光学系统的制作方法

1.本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种光学系统。


背景技术：

2.光学镜头广泛用于无人机拍摄、手机摄像等领域，而随着成像芯片技术和光学材料的不断发展，摄像视频可以做得更高清、镜头规格范围也可以做得更广。更大光圈、更高解像、重量更轻是镜头发展不变的主题，而满足这些性能要求的镜头普遍存在成本更高、体积更大、重量增加的状况。因此，如何在保证镜头性能的情况下降低成本、减小体积，是手机镜头需要解决的技术难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决上述问题，提供一种大光圈、高解像、重量轻、体积小、成本低的光学系统。
4.为实现上述目的，本发明提供一种光学系统，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：光焦度为正的第一透镜、光焦度为正或负的第二透镜、光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜和光焦度为负的第七透镜，所述光学系统还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜与所述第四透镜之间；
5.所述第一透镜为近轴区凸凸型透镜；
6.所述第三透镜的像侧面为近轴区凹面型；
7.所述第六透镜为近轴区凹凸型透镜。
8.根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述第二透镜为近轴区凸凹型透镜；所述第四透镜为近轴区凸凸型透镜；所述第七透镜为近轴区凹凹型透镜；
9.所述第五透镜的像侧面为近轴区凹面型。
10.根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为非球面透镜。
11.根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为塑胶透镜。
12.根据本发明的一个方面，所述第四透镜和所述第五透镜间的空气间隔c45与所述光学系统的镜头总长ttl满足如下关系：0.003≤c45/ttl≤0.05。
13.根据本发明的一个方面，所述光学系统的后焦长bfl与所述第一透镜的物侧面至所述第七透镜的像侧面在光轴上的距离tl满足如下关系：0.08≤bfl/tl≤0.15。
14.根据本发明的一个方面，所述光学系统的有效焦距f与所述光学系统的镜头总长ttl满足如下关系：1.2≤ttl/f≤1.7。
15.根据本发明的一个方面，所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的组合焦距fb与所述光学系统的有效焦距f满足如下关系：0.4≤fb/f≤0.8。
16.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的焦距f1与所述光学系统的有效焦距f满
足如下关系：0.7≤f1/f≤1.6。
17.根据本发明的一个方面，所述第二透镜的焦距f2与所述光学系统的有效焦距f满足如下关系：-228≤f2/f≤2.4。
18.根据本发明的一个方面，所述第三透镜的焦距f3与所述光学系统的有效焦距f满足如下关系：-0.9≤f3/f≤-0.4。
19.根据本发明的一个方面，所述第四透镜的焦距f4与所述光学系统的有效焦距f满足如下关系：0.3≤f4/f≤0.7。
20.根据本发明的一个方面，所述第五透镜的焦距f5与所述光学系统的有效焦距f满足如下关系：-3.8≤f5/f≤-1.2。
21.根据本发明的一个方面，所述第六透镜的焦距f6与所述光学系统的有效焦距f满足如下关系：0.6≤f6/f≤1.4。
22.根据本发明的一个方面，所述第七透镜的焦距f7与所述光学系统的有效焦距f满足如下关系：-0.7≤f7/f≤-0.3。
23.根据本发明的构思，本发明的光学系统，通过合理分配各透镜的光焦度，优化设置各透镜的形状，可实现镜头的高解像性能，解像力可达到六千万像素，成像靶面可达到1/1.7”，最大光圈fno1.6，并采用七枚塑胶透镜，具有小体积、重量轻、成本低的特点，其cra可适配市面上多种型号的大靶面sensor，应用前景广阔，提升了市场竞争力。
24.根据本发明的一个方案，通过优化设置各个透镜的形状，合理分配各透镜的光焦度，使得光学系统的解像力高达六千万像素、并且可适用于当前主流大靶面传感器。
25.根据本发明的一个方案，通过将各个透镜均设置为塑胶非球面透镜，有效地降低了生产成本，且具有小体积、重量轻的优点。
26.根据本发明的一个方案，通过合理控制第四透镜和第五透镜之间的空气间隔，有利于光线平缓过渡，提高产品生产良率，降低生产成本，同时，恰当地限制光学系统的镜头总长，有利于保证镜头的小型化。
27.根据本发明的一个方案，通过合理控制光学系统的后焦与光学系统的透镜组长度的比例关系，可使镜头cra匹配当前主流的大靶面sensor，提高镜头的通用性。
28.根据本发明的一个方案，通过合理配置光阑sto后方的透镜组的焦距与系统焦距比值关系，使得光学系统具有小体积的特点。
附图说明
29.图1为本发明中实施例1的光学系统的结构示意图；
30.图2为本发明中实施例2的光学系统的结构示意图；
31.图3为本发明中实施例3的光学系统的结构示意图；
32.图4为本发明中实施例4的光学系统的结构示意图。
具体实施方式
33.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
34.在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
35.下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
36.图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的光学系统结构图。如图1所示，本发明的光学系统，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：光焦度为正的第一透镜l1、光焦度为正或负的第二透镜l2、光焦度为负的第三透镜l3、光焦度为正的第四透镜l4、光焦度为负的第五透镜l5、光焦度为正的第六透镜l6和光焦度为负的第七透镜l7，光学系统还包括光阑sto，光阑sto设置于第三透镜l3与第四透镜l4之间；
37.第一透镜l1为近轴区凸凸型透镜；
38.第三透镜l3的像侧面为近轴区凹面型；
39.第六透镜l6为近轴区凹凸型透镜。
40.本发明中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第二透镜l2为近轴区凸凹型透镜；第四透镜l4为近轴区凸凸型；第七透镜l7为近轴区凹凹型透镜；
41.第五透镜l5的像侧面为近轴区凹面型。
42.通过优化设置各个透镜的形状，合理分配各透镜的光焦度，使得光学系统的解像力高达六千万像素、并且可适用于当前主流大靶面传感器。
43.本发明中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6和第七透镜l7为非球面透镜。
44.其中，非球面满足下列公式：
[0045][0046]
式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
···
分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶
···
非球面系数。
[0047]
本发明中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6和第七透镜l7为塑胶透镜。
[0048]
通过将各个透镜均设置为塑胶非球面透镜，有效地降低了生产成本，且具有小体积、重量轻的优点。
[0049]
本发明中，第四透镜l4和第五透镜l5间的空气间隔c45与光学系统的镜头总长ttl满足如下关系：0.003≤c45/ttl≤0.05。
[0050]
通过合理控制第四透镜和第五透镜之间的空气间隔，有利于光线平缓过渡，提高产品生产良率，降低生产成本，同时，恰当地限制光学系统的镜头总长，有利于保证镜头的小型化。
[0051]
本发明中，光学系统的后焦长bfl与第一透镜l1的物侧面至第七透镜l7的像侧面
在光轴上的距离tl满足如下关系：0.08≤bfl/tl≤0.15。
[0052]
通过合理控制光学系统的后焦与光学系统的透镜组长度的比例关系，可使镜头cra匹配当前主流的大靶面sensor，提高镜头的通用性。
[0053]
本发明中，光学系统的有效焦距f与光学系统的镜头总长ttl满足如下关系：
[0054]
1.2≤ttl/f≤1.7。
[0055]
本发明中，第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6和第七透镜l7的组合焦距fb与光学系统的有效焦距f满足如下关系：0.4≤fb/f≤0.8。
[0056]
通过合理配置光阑sto后方的透镜组的焦距与系统焦距比值关系，使得光学系统具有小体积的特点。
[0057]
在本发明中，第一透镜l1的焦距f1与光学系统的有效焦距f满足如下关系：0.7≤f1/f≤1.6；第二透镜l2的焦距f2与光学系统的有效焦距f满足如下关系：-228≤f2/f≤2.4；第三透镜l3的焦距f3与光学系统的有效焦距f满足如下关系：-0.9≤f3/f≤-0.4；第四透镜l4的焦距f4与光学系统的有效焦距f满足如下关系：0.3≤f4/f≤0.7；第五透镜l5的焦距f5与光学系统的有效焦距f满足如下关系：-3.8≤f5/f≤-1.2；第六透镜l6的焦距f6与光学系统的有效焦距f满足如下关系：0.6≤f6/f≤1.4；第七透镜l7的焦距f7与光学系统的有效焦距f满足如下关系：-0.7≤f7/f≤-0.3。
[0058]
以下根据本发明的上述设置给出四组具体实施方式来具体说明根据本发明的光学系统。因为根据本发明的光学系统共有七片透镜，加上光阑sto、保护玻璃c和像面ima，共计18个面。为了便于叙述说明，将各个面编号为s1、s2至s18。
[0059]
四组实施例数据如下表1中数据：
[0060]
条件式实施例1实施例2实施例3实施例40.7≤f1/f≤1.61.0720.8821.3641.290-228≤f2/f≤2.4-128.215-2.537-226.5312.251-0.9≤f3/f≤-0.4-0.651-0.710-0.736-0.5530.3≤f4/f≤0.70.4870.4800.5260.585-3.8≤f5/f≤-1.2-1.659-1.357-2.361-3.6350.6≤f6/f≤1.40.8520.7550.9001.256-0.7≤f7/f≤-0.3-0.498-0.472-0.511-0.6040.003≤c45/ttl≤0.050.0320.0190.0300.0070.08≤bfl/tl≤0.150.1020.0940.1030.1041.2≤ttl/f≤1.71.3541.3691.5491.3620.4≤fb/f≤0.80.6140.6250.5370.585
[0061]
表1
[0062]
实施例1：
[0063]
图1为本发明中实施例1的光学系统的结构示意图。
[0064]
实施例1中，光学系统的光圈fno为1.80，镜头总长为10.55mm；第二透镜l2具有负光焦度，第三透镜l3和第五透镜l5为近轴区凸凹型透镜。
[0065]
以下表2列出本实施例的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率、阿贝数：
[0066][0067][0068]
表2
[0069]
在本实施例中，非球面数据如下表3所示，其中k为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数：
[0070]
面序号ka4a6a8a10a12a14a16s15.452-5.016e-051.824e-05-5.204e-071.319e-07-9.740e-090.000e+000.000e+00s20.0005.628e-03-5.765e-045.659e-05-4.331e-061.662e-070.000e+000.000e+00s3-2.515-2.268e-03-2.917e-048.518e-062.972e-06-1.389e-070.000e+000.000e+00s4-1.567-1.154e-021.149e-03-8.195e-05-3.703e-077.375e-070.000e+000.000e+00s5-4.068-3.814e-033.838e-04-3.375e-049.911e-063.349e-06-4.387e-080.000e+00s6-1.6041.617e-034.068e-033.644e-04-1.056e-031.288e-04-8.210e-070.000e+00s81.084-1.050e-027.054e-03-2.574e-036.654e-04-2.092e-041.351e-059.567e-07s9-1.558-1.887e-028.232e-03-2.534e-038.832e-04-2.696e-05-2.257e-053.059e-07s100.000-3.559e-025.025e-031.430e-03-1.864e-034.444e-04-4.334e-052.394e-06s114.152-2.192e-025.049e-03-1.601e-04-3.538e-041.217e-04-1.249e-05-1.391e-07s12-7.888-6.377e-04-1.777e-036.436e-04-1.347e-042.264e-06-4.854e-06-4.818e-08s136.7599.376e-03-4.974e-035.342e-047.436e-05-7.699e-06-2.769e-07-1.510e-09s14-2.144-1.206e-02-6.520e-031.905e-03-8.910e-05-1.619e-06-7.417e-081.523e-10s154.394-2.434e-022.165e-03-1.592e-044.762e-06-1.846e-074.139e-09-3.763e-13
[0071]
表3
[0072]
参见图1，结合表1至表3，在本实施例中，光学系统的光圈可达到1.8，解像力可达到六千万像素，成像靶面可达到1/1.7”，镜头总长为10.55mm，具有小型化、低成本、高性能的特点。
[0073]
实施例2：
[0074]
图2为本发明中实施例2的光学系统的结构示意图。
[0075]
实施例2中，光学系统的光圈fno为1.86，镜头总长为11.95mm；第二透镜具有负光焦度，第三透镜l3为近轴区凸凹型透镜，第五透镜l5为近轴区凹凹型透镜。
[0076]
以下表4列出本实施例的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：
[0077]
面序号表面类型r值厚度折射率阿贝数s1非球面5.3412.6741.5460.0s2非球面-15.0970.060
ꢀꢀ
s3非球面52.7311.6891.6225.8s4非球面10.7080.065
ꢀꢀ
s5非球面8.9630.6001.5737.5s6非球面2.4640.535
ꢀꢀ
s7(sto)球面infinity-0.424
ꢀꢀ
s8非球面2.8071.0861.5460.0s9非球面-10.5760.224
ꢀꢀ
s10非球面-25.1811.4181.6125.6s11非球面10.4610.210
ꢀꢀ
s12非球面-70.9461.6701.5737.5s13非球面-3.5820.517
ꢀꢀ
s14非球面-3.2310.6001.5460.0s15非球面8.4450.500
ꢀꢀ
s16球面infinity0.211.5264.2s17球面infinity0.317
ꢀꢀ
s18(ima)球面infinity
‑‑‑
[0078]
表4
[0079]
在本实施例中，非球面数据如下表5所示，其中k为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数：
[0080]
面序号ka4a6a8a10a12a14a16s14.117-3.002e-053.939e-05-4.976e-064.088e-07-1.267e-080.000e+000.000e+00s20.0006.378e-03-7.190e-045.442e-05-3.312e-061.193e-070.000e+000.000e+00s30.000-1.600e-03-1.816e-04-1.283e-062.374e-06-9.586e-080.000e+000.000e+00s41.088-1.279e-027.599e-04-1.188e-041.006e-059.790e-070.000e+000.000e+00s5-3.271-2.155e-03-8.570e-04-4.117e-042.848e-051.158e-05-1.125e-060.000e+00s6-2.0351.043e-035.166e-036.822e-04-1.151e-039.367e-053.160e-060.000e+00s87.368-1.687e-029.332e-03-1.537e-035.858e-04-3.061e-043.115e-058.755e-06s9-2.810-2.048e-027.072e-03-1.784e-031.002e-03-7.174e-05-4.345e-051.872e-05s100.000-2.713e-025.236e-03-5.968e-04-9.310e-049.430e-04-4.330e-046.848e-05s111.781-9.020e-03-5.319e-041.480e-03-4.163e-04-6.954e-071.567e-05-1.860e-06s120.000-4.846e-04-2.589e-031.381e-03-2.724e-04-1.048e-051.419e-05-3.116e-06s131.9208.649e-03-4.214e-034.049e-044.242e-05-2.763e-062.704e-07-8.482e-08s14-3.236-1.361e-02-5.040e-031.341e-03-8.287e-055.958e-063.128e-07-9.964e-08s155.186-2.279e-021.853e-03-1.330e-042.174e-06-1.458e-074.214e-08-2.982e-09
[0081]
表5
[0082]
参见图2，结合表1、表4和表5，在本实施例中，光学系统的光圈可达到1.86，解像力
可达到六千万像素，成像靶面可达到1/1.7”，镜头总长为11.95mm，具有小型化、低成本、高性能的特点。
[0083]
实施例3：
[0084]
图3为本发明中实施例3的光学系统的结构示意图。
[0085]
实施例3中，光学系统的光圈fno为1.60，镜头总长为10.69mm；第二透镜具有负光焦度，第三透镜l3和第五透镜l5为近轴区凸凹型透镜。
[0086]
以下表6列出本实施例的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：
[0087]
面序号表面类型r值厚度折射率阿贝数s1非球面12.3892.631.5356.3s2非球面-7.6290.04
ꢀꢀ
s3非球面14.2081.281.6719.3s4非球面13.5110.29
ꢀꢀ
s5非球面26.2530.511.5830.2s6非球面2.640.61
ꢀꢀ
s7(sto)球面infinity-0.47
ꢀꢀ
s8非球面2.7361.271.5460.0s9非球面-5.980.33
ꢀꢀ
s10非球面6.4310.661.6423.5s11非球面3.8170.36
ꢀꢀ
s12非球面-19.9871.091.5830.2s13非球面-3.1240.74
ꢀꢀ
s14非球面-2.9250.351.5460.0s15非球面5.8560.52
ꢀꢀ
s16球面infinity0.211.5264.2s17球面infinity0.27
ꢀꢀ
s18(ima)球面infinity0
ꢀꢀ
[0088]
表6
[0089]
在本实施例中，非球面数据如下表7所示，k为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数：
[0090]
[0091][0092]
表7
[0093]
参见图3，结合表1、表6和表7，在本实施例中，光学系统的光圈可达到1.6，解像力可达到六千万像素，成像靶面可达到1/1.7”，镜头总长为10.69mm，具有小型化、低成本、高性能的特点。
[0094]
实施例4：
[0095]
图4为本发明中实施例4的光学系统的结构示意图。
[0096]
实施例4中，光学系统的光圈fno为1.62，镜头总长为10.35mm；第二透镜具有正光焦度，第三透镜l3为近轴区凹凹型透镜，第五透镜l5为近轴区凸凹型透镜。
[0097]
以下表8列出本实施例的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：
[0098][0099][0100]
表8
[0101]
在本实施例中，非球面数据如下表9所示，其中k为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数：
[0102]
面序号ka4a6a8a10a12a14a16s11.548-4.232e-044.293e-05-1.424e-058.507e-07-5.017e-080.000e+000.000e+00
s21.1256.818e-03-6.932e-045.728e-05-2.091e-061.357e-080.000e+000.000e+00s31.792-3.026e-03-2.569e-04-9.089e-051.310e-055.312e-07-7.183e-080.000e+00s40.000-5.836e-03-7.921e-041.242e-041.245e-05-2.063e-066.686e-080.000e+00s50.000-1.032e-034.564e-04-1.022e-041.532e-063.355e-06-3.859e-070.000e+00s6-5.4531.313e-021.554e-031.325e-04-4.396e-049.723e-05-8.235e-060.000e+00s88.816-5.843e-034.754e-03-1.569e-034.605e-04-2.084e-045.449e-05-5.490e-06s9-6.684-1.349e-026.896e-03-2.699e-038.202e-04-7.957e-059.851e-06-4.409e-06s100.000-3.091e-024.804e-03-1.631e-03-3.894e-047.439e-04-2.832e-043.482e-05s11-4.427-1.538e-02-6.478e-041.183e-064.365e-04-1.254e-04-5.611e-068.583e-06s120.000-9.781e-03-2.234e-03-1.540e-031.543e-03-8.193e-042.156e-04-1.931e-05s137.925-2.226e-03-2.078e-034.886e-04-1.060e-044.041e-062.510e-062.711e-07s145.839-3.281e-022.802e-037.285e-04-2.607e-041.875e-054.147e-06-4.349e-07s151.609-2.875e-024.280e-03-5.406e-043.345e-05-1.973e-07-1.003e-074.305e-09
[0103]
表9
[0104]
参见图4，结合表1、表8和表9，在本实施例中，光学系统的光圈可达到1.62，解像力可达到六千万像素，成像靶面可达到1/1.7”，镜头总长为10.35mm，具有小型化、低成本、高性能的特点。
[0105]
本发明的一种光学系统，通过合理分配各透镜的光焦度，优化设置各透镜的形状，可实现镜头的高解像性能，解像力可达到六千万像素，成像靶面可达到1/1.7”，最大光圈fno1.6，并采用七枚塑胶透镜，具有小体积、重量轻、成本低的特点，其cra可适配市面上多种型号的大靶面sensor，应用前景广阔，提升了市场竞争力；合理分配各透镜的光焦度，使得光学系统的解像力高达六千万像素、并且可适用于当前主流大靶面传感器；将各个透镜均设置为塑胶非球面透镜，有效地降低了生产成本，且具有小体积、重量轻的优点；合理控制第四透镜和第五透镜之间的空气间隔，有利于光线平缓过渡，提高产品生产良率，降低生产成本，同时，恰当地限制光学系统的镜头总长，有利于保证镜头的小型化。
[0106]
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。