低畸变光学系统的制作方法

本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种低畸变光学系统。

背景技术：

随着信息技术的发展，视频会议普遍应用于企业的远程交流管理。视频会议越来越关注会议的逼真性和互动性。在视频会议中，摄像的成像光学系统是非常重要的组成部分，成像光学系统的选择对视频会议的使用效果有明显的影响。

目前普遍使用的视频会议镜头存在这样的缺陷：水平方向视场角小，在水平方向上图像捕捉能力受限，而视场角大于100°的广角镜头通常都有严重的图像变形。鉴于现有技术的不足，本发明提供一种低畸变光学系统，以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种低畸变光学系统。

为实现上述目的，本发明提供一种低畸变光学系统，包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜；

其中，所述第五透镜和所述第六透镜粘合组成具有正光焦度的胶合透镜组。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜和所述第八透镜为非球面透镜。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜为凸-凹透镜，所述第八透镜为凸-凸透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜组成的前透镜组的有效焦距f1和所述低畸变光学系统的有效焦距f满足如下关系式:-2.12≤f1/f≤-1.62。

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、所述第七透镜和所述第八透镜组成的后透镜组的效焦距f2和所述低畸变光学系统的有效焦距f满足如下关系式:2.31≤f2/f≤3.07。

根据本发明的一个方面，所述低畸变光学系统的有效焦距f和所述低畸变光学系统的半像高h满足关系式：0.6≤f/h≤1.3。

根据本发明的一个方面，所述第五透镜的色散系数vd5满足如下关系式：vd5≥60。

根据本发明的一个方面，所述低畸变光学系统焦距f和所述第八透镜的像侧表面中心到像面的距离为bfl满足以下关系式：0.58≤f/bfl≤1.4。

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、所述第七透镜和所述第八透镜由玻璃透镜和塑胶透镜组成。

根据本发明的一个方案，通过对光学系统中各透镜凹凸性及光焦度的改良设计，并将第二透镜、第三透镜、第七透镜和第八透镜设为非球面透镜，能实现水平方向110°的大角度图像捕捉，同时兼顾系统光学畸变低于10％的低畸变性能，图像变形小，成像画面更真实。

根据本发明的一个方案，光学系统的有效焦距f和半像高h满足关系式：0.6≤f/h≤1.3。可使得最大视场主光线角cra满足关系式:cra<9°，可兼容多款感光芯片coms/ccd，应用前景广阔，提升了市场竞争力。

根据本发明的一个方案，通过使用玻璃透镜与塑胶镜片搭配，有效校正了光学系统的畸变，并使光学系统满足800万像素的高清成像，且在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。而且光学系统总长小于22mm，体积小，有利于实现低成本。

根据本发明的一个方案，第一透镜、第二透镜和第三透镜组成的前透镜组的有效焦距f1和低畸变光学系统的有效焦距f满足如下关系式:-2.12≤f1/f≤-1.62。第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜组成的后透镜组的效焦距f2和低畸变光学系统的有效焦距f满足如下关系式:2.31≤f2/f≤3.07。如此光焦度设计有利于光学系统获得高分辨率。

根据本发明的一个方案，第五透镜的色散系数vd5满足如下关系式：vd5≥60。有利于光学系统校正色差，实现高分辨率。

根据本发明的一个方案，低畸变光学系统焦距f和第八透镜的像侧表面中心到像面的距离为bfl满足以下关系式：0.58≤f/bfl≤1.4。使得光学系统的光学总长更小，公差敏感度更小。

附图说明

图1是示意性表示根据本发明的低畸变光学系统的结构图；

图2是示意性表示根据本发明的实施方式一的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；

图3是示意性表示根据本发明的实施方式一的低畸变光学系统的离焦曲线图；

图4是示意性表示根据本发明的实施方式一的低畸变光学系统的场曲畸变图；

图5是示意性表示根据本发明的实施方式二的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；

图6是示意性表示根据本发明的实施方式二的低畸变光学系统的离焦曲线图；

图7是示意性表示根据本发明的实施方式二的低畸变光学系统的场曲畸变图；

图8是示意性表示根据本发明的实施方式三的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；

图9是示意性表示根据本发明的实施方式三的低畸变光学系统的离焦曲线图；

图10是示意性表示根据本发明的实施方式三的低畸变光学系统的场曲畸变图；

图11是示意性表示根据本发明的实施方式四的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；

图12是示意性表示根据本发明的实施方式四的低畸变光学系统的离焦曲线图；

图13是示意性表示根据本发明的实施方式四的低畸变光学系统的场曲畸变图；

图14是示意性表示根据本发明的实施方式五的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；

图15是示意性表示根据本发明的实施方式五的低畸变光学系统的离焦曲线图；

图16是示意性表示根据本发明的实施方式五的低畸变光学系统的场曲畸变图。

具体实施方式

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。

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。

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。

图1是示意性表示根据本发明的低畸变光学系统的结构图。如图1所示，本发明的低畸变光学系统，包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜l1、具有负光焦度的第二透镜l2、具有正光焦度的第三透镜l3、光阑sto、具有正光焦度的第四透镜l4、具有正光焦度的第五透镜l5、具有负光焦度的第六透镜l6、具有正光焦度的第七透镜l7和具有正光焦度的第八透镜l8。其中，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、第七透镜l7和第八透镜l8由玻璃透镜和塑胶透镜组成。

本发明中，第五透镜和第六透镜粘合组成具有正光焦度的胶合透镜组。第二透镜l2为凸-凹透镜，第八透镜l8为凸-凸透镜。

本发明中，第二透镜l2、第三透镜l3、第七透镜l7和第八透镜l8为非球面透镜，在对畸变像差校正起主要作用。

通过上述设计，能实现水平方向110°的大角度图像捕捉，同时兼顾系统光学畸变低于10％的低畸变性能，图像变形小，成像画面更真实。

此外，第一透镜l1、第二透镜l2和第三透镜l3组成的前透镜组的有效焦距f1和低畸变光学系统的有效焦距f满足如下关系式:-2.12≤f1/f≤-1.62。第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7和第八透镜l8组成的后透镜组的效焦距f2和低畸变光学系统的有效焦距f满足如下关系式:2.31≤f2/f≤3.07。如此光焦度设计有利于光学系统获得高分辨率。

本发明中，第五透镜l5的色散系数vd5满足如下关系式：vd5≥60。有利于光学系统校正色差，实现高分辨率。

低畸变光学系统焦距f和第八透镜l8的像侧表面中心到像面的距离为bfl满足以下关系式：0.58≤f/bfl≤1.4。光学系统满足上式关系，使得光学系统的光学总长更小，公差敏感度更小。

本发明中，光学系统的有效焦距f和半像高h满足关系式：0.6≤f/h≤1.3。可使本发明的光学系统的最大视场主光线角cra满足关系式:cra<9°，可兼容多款感光芯片coms/ccd，应用前景广阔，提升了市场竞争力。

本发明中，使用玻璃透镜与塑胶镜片搭配，可使本发明的光学系统满足800万像素的高清成像，且在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。有效校正了光学系统的畸变，且光学系统总长小于22mm，体积小，有利于实现低成本。

以下根据本发明的上述设置给出五组具体实施方式来具体说明根据本发明的低畸变光学系统。因为根据本发明的低畸变光学系统共有八片透镜，其中，第五透镜5和第六透镜6构成胶合镜片组，所以八片透镜再加上光阑sto、以及成像面ima与透镜之间的平板滤镜ir和芯片保护玻璃cg的面，一共20个面。这20个面按照本发明的结构顺序依次排列布置，为了便于叙述说明，将20个面编号为s1至s20，其中s7为光阑sto，s11为第五透镜5和第六透镜6的胶合面。此外，在以下实施方式中，非球面透镜面型满足下式：

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、a10、a12分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶非球面系数。五组实施方式数据如下表1中数据：

表1

以下各实施方式均基于图1所示的光学系统结构进行说明。

实施方式一：

光学系统的光学总长ttl＝21.67mm；

光学系统的有效焦距f＝2.28mm；

表2为实施方式一的参数表：

表2

在本实施方式中，非球面数据如下表3所示：

表3

图2至图4分别示意性表示根据本发明的实施方式一的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；根据本发明的实施方式一的低畸变光学系统的离焦曲线图；根据本发明的实施方式一的低畸变光学系统的场曲畸变图。

通过优选以上参数值，本实施例解像可达800万像素，在-40℃到80℃的环境温度变化下，镜头不需重新对焦可以保证与常温相同的分辨率。参见附图4，光学畸变为8.2％，实现了低畸变效果。

实施方式二：

光学系统的光学总长ttl＝21.84mm；

光学系统的有效焦距f＝2.52mm；

表4为实施方式二参数表：

表4

在本实施方式中，非球面数据如下表5所示：

表5

图5至图7分别示意性表示根据本发明的实施方式二的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；根据本发明的实施方式二的低畸变光学系统的离焦曲线图；根据本发明的实施方式二的低畸变光学系统的场曲畸变图。

通过优选以上参数值，本实施例解像可达800万像素，在-40℃到80℃的环境温度变化下，镜头不需重新对焦可以保证与常温相同的分辨率。参见附图7，光学畸变为9.6％，实现了低畸变效果。

实施方式三：

光学系统的光学总长ttl＝20.25mm；

光学系统的有效焦距f＝2.94mm；

表6为实施方式三的参数表：

表6

在本实施方式中，非球面数据如下表7所示：

表7

图8至图10分别示意性表示根据本发明的实施方式三的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；根据本发明的实施方式三的低畸变光学系统的离焦曲线图；根据本发明的实施方式三的低畸变光学系统的场曲畸变图。

通过优选以上参数值，本实施例解像可达800万像素，在-40℃到80℃的环境温度变化下，镜头不需重新对焦可以保证与常温相同的分辨率。参见附图10，光学畸变为7.7％，实现了低畸变效果。

实施方式四：

光学系统的光学总长ttl＝19.18mm；

光学系统的有效焦距f＝2.79mm；

表8为实施方式四的参数表：

表8

在本实施方式中，非球面数据如下表9所示：

表9

图11至图13分别示意性表示根据本发明的实施方式四的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；根据本发明的实施方式四的低畸变光学系统的离焦曲线图；根据本发明的实施方式四的低畸变光学系统的场曲畸变图。

通过优选以上参数值，本实施例解像可达800万像素，在-40℃到80℃的环境温度变化下，镜头不需重新对焦可以保证与常温相同的分辨率。参见附图13，光学畸变为6.9％，实现了低畸变效果。

实施方式五：

光学系统的光学总长ttl＝19.84mm；

光学系统的有效焦距f＝2.40mm；

表10为实施方式五的参数表：

表10

在本实施方式中，非球面数据如下表11所示：

表11

图14至图16分别示意性表示根据本发明的实施方式五的低畸变光学系统的调制传递函数(mtf)解析图；根据本发明的实施方式五的低畸变光学系统的离焦曲线图；根据本发明的实施方式五的低畸变光学系统的场曲畸变图。

通过优选以上参数值，本实施例解像可达800万像素，在-40℃到80℃的环境温度变化下，镜头不需重新对焦可以保证与常温相同的分辨率。参见附图16，光学畸变为6.3％，实现了低畸变效果。

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。