CN106646836A - 一种大光圈广角小型成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大光圈广角小型成像装置，从物面至像面依次设置有：第一透镜，第一透镜为正焦距的非球面透镜，且第一透镜的两个面均为凸面；第二透镜，第二透镜为负焦距的非球面透镜，且第二透镜的两个面均为凹面；第三透镜，第三透镜为正焦距的非球面透镜，且第三透镜朝向物面的一面为凹面，第三透镜朝向像面的一面为凸面；第四透镜，第四透镜为负焦距的非球面透镜；第四透镜呈“M”形；滤光片；感光片；第四透镜朝向像面的表面有效径为h，有效径h处的表面切线与表面法线呈90°，有效径h处的出射主光线d与表面法线c的夹角为e，满足：0<e<0.5°。本发明可以用于需要更大角度光线要求更严格的实拍环境，节省所需要的装载空间。

Description

一种大光圈广角小型成像系统

【技术领域】

本发明涉及光学系统，尤其是一种大光圈广角小型成像系统。

【背景技术】

目前使用的小型光学系统存在一些弊端，在光能量强度较大的光源照射下或者太阳光照射下，会出现较强的鬼影，在拍摄角度较大的情况下，会出现由镜片内反射、隔圈及压环表面反射引起的杂散光，导致整体画面像质变差，或者画面中出现多余的光线或异常形状的图像。

此发明正是基于上述现有技术存在的缺点提出的。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种大光圈广角小型成像系统，可以用于需要更大角度光线要求更严格的实拍环境，节省所需要的装载空间。

为解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：从物面至像面依次设置有：

第一透镜，所述第一透镜为正焦距的非球面透镜，且所述第一透镜的两个面均为凸面；

第二透镜，所述第二透镜为负焦距的非球面透镜，且所述第二透镜的两个面均为凹面；

第三透镜，所述第三透镜为正焦距的非球面透镜，且所述第三透镜朝向物面的一面为凹面，所述第三透镜朝向像面的一面为凸面；

第四透镜，所述第四透镜为负焦距的非球面透镜；所述第四透镜呈“M”形；

滤光片；

感光片；

所述的第四透镜朝向像面的表面有效径为h，有效径h处的表面切线与表面法线呈90°，有效径h处的出射主光线d与表面法线c的夹角为e，满足：0<e<0.5°。

如上所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：成像系统总长TTL,后焦总长为FFL,满足以下条件：3.6mm<TTL<3.75mm,1.0mm<FFL<1.2mm。

如上所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述的第一透镜的第一面、第二面光学有效径尺寸为φ₁、φ₂，外径寸法为φ_Ⅰ，所述的第二透镜第一面、二面的光学有效径为φ₃、φ₄，外径寸法为φ_Ⅱ，所述的第三透镜的第一面、第二面光学有效径为φ₅、φ₆，外径寸法为φ_Ⅲ，所述的第四透镜的第一面、第二面光学有效径为φ₇、φ₈，外径寸法为φ_Ⅳ，满足以下条件:0.74mm<φ₁<0.76mm，0.83<φ₁/φ₂<0.85，0.95mm<φ₃<1.05mm，1.0<φ₃/φ₄<1.05，1.0mm<φ₅<1.1mm，0.83<φ₅/φ₆<0.86，1.75mm<φ₇<1.78mm，0.85<φ₇/φ₈<0.9，1.0<φ_Ⅱ/φ_Ⅰ<1.05，1.05<φ_Ⅳ/φ_Ⅲ<1.1。

如上所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜的焦距为f₁，所述第二透镜的焦距为f₂，所述第三透镜的焦距为f₃，所述第四透镜的焦距为f₄,满足：-2.5<f₂/f₁<0，-1.5<f₄/f₃<0；所述第一透镜的色散系数为lens₁，所述第二透镜的色散系数为lens₂，所述第三透镜的色散系数为lens₃，所述第四透镜的色散系数lens₄，满足如下条件：52<lens₁<60，52<lens₃<60；52<lens₄<60；30<lens₁-lens₂<40。

如上所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜与第二透镜的间距为A₁，所述第二透镜与第三透镜的间距为A₂，所述第三透镜与第四透镜的间距为A₃，所述第四透镜与感光片的间距为A₄，则满足以下条件：0.55<A₁/A₂<0.6，1.25<A₂/A₃<1.32，4.5<A₄/A₃<5.0，0.45<(A₁+A₂+A₃+A₄)/TTL<0.5。

如上所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜的中心厚度为T₁，所述第二透镜的中心厚度为T₂，所述第三透镜的中心厚度为T₃，所述第四透镜的中心厚度为T₄，满足：1.7<T₁/T₂<1.75，0.54<T₂/T₃<0.56，1.8<T₃/T₄<1.85，0.5<(T₁+T₂+T₃+T₄)/TTL<0.55；其中T₁+T₂+T₃+T₄与A₁+A₂+A₃+A₄满足：1<(T₁+T₂+T₃+T₄)/(A₁+A₂+A₃+A₄)<1.1。

如上所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述感光片的对角线直径为IMC,满足：0.76<TTL/IMC<0.8。

如上所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述镜头的焦距为f，满足：0.75<f/TTL<0.8。

如上所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为塑胶透镜。

如上所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的非球面表面形状满足方程式：

上述方程式中参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。

与现有技术相比，本发明的一种大光圈广角小型成像系统，达到了如下效果：

1、本发明的成像系统实现了光圈小于F2.0，且鬼影小，基本无明显杂光的高象质成型系统，第四透镜4朝向像面的表面有效径为h，有效径h处的出射主光线d与表面法线c的夹角为e，满足：0<e<0.5°，可有效消除镜片内反射，成像更加清晰。

2、第一透镜的第一面、第二面光学有效径尺寸为φ₁、φ₂，外径寸法为φ_Ⅰ，第二透镜的第一面、二面的光学有效径为φ₃、φ₄，外径寸法为φ_Ⅱ，第三透镜的第一面、第二面光学有效径为φ₅、φ₆，外径寸法为φ_Ⅲ，第四透镜的第一面、第二面光学有效径为φ₇、φ₈，外径寸法为φ_Ⅳ，满足以下条件:0.74mm<φ₁<0.76mm，0.83<φ₁/φ₂<0.85，0.95mm<φ₃<1.05mm，1.0<φ₃/φ₄<1.05，1.0mm<φ₅<1.1mm，0.83<φ₅/φ₆<0.86，1.75mm<φ₇<1.78mm，0.85<φ₇/φ₈<0.9，1.0<φ_Ⅱ/φ_Ⅰ<1.05，1.05<φ_Ⅳ/φ_Ⅲ<1.1，第四透镜通光实际有效径小，部分无效径用有效径替代，以现有工艺做出尺寸较小的压环，可完全避免光线打在侧壁上再反射，可以实现压环表面无发射。

3、本发明的第三透镜与第四透镜的间距为A₃，所述第四透镜4与感光片6的间距包含滤光片0.21mm的厚度为A₄，满足：4.5<A₄/A₃<5.0；0.45<A₁+A₂+A₃+A₄/TTL<0.5,第三透镜3与第四透镜4之间的间距较小，有效控制边缘距离，。

4、在本发明中，孔径光阑前置，-2.5<f₂/f₁<0，可以解决此发明的广角视场压缩问题，可以有效降低大角度光线在系统主面的高度，使系统长度超薄并降低结构性公差敏感性。

5、第一透镜与第三透镜位于第二透镜两侧，类似为对称镜片，第二透镜可有效消除色差，第四透镜为负焦距透镜，两个面的表面形状朝向物面方向呈M字形结构，可有效校正系统畸变量。

6、在本发明中，各透镜的色散系数满足：52<lens₁<60；52<lens₃<60；52<lens₄<60；30<lens₁-lens₂<40，能够很好地校正系统色差，满足高像质要求。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明示意图；

图2为本发明第四透镜的结构示图；

附图说明：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、滤光片；6、感光片。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。

如图1至图2所示，一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：从物面至像面依次设置有：

第一透镜1，所述第一透镜1为正焦距的非球面透镜，且所述第一透镜1的两个面均为凸面；

第二透镜2，所述第二透镜2为负焦距的非球面透镜，且所述第二透镜2的两个面均为凹面；

第三透镜3，所述第三透镜3为正焦距的非球面透镜，且所述第三透镜朝向物面的一面为凹面，所述第三透镜3朝向像面的一面为凸面；

第四透镜4，所述第四透镜4为负焦距的非球面透镜；所述第四透镜4呈M字形；

滤光片5；

感光片6；在本实施例中，滤光片为红外滤光片；

所述的第四透镜4朝向像面的表面有效径为h，有效径h处的表面切线与表面法线呈90°，有效径h处的出射主光线d与表面法线c的夹角为e，满足：0<e<0.5°，1.8<h<2.0mm。

如图1至图2所示，，在本实施例中，成像系统总长TTL,后焦总长为FFL,满足以下条件：3.6mm<TTL<3.75mm,1.0mm<FFL<1.2mm。

如图1至图2所示，，在本实施例中，所述的第一透镜1的第一面、第二面光学有效径尺寸为φ₁、φ₂，外径寸法为φ_Ⅰ，所述的第二透镜2第一面、二面的光学有效径为φ₃、φ₄，外径寸法为φ_Ⅱ，所述的第三透镜3的第一面、第二面光学有效径为φ₅、φ₆，外径寸法为φ_Ⅲ，所述的第四透镜4的第一面、第二面光学有效径为φ₇、φ₈，外径寸法为φ_Ⅳ，满足以下条件:0.74mm<φ₁<0.76mm，0.83<φ₁/φ₂<0.85，0.95mm<φ₃<1.05mm，1.0<φ₃/φ₄<1.05，1.0mm<φ₅<1.1mm，0.83<φ₅/φ₆<0.86，1.75mm<φ₇<1.78mm，0.85<φ₇/φ₈<0.9，1.0<φ_Ⅱ/φ_Ⅰ<1.05，1.05<φ_Ⅳ/φ_Ⅲ<1.1。此种光学有效径与无效径比例，可有效避免进入通光孔的光线打在结构件的内表面上，减少遮光纸及压环侧壁的反射。

如图1至图2所示，，在本实施例中，所述第一透镜1的焦距为f₁，所述第二透镜2的焦距为f₂，所述第三透镜3的焦距为f₃，所述第四透镜4的焦距为f₄,满足：-2.5<f₂/f₁<0，-1.5<f₄/f₃<0；

所述第一透镜1的色散系数为lens₁，所述第二透镜2的色散系数为lens₂，所述第三透镜3的色散系数为lens₃，所述第四透镜4的色散系数lens₄，满足如下条件：52<lens₁<60，52<lens₃<60；52<lens₄<60；30<lens₁-lens₂<40。

如图1至图2所示，，在本实施例中，所述第一透镜1与第二透镜2的间距为A₁，所述第二透镜2与第三透镜3的间距为A₂，所述第三透镜3与第四透镜4的间距为A₃，所述第四透镜4与感光片6的间距为A₄，则满足以下条件：0.55<A₁/A₂<0.6，1.25<A₂/A₃<1.32，4.5<A₄/A₃<5.0，0.45<(A₁+A₂+A₃+A₄)/TTL<0.5。

如图1至图2所示，，在本实施例中，所述第一透镜1的中心厚度为T₁，所述第二透镜2的中心厚度为T₂，所述第三透镜3的中心厚度为T₃，所述第四透镜4的中心厚度为T₄，满足：1.7<T₁/T₂<1.75，0.54<T₂/T₃<0.56，1.8<T₃/T₄<1.85，0.5<(T₁+T₂+T₃+T₄)/TTL<0.55；其中T₁+T₂+T₃+T₄与A₁+A₂+A₃+A₄满足：1<(T₁+T₂+T₃+T₄)/(A₁+A₂+A₃+A₄)<1.1。

如图1至图2所示，，在本实施例中，所述感光片的对角线直径为IMC,满足：0.76<TTL/IMC<0.8。

如图1至图2所示，，在本实施例中，所述镜头的焦距为f，满足：0.75<f/TTL<0.8。

如图1至图2所示，，在本实施例中，所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4均为塑胶透镜。

如图1至图2所示，，在本实施例中，所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4的非球面表面形状满足方程式：

上述方程式中参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。

Claims (10)

1.一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：从物面至像面依次设置有：

第一透镜(1)，所述第一透镜(1)为正焦距的非球面透镜，且所述第一透镜(1)的两个面均为凸面；

第二透镜(2)，所述第二透镜(2)为负焦距的非球面透镜，且所述第二透镜(2)的两个面均为凹面；

第三透镜(3)，所述第三透镜(3)为正焦距的非球面透镜，且所述第三透镜朝向物面的一面为凹面，所述第三透镜(3)朝向像面的一面为凸面；

第四透镜(4)，所述第四透镜(4)为负焦距的非球面透镜；所述第四透镜(4)呈“M”形；

滤光片(5)；

感光片(6)；

所述的第四透镜(4)朝向像面的表面有效径为h，有效径h处的表面切线与表面法线呈90°，有效径h处的出射主光线d与表面法线c的夹角为e，满足：0<e<0.5°。

2.根据权利要求1所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：成像系统总长TTL,后焦总长为FFL,满足以下条件：3.6mm<TTL<3.75mm,1.0mm<FFL<1.2mm。

3.根据权利要求2所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述的第一透镜(1)的第一面、第二面光学有效径尺寸为φ₁、φ₂，外径寸法为φ_Ⅰ，所述的第二透镜(2)第一面、二面的光学有效径为φ₃、φ₄，外径寸法为φ_Ⅱ，所述的第三透镜(3)的第一面、第二面光学有效径为φ₅、φ₆，外径寸法为φ_Ⅲ，所述的第四透镜(4)的第一面、第二面光学有效径为φ₇、φ₈，外径寸法为φ_Ⅳ，满足以下条件:0.74mm<φ₁<0.76mm，0.83<φ₁/φ₂<0.85，0.95mm<φ₃<1.05mm，1.0<φ₃/φ₄<1.05，1.0mm<φ₅<1.1mm，0.83<φ₅/φ₆<0.86，1.75mm<φ₇<1.78mm，0.85<φ₇/φ₈<0.9，1.0<φ_Ⅱ/φ_Ⅰ<1.05，1.05<φ_Ⅳ/φ_Ⅲ<1.1。

4.根据权利要求1所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜(1)的焦距为f₁，所述第二透镜(2)的焦距为f₂，所述第三透镜(3)的焦距为f₃，所述第四透镜(4)的焦距为f₄,满足：-2.5<f₂/f₁<0，-1.5<f₄/f₃<0；

所述第一透镜(1)的色散系数为lens₁，所述第二透镜(2)的色散系数为lens₂，所述第三透镜(3)的色散系数为lens₃，所述第四透镜(4)的色散系数lens₄，满足如下条件：52<lens₁<60，52<lens₃<60；52<lens₄<60；30<lens₁-lens₂<40。

5.根据权利要求2所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜(1)与第二透镜(2)的间距为A₁，所述第二透镜(2)与第三透镜(3)的间距为A₂，所述第三透镜(3)与第四透镜(4)的间距为A₃，所述第四透镜(4)与感光片(6)的间距为A₄，则满足以下条件：0.55<A₁/A₂<0.6，1.25<A₂/A₃<1.32，4.5<A₄/A₃<5.0，0.45<(A₁+A₂+A₃+A₄)/TTL<0.5。

6.根据权利要求5所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜(1)的中心厚度为T₁，所述第二透镜(2)的中心厚度为T₂，所述第三透镜(3)的中心厚度为T₃，所述第四透镜(4)的中心厚度为T₄，满足：1.7<T₁/T₂<1.75，0.54<T₂/T₃<0.56，1.8<T₃/T₄<1.85，0.5<(T₁+T₂+T₃+T₄)/TTL<0.55；其中T₁+T₂+T₃+T₄与A₁+A₂+A₃+A₄满足：1<(T₁+T₂+T₃+T₄)/(A₁+A₂+A₃+A₄)<1.1。

7.根据权利要求6所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述感光片的对角线直径为IMC,满足：0.76<TTL/IMC<0.8。

8.根据权利要求7所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述镜头的焦距为f，满足：0.75<f/TTL<0.8。

9.根据权利要求1所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)和第四透镜(4)均为塑胶透镜。

10.根据权利要求1或2所述的一种大光圈广角小型成像系统，其特征在于：所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)的非球面表面形状满足方程式：

$Z={\mathrm{cy}}^2/\{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{y}^2}\}+a_1{y}^2+a_2{y}^4+a_3{y}^6+a_4{y}^8+a_5{y}^{10}+a_6{y}^{12}+a_7{y}^{14}+a_8{y}^{16}$

上述方程式中参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数。