远心光学系统的制作方法

1.本发明涉及一种成像光学系统，特别是一种八片式的远心成像光学系统。


背景技术：

2.成像镜头应用已经非常广泛，但是大部分成像镜头的主光线在入射图像传感器时角度较大，例如cn114236758a公开的光学成像镜头，边缘主光线以接近45
°
入射图像传感器，由于实际制造时存在机械误差和装配误差，容易使图像传感器偏离理想像面，进而导致像面模糊。因此成像镜头发展出了远心光学镜头，其最大的优势就是各视场角的主光线平行入射像面，因此图像传感器沿光轴偏离理想像面对远心光学系统影响很小。
3.但是常规的远心光学镜头的f数相对较大，而且总长相对较大，应用场景受到限制。另外，现有八片式远心光学系统较少，存在焦距分配和物像面的凹凸配置不合理的问题，导致像差不容易校正的问题。因此，有必要进一步优化此类光学系统。


技术实现要素：

4.鉴于上述技术问题，本发明提供一种八片式的远心光学系统，具有f数小、成像质量好且小型化的优点。
5.根据本公开的远心光学系统，其由从物方到像方依序排列的光焦度为正的前透镜组g1、光焦度为正的中透镜组g2和光焦度为正的后透镜组g3组成；其中前透镜组g1由第一透镜l1和第二透镜l2组成；中透镜组g2由第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5和第六透镜l6组成；后透镜组g3由第七透镜l7和第八透镜l8组成。且成像光学系统进一步包括滤光片和图像传感器img。
6.其中：
7.第一透镜l1为正透镜，物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面；
8.第二透镜l2为负透镜，物侧面s3为凹面，像侧面s4为凹面；
9.第三透镜l3为正透镜，物侧面s5为凸面，像侧面s6为凹面；
10.第四透镜l4为负透镜，物侧面s7为凸面，像侧面s8为凹面；
11.第五透镜l5为正透镜，物侧面s9为凸面，像侧面s10为凸面；
12.第六透镜l6为正透镜，物侧面s11为凸面，像侧面s12为凸面；
13.第七透镜l7为正透镜，物侧面s13为凸面，像侧面s14为凸面；
14.第八透镜l8为正透镜，物侧面s15为凸面，像侧面s16为凸面；
15.其中，物侧面以及像侧面为凸面或凹面，应当按照本领域惯用的理解方式，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。
16.根据本公开的成像光学系统，可满足下列条件式(1)：
17.20《fg1/f《21；3《fg2/f《4；0《fg3/f《0.5
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(1)
18.通过设置条件式(1)，合理分配前、中、后组的焦距，各个视场的主光线容易在入射成像面时与主光轴平行，从而形成远心光学系统。如果不满足(1)式，则可能需要更多组镜
头分担焦距以形成远心镜头。
19.根据本公开的成像光学系统，可满足下列条件式(2)：
20.5《f1/f《7；-8《f2/f《-7；
21.9《f3/f《10；-15《f4/f《-10；5《f5/f《6；14《f6/f《15；
22.9《f7/f《11；0《f8/f《1
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(2)
23.通过设置条件式(2)，合理分配各透镜的焦距，能够保证镜头具有较大的视场角。并且通过设置条件式(1)和(2)可以获得较小的f数，从附图1可以看到像方空间f数为0.8。由于f数为有效焦距与通光孔径的比值，因此较小的f数可以获得更大的通光孔径。
24.根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(3)：
25.1.8《ih/ttl《2.2
26.5《ttl/f《7
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(3)
27.通过设置条件式(3)，能够有效缩小系统尺寸。
28.根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(4)：
[0029]-1.2《(r1 r2)/(r1-r2)《-1
[0030]
0.1《(r3 r4)/(r3-r4)《1
[0031]
5《(d1 d3)/d2《6
[0032]
2《d4/d2《2.5
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(4)
[0033]
通过满足条件式(4)，当孔径光阑设置在第一透镜物侧面时，缩小光阑尺寸不会直接影响入射光线的角度以及成像的清晰度和像高，即使得光阑对系统影响极小，因此可不必单独设置孔径光阑，而直接以第一透镜物侧面的有效口径作为孔径光阑。
[0034]
本技术的有益效果是：
[0035]
(1)通过合理分配前、中、后组的焦距较容易地形成远心光学系统，进一步通过合理设置各透镜的光焦度和面型，从而在保证镜头具有较大的视场角的前提下，获得较小的f数。
[0036]
(2)通过设计系统总长、系统有效焦距和全像高的关系缩小系统尺寸。
[0037]
(3)通过合理分配第一透镜和第二透镜的形状以及间距实现当孔径光阑设置在第一透镜物侧面时，缩小光阑尺寸不会直接影响入射光线的角度以及成像的清晰度和像高，因此可不必单独设置孔径光阑，而直接以第一透镜物侧面的有效口径作为孔径光阑。简化光学系统的构成，降低成本。
附图说明
[0038]
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：
[0039]
图1是本公开的一示例性实施例的zemax opticstido16 sp2界面图；
[0040]
图2是根据本公开的一示例性实施例的布局图；
[0041]
图3是根据本公开的一示例性实施例的实体图；
[0042]
图4是根据本公开的一示例性实施例的光学传递函数与空间频率的关系图；
[0043]
图5是根据本公开的一示例性实施例的点扩散函数图；
[0044]
其中，l1～l8表示第一至第八透镜，g1表示前透镜组，g2表示中透镜组，g3表示后透镜组，s1～s19表示各表面序号，img表示像面，hi表示全像高，ω为半视场角。
具体实施方式
[0045]
以下，将参照附图1-5来详细描述本公开的实施例。
[0046]
图1是本公开的一示例性实施例的zemax opticstido16 sp2界面图，其中，左侧为系统选项，可见孔径类型为像方空间f数为0.8，半视角为20
°
，中间表格为镜头数据表，上方为系统布局图，右侧为系统实体图。图2是图1中布局图的放大图，图3是图1中实体图的放大图。
[0047]
该远心光学系统由从物方到像方依序排列的光焦度为正的前透镜组g1、光焦度为正的中透镜组g2和光焦度为正的后透镜组g3组成；其中前透镜组g1由第一透镜l1和第二透镜l2组成；中透镜组g2由第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5和第六透镜l6组成；后透镜组g3由第七透镜l7和第八透镜l8组成。且成像光学系统进一步包括滤光片和图像传感器img。
[0048]
其中：
[0049]
第一透镜l1为正透镜，物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面；
[0050]
第二透镜l2为负透镜，物侧面s3为凹面，像侧面s4为凹面；
[0051]
第三透镜l3为正透镜，物侧面s5为凸面，像侧面s6为凹面；
[0052]
第四透镜l4为负透镜，物侧面s7为凸面，像侧面s8为凹面；
[0053]
第五透镜l5为正透镜，物侧面s9为凸面，像侧面s10为凸面；
[0054]
第六透镜l6为正透镜，物侧面s11为凸面，像侧面s12为凸面；
[0055]
第七透镜l7为正透镜，物侧面s13为凸面，像侧面s14为凸面；
[0056]
第八透镜l8为正透镜，物侧面s15为凸面，像侧面s16为凸面；
[0057]
其中，物侧面以及像侧面为凸面或凹面，应当按照本领域惯用的理解方式，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。
[0058]
根据本公开的成像光学系统，可满足下列条件式(1)：
[0059]
20《fg1/f《21；3《fg2/f《4；0《fg3/f《0.5
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(1)
[0060]
通过设置条件式(1)，合理分配前、中、后组的焦距，各个视场的主光线容易在入射成像面时与主光轴平行，从而形成远心光学系统。如果不满足(1)式，则可能需要更多组镜头分担焦距以形成远心镜头。
[0061]
根据本公开的成像光学系统，可满足下列条件式(2)：
[0062]
5《f1/f《7；-8《f2/f《-7；
[0063]
9《f3/f《10；-15《f4/f《-10；5《f5/f《6；14《f6/f《15；
[0064]
9《f7/f《11；0《f8/f《1
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(2)
[0065]
通过设置条件式(2)，合理分配各透镜的焦距，能够保证镜头具有较大的视场角。并且通过设置条件式(1)和(2)可以获得较小的f数，从附图1可以看到像方空间f数为0.8。由于f数为有效焦距与通光孔径的比值，因此较小的f数可以获得更大的通光孔径。
[0066]
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(3)：
[0067]
1.8《ih/ttl《2.2
[0068]
5《ttl/f《7
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(3)
[0069]
通过设置条件式(3)，能够有效缩小系统尺寸。
[0070]
根据本公开的成像光学系统可满足下列条件式(4)：
[0071]-1.2《(r1 r2)/(r1-r2)《-1
[0072]
0.1《(r3 r4)/(r3-r4)《1
[0073]
5《(d1 d3)/d2《6
[0074]
2《d4/d2《2.5
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(4)
[0075]
通过满足条件式(4)，当孔径光阑设置在第一透镜物侧面时，缩小光阑尺寸不会直接影响入射光线的角度以及成像的清晰度和像高，因此可不必单独设置孔径光阑，而直接以第一透镜物侧面的有效口径作为孔径光阑。
[0076]
表1示出成像光学系统的参数(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)。
[0077]
[表1]
[0078]
(长度单位：mm)
[0079][0080]
非球面采用偶次非球面，方程为：
[0081][0082]
其中，c为顶点率，a1～a5
……
为高次项系数。
[0083]
非球面数据如下：[表2]
[0084]
[0085][0086]
按照上述参数优化后的远心光学系统，不需要单独设置孔径光阑，可以直接以第一透镜物侧面的有效口径作为光阑。本实施例的光学传递函数与空间频率的关系图参见图4，本实施例的点扩散函数图参见图5。
[0087]
表3为本实施例的成像光学系统的光学参数。
[0088]
[表3]
[0089]
f13.886f1/f6.044f2-4.898f2/f-7.617f35.837f3/f9.078f4-7.869f4/f-12.238f53.3692f5/f5.240f69.2657f6/f14.410f76.5367f7/f10.166f80.275f8/f0.428fg113.403fg1/f20.844fg22.464fg2/f3.832fg30.278fg3/f0.432ttl3.803ttl/f5.914ih1.330ih/ttl2.068(r1 r2)/(r1-r2)-1.143(r3 r4)/(r3-r4)0.333(d1 d3)/d25.670d4/d22.110
[0090]
f1～f8为各透镜的焦距，fg1为前透镜组g1的合焦距，fg2为中透镜组g2的合焦距，fg3为后透镜组g3的合焦距，f为整个成像光学系统的焦距，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，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，ih为系统全像高，fno为像方空间f数，ω为半视场角。
[0091]
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。