一种成像光学系统的制作方法

本发明涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种成像光学系统。

背景技术：

近年来，随着具有摄像功能的可携式电子产品的兴起，对应用于这类产品光学系统的需求日渐提高。一般光学系统的感光元件为感光耦合元件CCD或者互补性氧化金属半导体元件，且随着半导体工艺技术的精进，使得感光元件像素尺寸缩小，光学系统逐渐往高像素领域发展，因此对成像品质的要求也日益增加。同时为了更好的拍摄效果，更多的拍摄细节，人们对光圈及视场角也提出了更高的需求。

传统搭载于高像素电子装置上的光学系统，多采用四片式透镜结构为主，其镜片形状配置导致通光量降低且视场角受限；且镜片弯曲过大而发生成型不良；虽然部分五片式结构可以满足大光圈及高解析的需求，但屈折力过强使得敏感度过高，光线角度变化太大而造成面反射等问题，且增加了制造成本。

因此怎样在高像素大光圈的前提下拍摄到更多的细节、更大的视野范围一直为目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种成像光学系统，在满足高像素大光圈的同时具有更大的视场角。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种成像光学系统，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面；

所述第二透镜具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凹面，像侧表面于光轴区域为凸面；

所述第三透镜具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域及圆周区域为凹面，像侧表面于光轴区域为凸面；

所述第四透镜具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凹面，其物侧表面或/和像侧表面至少存在一个反曲点；

并满足以下关系式：

0.8≤Y/f≤1.0；

0.4≤f/f₁₂≤0.83；

-7.5≤(R₄+R₅)/(R₄-R₅)≤-1.2；

其中，R₄表示所述第二透镜物侧表面的曲率半径，R₅表示所述第二透镜像侧表面的曲率半径，f表示所述成像光学系统的焦距，f₁₂表示所述第一透镜和所述第二透镜组合焦距，Y表示位于所述第四透镜像侧的感光面光接收区域的半对角线长。

优选的，满足以下关系式：0.1≤f/f₃+f/f₄≤0.6；其中，f₃表示所述第三透镜的焦距，f₄表示所述第四透镜的焦距。

优选的，满足以下关系式：0.5≤f₃/f₁≤4.0；其中，f₁表示所述第一透镜的焦距，f₃表示所述第三透镜的焦距。

优选的，满足以下关系式：1.3≤T₁₂/(T₂₃+T₃₄)≤1.9；其中，T₁₂表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间隔，T₂₃表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间隔，T₃₄表示所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间隔。

优选的，满足以下关系式：0.4≤CT₂/CT₄≤1.0；其中，CT₂表示所述第二透镜在光轴上的厚度，CT₄表示所述第四透镜在光轴上的厚度。

优选的，满足以下关系式：2.0≤ALT/CT₂≤7.1；其中，CT₂表示所述第二透镜在光轴上的厚度，ALT表示所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜在光轴上的厚度总和。

优选的，在所述第一透镜物侧设置有光圈。在所述第四透镜像侧设置有红外滤光片。

由上述技术方案可知，本发明所提供的成像光学系统，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，物方光线依次经过各透镜，成像到摄像模组感光面上。所述光学系统通过调节第一透镜和第二透镜的焦距，满足关系式0.4≤f/f₁₂≤0.83，并且成像系统焦距满足关系式0.8≤Y/f≤1.0，可以在高像素大光圈的情况下增大视场角，扩大成像系统的拍摄视野范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明第一实施例提供的一种成像光学系统的示意图；

图2为本发明第一实施例中成像光学系统的畸变场曲图；

图3为本发明第一实施例中成像光学系统的球差曲线图；

图4为本发明第二实施例提供的一种成像光学系统的示意图；

图5为本发明第二实施例中成像光学系统的畸变场曲图；

图6为本发明第二实施例中成像光学系统的球差曲线图；

图7为本发明第三实施例提供的一种成像光学系统的示意图；

图8为本发明第三实施例中成像光学系统的畸变场曲图；

图9为本发明第三实施例中成像光学系统的球差曲线图；

图10为本发明第四实施例提供的一种成像光学系统的示意图；

图11为本发明第四实施例中成像光学系统的畸变场曲图；

图12为本发明第四实施例中成像光学系统的球差曲线图；

图13为本发明第五实施例提供的一种成像光学系统的示意图；

图14为本发明第五实施例中成像光学系统的畸变场曲图；

图15为本发明第五实施例中成像光学系统的球差曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种成像光学系统，包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面；

所述第二透镜具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凹面，像侧表面于光轴区域为凸面；

所述第三透镜具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域及圆周区域为凹面，像侧表面于光轴区域为凸面；

所述第四透镜具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凹面，其物侧表面或/和像侧表面至少存在一个反曲点；

并满足以下关系式：

0.8≤Y/f≤1.0；

0.4≤f/f₁₂≤0.83；

-7.5≤(R₄+R₅)/(R₄-R₅)≤-1.2；

其中，R₄表示所述第二透镜物侧表面的曲率半径，R₅表示所述第二透镜像侧表面的曲率半径，f表示所述成像光学系统的焦距，f₁₂表示所述第一透镜和所述第二透镜组合焦距，Y表示位于所述第四透镜像侧的感光面光接收区域的半对角线长。

本实施例成像光学系统，物侧光线依次经过第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜成像到位于第四透镜像侧的感光面上，各透镜表面均为非球面。

其中，第一透镜具有正屈折力，可协助汇聚由物侧进入的光线；第二透镜具有负屈折力，并且为凹凸结构，可对第一透镜产生的像差补正；第三透镜具有正屈折力，通过第三透镜协助分担系统整体所需的正屈折力，平衡系统屈折力，降低设计以及制造上的难度；第四透镜为凸凹结构，有利于修正像散，并设计在物侧面或像侧面存在反曲点，可以修正离轴像差，像侧面为凹面可使系统主点远离成像面，缩短焦距。

本实施例成像光学系统通过调节第一透镜和第二透镜的焦距，满足关系式0.4≤f/f₁₂≤0.83，并且成像系统焦距满足关系式0.8≤Y/f≤1.0，通过缩短光学系统焦距的方式，在满足高像素大光圈的条件下增大视场角，扩大成像系统的拍摄视野范围。

本光学系统中第二透镜满足关系式：-7.5≤(R₄+R₅)/(R₄-R₅)≤-1.2，可减小系统球差。其中R₄表示第二透镜物侧表面的曲率半径，R₅表示第二透镜像侧表面的曲率半径。

进一步的，本实施例成像光学系统，满足以下关系式：0.1≤f/f₃+f/f₄≤0.6；

其中，f₃表示所述第三透镜的焦距，f₄表示所述第四透镜的焦距。通过设置第三透镜和第四透镜焦距以保证系统整体屈折力平衡，降低敏感度。

优选的，本实施例成像光学系统满足以下关系式：0.5≤f₃/f₁≤4.0；其中，f₁表示所述第一透镜的焦距，f₃表示所述第三透镜的焦距。通过设置第三透镜焦距与第一透镜焦距的比值，有助于保持系统整体屈折力平衡，并有助于缩短系统焦距。

优选的，本实施例成像光学系统满足以下关系式：1.3≤T₁₂/(T₂₃+T₃₄)≤1.9；其中，T₁₂表示所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的空气间隔，T₂₃表示所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的空气间隔，T₃₄表示所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的空气间隔，这样通过将各透镜位置合理分配，降低组装时镜片间碰撞的可能性，并有利于减小制程难度，缩短各透镜距离，减小系统焦距。

进一步优选的，本实施例成像光学系统满足以下关系式：0.4≤CT₂/CT₄≤1.0；其中，CT₂表示所述第二透镜在光轴上的厚度，CT₄表示所述第四透镜在光轴上的厚度。通过此设置合理分配透镜的厚度，使成型容易，可提升生产良率。

进一步优选的，本实施例成像光学系统满足以下关系式：2.0≤ALT/CT₂≤7.1；其中，CT₂表示所述第二透镜在光轴上的厚度，ALT表示所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜在光轴上的厚度总和。通过控制第二透镜的厚度及在四个透镜整体厚度所占的比例，降低制程难度，提升良率。

上述各透镜的非球面的曲线方程式表示如下：

其中，z表示非球面上距离光轴为r的点，其与相切于非球面的光轴上顶点切面的相对距离，c表示曲率半径，r表示非球面上点与光轴的距离，k表示锥面系数，Ai表示第i阶非球面系数。

下面以具体实施例对本发明成像光学系统进行详细说明。

在本发明成像光学系统的一种具体实施例中，请参考图1，所述成像光学系统包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14。

其中，第一透镜11具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凸面。第一透镜11为双凸结构有利于缩短焦距，减小视点深度，有利于扩大视场角。

第二透镜12具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凹面，像侧表面于光轴区域为凸面。

第三透镜13具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域及圆周区域为凹面，像侧表面通光区域为凸面。

第四透镜14具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凹面，其物侧表面或/和像侧表面至少存在一个反曲点。

本实施例中，第二透镜12的物侧表面曲率半径R₄和像侧表面曲率半径R₅满足条件：(R₄+R₅)/(R₄-R₅)＝-1.202。

所述成像光学系统的焦距f满足条件：f/f₁₂＝0.4816，Y/f＝0.9156。

第三透镜焦距f₃、第四透镜焦距f₄满足条件：f/f₃+f/f₄＝0.2615，f₃/f₁＝0.566。

第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔T₁₂，第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隔T₂₃、第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间隔T₃₄满足条件：T₁₂/(T₂₃+T₃₄)＝1.84。

第二透镜在光轴上的厚度CT₂，第四透镜在光轴上的厚度CT₄满足条件：CT₂/CT₄＝0.7695，ALT/CT₂＝2.859。

本实施例成像光学系统在第一透镜11物侧设置有光圈10。在第四透镜14像侧设置有红外滤光片15，通过红外滤光片15滤除进入光学系统中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声，

本实施例成像光学系统各透镜的结构参数具体如表1-1所示，其焦距f、光圈值Fno、视场角FOV的数值分别为f＝2.509mm、Fno＝2.062、FOV＝83.96度。表中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面0-12依次表示由物侧至像侧的表面。

表1-1

本实施例中各透镜的非球面系数具体如表1-2所示，其中，k表示非球面曲线方程式中的锥面系数，A4-A16表示各表面第4-16阶非球面系数。

表1-2

本实施例成像光学系统经测试得到的畸变场曲线图以及球差曲线图分别如图2和图3所示，其中畸变场曲线图测试波长为0.555μm，球差曲线图测试波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm和0.650μm。在以下各实施例中测试曲线图中测试波长与本实施例相同。

在本发明成像光学系统的又一种具体实施例中，可参考图4，所述成像光学系统包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24。

其中，所述第一透镜21具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凸面。

所述第二透镜22具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凹面，其像侧表面于光轴区域为凸面。

第三透镜23具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凹面，像侧表面于光轴区域为凸面。

第四透镜24具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凹面，其物侧表面或/和像侧表面至少存在一个反曲点。

本实施例中，第二透镜22的物侧表面曲率半径R₄和像侧表面曲率半径R₅满足条件：(R₄+R₅)/(R₄-R₅)＝-1.2727。

所述成像光学系统的焦距f满足条件：f/f₁₂＝0.5004，Y/f＝0.9228。

第三透镜焦距f₃、第四透镜焦距f₄满足条件：f/f₃+f/f₄＝0.1572，f₃/f₁＝0.5155。

第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔T₁₂，第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隔T₂₃、第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间隔T₃₄满足条件：T₁₂/(T₂₃+T₃₄)＝1.8244。

第二透镜在光轴上的厚度CT₂，第四透镜在光轴上的厚度CT₄满足条件：CT₂/CT₄＝0.9973，ALT/CT₂＝5.0602。

本实施例成像光学系统在第一透镜21物侧设置有光圈20。在第四透镜24像侧设置有红外滤光片25，通过红外滤光片25滤除进入光学系统中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声，

本实施例成像光学系统各透镜的结构参数具体如表2-1所示，其焦距f、光圈值Fno、视场角FOV的数值分别为f＝2.489mm、Fno＝2.093、FOV＝84.03度。表中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面0-12依次表示由物侧至像侧的表面。

表2-1

本实施例中各透镜的非球面系数具体如表2-2所示，其中，k表示非球面曲线方程式中的锥面系数，A4-A16表示各表面第4-16阶非球面系数。

表2-2

本实施例成像光学系统经测试的畸变场曲线图以及球差曲线图分别如图5和图6所示。

在本发明成像光学系统的又一种具体实施例中，可参考图7，本实施例成像光学系统包括沿光轴依次设置的第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33和第四透镜34,。

其中，第一透镜31具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面。

第二透镜32具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凹面。

第三透镜33具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凹面，其像侧表面于光轴区域为凸面。

所述第四透镜34具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凹面，其物侧表面或/和像侧表面至少存在一个反曲点。

本实施例中，第二透镜32的物侧表面曲率半径R₄和像侧表面曲率半径R₅满足条件：(R₄+R₅)/(R₄-R₅)＝-7.4828。

所述成像光学系统的焦距f满足条件：f/f₁₂＝0.8239，Y/f＝0.9083。

第三透镜焦距f₃、第四透镜焦距f₄满足条件：f/f₃+f/f₄＝0.1427，f₃/f₁＝3.9463。

第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔T₁₂，第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隔T₂₃、第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间隔T₃₄满足条件：T₁₂/(T₂₃+T₃₄)＝1.3309。

第二透镜在光轴上的厚度CT₂，第四透镜在光轴上的厚度CT₄满足条件：CT₂/CT₄＝0.4667，ALT/CT₂＝7.0905。

本实施例成像光学系统在第一透镜31物侧设置有光圈30。在第四透镜34像侧设置有红外滤光片35，

本实施例成像光学系统各透镜的结构参数具体如表3-1所示，其焦距f、光圈值Fno、视场角FOV的数值分别为f＝2.529mm、Fno＝2.013、FOV＝84.84度。表中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面0-12依次表示由物侧至像侧的表面。

表3-1

本实施例中各透镜的非球面系数具体如表3-2所示，其中，k表示非球面曲线方程式中的锥面系数，A4-A16表示各表面第4-16阶非球面系数。

表3-2

本实施例成像光学系统经测试得到的畸变场曲线图以及球差曲线图分别如图8和图9所示。

在本发明成像光学系统的又一种具体实施例中，可参考图10，所述成像光学系统包括沿光轴依次设置的第一透镜41、第二透镜42、第三透镜43和第四透镜44。

其中，第一透镜41具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凸面。

所述第二透镜42具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凹面。

所述第三透镜43具有正屈折力，其像侧表面于光轴区域为凸面。

所述第四透镜44具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凹面，其物侧表面或/和像侧表面至少存在一个反曲点。

本实施例中，第二透镜42的物侧表面曲率半径R₄和像侧表面曲率半径R₅满足条件：(R₄+R₅)/(R₄-R₅)＝-1.233。

所述成像光学系统的焦距f满足条件：f/f₁₂＝0.4335，Y/f＝0.9194。

第三透镜焦距f₃、第四透镜焦距f₄满足条件：f/f₃+f/f₄＝0.3113，f₃/f₁＝0.5865。

第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔T₁₂，第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隔T₂₃、第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间隔T₃₄满足条件：T₁₂/(T₂₃+T₃₄)＝1.7619。

第二透镜在光轴上的厚度CT₂，第四透镜在光轴上的厚度CT₄满足条件：CT₂/CT₄＝0.7886，ALT/CT₂＝5.4578。

本实施例成像光学系统在第一透镜41物侧设置有光圈40。在第四透镜44像侧设置有红外滤光片45，

本实施例成像光学系统各透镜的结构参数具体如表4-1所示，其焦距f、光圈值Fno、视场角FOV的数值分别为f＝2.498mm、Fno＝2.087、FOV＝84.04度。表中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面0-12依次表示由物侧至像侧的表面。

表4-1

本实施例中各透镜的非球面系数具体如表4-2所示，其中，k表示非球面曲线方程式中的锥面系数，A4-A16表示各表面第4-16阶非球面系数。

表4-2

本实施例成像光学系统经测试得到的畸变场曲线图以及球差曲线图分别如图11和图12所示。

在本发明成像光学系统的又一种具体实施例中，可参考图13，所述成像光学系统包括沿光轴依次设置的第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53和第四透镜54。

其中，第一透镜51具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面。

所述第二透镜52具有负屈折力，其像侧表面于光轴区域为凸面。

第三透镜53具有正屈折力，其物侧表面于光轴区域为凹面，其像侧表面于光轴区域为凸面。

所述第四透镜54具有负屈折力，其物侧表面于光轴区域为凸面，像侧表面于光轴区域为凹面，其物侧表面或/和像侧表面至少存在一个反曲点。

本实施例中，第二透镜52的物侧表面曲率半径R₄和像侧表面曲率半径R₅满足条件：(R₄+R₅)/(R₄-R₅)＝-3.3898。

所述成像光学系统的焦距f满足条件：f/f₁₂＝0.5208，Y/f＝0.9354。

第三透镜焦距f₃、第四透镜焦距f₄满足条件：f/f₃+f/f₄＝0.5222，f₃/f₁＝2.3352。

第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔T₁₂，第二透镜与第三透镜在光轴上的空气间隔T₂₃、第三透镜与第四透镜在光轴上的空气间隔T₃₄满足条件：T₁₂/(T₂₃+T₃₄)＝1.4895。

第二透镜在光轴上的厚度CT₂，第四透镜在光轴上的厚度CT₄满足条件：CT₂/CT₄＝0.4152，ALT/CT₂＝6.9923。

本实施例成像光学系统在第一透镜51物侧设置有光圈50。在第四透镜54像侧设置有红外滤光片55，通过红外滤光片55滤除进入光学系统中的红外波段光，避免红外光照射到感光芯片上产生噪声，

本实施例成像光学系统各透镜的结构参数具体如表5-1所示，其焦距f、光圈值Fno、视场角FOV的数值分别为f＝2.456mm、Fno＝2.079、FOV＝85.81度。表中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面0-12依次表示由物侧至像侧的表面。

表5-1

本实施例中各透镜的非球面系数具体如表5-2所示，其中，k表示非球面曲线方程式中的锥面系数，A4-A16表示各表面第4-16阶非球面系数。

表5-2

本实施例成像光学系统经测试的畸变场曲线图以及球差曲线图分别如图14和图15所示。

本实施例成像光学系统，采用大光圈设计，提升像质，扩大进光量，提升图像的整体亮度；并且视场角大，能够使用户拍摄到更多的细节，镜头覆盖范围广，视野大；各透镜面型顺畅，厚薄均匀，成型易，减小制程难度；透镜与透镜空气间隙均衡，降低组装时镜片间碰撞的可能性；另外。本光学系统敏感度好，良率高。

以上对本发明所提供的一种成像光学系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。