜满足如下表达式：nd3>1.85，nd6<1.55。
59.根据权利要求42至54任一项所述的可移动平台，其特征在于，所述第一透镜满足如下表达式：
0.4<|D1/R1|<1，2<|D1/R2|<3.6
其中，D1是所述第一透镜的直径，R1是所述第一透镜靠近物侧的透镜面的曲率半径，R2是所述第一透镜靠近像侧的透镜面的曲率半径。
60.根据权利要求42至54任一项所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统满足如下表达式：
0.75<|T1/T2|<1.25，0.02<|T2/TL|<0.055，0.04<|T3/TL|<0.07，0.05<|(T3+T4)/TL|<0.15，1<|T3/T4|<2，0.01<|T5/TL|<0.03，0.02<|(T6+T7)/TL|<0.15，3.5<|T6/T7|<4.5，0.1<|A1/TL|<0.25，0.12<|(A1+A2)/TL|<0.25，0.125<|A3/TL|<0.2，0.02<|A4/TL|<0.04，0.25<|(A4+A5)/TL|<0.4，0.035<|A6/TL|<0.06；
其中，TL是所述第一透镜靠近物侧的透镜面中心顶点到成像面为止的光轴上的距离，T1至T7分别是所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的中心厚度；A1是所述第一透镜与所述第二透镜之间的间隔，A2是所述第二透镜与所述第三透镜之间的间隔，A3是所述第三透镜与所述第四透镜之间的间隔，A4是所述第四透镜与所述第五透镜之间的间隔，A5是所述第五透镜与所述第六透镜之间的间隔，A6是所述第六透镜与所述第七透镜之间的间隔。
61.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统总长小于29mm；和/或，所述光学系统的透镜系统的长度小于23mm，所述透镜系统为所述第一透镜物侧面的顶点到所述第七透镜像侧面顶点距离。
62.根据权利要求42所述的可移动平台，其特征在于，所述光学系统与所述拍摄设备通过磁吸、粘贴、螺纹或卡扣中的一种或多种连接方式固定连接。
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