CN113568148B - 一种高清光学系统及光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高清光学系统及光学镜头，由物侧至像侧依次包含：第一透镜，具有正屈折力；第二透镜，具有负屈折力；第三透镜，具有正屈折力；第四透镜，具有正屈折力；第五透镜，具有负屈折力；第六透镜，具有正屈折力；以及第七透镜，具有负屈折力；所述高清光学系统满足以下关系式：0.5＜f1/f＜1.5；‑2.0＜f2/f＜‑1.0；其中，f为高清光学系统的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜焦距。本发明提供了一种高清光学系统及光学镜头，包含七片透镜，通过约束各透镜的屈折力，并约束第一透镜和第二透镜分别与高清光学系统的焦距的关系，使得高清光学系统实现摄远效果的同时将畸变控制在合理范围内，从而有效改善航拍时的拍摄效果。

Description

一种高清光学系统及光学镜头
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种高清光学系统及光学镜头。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操控。
近年来，随着无人驾驶飞机技术及摄像技术的逐渐成熟，人们得以利用无人驾驶飞机搭载摄像头进行航拍，使得各种航拍产品受到越来越多人们的青睐，市场潜力巨大。但是，应用于航拍的摄像系统目前存在较多，如像素不高、大视场镜头畸变太大，以及物像对比失真严重，拍摄效果不佳。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高清光学系统及光学镜头，解决现有技术中应用于航拍的摄像系统拍摄效果不佳的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种高清光学系统，由物侧至像侧依次包含：
第一透镜，具有正屈折力；
第二透镜，具有负屈折力；
第三透镜，具有正屈折力；
第四透镜，具有正屈折力；
第五透镜，具有负屈折力；
第六透镜，具有正屈折力；以及
第七透镜，具有负屈折力；
所述高清光学系统满足以下关系式：
0.5＜f1/f＜1.5；
-2.0＜f2/f＜-1.0；
其中，f为高清光学系统的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜焦距。
可选地，所述第二透镜为玻璃球面透镜，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜均为塑料非球面透镜。
可选地，所述高清光学系统还包括一光阑，所述光阑设置于第一透镜的物侧；
所述第一透镜，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
所述第二透镜，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
所述第三透镜，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
所述第四透镜，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；
所述第五透镜，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
所述第六透镜，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；
所述第七透镜，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凹面。
可选地，所述高清光学系统满足以下关系式：
3.0＜f5/f2＜4.0；
其中，f5为第五透镜的焦距。
可选地，所述高清光学系统满足以下关系式：
0.5＜f14/f＜1.5；
其中，f14为第一透镜至第四透镜的焦距。
可选地，所述高清光学系统满足以下关系式：
-1.5＜f57/f＜-0.5；
其中，f57为第五透镜至第七透镜的焦距。
可选地，所述高清光学系统满足以下关系式：
3.4＜R11/CT1＜4.5；
其中，R11为第一透镜物侧表面的曲率半径，CT1为第一透镜在光轴上的中心厚度。
可选地，所述高清光学系统满足以下关系式：
0.30＜Fno/ImgH；
其中，Fno为高清光学系统的光圈值，ImgH为高清光学系统的成像面上有效像素区域的对角线长的一半。
可选地，所述高清光学系统满足以下关系式：
V2＜23.0；
V5＜V6；
N2＜1.9；
其中，V2为第二透镜的阿贝数，V5为第五透镜的阿贝数，V6为第六透镜的阿贝数，N2为第二透镜的折射率。
本发明还提供了一种光学镜头，包括如上任一项所述的高清光学系统。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种高清光学系统及光学镜头，包含七片透镜，通过约束各透镜的屈折力，并约束第一透镜和第二透镜分别与高清光学系统的焦距的关系，使得高清光学系统实现摄远效果的同时将畸变控制在合理范围内，从而有效改善航拍时的拍摄效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了本发明实施例一的一种高清光学系统的示意图；
图2由左至右依序为本发明实施例一的一种高清光学系统的像散和畸变曲线图；
图3为本发明实施例一的一种高清光学系统的球差曲线图；
图4示出了本发明实施例二的一种高清光学系统的示意图；
图5由左至右依序为本发明实施例二的一种高清光学系统的像散和畸变曲线图；
图6为本发明实施例二的一种高清光学系统的球差曲线图；
图7示出了本发明实施例三的一种高清光学系统的示意图；
图8由左至右依序为本发明实施例三的一种高清光学系统的像散和畸变曲线图；
图9为本发明实施例三的一种高清光学系统的球差曲线图；
图10示出了本发明实施例四的一种高清光学系统的示意图；
图11由左至右依序为本发明实施例四的一种高清光学系统的像散和畸变曲线图；
图12为本发明实施例四的一种高清光学系统的球差曲线图。
上述图中：
第一透镜：110、210、310、410；
第二透镜：120、220、320、420；
第三透镜：130、230、330、430；
第四透镜：140、240、340、440；
第五透镜：150、250、350、450；
第六透镜：160、260、360、460；
第七透镜：170、270、370、470；
红外滤光片：180、280、380、480；
光阑：101、201、301、401。
各参数的定义说明如下：
f：高清光学系统的焦距；
f1：第一透镜的焦距；
f2：第二透镜的焦距；
f5：第五透镜的焦距；
f14：第一透镜至第四透镜的焦距；
f57：第五透镜至第七透镜的焦距；
R11：第一透镜物侧表面的曲率半径；
CT1：第一透镜在光轴上的中心厚度；
Fno：高清光学系统的光圈值；
ImgH：高清光学系统的成像面上有效像素区域的对角线长的一半；
V2：第二透镜的阿贝数；
N2：第二透镜的折射率；
V5：第五透镜的阿贝数；
V6：第六透镜的阿贝数。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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。
近年来，随着无人驾驶飞机技术及摄像技术的逐渐成熟，人们得以利用无人驾驶飞机搭载摄像头进行航拍，使得各种航拍产品受到越来越多人们的青睐，市场潜力巨大。但是，应用于航拍的摄像系统仍存在一些缺点，如像素不高、大视场镜头畸变太大、物像对比失真严重、相对照度较低，以及温度适用范围小、易老化和寿命短的问题。本发明旨在于提供一种高清光学系统及光学镜头，以解决现有技术中的前述问题。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供一种高清光学系统，由物侧至像侧依次包含光阑、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。
其中，第一透镜具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
第二透镜具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
第三透镜，具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
第四透镜，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；
第五透镜，具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
第六透镜，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；
第七透镜，具有负屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凹面。
进一步地，高清光学系统满足以下关系式：0.5＜f1/f＜1.5；-2.0＜f2/f＜-1.0；其中，f为高清光学系统的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜焦距。通过控制第一透镜的光焦度对光学系统总光焦度的贡献率，能够尽可能减小光线的偏转角，降低大视场下的镜头畸变，从而有效改善成像质量。通过控制第二透镜的屈折力大小，从而修正像差以保证成像品质，具有优秀的消像差效果，满足高像素和大像高的要求。
此外，本发明中，第二透镜为玻璃球面透镜，第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜均为塑料非球面透镜。玻璃和塑料混合的材质能够有效扩大该光学系统的温度使用范围，使其能够应用于更多场景，并有效延长其使用寿命。
进一步地，高清光学系统满足以下关系式：3.0＜f5/f2＜4.0；其中，f2为第二透镜焦距，f5为第五透镜的焦距。通过合理控制第二透镜和第五透镜的有效焦距的比值，能够合理分配光学系统的光焦度，使得前组透镜和后组透镜的正负球差得以相互抵消。
进一步地，高清光学系统满足以下关系式：0.5＜f14/f＜1.5；-1.5＜f57/f＜-0.5；其中，f14为第一透镜至第四透镜的焦距，f57为第五透镜至第七透镜的焦距。通过将第一透镜至第七透镜的球差贡献量控制在合理范围内，从而能够提高光学系统于轴上视场区域的成像质量，并降低光学系统的组装敏感度。
进一步地，高清光学系统满足以下关系式：3.4＜R11/CT1＜4.5；其中，R11为第一透镜物侧表面的曲率半径，CT1为第一透镜在光轴上的中心厚度。通过使第一透镜物侧表面的曲率半径与第一透镜在光轴上的中心厚度的比值控制在合理范围内，借此规定第一透镜的形状，能够减弱光线经过第一透镜的偏折程度，从而减小像差。
进一步地，高清光学系统满足以下关系式：0.30＜Fno/ImgH；其中，Fno为高清光学系统的光圈值，ImgH为高清光学系统的成像面上有效像素区域的对角线长的一半。通过使光学系统满足该条件式，有利于扩大感光面的尺寸，从而有效高成像效率。
进一步地，高清光学系统满足以下关系式：V2＜23.0，N2＜1.9；其中，V2为第二透镜的阿贝数，N2为第二透镜的折射率。通过限定第二镜头的结构，有利于修正色像差，同时能够抑制伴随广角化产生的倍率色像差。
进一步地，高清光学系统满足以下关系式：V5＜V6；其中，V5为第五透镜的阿贝数，V6为第六透镜的阿贝数。通过约束第五透镜和第六透镜的阿贝数，能够达到调整镜头中后段折射率的效果，使得镜头的总长度降低、分辨率提高，同时具备良好的光学性能。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
请参阅图1至图3，图1示出了本发明实施例一的一种高清光学系统的示意图，图2由左至右依序为本发明实施例一的一种高清光学系统的像散和畸变曲线图，图3为本发明实施例一的一种高清光学系统的球差曲线图。
本发明提供一种高清光学系统，由物侧至像侧依次包含光阑101、第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160和第七透镜170。
其中，第一透镜110具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第二透镜120具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第三透镜130，具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第四透镜140，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；第五透镜150，具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第六透镜160，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；第七透镜170，具有负屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凹面。
本发明实施例中，光阑101配置为前置光阑，即光阑101位于被摄物与第一透镜110110之间，能够使高清光学系统的出射瞳(Exit Pupil)与成像面产生较长的距离，使其具有远心(Telecentric)效果，并可增加电子感光元件的CCD或CMOS接收影像的效率。
此外，本高清光学系统还包含红外滤光，该红外滤光片180置于第七透镜170与成像面之间，通过红外滤光片180滤除进入镜头中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。具体地，红外滤光片180可以采用玻璃材质，以避免影响焦距。
请配合参照下列表1-1、表1-2以及表1-3。
Figure BDA0003202425930000081
Figure BDA0003202425930000091
Figure BDA0003202425930000092
Figure BDA0003202425930000101
Figure BDA0003202425930000102
表1-1为实施例一详细的结构数据，其中曲率半径、厚度及焦距的单位为毫米，f为高清光学系统的焦距，Fno为光圈值，TTL为高清光学系统的光学总长。
表1-2为实施例一中的非球面系数数据，其中，k表非球面曲线方程式中的锥面系数，A4、A6、A8、A10、A12、A14和A16则表示各表面第4、6、8、10、12、14及16阶非球面系数。
表1-3为实施例一中该高清光学系统所满足的条件。
此外，以下各实施例表格乃对应各实施例的示意图与曲线图，表格中数据的定义皆与第一实施例的表1-1、表1-2以及表1-3的定义相同，在此不再进行赘述。
实施例二
请参阅图4至图6，图4示出了本发明实施例二的一种高清光学系统的示意图，图5由左至右依序为本发明实施例二的一种高清光学系统的像散和畸变曲线图，图6为本发明实施例二的一种高清光学系统的球差曲线图。
本发明提供一种高清光学系统，由物侧至像侧依次包含光阑201、第一透镜210、第二透镜220、第三透镜230、第四透镜240、第五透镜250、第六透镜260和第七透镜270。
其中，第一透镜210具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第二透镜220具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第三透镜230，具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第四透镜240，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；第五透镜250，具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第六透镜260，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；第七透镜270，具有负屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凹面。
本发明实施例中，光阑201配置为前置光阑，即光阑201位于被摄物与第一透镜210110之间，能够使高清光学系统的出射瞳(Exit Pupil)与成像面产生较长的距离，使其具有远心(Telecentric)效果，并可增加电子感光元件的CCD或CMOS接收影像的效率。
此外，本高清光学系统还包含红外滤光，该红外滤光片280置于第七透镜270与成像面之间，通过红外滤光片280滤除进入镜头中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。具体地，红外滤光片280可以采用玻璃材质，以避免影响焦距。
请配合参照下列表2-1、表2-2以及表2-3。
Figure BDA0003202425930000121
Figure BDA0003202425930000131
Figure BDA0003202425930000132
Figure BDA0003202425930000141
实施例三
请参阅图7至图9，图7示出了本发明实施例三的一种高清光学系统的示意图，图8由左至右依序为本发明实施例三的一种高清光学系统的像散和畸变曲线图，图9为本发明实施例三的一种高清光学系统的球差曲线图。
本发明提供一种高清光学系统，由物侧至像侧依次包含光阑301、第一透镜310、第二透镜320、第三透镜330、第四透镜340、第五透镜350、第六透镜360和第七透镜370。
其中，第一透镜310具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第二透镜320具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第三透镜330，具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第四透镜340，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；第五透镜350，具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第六透镜360，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；第七透镜370，具有负屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凹面。
本发明实施例中，光阑301配置为前置光阑，即光阑301位于被摄物与第一透镜310110之间，能够使高清光学系统的出射瞳(Exit Pupil)与成像面产生较长的距离，使其具有远心(Telecentric)效果，并可增加电子感光元件的CCD或CMOS接收影像的效率。
此外，本高清光学系统还包含红外滤光，该红外滤光片380置于第七透镜370与成像面之间，通过红外滤光片380滤除进入镜头中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。具体地，红外滤光片380可以采用玻璃材质，以避免影响焦距。
请配合参照下列表3-1、表3-2以及表3-3。
Figure BDA0003202425930000142
/>
Figure BDA0003202425930000151
Figure BDA0003202425930000152
/>
Figure BDA0003202425930000161
Figure BDA0003202425930000162
Figure BDA0003202425930000171
实施例四
请参阅图10至图12，图10示出了本发明实施例四的一种高清光学系统的示意图，图11由左至右依序为本发明实施例四的一种高清光学系统的像散和畸变曲线图，图12为本发明实施例四的一种高清光学系统的球差曲线图。
本发明提供一种高清光学系统，由物侧至像侧依次包含光阑401、第一透镜410、第二透镜420、第三透镜430、第四透镜440、第五透镜450、第六透镜460和第七透镜470。
其中，第一透镜410具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第二透镜420具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第三透镜430，具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第四透镜440，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；第五透镜450，具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；第六透镜460，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；第七透镜470，具有负屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凹面。
本发明实施例中，光阑401配置为前置光阑，即光阑位于被摄物与第一透镜410之间，能够使高清光学系统的出射瞳(Exit Pupil)与成像面产生较长的距离，使其具有远心(Telecentric)效果，并可增加电子感光元件的CCD或CMOS接收影像的效率。
此外，本高清光学系统还包含红外滤光，该红外滤光片480置于第七透镜470与成像面之间，通过红外滤光片480滤除进入镜头中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声。具体地，红外滤光片480可以采用玻璃材质，以避免影响焦距。
请配合参照下列表4-1、表4-2以及表4-3。
Figure BDA0003202425930000172
/>
Figure BDA0003202425930000181
Figure BDA0003202425930000182
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Figure BDA0003202425930000191
Figure BDA0003202425930000192
实施例五
本发明实施例提供了一种光学镜头，包括如上任一项实施例的高清光学系统。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高清光学系统，其特征在于，由物侧至像侧依次设置的第一透镜至第七透镜组成；
第一透镜，具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
第二透镜，具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
第三透镜，具有正屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
第四透镜，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；
第五透镜，具有负屈折力，其物侧面于近轴处为凸面，其像侧面于近轴处为凹面；
第六透镜，具有正屈折力，其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凸面；
第七透镜，具有负屈折力；其物侧面于近轴处和像侧面于近轴处均为凹面；
所述高清光学系统还包括一光阑，所述光阑设置于第一透镜的物侧；
所述高清光学系统满足以下关系式：
0.5＜f1/f＜1.5；
-2.0＜f2/f＜-1.0；
其中，f为高清光学系统的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜焦距。
2.根据权利要求1所述的高清光学系统，其特征在于，所述第二透镜为玻璃球面透镜，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜均为塑料非球面透镜。
3.根据权利要求1所述的高清光学系统，其特征在于，所述高清光学系统满足以下关系式：
3.0＜f5/f2＜4.0；
其中，f5为第五透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的高清光学系统，其特征在于，所述高清光学系统满足以下关系式：
0.5＜f14/f＜1.5；
其中，f14为第一透镜至第四透镜的焦距。
5.根据权利要求1所述的高清光学系统，其特征在于，所述高清光学系统满足以下关系式：
-1.5＜f57/f＜-0.5；
其中，f57为第五透镜至第七透镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的高清光学系统，其特征在于，所述高清光学系统满足以下关系式：
3.4＜R11/CT1＜4.5；
其中，R11为第一透镜物侧表面的曲率半径，CT1为第一透镜在光轴上的中心厚度。
7.根据权利要求1所述的高清光学系统，其特征在于，所述高清光学系统满足以下关系式：
0.30＜Fno/ImgH；
其中，Fno为高清光学系统的光圈值，ImgH为高清光学系统的成像面上有效像素区域的对角线长的一半。
8.根据权利要求1所述的高清光学系统，其特征在于，所述高清光学系统满足以下关系式：
V2＜23.0；
V5＜V6；
N2＜1.9；
其中，V2为第二透镜的阿贝数，V5为第五透镜的阿贝数，V6为第六透镜的阿贝数，N2为第二透镜的折射率。
9.一种光学镜头，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的高清光学系统。
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