CN108398772A - 高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,从物侧至像侧依次设有:焦距为正的第一透镜群、焦距为负第二透镜群、可变光阑、焦距为正的第三透镜群、焦距为正的第四透镜群和感光芯片;第一透镜群、可变光阑和第三透镜群相对感光芯片固定,第二透镜群和第四透镜群可相对感光芯片前后移动;光学***从短焦距向长焦距变化过程中,第二透镜群逐渐向第三透镜群移动,第四透镜群相对感光芯片移动时实现对焦的效果;第二透镜群的中间的透镜,以及第三透镜群的前端和后端的透镜均为非球面透镜;在本方案中,其非球面透镜的设置能够校正像差,减少畸变,使得变焦光学***获得较高的成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域,特别是涉及一种高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***。
背景技术
目前变焦镜头广泛应用到人们的日常生活中,当前市场往高分辨率和高像质的方向发展,为了获得更好的成像品质,使用像素点更大,像素点更多的芯片是解决问题的根本途径之一,但是目前的安防监控、路况监控装置存在如下缺点:
普通的变焦镜头往往无法做到大像面与体积兼容,像面增大同时会引起镜头体积的急剧变化,目前市场上的大画面的监控镜头,如1″左右的镜头,像面大小达到16.0mm的,其体积比较大,而且多是定焦镜头,在监控距离发生变化时难以控制;
目前主流的市面上的高像质的监控镜头分辨率较低,多为1080p,像素点数200万的,然而随着数据传输速度的提升,更高像质的画面传输成为可能,200万像素已经不能满足需求;目前主流的1080P的镜头像面主要是1/2.8″的,使用有效成像面对角线6.2mm的1/2.8″的CMOS的芯片,其像素点大小仅有2.8μm,分辨率不是很高;而且由于像素点很小,其感光性及色彩还原等性能都不是很理想,急需性能改进;
目前市场上的监控镜头,多为非红外共焦镜头,因此在光学波长段较多的场合如傍晚,或晚上有部分灯光照明时,拍摄的画面无法整体清晰,总会有部分模糊;
目前市场上的监控镜头,很少通过光学结构去消除镜头的杂散光,在强光源或晴天时候,镜头杂光现象严重,使镜头实际成像效果较差;
目前市场上的监控镜头,使用非球面玻璃镜片较少注意成本问题,通常口径都大于20mm,由于加工精度问题,口径大于20mm的玻璃非球面成本通常较高。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种变焦光学***,以达到高分辨率、小体积、大像面、无杂光且红外共焦的效果。
一种高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,从物侧至像侧依次设有:
焦距为正的第一透镜群、焦距为负第二透镜群、可变光阑、焦距为正的第三透镜群、焦距为正的第四透镜群和感光芯片;
第一透镜群、可变光阑和第三透镜群相对感光芯片固定,第二透镜群和第四透镜群可相对感光芯片前后移动;光学***从短焦距向长焦距变化过程中,第二透镜群逐渐向第三透镜群移动,第四透镜群相对感光芯片移动时实现对焦的效果;
第二透镜群的中间的透镜,以及第三透镜群的前端和后端的透镜均为非球面透镜。
在其中一个实施例中,第三透镜群从物侧至像侧依次设有焦距为负的第七透镜、焦距为正的第八透镜、焦距为正的第九透镜和焦距为负的第十透镜;所述第八透镜和第九透镜的阿贝数大于或等于50,第七透镜和第十透镜为非球面透镜。
在其中一个实施例中,第四透镜群从物侧至像侧依次设有焦距为正的第十一透镜、焦距为负的第十二透镜和焦距为正的第十三透镜;第十一透镜和第十二透镜为胶合透镜。
在其中一个实施例中,所述第十三透镜的像侧面的半径绝对值大于或等于90mm。
在其中一个实施例中,所述非球面透镜的口径小于或等于19mm。
在其中一个实施例中,所述非球面透镜为玻璃非球面透镜。
在其中一个实施例中,第二透镜群从物侧至像侧依次设有焦距为负的第四透镜、焦距为负的第五透镜和焦距为正的第六透镜;第四透镜的折射率大于或等于1.6,阿贝数小于或等于50,第五透镜为非球面透镜。
在其中一个实施例中,第一透镜群从物侧面至像侧面依次设有焦距为负的第一透镜、焦距为正的第二透镜和焦距为正的第三透镜。
在其中一个实施例中,第一透镜群与第三透镜群之间的间隔距离为38mm,第二透镜群与第三透镜群之间的间隔距离为2.0mm~21.5mm,第三透镜群与第四透镜群之间的间隔距离为0.6mm~8mm,第四透镜群与感光芯片之间的距离为16.3mm~24mm。
本发明与现有技术相比,至少具有以下优点:
1、本发明的变焦光学***使用了含3枚非球面玻璃透镜在内的13枚透镜,在较少数量的情况下获得较高的品质,而且体积较小,镜头的透过率也较高;
2、镜头FNO=EFL/D,其中EFL为焦距,D为光圈直径;对于成像镜头,光圈直径越大,通光量就越大;在一般环境下由于传感器会自动调整曝光值,此时就比较不出FNO数值不同镜头的好坏,但在低照度的环境条件下,传感器曝光已经到极限,因此FNO数值小的镜头比较佳的表现;本发明的变焦光学***使用可变光阑,而且在近焦端FNO达到1.6,在长焦端FNO达到2.4,有极高的感光性能,在调节光圈变化的情况下,适合多种照明状况下使用,还可以调节清晰度,提高镜头效果;
3、本发明的变焦光学***使用玻璃非球面透镜,未使用塑料非球面透镜,因此温度变化对镜头的性能影响很小,在多种环境下均可使用;
4、本发明的变焦光学***使用了4个透镜群,且4个透镜群之间的间隔是变化的,前3个透镜群之间的间隔的变化使镜头的焦距发生变化,第4个透镜群用于实现对焦功能,镜头在短焦焦距达到12mm,长焦焦距大于40mm;
5、本发明的整个镜头以第一透镜群为最高点,且第一透镜群与感光芯片之间的距离是不发生变化的,其高度小于110mm,在使用1″CCD的镜头中,体积较小;
6、本发明能够实现高于1200万像素的分辨率,以16.05mm的1″的CCD为例,本发明可以达到中心分辨率高于180lp/mm、周边0.7H(70%对角线位置)分辨率高于1800tvline的效果;
7、本发明的变焦光学***利用第四透镜群实现AF自动对焦功能,从最远的无穷远到最近的1500mm微距都能够成清晰的影像,成像效果好;
8、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可以同时达到清晰,因此在多种波段存在的条件下使画面整体都清晰;
9、本发明中玻璃非球面镜片口径都小于19mm,且第三透镜群的口径最小,成本低,易于向市场推广。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合图1进行进一步说明:
一种高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,从物侧至像侧依次设有:
焦距为正的第一透镜群1、焦距为负第二透镜群2、可变光阑6、焦距为正的第三透镜群3、焦距为正的第四透镜群4和感光芯片5;
第一透镜群1、可变光阑6和第三透镜群3相对感光芯片5固定,第二透镜群2和第四透镜群4可相对感光芯片5前后移动,光学***从短焦距向长焦距变化过程中,第二透镜群2逐渐向第三透镜群3移动,第四透镜群4相对感光芯片5移动时实现对焦的效果;
第二透镜群2中间的透镜为非球面透镜,可以校正像差,减小畸变的,使镜头获得高的成像质量;
第三透镜群3的前端和后端的透镜均为非球面透镜,可以校正像差,使光学***获得高的成像质量;
其中,上述的非球面透镜的表面形状满足以下关系式:
式中,参数c为半径所对应的曲率,r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,当k系数等于-1时为抛物线,当k系数介于-1到0之间时为椭圆,当k系数等于0时为圆形,当k系数大于0时为扁圆形,α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数,通过以上参数可以精确设定非球面透镜的形状尺寸。
在其中一个实施例中,第三透镜群3从物侧至像侧依次设有焦距为负的第七透镜301、焦距为正的第八透镜302、焦距为正的第九透镜303和焦距为负的第十透镜304;所述第八透镜302和第九透镜303的阿贝数较高,均大于或等于50,在四枚透镜的共同作用下,可以有效减少畸变,同时也能校正色差,达到红外光与可见光具有共焦的效果,第七透镜301和第十透镜304为非球面透镜。
在其中一个实施例中,第四透镜群4从物侧至像侧依次设有焦距为正的第十一透镜401、焦距为负的第十二透镜402和焦距为正的第十三透镜403;第十一透镜401和第十二透镜402为胶合透镜,可起到对焦的效果,第四透镜群各枚透镜焦距的正负组合结构,可以有效减少变焦过程中光学***的像差变化。
在其中一个实施例中,所述第十三透镜403的像侧面接***面,其半径绝对值大于或等于90mm,消除了镜头出现杂光的可能性,极大提升了成像效果。
在其中一个实施例中,所述非球面透镜的口径小于或等于19mm,成本低,易于向市场推广。
在其中一个实施例中,所述非球面透镜为玻璃非球面透镜,未使用塑料非球面透镜,因此温度变化对镜头的性能影响很小,在多种环境下均可使用。
在其中一个实施例中,第二透镜群2从物侧至像侧依次设有焦距为负的第四透镜201、焦距为负的第五透镜202和焦距为正的第六透镜203;第四透镜201为高折射率、高色散材料制成的透镜,其折射率大于或等于1.6,阿贝数小于或等于50了,可以有效矫正光学***在短焦端的畸变,同时能够大幅提高短焦状态下的分辨率,第五透镜202为非球面透镜。
在其中一个实施例中,第一透镜101的焦距为负,第二透镜102的焦距为正,第三透镜103的焦距为正。
在其中一个实施例中,第一透镜群1与第三透镜群3之间的间隔距离为38mm,第二透镜群2与第三透镜群3之间的间隔距离为2.0mm~21.5mm,第三透镜群3与第四透镜群4之间的间隔距离为0.6mm~8mm,第四透镜群4与感光芯片5之间的距离为16.3mm~24mm。
如表1所示,为本发明的一个实际设计案例:
面 | 类型 | 半径 | 厚度 | 材料 | K值 |
101a | 球面 | 95.752 | 1.200 | ZF7 | 0.000 |
101b/102a | 球面 | 47.419 | 8.291 | FCD100 | 0.000 |
102b | 球面 | -8016.405 | 0.080 | 0.000 | |
103a | 球面 | 36.727 | 6.044 | H-LAK53A | 0.000 |
103b | 球面 | 96.739 | 0.600 | 0.000 | |
201a | 球面 | 93.950 | 0.700 | D-LAF50 | 0.000 |
201b | 球面 | 11.640 | 9.644 | 0.000 | |
202a | 非球面 | -22.713 | 1.200 | MP-BACD12 | -5.333 |
202b | 非球面 | 27.203 | 0.249 | -0.809 | |
203a | 球面 | 40.194 | 2.922 | H-ZLAF90 | 0.000 |
203b | 球面 | -88.897 | 22.100 | 0.000 | |
6 | 球面 | infinity | 1.000 | 0.000 | |
301a | 非球面 | 221.635 | 1.200 | M-BACD15 | -1.053 |
301b | 非球面 | 60.318 | 0.491 | -8.809 | |
302a | 球面 | 55.316 | 6.019 | FCD100 | 0.000 |
302b | 球面 | -11.961 | 2.526 | 0.000 | |
303a | 球面 | -24.919 | 3.531 | H-QK3L | 0.000 |
303b | 球面 | -13.070 | 0.020 | 0.000 | |
304a | 非球面 | -54.111 | 1.200 | M-BACD15 | 28.707 |
304b | 非球面 | 50.770 | 8.300 | -11.531 | |
401a | 球面 | 15.729 | 5.649 | FCD505 | 0.000 |
401b/402a | 球面 | -28.682 | 3.909 | BAF7 | 0.000 |
402b | 球面 | 13.883 | 2.336 | 0.000 | |
403a | 球面 | 17.659 | 3.287 | FCD100 | 0.000 |
403b | 球面 | -330.335 | 14.070 | 0.000 | |
保护玻璃 | 球面 | infinity | 0.450 | H-K9L | 0.000 |
保护玻璃 | 球面 | infinity | 0.900 | H-K9L | 0.000 |
5 | 球面 | infinity | 1.300 | 0.000 | |
5 | 球面 | infinity | 0.000 | 0.000 |
表1
如表2所示,为本发明一个实际设计案例中各个非球面透镜的非球面系数:
表2
Claims (9)
1.一种高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,其特征在于:从物侧至像侧依次设有:
焦距为正的第一透镜群(1)、焦距为负第二透镜群(2)、可变光阑(6)、焦距为正的第三透镜群(3)、焦距为正的第四透镜群(4)和感光芯片(5);
第一透镜群(1)、可变光阑(6)和第三透镜群(3)相对感光芯片(5)固定,第二透镜群(2)和第四透镜群(4)可相对感光芯片(5)前后移动;光学***从短焦距向长焦距变化过程中,第二透镜群(2)逐渐向第三透镜群(3)移动,第四透镜群(4)相对感光芯片(5)移动时实现对焦的效果;
第二透镜群(2)的中间的透镜,以及第三透镜群(3)的前端和后端的透镜均为非球面透镜。
2.根据权利要求1所述的高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,其特征在于:第三透镜群(3)从物侧至像侧依次设有焦距为负的第七透镜(301)、焦距为正的第八透镜(302)、焦距为正的第九透镜(303)和焦距为负的第十透镜(304);所述第八透镜(302)和第九透镜(303)的阿贝数大于或等于50,第七透镜(301)和第十透镜(304)为非球面透镜。
3.根据权利要求1所述的高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,其特征在于:第四透镜群(4)从物侧至像侧依次设有焦距为正的第十一透镜(401)、焦距为负的第十二透镜(402)和焦距为正的第十三透镜(403);第十一透镜(401)和第十二透镜(402)为胶合透镜。
4.根据权利要求3所述的高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,其特征在于:所述第十三透镜(403)的像侧面的半径绝对值大于或等于90mm。
5.根据权利要求1所述的高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,其特征在于:所述非球面透镜的口径小于或等于19mm。
6.根据权利要求1所述的高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,其特征在于:所述非球面透镜为玻璃非球面透镜。
7.根据权利要求1所述的高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,其特征在于:第二透镜群(2)从物侧至像侧依次设有焦距为负的第四透镜(201)、焦距为负的第五透镜(202)和焦距为正的第六透镜(203);第四透镜(201)的折射率大于或等于1.6,阿贝数小于或等于50,第五透镜(202)为非球面透镜。
8.根据权利要求1所述的高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,其特征在于:第一透镜群(1)从物侧面至像侧面依次设有焦距为负的第一透镜(101)、焦距为正的第二透镜(102)和焦距为正的第三透镜(103)。
9.根据权利要求1所述的高分辨率、小体积、大像面、无杂光的变焦光学***,其特征在于:第一透镜群(1)与第三透镜群(3)之间的间隔距离为38mm,第二透镜群(2)与第三透镜群(3)之间的间隔距离为2.0mm~21.5mm,第三透镜群(3)与第四透镜群(4)之间的间隔距离为0.6mm~8mm,第四透镜群(4)与感光芯片(5)之间的距离为16.3mm~24mm。
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