CN107102424A - 一种大光圈长焦光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大光圈长焦光学成像系统，从物侧到像面依次设置有：第一透镜，第一透镜为负焦距的非球面透镜；光阑；第二透镜，第二透镜为正焦距的非球面透镜；第三透镜，第三透镜为正焦距的球面透镜；第四透镜，第四透镜为负焦距的非球面透镜；第五透镜，第五透镜为正焦距的非球面透镜；滤光片；感光片；第一透镜的焦距为f₁，第二透镜的焦距为f₂，第三透镜的焦距为f₃，第四透镜的焦距为f₄，第五透镜的焦距为f₅，满足：f₁<0,f₂>0,f₄<0,1<f₁/f₄<20，‑20<f₂/f₄<‑1，f₃/f₅>0.5。本发明实现了长焦距、大孔径成像，可以满足画质均匀，亮度高的要求，且红外共焦，可应用于监控领域。

Description

一种大光圈长焦光学成像系统

【技术领域】

本发明涉及镜头，尤其涉及一种应用于日夜监控的光圈大、焦距长、像质高的大光圈长焦光学成像系统。

【背景技术】

目前使用的监控定焦镜头存在一些弊端，大多光圈小、焦距短、畸变大，所以拍摄视频时整体画面亮度较暗，对远距物体成像不够清晰，不能真实有效地呈现现实情景。

因此，本发明正是基于以上的不足而产生的。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种大光圈长焦光学成像系统，该光学成像系统实现了长焦距、大孔径成像，可以满足画质均匀，亮度高的要求，且红外共焦，可应用于监控领域。

为解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，从物侧到像面依次设置有：

第一透镜，所述第一透镜为负焦距的非球面透镜；

光阑；

第二透镜，所述第二透镜为正焦距的非球面透镜；

第三透镜，所述第三透镜为正焦距的球面透镜；

第四透镜，所述第四透镜为负焦距的非球面透镜；

第五透镜，所述第五透镜为正焦距的非球面透镜；

滤光片；

感光片；

第一透镜的焦距为f₁，第二透镜的焦距为f₂，第三透镜的焦距为f₃，第四透镜的焦距为f₄，第五透镜的焦距为f₅，满足：

f₁<0,f₂>0,f₄<0,

1<f₁/f₄<20，

-20<f₂/f₄<-1，

f₃/f₅>0.5。

如上所述一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜朝向物侧一面为凸形非球面，朝向像面一面为凹形非球面；所述第二透镜朝向物侧一面为扁圆形非球面，朝向像面一面为凸形非球面；所述第三透镜朝向物侧一面和朝向像面一面均为凸形球面；所述第四透镜朝向物侧一面和朝向像面一面均为凹形非球面；所述第五透镜朝向物侧一面和朝向像面一面均为凸形非球面。

如上所述一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜的色散系数为vd_lens1，所述第二透镜的色散系数为vd_lens2，所述第三透镜的色散系数为vd_lens3，所述第四透镜的色散系数为vd_lens4，所述第五透镜的色散系数为vd_lens5，满足：

vd_lens1≥55，vd_lens2≥55，vd_lens3≥55，vd_lens5≥55，vd_lens4≤30。

如上所述一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，所述光学成像系统的焦距为EFL，第二透镜与第三透镜的间距为A₂，第三透镜与第四透镜的间距为A₃，所述第一透镜与感光片的间距为TL，满足：

0.2<EFL/TL<0.3，

-2＜A₂/TL＜2，

-2＜A₃/TL＜2。

如上所述一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第四透镜、第五透镜为非球面透镜，非球面表面形状方程Z满足：

在公式中，参数c为各个非球面透镜半径所对应的曲率，y为各个非球面透镜径向坐标，其单位与透镜长度单位相同，k为各个非球面透镜圆锥二次曲线系数，当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆；当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形；当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形，α₁至α₈分别表示各个非球面透镜径向坐标所对应的系数。

与现有技术相比，本发明的一种大光圈长焦光学成像系统，达到了如下效果：

1、本发明的光学结构中，第一透镜的焦距为f₁，第二透镜的焦距为f₂，第三透镜的焦距为f₃，第四透镜的焦距为f₄，第五透镜的焦距为f₅，满足：f₁<0,f₂>0,f₄<0,1<f₁/f₄<20，-20<f₂/f₄<-1，f₃/f₅>0.5,

可以在有效控制大视场的畸变的同时降低结构公差的敏感度。

2、本发明光学结构中，所述第一透镜的色散系数为vd_lens1，第二透镜的色散系数为vd_lens2，第三透镜的色散系数为vd_lens3，第四透镜的色散系数为vd_lens4，第五透镜的色散系数为vd_lens5，满足：vd_lens1≥55，vd_lens2≥55，vd_lens3≥55，vd_lens5≥55，vd_lens4≤30；这种搭配可以有效控制系统的轴向色差、从而实现中心视场的高分辨率以及红外离焦量尽可能小。

3、本发明可实现大光圈、长焦距、畸变较小的监控摄像。

4、本发明的像面整体均匀、亮度高、孔径大(光圈数达到F1.6)。

5、本发明的第一透镜、第二透镜、第四透镜和第五透镜均采用非球面面形，有利于像差的校正，使镜头中心视场与边缘视场都具有良好的分辨率。

6、本发明解决了大光圈和长焦距下难以实现高分辨率和镜头结构总长小型化的难题。在总长22.5mm的情况下半像高可达到3.6mm。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的光路示意图；

附图说明：1、第一透镜；2、第二透镜3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、滤光片；7、光阑；8、感光片。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1和图2所示，一种大光圈长焦光学成像系统，从物侧到像面依次设置有：

第一透镜1，所述第一透镜1为负焦距的非球面透镜；用于控制光学系统光线入射角并降低光学畸变；

光阑7；可以控制光线传输的孔径，使得成像画面整体均匀。

第二透镜2，所述第二透镜2为正焦距的非球面透镜；可以控制光线在各透镜之间的折射变化角度；

第三透镜3，所述第三透镜3为正焦距的球面透镜；可对色差进行补偿；

第四透镜4，所述第四透镜4为负焦距的非球面透镜；能增大光线在像面上的入射高度，提高系统的光学传递函数，从而提升像质。

第五透镜5，所述第五透镜5为正焦距的非球面透镜；可以减小像面主光线入射角，减小成像像差；

该光学成像系统实现了大光圈长焦距、红外共焦成像，可以用于监控摄像等领域。

滤光片6；第五透镜朝向像面的一侧设有滤光片，光线是从滤光片6进入的，滤光片对感光片有一定的保护作用，同时也过滤一部分光线以减少杂光，使图像色彩亮丽和锐利的同时具有良好的色彩还原性。

感光片8；

第一透镜1的焦距为f₁，第二透镜2的焦距为f₂，第三透镜3的焦距为f₃，第四透镜4的焦距为f₄，第五透镜5的焦距为f₅，满足：

f₁<0,f₂>0,f₄<0,

1<f₁/f₄<20，

-20<f₂/f₄<-1，

f₃/f₅>0.5。

可以解决本发明结构的光焦度分配问题及公差分布均衡性问题，可以有效降低结构性公差敏感性。

如图1和图2所示，在本实施例中，所述第一透镜1朝向物侧一面为凸形非球面，朝向像面一面为凹形非球面；

所述第二透镜2朝向物侧一面为扁圆形非球面，朝向像面一面为凸形非球面；

所述第三透镜3朝向物侧一面和朝向像面一面均为凸形球面；

所述第四透镜4朝向物侧一面和朝向像面一面均为凹形非球面；

所述第五透镜5朝向物侧一面和朝向像面一面均为凸形非球面。

第一透镜1与第二透镜2之间设有光阑7。可以控制光线传输的孔径，使得成像画面整体均匀。

第一透镜1朝向物侧的一面曲率半径大于5，第一透镜1朝向像面的一面曲率半径小于3。

如图1和图2所示，在本实施例中，所述第一透镜1的色散系数为vd_lens1，第二透镜2的色散系数为vd_lens2，第三透镜3的色散系数为vd_lens3，第四透镜4的色散系数为vd_lens4，第五透镜5的色散系数为vd_lens5，满足：

vd_lens1≥55，vd_lens2≥55，vd_lens3≥55，vd_lens5≥55，vd_lens4≤30。

这种搭配可以有效控制系统的轴向色差、从而实现中心视场的高分辨率以及红外离焦量尽可能小。

如图1和图2所示，在本实施例中，所述光学成像系统的焦距为EFL，第二透镜2与第三透镜3的间距为A₂，第三透镜3与第四透镜4的间距为A₃，所述第一透镜1与感光片8的间距为TL，满足：

0.2<EFL/TL<0.3，

-2＜A₂/TL＜2，

-2＜A₃/TL＜2。

可以有效的压缩色差，并确保加工可行性。

如图1、图2所示，在本实施例中所述第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4、第五透镜5为非球面透镜，其非球面表面形状方程Z满足：

其中，参数c为各个非球面透镜半径所对应的曲率，y为各个非球面透镜径向坐标，其单位与透镜长度单位相同，k为各个非球面透镜圆锥二次曲线系数，α₁至α₈分别表示各个非球面透镜径向坐标所对应的系数。

当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆；当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形；当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形。

Claims (5)

1.一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，从物侧到像面依次设置有：

第一透镜(1)，所述第一透镜(1)为负焦距的非球面透镜；

光阑(7)；

第二透镜(2)，所述第二透镜(2)为正焦距的非球面透镜；

第三透镜(3)，所述第三透镜(3)为正焦距的球面透镜；

第四透镜(4)，所述第四透镜(4)为负焦距的非球面透镜；

第五透镜(5)，所述第五透镜(5)为正焦距的非球面透镜；

滤光片(6)；

感光片(8)；

第一透镜(1)的焦距为f₁，第二透镜(2)的焦距为f₂，第三透镜(3)的焦距为f₃，第四透镜(4)的焦距为f₄，第五透镜(5)的焦距为f₅，满足：

f₁<0,f₂>0,f₄<0,

1<f₁/f₄<20，

-20<f₂/f₄<-1，

f₃/f₅>0.5。

2.根据权利要求1所述一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜(1)朝向物侧一面为凸形非球面，朝向像面一面为凹形非球面；所述第二透镜(2)朝向物侧一面为扁圆形非球面，朝向像面一面为凸形非球面；所述第三透镜(3)朝向物侧一面和朝向像面一面均为凸形球面；所述第四透镜(4)朝向物侧一面和朝向像面一面均为凹形非球面；所述第五透镜(5)朝向物侧一面和朝向像面一面均为凸形非球面。

3.根据权利要求1所述一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜(1)的色散系数为vd_lens1，所述第二透镜(2)的色散系数为vd_lens2，所述第三透镜(3)的色散系数为vd_lens3，所述第四透镜(4)的色散系数为vd_lens4，所述第五透镜(5)的色散系数为vd_lens5，满足：

vd_lens1≥55，vd_lens2≥55，vd_lens3≥55，vd_lens5≥55，vd_lens4≤30。

4.根据权利要求1所述一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，所述光学成像系统的焦距为EFL，第二透镜(2)与第三透镜(3)的间距为A₂，第三透镜(3)与第四透镜(4)的间距为A₃，所述第一透镜(1)与感光片(8)的间距为TL，满足：

0.2<EFL/TL<0.3，

-2＜A₂/TL＜2，

-2＜A₃/TL＜2。

5.根据权利要求2所述一种大光圈长焦光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第四透镜(4)、第五透镜(5)为非球面透镜，非球面表面形状方程Z满足：

<mrow> <mi>Z</mi> <mo>=</mo> <msup> <mi>cy</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>/</mo> <mo>{</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>}</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <msup> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msub> <msup> <mi>y</mi> <mn>4</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>3</mn> </msub> <msup> <mi>y</mi> <mn>6</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>4</mn> </msub> <msup> <mi>y</mi> <mn>8</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>5</mn> </msub> <msup> <mi>y</mi> <mn>10</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>6</mn> </msub> <msup> <mi>y</mi> <mn>12</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>7</mn> </msub> <msup> <mi>y</mi> <mn>14</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>8</mn> </msub> <msup> <mi>y</mi> <mn>16</mn> </msup> </mrow>

在公式中，参数c为各个非球面透镜半径所对应的曲率，y为各个非球面透镜径向坐标，其单位与透镜长度单位相同，k为各个非球面透镜圆锥二次曲线系数，当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆；当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形；当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形，α₁至α₈分别表示各个非球面透镜径向坐标所对应的系数。