CN116165772A - 定焦光学系统 - Google Patents

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CN116165772A CN202310103742.6A CN202310103742A CN116165772A CN 116165772 A CN116165772 A CN 116165772A CN 202310103742 A CN202310103742 A CN 202310103742A CN 116165772 A CN116165772 A CN 116165772A
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王桂红
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    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
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Abstract

一种定焦光学系统，包括从物方到像方依序排列的光焦度为负的前透镜组、光阑和光焦度为正的后透镜组；前透镜组由第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成；后透镜组由第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜组成。通过优化设计，可以减小F数增大视场角，并且使得各视场均能成像清晰。

Description

定焦光学系统
技术领域
本发明涉及一种定焦光学系统，特别是一种定焦定焦光学系统。
背景技术
现有的定焦定焦光学系统追求小体积大视场以及成像质量高，例如CN108445611A公开的无热化高分辨率的定焦镜头，但是事实上该成像镜头达不到实际的效果。图5为该无热化高分辨率的定焦镜头第一实施例的Zemax仿真图，可以看到所有视场的光线在像面不聚焦，也就是说该公开根本无法成像，而且声称的视场角高达67.5°。发明人在该公开的基础上，进一步优化也只能得到不大于10°的最大视场角，并且像差很大，成像质量远远无法满足要求。发明人通过长期研究发现，该专利的初始结构选择不佳，导致像差难以校正，因此无法提高成像质量。
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明提供一种定焦光学系统。
根据本公开的定焦光学系统包括从物方到像方依序排列的光焦度为负的前透镜组G1、光阑STO和光焦度为正的后透镜组G2；其中前透镜组G1由第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4组成；后透镜组G2由第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8组成。且定焦光学系统进一步包括滤光片IR、保护玻璃CG和图像传感器IMG。
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为凸面，像侧面S4为凹面；
第三透镜L3为正透镜，物侧面S5为凹面，像侧面S6为凸面；
第四透镜L4为正透镜，物侧面S7为凸面，像侧面S8为凸面；
第五透镜L5为正透镜，物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面；
第六透镜L6为正透镜，物侧面S11为凸面，像侧面S12为凸面；
第七透镜L7为负透镜，物侧面S13为凹面，像侧面S14为凹面；
第八透镜L8为正透镜，物侧面S15为凸面，像侧面S16为凸面。
根据本公开的定焦光学系统，应当满足下列条件式(1)和(2)：
-20<fG1/EFL<-18；2<fG2/EFL<4 (1)；
-4<f1/EFL<-2；-6<f2/EFL<-3；9<f3/EFL<12；6<f4/EFL<8；
5<f5/EFL<8； 4<f6/EFL<8； 0<f7/EFL<-5； 0<f8/EFL<3 (2)。
优选满足条件式(3)：
10<TTL/EFL<12
0.8<FB/EFL<1 (3)
进一步优选满足条件式(4)：
0.9<(r1+r2)/(r1-r2)<1.2
1<(r3+r4)/(r3-r4)<1.4
0.7<(d1+d3)/d2<0.9
0.4<d4/d5<0.6 (4)。
本申请的有益效果是：
(1)获得相对于现有技术更小的F数和更大的视场角。
(2)实现小型化。
(3)各视场清晰成像。
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是本公开的一示例性实施例的Zemax 2D布局图；
图2是根据本公开的一示例性实施例的横向光扇图；
图3是根据本公开的一示例性实施例的OTF图；
图4是根据本公开的一示例性实施例的光迹图；
图5是现有技术实施例1的Zemax 2D布局图；
其中，L1～L8表示第一至第八透镜，G1表示前透镜组，G2表示后透镜组，S1～S20表示各表面序号，IMG表示像面，STO表示光阑，IR为红外滤光片，CG为保护玻璃，A～E分别为示例的五个视场角的情况，A：0°，B：10°，C：-20°，D：30°，E：-40°。
具体实施方式
图5是现有技术实施例1的Zemax 2D布局图，所有视场的光线在像面均不聚焦，也就是说该专利根本无法成像，而且声称的系统的总长为24.99mm，Fno＝2.2，视场角为67.5°，F数偏大，而视场角偏小。
发明人通过长期研究发现，该专利的初始结构不合理，尤其是前透镜组的结构没有充分承担像差校正的作用而导致后透镜组需要承担过大的像差校正功能，入射像面的光线角度也过大。因此申请人在此基础上提出了一种定焦光学系统，下面根据附图1-4进行详细说明。
图1是本公开的定焦光学系统，其中A为0°视场角的光线在像面上的汇聚点，B为10°视场角的光线在像面上的汇聚点，C为-20°视场角的光线在像面上的汇聚点，D为30°视场角的光线在像面上的汇聚点，E为-40°视场角的光线在像面上的汇聚点。该定焦光学系统包括从物方到像方依序排列的光焦度为负的前透镜组G1、光阑STO和光焦度为正的后透镜组G2；其中前透镜组G1由第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4组成；后透镜组G2由第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8组成。且定焦光学系统进一步包括滤光片IR、保护玻璃CG和图像传感器IMG。
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为凸面，像侧面S4为凹面；
第三透镜L3为正透镜，物侧面S5为凹面，像侧面S6为凸面；
第四透镜L4为正透镜，物侧面S7为凸面，像侧面S8为凸面；
第五透镜L5为正透镜，物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面；
第六透镜L6为正透镜，物侧面S11为凸面，像侧面S12为凸面；
第七透镜L7为负透镜，物侧面S13为凹面，像侧面S14为凹面；
第八透镜L8为正透镜，物侧面S15为凸面，像侧面S16为凸面；
其中，凸面或凹面，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。
根据本公开的定焦光学系统，满足下列条件式(1)：
-20<fG1/EFL<-18；2<fG2/EFL<4 (1)
通过设置条件式(1)，合理分配前、后组的焦距，使得整体的像差容易校正，大于上述条件式的上限，或小于上述条件式的下限，像差校正难度增大。
根据本公开的定焦光学系统，满足下列条件式(2)：
-4<f1/EFL<-2；-6<f2/EFL<-3；9<f3/EFL<12；6<f4/EFL<8；
5<f5/EFL<8；4<f6/EFL<8；0<f7/EFL<-5；0<f8/EFL<3 (2)
通过设置条件式(2)，合理分配各透镜的焦距，尤其是前透镜组的光焦度分配，能够减小F数的同时增大视场角，获得较大的通光孔径。
根据本公开的定焦光学系统优选满足下列条件式(3)：
10<TTL/EFL<12
0.8<FB/EFL<1 (3)
通过设置条件式(3)，使得最后一片透镜到像面之间有足够的距离容纳滤光片和保护玻璃。
根据本公开的定焦光学系统优选满足下列条件式(4)：
0.9<(r1+r2)/(r1-r2)<1.2
1<(r3+r4)/(r3-r4)<1.4
0.7<(d1+d3)/d2<0.9
0.4<d4/d5<0.6 (4)
通过满足条件式(4)，能显著增加系统的视场角，尤其是对曲率半径的限制，直接影响边缘视场的像差校正。
表1示出定焦光学系统的参数(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)。
[表1]
(长度单位：mm)
Figure BDA0004074123460000041
Figure BDA0004074123460000051
非球面采用偶次非球面，方程为：
Figure BDA0004074123460000052
其中，C为顶点曲率，A1～A10……为高次项系数。
非球面数据如下：[表2]
Figure BDA0004074123460000053
表3为本实施例的定焦光学系统的光学参数。
[表3]
Figure BDA0004074123460000054
Figure BDA0004074123460000061
f1～f8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，EFL为整个定焦光学系统的焦距，d1为第一透镜在光轴上的厚度，d2为第一透镜像侧面到第二透镜物侧面在光轴上的距离，d3为第二透镜在光轴上的厚度，d4为第二透镜像侧面到第三透镜物侧面在光轴上的距离，d5为第三透镜在光轴上的厚度，r1和r2分别为第一透镜物侧和像侧近轴区域的曲率半径，r3和r4分别为第二透镜物侧和像侧近轴区域的曲率半径，TTL为整个光学系统的总长，FB为系统后焦距，Fno为像方空间F数，ω为半视场角。
按照本实施例优化后的定焦光学系统各个视场角光线对应的光扇图如图2，光学传递函数与空间频率的关系图参见图3，光迹图参见图4。
本实施例的性能与现有专利CN108445611A的对比见表4。
[表4]：
Fno 视场角 总长TTL 成像
本申请 2.0 80° 12.68 各视场成像清晰
现有技术 2.2 67.5° 24.99 各视场均无法成像
可见，相比于现有技术，本申请在没有增加非球面的条件下，F数显著缩小，可以增大通光孔径从而提高图像的亮度；视场角得到明显的提升，总长缩小从而实现小型化。而在成像质量上实现质变，从原来各视场均无法成像到各视场清晰成像。
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 (6)

1.一种定焦光学系统，包括从物方到像方依序排列的光焦度为负的前透镜组G1、光阑STO和光焦度为正的后透镜组G2；其特征在于：前透镜组G1由第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4组成；后透镜组G2由第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8组成；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为凸面，像侧面S4为凹面；
第三透镜L3为正透镜，物侧面S5为凹面，像侧面S6为凸面；
第四透镜L4为正透镜，物侧面S7为凸面，像侧面S8为凸面；
第五透镜L5为正透镜，物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面；
第六透镜L6为正透镜，物侧面S11为凸面，像侧面S12为凸面；
第七透镜L7为负透镜，物侧面S13为凹面，像侧面S14为凹面；
第八透镜L8为正透镜，物侧面S15为凸面，像侧面S16为凸面；
该定焦光学系统满足下列条件式(1)和(2)：
-20<fG1/EFL<-18；2<fG2/EFL<4 (1)；
-4<f1/EFL<-2；-6<f2/EFL<-3；9<f3/EFL<12；6<f4/EFL<8；
5<f5/EFL<8；4<f6/EFL<8；0<f7/EFL<-5；0<f8/EFL<3 (2)；
其中，f1～f8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，EFL为整个定焦光学系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的定焦光学系统，其特征在于：进一步满足下列条件式(3)：
10<TTL/EFL<12
0.8<FB/EFL<1 (3)；
其中，TTL为整个定焦光学系统的总长，FB为系统后焦距。
3.根据权利要求1所述的定焦光学系统，其特征在于：进一步满足下列条件式(4)：
0.9<(r1+r2)/(r1-r2)<1.2
1<(r3+r4)/(r3-r4)<1.4
0.7<(d1+d3)/d2<0.9
0.4<d4/d5<0.6 (4)；
其中，d1为第一透镜在光轴上的厚度，d2为第一透镜像侧面到第二透镜物侧面在光轴上的距离，d3为第二透镜在光轴上的厚度，d4为第二透镜像侧面到第三透镜物侧面在光轴上的距离，d5为第三透镜在光轴上的厚度，r1和r2分别为第一透镜物侧和像侧近轴区域的曲率半径，r3和r4分别为第二透镜物侧和像侧近轴区域的曲率半径。
4.根据权利要求1-3任一项所述的定焦光学系统，其特征在于：第八透镜的物侧面和像侧面为非球面。
5.根据权利要求1-3任一项所述的定焦光学系统，其特征在于：所述系统的像方空间F数为Fno，满足：Fno≤2。
6.根据权利要求1-3任一项所述的定焦光学系统，其特征在于：所述系统的全视场角为2ω，满足：2ω≥40°。
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CN117471656A (zh) * 2023-12-27 2024-01-30 江西联创电子有限公司 光学镜头

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