CN107741627A - 一种大光圈低成本光学成像系统 - Google Patents

一种大光圈低成本光学成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大光圈低成本光学成像系统，从物侧到像面依次设置有第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、非球面双胶合镜片以及滤光片；非球面双胶合镜片包含相互胶合的第四透镜和第五透镜，第一透镜和第四透镜均为负焦距透镜，第二透镜和第三透镜、第五透镜均为正焦距透镜，第一透镜、第二透镜、第四透镜和第五透镜均为非球面透镜，第三透镜为球面透镜；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，其中f1、f2、f3、f4、f5满足：f1<‑3,f4<‑60,f5>30,0.05<f1/f4<5，‑5<f1/f5<5，f2/f3>2；本发明的光学成像系统光圈达到Fno1.6以上，同时相对照度达到70％以上，能有效的控制镜片口径、厚度，减小系统公差敏感度。

Description

一种大光圈低成本光学成像系统
【技术领域】
本发明涉及光学成像系统领域，尤其是一种大光圈低成本光学成像系统。
【背景技术】
目前市场上使用的监控定焦镜头存在一些弊端：
(1)光圈较小，Fno 2.0或者Fno 2.2的居多，这样镜头的进光量较小，拍摄照度只有50％左右；
(2)畸变较大，拍摄成像产生的形变较大，不能真实反应物体；
(3)红外离焦量大，夜间拍摄影像较为模糊；
(4)成本较高。
本发明正是基于解决以上不足所提出。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种大光圈低成本光学成像系统，该光学成像系统采用1G4P的镜头结构，成本较低；同时实现了红外共焦成像，日夜通用，适用于监控领域。
为解决上述技术问题，本发明的一种大光圈低成本光学成像系统，从物侧到像面依次设置有第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、非球面双胶合镜片以及滤光片；所述非球面双胶合镜片包含相互胶合的第四透镜和第五透镜，所述第一透镜和第四透镜均为负焦距透镜，所述第二透镜和第三透镜、第五透镜均为正焦距透镜，所述第一透镜、第二透镜、第四透镜和第五透镜均为非球面透镜，所述第三透镜为球面透镜；所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4，所述第五透镜的焦距为f5，其中f1、f2、f3、f4、f5满足：f1<-3,f4<-60,f5>30,0.05<f1/f4<5，-5<f1/f5<5，f2/f3>2。
如上所述的一种大光圈低成本光学成像系统，所述第一透镜朝向物侧的一面为凸形非球面，所述第一透镜朝向像面的一面为凹形非球面；所述第二透镜朝向物侧的一面为凹形非球面，所述第二透镜朝向像面的一面为凸形非球面；所述第三透镜两面均为凸形球面；所述第四透镜朝向物侧的一面为凸形非球面,所述第四透镜朝向像面的一面为凹形非球面；所述第五透镜两面均为凸形非球面。
如上所述的一种大光圈低成本光学成像系统，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)，其中vd(lens1)、vd(lens2)、vd(lens3)、vd(lens4)、vd(lens5)满足：vd(lens1)≥50，vd(lens3)≥50，vd(lens5)≥50，vd(lens2)≤25，vd(lens4)≤25。
如上所述的一种大光圈低成本光学成像系统，所述光学成像系统的焦距为EFL，所述第一透镜与像面之间的间距为TL，所述第二透镜与第三透镜之间的间距为A23，所述第三透镜与第四透镜之间的间距为A34，其中EFL、TL、A23、A34满足：0<(EFL)/(TL)<5，0＜(A23)/(TL)＜5，0＜(A34)/(TL)＜5。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明的第一透镜1的焦距为f1，所述第二透镜2的焦距为f2，所述第三透镜3的焦距为f3，所述第四透镜4的焦距为f4，所述第五透镜5的焦距为f5，其中f1、f2、f3、f4、f5满足：f1<-3,f4<-60,f5>30,0.05<f1/f4<5，-5<f1/f5<5，f2/f3>2，采用上述关焦度的分配可以解决本发明构的光焦度分配问题及公差分布均衡性问题，可以使本发明的光学成像系统光圈达到Fno1.6以上，同时相对照度达到70％以上，而且可以有效的控制镜片口径、厚度以及镜片之间的间距，减小系统公差敏感度减小镜片模具的加工压力，提高成品率，降低成本。
2、本发明中第一透镜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)，其中vd(lens1)、vd(lens2)、vd(lens3)、vd(lens4)、vd(lens5)满足：vd(lens1)≥50，vd(lens3)≥50，vd(lens5)≥50，vd(lens2)≤25，vd(lens4)≤25，采用上述方案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、本发明可有效减弱鬼影能量，画面拍摄杂散光少。
4、本发明的像面整体均匀、亮度高、孔径大。
5、本发明的非球面双胶合镜片包含相互胶合的第四透镜和第五透镜，第四透镜和第五透镜采用高低折射率的材料搭配双胶合，可消色差。
6、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。
【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为本发明的结构示意图；
图2为本发明的光路示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
如图1和图2所示，本实施例的一种大光圈低成本光学成像系统，从物侧7到像面9依次设置有第一透镜1、第二透镜2、光阑8、第三透镜3、非球面双胶合镜片10以及滤光片6；所述非球面双胶合镜片10包含相互胶合的第四透镜4和第五透镜5，第四透镜4和第五透镜5采用高低折射率的材料搭配双胶合，可消色差；所述第一透镜1和第四透镜4均为负焦距透镜，所述第二透镜2和第三透镜3、第五透镜5均为正焦距透镜；第一透镜1为负焦距透镜，起到控制光学系统光线入射角并降低光学畸变的作用；第二透镜2为正焦距透镜，用于控制系统光线角度的转折；第三透镜3为正焦距透镜，用于聚焦前面的光束；所述第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4和第五透镜5均为非球面透镜，所述第三透镜3为球面透镜；所述第一透镜1的焦距为f1，所述第二透镜2的焦距为f2，所述第三透镜3的焦距为f3，所述第四透镜4的焦距为f4，所述第五透镜5的焦距为f5，其中f1、f2、f3、f4、f5满足：f1<-3,f4<-60,f5>30,0.05<f1/f4<5，-5<f1/f5<5，f2/f3>2，采用上述关焦度的分配可以解决本发明构的光焦度分配问题及公差分布均衡性问题，可以使本发明的光学成像系统光圈达到Fno1.6以上，同时相对照度达到70％以上，而且可以有效的控制镜片口径、厚度以及镜片之间的间距，减小系统公差敏感度减小镜片模具的加工压力，提高成品率，降低成本。在第二透镜2与第三透镜3之间设有光阑8可以控制光线传输的孔径，使得成像画面整体均匀。本发明实现了大光圈、红外共焦成像，可以用于监控摄像等领域。
在第五透镜5朝向像面9的一侧设有滤光片6，光线是从滤光片6进入的，考虑到应用到镜头成像时，会使用CMOS感光芯片，滤光片6对CMOS感光芯片有保护作用，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。
第一透镜1朝向物面7的一面的曲率半径大于15，第一透镜1朝向像面9的一面的曲率半径小于3。
第一透镜1朝向物侧7的一面为凸形非球面，所述第一透镜1朝向像面9的一面为凹形非球面；所述第二透镜2朝向物侧7的一面为凹形非球面，所述第二透镜2朝向像面9的一面为凸形非球面；所述第三透镜3两面均为凸形球面；所述第四透镜4朝向物侧7的一面为凸形非球面,所述第四透镜4朝向像面9的一面为凹形非球面；所述第五透镜5两面均为凸形非球面。
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)，其中vd(lens1)、vd(lens2)、vd(lens3)、vd(lens4)、vd(lens5)满足：vd(lens1)≥50，vd(lens3)≥50，vd(lens5)≥50，vd(lens2)≤25，vd(lens4)≤25，采用上述方案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。
本发明光学成像系统的焦距为EFL，所述第一透镜1与像面9之间的间距为TL，所述第二透镜2与第三透镜(3)之间的间距为A23，所述第三透镜3与第四透镜4之间的间距为A34，其中EFL、TL、A23、A34满足：0<(EFL)/(TL)<5，0＜(A23)/(TL)＜5，0＜(A34)/(TL)＜5，可以有效的压缩色差，并确保加工可行性。
为了降低成本，非球面双胶合镜片10可以采用塑胶非球面双胶合镜片。
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：
Z＝cy2/{1+√[1-1+kc2y2]}+α1y2+α2y4+α3y6+α4y8+α5y10+α6y12+α7y14+α8y16
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。
下面举一实际设计案例：
1、光学参数
2、透镜非球面系数
第一透镜 物侧一面 像侧一面
K 9.167 5.861
A2 0.000 0.000
A4 -1.203E-03 -2.499E-03
A6 9.010E-05 7.939E-04
A8 -3.820E-06 -8.629E-05
A10 8.510E-08 1.098E-05
A12 -7.029E-10 -6.077E-07
A14 2.532E-12 1.894E-08
第二透镜 物侧一面 像侧一面
K 5.603 6.406
A2 0.000 0.000
A4 -1.257E-03 4.745E-05
A6 -1.108E-04 -4.235E-06
A8 1.250E-05 -2.380E-06
A10 -1.815E-06 4.829E-07
A12 -2.984E-08 -5.497E-08
A14 3.729E-09 2.405E-09
第四透镜 物侧一面 像侧一面
K 6.159 6.357
A2 0.000 0.000
A4 1.224E-04 2.454E-03
A6 -1.111E-04 -8.217E-04
A8 7.949E-07 5.042E-05
A10 8.482E-07 -6.238E-06
A12 -9.763E-08 4.013E-07
A14 3.636E-09 -2.207E-08
第五透镜 物侧一面 像侧一面
K 6.357 6.602
A2 0.000 0.000
A4 2.454E-03 7.261E-04
A6 -8.217E-04 -4.259E-05
A8 5.042E-05 1.043E-05
A10 -6.238E-06 -1.292E-06
A12 4.013E-07 1.022E-07
A14 -2.207E-08 -2.613E-09

Claims (4)

1.一种大光圈低成本光学成像系统，其特征在于：从物侧(7)到像面(9)依次设置有第一透镜(1)、第二透镜(2)、光阑(8)、第三透镜(3)、非球面双胶合镜片(10)以及滤光片(6)；所述非球面双胶合镜片(10)包含相互胶合的第四透镜(4)和第五透镜(5)，所述第一透镜(1)和第四透镜(4)均为负焦距透镜，所述第二透镜(2)和第三透镜(3)、第五透镜(5)均为正焦距透镜，所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第四透镜(4)和第五透镜(5)均为非球面透镜，所述第三透镜(3)为球面透镜；所述第一透镜(1)的焦距为f1，所述第二透镜(2)的焦距为f2，所述第三透镜(3)的焦距为f3，所述第四透镜(4)的焦距为f4，所述第五透镜(5)的焦距为f5，其中f1、f2、f3、f4、f5满足：f1<-3,f4<-60,f5>30,0.05<f1/f4<5，-5<f1/f5<5，f2/f3>2。
2.根据权利要求1所述的一种大光圈低成本光学成像系统，其特征在于所述第一透镜(1)朝向物侧(7)的一面为凸形非球面，所述第一透镜(1)朝向像面(9)的一面为凹形非球面；所述第二透镜(2)朝向物侧(7)的一面为凹形非球面，所述第二透镜(2)朝向像面(9)的一面为凸形非球面；所述第三透镜(3)两面均为凸形球面；所述第四透镜(4)朝向物侧(7)的一面为凸形非球面,所述第四透镜(4)朝向像面(9)的一面为凹形非球面；所述第五透镜(5)两面均为凸形非球面。
3.根据权利要求1或2所述的一种大光圈低成本光学成像系统，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(lens 3)，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)，其中vd(lens1)、vd(lens2)、vd(lens3)、vd(lens4)、vd(lens5)满足：vd(lens1)≥50，vd(lens3)≥50，vd(lens5)≥50，vd(lens2)≤25，vd(lens4)≤25。
4.根据权利要求1所述的一种大光圈低成本光学成像系统，其特征在于所述光学成像系统的焦距为EFL，所述第一透镜(1)与像面(9)之间的间距为TL，所述第二透镜(2)与第三透镜(3)之间的间距为A23，所述第三透镜(3)与第四透镜(4)之间的间距为A34，其中EFL、TL、A23、A34满足：0<(EFL)/(TL)<5，0＜(A23)/(TL)＜5，0＜(A34)/(TL)＜5。
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