一种五片式光学系统及包含其的成像装置的制作方法

本发明涉及光学成像，具体而言，涉及一种五片式光学系统及包含其的成像装置。

背景技术：

1、对于光学系统而言，其中的镜片数量、体积以及成像质量的优化，是各大厂商竞相研发的重要目标之一。传统成像装置中所采用的光学系统通常利用多片非球面透镜实现对光线像差的矫正同时不引入过多系统色散，以达到较好的成像效果，例如，光学系统可以由6片非球面透镜构成，其系统总长在4mm左右；但是，这种由多片非球面透镜构成的光学系统，系统总长普遍较大，难以减小光学系统的整体尺寸；此外，传统非球面透镜的制造难度大，成本高。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种五片式光学系统及包含其的成像装置。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种五片式光学系统，包括：超透镜、第一透镜以及三片第二透镜；所述第一透镜为第一非球面透镜；五片透镜主光轴重合设置，所述第一非球面透镜为所述五片式光学系统中由物侧至像侧的第四个透镜或第五个透镜；所述超透镜位于除所述第一非球面透镜所处位置以外的其余四个位置中的任一位置；该五片式光学系统满足以下条件表达式：

3、

4、其中，f表示所述五片式光学系统的有效焦距，fm表示所述超透镜的焦距。

5、可选地，五片式光学系统还满足以下条件表达式：

6、1.25≤ttl/imgh≤2.4；

7、其中，ttl表示所述五片式光学系统的系统总长；imgh表示所述五片式光学系统的最大成像高度。

8、可选地，五片式光学系统还满足以下条件表达式：

9、f/epd≤2.6；

10、其中，epd表示所述五片式光学系统的入瞳直径。

11、可选地，五片式光学系统还满足以下条件表达式：

12、

13、其中，i表示所述五片式光学系统中表面的序号；ri表示第i表面的曲率半径；di表示所述第i表面的半口径。

14、可选地，在所述第一非球面透镜为所述五片式光学系统中由物侧至像侧的第五个透镜的情况下，或者，在所述第一非球面透镜为所述五片式光学系统中由物侧至像侧的第四个透镜且所述超透镜为所述五片式光学系统中由物侧至像侧的第五个透镜的情况下，所述五片式光学系统还满足以下条件表达式：

15、

16、其中，fa表示所述第一非球面透镜的焦距。

17、可选地，该五片式光学系统还包括：光阑，所述光阑的设置位置为所述五片式光学系统的十个表面中的第五表面之前的任一位置。

18、可选地，第二透镜为二次曲面透镜或第二非球面透镜。

19、可选地，在所述第二透镜为二次曲面透镜的情况下，所述二次曲面透镜的表面矢高满足：

20、

21、其中，z1表示所述二次曲面透镜的表面矢高；c1表示所述二次曲面透镜顶点的曲率；k1表示所述二次曲面透镜的圆锥系数，且k1的取值范围为；r1表示所述二次曲面透镜表面一点到中心的距离。

22、可选地，第一非球面透镜为偶次非球面透镜。

23、可选地，第一非球面透镜的表面矢高满足：

24、

25、其中，z2表示所述第一非球面透镜的表面矢高；c2表示所述第一非球面透镜顶点的曲率；k2表示所述第一非球面透镜的圆锥系数，且k2的取值范围为；r2表示所述第一非球面透镜表面一点到中心的距离；a、b、c、d、e、f、g、h和i分别为所述第一非球面透镜的4次、6次、8次、10次、12次、14次、16次、18次和20次系数。

26、可选地，超透镜一侧表面具有纳米结构，且所述超透镜的相位分布满足以下公式之一：

27、

28、

29、

30、

31、

32、

33、

34、

35、其中，r表示所述超透镜的中心到其表面任一纳米结构的距离；λ表示所述超透镜的工作波长；表示与所述工作波长相关的相位；(x,y)表示所述纳米结构在所述超透镜上的坐标；fm表示所述超透镜的焦距；ai、bi、aij和bij均表示各阶的相位系数。

36、第二方面，本发明实施例还提供了一种成像装置，包括：如上述任一项所述的五片式光学系统和图像传感器；所述图像传感器设置于所述五片式光学系统的像侧，且用于接收所述五片式光学系统投射的图像。

37、本发明实施例上述第一方面提供的方案中，在矫正残余像差且不引入过大色散的情况下不仅使用了更少数量的镜片(即5片透镜)，通过减少镜片的使用数量从而缩小光学系统的整体尺寸；并且，该五片式光学系统中所包括的一片微纳级尺寸的超透镜可以进一步缩减该光学系统的系统总长；此外，该五片式光学系统可以只使用一片加工难度较高的非球面透镜，大大降低了该五片式光学系统的整体制造难度，且降低成本。

38、本发明实施例上述第二方面提供的方案中，将五片式光学系统与图像传感器相结合，得到可应用于相机、摄影仪、手机、望远镜等设备的成像装置，可以使该成像装置在满足成像需求的情况下，还可以具有较小的尺寸。

39、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种五片式光学系统，其特征在于，包括：超透镜(1)、第一透镜(2)以及三片第二透镜(3)；所述第一透镜(2)为第一非球面透镜(21)；

2.根据权利要求1所述的五片式光学系统，其特征在于，所述五片式光学系统还满足以下条件表达式：

3.根据权利要求1所述的五片式光学系统，其特征在于，所述五片式光学系统还满足以下条件表达式：

4.根据权利要求1所述的五片式光学系统，其特征在于，所述五片式光学系统还满足以下条件表达式：

5.根据权利要求1所述的五片式光学系统，其特征在于，在所述第一非球面透镜(21)为所述五片式光学系统中由物侧至像侧的第五个透镜的情况下，或者，在所述第一非球面透镜(21)为所述五片式光学系统中由物侧至像侧的第四个透镜且所述超透镜(1)为所述五片式光学系统中由物侧至像侧的第五个透镜的情况下，所述五片式光学系统还满足以下条件表达式：

6.根据权利要求1所述的五片式光学系统，其特征在于，还包括：光阑(4)，所述光阑(4)的设置位置为所述五片式光学系统的十个表面中的第五表面之前的任一位置。

7.根据权利要求1所述的五片式光学系统，其特征在于，所述第二透镜(3)为二次曲面透镜(31)或第二非球面透镜(32)。

8.根据权利要求7所述的五片式光学系统，其特征在于，在所述第二透镜(3)为二次曲面透镜(31)的情况下，所述二次曲面透镜(31)的表面矢高满足：

9.根据权利要求1所述的五片式光学系统，其特征在于，所述第一非球面透镜(21)为偶次非球面透镜。

10.根据权利要求9所述的五片式光学系统，其特征在于，所述第一非球面透镜(21)的表面矢高满足：

11.根据权利要求1所述的五片式光学系统，其特征在于，所述超透镜(1)一侧表面具有纳米结构，且所述超透镜(1)的相位分布满足以下公式之一：

12.一种成像装置，其特征在于，包括：如权利要求1至11中的任一项所述的五片式光学系统和图像传感器；

技术总结
本发明提供了一种五片式光学系统及包含其的成像装置，该五片式光学系统包括：超透镜、第一透镜以及三片第二透镜；第一透镜为第一非球面透镜；第一非球面透镜为五片式光学系统中由物侧至像侧的第四个透镜或第五个透镜；超透镜位于除第一非球面透镜所处位置以外的其余四个位置中的任一位置；五片式光学系统满足：f表示五片式光学系统的有效焦距，f<subgt;m</subgt;表示超透镜的焦距。通过本发明实施例提供的五片式光学系统及包含其的成像装置，在矫正残余像差且不引入过大色散的情况下，通过减少镜片数量及利用一片微纳级尺寸的超透镜缩小光学系统的整体尺寸；且可以只使用一片加工难度较高的非球面透镜，降低该五片式光学系统的整体制造难度，降低成本。

技术研发人员：赵小波,林合山,郝成龙,谭凤泽,朱健
受保护的技术使用者：深圳迈塔兰斯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15