CN116009205A - 光学系统和具有该光学系统的图像拾取装置 - Google Patents

光学系统和具有该光学系统的图像拾取装置 Download PDF

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CN116009205A CN202211266508.7A CN202211266508A CN116009205A CN 116009205 A CN116009205 A CN 116009205A CN 202211266508 A CN202211266508 A CN 202211266508A CN 116009205 A CN116009205 A CN 116009205A
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Abstract

本公开涉及光学系统和具有该光学系统的图像拾取装置。光学系统从物侧到像侧依次包括：包括多个透镜的透镜单元和具有负折光力的最终透镜。最终透镜的像侧的透镜表面具有非球面形状，该非球面形状包括靠近光轴的凹区域和拐点。满足预定条件。

Description

光学系统和具有该光学系统的图像拾取装置
技术领域
本公开涉及一种光学系统，其适用于数码摄像机、数码相机、广播相机、基于胶片的相机、监控相机、车载相机等。
背景技术
使用固态图像传感器的图像拾取装置(诸如数码相机、监控相机和车载相机)需要具有紧凑光学系统，该紧凑光学系统具有从视角的中心到外围的良好光学性能和短的总长度。特别地，监控相机和车载相机需要具有明亮(bright)光学系统，该明亮光学系统具有小F数(Fno)，用于即使在黑暗的地方也能成像。但是，明亮光学系统的孔径直径可能大。
在具有大孔径直径的光学系统中，难以校正像差，特别是场曲和球面像差。为了校正它们，光学系统可能大。
日本专利No.(“JP”)6546656公开了一种明亮光学系统，该系统从物侧到像侧依次由具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元和具有正折光力的第三透镜单元组成。
但是，JP 6546656中公开的光学系统具有相对小的Fno和在视角的外围的良好光学性能，但在小型化方面不足。
发明内容
本公开提供了一种紧凑型光学系统，其具有大孔径和从视角的中心到外围的良好光学性能。
根据本公开的一个方面的光学系统从物侧到像侧依次包括：包括多个透镜的透镜单元和具有负折光力的最终透镜。最终透镜的像侧的透镜表面具有非球面形状，该非球面形状包括靠近光学系统的光轴的凹区域和拐点。满足以下不等式：
1.780<Nd<2.500
其中，Nd是透镜单元中包括的所有透镜的折射率的平均值。具有上述光学系统的图像拾取装置也构成本公开的另一方面。
本公开的其他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的光学系统在无限远处的对焦状态下的截面图。
图2是根据示例1的光学系统在无限远处的对焦状态下的像差图。
图3是根据示例2的光学系统在无限远处的对焦状态下的截面图。
图4是根据示例2的光学系统在无限远处的对焦状态下的像差图。
图5是根据示例3的光学系统在无限远处的对焦状态下的截面图。
图6是根据示例3的光学系统在无限远处的对焦状态下的像差图。
图7是根据示例4的光学系统在无限远处的对焦状态下的截面图。
图8是根据示例4的光学系统在无限远处的对焦状态下的像差图。
图9是根据示例5的光学系统在无限远处的对焦状态下的截面图。
图10是根据示例5的光学系统在无限远处的对焦状态下的像差图。
图11是包括根据示例1至示例5中任一个的光学系统的图像拾取装置的主要部分的示意图。
图12解释孔径角(angular aperture)。
具体实施方式
现在参考附图，将给出根据本公开的示例的描述。
图1、图3、图5、图7和图9分别是根据示例1至示例5的光学系统在无限远(物体)处的对焦状态下的截面图。
根据各个示例的光学系统是用于图像拾取装置(诸如数码摄像机、数码相机、广播相机、基于胶片的相机、TV相机、监控相机、夜视相机和车载相机)的光学系统。根据各个示例的光学系统还可以用作投影装置(投影仪)的投影光学系统。
在各个透镜截面图中，左侧是物侧(前)并且右侧是像侧(后)。在各个透镜截面图中，OL表示成像光学系统(光学系统)。
在各个示例中，透镜单元包括多个透镜。透镜单元还可以包括孔径光阑(光圈)。
根据各个示例的光学系统OL从物侧到像侧依次包括：包括多个透镜的透镜单元L和具有负折光力(其中光焦度(optical power)为焦距的倒数)的Gn。
在各个示例中，可以通过根据物距在光轴方向上移动光学系统OL的透镜的全部或部分来执行聚焦。在各个示例中，在光学系统OL使用泛焦透镜(pan focus lens)的情况下可以不提供聚焦机构。
在各个透镜截面图中，SP表示确定(限制)开放F数(Fno)的光束(光通量)的孔径光阑。IP表示像平面，并且在根据各个示例的光学系统OL被用作用于数码相机或数码摄像机的成像光学系统的情况下，诸如CCD传感器或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。在根据各个示例的光学系统OL被用作基于胶片的相机的成像光学系统的情况下，与胶片平面对应的感光表面被放置在像平面IP上。FL表示与滤光片、面板、低通滤光片、红外截止滤光片、传感器保护玻璃等对应的光学块。
图2、图4、图6、图8和图10分别是根据示例1至示例5的光学系统OL在无限远处的对焦状态下的像差图。
在球面像差图中，Fno表示F数，并且例示了具有587.6nm波长的d线和具有435.8nm波长的g线的球面像差量。在像散图中，ΔS表示弧矢像平面上的像散量，并且ΔM表示子午像平面上的像散量。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(°)，其是基于射线追踪值的视角。
接下来是根据各个示例的光学系统的特征配置的描述。
根据各个示例的光学系统OL从物侧到像侧依次包括：包括多个透镜的透镜单元L和具有负折光力的Gn。在Gn的像侧的透镜表面具有包括在光轴附近的凹区域和拐点(inflection point,)的非球面形状。
根据各个示例的光学系统OL满足以下不等式(1)：
1.780<Nd<2.500...(1)
其中Nd是透镜单元L中包括的所有透镜的折射率的平均值。
根据各个示例的光学系统OL从物侧到像侧依次包括透镜单元L和具有负折光力的Gn。因此，在根据各个示例的光学系统OL中，在透镜单元L中生成的像差可以通过Gn来校正。为了减小光学系统OL的尺寸，特别是为了缩短全长，对于构成透镜单元L的各个透镜使用具有高折射率的玻璃材料是有效的。通过对于各个透镜使用具有高折射率的玻璃材料，可以使各个透镜的曲率渐变并且可以缩短全长。当对于构成透镜单元L的具有负折光力的透镜使用具有高折射率的玻璃材料以用于小型化时，正的佩兹伐和(Petzval sum)增加(场曲大并且在曝光不足侧生成)。在使Gn的像侧的透镜表面在像侧的光轴附近凹入的情况下，负折光力变得更强，并且可以校正在透镜单元L中生成的正佩兹伐和。
最终透镜Gn的像侧的透镜表面具有拐点。其中x是在光轴方向上距表面顶点的位移量，h是从与光轴正交的方向(直径方向)的高度，并且x(h)是非球面形状，拐点是x(h)被h微分两次的二阶导数的值为0的点，并且二阶导数的符号在该点前后改变。即，拐点是指表面形状从凹形切换为凸形或从凸形切换为凹形处的点。由于最终透镜Gn的像侧的透镜表面具有拐点，因此可以独立于近轴折光力而确定外围折光力，从而可以容易地校正场曲。而且，可以抑制通过光学系统OL的光线在成像平面(图像传感器)上的入射角增大。拐点可以部署在光轴径向外侧的任意位置处，只要它在最终透镜Gn的像侧的透镜表面的有效直径内即可。拐点可以部署在最终透镜Gn的像侧的透镜表面的外围部分处。
不等式(1)定义透镜单元L中包括的所有透镜的折射率的平均值。在该值高于不等式(1)的上限的情况下，变得难以模制透镜。在该值低于不等式(1)的下限的情况下，构成透镜单元L的透镜的平均折射率变小，并且用于确保折光力的曲率变陡。由此，为了确保边缘厚度和透镜间距，透镜单元L的全长增加，因此透镜单元L变得更大。
不等式(1)的数值范围可以替换为以下不等式(1a)的范围：
1.782<Nd<2.000...(1a)
不等式(1)的数值范围可以替换为以下不等式(1b)的范围：
1.783<Nd<1.850...(1b)
这种配置可以提供紧凑的光学系统，该光学系统具有从视角的中心到外围的良好光学性能，同时确保大的孔径直径。
接下来描述根据各个示例的光学系统OL可以满足的配置。
透镜单元L可以包括孔径光阑SP。这种配置促进透镜单元L的小型化。
最终透镜Gn的像侧的透镜表面可以具有包括在光轴附近的凹区域和极值点的非球面形状。其中x是在光轴方向上距表面顶点的位移量，h是从与光轴正交的方向(直径方向)的高度，并且x(h)是非球面形状，极值点是x(h)被h微分一次的一阶导数的值变为0的点。即，极值点是指非球面上的点，使得该点的切平面是与光轴正交的平面。它可以是鞍点而不是极值点。这种配置可以通过令人满意地校正场曲同时抑制畸变来提供从视角的中心到外围的高分辨率性能。极值点可以部署在光轴径向外侧的任意位置处，只要它在最终透镜Gn的像侧的透镜表面的有效直径内即可。
透镜单元L可以包括最接近物体的具有负折光力的透镜G1。这种配置可以减小光学系统OL的前透镜的尺寸。如示例5中所示，在透镜G1的物侧还可以部署具有正折光力的透镜。
透镜单元L可以包括至少六个透镜。降低各个透镜的折光力可以容易地抑制各种像差，诸如在透镜单元L中生成的球面像差。
接下来描述根据各个示例的光学系统OL可以满足的条件。根据各个示例的光学系统OL可以满足以下不等式(2)至(13)中的一个或多个。
0.05<skd/TL<0.15...(2)
0.10<skd/Hmax<0.30...(3)
1.0<TL/D<2.0...(4)
0.3<R2Gn/f<3.0...(5)
1.0<|fGn/f|<1.8...(6)
7.0<EA/skd<13.0...(7)
0.50<TL/DL<0.95...(8)
1.45<NdGn<1.65...(9)
1.75<Ndn<2.50...(10)
0.60<fL/f<0.95...(11)
5°<|Θf|<65°...(12)
5°<|Θr|<65°...(13)
在此，skd是在光学系统OL处于无限远处的对焦状态时光轴上从最终透镜Gn的像侧的透镜表面(最终透镜表面)到像平面IP的距离的空气转换(或等效)长度(后焦距)。TL是在光学系统OL处于无限远处的对焦状态时光轴上从孔径光阑SP到像平面IP的距离的空气转换长度。Hmax是像平面IP中的最大图像高度。D是孔径光阑SP的孔径直径。R2Gn是最终透镜Gn的像侧的透镜表面的近轴曲率半径。f是光学系统OL的焦距。fGn是最终透镜Gn的焦距。EA是最终透镜Gn的有效直径。DL是在光学系统OL处于无限远处的对焦状态时光学系统OL的总光学长度(光轴上从最接近物体的透镜表面到像平面IP的距离)。NdGn是最终透镜Gn的折射率。Ndn是透镜单元L中包括的具有负折光力的透镜当中具有最高负折光力(或折光力的最大绝对值)的透镜的折光力。fL是透镜单元L的焦距。Θf是最终透镜Gn的物侧的透镜表面的孔径角(°)。Θr是最终透镜Gn的像侧的透镜表面的孔径角(°)。
在skd、TL、DL中，在最终透镜表面与像平面IP之间部署了由诸如面板和光学滤光片之类的平行板构成的光学块FL的情况下，光学块FL的厚度采用空气转换值。
不等式(2)定义了在光学系统OL处于无限远处的对焦状态时光轴上从最终透镜Gn的像侧的透镜表面到像平面IP的空气转换长度skd与光轴上从孔径光阑SP到像平面IP的空气转换长度TL之比。由于最终透镜Gn部署在远离孔径光阑SP的位置处，因此光束充分会聚并且轴上光束的直径变小，从而在不影响球面像差的情况下校正场曲和畸变。在该值高于不等式(2)的上限的情况下，入射到最终透镜Gn上的轴外光线的高度(绝对值)变得太小。由于通过最终透镜Gn的轴上光束和轴外光束在与光轴正交的方向上没有充分分离，因此难以校正场曲。在该值低于不等式(2)的下限的情况下，增强了上述校正效果，但是部署光学块FL变得困难。
不等式(3)定义了在光学系统OL处于无限远处的对焦状态时光轴上从最终透镜Gn的像侧的透镜表面到像平面IP的空气转换长度skd与像平面IP中的最大像高Hmax之比。在该值高于不等式(3)的上限的情况下，入射到最终透镜Gn上的轴外光线的高度(绝对值)变得太小。由于通过最终透镜Gn的轴上光束和轴外光束在与光轴正交的方向上没有充分分离，因此难以校正场曲。在该值低于不等式(3)的下限的情况下，增强了上述校正效果，但是部署光学块FL变得困难。
不等式(4)定义了在光学系统OL处于无限远处的对焦状态时光轴上从孔径光阑SP到像平面IP的空气转换长度TL与孔径直径D之比。在该值高于不等式(4)的上限的情况下，透镜单元L的负折光力变得太强，并且总光学长度变大。在该值低于不等式(4)的下限的情况下，由于直径更大，因此直径方向变得更大。
不等式(5)定义了最终透镜Gn的像侧的透镜表面的近轴曲率半径R2Gn与光学系统OL的焦距f之比。在该值高于不等式(5)的上限的情况下，场曲的校正不充分。在该值低于不等式(5)的下限的情况下，场曲被过度校正并且生成更多像散。
不等式(6)定义了最终透镜Gn的焦距fGn与光学系统OL的焦距f之比。在该值高于不等式(6)的上限的情况下，场曲被过度校正。在该值低于不等式(6)的下限的情况下，场曲的校正不充分。
不等式(7)定义了在光学系统OL处于无限远处的对焦状态时最终透镜Gn的有效直径EA与光轴上从最终透镜Gn的像侧的透镜表面到像平面IP的空气转换长度skd之比。在此，有效直径EA是指通过透镜表面的光束中的一个光束在透镜表面上的直径，这个光束通过径向方向(与光轴正交的方向)上离光轴最远的位置。最终透镜Gn的物侧的透镜表面和像侧的透镜表面中具有较大有效直径的一个被设置为最终透镜Gn的有效直径EA。有效直径EA可以是形成非球面形状的部分的直径，或者可以是透镜的外直径。在该值高于不等式(7)的上限的情况下，最终透镜Gn的透镜直径变大，并且光学系统OL在径向方向上变大。在该值低于不等式(7)的下限的情况下，通过最终透镜Gn的轴上光束和轴外光束在与光轴正交的方向上没有充分分离，因此不可以同时校正场曲和畸变。
不等式(8)定义了在光学系统OL处于对焦状态时光轴上从孔径光阑SP到像平面IP的空气转换长度TL与光学系统OL处于无限远处的对焦状态时的总光学长度DL之比。将孔径光阑SP部署为比光学系统OL的中心位置更靠近物体可以抑制通过光学系统OL的光线在成像表面(图像传感器)上的入射角增加，并且旨在减小光学系统OL的尺寸。在该值高于不等式(8)的上限的情况下，通过孔径光阑SP的轴上光束的高度变得太高，使得孔径光阑SP变大。因此，光学系统OL的直径变大。在该值低于不等式(8)的下限的情况下，入射光瞳位置与光学系统OL的第一透镜表面分离，前透镜的有效直径变大，并且光学系统OL变大。
不等式(9)定义了最终透镜Gn在25度室温环境中的折射率NdGn。在该值高于不等式(9)的上限的情况下，难以模制透镜。在该值低于不等式(9)的下限的情况下，最终透镜Gn的透镜表面的孔径角变得太大。
不等式(10)定义了透镜单元L中包括的具有负折光力的透镜当中具有最高负折光力的透镜的折射率Ndn。通过将具有高折射率的玻璃材料用于具有大负折光力的透镜，可以使曲率渐变，并且可以容易地缩短光学系统OL的全长。在该值高于不等式(10)的上限的情况下，难以模制透镜。在该值低于不等式(10)的下限的情况下，构成透镜单元L的透镜的平均折射率变得太小，使得为了确保折光力而曲率变得陡峭。由此，为了确保透镜间距，透镜单元L的全长变大，因此透镜单元L变大。
不等式(11)将透镜单元L的焦距fL定义为光学系统OL的焦距f。在该值高于不等式(11)的上限的情况下，透镜单元L的折光力变得太小，这使得难以减小光学系统OL的尺寸。在该值低于不等式(11)的下限的情况下，透镜单元L的折光力变得太大，这使得难以校正球面像差。
不等式(12)定义了最终透镜Gn的物侧的透镜表面的孔径角Θf的绝对值。为了抑制最终透镜Gn中的像散，轴外射线能够以接近与透镜表面大致正交的角度进入最终透镜Gn的物侧的透镜表面。在该值高于不等式(12)的上限的情况下，变得难以模制透镜。在该值低于不等式(12)的下限的情况下，变得难以抑制像散。
现在参考图12，将给出对孔径角Θ的定义的描述。孔径角Θ由以下表达式表达：
Θ＝∠BOA＝sin-1{(EA/2)/R}
其中原点O被设定为通过具有有效直径EA的透镜的表面顶点A并平行于光轴的直线与通过具有有效直径EA的透镜表面上的位置B的切线的法线的交点，并且参考球面的曲率半径R是直线OB的长度。
在此，参考球面的曲率半径R是指通过透镜表面上的位置B和表面顶点的球面的曲率半径。
不等式(13)定义了最终透镜Gn的像侧的透镜表面的孔径角Θr的绝对值。如果该值高于不等式(13)的上限，那么变得难以模制透镜。如果该值低于不等式(13)的下限，那么变得难以抑制通过光学系统OL的光线在成像平面(图像传感器)上的入射角的增加。
不等式(2)至(13)的数值范围可以替换为以下不等式(2a)至(13a)的范围：
0.06<skd/TL<0.14...(2a)
0.14<skd/Hmax<0.25...(3a)
1.2<TL/D<1.9...(4a)
0.4<R2Gn/f<2.3...(5a)
1.1<|fGn/f|<1.7...(6a)
7.2<EA/skd<12.5...(7a)
0.55<TL/DL<0.90...(8a)
1.50<NdGn<1.60...(9a)
1.79<Ndn<2.00...(10a)
0.70<fL/f<0.94...(11a)
20°<|Θf|<63°...(12a)
6°<|Θr|<60°...(13a)
不等式(2)至(13)的数值范围可以替换为以下不等式(2b)至(13b)的范围：
0.07<skd/TL<0.13...(2b)
0.15<skd/Hmax<0.24...(3b)
1.4<TL/D<1.8...(4b)
0.5<R2Gn/f<2.0...(5b)
1.2<|fGn/f|<1.6...(6b)
7.4<EA/skd<12.0...(7b)
0.64<TL/DL<0.88...(8b)
1.51<NdGn<1.58...(9b)
1.80<Ndn<1.98...(10b)
0.80<fL/f<0.93...(11b)
40°<|Θf|<61°...(12b)
7°<|Θr|<35°...(13b)
接下来详细描述根据各个示例的光学系统OL。
根据图1、图3、图5和图7中所示的示例1、示例2、示例3和示例4的各个光学系统OL从物侧到像侧依次包括透镜单元L1和具有负折光力的最终透镜Gn。透镜单元L1从物侧到像侧依次包括负透镜、正透镜、孔径光阑SP、正透镜、正透镜和负透镜的胶合透镜，以及负透镜和正透镜的胶合透镜。
图9中所示的根据示例5的光学系统OL从物侧到像侧依次包括透镜单元L1和具有负折光力的最终透镜Gn。透镜单元L1从物侧到像侧依次包括正透镜、负透镜、孔径光阑SP、正透镜、正透镜和负透镜的胶合透镜，以及负透镜和正透镜的胶合透镜。
下面将示出与示例1至示例5对应的数值示例1至数值示例5。
在各个数值示例的表面数据中，r表示各个光学表面的曲率半径，并且d(mm)表示第m个表面和第(m+1)个表面的轴上距离(光轴上的距离)，其中m是从光入射侧算起的表面编号。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表达如下：
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。
在各个数值示例中，d、焦距(mm)、F数和半视角(°)都具有在根据各个示例的光学系统处于无限远(物体)处的对焦状态时的值。半视角指示通过近轴计算而计算出的视角。“后焦距”是光轴上从最终透镜表面(最靠近像平面的透镜表面)到近轴像平面的距离的空气转换长度。“总透镜长度”是通过将后焦距与光轴上从光学系统的最前表面(最靠近物体的透镜表面)到最终表面的距离相加而获得的长度。“透镜单元”包括一个或多个透镜。
如果光学表面是非球面，那么星号*附在表面编号的右侧。非球面形状表示为：
X＝(h2/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)2}]1/2+A4×h4+A6×h6+A8×h8+A10×h10+A12×h12
其中X是在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，A4，A6、A8、A10、A12是每一阶的非球面系数。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
Figure BDA0003893276080000121
非球面数据
第6表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-1.13433e-004 A 6＝-1.86886e-007 A 8＝-1.33697e-008
第7表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.63863e-004 A 6＝-1.05546e-006 A 8＝-2.97841e-009
第14表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-3.79721e-003 A 6＝8.71603e-005 A 8＝-7.64087e-007 A10＝-1.93734e-008 A12＝4.17224e-010
第15表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-2.85274e-003 A 6＝7.79552e-005 A 8＝-1.39826e-006 A10＝1.42733e-008 A12＝-6.07417e-011
Figure BDA0003893276080000131
数值示例2
单位:mm
表面数据
Figure BDA0003893276080000132
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-1.35241e-004 A 6＝-8.30587e-007 A 8＝1.45600e-008
第4表面
K＝0.00000e+000 A 4＝7.04830e-005 A 6＝-1.17794e-006 A 8＝1.90580e-008
第12表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-3.51146e-003 A 6＝1.08913e-004 A 8＝-2.33209e-006 A10＝2.61924e-008 A12＝-7.96411e-011
第13表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-2.55539e-003 A 6＝6.82893e-005 A 8＝-1.03255e-006 A10＝8.08461e-009 A12＝-2.43705e-011
Figure BDA0003893276080000141
数值示例3
单位:mm
表面数据
Figure BDA0003893276080000142
非球面数据
第6表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-6.13545e-006 A 6＝-1.44574e-009 A 8＝-1.47924e-011
第7表面
K＝0.00000e+000 A 4＝8.86317e-006 A 6＝-8.16501e-009 A 8＝-3.29535e-012
第14表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-2.05387e-004 A 6＝6.74266e-007 A 8＝-8.45397e-010 A10＝-3.06569e-012 A12＝9.44273e-015
第15表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-1.54301e-004 A 6＝6.03056e-007 A 8＝-1.54705e-009 A10＝2.25864e-012 A12＝-1.37472e-015
Figure BDA0003893276080000151
数值示例4
单位:mm
表面数据
Figure BDA0003893276080000152
非球面数据
第6表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-1.62447e-004 A 6＝-5.91901e-007 A 8＝4.11336e-008
第7表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.05526e-004 A 6＝1.20470e-007 A 8＝3.93658e-008
第14表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-3.92508e-003 A 6＝8.56282e-005 A 8＝-6.61534e-007 A10＝-4.48628e-009
第15表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-3.19957e-003 A 6＝7.24731e-005 A 8＝-1.35769e-006 A10＝1.87146e-008 A12＝-1.30390e-010
Figure BDA0003893276080000161
数值示例5
单位:mm
表面数据
Figure BDA0003893276080000162
非球面数据
第6表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-1.14931e-004 A 6＝4.45417e-007 A 8＝-2.36743e-008
第7表面
K＝0.00000e+000 A 4＝5.95842e-005 A 6＝2.16407e-007 A 8＝-1.41825e-008
第14表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-6.87777e-003 A 6＝2.46251e-004 A 8＝-7.49558e-006 A10＝9.35756e-008
第15表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-6.38748e-003 A 6＝2.48242e-004 A 8＝-7.63309e-006 A10＝1.27959e-007 A12＝-9.02853e-010
Figure BDA0003893276080000171
下面的表1总结了各个数值示例中的各种值。
表1
示例1 示例2 示例3 示例4 示例5
Nd 1.807 1.785 1.807 1.788 1.832
skd 1.644 1.226 4.347 1.877 1.838
TL 17.604 15.426 46.548 16.788 17.341
Hmax 8.000 8.000 21.635 8.000 8.000
D 10.122 9.450 26.764 10.201 9.787
R2Gn 15.005 23.204 39.677 9.258 7.268
fG n -15.873 -15.639 -41.971 -20.093 -19.637
f 12.393 12.399 32.769 12.771 12.800
EA 14.463 14.620 38.243 14.829 13.810
DL 21.584 22.743 57.072 21.452 22.055
NdG n 1.531 1.531 1.531 1.531 1.531
Ndn 1.959 1.959 1.959 1.893 1.808
f L 11.019 11.171 29.138 11.741 11.869
|Θf| 55.767° 58.282° 55.767° 41.281° 54.13°
|Θr| 14.387° 18.023° 14.387° 7.988° 18.718°
不等式(1) 1.807 1.785 1.807 1.788 1.832
不等式(2) 0.093 0.079 0.093 0.112 0.106
不等式(3) 0.205 0.153 0.201 0.235 0.230
不等式(4) 1.739 1.632 1.739 1.646 1.772
不等式(5) 1.211 1.871 1.211 0.725 0.568
不等式(6) 1.281 1.261 1.281 1.573 1.534
不等式(7) 8.798 11.928 8.798 7.900 7.512
不等式(8) 0.816 0.678 0.816 0.783 0.786
不等式(9) 1.531 1.531 1.531 1.531 1.531
不等式(10) 1.959 1.959 1.959 1.893 1.808
不等式(11) 0.889 0.901 0.889 0.919 0.927
不等式(12) 55.767° 58.282° 55.767° 41.281° 54.139°
不等式(13) 14.387° 18.023° 14.387° 7.988° 18.718°
图像拾取装置
现在参考图11，将给出使用本公开的光学系统OL作为成像光学系统的数码相机(成像装置)的示例的描述。图11是包括本公开的光学系统的相机10(图像拾取装置)的主要部分的示意图。在图11中，附图标记13表示相机主体，并且附图标记11表示作为示例1至示例5中描述的光学系统中的任一光学系统的成像光学系统。附图标记12表示内置于相机主体13中并接收由成像光学系统11形成的物体图像的固态图像传感器(光电转换元件)，诸如CCD传感器、CMOS传感器、SPAD传感器。相机主体13可以是具有快速转向镜(quick turnmirror)的所谓单反(single-lens reflex)相机，或没有快速转向镜的所谓无反光镜(mirrorless)相机。
以这种方式将本公开的光学系统OL应用于诸如数码相机之类的图像拾取装置可以提供具有小透镜的图像拾取装置。
各个示例可以提供具有大孔径直径和从视角的中心到外围的良好光学性能的紧凑光学系统。
虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应该理解的是，本公开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。

Claims (20)

1.一种光学系统，从物侧到像侧依次包括：包括多个透镜的透镜单元和具有负折光力的最终透镜，
其中，最终透镜的像侧的透镜表面具有非球面形状，该非球面形状包括靠近光学系统的光轴的凹区域和拐点，
其中，满足以下不等式：
1.780<Nd<2.500
其中，Nd是透镜单元中包括的所有透镜的折射率的平均值。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，透镜单元包括孔径光阑。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
0.05<skd/TL<0.15
其中，skd是光学系统处于无限远处的对焦状态时光轴上从最终透镜的像侧的透镜表面到像平面的距离的空气转换长度，并且TL是光学系统处于无限远处的对焦状态时光轴上从孔径光阑到像平面的距离的空气转换长度。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
0.10<skd/Hmax<0.30
其中，skd是光学系统处于无限远处的对焦状态时光轴上从最终透镜的像侧的透镜表面到像平面的距离的空气转换长度，并且Hmax是像平面上的最大像高。
5.根据权利要求2所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
1.0<TL/D<2.0
其中，TL是光学系统处于无限远处的对焦状态时光轴上从孔径光阑到像平面的距离的空气转换长度，并且D是孔径光阑的孔径直径。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
0.3<R2Gn/f<3.0
其中，R2Gn是最终透镜的像侧的透镜表面的近轴曲率半径，并且f是光学系统的焦距。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
1.0<|fGn/f|<1.8
其中，f是光学系统的焦距，并且fGn是最终透镜的焦距。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，透镜单元还包括最接近物体的具有负折光力的透镜。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
7.0<EA/skd<13.0
其中，skd是光学系统处于无限远处的对焦状态时光轴上从最终透镜的像侧的透镜表面到像平面的距离的空气转换长度，并且EA是最终透镜的有效直径。
10.根据权利要求2所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
0.50<TL/DL<0.95
其中，TL是光学系统处于无限远处的对焦状态时光轴上从孔径光阑到像平面的距离的空气转换长度，并且DL是光学系统处于无限远处的对焦状态时光学系统的总光学长度。
11.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
1.45<NdGn<1.65
其中，NdGn是最终透镜的折射率。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其中，透镜单元包括至少六个透镜。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
1.75<Ndn<2.50
其中，Ndn是透镜单元中包括的具有负折光力的透镜的折光力当中具有最大绝对值的透镜的折射率。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其中，最终透镜的像侧的透镜表面具有带极值点的非球面形状。
15.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
0.60<fL/f<0.95
其中，f是光学系统的焦距，并且fL是透镜单元的焦距。
16.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
5°<|Θf|<65°
其中，Θf是最终透镜的物侧的透镜表面的孔径角。
17.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
40°<|Θf|<61°
其中，Θf是最终透镜的物侧的透镜表面的孔径角。
18.根据权利要求1所述的光学系统，其中，满足以下不等式：
5°<|Θr|<65°
其中，Θr是最终透镜的像侧的透镜表面的孔径角。
19.根据权利要求1所述的光学系统，其中，拐点部署在最终透镜的像侧的透镜表面的外围部分处。
20.一种图像拾取装置，包括：
光学系统；以及
图像传感器，被配置为接收由光学系统形成的图像，
其中，光学系统从物侧到像侧依次包括：包括多个透镜的透镜单元和具有负折光力的最终透镜，
其中，最终透镜的像侧的透镜表面具有非球面形状，该非球面形状包括靠近光学系统的光轴的凹区域和拐点，以及
其中，满足以下不等式：
1.780<Nd<2.500
其中，Nd是透镜单元中包括的所有透镜的折射率的平均值。
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