一种具有大光圈的光学系统的制作方法

本申请涉及光学系统的，具体地，本申请涉及一种具有大光圈的光学系统。

背景技术：

1、超透镜是一种超表面，超表面为一层亚波长的人工纳米结构膜，可通过其上设置的纳米结构单元来对入射光的振幅、相位和偏振进行调制。超透镜相较于传统的折射透镜具有重量轻、厚度薄、结构及工艺简单、成本低及量产一致性高等优点。随着超透镜技术的发展，在光学系统设计的技术领域中逐渐形成了超透镜与传统折射透镜进行混合设计的趋势。

2、然而，现有技术中的超透镜的焦距与其口径正相关。超透镜的口径越大，其焦距越小，对光线的会聚能力越弱，超透镜在光学系统中所起的作用越小。而为了增加超透镜在光学系统中的权重而减小超透镜的口径又会使得光学系统的f数增加。在光学领域中，光学镜头的光圈数(f数)表征着该系统的进光量大小，f数越小则系统的进光量越多，成像画面越亮；反之，系统的进光量越少，成像画面越暗。因此，f数较小的光学镜头有利于提高成像质量。通常，在保持焦距不变的情况下，为了保持小f数，需要增加入瞳直径(即镜片尺寸)。

3、为了促进超透镜的推广应用，解决光学系统的小f数与超透镜小口径之间的矛盾刻不容缓。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的光学系统的小f数与超透镜小口径矛盾的问题，本申请第一方面提供了一种具有大光圈的光学系统。该光学系统包括：

2、从物方到像方依次同轴设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中，第一透镜和第三透镜为折射透镜，第二透镜为超透镜；以及

3、光阑，光阑设置在第一透镜的像侧表面与第二透镜的物侧表面之间的任意位置，或者设置在第二透镜的像侧表面与第三透镜的物侧表面之间的任意位置，以保持小f数的同时减小光学系统的口径。

4、可选地，第一透镜物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；

5、第三透镜像侧表面为凸面，物侧表面为凹面。

6、可选地，光学系统满足：

7、

8、f1-d＞0；

9、d＝ct1+d1；

10、其中，f1为第一透镜的焦距，d为第一透镜的物侧表面与第二透镜的物侧表面之间的距离，ct1为第一透镜的中心厚度，d1为所述第一透镜的像侧表面与第二透镜的物侧表面的距离。

11、可选地，光阑设置在第二透镜的物侧表面上或第二透镜的像侧表面上。

12、可选地，光学系统还满足：

13、

14、其中，f1为第一透镜的焦距，fm为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距。

15、可选地，光学系统还满足：

16、

17、其中，fm为第二透镜的焦距，dm为第二透镜的有效口径。

18、可选地，光学系统还满足：

19、

20、其中，dm为第二透镜的有效口径，d为光学系统的入瞳直径。

21、可选地，所述光学系统还满足：

22、5.4<dm*f#<12.1

23、其中，dm为所述第二透镜的有效口径，f#为所述光学系统的f数。

24、可选地，所述光学系统还满足：

25、6.46<dm*f#≤10

26、其中，dm为所述第二透镜的有效口径，f#为所述光学系统的f数。

27、可选地，第二透镜包括纳米结构和基底，纳米结构位于基底的朝向物方的一侧。

28、本申请中的技术方案能够通过对光阑和超透镜相对位置的设计保证了足够大的入瞳直径，以至于保证了第一透镜能够提供足够的放大倍数，使得系统的进光量增加，从而能够减小光阑尺寸，缩小了超透镜的口径，降低了整个光学系统的加工难度。

29、此外，由于超透镜口径的缩小使得超透镜能够在系统中提供更大的光焦度来释放更多的性能。

技术特征：

1.一种具有大光圈的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括：

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)的物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统满足：

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光阑(5)设置在所述第二透镜的物侧表面上或所述第二透镜的像侧表面上。

5.根据权利要求1至4中任一所述的光学系统，其特征在于，系统满足：

6.根据权利要求1至4中任一所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还满足：

7.根据权利要求1至4中任一所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还满足：

8.根据权利要求1至4中任一所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还满足：

9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还满足：

10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜(2)包括纳米结构(201)和基底(202)，所述纳米结构(201)位于所述基底(202)的朝向所述物方的一侧。

技术总结
本申请提供一种具有大光圈的光学系统，涉及光学系统的技术领域。该光学系统包括：从物方到像方依次同轴设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中，所述第一透镜和第三透镜为折射透镜，所述第二透镜为超透镜；以及光阑，所述光阑设置在：从所述第一透镜的像侧表面到所述第二透镜的物侧表面之间的任意位置，或者，设置在从所述第二透镜的像侧表面到所述第三透镜的物侧表面之间的任意位置。该光学系统取得了F数和超透镜口径的良好折中。

技术研发人员：赵小波,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：20230811
技术公布日：2024/3/24