CN104360466B - 一种小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学*** - Google Patents

一种小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其技术方案的要点是该***从物方到像方依次包括有第一透镜群、光阑、第二透镜群和感光芯片，所述第一透镜群依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜共三枚镜片，所述第二透镜群依次包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜共五枚镜片，所述第二透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜为塑胶非球面镜片，其余透镜为玻璃镜片。本发明有着极高的感光性能，在室内环境变化时性能稳定且无需重新对焦，在较暗的环境下仍可拍摄较清晰的画面，在降低成本的同时也保证了高分辨率。

Description

一种小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***
【技术领域】
本发明涉及一种变焦光学***，尤其涉及一种应用于室内监控***的小体积、低成本、低温漂、高分辨率、红外共焦的变焦光学***。
【背景技术】
目前的监控镜头市场开始往家庭使用和低成本的方向发展，在家庭使用中，需要较小的体积及较低的价格，同时随着网络速度的提升，高品质高分辨率的画面可以快速传输，因此对监控镜头的分辨率要求越来越高。
目前市面上主流的高像质的监控镜头，一般都是在室外使用，体积较大，拍摄范围较大，焦距变化范围大，相应成本也高。而室内使用的小体积镜头，多是定焦镜头，拍摄范围大小固定，无法满足监控要求。另外市场上的低成本监控镜头，一般使用塑胶镜片，由于塑胶材质的收缩率高，在温度变化时，会使镜头后焦产生较大变化，使镜头性能下降，虽然可以使用热敏电阻在结构上进行控制，但又会因此增加成本。
另外市场上的室内监控镜头，多为非红外共焦镜头，在晚上光照不强时会导致拍摄的画面整体不够清晰。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种小体积、低成本、低温漂、高分辨率、红外共焦的两倍变焦光学***。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：从物方到像方依次包括有第一透镜群1、光阑3、第二透镜群2和感光芯片4，所述第一透镜群1依次包括第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103共三枚镜片，所述第二透镜群2依次包括第四透镜201、第五透镜202、第六透镜203、第七透镜204、第八透镜205共五枚镜片，所述第二透镜102、第六透镜203、第七透镜204、第八透镜205为塑胶非球面镜片，其余透镜为玻璃镜片。
如上所述的小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：所述光阑3与感光芯片4相对位置固定，所述第一透镜群1、第二透镜群2在变倍过程中分别相对所述感光芯片4移动，且所述第一透镜群1也相对第二透镜群2移动。
如上所述的小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：所述非球面表面形状满足以下方程：
如上所述的小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：所述第一透镜群1整体焦距为负，其中所述的第一透镜101，第二透镜102焦距为负，所述第三透镜103焦距为正。
如上所述的小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：所述第二透镜群2整体焦距为正，其中所述第四透镜201焦距为正、所述第五透镜202焦距为负，所述第四透镜201和所述第五透镜202粘合一起焦距为正、所述第六透镜203焦距为负，所述第七透镜204焦距为负，所述第八透镜205焦距为正。
如上所述的小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：所述第一透镜群1的移动量小于4.5mm，所述第二透镜群2的移动量小于3.25mm。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明的变焦镜头使用了含四枚塑胶非球面镜头在内的八枚镜片，该变焦镜头虽然使用了塑胶非球面镜片，但是通过优化补偿，实现了低温漂的效果，温度变化对镜头的性能影响很小，在-20℃与50℃的范围内，镜头的清晰度不会降低。
2、本发明的变焦镜头使用固定光阑，短焦端的光圈数达到1.8，长焦端的光圈数达到2.4，可以保证足够的进光量，使在较暗的环境下仍可拍摄较清晰的画面，在降低成本的同时也保证了高分辨率。
3、本发明的整个镜头以第一群透镜为最高点，其最大高度小于33mm，整体体积很小。
4、本发明的变焦镜头使用了两个镜片群组，随着第一透镜群前后移动，其焦距会发生变化，第二个镜片群组用于对焦，焦距可在3mm-6mm之间变化，拍摄角度在100°到60°之间变化，拍摄距离最近至0.3m，特别适合在室内使用。
5、本发明的镜头实现了全程红外共焦，在可见光波长段430nm-650nm和红外灯波长段830nm-870nm等多种波段存在的条件下能够使整体画面同时清晰。
6、本发明能够达到高于500万像素的分辨率，以6.4mm的的CCD为例，本发明可以达到中心分辨率高于14001100tvline，周边0.8H即80％对角线位置实拍分辨率高于1100tvline；
【附图说明】
图1是本发明的光学***图。
图中；1为第一透镜群；101为第一透镜；102为第二透镜；103为第三透镜；2为第二透镜群；201为第四透镜；202为第五透镜；203为第六透镜；204为第七透镜；205为第八透镜；3为光阑；4为感光芯片。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种较小体积、低成本、低温漂、高分辨率、红外共焦的两倍变焦光学***，包括有第一透镜群1、第二透镜群2以及感光芯片4。在所述第一透镜群1和第二透镜群2之间设有光阑3，光阑3可调节进入镜头的光束数量。所述第一透镜群1依次包括第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103共三枚镜片，所述第二透镜群2依次包括第四透镜201、第五透镜202、第六透镜203、第七透镜204、第八透镜205共五枚镜片，所述第二透镜102、第六透镜203、第七透镜204、第八透镜205为塑胶非球面镜片，其余透镜为玻璃镜片，光阑3与感光芯片4之间的相对位置是固定的,所述光阑3与感光芯片4之间的距离是17.35mm。所述第一透镜群1、第二透镜群2在变倍过程中分别相对所述感光芯片4移动，且所述第一透镜群1也相对第二透镜群2移动。所述第一透镜群1和第二透镜群2在从短焦距向长焦距的变化过程中的逐渐向光阑3靠拢，附表一为本发明两倍变焦镜头的一个实施例。
所述第一透镜群1的移动量小于4.5mm，所述第二透镜群2的移动量小于3.25mm。
所述第一透镜群1整体焦距为负，其中所述的第一透镜101、第二透镜102焦距为负，所述第三透镜103焦距为正。
所述第二透镜群2整体焦距为正，其中所述第四透镜201焦距为正、所述第五透镜202焦距为负，所述第四透镜201和所述第五透镜202粘合一起焦距为正，所述第六透镜203焦距为负，所述第七透镜204焦距为负，所述第八透镜205焦距为正。
所述第一透镜群1的第二透镜102为塑胶非球面镜片，第二透镜群2的第六透镜203、第七透镜204、第八透镜205为塑胶非球面镜片，其非球面表面形状满足以下方程： 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标,其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数。当k系数小于-1时面形曲线为双曲线，等于-1时为抛物线，介于-1到0之间时为椭圆，等于0时为圆形，大于0时为扁圆形。α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数，其系数见附表二，通过以上参数可以精确设定透镜前后两面非球面的形状尺寸。
附表一：两倍变焦镜头的实际设计案例。
面编号 类型 曲率半径R 厚度 光学材料 有效径 K值
OBJ 物面 Infinity Infinity —— —— 0
1-a 球面 26.88 0.75 h-ZlafF53b 14 0
1-b 球面 5.745 2.792 —— 9.2 0
2-a 非球面 9.244 0.78 APL5014CL 9.4 0
2-b 非球面 4.269 1.824 —— 8.7 0
3-a 球面 10.156 3.75 h-zf52a 8.5 0
3-b 球面 18.058 17.471 —— 7 0
空气 0 -12.25 —— —— ——
STO 光阑 0 7.45 —— —— 0
空气 0 -4.358 —— —— ——
4-a 球面 5.45 2.72 H-ZK9A 5.2 0
4-b,5-a 球面 -9.49 0.46 H-ZF88 5 ——
5-b 球面 -94.587 0.557 —— 4.8 0
6-a 非球面 -6.531 0.652 OKP4 4.8 0
6-b 非球面 -4.82 0.1 —— 5 -4.1674150
7-a 非球面 4.701 1.331 OKP4 5 120.877
7-b 非球面 2.276 0.558 —— 5.2 0
8-a 非球面 4.095 1.55 APL5014CL 5.2 ——
8-b 非球面 -23.415 -0.031 —— 5.2 ——
空气 0 4.352 —— —— ——
空气 0 0.75 H-K9L —— ——
空气 0 1.21 —— —— ——
感光芯片 —— —— —— —— ——
注：表格中1-a为第一透镜的正面，1-b为第一透镜的反面，依此类推……，8-a为第八透镜的正面，8-b为第八透镜的反面，其中第四透镜的反面4-b与第五透镜的正面5-a重合。未填写玻璃材质的为空气，其厚度表示前后两枚镜片的中心间隔
附表二：非球面系数。
面编号2-a: 非球面 面编号2-b: 非球面
α1次项参数 0 α1次项参数 0
α2次项参数 -3.6160034e-003 α2次项参数 -0.0014295634
α3次项参数 1.1561486e-004 α3次项参数 0.00010318285
α4次项参数 -3.033637e-006 α4次项参数 -3.40099e-006
α5次项参数 2.934757e-008 α5次项参数 4.2313229e-008
α6次项参数 0 α6次项参数 0
α7次项参数 0 α7次项参数 0
α8次项参数 0 α8次项参数 0
面编号6-a: 非球面 面编号6-b: 非球面
α1次项参数 0 α1次项参数 0
α2次项参数 -0.00146488750 α2次项参数 -0.0023122084
α3次项参数 -0.00050136812 α3次项参数 -0.00054226925
α4次项参数 -6.89983e-005 α4次项参数 5.5113902e-006
α5次项参数 2.3766382e-005 α5次项参数 7.2728014e-006
α6次项参数 -1.9994891e-006 α6次项参数 -7.758352e-007
α7次项参数 0 α7次项参数 0
α8次项参数 0 α8次项参数 0
面编号7-a: 非球面 面编号7-b: 非球面
α1次项参数 α1次项参数 0
α2次项参数 -0.00061810844 α2次项参数 0.0037903638
α3次项参数 -9.4277111e-005 α3次项参数 0.00025183218
α4次项参数 2.0360542e-005 α4次项参数 -3.1417385e-005
α5次项参数 -7.6967429e-006 α5次项参数 -1.015677e-005
α6次项参数 -4.0033792e-007 α6次项参数 8.4319108e-007
α7次项参数 0 α7次项参数 0
α8次项参数 0 α8次项参数 0
面编号8-a: 非球面 面编号8-b: 非球面
α1次项参数 0 α1次项参数 0
α2次项参数 0.00193111230 α2次项参数 0.00133861164
α3次项参数 0.00060437344 α3次项参数 -8.3377008e-005
α4次项参数 6.7111651e-006 α4次项参数 0.00011744885
α5次项参数 -9.4763421e-006 α5次项参数 -2.0582636e-005
α6次项参数 9.1424254e-007 α6次项参数 1.9751242e-006
α7次项参数 0 α7次项参数 0
α8次项参数 0 α8次项参数 0

Claims (5)

1.一种小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：从物方到像方依次包括有第一透镜群(1)、光阑(3)、第二透镜群(2)和感光芯片(4)，所述第一透镜群(1)依次包括第一透镜(101)、第二透镜(102)、第三透镜(103)共三枚镜片，所述第二透镜群(2)依次包括第四透镜(201)、第五透镜(202)、第六透镜(203)、第七透镜(204)、第八透镜(205)共五枚镜片，所述第二透镜(102)、第六透镜(203)、第七透镜(204)、第八透镜(205)为塑胶非球面镜片，其余透镜为玻璃镜片；所述光阑(3)与感光芯片(4)相对位置固定，所述第一透镜群(1)、第二透镜群(2)在变倍过程中分别相对所述感光芯片(4)移动，且所述第一透镜群(1)也相对第二透镜群(2)移动。
2.根据权利要求1所述的小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：所述非球面表面形状满足以下方程：
3.根据权利要求1所述的小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：所述第一透镜群(1)整体焦距为负，其中所述的第一透镜(101)、第二透镜(102)焦距为负，所述第三透镜(103)焦距为正。
4.根据权利要求1所述的小体积、低成本、低温漂、高分辨 率的变焦光学***，其特征在于：所述第二透镜群(2)整体焦距为正，其中所述第四透镜(201)焦距为正，所述第五透镜(202)焦距为负，所述第四透镜(201)和所述第五透镜(202)粘合一起焦距为正，所述第六透镜(203)焦距为负，所述第七透镜(204)焦距为负，所述第八透镜(205)焦距为正。
5.根据权利要求1所述的小体积、低成本、低温漂、高分辨率的变焦光学***，其特征在于：所述第一透镜群(1)的移动量小于4.5mm，所述第二透镜群(2)的移动量小于3.25mm。
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