CN112363306A - 高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头及成像方法 - Google Patents

高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头及成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高分辨率大靶面10‑30mm日夜变焦监控镜头及成像方法，包括沿着光线入射方向依次设置的具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、孔径光阑、具有正光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组、滤光片，本镜头高低温范围广、日夜红外共焦、长焦端变焦，成像质量好，成本低。

Description

高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头及成像方法
技术领域
本发明涉及一种高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头及成像方法。
背景技术
目前监控变焦***大多使用全部玻璃或者少数玻璃非球面镜片组成，由于玻璃镜片及玻璃非球面镜片成本高，为了控制成本，会牺牲一些光学性能，导致***清晰度不高、且在变焦过程中会出现红外不能保证完全共焦等现象。目前监控镜头在复杂环境(高温低温)大多只能保证在-20℃-60℃范围使用，高低温范围不够，不能满足日益对监控镜头的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头及成像方法。
本发明的技术方案是，一种高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头，包括沿着光线入射方向依次设置的具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、孔径光阑、具有正光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组、滤光片；所述第一透镜组包括依次设置的正光焦度的弯月形玻璃镜片A-1和负光焦度的弯月形玻璃镜片A-2构成的胶合组、正光焦度的球面玻璃镜片A-3；所述第二透镜组包括依次设置的负光焦度的双凹形玻璃镜片B-1、负光焦度的双凹形塑胶非球面玻璃镜片B-2、正光焦度的非球面塑胶镜片B-3；所述第三透镜组包括依次设置的正光焦度的双凸形玻璃镜片D-1、正光焦度的塑胶非球面镜片D-2、正光焦度的非球面塑胶镜片D-3，负光焦度的塑料非球面镜片D-4；所述第四透镜组包括依次设置的正光焦度的双凸形玻璃镜片E-1、负光焦度的塑胶非球面镜片E-2、负光焦度非球面塑胶镜片E-3，正光焦度的塑料非球面镜片E-4。
进一步的，所述第二透镜组与孔径光阑之间间隔为L1，第三透镜组与第四透镜组之间间隔为L2，第四透镜组与成像面之间间隔为L3，L1、L2、L3之间的间隔满足：0.7<L1<14,3.1<L2<5.8,3.1<L3<5.8。
进一步的，上述14个镜片沿着光线入射方向依次的折射率(n1-n14)满足如下关系式:1.4≤n1≤1.9，1.4≤n2≤1.8，1.4≤n3≤1.8，1.4≤n4≤1.8，1.4≤n5≤1.7，1.4≤n6≤1.7，1.4≤n7≤1.8，1.4≤n8≤1.7，1.4≤n9≤1.7，1.4≤n10≤1.7，1.4≤n11≤1.8，1.4≤n12≤1.7，1.4≤n13≤1.7，1.4≤n14≤1.7。
进一步的，上述14个镜片沿着光线入射方向依次的透镜焦距(f1-f14)满足如下关系式:50≤f1≤150，-100≤f2≤-50，40≤f3≤60，-20≤f4≤-5，-20≤f5≤-5，10≤f6≤25，15≤f7≤30，25≤f8≤40,10≤f9≤30，-10≤f10≤-3，10≤f11≤30，-150≤f12≤-100，-180≤f13≤-120，20≤f14≤30。
一种高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头的成像方法，其特征在于：光线依次经过第一透镜组、第二透镜组、孔径光阑、第三透镜组、第四透镜组、滤光片后进行成像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本镜头高低温范围广、日夜红外共焦、长焦端变焦，成像质量好，成本低。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的阐述。
附图说明
图1是本镜头的光学结构示意图。
图中：G1-第一透镜组；A-1-弯月形玻璃镜片A-1；A-2-弯月形玻璃镜片A-2；A-3-球面玻璃镜片A-3；G2-第二透镜组；B-1-双凹形玻璃镜片B-1；B-2-双凹形塑胶非球面玻璃镜片B-2；B-3-非球面塑胶镜片B-3；C-孔径光阑；G3-第三透镜组；D-1-双凸形玻璃镜片D-1；D-2-塑胶非球面镜片D-2；D-3-非球面塑胶镜片D-3；D-4-非球面镜片D-4；G4-第四透镜组；E-1-双凸形玻璃镜片E-1；E-2-塑胶非球面镜片E-2；E-3非球面塑胶镜片E-3-；E-4-塑料非球面镜片E-4；IR-滤光片。
具体实施方式
如图1所示，一种高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头，包括沿着光线入射方向依次设置的具有正光焦度的第一透镜组G1、具有负光焦度的第二透镜组G2、孔径光阑C、具有正光焦度的第三透镜组G3、具有正光焦度的第四透镜组G4、滤光片IR；所述第一透镜组包括依次设置的正光焦度的弯月形玻璃镜片A-1和负光焦度的弯月形玻璃镜片A-2构成的胶合组、正光焦度的球面玻璃镜片A-3；所述第二透镜组包括依次设置的负光焦度的双凹形玻璃镜片B-1、负光焦度的双凹形塑胶非球面玻璃镜片B-2、正光焦度的非球面塑胶镜片B-3；所述第三透镜组包括依次设置的正光焦度的双凸形玻璃镜片D-1、正光焦度的塑胶非球面镜片D-2、正光焦度的非球面塑胶镜片D-3，负光焦度的塑料非球面镜片D-4；所述第四透镜组包括依次设置的正光焦度的双凸形玻璃镜片E-1、负光焦度的塑胶非球面镜片E-2、负光焦度非球面塑胶镜片E-3，正光焦度的塑料非球面镜片E-4。
在本实施例中，所述第二透镜组与孔径光阑之间间隔为L1，第三透镜组与第四透镜组之间间隔为L2，第四透镜组与成像面之间间隔为L3，L1、L2、L3之间的间隔满足：0.7<L1<14,3.1<L2<5.8,3.1<L3<5.8，该镜头通过动马驱动合理的改变镜头组之间的相对位置L1、L2、L3之间的位置关系，从而实现光学变焦过程。在变焦过程中始终保持第一透镜组与孔径光阑以及第三透镜组到像面之间的距离不变。
在本实施例中，上述14个镜片沿着光线入射方向依次的折射率(n1-n14)满足如下关系式:1.4≤n1≤1.9，1.4≤n2≤1.8，1.4≤n3≤1.8，1.4≤n4≤1.8，1.4≤n5≤1.7，1.4≤n6≤1.7，1.4≤n7≤1.8，1.4≤n8≤1.7，1.4≤n9≤1.7，1.4≤n10≤1.7，1.4≤n11≤1.8，1.4≤n12≤1.7，1.4≤n13≤1.7，1.4≤n14≤1.7。
在本实施例中，上述14个镜片沿着光线入射方向依次的透镜焦距(f1-f14)满足如下关系式:50≤f1≤150，-100≤f2≤-50，40≤f3≤60，-20≤f4≤-5，-20≤f5≤-5，10≤f6≤25，15≤f7≤30，25≤f8≤40,10≤f9≤30，-10≤f10≤-3，10≤f11≤30，-150≤f12≤-100，-180≤f13≤-120，20≤f14≤30。
一种高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头的成像方法，其特征在于：光线依次经过第一透镜组、第二透镜组、孔径光阑、第三透镜组、第四透镜组、滤光片后进行成像。
在本实施例中，该镜头能实现10mm到30mm变焦，视场角10.2°-42°。能满足主流的1/2.7’和1/2.8’英寸的COMS芯片，解析力>4MP。能监控物距0.6m到无穷远范围，保证成像高清。
在本实施例中，该镜头在wide和tele端都能实现大光圈，其中wide端(近焦)Fno＝1.6,tele端(远焦端)Fno＝1.6，镜头FNO＝EFL/D，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，在夜晚等暗环境成像表现越好。一般监控镜头在远焦端都fno>2.4。总长<52mm，体积小。满足高温和低温环境下使用(-30℃-80℃)。成像范围>＝6.6mm,支持波长范围430nm-850nm，满足日夜共焦监控使用。
在本实施例中，各个镜片光学参数如下表：
面序号 面型 半径R 厚度 nd k值
1 球面 31.3 0.95 1.83 0.0
2 球面 22.6 3.89 1.43 0.0
3 球面 -120.5 0.06 0.0
4 球面 20.7 2.99 1.49 0.0
5 球面 178.8 13.48 0.0
6 球面 -46.4 0.79 1.70 0.0
7 球面 9.3 1.50 0.0
8 非球面 -75.2 0.87 1.53 250.3
9 非球面 8.6 0.07 0.7
10 非球面 9.5 1.65 1.64 2.4
11 非球面 63.1 0.88 79.6
光阑 平面 0.73 0.0
13 球面 12.0 2.30 1.43 0.0
14 球面 -37.3 0.05 0.0
15 非球面 23.1 1.52 1.64 -6.0
16 非球面 -143.3 0.05 -318.1
17 非球面 7.0 2.35 1.53 -1.7
18 非球面 78.0 0.05 93.9
19 非球面 153.0 1.08 1.64 536.4
20 非球面 4.0 5.49 -0.6
21 球面 10.1 1.74 1.43 0.0
22 球面 -35.5 0.07 0.0
23 非球面 15.9 0.80 1.64 -6.7
24 非球面 13.0 0.73 -4.2
25 非球面 -3.9 1.01 1.64 -8.5
26 非球面 -4.5 0.05 -7.4
27 非球面 4.9 1.29 1.53 -0.8
28 非球面 6.9 3.42 -0.1
其中非球面透镜面型方程如下：
Figure BDA0002808277440000041
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。
面序号 A2参数 A3参数 A4参数 A5参数 A6参数 A7参数
8 -4.7E-04 -6.6E-06 8.4E-07 -1.7E-09 -1.7E-09 6.4E-11
9 -7.9E-04 -6.8E-06 -5.6E-07 2.1E-08 -4.7E-10 2.7E-12
10 -7.3E-04 -1.1E-06 -8.8E-07 2.0E-08 3.9E-10 -4.3E-11
11 -4.5E-04 9.2E-06 1.4E-07 1.6E-08 -8.1E-10 1.8E-11
15 -8.9E-06 -1.7E-05 -2.8E-07 2.1E-08 -6.7E-10 9.2E-12
16 -3.9E-04 -8.6E-06 5.8E-07 -2.1E-08 1.5E-10 3.2E-12
17 -5.5E-04 -1.2E-05 7.2E-07 4.0E-08 -7.7E-10 -3.5E-11
18 -1.3E-03 -5.7E-06 6.6E-06 -2.7E-07 -5.9E-10 1.5E-10
19 -1.9E-04 -4.4E-05 5.8E-06 -1.8E-07 -5.2E-09 3.0E-10
20 4.3E-05 -7.3E-05 -1.3E-06 3.9E-07 -3.0E-08 1.3E-09
23 -3.6E-03 -3.0E-05 1.0E-05 -2.8E-07 -2.4E-08 1.1E-09
24 -3.9E-03 -7.5E-06 2.1E-06 3.0E-07 -2.7E-08 6.9E-10
25 1.9E-03 -2.8E-04 1.9E-05 -2.2E-07 -2.4E-08 7.4E-10
26 -5.8E-04 1.1E-05 6.7E-06 -6.1E-08 -2.0E-08 6.4E-10
27 -1.0E-02 6.6E-04 -2.9E-05 2.3E-07 3.9E-08 -1.3E-09
28 -9.2E-03 6.9E-04 -5.1E-05 2.4E-06 -6.3E-08 5.8E-10
在本实施例中，第一透镜组前两片采用玻璃胶合镜片，第二、三、四透镜组的第一片镜片都采用玻璃球面透镜用来保证在高低温环境下能清晰成像，后面几片都采用塑料非球面镜片矫正和平衡整个***的像差，保证可见光和红外共焦能清晰成像，降低整个成像***的成本。
在本实施例中，第一透镜组由两个玻璃透镜组合而成的胶合镜片加上一片正光焦玻璃镜片组合而成，通过合理的分配镜片间的光焦度、玻璃材料的折射率、阿贝数组合，达到很好的汇聚进入***的光线和矫正***色差；第二透镜组和第四透镜组在变焦过程中互相配合，矫正了***的球差，保证了红外共焦第二透镜组和第四透镜组第一片镜片都采用玻璃球面透镜，由于玻璃膨胀系数小，在温度高低温剧烈变化时镜片变形小，大大的减小了进入镜片组光线的偏折变化，保证了在高温和低温环境下都能清晰成像。和第四透镜组最后三片镜片采用塑料非球面镜片矫正了***畸变，保证了从***出射到芯片的出射光线夹角不会太大＜5°，夹角小保证了边缘视场的相对照度，提高了整个镜头视场亮度的均匀性；第三透镜组第一片镜片同样采用玻璃镜片保证进入镜片组的光线在高低温不会变化太大，保证成像清晰度；后三片采用塑料非球面镜片矫正了***的高阶像差和色差，很好的平衡了整个***的像差；第一片镜片同样采用玻璃镜片保证进入镜片组的光线在高低温不会变化太大，保证成像清晰度；后三片采用塑料非球面镜片矫正了***的高阶像差和色差，很好的平衡了整个***的像差。
在本实施例中，本镜头合理的结合塑料非球面与玻璃镜片，实现在-30℃-80℃温度范围能保证清晰成像不虚焦。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头，其特征在于：包括沿着光线入射方向依次设置的具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、孔径光阑、具有正光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组、滤光片；所述第一透镜组包括依次设置的正光焦度的弯月形玻璃镜片A-1和负光焦度的弯月形玻璃镜片A-2构成的胶合组、正光焦度的球面玻璃镜片A-3；所述第二透镜组包括依次设置的负光焦度的双凹形玻璃镜片B-1、负光焦度的双凹形塑胶非球面玻璃镜片B-2、正光焦度的非球面塑胶镜片B-3；所述第三透镜组包括依次设置的正光焦度的双凸形玻璃镜片D-1、正光焦度的塑胶非球面镜片D-2、正光焦度的非球面塑胶镜片D-3，负光焦度的塑料非球面镜片D-4；所述第四透镜组包括依次设置的正光焦度的双凸形玻璃镜片E-1、负光焦度的塑胶非球面镜片E-2、负光焦度非球面塑胶镜片E-3，正光焦度的塑料非球面镜片E-4。
2.根据权利要求1所述的高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头，其特征在于：所述第二透镜组与孔径光阑之间间隔为L1，第三透镜组与第四透镜组之间间隔为L2，第四透镜组与成像面之间间隔为L3，L1、L2、L3之间的间隔满足：0.7<L1<14, 3.1<L2<5.8, 3.1<L3<5.8。
3.根据权利要求1所述的高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头，其特征在于：上述14个镜片沿着光线入射方向依次的折射率(n1-n14)满足如下关系式:1.4≤n1≤1.9，1.4≤n2≤1.8，1.4≤n3≤1.8，1.4≤n4≤1.8，1.4≤n5≤1.7，1.4≤n6≤1.7，1.4≤n7≤1.8，1.4≤n8≤1.7，1.4≤n9≤1.7，1.4≤n10≤1.7，1.4≤n11≤1.8，1.4≤n12≤1.7，1.4≤n13≤1.7，1.4≤n14≤1.7。
4.根据权利要求1所述的高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头，其特征在于：上述14个镜片沿着光线入射方向依次的透镜焦距(f1-f14)满足如下关系式:50≤f1≤150，-100≤f2≤-50，40≤f3≤60，-20≤f4≤-5，-20≤f5≤-5，10≤f6≤25，15≤f7≤30，25≤f8≤40, 10≤f9≤30，-10≤f10≤-3，10≤f11≤30，-150≤f12≤-100，-180≤f13≤-120，20≤f14≤30。
5.一种高分辨率大靶面10-30mm日夜变焦监控镜头的成像方法，其特征在于：光线依次经过第一透镜组、第二透镜组、孔径光阑、第三透镜组、第四透镜组、滤光片后进行成像。
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