一种高像素、大广角、紧凑型光学系统及头戴式设备的制作方法

1.本技术涉及光学成像领域，尤其是一种用于see through光学系统中的高像素、大广角、紧凑型光学系统及其应用的头戴式设备。


背景技术：

2.随着计算机技术的发展，各种可穿戴装置产品应运而生，ar(增强现实，augmented rea l ity)、vr(虚拟现实，vi rtua l rea l ity)、mr(介导现实，med iated rea l ity)、xr等设备越来越得到人们的关注。现有的头戴式设备中，会配置see through功能的光学系统，它可以使用户在不摘下可穿戴设备的前提下，看到周围边界区域的真实环境。目前所应用的see through光学系统，其像素较低，视场角较小，如何在实现高像素的同时，增大光学系统的视场角，增加用户可看到的范围对用户的安全极为重要，能够使产品在市场中将具有更大的竞争力。


技术实现要素：

3.为克服现有应用于see through的光学系统，普遍存在像素较低，视场角较小的问题，本技术一方面提供了一种高像素、大广角、紧凑型光学系统，具有高像素，大广角的优势，且具有良好的成像质量。
4.一种高像素、大广角、紧凑型光学系统，沿光轴从物面到像面依次由第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜构成：
5.所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其光焦度为负；
6.所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，其光焦度为正；
7.所述第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
8.所述第五透镜的像侧面为凸面，其光焦度为正；
9.所述第六透镜的像侧面为凹面，光焦度为负；
10.所述光学系统满足如下条件：
11.2.2《f/epd《2.5；
12.1.2《f/ttl*imagh《1.5；
13.其中，f为光学系统的有效焦距,epd为光学系统的入瞳直径,ttl为第一透镜物侧面至成像面的轴上距离,imgh为成像面上有效像素区域对角线长的一半。
14.如上所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，所述光学系统满足以下关系：
15.3.2《f5/|(f5+f6)|《6.2；
16.2.3《|(f3-f1)/f3|《3.1；
17.1.8《(f5-f6)/f《3.0；
18.其中，f1为第一透镜的有效焦距，f3为第三透镜的有效焦距,f5为第五透镜的有效焦距，f6为第六透镜的有效焦距，f为光学系统的有效焦距。
19.如上所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，所述光学系统满足以下关系：
20.所述光学系统满足以下关系：
21.2.7《(r1+r2)/r2《3.6；
22.1.5《(r5-r6)/r7《2.8；
23.3.4《r12+|r10/r11|《6.4；
24.其中，r1为第一透镜物侧面的曲率半径，r2为第一透镜像侧面的曲率半径，r5为第三透镜物侧面的曲率半径，r6为第三透镜像侧面的曲率半径，r7为第四透镜物侧面的曲率半径，r10为第五透镜像侧面的曲率半径，r11为第六透镜物侧面的曲率半径，r12为第六透镜像侧面的曲率半径。
25.如上所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，所述光学系统满足以下关系：
26.1.8《ttl/(ct1+ct2+ct3+ct4+ct5+ct6)《2.2；
27.其中，ttl为第一透镜物侧面至成像面的轴上距离，ct1为第一透镜在光轴上的中心厚度，ct2为第二透镜在光轴上的中心厚度，ct3为第三透镜在光轴上的中心厚度，ct4为第四透镜在光轴上的中心厚度，ct5为第五透镜在光轴上的中心厚度，ct6为第六透镜在光轴上的中心厚度。
28.如上所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，所述光学系统满足以下关系：
29.4.7《(dt11+dt12)/(dt62-dt61)《7.2；
30.其中，dt11为第一透镜物侧面的最大有效半径，dt12为第一透镜像侧面的最大有效半径，dt61为第六透镜物侧面的最大有效半径，dt62为第六透镜像侧面的最大有效半径。
31.如上所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，所述光学系统满足以下关系：
32.2.0《f1234/f2345《3.6；
33.其中，f1234为第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜有效组合焦距，f2345为第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜有效组合焦距。
34.如上所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，所述光学系统的全视场角fov、光学总长ttl，满足：104
°
≤fov≤111
°
，ttl≤10.4mm。
35.如上所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，所述第一透镜为球面透镜，第二透镜、第三透镜、第四透镜，第五透镜，第六透镜为非球面透镜。
36.如上所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，所述第一透镜物侧面的最大的有效半径dt11≤2.5；
37.所述光学系统的f数为2.2-2.5。
38.一种头戴式设备，至少包括光学镜头，光学镜头内安装有上述的高像素、大广角、紧凑型光学系统。
39.与现有技术相比，本技术的有益效果如下：
40.本发明实施例之光学系统和头戴式设备，主要由6枚透镜构成，镜片枚数合理，结构简单，通过合理地分配光学成像镜头的有效焦距、第一透镜e1物侧面至成像面的轴上距离和成像面上有效像素区域对角线长的一半的比例，使得光线偏折角度小，可有效的降低光学成像镜头的敏感性，可以实现光学成像镜头的超薄化、高像素和大广角且容易注塑加工并具有较高的组立良率，结构紧凑，且具有良好的成像质量，使得see through光学系统在头戴式设备市场具有更大的竞争力。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
42.图1是本技术实施例1光学系统或头戴式设备的结构示意图；
43.图2是本技术实施例1光学系统或头戴式设备的轴上色差、像散和畸变曲线图；
44.图3是本技术实施例2光学系统或头戴式设备的结构示意图；
45.图4是本技术实施例2光学系统或头戴式设备的轴上色差、像散和畸变曲线图；
46.图5是本技术实施例3光学系统或头戴式设备的结构示意图；
47.图6是本技术实施例3光学系统或头戴式设备的轴上色差、像散和畸变曲线图；
48.图7是本技术实施例4光学系统或头戴式设备的结构示意图；
49.图8是本技术实施例4光学系统或头戴式设备的轴上色差、像散和畸变曲线图；
50.图9是本技术实施例5光学系统或头戴式设备的结构示意图；
51.图10是本技术实施例5光学系统或头戴式设备的轴上色差、像散和畸变曲线图。
具体实施方式
52.如图1-10所示，一种高像素、大广角、紧凑型光学系统，沿光轴从物面到像面依次由第一透镜e1、第二透镜e2、光阑sto、第三透镜e3、第四透镜e4、第五透镜e5、第六透镜e6、红外滤光片e7构成：
53.所述第一透镜e1的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其光焦度为负；
54.所述第三透镜e3的物侧面为凸面，像侧面为凸面，其光焦度为正；
55.所述第四透镜e4的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
56.所述第五透镜e5的像侧面为凸面，其光焦度为正；
57.所述第六透镜e6的像侧面为凹面，光焦度为负；
58.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，光学系统的有效焦距f、光学系统的入瞳直径epd,满足：2.2《f/epd《2.5；通过限定光学成像系统的有效焦距与入瞳直径的比值，使光学成像系统具有大光圈的特性。
59.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，该光学系统满足以下条件：1.2《f/ttl*imagh《1.5；其中，f为光学系统的有效焦距,epd为光学系统的入瞳直径,ttl为第一透镜e1物侧面至成像面的轴上距离,imgh为成像面上有效像素区域对角线长的一半，通过合理地分配光学成像镜头的有效焦距、第一透镜e1物侧面至成像面的轴上距离和成像面上有效像素区域对角线长的一半的比例，使得光线偏折角度小，可有效的降低光学成像镜头的敏感性，可以实现光学成像镜头的超薄化、高像素和大广角且容易注塑加工并具有较高的组立良率。
60.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第五透镜e5的有效焦距f5、第六透镜e6的有效焦距f6，满足：3.2《f5/|(f5+f6)|《6.2；通过合理的分配靠近像面的第五片和第六片光学组员的光焦度的比例在合理的范围内，能够使得其平衡后剩余球差来平衡前四片产生的球差，进而对系统的球差进行微调和控制，加强对轴上视场像差的精确控制。
61.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定第一透镜e1的有效焦距，f1、第三透镜e3的有效焦距f3,满足：2.3《|(f3-f1)/f3|《3.1；通过合理控制上述式子的范围，
能够贡献合理的正三阶球差和负五阶球差，平衡第一透镜e1和第三透镜e3所产生的负三阶球差和正五阶球差，使系统具有较小的球差，保证轴上视场良好的成像质量。
62.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第五透镜e5的有效焦距f5、第六透镜e6的有效焦距f6、光学系统的有效焦距f，满足：1.8《(f5-f6)/f《3.0；通过约束第五透镜e5的有效焦距、第六透镜e6的有效焦距和光学成像系统的有效焦距在合理的范围内，能够控制其慧差贡献量在合理的范围内，使得轴上视场和轴外视场的像质不会因为慧差的贡献而产生明显的退化。
63.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第一透镜e1物侧面的曲率半径r1，第一透镜e1像侧面的曲率半径r2，满足：2.7《(r1+r2)/r2《3.6；通过控制第一透镜e1物侧面和像侧面的曲率半径，能够合理的控制边缘视场处第一透镜e1物侧面及像侧面总偏转角度在合理的范围内，能够有效的降低系统的敏感性。
64.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第三透镜e3物侧面的曲率半径r5，第三透镜e3像侧面的曲率半径r6，第四透镜e4物侧面的曲率半径r7，满足：1.5《(r5-r6)/r7《2.8；通过合理的控制第三个透镜和第四个透镜物侧面曲率半径的比值，使得第四透镜e4像侧面的像散贡献量在合理的范围内，来平衡前面系统累积的像散量，使得光学系统在子午面和弧矢面内都有较为良好的成像质量。
65.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第五透镜e5像侧面的曲率半径r10、第六透镜e6物侧面的曲率半径r11、第六透镜e6像侧面的曲率半径r12，满足：3.4《r12+|r10/r11|《6.4；通过控制第五透镜e5和第六透镜e6物侧面及像侧面的曲率半径，能够对光学成像镜头的各个视场的主光线在像面的入射角有一合理的控制，满足光学系统设计主光线入射角度的要求。
66.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，所述光学系统满足以下关系：1.8《ttl/(ct1+ct2+ct3+ct4+ct5+ct6)《2.2；其中，ttl为第一透镜e1物侧面至成像面的轴上距离，ct1为第一透镜e1在光轴上的中心厚度，ct2为第二透镜在光轴上的中心厚度，ct3为第三透镜e3在光轴上的中心厚度，ct4为第四透镜e4在光轴上的中心厚度，ct5为第五透镜e5在光轴上的中心厚度，ct6为第六透镜e6在光轴上的中心厚度，通过控制第一透镜e1物侧面至成像面的轴上距离与所有透镜在光轴上总的厚度的比值范围，能够合理的控制其平衡后剩余畸变的范围，使得系统具有良好的畸变表现。
67.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，所述光学系统满足以下关系：4.7《(dt11+dt12)/(dt62-dt61)《7.2；其中，dt11为第一透镜e1物侧面的最大有效半径，dt12为第一透镜e1像侧面的最大有效半径，dt61为第六透镜e6物侧面的最大有效半径，dt62为第六透镜e6像侧面的最大有效半径，通过限定第一透镜e1和第六透镜e6物侧面及像侧面最大有效半径在一合理的范围内，能够减小镜头的尺寸，满足镜头小型化，提升解像力。
68.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，第一透镜e1、第二透镜e2、第三透镜e3和第四透镜e4有效组合焦距f1234、第二透镜e2、第三透镜e3、第四透镜e4和第五透镜e5有效组合焦距f2345，满足：2.0《f1234/f2345《3.6；通过限定上述子式在合理的范围内，一方面有利于控制光线束射入光学系统的入射光线高度，以减小光学系统高级像差和镜片的外径大小；另一方面可校正前透镜组产生的场曲对解像力的影响。
69.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，所述光学系统的全视场角fov，满足104
°
≤fov≤111
°
，可以使光学系统满足大视场。
70.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，所述光学系统的光学总长ttl，满足：ttl≤10.4mm，此设计可减小光学总长，能有效使镜头小型化本发明配置的头戴式光学系统。
71.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，所述第一透镜e1为球面透镜，第二透镜e2、第三透镜e3、第四透镜e4，第五透镜e5，第六透镜e6为非球面透镜。
72.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，所述第一透镜e1物侧面的最大的有效半径dt11≤2.5；结构简单，可以有效地压缩了系统的尺寸，实现大广角的特性。
73.进一步地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，所述光学系统的f数为2.2-2.5，结构紧凑，便于加工和安装，同时，大光圈的配置可增加光学系统的进光量及更高的成像质量，使得头戴光学系统在市场将有更大的竞争力。
74.具体地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，如图1-2实施例1所示，沿光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜e1、第二透镜e2、sto、第三透镜e3、第四透镜e4、第五透镜e5、第六透镜e6、红外滤光片e7和成像面s15。
75.第一透镜e1具有负光焦度，其物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面。第二透镜e2具有负光焦度，其物侧面s3为凸面，像侧面s4为凹面。第三透镜e3具有正光焦度，其物侧面s5为凸面，像侧面s6为凸面。第四透镜e4具有负光焦度，其物侧面s7为凸面，像侧面s8为凹面。第五透镜e5具有正光焦度，其物侧面s9为凸面，像侧面s10为凸面。第六透镜e6具有负光焦度，其物侧面s11为凹面，像侧面s12为凹面。滤光片e7具有物侧面s13和像侧面s14。来自物体的光依序穿过各表面s1至s14并最终成像在成像面s15上。
76.在本实施例1中，第一透镜e1的焦距f1＝-5.64mm,第二透镜e2的焦距f2＝-44.65mm,第三透镜e3的焦距f3＝3.16mm,第四透镜e4的焦距f4＝-23.28mm,第五透镜e5的焦距f5＝5.46mm,第六透镜e6的焦距f6＝-3.80mm,镜头焦距f＝3.93mm，光学总长ttl＝9.63mm,imgh＝3.55mm,hfov＝52.54
°
，f/epd＝2.50，各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料参数如表1所示：
77.表1：实施例1光学系统的各项基本参数
78.面号表面类型曲率半径(mm)厚度(mm)材料obj球面无穷2000 s1球面5.14080.98881.91,35.25s2球面2.34001.1271 s3非球面36.06800.85001.66,20.38s4非球面16.18360.3773 sto球面无穷-0.1607 s5非球面3.35910.92831.54,55.77s6非球面-3.10140.8280 s7非球面2.91630.45001.66,20.38s8非球面2.30440.1653 s9非球面7.96521.03691.54,55.77
s10非球面-4.43840.9573 s11非球面-14.11511.00001.66,20.38s12非球面3.18450.1897 s13球面无穷0.21001.52,64.17s14球面无穷0.6853 s15球面无穷
ꢀꢀ
79.进一步地，表1中，第二镜片e2至第六镜片e6的任意一个镜片物侧面和像侧面均为非球面，各非球面镜片的面型可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0080][0081]
其中，x为非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，h为非球面上相应点到光轴的距离，c为非球面顶点的曲率，k为圆锥系数，ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。表2给出了可用于第一实施例中的各非球面的圆锥系数及高次项系数a4、a6、a8、a10、a12、a14和a16。
[0082]
表2：实施例1透镜表面的非球面相关数值
[0083][0084]
图2示出了实施例1的光学成像镜头的轴上色差、像散和畸变曲线。轴上色差表示不同波长的光线经由镜头后的会聚焦点偏离；像散表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；畸变表示不同像高处对应的畸变大小值，由图2可看出实施例1给出的光学成像系统能够实现良好的成像品质，具有高像素，大广角的优势。
[0085]
具体地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，如图3-4实施例2所示，沿光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜e1、第二透镜e2、sto、第三透镜e3、第四透镜e4、第五透镜e5、第六透镜e6、红外滤光片e7和成像面s15。
[0086]
第一透镜e1具有负光焦度，其物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面。第二透镜e2具有正光焦度，其物侧面s3为凹面，像侧面s4为凸面。第三透镜e3具有正光焦度，其物侧面s5为凸面，像侧面s6为凸面。第四透镜e4具有负光焦度，其物侧面s7为凸面，像侧面s8为凹面。第
五透镜e5具有正光焦度，其物侧面s9为凸面，像侧面s10为凸面。第六透镜e6具有负光焦度，其物侧面s11为凸面，像侧面s12为凹面。滤光片e7具有物侧面s13和像侧面s14。来自物体的光依序穿过各表面s1至s14并最终成像在成像面s15上。
[0087]
在本实施例2中，第一透镜e1的焦距f1＝-4.81mm,第二透镜e2的焦距f2＝18.76mm,第三透镜e3的焦距f3＝3.63mm,第四透镜e4的焦距f4＝-7.04mm,第五透镜e5的焦距f5＝5.06mm,第六透镜e6的焦距f6＝-5.88mm,镜头焦距f＝3.71mm，光学总长ttl＝10.34mm,imgh＝3.55mm，hfov＝52.54
°
，f/epd＝2.50，各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料参数如表3所示：
[0088]
表3：实施例2光学系统的各项基本参数
[0089]
面号表面类型曲率半径(mm)厚度(mm)材料obj球面无穷2000 s1球面4.83640.91281.91,35.25s2球面2.09761.1647 s3非球面-10.91280.78081.66,20.38s4非球面-6.00480.6842 sto球面无穷-0.1053 s5非球面4.57181.17811.54,55.77s6非球面-3.09770.0300 s7非球面5.12900.64151.66,20.38s8非球面2.33150.2139 s9非球面5.23201.06001.54,55.77s10非球面-5.25141.5532 s11非球面18.21341.00001.66,20.38s12非球面3.16300.2318 s13球面无穷0.21001.52,64.17s14球面无穷0.7813 s15球面无穷
ꢀꢀ
[0090]
进一步地，表3中，第二镜片e2至第六镜片e6的任意一个镜片物侧面和像侧面均为非球面，各非球面镜片的面型可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0091][0092]
其中，x为非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，h为非球面上相应点到光轴的距离，c为非球面顶点的曲率，k为圆锥系数，ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。表4给出了可用于第一实施例中的各非球面的圆锥系数及高次项系数a4、a6、a8、a10、a12、a14和a16。
[0093]
表4：实施例2透镜表面的非球面相关数值
sto球面无穷-0.1581 s5非球面3.89560.84231.54,55.77s6非球面-3.79140.6094 s7非球面2.77600.40001.66,20.38s8非球面2.64310.3299 s9非球面8.82141.16511.54,55.77s10非球面-2.96991.1783 s11非球面-3.88290.81541.66,20.38s12非球面4.61280.1775 s13球面无穷0.21001.52,64.17s14球面无穷0.6969 s15球面无穷
ꢀꢀ
[0101]
进一步地，表5中，第二镜片e2至第六镜片e6的任意一个镜片物侧面和像侧面均为非球面，各非球面镜片的面型可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0102][0103]
其中，x为非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，h为非球面上相应点到光轴的距离，c为非球面顶点的曲率，k为圆锥系数，ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。表6给出了可用于第一实施例中的各非球面的圆锥系数及高次项系数a4、a6、a8、a10、a12、a14和a16。
[0104]
表6：实施例3透镜表面的非球面相关数值
[0105][0106]
图6示出了实施例3的光学成像镜头的轴上色差、像散和畸变曲线。轴上色差表示不同波长的光线经由镜头后的会聚焦点偏离；像散表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；畸变表示不同像高处对应的畸变大小值，由图6可看出实施例3给出的光学成像系统能够实现良好的成像品质，具有高像素，大广角的优势。
[0107]
具体地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，如图7-8实施例4所示，沿光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜e1、第二透镜e2、sto、第三透镜e3、第四透镜e4、第五透镜e5、第六透镜e6、红外滤光片e7和成像面s15。
[0108]
第一透镜e1具有负光焦度，其物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面。第二透镜e2具有负光焦度，其物侧面s3为凹面，像侧面s4为凸面。第三透镜e3具有正光焦度，其物侧面s5为凸面，像侧面s6为凸面。第四透镜e4具有负光焦度，其物侧面s7为凸面，像侧面s8为凹面。第五透镜e5具有正光焦度，其物侧面s9为凸面，像侧面s10为凸面。第六透镜e6具有负光焦度，其物侧面s11为凹面，像侧面s12为凹面。滤光片e7具有物侧面s13和像侧面s14。来自物体的光依序穿过各表面s1至s14并最终成像在成像面s15上。
[0109]
在本实施例4中，第一透镜e1的焦距f1＝-7.09mm,第二透镜e2的焦距f2＝-30.62mm,第三透镜e3的焦距f3＝3.54mm,第四透镜e4的焦距f4＝-23.88mm,第五透镜e5的焦距f5＝4.33mm,第六透镜e6的焦距f6＝-3.25mm,镜头焦距f＝3.80mm，光学总长ttl＝9.80mm,imgh＝3.55mm,hfov＝160.26
°
，f/epd＝2.40，各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料参数如表7所示：
[0110]
表7：实施例4光学系统的各项基本参数
[0111]
面号表面类型曲率半径(mm)厚度(mm)材料obj球面无穷2000 s1球面4.40040.84231.91,35.25s2球面2.38351.1924 s3非球面-12.15961.16241.66,20.38s4非球面-31.07700.3796 sto球面无穷-0.1366 s5非球面4.15830.79881.54,55.77s6非球面-3.27770.7372 s7非球面3.48040.41011.66,20.38s8非球面2.72270.2660 s9非球面80.00001.10511.54,55.77s10非球面-2.38471.3254 s11非球面-4.24550.64171.66,20.38s12非球面4.73110.1750 s13球面无穷0.21001.52,64.17s14球面无穷0.6893 s15球面无穷
ꢀꢀ
[0112]
进一步地，表7中，第二镜片e2至第六镜片e6的任意一个镜片物侧面和像侧面均为非球面，各非球面镜片的面型可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0113][0114]
其中，x为非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，h为非球面上相应点到光轴的距离，c为非球面顶点的曲率，k为圆锥系数，ai为非球面面型公式中与第i项高次
项相对应的系数。表8给出了可用于第一实施例中的各非球面的圆锥系数及高次项系数a4、a6、a8、a10、a12、a14和a16。
[0115]
表8：实施例4透镜表面的非球面相关数值
[0116][0117]
图8示出了实施例4的光学成像镜头的轴上色差、像散和畸变曲线。轴上色差表示不同波长的光线经由镜头后的会聚焦点偏离；像散表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；畸变表示不同像高处对应的畸变大小值，由图8可看出实施例4给出的光学成像系统能够实现良好的成像品质，具有高像素，大广角的优势。
[0118]
具体地，作为本发明的一种优选实施方式而非限定，如图9-10实施例5所示，沿光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜e1、第二透镜e2、sto、第三透镜e3、第四透镜e4、第五透镜e5、第六透镜e6、红外滤光片e7和成像面s15。
[0119]
第一透镜e1具有负光焦度，其物侧面s1为凸面，像侧面s2为凹面。第二透镜e2具有正光焦度，其物侧面s3为凸面，像侧面s4为凸面。第三透镜e3具有正光焦度，其物侧面s5为凸面，像侧面s6为凸面。第四透镜e4具有负光焦度，其物侧面s7为凸面，像侧面s8为凹面。第五透镜e5具有正光焦度，其物侧面s9为凹面，像侧面s10为凸面。第六透镜e6具有负光焦度，其物侧面s11为凹面，像侧面s12为凹面。滤光片e7具有物侧面s13和像侧面s14。来自物体的光依序穿过各表面s1至s14并最终成像在成像面s15上。
[0120]
在本实施例5中，第一透镜e1的焦距f1＝-4.94mm,第二透镜e2的焦距f2＝58.17mm,第三透镜e3的焦距f3＝3.43mm,第四透镜e4的焦距f4＝-11.53mm,第五透镜e5的焦距f5＝4.73mm,第六透镜e6的焦距f6＝-3.80mm,镜头焦距f＝3.63mm，光学总长ttl＝9.87mm,imgh＝3.55mm,hfov＝55.24
°
，f/epd＝2.40，各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料参数如表9所示：
[0121]
表9：实施例5光学系统的各项基本参数
[0122]
面号表面类型曲率半径(mm)厚度(mm)材料obj球面无穷2000 s1球面6.28740.80001.91,35.25
s2球面2.47391.0435 s3非球面100.00001.13191.66,20.38s4非球面-63.40250.6236 sto球面无穷-0.1603 s5非球面4.43920.84701.54,55.77s6非球面-2.93880.4926 s7非球面4.52910.41611.66,20.38s8非球面2.74840.2869 s9非球面-100.00000.98191.54,55.77s10非球面-2.48621.8822 s11非球面-4.68950.47961.66,20.38s12非球面5.79130.1641 s13球面无穷0.21001.52,64.17s14球面无穷0.6725 s15球面无穷
ꢀꢀ
[0123]
进一步地，表9中，第二镜片e2至第六镜片e6的任意一个镜片物侧面和像侧面均为非球面，各非球面镜片的面型可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
[0124][0125]
其中，x为非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离，h为非球面上相应点到光轴的距离，c为非球面顶点的曲率，k为圆锥系数，ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。表10给出了可用于第一实施例中的各非球面的圆锥系数及高次项系数a4、a6、a8、a10、a12、a14和a16。
[0126]
表10：实施例5透镜表面的非球面相关数值
[0127][0128]
图10示出了实施例5的光学成像镜头的轴上色差、像散和畸变曲线。轴上色差表示
不同波长的光线经由镜头后的会聚焦点偏离；像散表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲；畸变表示不同像高处对应的畸变大小值，由图10可看出实施例5给出的光学系统能够实现良好的成像品质，具有高像素，大广角的优势。
[0129]
进一步的，实施例1-5中，基础数据如表11所示:
[0130]
表11：实施例1-5基础数据
[0131]
基础数据实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5f1(mm)-5.64-4.81-7.62-7.09-4.94f2(mm)-44.6518.76-16.54-30.6258.17f3(mm)3.163.633.723.543.43f4(mm)-23.28-7.04400.00-23.88-11.53f5(mm)5.465.064.284.334.73f6(mm)-3.80-5.88-3.03-3.25-3.80f(mm)3.933.713.943.803.63ttl(mm)9.6310.349.769.809.87imgh(mm)3.553.553.553.553.55hfov(
°
)52.5452.2652.2353.1655.24f/epd2.502.202.302.402.40
[0132]
进一步的实施例1-5中，各条件式满足下面表12的条件：
[0133]
表12：实施例1-5各条件式条件
[0134]
条件式实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5r15.144.844.364.406.29r22.342.102.432.382.47r53.364.573.904.164.44r6-3.10-3.10-3.79-3.28-2.94r72.925.132.783.484.53r10-4.44-5.25-2.97-2.38-2.49r11-14.1218.21-3.88-4.25-4.69r123.183.164.614.735.79f12345.6910.456.626.227.10f23452.802.902.772.832.90dt112.502.502.502.502.50dt121.631.631.731.721.71dt611.952.042.072.102.15dt622.822.842.812.802.74f/ttl*imagh1.451.281.431.381.31f5/|(f5+f6)|3.286.153.434.025.11|(f3-f1)/f3|2.782.323.053.002.44(f5-f6)/f2.362.941.862.002.35(r1+r2)/r23.203.312.792.853.54(r5-r6)/r72.221.502.772.141.63
r12+|r10/r11|3.503.455.385.296.32ttl/(ct1+ct2+ct3+ct4+ct5+ct6)1.831.851.851.982.12(dt11+dt12)/(dt62-dt61)4.735.155.736.087.15f1234/f23452.033.602.392.202.45
[0135]
一种头戴式设备，至少包括光学镜头，光学镜头内安装有上述的高像素、超薄化、大广角光学系统，本发明配置的头戴式光学系统，具有高像素，大广角的优势，结构紧凑，便于加工和安装，同时，大光圈的配置可增加光学系统的进光量及更高的成像质量，使得头戴式光学系统在头戴式设备市场具有更大的竞争力。
[0136]
如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡与本发明的方法、结构等近似、雷同，或是对于本发明构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高像素、大广角、紧凑型光学系统，沿光轴从物面到像面依次由第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜构成，其特征在于：所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，其光焦度为负；所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，其光焦度为正；所述第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述第五透镜的像侧面为凸面，其光焦度为正；所述第六透镜的像侧面为凹面，光焦度为负；所述光学系统满足如下条件：2.2<f/epd<2.5；1.2<f/ttl*imagh<1.5；其中，f为光学系统的有效焦距,epd为光学系统的入瞳直径,ttl为第一透镜物侧面至成像面的轴上距离,imgh为成像面上有效像素区域对角线长的一半。2.根据权利要求1所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：3.2<f5/|(f5+f6)|<6.2；2.3<|(f3-f1)/f3|<3.1；1.8<(f5-f6)/f<3.0；其中，f1为第一透镜的有效焦距，f3为第三透镜的有效焦距,f5为第五透镜的有效焦距，f6为第六透镜的有效焦距，f为光学系统的有效焦距。3.根据权利要求1所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：所述光学系统满足以下关系：2.7<(r1+r2)/r2<3.6；1.5<(r5-r6)/r7<2.8；3.4<r12+|r10/r11|<6.4；其中，r1为第一透镜物侧面的曲率半径，r2为第一透镜像侧面的曲率半径，r5为第三透镜物侧面的曲率半径，r6为第三透镜像侧面的曲率半径，r7为第四透镜物侧面的曲率半径，r10为第五透镜像侧面的曲率半径，r11为第六透镜物侧面的曲率半径，r12为第六透镜像侧面的曲率半径。4.根据权利要求1-3任一项所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：1.8<ttl/(ct1+ct2+ct3+ct4+ct5+ct6)<2.2；其中，ttl为第一透镜物侧面至成像面的轴上距离，ct1为第一透镜在光轴上的中心厚度，ct2为第二透镜在光轴上的中心厚度，ct3为第三透镜在光轴上的中心厚度，ct4为第四透镜在光轴上的中心厚度，ct5为第五透镜在光轴上的中心厚度，ct6为第六透镜在光轴上的中心厚度。5.根据权利要求1-3任一项所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：4.7<(dt11+dt12)/(dt62-dt61)<7.2；
其中，dt11为第一透镜物侧面的最大有效半径，dt12为第一透镜像侧面的最大有效半径，dt61为第六透镜物侧面的最大有效半径，dt62为第六透镜像侧面的最大有效半径。6.根据权利要求1-3任一项所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，其特征在于，所述光学系统满足以下关系：2.0<f1234/f2345<3.6；其中，f1234为第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜有效组合焦距，f2345为第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜有效组合焦距。7.根据权利要求1-3任一项所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，其特征在于，所述光学系统的全视场角fov、光学总长ttl，满足：104
°
≤fov≤111
°
，ttl≤10.4mm。8.根据权利要求1-3任一项所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，其特征在于，所述第一透镜为球面透镜，第二透镜、第三透镜、第四透镜，第五透镜，第六透镜为非球面透镜。9.根据权利要求1-3任一项所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统，其特征在于，所述第一透镜物侧面的最大的有效半径dt11≤2.5；所述光学系统的f数为2.2-2.5。10.一种头戴式设备，至少包括光学镜头，其特征在于，光学镜头内安装有权利要求1-9任一项所述的高像素、大广角、紧凑型光学系统。

技术总结
本发明公开一种高像素、大广角、紧凑型光学系统及头戴式设备，主要由6枚透镜构成，镜片枚数合理，结构简单，通过合理地分配光学成像镜头的有效焦距、第一透镜E1物侧面至成像面的轴上距离和成像面上有效像素区域对角线长的一半的比例，使得光线偏折角度小，可有效的降低光学成像镜头的敏感性，可以实现光学成像镜头的超薄化、高像素和大广角且容易注塑加工并具有较高的组立良率，结构紧凑，且具有良好的成像质量，使得See through光学系统在头戴式设备市场具有更大的竞争力。设备市场具有更大的竞争力。设备市场具有更大的竞争力。


技术研发人员：游兴海 潘正江 赵卫平 刘长军
受保护的技术使用者：弘景光电（仙桃）科技有限公司
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/8/14