CN105785555B - 一种大像面、高倍率、高分辨率的光学系统 - Google Patents

一种大像面、高倍率、高分辨率的光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，包括固定的感光芯片，所述的感光芯片的一侧设有相对感光芯片位置固定的第一透镜群，所述的第一透镜群的焦距为正，所述的第一透镜群与感光芯片之间设有能相对感光芯片前后移动的第二透镜群，所述的第二透镜群的焦距为负，所述的第二透镜群与感光芯片之间设有与感光芯片相对固定的第三透镜群，所述的第三透镜群的焦距为正，所述的第三透镜群与第二透镜群之间设有位置固定的光阑，所述的第三透镜群与感光芯片之间还设有能相对感光芯片前后移动的第四透镜群，所述的第四透镜群的焦距为正。本发明结构简单，大像面、高倍率、高分辨率、短焦端红外共焦的30倍连续变焦。

Description

一种大像面、高倍率、高分辨率的光学系统
【技术领域】
本发明涉及一种光学系统，更具体地说是一种大像面、高倍率、高分辨率的光学系统。
【背景技术】
目前为了监控市场的需求，监控镜头在广角和远距离综合使用场合的运用越来越多，因此需要较大倍率的连续变焦的监控镜头；
目前监控镜头的市场需求，在广角端需求红外和可见光共焦，而且在长焦端色差要求较小；但是目前市场上的监控镜头存在如下方面的不足：1、传统监控镜头多非红外共焦镜头，在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；2、分辨率主要是720P和1080P的，分辨率低；3、监控镜头使用的芯片相对较小，芯片的像素点较小，尤其在较暗的环境下，图像效果不好。
因此，本发明正是基于以上的不足而产生的。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种结构简单，大像面、高倍率、高分辨率、短焦端红外共焦的30倍连续变焦的大像面、高倍率、高分辨率光学系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：
包括固定的感光芯片5，所述的感光芯片5的一侧设有相对感光芯片5位置固定的第一透镜群1，所述的第一透镜群1的焦距为正，所述的第一透镜群1与感光芯片5之间设有能相对感光芯片5前后移动的第二透镜群2，所述的第二透镜群2的焦距为负，所述的第二透镜群2与感光芯片5之间设有与感光芯片5相对固定的第三透镜群3，所述的第三透镜群3的焦距为正，所述的第三透镜群3与第二透镜群2之间设有位置固定的光阑6，所述的第三透镜群3与感光芯片5之间还设有能相对感光芯片5前后移动的第四透镜群4，所述的第四透镜群4的焦距为正。
如上所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜群1包括朝感光芯片5方向依次设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14和第五透镜15，所述的第一透镜11和第三透镜13均是焦距为负并且凹面朝向感光芯片5的弯月形球面镜片，所述的第二透镜12、第四透镜14和第五透镜15均是焦距为正的弯月形球面镜片，所述的第一透镜11与第二透镜12粘合在一起形成胶合透镜，所述的第三透镜13和第四透镜14粘合在一起形成胶合透镜。
如上所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第二透镜群2包括朝感光芯片5方向依次设置的第六透镜21、第七透镜22和第八透镜23，所述的第六透镜21是焦距为负的弯月形非球面镜片，所述的第七透镜22是焦距为负的双凹球面镜片，所述的第八透镜23是焦距为正的弯月形非球面镜片，其凹面朝向感光芯片5。
如上所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第三透镜群3包括朝感光芯片5方向依次设置的第九透镜31、第十透镜32和第十一透镜33，所述的第九透镜31是焦距为正并且凹面朝向感光芯片5的弯月形非球面镜片，所述的第十透镜32是焦距为正的双凸球面镜片，所述的第十一透镜33是焦距为负的非球面镜片。
如上所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第四透镜群4包括朝感光芯片5方向依次设置的第十二透镜41、第十三透镜42、第十四透镜43和第十五透镜44，所述的第十二透镜41是焦距为负的弯月形镜片，所述的第十三透镜42是焦距为正的弯月形镜片，所述的第十四透镜43是焦距为正的弯月形球面镜片，所述的第十五透镜44是焦距为正的非球面镜片。
如上所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜群1、第二透镜群2、第三透镜群3和第四透镜群4中的镜片均为玻璃镜片。
如上所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第二透镜群2的移动范围为0～40.75mm，所述的第四透镜群4的移动范围为0～32.25mm，所述的光阑6与感光芯片5间的距离为57.16063209mm，所述的第一透镜群1与第三透镜群3之间的距离为46.5149149mm。
如上所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第三透镜群3中的非球面镜片的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，镜片的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，镜片的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，镜片的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，镜片的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，镜片的面形曲线为扁圆形；α1至α8分别表示非球面系数。
如上所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第二透镜群2从短焦距向长焦距的变化过程中逐渐向光阑6靠拢，所述的第四透镜群4根据第二透镜群2的移动和物距的变化使成像面落在感光芯片5上。
如上所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：当光学系统在不同的焦距及环境下工作时，光阑6的口径大小进行自动变化。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明使用了4个透镜群，第二透镜群前后移动，光学系统的焦距发生变化，第四透镜群也能前后移动，用于对焦功能，从而使本发明光学系统焦距可在8mm-240mm之间变化，达到30倍变焦，拍摄角度水平在60°到2°之间变化，拍摄距离最近可至0.5m，适合在多种环境下使用。
2、本发明能够达到高于8M(像素800万像素)的分辨率，以对角尺寸达到12.0mm的2/3”的CCD为例，本发明可以达到中心分辨率高于250lp/mm，而且周边0.8H(80％对角线位置)分辨率高于125lp/mm。
3、本发明光学系统实现了前6倍红外共焦，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，在视场范围较大，且多种波长光源存在的环境下整个画面清晰。
4、本发明一共使用了十五枚镜片，且有5枚玻璃非球面镜片，很好的校正了各项相差，使光学系统具有很好的品质。
5、本发明光学系统中以第一透镜群为最高点，第一透镜群与像面的距离位置是固定的，其最大高度小于130mm，确保了整个光学系统的性能优良。
【附图说明】
图1是本发明系统光学图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步描述：
一种大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，包括固定的感光芯片5，所述的感光芯片5的一侧设有相对感光芯片5位置固定的第一透镜群1，所述的第一透镜群1的焦距为正，所述的第一透镜群1与感光芯片5之间设有能相对感光芯片5前后移动的第二透镜群2，所述的第二透镜群2的焦距为负，所述的第二透镜群2与感光芯片5之间设有与感光芯片5相对固定的第三透镜群3，所述的第三透镜群3的焦距为正，所述的第三透镜群3与第二透镜群2之间设有位置固定的光阑6，所述的第三透镜群3与感光芯片5之间还设有能相对感光芯片5前后移动的第四透镜群4，所述的第四透镜群4的焦距为正。
所述的第一透镜群1包括朝感光芯片5方向依次设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14和第五透镜15，所述的第一透镜11和第三透镜13均是焦距为负并且凹面朝向感光芯片5的弯月形球面镜片，所述的第二透镜12、第四透镜14和第五透镜15均是焦距为正的弯月形球面镜片，所述的第一透镜11与第二透镜12粘合在一起形成胶合透镜，所述的第三透镜13和第四透镜14粘合在一起形成胶合透镜。
所述的第二透镜群2包括朝感光芯片5方向依次设置的第六透镜21、第七透镜22和第八透镜23，所述的第六透镜21是焦距为负的弯月形非球面镜片，所述的第七透镜22是焦距为负的双凹球面镜片，所述的第八透镜23是焦距为正的弯月形非球面镜片，其凹面朝向感光芯片5。
所述的第三透镜群3包括朝感光芯片5方向依次设置的第九透镜31、第十透镜32和第十一透镜33，所述的第九透镜31是焦距为正并且凹面朝向感光芯片5的弯月形非球面镜片，所述的第十透镜32是焦距为正的双凸球面镜片，所述的第十一透镜33是焦距为负的非球面镜片。
所述的第四透镜群4包括朝感光芯片5方向依次设置的第十二透镜41、第十三透镜42、第十四透镜43和第十五透镜44，所述的第十二透镜41是焦距为负的弯月形镜片，所述的第十三透镜42是焦距为正的弯月形镜片，所述的第十四透镜43是焦距为正的弯月形球面镜片，所述的第十五透镜44是焦距为正的非球面镜片。
所述的第一透镜群1、第二透镜群2、第三透镜群3和第四透镜群4中的镜片均为玻璃镜片。
所述的第二透镜群2从短焦距向长焦距的变化过程中逐渐向光阑6靠拢，所述的第四透镜群4根据第二透镜群2的移动和物距的变化使成像面落在感光芯片5上。
当光学系统在不同的焦距及环境下工作时，光阑6的口径大小进行自动变化。
所述的第四透镜群4与感光芯片5之间还设有平面玻璃7。
所述的第三透镜群3中的非球面镜片的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，镜片的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，镜片的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，镜片的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，镜片的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，镜片的面形曲线为扁圆形；α1至α8分别表示非球面系数,通过以上参数可以精确设定非球面的形状尺寸。
所述的第二透镜群2的移动范围为0～40.75mm，所述的第四透镜群4的移动范围为0～32.25mm，所述的光阑6与感光芯片5间的距离为57.16063209mm，所述的第一透镜群1与第三透镜群3之间的
距离为46.5149149mm。下表为具体的参数：
各个非球面面的非球面系数：

Claims (5)

1.一种大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：由固定的感光芯片(5)、光阑(6)以及四个透镜群组成，所述的感光芯片(5)的一侧设有相对感光芯片(5)位置固定的第一透镜群(1)，所述的第一透镜群(1)的焦距为正，所述的第一透镜群(1)与感光芯片(5)之间设有能相对感光芯片(5)前后移动的第二透镜群(2)，所述的第二透镜群(2)的焦距为负，所述的第二透镜群(2)与感光芯片(5)之间设有与感光芯片(5)相对固定的第三透镜群(3)，所述的第三透镜群(3)的焦距为正，所述的第三透镜群(3)与第二透镜群(2)之间设有位置固定的光阑(6)，所述的第三透镜群(3)与感光芯片(5)之间还设有能相对感光芯片(5)前后移动的第四透镜群(4)，所述的第四透镜群(4)的焦距为正，所述的第一透镜群(1)由朝感光芯片(5)方向依次设置的第一透镜(11)、第二透镜(12)、第三透镜(13)、第四透镜(14)和第五透镜(15)组成，所述的第一透镜(11)和第三透镜(13)均是焦距为负并且凹面朝向感光芯片(5)的弯月形球面镜片，所述的第二透镜(12)、第四透镜(14)和第五透镜(15)均是焦距为正的弯月形球面镜片，所述的第一透镜(11)与第二透镜(12)粘合在一起形成胶合透镜，所述的第三透镜(13)和第四透镜(14)粘合在一起形成胶合透镜，所述的第二透镜群(2)由朝感光芯片(5)方向依次设置的第六透镜(21)、第七透镜(22)和第八透镜(23)组成，所述的第六透镜(21)是焦距为负的弯月形非球面镜片，所述的第七透镜(22)是焦距为负的双凹球面镜片，所述的第八透镜(23)是焦距为正的弯月形非球面镜片，其凹面朝向感光芯片(5)，所述的第三透镜群(3)由朝感光芯片(5)方向依次设置的第九透镜(31)、第十透镜(32)和第十一透镜(33)组成，所述的第九透镜(31)是焦距为正并且凹面朝向感光芯片(5)的弯月形非球面镜片，所述的第十透镜(32)是焦距为正的双凸球面镜片，所述的第十一透镜(33)是焦距为负的非球面镜片，所述的第四透镜群(4)由朝感光芯片(5)方向依次设置的第十二透镜(41)、第十三透镜(42)、第十四透镜(43)和第十五透镜(44)组成，所述的第十二透镜(41)是焦距为负的弯月形镜片，所述的第十三透镜(42)是焦距为正的弯月形镜片，所述的第十四透镜(43)是焦距为正的弯月形球面镜片，所述的第十五透镜(44)是焦距为正的非球面镜片，所述的第二透镜群(2)的移动范围为0～40.75mm，所述的第四透镜群(4)的移动范围为0～32.25mm，所述的光阑(6)与感光芯片(5)间的距离为57.16063209mm，所述的第一透镜群(1)与第三透镜群(3)之间的距离为46.5149149mm。
2.根据权利要求1所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第一透镜群(1)、第二透镜群(2)、第三透镜群(3)和第四透镜群(4)中的镜片均为玻璃镜片。
3.根据权利要求2所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第三透镜群(3)中的非球面镜片的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，镜片的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，镜片的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，镜片的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，镜片的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，镜片的面形曲线为扁圆形；α1至α8分别表示非球面系数。
4.根据权利要求3所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：所述的第二透镜群(2)从短焦距向长焦距的变化过程中逐渐向光阑(6)靠拢，所述的第四透镜群(4)根据第二透镜群(2)的移动和物距的变化使成像面落在感光芯片(5)上。
5.根据权利要求4所述的大像面、高倍率、高分辨率的光学系统，其特征在于：当光学系统在不同的焦距及环境下工作时，光阑(6)的口径大小进行自动变化。
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