CN115373105A - 光学系统和图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及光学系统和图像拾取装置。光学系统由前单元和后单元组成。前单元由具有正折光力的第一透镜、部署在第一透镜的像侧并且具有正折光力的第二透镜以及第三透镜组成。第一透镜和第二透镜中的每一个针对d线具有1.7或更高的折射率。后单元由两个以上且四个以下的透镜组成，并且包括具有正折光力的第四透镜和与第四透镜相邻并且具有负折光力的第五透镜。第四透镜和第五透镜中的每一个由有机材料制成。满足预定条件。

Description

光学系统和图像拾取装置

技术领域

本发明涉及光学系统和图像拾取装置。

背景技术

近来需要一种小型且重量轻但具有高性能(高成像性能)的光学系统。日本专利公开No.(“JP”)2019-35781公开了一种成像透镜(光学系统)，其由从物侧到像侧依次布置的正透镜、负透镜、负透镜、负透镜和正透镜组成。

在JP 2019-35781中公开的光学系统中，所有透镜中的每一个都由具有比无机材料(玻璃)的线性膨胀系数大的线性膨胀系数的有机材料(树脂)制成，因此示出厚度和曲率的大改变，即，像差的大改变。第一透镜的R1表面与光圈(孔径光阑)表面对应，并且进入第一透镜的光束粗。而且，当温度或湿度改变时，由于有机材料，球面像差的改变和彗差的改变是显著的并且成为降低整个图像的成像性能的因素。此外，第一透镜具有低折射率，因此中心或轴上厚度变大，并且难以减小光学系统的尺寸。

发明内容

本发明提供了光学系统和图像拾取装置，每个都小且重量轻，并且具有高性能。

根据本发明的一个方面的光学系统由前单元和后单元组成。前单元由具有正折光力的第一透镜、部署在第一透镜的像侧并具有正折光力的第二透镜以及第三透镜组成。第一透镜和第二透镜中的每一个对于d线具有1.7或更高的折射率。后单元由两个以上且四个以下的透镜组成，并且包括具有正折光力的第四透镜和与第四透镜相邻且具有负折光力的第五透镜。第四透镜和第五透镜中的每一个由有机材料制成。满足以下条件表达式：

0.75<νdA/νdB<1.30

0.75<-fA/fB<1.30

其中νdA是第四透镜的阿贝数，νdB是第五透镜的阿贝数，fA是第四透镜的焦距，并且fB是第五透镜的焦距。

根据本发明的另一方面的图像拾取装置包括上述光学系统，以及被配置为对由该光学系统形成的光学图像进行成像的图像传感器。

本发明的其它特征将从以下参考附图对示例性实施例的描述中变得清楚。

附图说明

图1是根据示例1的光学系统的截面图。

图2是根据示例1的光学系统的像差图。

图3是根据示例2的光学系统的截面图。

图4是根据示例2的光学系统的像差图。

图5是根据示例3的光学系统的截面图。

图6是根据示例3的光学系统的像差图。

图7是根据示例4的光学系统的截面图。

图8是根据示例4的光学系统的像差图。

图9是包括根据各个实施例的光学系统的图像拾取装置的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，将给出根据本发明的实施例的描述。

图1、图3、图5和图7分别是根据示例1至示例4的光学系统L0处于无限远对焦状态(在无限远处物体上的对焦状态)下的截面图。根据各个示例的光学系统是用于诸如数码摄像机、数码相机、广播相机、基于胶片的相机和监控相机之类的图像拾取装置的成像光学系统。在各个截面图中，左侧是物侧(前)，右侧是像侧(后)。

在图1中，LO表示光学系统(整个成像光学系统)，FG表示前单元，并且RG表示后单元。在后单元RG中，A表示由有机材料(树脂)制成并具有正折光力的透镜(第四透镜)，B表示由有机材料(树脂)制成、具有负折光力并且与透镜A相邻的透镜(第五透镜)。SP表示光圈(孔径光阑)，并且IP表示像平面。当成像光学系统用于摄像机或数码相机时，诸如CCD传感器和CMOS传感器之类的固态图像传感器(光电转换元件)的成像平面被放置在像平面IP上，并且当成像光学系统用于基于胶片的相机时，诸如胶片平面之类的感光表面被部署在像平面IP上。

图2、图4、图6和图8分别是根据示例1至示例4的光学系统LO处于无限远对焦状态下的像差图。球面像差图例示了针对d线(波长587.6nm)和g线(波长435.8nm)的球面像差量，其中Fno是F数。在像散图中，S表示弧矢像平面中的像散量，并且M表示子午像平面中的像散量。畸变图例示了针对d线的畸变量。色差图例示了针对g线的色差量。ω是成像半视角(度)。

现在参考图1，将描述根据各个示例的光学系统共有的配置。根据各个示例的光学系统OL包括5个以上且7个以下的透镜。五个以上的透镜可以令人满意地抑制各种像差。七个以下的透镜可以实现尺寸和重量的减少。没有折光力的元件(诸如平板玻璃)不被认为是组件。

根据各个示例的光学系统LO由前单元FG和后单元RG组成。前单元FG由三个透镜组成，即，具有正折光力的透镜(第一透镜)Lp1、具有正折光力的透镜(第二透镜)Lp2和具有负折光力的透镜(第三透镜)Ln3。前单元FG可以具有至少两个各自具有正折光力的透镜，并且可以包括具有正折光力的透镜作为第三透镜。在本公开中，第一透镜、第二透镜和第三透镜不必必须从物侧按此次序布置。与第三透镜对应的透镜可以最靠近物体，或者与第三透镜对应的透镜可以部署在与第一透镜对应的透镜和与第二透镜对应的透镜之间。即，除非另有说明，否则可以由以下描述的第一透镜满足的条件可以由包括在前单元FG中最靠近物体的正透镜之一而不是前单元FG中最靠近像平面的另一个正透镜满足。除非另有说明，否则可以由以下描述的第二透镜满足的条件可以由包括在前单元FG中最靠近像平面的正透镜之一而不是前单元FG中最靠近物体的另一个正透镜满足。

前单元FG中具有正折光力的至少两个透镜(第一透镜和第二透镜)都具有针对d线的1.7或更高的折射率。包括在前单元FG中的至少两个具有正折光力的透镜可以将光束引导到后单元RG，同时将轴上射线的边际光朝着会聚方向轻轻弯曲，从而实现远摄结构(尺寸减小)和良好的成像性能。将至少两个透镜中的每一个的折射率设置为1.7或更高可以减小透镜的轴上厚度并减小成像光学系统LO的尺寸。

后单元RG由两个以上且四个以下的透镜组成，并且包括具有正折光力的透镜A和与透镜A相邻并具有负折光力的透镜B。透镜A和透镜B中的每个透镜由有机材料制成。透镜A和透镜B满足以下条件表达式(1)和(2)：

0.75<νdA/νdB<1.30 ...(1)

0.75<-fA/fB<1.30 ...(2)

在条件表达式(1)和(2)中，νdA是具有正折光力的透镜A的阿贝数，νdB是具有负折光力的透镜B的阿贝数，fA是具有正折光力的透镜A的焦距，并且fB是具有负折光力的透镜B的焦距。

特别地，对于光圈SP部署在前单元FG中的较小的广角系统，后单元RG需要位于靠近像平面IP的位置处。因此，后单元RG部署在离轴光束高的位置处，并且后单元RG的直径相对于前单元FG增加。如果后单元RG由无机材料(玻璃)制成，那么重量增加。根据各个示例的光学系统通过使用有机材料(树脂)被制得轻量化。在此，有机材料(树脂)是指具有5.0×10^-5至10.0×10^-5范围内的线性膨胀系数(/℃)的材料。

具有正折光力的透镜A的阿贝数与具有负折光力的透镜B的阿贝数之比以及透镜A与透镜B的焦距之比的绝对值被设置为分别如条件表达式(1)和(2)中那样包括1附近的数值。这种配置可以抑制当温度或湿度改变时纵向和横向色差的波动。下面将给出详细描述。

现在假设h_i是近轴跟踪(paraxial tracking)中第i个透镜的轴上射线距光轴的高度，并且h_bar_i是近轴跟踪中第i个透镜的离轴主射线距光轴的高度。

是近轴跟踪中第i个透镜的折光力，以及ν_i是近轴跟踪中第i个透镜的阿贝数。此时，光学系统的纵向色差系数L和横向色差系数T由以下表达式(A)和(B)表示。

从表达式(A)和(B)可以理解，纵向色差与高度h_i的平方成比例，并且横向色差与高度h_i和高度h_bar_i成比例。光学系统的纵向色差量Δf和横向色差量ΔY由以下表达式(C)和(D)给出。

Δf＝-f×L ...(C)

ΔY＝-Y×T ...(D)

在表达式(C)和(D)中，f是光学系统(整个系统)的焦距，并且Y是图像高度。即，每个透镜的纵向色差系数L和横向色差系数T与每个透镜的折光力和阿贝数成比例。

一般而言，有机材料在使用时具有比无机材料大的线性膨胀系数，因此当温度改变时折光力的波动显著。即，有机材料在色差方面表现出显著的波动。因而，为了减轻重量和在温度改变时抑制色差的波动，彼此相邻的具有正折光力的透镜和具有负折光力的透镜中的每一个由有机材料制成，并且阿贝数和光焦度(折光力)的绝对值比被设置为1附近的值。由于相邻的透镜，在具有正折光力的透镜和具有负折光力的透镜的近轴跟踪中，轴上射线距光轴的高度和离轴主射线距光轴的高度具有彼此相对接近的值。通过将折光力和阿贝数的数字的符号颠倒并使它们彼此大致相等，在室温处消除色差的效应起作用。此外，由于有机材料在具有正折光力的透镜和具有负折光力的透镜之间具有相似的阿贝数，因此它们在各个波长处的折光力的改变即使在温度改变时也大致相似，并且折光力的改变大致相似。因此，维持了消除色差的效应。这种配置可以通过每个透镜的非球面效应来校正像散和场曲，同时即使在温度改变时也能令人满意地校正色差，从而实现高性能。上述配置可以实现小型、轻量化、高性能的光学系统。

条件表达式(1)和(2)的数值范围可以如下设置。

0.77<νdA/νdB<1.27 ...(1A)

0.80<-fA/fB<1.25 ...(2A)

条件表达式(1A)和(2A)的数值范围还可以如下设置。

0.80<νdA/νdB<1.25 ...(1B)

0.85<-fA/fB<1.20 ...(2B)

前单元FG可以包括具有负折光力的透镜。这种配置可以减小纵向色差和珀兹伐和(Petzval sum)(场曲)，并实现更高的性能。前单元FG中最靠近物体的透镜可以具有正折光力。这种配置可以制成长焦结构，减小从最靠近物体的表面到成像平面的距离，并使光学系统小型化。

根据各个示例的光学系统可以满足以下条件表达式(3)至(20)中的至少一个。

αp1<100×10^-7 ...(3)

25<νdp1<60 ...(4)

αp2<100×10^-7 ...(5)

25<νdp2<60 ...(6)

αn<100×10^-7 ...(7)

1.60<N<2.10 ...(8)

15<νdn<35 ...(9)

1.4<fA/f<3.5 ...(10)

1.00<f/BF<3.00 ...(11)

0.5<|Fu|/Fm<25.0 ...(12)

0.10<dA/BF<0.60 ...(13)

0.05<dB/BF<0.40 ...(14)

0.50<du/BF<1.50 ...(15)

50<νdA<60 ...(16)

1.45<NA<1.60 ...(17)

15<νdA<40 ...(18)

1.55<NA<1.75 ...(19)

0.20<-fn/f<0.70 ...(20)

在此，αp1是前单元FG中具有正折光力并且最靠近物体的透镜Lp1的线性膨胀系数(/℃)。νdp1是透镜Lp1的阿贝数。αp2是前单元FG中具有正折光力并且第二靠近物体的透镜Lp2的线性膨胀系数。νdp2是透镜Lp2的阿贝数。αn是前单元FG中具有负折光力的透镜Ln1的线性膨胀系数。N是透镜Ln1的折射率。νdn是透镜Ln1的阿贝数。fA是透镜A的焦距。f是光学系统(整个系统)LO的焦距。BF是光学系统LO的后焦距(在无限远对焦状态下从最后一个透镜的像侧表面到像平面IP的空气等效长度)。Fu是后单元RG的焦距(组合焦距)。Fm是前单元FG的焦距(组合焦距)。dA是透镜A的轴上厚度。dB是透镜B的轴上厚度。du是从后单元RG的最靠近物体的表面顶点到后单元RG中最靠近像平面的表面顶点的轴上距离。νdA是透镜A的阿贝数。NA是透镜A的折射率。νdB是透镜B的阿贝数。NB是透镜B的折射率。fn是前单元FG中具有负折光力的透镜的焦距。

现在将给出每个条件表达式的技术含义的描述。

条件表达式(3)定义前单元FG中具有正折光力并且最靠近物体的透镜Lp1的线性膨胀系数。如果该值高于条件表达式(3)的上限，那么线性膨胀系数变得太大，并且当温度改变时，生成像差，特别是球面像差，并且使成像性能劣化。尤其是在前单元FG中包括光圈SP时，在前单元FG中具有正折光力且最靠近物体的透镜Lp1附近，轴上和离轴光束变粗，并且使整个图像的性能劣化。这里的线性膨胀系数指示温度25度时的值。

条件表达式(4)定义前单元FG中具有正折光力并且最靠近物体的透镜Lp1的阿贝数。如果该值高于条件表达式(4)的上限，那么F线相对于C线的纵向色差变得过度校正。另一方面，如果该值低于条件表达式(4)的下限，那么F线相对于C线的纵向色差变得校正不足。

条件表达式(5)定义前单元FG中具有正折光力并且第二靠近物体的透镜Lp2的线性膨胀系数。如果该值高于条件表达式(5)的上限，那么线膨胀系数变得太大，并且当温度改变时，特别产生球面像差，并且使成像性能劣化。尤其是在其中前单元FG中包括光圈SP的配置中，在前单元FG中具有正折光力且第二靠近物体的透镜Lp2附近，轴上和离轴光束变粗，并且使整个图像的性能劣化。这里的线性膨胀系数指示温度25度时的值。

条件表达式(6)定义前单元FG中具有正折光力并且第二靠近物体的透镜Lp2的阿贝数。如果该值高于条件表达式(6)的上限，那么F线相对于C线的纵向色差变得过度校正。另一方面，如果该值低于条件表达式(6)的下限，那么F线相对于C线的纵向色差变得校正不足。

条件表达式(7)定义前单元FG中具有负折光力的透镜Ln1的线性膨胀系数。如果该值高于条件表达式(7)的上限，那么线性膨胀系数变得太大，并且当温度改变时，特别产生球面像差，并且使成像性能劣化。尤其是在其中前单元FG中包括光圈SP的配置中，在前单元FG中具有负折光力的透镜Ln1附近，轴上和离轴光束变粗，并且使整个图像的性能劣化。这里的线性膨胀系数指示温度25度时的值。

条件表达式(8)定义前单元FG中具有负折光力的透镜Ln1的针对d线的折射率。如果该值高于条件表达式(8)的上限，那么折射率太大，珀兹伐和(场曲)变得更大并且使成像性能劣化。另一方面，如果该值低于条件表达式(8)的下限，那么折射率变得太小，具有负折光力的透镜的曲率变大，推力方向上的厚度增加，并且尺寸增加。

条件表达式(9)定义前单元FG中具有负折光力的透镜Ln1的阿贝数。如果该值高于条件表达式(9)的上限，那么F线相对于C线的纵向色差变得校正不足。另一方面，如果该值低于条件表达式(9)的下限，那么F线相对于C线的纵向色差变得过度校正。

条件表达式(10)定义具有正折光力的透镜A的焦距与光学系统LO的焦距之比。如果该值高于条件表达式(10)的上限，那么透镜A的折光力变得太小而不能令人满意地校正，特别是场曲和像散。另一方面，如果该值低于条件表达式(10)的下限，那么透镜A的折光力变得太大，并且当温度改变时折光力的改变量变得太大，并且特别是场曲和像散的波动变得太大。

条件表达式(11)定义光学系统LO的焦距与光学系统LO在无限远对焦状态下的后焦距之比。如果该值高于条件表达式(11)的上限，那么后焦距变得太短，可能出现重影，并且无法实现高性能。此外，图像传感器上的入射角在图像的周边变得太大，并且出现颜色阴影。另一方面，如果该值低于条件表达式(11)的下限，那么后焦距变得太长并且光学系统LO变大。

条件表达式(12)定义后单元RG的组合焦距的绝对值与前单元FG的组合焦距之比。如果该值高于条件表达式(12)的上限，那么前单元FG的组合焦距变得太短，折光力变得太强，并且特别是球面像差和彗差变得过大。另一方面，如果该值低于条件表达式(12)的下限，那么后单元RG的组合焦距变得太短，折光力变得太强，并且特别是像散和场曲变得过大。

条件表达式(13)定义具有正折光力的透镜A的轴上厚度与后焦距之比。如果该值高于条件表达式(13)的上限，那么透镜A的轴上厚度变得太大并且重量增加。另一方面，如果该值低于条件表达式(13)的下限，那么后焦距变得太长，并且整个光学系统LO变大。

条件表达式(14)定义具有负折光力的透镜B的轴上厚度与后焦距之比。如果该值高于条件表达式(14)的上限，那么透镜B的轴上厚度变得太大并且重量增加。另一方面，如果该值低于条件表达式(14)的下限，那么后焦距变得太长，并且整个光学系统LO变大。

条件表达式(15)定义后单元RG的从最靠近物体的表面顶点到最靠近像平面的表面顶点的轴上距离与后焦距之比。如果该值高于条件表达式(15)的上限，那么后单元RG变重。另一方面，如果该值低于条件表达式(15)的下限，那么后焦距变得太长并且整个光学系统LO变大。

条件表达式(16)和(17)分别定义具有正折光力的透镜A的阿贝数和折射率。在满足条件表达式(16)和(17)二者的范围内维持高折射率和大阿贝数可以减少横向色差，同时减小珀兹伐和(场曲)。

条件表达式(18)和(19)分别定义具有正折光力的透镜A的阿贝数和折射率。当使用比条件表达式(16)和(17)的分散度更高的有机材料时，条件表达式(18)和(19)将被满足。在条件表达式(18)和(19)中，阿贝数小于条件表达式(16)和(17)的阿贝数，横向色差不太好，但可以使折射率更大，因此可以使珀兹伐和(场曲)更小。

条件表达式(20)定义前单元FG中具有负折光力的透镜Ln1的焦距与光学系统LO的焦距之比。如果该值高于条件表达式(20)的上限，那么透镜Ln1的焦距的绝对值变得太大，球面像差校正不足，并且珀兹伐和(场曲)增加。另一方面，如果该值低于条件表达式(20)的下限，那么透镜Ln1的焦距的绝对值变得太小，前主点向像侧移动，全长变长，并且尺寸增加。

条件表达式(3)至(20)的数值范围可以如下设置。

αp1<90×10^-7 ...(3A)

27<νdp1<55 ...(4A)

αp2<90×10^-7 ...(5A)

30<νdp2<55 ...(6A)

αn<95×10^-7 ...(7A)

1.65<N<2.05 ...(8A)

16<νdn<32 ...(9A)

1.5<fA/f<3.0 ...(10A)

1.50<f/BF<2.90 ...(11A)

0.7<|Fu|/Fm<21.0 ...(12A)

0.12<dA/BF<0.50 ...(13A)

0.08<dB/BF<0.35 ...(14A)

0.55<du/BF<1.30 ...(15A)

52<νdA<58 ...(16A)

1.48<NA<1.58 ...(17A)

17<νdA<30 ...(18A)

1.60<NA<1.72 ...(19A)

0.25<-fn/f<0.68 ...(20A)

条件表达式(3A)至(20A)的数值范围还可以如下设置。αp1<80×10^-7 ...(3B)

30<νdp1<50 ...(4B)

αp2<80×10^-7 ...(5B)

35<νdp2<50 ...(6B)

αn<85×10^-7 ...(7B)

1.73<N<2.00 ...(8B)

17<νdn<28 ...(9B)

1.6<fA/f<2.8 ...(10B)

1.80<f/BF<2.85 ...(11B)

0.9<|Fu|/Fm<17.0 ...(12B)

0.15<dA/BF<0.45 ...(13B)

0.10<dB/BF<0.30 ...(14B)

0.60<du/BF<1.20 ...(15B)

54<νdA<57 ...(16B)

1.52<NA<1.56 ...(17B)

19<νdA<25 ...(18B)

1.62<NA<1.70 ...(19B)

0.30<-fn/f<0.65 ...(20B)

以上配置可以实现小型、轻量化和高性能的成像光学系统。将给出根据示例1至示例4的光学系统LO的具体描述。

示例1

现在参考图1，将给出根据示例1的光学系统LO的描述。在根据这个示例的光学系统LO中，前单元FG由三个透镜组成，即，从物侧到像侧依次布置的具有正折光力的透镜Lp1、光圈(孔径光阑)SP、具有正折光力的透镜Lp2和具有负折光力的透镜Ln1。这种配置可以将前主点向物侧移动，并且实现远摄结构和小型化。此外，每个透镜都由无机材料制成。在前单元FG中，轴上和离轴光束如此粗，以至于当曲率和厚度改变时，球面像差和彗差显著改变，并且因此这些光束影响整个图像的成像性能。使用无机材料制成的前单元FG可以抑制曲率、厚度和折射率在温度改变时改变，并提高整个图像的成像性能。

后单元RG由三个透镜组成，即，从物侧到像侧依次布置的具有负折光力的透镜B、具有正折光力的透镜A和具有正折光力的透镜。前单元FG相对于具有正折光力、正折光力和负折光力的透镜的倒置布置可以提供对称(同心)的形状，并且令人满意地校正离轴像差。虽然后单元RG的直径与传感器的直径一样大，但所有透镜都由有机材料制成，因此可以减轻重量。而且，由于彼此相邻的具有负折光力的透镜B和具有正折光力的透镜A满足条件表达式(1)和(2)，因此可以令人满意地校正当温度改变时的色差波动。满足条件表达式(3)至(20)可以提供小型、轻量化和高性能的光学系统。

示例2

现在参考图3，将给出根据示例2的光学系统LO的描述。在这个实施例以及后续的实施例中，将省略与示例1共用的描述。后单元RG由四个透镜组成，即，从物侧到像侧依次布置的具有负折光力、正折光力、正折光力和负折光力的透镜。由四个透镜组成的后单元RG可以令人满意地校正，特别是像散和场曲。而且，后单元RG的物侧的两个透镜(负透镜和正透镜)成对，像侧的两个透镜(透镜A和透镜B)成对，并且每一对都满足条件表达式(1)和(2)。这种配置可以在透镜对之间在温度改变时令人满意地校正色差，并且总体上抑制色差的波动。满足条件表达式(3)到(20)可以提供小型、轻量化和高性能的光学系统。

示例3

现在参考图5，将给出根据示例3的光学系统LO的描述。在根据这个示例的光学系统LO中，使前单元FG的折光力与后单元RG的折光力彼此大致相等，以适当地分配折光力。这种配置可以抑制从前单元FG发射的光线相对于入射在前单元FG上的光线的弯曲，并且特别地减少球面像差和彗差。而且，满足条件表达式(1)至(20)可以提供紧凑、轻量化和高性能的成像光学系统。

示例4

现在参考图7，将给出根据示例4的光学系统LO的描述。前单元FG由三个透镜组成，即，从物侧到像侧依次布置的具有正折光力的透镜Lp1，具有负折光力的透镜Ln1、光圈SP和具有正折光力的透镜Lp2。将透镜Ln1部署得比示例1更靠近物体可以更令人满意地校正纵向色差和球面像差。

后单元RG由两个透镜组成，即，从物侧到像侧依次布置的具有负折光力的透镜B和具有正折光力的透镜A。这种双透镜配置可以比示例1的配置更轻。而且，满足条件表达式(1)至(20)可以提供小型、轻量化和高性能的成像光学系统。

现在参考图9，将给出使用根据各个示例的光学系统LO作为成像光学系统的图像拾取装置的描述。图9是图像拾取装置(数码相机)10的示意图。在图9中，附图标记100表示相机主体(图像拾取装置主体)，并且附图标记101表示与根据各个示例的光学系统LO对应的成像光学系统。附图标记102表示用于接收(成像)由成像光学系统101形成的物体图像(光学图像)的图像传感器(光电转换元件)。图像拾取装置10包括未示出的显示单元，诸如液晶面板，其显示在图像传感器102上形成的物体图像。以这种方式应用根据各个示例的光学系统LO可以提供具有高光学性能的图像拾取装置。

接下来是分别与示例1至示例4对应的数值示例1至数值示例4。在每个数值示例的表面数据中，r表示每个光学表面的曲率半径，并且d(mm)表示第m个表面与第(m+1)个表面之间的轴上距离(光轴上的距离)，其中m是从光入射侧起计数的表面编号。nd表示各个光学元件针对d线的折射率，并且νd表示光学元件的阿贝数。

某种材料的阿贝数νd如下表达：

νd＝(Nd-1)/(NF-NC)

其中Nd、NF和NC是针对夫琅和费(Fraunhofer)线中的d线(587.6nm)、F线(486.1nm)和C线(656.3nm)的折射率。

在每个数值示例中，d、焦距(mm)、F数和半视角(度)由根据各个示例的光学系统在无穷远的物体上处于对焦状态时的值给出。BF(后焦距)是从光学系统的最后一个透镜表面(最靠近像平面)到近轴像平面的光轴上距离，以空气等效长度表示。总透镜长度是通过将后焦距与从光学系统的最前面的透镜表面(最靠近物体)到透镜的最后一个表面的光轴上距离相加而获得的长度。透镜单元可以包括一个或多个透镜。

如果光学表面是非球面，那么将符号*附加到表面编号的右侧。非球面形状如下表达：

其中x是光轴方向上距表面顶点的位移量，h是在与光轴正交的方向上距光轴的高度，R是近轴曲率半径，k是圆锥常数，并且A4、A6、A8和A10是各阶的非球面系数。各个非球面系数中的“e±XX”表示“×10^±XX”。

数值示例1

单位:mm

表面数据

非球面数据

第七表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-1.30571e-002 A 6＝1.07357e-003 A 8＝1.13910e-006

A10＝-3.23336e-006 A12＝-1.01049e-006

第八表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-1.05055e-002 A 6＝1.04691e-003 A 8＝-3.89159e-005

A10＝-5.44432e-007 A12＝2.59956e-008

第九表面

K＝0.00000e+000 A 4＝8.11468e-003 A 6＝-6.75729e-004 A 8＝3.07488e-005

A10＝-1.29401e-007 A12＝-2.06278e-008

第十表面

K＝0.00000e+000 A 4＝3.89314e-003 A 6＝1.26901e-004 A 8＝-2.57098e-005

A10＝1.67415e-006 A12＝-3.50220e-008

第十一表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-6.73863e-003 A 6＝2.57932e-004 A 8＝-4.04258e-006

A10＝-1.83896e-008 A12＝1.37821e-009 A14＝-1.37275e-011

第十二表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-6.31402e-003 A 6＝2.43612e-004 A 8＝-8.06405e-006

A10＝1.82462e-007 A12＝-2.06718e-009 A14＝7.83470e-012

变焦比

单个透镜数据

数值示例2

单位:mm

表面数据

非球面数据

第七表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-6.66583e-003 A 6＝9.69171e-004 A 8＝-4.03272e-004

A10＝8.79337e-005 A12＝-6.17014e-006

第八表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-4.77623e-003 A 6＝4.25204e-004 A 8＝-1.64811e-004

A10＝3.15736e-005 A12＝-1.59846e-006

第九表面

K＝-1.41036e+001 A 4＝8.94812e-003 A 6＝-1.68586e-003 A 8＝1.57237e-004

A10＝-6.42994e-006 A12＝8.59335e-008

第十表面

K＝-4.59613e+000 A 4＝5.05734e-003 A 6＝-7.80669e-004 A 8＝6.43193e-005

A10＝-2.10462e-006 A12＝1.30611e-008

第十一表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-1.05053e-002 A 6＝4.81059e-004 A 8＝-1.61741e-005

A10＝-3.75795e-007 A12＝4.18961e-008 A14＝-7.14086e-010

第十二表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-5.20687e-003 A 6＝1.44080e-004 A 8＝-1.64974e-006

A10＝-2.80569e-007 A12＝1.62436e-008 A14＝-2.08518e-010

第十三表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-6.27407e-003 A 6＝9.12346e-005 A 8＝8.33783e-006

A10＝-2.48711e-007 A12＝-1.08995e-009 A14＝5.50477e-011

第十四表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-8.64112e-003 A 6＝3.52520e-004 A 8＝-1.18418e-005

A10＝2.99352e-007 A12＝-4.50466e-009A14＝2.14589e-011

变焦比

单个透镜数据

数值示例3

单位:mm

表面数据

非球面数据

第八表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-8.23905e-003 A 6＝-1.85106e-004 A 8＝-2.80429e-004

A10＝1.33504e-004 A12＝-1.72217e-005

第九表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-5.05212e-003 A 6＝-3.36300e-004 A 8＝6.08201e-005

A10＝9.33005e-007 A12＝-6.60549e-007

第十表面

K＝0.00000e+000 A 4＝8.48361e-003 A 6＝-2.49024e-004 A 8＝-2.47053e-006

A10＝8.63458e-007 A12＝-2.45232e-008

第十一表面

K＝0.00000e+000 A 4＝3.76269e-003 A 6＝1.03039e-004 A 8＝-2.36342e-006

A10＝-3.45118e-008 A12＝5.29686e-009

第十二表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-3.67350e-003 A 6＝1.30651e-004 A 8＝-1.97917e-006

A10＝1.19013e-008 A12＝8.59667e-010 A14＝-1.37275e-011

第十三表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-2.93441e-003 A 6＝6.87192e-005 A 8＝-7.91416e-007

A10＝-3.13873e-008 A12＝1.57545e-009 A14＝7.83470e-012

变焦比

单个透镜数据

数值示例4

单位:mm

表面数据

非球面数据

第五表面

K＝0.00000e+000 A 4＝2.81554e-005 A 6＝1.84850e-004 A 8＝-3.15509e-005

第六表面

K＝0.00000e+000 A 4＝1.44367e-003 A 6＝1.74832e-004 A 8＝-7.82800e-006

第七表面

K＝0.00000e+000 A 4＝7.70082e-003 A 6＝-1.14006e-003 A 8＝1.49727e-004

A10＝-1.18323e-005 A12＝4.67624e-007 A14＝-3.71569e-010

第八表面

K＝0.00000e+000 A 4＝4.07615e-003 A 6＝-5.26957e-004 A 8＝7.96433e-005

A10＝-6.17853e-006 A12＝2.32990e-007 A14＝-3.35783e-009

第九表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-5.14713e-00 3A 6＝3.05044e-004 A 8＝-1.15182e-005

A10＝2.36679e-007 A12＝-2.10950e-009

第十表面

K＝0.00000e+000 A 4＝-3.90330e-003 A 6＝1.84171e-004 A 8＝-6.54476e-006

A10＝1.46975e-007 A12＝-1.40581e-009

变焦比

单个透镜数据

表1例示了各个条件表达式在各个数值示例中的值。

表1

各个示例可以提供光学系统和图像拾取装置，它们中的每一个都小且重量轻并且具有高性能。

虽然已经参考示例性示例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。

例如，光圈SP可以被部署得最靠近物体以形成前光圈配置。可替代地，光圈SP可以被部署得在前单元FG中最靠近像平面。而且，在光学系统与包括将形成在光接收表面上的光学图像转换成电信号的图像传感器的图像拾取装置组合的情况下，可以根据畸变量和横向色差量添加电校正。另外，F数(光圈值)可以由光圈SP调整。

Claims (22)

1.一种光学系统，由前单元和后单元组成，

其特征在于，前单元由以下组成：

第一透镜，具有正折光力；

第二透镜，部署在第一透镜的像侧并且具有正折光力；以及

第三透镜，

其中第一透镜和第二透镜中的每一个针对d线具有1.7或更高的折射率，

其中后单元由两个以上且四个以下的透镜组成，并且包括具有正折光力的第四透镜和与第四透镜相邻并且具有负折光力的第五透镜，

其中第四透镜和第五透镜中的每一个由有机材料制成，以及

其中满足以下条件表达式：

0.75<νdA/νdB<1.30

0.75<-fA/fB<1.30

其中νdA是第四透镜的阿贝数，νdB是第五透镜的阿贝数，fA是第四透镜的焦距，并且fB是第五透镜的焦距。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

αp1<100×10^-7

其中αp1是第一透镜的线性膨胀系数(/℃)。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

25<νdp1<60

其中νdp1是第一透镜的阿贝数。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

αp2<100×10^-7

其中αp2是第二透镜的线性膨胀系数(/℃)。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

25<νdp2<60

其中νdp2是第二透镜的阿贝数。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第三透镜具有负折光力。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

αn<100×10^-7

其中αn是第三透镜的线性膨胀系数(/℃)。

8.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

1.60<N<2.10

其中N是第三透镜的折射率。

9.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

15<νdn<35

其中νdn是第三透镜的阿贝数。

10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

1.4<fA/f<3.5

其中f是光学系统的焦距。

11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

1.00<f/BF<3.00

其中f是光学系统的焦距，并且BF是光学系统的后焦距。

12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

0.5<|Fu|/Fm<25.0

其中Fm是前单元的焦距，并且Fu是后单元的焦距。

13.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

0.10<dA/BF<0.60

其中dA是第四透镜的轴上厚度，并且BF是光学系统的后焦距。

14.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

0.05<dB/BF<0.40

其中dB是第五透镜的轴上厚度，并且BF是光学系统的后焦距。

15.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

0.50<du/BF<1.50

其中du是后单元的从最靠近物体的表面顶点到最靠近像平面的表面顶点的轴上距离，并且BF是光学系统的后焦距。

16.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

50<νdA<60

1.45<NA<1.60

其中NA是第四透镜的折射率。

17.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

15<νdA<40

1.55<NA<1.75

其中NA是第四透镜的折射率。

18.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，满足以下条件表达式：

0.20<-fn/f<0.70

其中f是光学系统的焦距，并且fn是第三透镜的焦距。

19.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第一透镜被部署成最靠近物体。

20.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，前单元从物侧到像侧依次由第一透镜、具有负折光力的第三透镜以及第二透镜组成。

21.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第四透镜部署在第五透镜的物侧或像侧并且与第五透镜相邻。

22.一种图像拾取装置，包括：

根据权利要求1至21中的任一项所述的光学系统；以及

图像传感器，被配置为对由光学系统形成的光学图像进行成像。

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