CN104238096A - 一种大变倍百万像素高清光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大变倍百万像素高清光学系统，从物面到像面方向同轴设置的4组镜组，分别为镜组一、镜组二、镜组三和镜组四，光阑位于镜组二和镜组三之间的位置，且分别与镜组二和镜组三之间具有间隔。本发明充分保证各个镜片的工艺性，同时，在镜片上采用普通材质，耐温好、易加工等特点。

Description

一种大变倍百万像素高清光学系统

技术领域

本发明涉及一种光学变焦镜头，尤其涉及一种大变倍、高清百万像素光学监控镜头。配合现代高速球技术，可广泛运用于平安城市建设、智慧交通等领域。

背景技术

随着我国城市化水平的不断提升，人们的活动范围越来越广，加之流动人口的增加，针对公共场所、居住小区、城市广场、城市交通、商业区域、办公区域、工业区等各个场所，在安全方面提出了更高的要求，传统的现场人员驻点安保已不能完全满足。针对该现象，政府提出了平安城市、智慧城市概念并已逐步实现，其中主要的一项就是通过视频监控来实现全程24小时对所覆盖场所的有效观察。

现代视屏监控，尤其是针对城市公共场所、交通等，其所要求监控的范围越来越广，包括监控角度、监控距离等，做到尽可能的“能大能小”、“能进能远”等，这一功能在摄像机上的体现就是光学镜头变倍数足够大。

随着视屏监控的发展，其成本也是重点考虑的一部分，现有市面上的监控机芯一般比较贵，少则五六百，多则上千，甚至破万，许多摄像机厂家无法长期承受。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提出了一种大变倍、低成本，同时满足百万像素需求的镜头机芯光学方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大变倍百万像素高清光学系统，从物面到像面方向同轴设置的4组镜组，分别为镜组一、镜组二、镜组三和镜组四，光阑位于镜组二和镜组三之间的位置，且分别与镜组二和镜组三之间具有间隔，

其中：

镜组一包括镜片一、镜片二、镜片三；且镜片一与镜片二为胶合片；

镜组二包括镜片四、镜片五、镜片六；且镜片五与镜片六为胶合片；

镜组三包括镜片八、镜片九；且镜片八为塑料非球面结构；

镜组四包括镜片十、镜片十一；且镜片十与镜片十一为胶合片。

4组镜组的焦距符合以下范围限制：

镜组一焦距：35＜f_A＜45；

镜组二焦距：-10＜f_B＜-5；

镜组三焦距：15＜f_C＜25；

镜组四焦距：10＜f_D＜20。

镜片一是光焦度为正的凹凸透镜，镜片二是光焦度为负的双凸透镜，镜片三是光焦度为正的凹凸透镜，镜片四是光焦度为负的双凹透镜，镜片五是光焦度为负的双凹透镜，镜片六是光焦度为负的凹凸透镜，镜片八是光焦度为负的凹凸透镜，镜片九是光焦度为正的双凸透镜，镜片九是光焦度为正的双凸透镜，镜片十是光焦度为正的凹凸透镜，镜片十一是光焦度为负的平凸透镜。

进一步的，镜片八为塑料双面非球面结构，其非球面系数采用偶次方形式，其矢高定义为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\mathrm{\Σ}{a}_i{r}^{2i}$

式中：c为顶点处的曲率值大小，r为垂直于光轴的径向坐标值，k为圆锥曲线常数，a_ir²ⁱ为非球面的高次项。

在变倍聚焦过程中，镜组一和镜组三的相对位置固定不变，镜组二和镜组四位置可调。

各个镜头的曲率R₁、R₂、中心厚度D，光学折射率N_d，阿贝系数V_d分别满足以下条件：

镜片一：60＜R₁＜80  20＜R₂＜30  0.5＜D＜1.0  1.7＜N_d＜1.8  30＜V_d＜40；

镜片二：20＜R₁＜30  -180＜R₂＜-160  4.0＜D＜5.0  1.5＜N_d＜1.6  60＜V_d＜70；

镜片三：20＜R₁＜30  140＜R₂＜160  3.0＜D＜5.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜60；

镜片四：-80＜R₁＜-60  8＜R₂＜20  0.5＜D＜1.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜60；

镜片五：-20＜R₁＜-10  8＜R₂＜20  0.5＜D＜1.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜70；

镜片六：8＜R₁＜20  20＜R₂＜30  1.2＜D＜2.0  1.7＜N_d＜1.8  30＜V_d＜40；

镜片九：8＜R₁＜20  -10＜R₂＜-5  2.5＜D＜3.5  1.7＜N_d＜1.8  40＜V_d＜50；

镜片十：10＜R₁＜20  5＜R₂＜15  0.6＜D＜1.5  1.7＜N_d＜1.8  30＜V_d＜40；

镜片十一：5＜R₂＜15  100＜R₂＜120  2.0＜D＜3.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜70。

进一步的，镜片一和镜片二胶合片与镜片三的光学间隙为0.65mm，镜片四与镜片五和镜片六胶合片的光学间隙为3.05mm，镜片八与镜片九的光学间隙为1.88mm。

进一步的，镜组二与镜组一的位置间隔为1.56mm～28.52mm，镜组四与镜组三的位置间隔为12.36mm～15.28mm。

本发明的有益效果是，本发明充分保证各个镜片的工艺性，同时，在镜片上采用普通材质，耐温好、易加工等特点。

通过上述4组镜组、11枚镜片光焦度的合理分配，该系统可以达到如下效果：

有效焦距：f＝4.7-94mm；

成像靶面：1/2.7”；

光圈大小：F#＝1.4～3.0；

视场角：70°～3.65°(1/3”对角)；

光学总长：TTL＝98.30mm；

光学像素：2.0MP。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明光学系统示意图；

图2是本发明在短焦处的光学传递函数示意图；

图3是本发明长焦处的光学传递函数示意图。

图中：1.镜组一，11镜片一，12镜片二，13镜片三，2.镜组二，21.镜片四，22.镜片五、23.镜片六，3.镜组三，31.镜片八，32.镜片九，4.镜组四，41.镜片十，42.镜片十一，5.光阑。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的一种大变倍百万像素高清光学系统，从物面到像面方向同轴设置的4组镜组，分别为镜组一1、镜组二2、镜组三3和镜组四4，光阑5位于镜组二2和镜组三3之间的位置，且分别与镜组二2和镜组三3之间具有间隔，

其中：

镜组一1包括镜片一11、镜片二12、镜片三13；且镜片一11与镜片二12为胶合片；

镜组二2包括镜片四21、镜片五22、镜片六23；且镜片五22与镜片六23为胶合片；

镜组三3包括镜片八31、镜片九32；且镜片八为塑料非球面结构；

镜组四4包括镜片十41、镜片十一42；且镜片十41与镜片十一42为胶合片。

4组镜组的焦距符合以下范围限制：

镜组一1焦距：35＜f_A＜45；

镜组二2焦距：-10＜f_B＜-5；

镜组三3焦距：15＜d_C＜25；

镜组四4焦距：10＜f_D＜20。

镜片一11是光焦度为正的凹凸透镜，镜片二12是光焦度为负的双凸透镜，镜片三12是光焦度为正的凹凸透镜，镜片四21是光焦度为负的双凹透镜，镜片五22是光焦度为负的双凹透镜，镜片六23是光焦度为负的凹凸透镜，镜片八31是光焦度为负的凹凸透镜，镜片九32是光焦度为正的双凸透镜，镜片九32是光焦度为正的双凸透镜，镜片十41是光焦度为正的凹凸透镜，镜片十一41是光焦度为负的平凸透镜。

进一步的，镜片八31为塑料双面非球面结构，其非球面系数采用偶次方形式，其矢高定义为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\mathrm{\Σ}{a}_i{r}^{2i}$

式中：c为顶点处的曲率值大小，r为垂直于光轴的径向坐标值，k为圆锥曲线常数，a_ir²ⁱ为非球面的高次项。

在变倍聚焦过程中，镜组一1和镜组三3的相对位置固定不变，镜组二2和镜组四4位置可调。

各个镜头的曲率R₁、R₂、中心厚度D，光学折射率N_d，阿贝系数V_d分别满足以下条件：

镜片一：60＜R₁＜80  20＜R₂＜30  0.5＜D＜1.0  1.7＜N_d＜1.8  30＜V_d＜40；

镜片二：20＜R₁＜30  -180＜R₂＜-160  4.0＜D＜5.0  1.5＜N_d＜1.6  60＜V_d＜70；

镜片三：20＜R₁＜30  140＜R₂＜160  3.0＜D＜5.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜60；

镜片四：-80＜R₁＜-60  8＜R₂＜20  0.5＜D＜1.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜60；

镜片五：-20＜R₁＜-10  8＜R₂＜20  0.5＜D＜1.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜70；

镜片六：8＜R₁＜20  20＜R₂＜30  1.2＜D＜2.0  1.7＜N_d＜1.8  30＜V_d＜40；

镜片九：8＜R₁＜20  -10＜R₂＜-5  2.5＜D＜3.5  1.7＜N_d＜1.8  40＜V_d＜50；

镜片十：10＜R₁＜20  5＜R₂＜15  0.6＜D＜1.5  1.7＜N_d＜1.8  30＜V_d＜40；

镜片十一：5＜R₂＜15  100＜R₂＜120  2.0＜D＜3.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜70。

进一步的，镜片一11和镜片二12胶合片与镜片三13的光学间隙为0.65mm，镜片四21与镜片五22和镜片六23胶合片的光学间隙为3.05mm，镜片八31与镜片九32的光学间隙为1.88mm。

进一步的，镜组二2与镜组一1的位置间隔为1.56mm～28.52mm，镜组四4与镜组三3的位置间隔为12.36mm～15.28mm。

图2是本发明在短焦处的光学传递函数示意图；

图3是本发明长焦处的光学传递函数示意图

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种大变倍百万像素高清光学系统，其特征在于：从物面到像面方向同轴设置的4组镜组，分别为镜组一、镜组二、镜组三和镜组四，光阑位于镜组二和镜组三之间的位置，且分别与镜组二和镜组三之间具有间隔，

其中：

镜组一包括镜片一、镜片二、镜片三；且镜片一与镜片二为胶合片；

镜组二包括镜片四、镜片五、镜片六；且镜片五与镜片六为胶合片；

镜组三包括镜片八、镜片九；且镜片八为塑料非球面结构；

镜组四包括镜片十、镜片十一；且镜片十与镜片十一为胶合片。

2.根据权利要求1所述的一种大变倍百万像素高清光学系统，其特征在于：镜片一是光焦度为正的凹凸透镜，镜片二是光焦度为负的双凸透镜，镜片三是光焦度为正的凹凸透镜，镜片四是光焦度为负的双凹透镜，镜片五是光焦度为负的双凹透镜，镜片六是光焦度为负的凹凸透镜，镜片八是光焦度为负的凹凸透镜，镜片九是光焦度为正的双凸透镜，镜片九是光焦度为正的双凸透镜，镜片十是光焦度为正的凹凸透镜，镜片十一是光焦度为负的平凸透镜。

3.根据权利要求2所述的一种大变倍百万像素高清光学系统，其特征在于：镜片八为塑料双面非球面结构，其非球面系数采用偶次方形式，其矢高定义为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\mathrm{\Σ}{a}_i{r}^{2i}$

式中：c为顶点处的曲率值大小，r为垂直于光轴的径向坐标值，k为圆锥曲线常数，a_ir²ⁱ为非球面的高次项。

4.根据权利要求2所述的一种大变倍百万像素高清光学系统，其特征在于：在变倍聚焦过程中，镜组一和镜组三的相对位置固定不变，镜组二和镜组四位置可调。

5.根据权利要求2所述的一种大变倍百万像素高清光学系统，其特征在于：所述的4组镜组的焦距符合以下范围限制：

镜组一焦距：35＜f_A＜45；

镜组二焦距：-10＜f_B＜-5；

镜组三焦距：15＜f_C＜25；

镜组四焦距：10＜f_D＜20。

6.根据权利要求2所述的一种大变倍百万像素高清光学系统，其特征在于：各个镜头的曲率R₁、R₂、中心厚度D，光学折射率N_d，阿贝系数V_d分别满足以下条件：

镜片一：60＜R₁＜80  20＜R₂＜30  0.5＜D＜1.0  1.7＜N_d＜1.8  30＜V_d＜40；

镜片二：20＜R₁＜30  -180＜R₂＜-160  4.0＜D＜5.0  1.5＜N_d＜1.6 60＜V_d＜70；

镜片三：20＜R₁＜30  140＜R₂＜160  3.0＜D＜5.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜60；

镜片四：-80＜R₁＜-60 8＜R₂＜20  0.5＜D＜1.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜60；

镜片五：-20＜R₁＜-10  8＜R₂＜20  0.5＜D＜1.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜70；

镜片六：8＜R₁＜20  20＜R₂＜30  1.2＜D＜2.O  1.7＜N_d＜1.8  30＜V_d＜40；

镜片九：8＜R₁＜20  -10＜R₂＜-5  2.5＜D＜3.5  1.7＜N_d＜1.8 40＜V_d＜50；

镜片十：10＜R₁＜20  5＜R₂＜15  0.6＜D＜1.5  1.7＜N_d＜1.8  30＜V_d＜40；

镜片十一：5＜R₂＜15  100＜R₂＜120  2.0＜D＜3.0  1.6＜N_d＜1.7  50＜V_d＜70。

7.根据权利要求2所述的一种大变倍百万像素高清光学系统，其特征在于：镜片一和镜片二胶合片与镜片三的光学问隙为0.65mm，镜片四与镜片五和镜片六胶合片的光学问隙为3.05mm，镜片八与镜片九的光学问隙为1.88mm。

8.根据权利要求2所述的一种大变倍百万像素高清光学系统，其特征在于：镜组二与镜组一的位置间隔为1.56mm～28.52mm，镜组四与镜组三的位置间隔为12.36mm～15.28mm。