CN115032766A - 光学***及包含其的成像装置、电子设备 - Google Patents

光学***及包含其的成像装置、电子设备 Download PDF

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CN115032766A
CN115032766A CN202210726532.8A CN202210726532A CN115032766A CN 115032766 A CN115032766 A CN 115032766A CN 202210726532 A CN202210726532 A CN 202210726532A CN 115032766 A CN115032766 A CN 115032766A
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CN
China
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optical system
lens
superlens
nanostructure
nanostructures
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郝成龙
谭凤泽
朱瑞
朱健
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Shenzhen Metalenx Technology Co Ltd
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Shenzhen Metalenx Technology Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种光学***，涉及光学成像的技术领域。该光学***包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜中至少一个为超透镜，其余均为非球面折射透镜；并且，光学***由像方到物方的第一个非球面折射透镜和由像方到物方的第二个非球面折射透镜的所有表面中包括至少一个非球面，且非球面包含一个反曲点；光学***至少还满足：
Figure DDA0003713448380000011
0.05mm≤dML≤2mm；|fML|/f≥45；f为光学***焦距；EPD为光学***入瞳直径；dML为超透镜厚度；fML为超透镜焦距。该光学***同时满足大光圈和小***总长。

Description

光学***及包含其的成像装置、电子设备
技术领域
本申请涉及光学成像的技术领域，具体地，本申请涉及光学***及包含其的成像装置、电子设备。
背景技术
随着用户的拍摄需求增长，越来越多的电子设备安装了成像装置。
由于用户对成像装置的成像质量要求越来越高，现有成像装置的光学***难以同时满足大光圈和小***总长的需求。
因此，亟需一种光学***能够同时满足大光圈和小***总长，以促进电子设备的小型化和轻型化。
发明内容
为了解决现有技术中投影***的小型化受透镜数量及镜头体积所限制的问题，本申请实施例提供了一种光学***。所述光学***包括由物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
其中，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、所述第六透镜和所述第七透镜中的至少一个为超透镜，其余均为非球面折射透镜；
并且，所述光学***中由像方到物方的第一个非球面折射透镜和由像方到物方的第二个非球面折射透镜的所有表面中包括至少一个非球面，且所述非球面包含一个反曲点；
所述光学***至少还满足如下条件：
Figure BDA0003713448360000021
0.05mm≤dML≤2mm；
|fML|/f≥45；
f为所述光学***的焦距；EPD为所述光学***的入瞳直径；dML为所述超透镜的厚度；fML为所述超透镜的焦距。
可选地，所述第二透镜为超透镜，其余透镜均为非球面折射透镜；并且，所述第一透镜具有正光焦度，且所述第一透镜的物侧表面为凸面；所述第三透镜的物侧表面的曲率半径为正；所述第五透镜具有正光焦度；所述第六透镜的物侧表面的曲率半径为正。
可选地，所述第一透镜还满足：
Figure BDA0003713448360000022
其中，R1o为所述第一透镜的物侧表面的曲率半径；f1为所述第一透镜在工作波段中心波长的焦距。
可选地，所述光学***还满足：
(V1+V4)/2-V3>20；
其中，V1为所述第一透镜的阿贝数；V3为所述第三透镜的阿贝数；V4为所述第四透镜的阿贝数。
可选地，，所述光学***还满足：
1.5<TTL/ImgH<1.8
其中，TTL为所述第一透镜的物侧表面到所述光学***的像面的距离；ImgH为所述光学***的最大成像高度。
可选地，所述第四透镜还满足：
|R4o|>R4i；
其中，R4o为所述第四透镜的物侧表面的曲率半径；R4i为所述第四透镜(40)的像侧表面的曲率半径。
可选地，所述第七透镜的像侧表面的曲率半径大于零。
可选地，所述第一透镜还满足：
0.71≤f1/f≤0.98；
其中，f1为所述第一透镜在工作波段中心波长的焦距；f为所述光学***的焦距。
可选地，所述超透镜包括基底层和设置于所述基底层至少一侧的纳米结构层，并且，所述纳米结构层的层数大于或等于1；
所述纳米结构层中的每一层均包括周期性排布的纳米结构。
可选地，所述纳米结构层中的任一层中所述纳米结构的排列周期大于或等于0.3λc，且小于或等于2λc；
其中，λc为所述第二透镜工作波段的中心波长。
可选地，所述纳米结构层的任一层中所述纳米结构的高度大于或等于0.3λc，且小于或等于5λc；
其中，λc为所述第二透镜工作波段的中心波长。
可选地，所述纳米结构层的任一层中包括阵列排布的超结构单元；
所述超结构单元为可密堆积图形，所述可密堆积图形的顶点和/或中心位置设置有所述纳米结构。
可选地，所述基底层的材料对所述工作波段的消光系数小于0.01。
可选地，所述纳米结构的材料对所述工作波段的消光系数小于0.01。
可选地，所述基底层的材料包括熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅和氢化非晶硅。
可选地，所述纳米结构的材料包括熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅和氢化非晶硅。
可选地，所述纳米结构与所述基底层的材料不同。
可选地，所述纳米结构与所述基底层的材料相同。
可选地，所述纳米结构的形状为偏振不敏感结构。
可选地，所述偏振不敏感结构包括圆柱形、中空圆柱形、圆孔形、中空圆孔形、正方柱形、正方孔形、中空正方柱形和中空正方孔形。
可选地，所述第二透镜还包括填充物；
所述填充物填充于所述纳米结构之间；
并且，所述填充物的材料对所述工作波段的消光系数小于0.01。
可选地，所述填充物的折射率与所述纳米结构的折射率的差值的绝对值大于或等于0.5。
可选地，所述填充物包括空气、熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅和氢化非晶硅。
可选地，所述填充物的材料与所述基底层的材料不同。
可选地，所述填充物的材料与所述纳米结构的材料不同。
可选地，所述第二透镜还包括增透膜；
所述增透膜被设置于所述基底层远离所述纳米结构层的一侧，和/或，所述纳米结构层远离所述基底层的一侧。
可选地，所述超结构单元的宽谱相位满足：
Figure BDA0003713448360000041
其中，r为所述超透镜径向的坐标；r0为所述超透镜上任一点到所述超透镜中心的距离；λ为所述超透镜的工作波长。
可选地，所述超透镜包括至少两层纳米结构层；
其中，任意两个相邻的纳米结构层中的纳米结构共轴设置。
可选地，所述超透镜包括至少两层纳米结构层；其中，任意相邻的纳米结构层中的纳米结构沿平行于所述超透镜的基底的方向错位排列。
可选地，所述超透镜的相位还满足：
Figure BDA0003713448360000051
Figure BDA0003713448360000052
Figure BDA0003713448360000053
Figure BDA0003713448360000054
Figure BDA0003713448360000055
Figure BDA0003713448360000056
Figure BDA0003713448360000057
Figure BDA0003713448360000058
其中，r为所述超透镜的中心到任一纳米结构的距离；λ为所述超透镜的工作波长；
Figure BDA0003713448360000059
为任一与所述超透镜工作波长相关的相位；(x，y)为超透镜镜面坐标，fML为所述超透镜的焦距；ai和bi为实数系数。
可选地，适用于上述任一实施例提供的光学***中的所述第二透镜，所述方法包括：
步骤S1，在所述基底层上设置一层结构层材料；
步骤S2，在所述结构层材料上涂覆光刻胶，并曝光出参考结构；
步骤S3，依据所述参考结构在所述结构层材上刻蚀出周期性排列的所述纳米结构，以形成所述纳米结构层；
步骤S4，在所述纳米结构之间设置所述填充物；
步骤S5，修整所述填充物的表面，使所述填充物的表面与所述纳米结构的表面重合。
可选地，所述方法还包括：
步骤S6，重复所述步骤S1至所述步骤S5，直至完成所有纳米结构层的设置。
可选地，所述装置包括：
上述任一实施例提供的光学***；以及设置于所述光学***的像面上的感光元件。
可选地，所述设备包括上述实施例提供的成像装置。
本申请实施例提供的光学***，通过采用至少一片超透镜和多个非球面折射透镜组成七片式光学***，同时满足了F数小于2且***总长小于6mm，促进了光学***的小型化和轻量化。
本申请实施例提供的超透镜加工方法，通过分层加工实现了至少一层纳米结构层的超透镜结构，提高了纳米结构的深宽比，增加了超透镜的设计自由度。
附图说明
所包括的附图用于提供本申请的进一步理解，并且被并入本说明书中构成本说明书的一部分。附图示出了本申请的实施方式，连同下面的描述一起用于说明本申请的原理。
图1示出了本申请实施例提供的光学***的一种可选的结构示意图；
图2示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图3示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图4示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图6示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图7示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图8示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图9示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图10示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图11示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图12示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图13示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图14示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图15示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图16示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图17示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图18示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图19示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图20示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图21示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图22示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图23示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图24示出了本申请实施例提供的光学***的又一种可选的结构示意图；
图25示出了本申请实施例提供的超透镜的一种可选的结构示意图；
图26示出了本申请实施例提供的超透镜中纳米结构的一种可选的结构示意图；
图27示出了本申请实施例提供的超透镜中纳米结构的又一种可选的结构示意图；
图28示出了本申请实施例提供的超透镜中纳米结构的一种可选的排列方式示意图；
图29示出了本申请实施例提供的超透镜中纳米结构的又一种可选的排列方式示意图；
图30示出了本申请实施例提供的超透镜中纳米结构的又一种可选的排列方式示意图；
图31示出了本申请实施例提供的超透镜中纳米结构的又一种可选的结构示意图；
图32示出了本申请实施例提供的超透镜中纳米结构的又一种可选的结构示意图；
图33示出了本申请实施例提供的超透镜中纳米结构的又一种可选的结构示意图；
图34示出了本申请实施例提供的超透镜的又一种可选的结构示意图；
图35示出了本申请实施例提供的相邻纳米结构层中纳米结构的可选的排列方式的示意图；
图36示出了本申请实施例提供的超透镜的又一种可选的结构示意图；
图37示出了本申请实施例提供的超透镜的一种可选的相位示意图；
图38示出了本申请实施例提供的超透镜的一种可选的透过率示意图；
图39示出了本申请实施例提供的超透镜的又一种可选的相位示意图；
图40示出了本申请实施例提供的超透镜的又一种可选的透过率示意图；
图41示出了本申请实施例提供的超透镜加工方法的一种可选的流程示意图；
图42示出了本申请实施例提供的超透镜加工方法的又一种可选的流程示意图；
图43示出了本申请实施例提供的超透镜加工方法的又一种可选的流程示意图；
图44示出了图1所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图45示出了图1所示的光学***的像散图；
图46示出了图1所示的光学***的畸变图；
图47示出了图1所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图48示出了图2所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图49示出了图2所示的光学***的像散图；
图50示出了图2所示的光学***的畸变图；
图51示出了图2所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图52示出了图3所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图53示出了图3所示的光学***的像散图；
图54示出了图3所示的光学***的畸变图；
图55示出了图3所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图56示出了图4所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图57示出了图4所示的光学***的像散图；
图58示出了图4所示的光学***的畸变图；
图59示出了图4所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图60示出了图5所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图61示出了图5所示的光学***的像散图；
图62示出了图5所示的光学***的畸变图；
图63示出了图5所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图64示出了图6所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图65示出了图6所示的光学***的像散图；
图66示出了图6所示的光学***的畸变图；
图67示出了图6所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图68示出了图7所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图69示出了图7所示的光学***的像散图；
图70示出了图7所示的光学***的畸变图；
图71示出了图7所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图72示出了图8所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图73示出了图8所示的光学***的像散图；
图74示出了图8所示的光学***的畸变图；
图75示出了图8所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图76示出了图9所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图77示出了图9所示的光学***的像散图；
图78示出了图9所示的光学***的畸变图；
图79示出了图9所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图80示出了图10所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图81示出了图10所示的光学***的像散图；
图82示出了图10所示的光学***的畸变图；
图83示出了图10所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图84示出了图11所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图85示出了图11所示的光学***的像散图；
图86示出了图11所示的光学***的畸变图；
图87示出了图11所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图88示出了图12所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图89示出了图12所示的光学***的像散图；
图90示出了图12所示的光学***的畸变图；
图91示出了图12所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图92示出了图13所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图93示出了图13所示的光学***的像散图；
图94示出了图13所示的光学***的畸变图；
图95示出了图13所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图96示出了图14所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图97示出了图14所示的光学***的像散图；
图98示出了图14所示的光学***的畸变图；
图99示出了图14所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图100示出了图15所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图101示出了图15所示的光学***的像散图；
图102示出了图15所示的光学***的畸变图；
图103示出了图15所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图104示出了图16所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图105示出了图16所示的光学***的像散图；
图106示出了图16所示的光学***的畸变图；
图107示出了图16所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图108示出了图17所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图109示出了图17所示的光学***的像散图；
图110示出了图17所示的光学***的畸变图；
图111示出了图17所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图112示出了图18所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图113示出了图18所示的光学***的像散图；
图114示出了图18所示的光学***的畸变图；
图115示出了图18所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图116示出了图19所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图117示出了图19所示的光学***的像散图；
图118示出了图19所示的光学***的畸变图；
图119示出了图19所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图120示出了图20所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图121示出了图20所示的光学***的像散图；
图122示出了图20所示的光学***的畸变图；
图123示出了图20所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图124示出了图21所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图125示出了图21所示的光学***的像散图；
图126示出了图21所示的光学***的畸变图；
图127示出了图21所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图128示出了图22所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图129示出了图22所示的光学***的像散图；
图130示出了图22所示的光学***的畸变图；
图131示出了图22所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图132示出了图23所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图133示出了图23所示的光学***的像散图；
图134示出了图23所示的光学***的畸变图；
图135示出了图23所示的光学***中超透镜的宽带匹配度；
图136示出了图24所示的光学***中的超透镜在不同波长处的相位调制示意图；
图137示出了图24所示的光学***的像散图；
图138示出了图24所示的光学***的畸变图；
图139示出了图24所示的光学***中超透镜的宽带匹配度。
图中附图标记分别表示：
10-第一透镜；20-第二透镜；30-第三透镜；40-第四透镜；50-第五透镜；60-第六透镜；70-第七透镜；80-光阑；90-红外滤波器；
201-基底层；202-纳米结构层；203-超结构单元；204-增透膜；
2021-纳米结构；2022-填充物；
202a-结构层材料；205-光刻胶；206-参考结构。
具体实施方式
现将在下文中参照附图更全面地描述本申请，在附图中示出了各实施方式。然而，本申请可以以许多不同的方式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方式。相反，这些实施方式被提供使得本申请将是详尽的和完整的，并且将向本领域技术人员全面传达本申请的范围。通篇相同的附图标记表示相同的部件。再者，在附图中，为了清楚地说明，部件的厚度、比率和尺寸被放大。
本文使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而非旨在成为限制。除非上下文清楚地另有所指，否则如本文使用的“一”、“一个”、“该”和“至少之一”并非表示对数量的限制，而是旨在包括单数和复数二者。例如，除非上下文清楚地另有所指，否则“一个部件”的含义与“至少一个部件”相同。“至少之一”不应被解释为限制于数量“一”。“或”意指“和/或”。术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或更多个的任何和全部组合。
除非另有限定，否则本文使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本领域技术人员所通常理解的含义相同的含义。如共同使用的词典中限定的术语应被解释为具有与相关的技术上下文中的含义相同的含义，并且除非在说明书中明确限定，否者不在理想化的或者过于正式的意义上将这些术语解释为具有正式的含义。
“包括”或“包含”的含义指明了性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合，但是并未排除其他的性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合。
本文参照作为理想化的实施方式的截面图描述了实施方式。从而，预见到作为例如制造技术和/或公差的结果的、相对于图示的形状变化。因此，本文描述的实施方式不应被解释为限于如本文示出的区域的具体形状，而是应包括因例如制造导致的形状的偏差。例如，被示出或描述为平坦的区域可以典型地具有粗糙和/或非线性特征。而且，所示出的锐角可以被倒圆。因此，图中所示的区域在本质上是示意性的，并且它们的形状并非旨在示出区域的精确形状并且并非旨在限制权利要求的范围。
在下文中，将参照附图描述根据本申请的示例性实施方式。
在光学***的小型化进程中，使用传统塑胶透镜的光学***由于其注塑工艺的限制，很难在厚度和大曲率方面有所突破，从而导致七片式透镜结构的光学***在各透镜厚度、各透镜间隔和***总长上难以突破。另一方面，塑胶透镜的可选材料只有十多种，从而限制了光学***像差校正的自由度。目前，虽然有玻璃树脂混合镜片在一定程度上解决了色差等问题，但注塑工艺仍然极大地妨碍了光学***的小型化和轻量化。现如今，光学***的***总长每缩小1毫米都要付出巨大的努力。由于成像装置中光学传感器，例如电荷耦合器件(CCD，Charge Coupled Device)和互补金属氧化物(CMOS，Complementary MetalOxide Semiconductor)的像素越来越高，尺寸越来越大，与之匹配的光学***越难做到同时满足大光圈与小***总长。
第一方面，本申请实施例提供了一种光学***，如图1至图24所示，该光学***包括从物方到像方依次设置的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60和第七透镜70。其中，第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60和第七透镜70中的至少一个为超透镜，其余均为非球面折射透镜。并且，该光学***中由像方到物方的第一个非球面折射透镜和由像方到物方的第二个非球面折射透镜的所有表面中包括至少一个非球面，该非球面包含一个反曲点。光学***至少还满足如下公式(1-1)至(1-3)：
Figure BDA0003713448360000151
0.05mm≤dML≤2mm；(1-2)
|fML|/f≥45；(1-3)
f为该光学***的焦距；EPD为该光学***的入瞳直径；dML为超透镜的厚度；fML为超透镜的焦距。
本申请实施例提供的光学***，通过满足前述布置方式，使七片透镜的光学***能够同时满足大光圈(即小F数)和小***总长。其中，超透镜焦距的绝对值与整个光学***的比值大于或等于45有利于增强该光学***的像差校正能力，并提高该光学***的设计自由度。上述非球面中包含一个反曲点，有利于缩小该光学***中由像方到物方的第一个非球面折射透镜和由像方到物方的第二个非球面折射透镜的有效半径，从而缩小该光学***的体积，使该光学***能更好地适用于空间紧凑的成像装置中。
上述设置可加强光学透镜***的成像能力，让光学透镜***能在像素尺寸、分辨率或主光线入射角度等方面与感测器相配合，并且可在透镜表面的规格上具有足够的设计自由度，以顺利达成如控制镜头大小等多种设计规格上的需求。需要说明的是，图1至图24仅示出了本申请实施例提供的光学***的部分可选的结构。图1至图24中仅示出了本申请实施例提供的光学***中各个透镜的排列关系，图中各透镜之间的间距并不是实际各透镜之间的间距。
进一步地，本申请实施例光学***中，第二透镜20为超透镜，其余透镜为非球面折射透镜。并且，其中，第一透镜10具有正光焦度，且第一透镜10的物侧表面为凸面；第三透镜30的物侧表面的曲率半径为正；第五透镜50具有正光焦度；第六透镜60的物侧表面的曲率半径为正。第四透镜40和第七透镜70的光焦度可根据该光学***的设计要求进行选择。
根据本申请的实施方式，更进一步地，第四透镜40满足公式(2)：
|R4o|>R4i；(2)
其中，R4o为第四透镜40的物侧表面的曲率半径；R4i为第四透镜40的像侧表面的曲率半径。Rno和Rni用来表示该光学***中各个透镜的物侧表面和像侧表面的曲率半径，其中，n为沿着物方到像方的透镜排列顺序，o表示物侧，i表示像侧。
根据本申请的实施方式，可选地，第七透镜70的像侧表面的曲率半径大于零。
根据本申请的实施方式，可选地，第一透镜10还满足公式(3)：
Figure BDA0003713448360000171
其中，R1o为第一透镜10的物侧表面的曲率半径；f1为第一透镜10在工作波段中心波长的焦距。满足公式(3)的设置有利于确保该光学***具有足够的正屈折力，从而有利于进一步压缩该光学***的***总长。
在一种可选的实施方式中，本申请实施例提供的光学***还满足公式(4)：
(V1+V4)/2-V3>20；(4)
其中，V1为第一透镜(10)的阿贝数；V3为第三透镜30的阿贝数；V4为第四透镜40的阿贝数。由此，可以进一步优化该光学***对成像色差的修正。
在本申请又一种可选的实施方式中，该光学***还满足公式(5)：
1.5<TTL/ImgH<1.8；(5)
其中，TTL为第一透镜10的物侧表面到所述光学***的像面的距离(在本申请中也称为***总长，Total Tracking Length)；ImgH为该光学***的最大成像高度。最大成像高度是指电子感光元件的有效感测区域的对角线总长的二分之一。如此布置，有利于在光学***的小型化以及光学***与感光元件的匹配度上取得平衡，从而有利于降低生产难度。
更有利地，第一透镜10还满足：
0.71≤f1/f≤0.98；(6)
其中，f1为第一透镜10在工作波段中心波长的焦距；f为该光学***的焦距。借此，可以提供足够的正屈折力并有效地减小该光学***的***总长。
可以理解的是，本申请实施例提供的光学***中，非球面折射透镜的材料可以是光学玻璃，例如冕牌玻璃、火石玻璃、石英玻璃等；也可以是各类光学塑料，例如APL5514、OKP4HT等。优选地，非球面折射透镜选用光学塑料。非球面折射透镜采用光学塑料可通过注塑来低成本、大批量的实现非球面透镜量产。
接下来结合图25至图43对本申请实施例提供的超透镜(即第二透镜20)进行描述。
具体而言，超透镜为超表面的一种具体应用，超表面通过周期性排列的亚波长尺寸纳米结构对入射光的相位、幅度和偏振进行调制。
图25示出了本申请实施例提供的超透镜的一种可选的结构示意图。参见图25，本申请实施例提供的超透镜包括基底层201和设置于基底层201的至少一侧的纳米结构层202，并且纳米结构层202的层数大于或等于1。其中，前述至少一层的纳米结构层202中每一层均包括周期性排布的纳米结构2021。
根据本申请的实施方式，可选地，至少一层纳米结构层202的任一层中，纳米结构2021的排列周期大于或等于0.3λc，且小于或等于2λc；其中，λc为该超透镜工作波段的中心波长。
根据本申请的实施方式，可选地，至少一层纳米结构层202的任一层中纳米结构2021的高度大于或等于0.3λc，且小于或等于5λc；其中，λc为该超透镜工作波段的中心波长。
图26和图27示出了第二透镜20中任一层纳米结构层202中纳米结构2021的透视图。可选地，图26为圆柱形结构。可选地，图27中的纳米结构2021为正方柱形结构。可选地，如图25和图27所示，超透镜还包括填充物2022，填充物2022填充于纳米结构2021之间，并且，填充物2022的材料对工作波段的消光系数小于0.01。可选地，填充物2022包括空气或在工作波段透明或半透明的其他材料。根据本申请的实施方式，填充物2022的材料的折射率与纳米结构2021的折射率之间的差值的绝对值应大于或等于0.5。当本申请实施例提供的超透镜具有至少两层纳米结构层202时，距离基底层201最远的纳米结构层202中的填充物2022可以是空气。
本申请一些可选的实施例中，如图28至图30所示，至少一层纳米结构层202的任意一层中包括阵列排布的超结构单元203。该超结构单元203为可密堆积图形，该可密堆积图形的顶点和/或中心位置设置有纳米结构2021。本申请实施例中，可密堆积图形指的是一种或多种可以无缝隙不重叠地填充整个平面的图形。
如图28所示，根据本申请的实施方式，超结构单元可以布置成扇形。如图29所示，根据本申请的实施方式，超结构单元可以布置成正六边形的阵列。此外，如图30所示，根据本申请的实施方式，超结构单元203可以布置成正方形的阵列。本领域技术人员应认识到，纳米结构层202中包括的超结构单元203还可以包括其他形式的阵列布置，所有这些变型方案均涵盖于本申请的范围内。可以理解的是，在一些可选的实施例中，超结构单元203的周期大于或等于0.3λc，且小于或等于2λc；其中，λc为该超透镜工作波段的中心波长。
可选地，本申请实施例提供的超结构单元203的宽谱相位与超透镜的工作波段还满足：
Figure BDA0003713448360000191
其中，r为该超透镜沿径向的坐标；r0为该超透镜上任一点；λ为工作波长。
示例性地，本申请实施例提供的纳米结构2021可以是偏振无关结构，此类结构对入射光施加一个传播相位。根据本申请的实施方式，如图31、图32和图33所示，纳米结构2021可以是正结构，也可以是负结构。例如，纳米结构2021的形状包括圆柱、中空圆柱、正方形棱柱、中空正方形棱柱等。
更有利地，如图34所示，本申请实施例提供的第二透镜20包括至少两层纳米结构层202。可选地，如图35中的(a)所示，至少两层纳米结构202中相邻的纳米结构层中的纳米结构2021共轴排列。前述共轴排列是指相邻两层的纳米结构层202中的纳米结构2021排列周期相同；或相邻两层纳米结构层中同一位置的纳米结构2021的轴线重合。可选地，如图35中的(b)所示，至少两层纳米结构202中相邻的纳米结构层中的纳米结构2021沿平行于超透镜的基底201的方向错位排列。这种排列方式有利于突破加工工艺对超透镜中纳米结构的深宽比的限制，从而实现更高的设计自由度。图34示出了一种可选的三层纳米结构层的透视图。根据本申请的实施方式，相邻的纳米结构层202中的纳米结构2021的形状、尺寸或材料可以相同，也可以不同。
示例性地，图31中的a至图31中的d分别示出了纳米结构2021的形状包括圆柱、中空圆柱、正方形柱和中空正方形柱，且纳米结构2021周围填充有填充物2022。图31中，纳米结构2021被设置于正四边形的超结构单元203的中心位置。在本申请的可选实施例中，图32中的a至图32中的d分别示出了纳米结构2021的形状包括圆柱、中空圆柱、正方形柱和中空正方形柱，且纳米结构2021周围无填充物2022。图32中，纳米结构2021被设置于正四边形的超结构单元203的中心位置。
根据本申请的实施方式，图33中的a至图33中的d分别示出了纳米结构2021的形状包括正方形柱、圆柱、中空正方形柱和中空圆柱，且纳米结构2021的周围无填充物2022。图33中的a至图33中的d中，纳米结构2021被设置于正六边形的超结构单元203的中心位置。可选地，图33中的e至图33中的h分别示出了纳米结构2021为负纳米结构，如正方形孔柱、圆形孔柱、正方形环柱和圆形环柱。图33中的e至图33中的h中，纳米结构2021为设置于正六边形的超结构单元203中心位置的负结构。
在一种可选的实施方式中，如图36所示，本申请实施例提供的超透镜还包括增透膜204。增透膜204被设置于基底层201远离至少一层纳米结构层202的一侧；或者，增透膜204被设置于至少一层纳米结构层202与空气相邻的一侧。增透膜204的作用是对入射的辐射起到增透减反的作用。
根据本申请的实施方式，基底层201的材质为对工作波段消光系数小于0.01的材料。例如，基底层201的材料包括熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅和氢化非晶硅。再例如，当超透镜的工作波段为可见光波段时，基底层201的材料包括熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石和碱性玻璃。在本申请的一些实施例中，纳米结构2021的材质与基底层201的材料相同。在本申请的又一些实施例中，纳米结构2021的材质与基底层201的材料不同。可选地，填充物2022的材料与基底层201的材料相同。可选地，填充物2022的材料与基底层201的材料不同。
应理解，在本申请一些可选的实施方式中，填充物2022与纳米结构2021的材质相同。在本申请又一些可选的实施方式中，填充物2022与纳米结构2021的材质不同。示例性地，填充物2022的材料为工作波段的高透过率材料，其消光系数小于0.01。示例性地，填充物2022的材料包括熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅和氢化非晶硅。
可选地，本申请实施例提供的超透镜的等效折射率范围小于2。等效折射率范围为超透镜的最大折射率减去其最小折射率。根据本申请的实施方式，本申请实施例提供的超透镜的相位还满足公式(7)：
Figure BDA0003713448360000211
Figure BDA0003713448360000212
Figure BDA0003713448360000213
Figure BDA0003713448360000214
Figure BDA0003713448360000215
Figure BDA0003713448360000216
Figure BDA0003713448360000217
Figure BDA0003713448360000221
其中，r为超透镜的中心到任一纳米结构中心的距离；λ为超透镜的工作波长，
Figure BDA0003713448360000222
为任一与工作波长相关的相位，(x，y)为超透镜上的坐标(在一些情况下可以理解为基底层201表面的坐标)，fML为第二透镜20的焦距，ai和bi为实数系数。超透镜的相位可以用高次多项式表达，高次多项式包括奇次多项式和偶次多项式。为了不破坏超透镜相位的旋转对称性，通常只能对偶次多项式对应的相位进行优化，这大大降低了超透镜的设计自由度。而上述公式(7-1)至公式(7-8)中，公式(7-4)至公式(7-6)相比其余公式，能够对满足奇次多项式的相位进行优化而不破坏超透镜相位的旋转对称性，从而大大提高了超透镜的优化自由度。
可选地，本申请实施例提供的超透镜的实际相位与理想相位的匹配，也就是超透镜的宽带相位匹配度由公式(8)给出：
Figure BDA0003713448360000223
公式(8)中λmax和λmin分别为超透镜的工作波段的上限和下限，例如λmax＝700nm，λmin＝400nm。
Figure BDA0003713448360000224
与
Figure BDA0003713448360000225
分别为理论目标相位和实际数据库内相位。
更进一步地，本申请实施例提供的光学***的非球面折射透镜中的非球面满足：
Figure BDA0003713448360000226
公式(9)中，z表示平行于z轴的表面矢量，z轴为该光学***的光轴，c为非球面中心点曲率，k为二次曲面常数，A～J分别对应高阶系数。
在一种可选的实施方式中，如图1至图24所示，本申请实施例提供的光学***还包括光阑80。光阑80可以设置在光学***中任一非球面折射透镜或超透镜的物侧或像侧。光阑80有助于压缩入射光路上位于其下游的透镜的半径，从而促进该光学***的小型化。
根据本申请又一些可选的实施方式，如图1至图24所示，本申请实施例提供的光学***还包括红外滤波器90。红外滤波器90被配置于第七透镜70和本申请实施例提供光学***的像面之间。当该光学***的工作波段为可见光波段时，红外滤波器90有利于过滤红外波段的辐射，以提高该光学***的成像质量，同时也能避免与该光学***配合的感光元件被灼烧造成损坏。
实施例1
示例性地，本申请实施例提供了一种超透镜。该超透镜包括基底层201和设置于基底层201上的两层纳米结构层202。其中，两层纳米结构层202中的沿着远离基底层201的方向依次为第一纳米结构层和第二纳米结构层。该超透镜的具体参数如表1所示。图37示出了实施例1提供的超透镜的相位图，图37的横坐标为入射辐射的波长，纵坐标为纳米结构2021的半径。图38示出了实施例1提供的超透镜的透过率示意图，图38的横坐标为入射辐射的波长，纵坐标为纳米结构2021的半径。
实施例1中，超透镜中任一超结构单元203的宽谱相位相应与波长满足：
Figure BDA0003713448360000231
其中，r为超透镜沿径向的坐标；r0为超透镜上任一点到超透镜中心的距离；λ为超透镜的工作波长。
表1
Figure BDA0003713448360000232
Figure BDA0003713448360000241
实施例2
在又一种示例性的实施例中，本申请实施例提供了一种超透镜。该超透镜包括基底层201和设置于基底层201上的两层纳米结构层202。其中，两层纳米结构层202中的沿着远离基底层201的方向依次为第一纳米结构层和第二纳米结构层。该超透镜的具体参数如表2所示。图39示出了实施例2提供的超透镜的相位图，图39的横坐标为入射辐射的波长，纵坐标为纳米结构2021的半径。图40示出了实施例2提供的超透镜的透过率示意图，图40的横坐标为入射辐射的波长，纵坐标为纳米结构2021的半径。
实施例2中，超透镜中任一超结构单元203的宽谱相位相应与波长满足：
Figure BDA0003713448360000242
其中，r为超透镜沿径向的坐标；r0为超透镜上任一点到超透镜中心的距离；λ为超透镜的工作波长。
表2
Figure BDA0003713448360000243
Figure BDA0003713448360000251
第二方面，本申请实施例还提供了一种超透镜的加工方法，适用于本申请任一实施例提供的第二透镜20。如图41至图43所示，该方法至少包括步骤S1至步骤S5。
步骤S1，在基底层201上设置一层结构层材料202a。
步骤S2，在结构层材料202a上涂覆光刻胶205，并曝光出参考结构206。
步骤S3，依据参考结构206在结构层材料202a上刻蚀出周期性排列的纳米结构2021，以形成纳米结构层202。
步骤S4，在纳米结构2021之间设置填充物2022。
步骤S5，修整填充物2022的表面，使填充物2022的表面与纳米结构2021的表面重合。
可选地，如图42所示，本申请实施例提供的方法还包括：
步骤S6，重复步骤S1至步骤S5，直至完成所有纳米结构层的设置。
实施例3
示例性地，实施例3提供了一种光学***，其结构如图1所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表3-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表3-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表3-3-1和表3-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图44示出了实施例3提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图44可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图45示出了该光学***的像散图。由图45可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图46示出了该光学***的畸变图。由图46可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图47示出了实施例3提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图47可知，实施例3中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例3提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表3-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.1mm
视场角(2ω) 74°
F数 1.6
像高(ImgH) 3.09mm
***总长度(TTL) 5.4mm
表3-2
Figure BDA0003713448360000261
Figure BDA0003713448360000271
表3-3-1
Figure BDA0003713448360000272
表3-3-2
Figure BDA0003713448360000273
Figure BDA0003713448360000281
实施例4
示例性地，实施例4提供了一种光学***，其结构如图2所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表4-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表4-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表4-3-1和表4-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图48示出了实施例4提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图48可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图49示出了该光学***的像散图。由图49可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图50示出了该光学***的畸变图。由图50可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图51示出了实施例4提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图51可知，实施例4中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例4提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表4-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.1mm
视场角(2ω) 74°
F数 1.8
像高(ImgH) 3.0896mm
***总长度(TTL) 5.2mm
表4-2
Figure BDA0003713448360000282
Figure BDA0003713448360000291
表4-3-1
Figure BDA0003713448360000292
表4-3-2
Figure BDA0003713448360000293
Figure BDA0003713448360000301
实施例5
示例性地，实施例5提供了一种光学***，其结构如图3所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表5-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表5-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表5-3-1和表5-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图52示出了实施例5提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图52可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图53示出了该光学***的像散图。由图53可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图54示出了该光学***的畸变图。由图54可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图55示出了实施例5提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图55可知，实施例5中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例5提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表5-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.1mm
视场角(2ω) 74°
F数 1.8
像高(ImgH) 3.0896mm
***总长度(TTL) 5.2mm
表5-2
Figure BDA0003713448360000311
表5-3-1
Figure BDA0003713448360000312
Figure BDA0003713448360000321
表5-3-2
Figure BDA0003713448360000322
实施例6
示例性地，实施例6提供了一种光学***，其结构如图4所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表6-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表6-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表6-3-1和表6-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图56示出了实施例6提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图56可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图57示出了该光学***的像散图。由图57可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图58示出了该光学***的畸变图。由图58可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图59示出了实施例6提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图59可知，实施例6中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例6提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表6-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.1mm
视场角(2ω) 74°
F数 1.8
像高(ImgH) 3.0896mm
***总长度(TTL) 5.2mm
表6-2
Figure BDA0003713448360000331
Figure BDA0003713448360000341
表6-3-1
Figure BDA0003713448360000342
表6-3-2
Figure BDA0003713448360000343
Figure BDA0003713448360000351
实施例7
示例性地，实施例7提供了一种光学***，其结构如图5所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表7-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表7-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表7-3-1和表7-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图60示出了实施例7提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图60可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图61示出了该光学***的像散图。由图61可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图62示出了该光学***的畸变图。由图62可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图63示出了实施例7提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图63可知，实施例7中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例7提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表7-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.1mm
视场角(2ω) 74°
F数 1.8
像高(ImgH) 3.0896mm
***总长度(TTL) 5.2mm
表7-2
Figure BDA0003713448360000361
表7-3-1
Figure BDA0003713448360000362
Figure BDA0003713448360000371
表7-3-2
Figure BDA0003713448360000372
实施例8
示例性地，实施例8提供了一种光学***，其结构如图6所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表8-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表8-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表8-3-1和表8-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图64示出了实施例8提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图64可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图65示出了该光学***的像散图。由图65可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图66示出了该光学***的畸变图。由图66可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图67示出了实施例8提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图67可知，实施例8中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例8提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表8-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.1mm
视场角(2ω) 74°
F数 1.8
像高(ImgH) 3.0896mm
***总长度(TTL) 5.2mm
表8-2
Figure BDA0003713448360000381
Figure BDA0003713448360000391
表8-3-1
Figure BDA0003713448360000392
表8-3-2
Figure BDA0003713448360000393
Figure BDA0003713448360000401
实施例9
示例性地，实施例9提供了一种光学***，其结构如图7所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表9-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表9-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表9-3-1和表9-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图68示出了实施例9提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图68可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图69示出了该光学***的像散图。由图69可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图70示出了该光学***的畸变图。由图70可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图71示出了实施例9提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图71可知，实施例9中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例9提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表9-1
Figure BDA0003713448360000402
Figure BDA0003713448360000411
表9-2
Figure BDA0003713448360000412
表9-3-1
Figure BDA0003713448360000413
Figure BDA0003713448360000421
表9-3-2
Figure BDA0003713448360000422
实施例10
示例性地，实施例10提供了一种光学***，其结构如图8所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表10-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表10-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表10-3-1和表10-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图72示出了实施例3提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图72可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图73示出了该光学***的像散图。由图73可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图74示出了该光学***的畸变图。由图74可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图75示出了实施例8提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图75可知，实施例8中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例8提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表10-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.1mm
视场角(2ω) 74°
F数 1.8
像高(ImgH) 3.0896mm
***总长度(TTL) 5.4mm
表10-2
Figure BDA0003713448360000431
Figure BDA0003713448360000441
表10-3-1
Figure BDA0003713448360000442
表10-3-2
Figure BDA0003713448360000443
Figure BDA0003713448360000451
实施例11
示例性地，实施例11提供了一种光学***，其结构如图9所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表11-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表11-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表11-3-1和表11-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图76示出了实施例11提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图76可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图77示出了该光学***的像散图。由图77可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图78示出了该光学***的畸变图。由图78可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图79示出了实施例11提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图79可知，实施例11中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例11提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表11-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.1mm
视场角(2ω) 74°
F数 1.8
像高(ImgH) 3.0896mm
***总长度(TTL) 5.4mm
表11-2
Figure BDA0003713448360000461
表11-3-1
Figure BDA0003713448360000462
Figure BDA0003713448360000471
表10-3-2
Figure BDA0003713448360000472
Figure BDA0003713448360000481
实施例12
示例性地，实施例12提供了一种光学***，其结构如图10所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表12-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表12-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表12-3-1和表12-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图80示出了实施例3提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图80可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图81示出了该光学***的像散图。由图81可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图82示出了该光学***的畸变图。由图82可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图83示出了实施例12提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图83可知，实施例12中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例12提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表12-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.1mm
视场角(2ω) 74°
F数 1.8
像高(ImgH) 3.0896mm
***总长度(TTL) 5.4mm
表12-2
Figure BDA0003713448360000491
表12-3-1
Figure BDA0003713448360000492
Figure BDA0003713448360000501
表12-3-2
Figure BDA0003713448360000502
实施例13
示例性地，实施例13提供了一种光学***，其结构如图11所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表13-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表13-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表13-3-1和表13-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图84示出了实施例3提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图84可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图85示出了该光学***的像散图。由图85可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图86示出了该光学***的畸变图。由图86可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图87示出了实施例13提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图87可知，实施例13中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例13提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表13-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.3mm
表13-2
Figure BDA0003713448360000511
Figure BDA0003713448360000521
表13-3-1
Figure BDA0003713448360000522
表13-3-2
Figure BDA0003713448360000523
实施例14
示例性地，实施例14提供了一种光学***，其结构如图12所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表14-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表14-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表14-3-1和表14-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图88示出了实施例12提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图88可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图89示出了该光学***的像散图。由图89可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图90示出了该光学***的畸变图。由图90可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图91示出了实施例14提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图91可知，实施例14中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例14提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表14-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.3mm
表14-2
Figure BDA0003713448360000531
Figure BDA0003713448360000541
表14-3-1
Figure BDA0003713448360000542
表14-3-2
Figure BDA0003713448360000543
Figure BDA0003713448360000551
实施例15
示例性地，实施例15提供了一种光学***，其结构如图13所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表15-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表15-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表15-3-1和表15-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图92示出了实施例15提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图92可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图93示出了该光学***的像散图。由图93可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图94示出了该光学***的畸变图。由图94可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图95示出了实施例15提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图95可知，实施例15中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例15提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表15-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.3mm
表15-2
Figure BDA0003713448360000561
表15-3-1
Figure BDA0003713448360000562
Figure BDA0003713448360000571
表15-3-2
Figure BDA0003713448360000572
实施例16
示例性地，实施例16提供了一种光学***，其结构如图14所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表16-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表16-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表16-3-1和表16-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图96示出了实施例16提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图96可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图97示出了该光学***的像散图。由图97可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图98示出了该光学***的畸变图。由图98可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图99示出了实施16提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图99可知，实施例16中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例16提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表16-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.3mm
表16-2
Figure BDA0003713448360000581
Figure BDA0003713448360000591
表16-3-1
Figure BDA0003713448360000592
表16-3-2
Figure BDA0003713448360000593
Figure BDA0003713448360000601
实施例17
示例性地，实施例17提供了一种光学***，其结构如图15所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表17-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表17-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表3-3-1和表17-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图100示出了实施例17提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图100可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图101示出了该光学***的像散图。由图101可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图102示出了该光学***的畸变图。由图102可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图103示出了实施例17提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图103可知，实施例17中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例17提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表17-1
Figure BDA0003713448360000602
Figure BDA0003713448360000611
表17-2
Figure BDA0003713448360000612
表17-3-1
Figure BDA0003713448360000613
Figure BDA0003713448360000621
表17-3-2
Figure BDA0003713448360000622
实施例18
示例性地，实施例18提供了一种光学***，其结构如图16所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表18-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表18-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表18-3-1和表18-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图104示出了实施例18提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图104可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图105示出了该光学***的像散图。由图105可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图106示出了该光学***的畸变图。由图106可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图107示出了实施例18提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图107可知，实施例18中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例18提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表18-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.5mm
表18-2
Figure BDA0003713448360000631
Figure BDA0003713448360000641
表18-3-1
Figure BDA0003713448360000642
表18-3-2
Figure BDA0003713448360000643
Figure BDA0003713448360000651
实施例19
示例性地，实施例19提供了一种光学***，其结构如图17所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表19-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表19-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表19-3-1和表19-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图108示出了实施例19提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图108可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图109示出了该光学***的像散图。由图109可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图110示出了该光学***的畸变图。由图110可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图111示出了实施例19提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图111可知，实施例19中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例19提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表19-1
Figure BDA0003713448360000652
Figure BDA0003713448360000661
表19-2
Figure BDA0003713448360000662
表19-3-1
Figure BDA0003713448360000663
Figure BDA0003713448360000671
表19-3-2
Figure BDA0003713448360000672
实施例20
示例性地，实施例20提供了一种光学***，其结构如图18所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表18-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表18-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表18-3-1和表18-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图112示出了实施例20提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图112可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图113示出了该光学***的像散图。由图113可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图114示出了该光学***的畸变图。由图114可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图115示出了实施例20提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图115可知，实施例20中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例20提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表20-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.5mm
表20-2
Figure BDA0003713448360000681
Figure BDA0003713448360000691
表20-3-1
Figure BDA0003713448360000692
表20-3-2
Figure BDA0003713448360000693
Figure BDA0003713448360000701
实施例21
示例性地，实施例21提供了一种光学***，其结构如图19所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表21-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表21-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表21-3-1和表21-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图116示出了实施例21提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图116可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图117示出了该光学***的像散图。由图117可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图118示出了该光学***的畸变图。由图118可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图119示出了实施例21提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图119可知，实施例21中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例21提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表21-1
Figure BDA0003713448360000702
Figure BDA0003713448360000711
表21-2
Figure BDA0003713448360000712
表21-3-1
Figure BDA0003713448360000713
Figure BDA0003713448360000721
表21-3-2
Figure BDA0003713448360000722
实施例22
示例性地，实施例22提供了一种光学***，其结构如图20所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表22-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表22-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表22-3-1和表22-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图120示出了实施例22提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图120可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图121示出了该光学***的像散图。由图121可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图122示出了该光学***的畸变图。由图122可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图123示出了实施例22提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图123可知，实施例22中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例22提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表22-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.5mm
表22-2
Figure BDA0003713448360000731
Figure BDA0003713448360000741
表22-3-1
Figure BDA0003713448360000742
表22-3-2
Figure BDA0003713448360000743
Figure BDA0003713448360000751
实施例23
示例性地，实施例23提供了一种光学***，其结构如图21所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表23-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表23-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表23-3-1和表23-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图124示出了实施例23提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图124可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图125示出了该光学***的像散图。由图125可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图126示出了该光学***的畸变图。由图126可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图127示出了实施例23提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图127可知，实施例23中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例23提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表23-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.7mm
表23-2
Figure BDA0003713448360000761
表23-3-1
Figure BDA0003713448360000762
表23-3-2
Figure BDA0003713448360000771
实施例24
示例性地，实施例24提供了一种光学***，其结构如图22所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表24-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表24-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表24-3-1和表24-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图128示出了实施例24提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图128可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图129示出了该光学***的像散图。由图129可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图130示出了该光学***的畸变图。由图130可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图131示出了实施例24提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图131可知，实施例24中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例24提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表24-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.7mm
表24-2
Figure BDA0003713448360000781
Figure BDA0003713448360000791
表24-3-1
Figure BDA0003713448360000792
表24-3-2
Figure BDA0003713448360000793
实施例25
示例性地，实施例25提供了一种光学***，其结构如图23所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表25-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表25-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表25-3-1和表25-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图132示出了实施例25提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图132可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图133示出了该光学***的像散图。由图133可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图134示出了该光学***的畸变图。由图134可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图135示出了实施例25提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图135可知，实施例25中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例25提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表25-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.7mm
表25-2
Figure BDA0003713448360000801
Figure BDA0003713448360000811
表25-3-1
Figure BDA0003713448360000812
表25-3-2
Figure BDA0003713448360000813
Figure BDA0003713448360000821
实施例26
示例性地，实施例26提供了一种光学***，其结构如图24所示。该光学***包括由物方到像方依次设置的光阑80、第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70和红外滤波器90。该光学***的具体参数如表26-1所示。该光学***中各个透镜的各个面的曲率、厚度、折射率等参数请参见表26-2。该光学***中各个透镜的各个面的非球面系数如表26-3-1和表26-3-2所示，非球面系数如公式(9)所示。
图136示出了实施例3提供的光学***中超透镜在486.13nm、587.56nm和656.27nm处的相位调制示意图。由图136可得，超透镜在不同波长处的相位覆盖0～2π。图136示出了该光学***的像散图。由图137可知，该光学***的像散不超过0.5mm。图138示出了该光学***的畸变图。由图138可得，该光学***的在0到1视场内的畸变不超过5％。图139示出了实施例26提供的光学***中超透镜的宽带匹配度。由图139可知，实施例26中超透镜的实际相位与理论相位匹配度大于90％。由上可知，实施例26提供的光学***成像效果良好，像散和畸变控制优秀。
表26-1
参数项目 数值
工作波段(WL) VIS(400-700nm)
等效焦距(EFL) 4.63mm
视场角(2ω) 74°
F数 2.0
像高(ImgH) 3.4896mm
***总长度(TTL) 5.7mm
表26-2
Figure BDA0003713448360000831
表26-3-1
Figure BDA0003713448360000832
Figure BDA0003713448360000841
表26-3-2
Figure BDA0003713448360000842
需要注意的是，本申请实施例提供的超透镜可以通过半导体工艺加工，具有重量轻、厚度薄、构及工艺简单、成本低及量产一致性高等优点。
综上所述，本申请实施例提供的光学***，通过采用至少一片超透镜和多个非球面折射透镜组成七片式光学***，同时满足了F数小于2且***总长小于6mm，促进了光学***的小型化和轻量化。
本申请实施例提供的超透镜加工方法，通过分层加工实现了至少一层纳米结构层的超透镜结构，提高了纳米结构的深宽比，增加了超透镜的设计自由度。
以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请实施例披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (34)

1.一种光学***，其特征在于，所述光学***包括由物方到像方依次设置的第一透镜(10)、第二透镜(20)、第三透镜(30)、第四透镜(40)、第五透镜(50)、第六透镜(60)和第七透镜(70)；
其中，所述第一透镜(10)、所述第二透镜(20)、所述第三透镜(30)、所述第四透镜(40)、所述第五透镜(50)、所述第六透镜(60)和所述第七透镜(70)中的至少一个为超透镜，其余均为非球面折射透镜；
并且，所述光学***中由像方到物方的第一个非球面折射透镜和由像方到物方的第二个非球面折射透镜的所有表面中包括至少一个非球面，且所述非球面包含一个反曲点；
所述光学***至少还满足如下条件：
Figure FDA0003713448350000011
0.05mm≤dML≤2mm；
|fML|/f≥45；
f为所述光学***的焦距；EPD为所述光学***的入瞳直径；dML为所述超透镜的厚度；fML为所述超透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述第二透镜(20)为超透镜，其余透镜均为非球面折射透镜；并且，所述第一透镜(10)具有正光焦度，且所述第一透镜(10)的物侧表面为凸面；所述第三透镜(30)的物侧表面的曲率半径为正；所述第五透镜(50)具有正光焦度；所述第六透镜(60)的物侧表面的曲率半径为正。
3.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述第一透镜(10)还满足：
Figure FDA0003713448350000012
其中，R1o为所述第一透镜(10)的物侧表面的曲率半径；f1为所述第一透镜(10)在工作波段中心波长的焦距。
4.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述光学***还满足：
(V1+V4)/2-V3>20；
其中，V1为所述第一透镜(10)的阿贝数；V3为所述第三透镜(30)的阿贝数；V4为所述第四透镜(40)的阿贝数。
5.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述光学***还满足：
1.5<TTL/ImgH<1.8
其中，TTL为所述第一透镜(10)的物侧表面到所述光学***的像面的距离；ImgH为所述光学***的最大成像高度。
6.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述第四透镜(40)还满足：
|R4o|>R4i；
其中，R4o为所述第四透镜(40)的物侧表面的曲率半径；R4i为所述第四透镜(40)的像侧表面的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，所述第七透镜(70)的像侧表面的曲率半径大于零。
8.根据权利要求1-5任一所述的光学***，其特征在于，所述第一透镜(10)还满足：
0.71≤f1/f≤0.98；
其中，f1为所述第一透镜(10)在工作波段中心波长的焦距；f为所述光学***的焦距。
9.根据权利要求1或2所述的光学***，其特征在于，所述超透镜包括基底层(201)和设置于所述基底层(201)至少一侧的的纳米结构层(202)，并且，所述纳米结构层(202)的层数大于或等于1；
所述纳米结构层(202)中的每一层均包括周期性排布的纳米结构(2021)。
10.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述纳米结构层(202)中的任一层中所述纳米结构(2021)的排列周期大于或等于0.3λc，且小于或等于2λc；
其中，λc为所述第二透镜(20)工作波段的中心波长。
11.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述纳米结构层(202)的任一层中所述纳米结构(2021)的高度大于或等于0.3λc，且小于或等于5λc；
其中，λc为所述第二透镜(20)工作波段的中心波长。
12.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述纳米结构层(202)的任一层中包括阵列排布的超结构单元(203)；
所述超结构单元(203)为可密堆积图形，所述可密堆积图形的顶点和/或中心位置设置有所述纳米结构(2021)。
13.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述基底层(201)的材料对工作波段的消光系数小于0.01。
14.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述纳米结构(2021)的材料对工作波段的消光系数小于0.01。
15.根据权利要求13所述的光学***，其特征在于，所述基底层(201)的材料包括熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅和氢化非晶硅。
16.根据权利要求14所述的光学***，其特征在于，所述纳米结构(2021)的材料包括熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅和氢化非晶硅。
17.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述纳米结构(2021)与所述基底层(201)的材料不同。
18.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述纳米结构(2021)与所述基底层(201)的材料相同。
19.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述纳米结构(2021)的形状为偏振不敏感结构。
20.根据权利要求19所述的光学***，其特征在于，所述偏振不敏感结构包括圆柱形、中空圆柱形、圆孔形、中空圆孔形、正方柱形、正方孔形、中空正方柱形和中空正方孔形。
21.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述第二透镜(20)还包括填充物(2022)；
所述填充物(2022)填充于所述纳米结构(2021)之间；
并且，所述填充物(2022)的材料对工作波段的消光系数小于0.01。
22.如权利要求21所述的光学***，其特征在于，所述填充物(2022)的折射率与所述纳米结构(2021)的折射率的差值的绝对值大于或等于0.5。
23.根据权利要求21所述的光学***，其特征在于，所述填充物包括空气、熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅和氢化非晶硅。
24.根据权利要求21所述的光学***，其特征在于，所述填充物(2022)的材料与所述基底层(201)的材料不同。
25.根据权利要求21所述的光学***，其特征在于，所述填充物(2022)的材料与所述纳米结构(2021)的材料不同。
26.根据权利要求21所述的光学***，其特征在于，所述第二透镜(20)还包括增透膜(204)；
所述增透膜(204)被设置于所述基底层(201)远离所述纳米结构层(202)的一侧，和/或，所述纳米结构层(202)远离所述基底层(201)的一侧。
27.根据权利要求12所述的光学***，其特征在于，所述超结构单元(203)的宽谱相位满足：
Figure FDA0003713448350000061
其中，r为所述超透镜径向的坐标；r0为所述超透镜上任一点到所述超透镜中心的距离；λ为所述超透镜的工作波长。
28.根据权利要求9中所述的光学***，其特征在于，所述超透镜包括至少两层纳米结构层(202)；
其中，任意两个相邻的纳米结构层(202)中的纳米结构共轴设置。
29.如权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述超透镜包括至少两层纳米结构层(202)；其中，任意相邻的纳米结构层(202)中的纳米结构沿平行于所述超透镜的基底的方向错位排列。
30.根据权利要求9所述的光学***，其特征在于，所述超透镜的相位还满足：
Figure FDA0003713448350000062
Figure FDA0003713448350000063
Figure FDA0003713448350000071
Figure FDA0003713448350000072
Figure FDA0003713448350000073
Figure FDA0003713448350000074
Figure FDA0003713448350000075
Figure FDA0003713448350000076
其中，r为所述超透镜的中心到任一纳米结构的距离；λ为所述超透镜的工作波长；
Figure FDA0003713448350000077
为任一与所述超透镜工作波长相关的相位；(x，y)为超透镜镜面坐标，f2为所述超透镜的焦距；ai和bi为实数系数。
31.一种超透镜的加工方法，其特征在于，适用于根据权利要求21所述的光学***中的所述第二透镜(20)，所述方法包括：
步骤S1，在所述基底层(201)上设置一层结构层材料(202a)；
步骤S2，在所述结构层材料(202a)上涂覆光刻胶(205)，并曝光出参考结构(206)；
步骤S3，依据所述参考结构(206)在所述结构层材料(202a)上刻蚀出周期性排列的所述纳米结构(2021)，以形成所述纳米结构层(202)；
步骤S4，在所述纳米结构(2021)之间设置所述填充物(2022)；
步骤S5，修整所述填充物(2022)的表面，使所述填充物(2022)的表面与所述纳米结构(2021)的表面重合。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤S6，重复所述步骤S1至所述步骤S5，直至完成所有纳米结构层的设置。
33.一种成像装置，其特征在于，所述装置包括
根据权利要求1-30任一所述的光学***；以及设置于所述光学***的像面上的感光元件。
34.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求33所述的成像装置。
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