CN108388004B - 一种星光级高清日夜共焦光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种星光级高清日夜共焦光学镜头，属于光学镜头技术领域，其包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和感光芯片，所述第二透镜和第三透镜之间设置光阑，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜，所述第七透镜为塑胶非球面透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜的焦距依次为负、正、负、正、正、负、正。本发明光学镜头不仅可以改变这种光学镜头中镜片数多、大光圈下的分辨率不尽人意等不足，还可以缩小镜头体积，同时又可以降低生产成本。

Description

一种星光级高清日夜共焦光学镜头

技术领域

本发明属于光学镜头技术领域，尤其涉及一种星光级高清日夜共焦光学镜头。

背景技术

传统的镜头在红外补光技术的辅助下，虽然能在低照度下获得清晰的成像，但只能成黑白图像，而且使用红外补光后，高反光的物体却容易过度曝光，因此低照度下的清晰彩色成像需求越来越多。随看科技的进步和高感光芯片的出现，安防领域的发展脚步也不断加快，各种智能高清摄像机在各个领域得到广泛应用。因此，研制出在弱光条件下获得清晰明亮彩色画面的星光级镜头成为一种必然趋势。虽然市场上有一些星光级、红外共焦的光学镜头崭露头角，但或多或少地存在体积大，镜片数多，成本高或是红外共焦不理想等缺陷。

公开号为CN104614842A的专利文献公开了一种五片式成像透镜组，由物侧到像侧依次设置有透镜镜片一、透镜镜片二、光阑、透镜镜片三、透镜镜片四、透镜镜片五、玻璃滤光片和成像面，所述的透镜镜片一、透镜镜片二、透镜镜片三、透镜镜片四和透镜镜片五均为玻璃镜片，所述的透镜镜片一为负屈折力透镜；所述的透镜镜片二为正屈折力透镜；所述的透镜镜片三为凹凸透镜，且凹面朝向物方，凸面朝向像方；所述的透镜镜片四为双凸透镜；所述的透镜五为凹凸透镜，且凹面朝向物方，凸面朝向像方；光学系统采用全玻璃透镜元件，提高在高低温环境下的稳定性；该发明为大光圈系统能够提高弱光环境下的成像能力；采用五片式结构，结构简单，可以有效的降低成本，缩短光学总长。但是该成像透镜组在弱光条件下的成像分辨率较低，红外共焦不理想。

公开号为CN 105676424 A的专利文献公开了一种大孔径高清广角光学镜头，包括物方和像面，物方和像面之间依次设有第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，第三透镜和第四透镜之间设有光阑，第五透镜和像面之间设有滤光片。该发明视场角大，相对孔径较大，能在光线较弱情况下拍摄出较好的成像效果，其分辨率高，镜头镜片数量少，质量轻，成本低，便于大批量的生产和使用。但是该光学镜头在弱光环境下的分辨率仅能达到200万像素，分辨率有待提高，同时红外共焦效果不理想。

公开号为CN106772952A的专利文献公开了一种应用于车载记录仪摄像头的镜片组，其结构包括有从物面到像面依次排列的具有正屈光度的前置镜片组（1）、光阑（2）、具有正屈光度的后置镜片组（3）和滤光片（4），所述前置镜片组（1）通过光阑（2）与后置镜片组（3）连接，所述光阑（2）、后置镜片组（3）均与滤光片（4）相连接，所述前置镜片组（1）包括第一透镜（11）、第二透镜（12），所述第一透镜（11）与第一透镜（11）固定连接，所述后置镜片组（3）包括第三透镜（31）、第四透镜（32）、第五透镜（33）、第六透镜（34），所述第三透镜（31）通过第四透镜（32）与第五透镜（33）连接，所述第五透镜（33）与第六透镜（34）相连接，所述滤光片（4）包括增透膜（41）、红外截止膜（42），所述增透膜（41）设于红外截止膜（42）左侧，所述第一透镜（11）上设有复合增透膜一（111），所述第二透镜（12）上设有复合增透膜二（121），所述第三透镜（31）上设有复合增透膜三（311），所述第四透镜（32）上设有复合增透膜四（321），所述第五透镜（33）上设有复合增透膜五（331），第六透镜（34）上设有复合增透膜六（341）。该发明的有益效果是：通过在镜头组所有透镜入射表面镀上一层增透膜，使得透镜的反射率降低，极大的抑制反射光，增加透射光强度，减小了光线在透镜之间的反射，消除或减弱了杂光鬼影，使摄像头成像更清晰，且通过在滤光片朝向像面表面镀上一层红外截止膜，削弱红外光对成像质量影响，有效提高了摄像头品质，通过合理的镜片组合，有效降低了镜头的敏感度，透镜材料相对低廉，适合生产制造，有效降低了成本。但是该镜片组结构复杂，增加加工生产难度，而且摄像头成像分辨率较低。

发明内容

为了克服大光圈、红外共焦光学镜头中存在的不足，本发明将提供一种大光圈、红外共焦光学镜头，本发明光学镜头不仅可以改变这种光学镜头中镜片数多、大光圈下的分辨率不尽人意等不足，还可以缩小镜头体积，同时又可以降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种星光级高清日夜共焦光学镜头，包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和感光芯片，所述第二透镜和第三透镜之间设置光阑，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜，所述第七透镜为塑胶非球面透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜的焦距依次为负、正、负、正、正、负、正。

优选地，所述第一透镜为负弯月形透镜，所述第二透镜为正弯月形透镜，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为负弯月形透镜，所述第七透镜为正弯月形透镜。

优选地，所述第一透镜为低色散透镜，所述第二透镜为高色散透镜，所述第三透镜为高色散透镜，所述第四透镜为低色散透镜，所述第五透镜为低色散透镜，所述第六透镜为低色散透镜，所述第七透镜为低色散透镜。

优选地，所述第七透镜的非球面面型满足方程式：

，

其中：c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，径向坐标的单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；

当k＜-1时，透镜的面形曲线为双曲线；

当k=-1时，透镜的面形曲线为抛物线；

当-1＜k＜0时，透镜的面形曲线为椭圆；

当k=0时，透镜的面形曲线为圆形；

当k＞0时，透镜的面形曲线为扁圆；

分别表示各径向坐标所对应的系数。

优选地，所述第七透镜与感光芯片之间依次设置滤光片和感光芯片保护玻璃。

优选地，所述感光芯片的尺寸为1/2.7"，分辨率为200万~400万像素。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过上述技术方案，提供了一种星光级高清日夜共焦光学镜头，该光学镜头不仅克服了现有光学镜头镜片数多、大光圈下的分辨率不尽人意等不足，还可以缩小镜头体积，同时又可以降低生产成本。本发明光学镜头中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜，第七透镜为塑胶非球面透镜，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜的焦距依次为负、正、负、正、正、负、正，这样在选择合适的镜片材质的同时，科学的搭透镜的形状，合理的分配光焦度，使透镜的各参数相互补偿，来有效解决镜头在高温或低温环境下，由于温度变化引起的分辨率下降或者焦点漂移问题。同时，也减小了该镜头在红外条件下与可见光条件下存在的焦点偏移量，提高红外解像力。

本发明光学镜头采用大光圈，FNO.为1.6，视场角可达到65°以上，同时还可保证高分辨率；可实现日夜共焦，实现24小时监控；采用温度补偿设计，在-40℃~+80℃的环境下工作，不离焦；采用玻塑组合的形式，不但保证了光学系统的性能，并且可以降低成本，简化结构，减轻重量，还有利于大批量生产，符合市场需求；在使用低色散材料的同时，还对光阑的位置进行了优化，提高画面像质。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1：本发明星光级高清日夜共焦光学镜头的结构示意图；

图2：本发明星光级高清日夜共焦光学镜头的球差曲线图；

图3：本发明星光级高清日夜共焦光学镜头的场曲及畸变曲线图；

图4：本发明星光级高清日夜共焦光学镜头的色差曲线图；

图5：本发明星光级高清日夜共焦光学镜头的MTF曲线图；

其中，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-第六透镜，7-第七透镜，8-感光芯片，9-光阑，10-滤光片，11-感光芯片保护玻璃。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

参阅图1，一种星光级高清日夜共焦光学镜头，由7枚玻璃与塑胶镜片混合构成，包括有沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和感光芯片8，第二透镜2和第三透镜3之间设置光阑9。

上述光学透镜中，第一透镜1，第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6为球面透镜，材质为玻璃，第七透镜7为非球面透镜，材质为塑胶。

上述光学透镜中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7的焦距依次为负，正，负，正，正，负，正。

本发明光学镜头中，第一透镜1为负弯月形透镜，第二透镜2为正弯月形透镜，第三透镜3为双凹透镜，第四透镜4为双凸透镜，第五透镜5为双凸透镜，第六透镜6为负弯月形透镜，第七透镜7为正弯月形透镜。

本发明光学镜头中，第一透镜1为低色散透镜，第二透镜2为高色散透镜，第三透镜3为高色散透镜，第四透镜4为低色散透镜，第五透镜5为低色散透镜，第六透镜6为低色散透镜，第七透镜7为低色散透镜。

本发明光学镜头中第七透镜7的非球面面型满足方程式：

，

其中：c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，径向坐标的单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；

当k＜-1时，透镜的面形曲线为双曲线；

当k=-1时，透镜的面形曲线为抛物线；

当-1＜k＜0时，透镜的面形曲线为椭圆；

当k=0时，透镜的面形曲线为圆形；

当k＞0时，透镜的面形曲线为扁圆；

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透镜前后两个非球面的形状尺寸。

在本发明光学镜头中，第一透镜1为具有负的光焦度的低色散玻璃透镜，且其物面侧为凸，从而不但可以为镜头导入大视场角的光线，还可以有效地控制轴向色差；同时，由于玻璃镜片相比塑料镜片而言，具有耐高温、耐腐蚀、耐划伤等特点，从而可以很好地保护镜头，是镜头在装配、运输、高温、低温、强光、风沙等因素下，不易损坏，从而提高镜头的可靠性。

第二透镜2是具有正的光焦度的高色散玻璃透镜，其物面侧和像面侧均向像面凹，不仅能够增大系统的视场角，还能很好地控制系统中光线的走势，使更多的光能进入镜头。同时能够加大第二透镜2与光阑9之间的距离。而第一透镜1和第二透镜2均采用弯月形透镜，配合使用，不仅能有效解决镜头的各种像差均衡问题，还可以减小后元件的外形尺寸。

第三透镜3是具有负的光焦度的高色散玻璃透镜，利用光阑9后且靠近光阑9的透镜对温度敏感的特性及合理的分配各透镜的光焦度，使系统在温度变化时，整个系统的光焦度有很小的变化量，有效地改善了由温度变化引起的系统分辨率下降。同时还能有效的控制镜头前端的有效口径和光学后焦，消除系统的高级像差和畸变像差。

第四透镜4是具有正光焦度的低色散玻璃透镜，第三透镜3和第四透镜4胶合使用，起到了胶合镜片矫正色差和球差的效果。第三透镜3的物侧面向像面凸，不但可以使边缘光线和主光线具有较好的平行性，同时又确保了主光线对光轴的倾角；第四透镜4的像侧面向像面凸，这样同样可以提高光学系统的视场角，还能够很好地矫正系统的场曲，同时可以提高像面中心和边缘的分辨率。

第五透镜5是具有正光焦度的低色散玻璃透镜，第六透镜6是具有负光焦度的低色散玻璃透镜，第五透镜5和第六透镜6胶合使用，再次对系统色差和球差进行补偿。同时，第五透镜5和第六透镜6胶合后，等效于一个低色散的双凸透镜，从而很好地控制了周边主光线入射到第七透镜7的角度，提高周边照度，同时能均衡像差，为达到最佳像面提供可能。

第七透镜7是具有正光焦度的低色散非球面塑料透镜。第七透镜7的物侧面和像侧面的面型为扁圆，其圆锥二次曲线系数均满足k＞0。第七透镜7的物侧面和像侧面均向像面凹，不但能均衡各种像差，还能使得更多的光能进入像面，提高像面的周边照度。

为了减小光线在各透镜之间折射时的角度变化，减小成像的畸变，因此在结构上尽可能地减小第一透镜1和第二透镜2之间的距离，增大第二透镜2和第三透镜3之间的距离。

与此同时，该镜头在选择合适的镜片材质的同时，科学的搭透镜的形状，合理的分配光焦度，使透镜的各参数相互补偿，来有效解决镜头在高温或低温环境下，由于温度变化引起的分辨率下降或者焦点漂移问题。同时，也减小了该镜头在红外条件下与可见光条件下存在的焦点偏移量，提高红外解像力。

而且，该镜头通过高、低色散材料配合使用，很好地矫正由红外光引起的二级光谱，优化轴向色差，使得镜头在白光和红外光条件下，都可以在像面上得到清晰的像，从而满足红外共焦的要求。

其中：第一透镜1的焦距为-10~-5mm；第二透镜2的焦距为7~12mm；第三透镜3的焦距为-4~-6mm；第四透镜4的焦距为3~6mm；第五透镜5的焦距为6~8mm；第六透镜6的焦距为-10~-17mm；第七透镜7的焦距为150~200mm。而第三透镜3和第四透镜4的组合焦距为-60~-40mm；第五透镜5和第六透镜6的组合焦距为6~11mm。

另外，该光学镜头采用宽光谱设计，在400nm~700nm光谱范围内进行色差校正，不但使图像色彩亮丽和锐利，还具有很好的色彩还原性，使成像的效果更接近人眼直接观察的效果。同时，还校正了800nm~940nm的近红外光谱像差，实现红外共焦的效果。

而第七透镜7后面设有感光芯片8，该感光芯片的分辨率可以满足200~600万像素的不同要求。同时，在第七透镜7后面设有感光芯片8，还装有滤光片10，不但可对感光芯片起到保护作用，同时可以滤掉所需波段外的杂光，从而提高像质。

此外，在设计时，已充分考虑了感光芯片保护玻璃11所引入的像差，并在设计过程中加以矫正，从而提高镜头的品质。

下面，列举一个视场角为65°，分辨率为400万像素，机械总长为22.5mm以内，可在-40℃~+80℃的环境下正常工作的实际设计实施例：

表1系统数据

表2非球面系数

上述表1和表2中：

面编号1和2分别表示的是第一透镜1的第一面和第二面，第一透镜1的材质为H-LAK4L；

面编号3和4分别表示的是第二透镜2的第一面和第二面，第二透镜2的材质为H-ZF52；

面编号6和7分别表示的是第三透镜3的第一面和第二面，第三透镜3的材质为H-ZF1；

面编号7和8分别表示的是第四透镜4的第一面和第二面，第四透镜4的材质为H-ZPK1A；

面编号9和10分别表示的是第五透镜5的第一面和第二面，第五透镜5的材质为H-ZPK1A；

面编号10和11分别表示的是第六透镜6的第一面和第二面，第六透镜6的材质为H-QF6A；

面编号12和13分别表示的是滤光片9的第一面和第二面，滤光片9的基底材质为K26R；

面编号14和15分别表示的是滤光片10的第一面和第二面，滤光片10的基底材质为H-K9L；

其中，所述第一面指朝向物面侧的一面，第二面指朝向像面的一面。

通过采用以上技术方案，图2、图3、图4和图5分别给出了光学镜头的球差曲线、场曲及畸变曲线、色差曲线和MTF曲线，由图可知，本发明光学镜头的球差矫正到±0.04mm以内，在光谱带宽内球差校正得比较好，这样能增加镜头实拍画面的整洁度；由于用到非球面镜片，像散和场曲可以矫正到合适的范围，使得子午的解像力能够与弧矢方向的解像力相近； 垂轴色差，f光、d光、c光相对垂轴色差在2μm以内，g光垂轴色差在5μm以内，可满足镜头解像品质需求；MTF曲线图，该镜头有着优良的解像力，中心视场及0.7视场以内，200cycles/mm的空间频率有着较高的锐度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种星光级高清日夜共焦光学镜头，其特征在于：包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和感光芯片，所述第二透镜和第三透镜之间设置光阑，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜，所述第七透镜为塑胶非球面透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜的焦距依次为负、正、负、正、正、负、正，

所述第一透镜为负弯月形透镜，所述第二透镜为正弯月形透镜，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为负弯月形透镜，所述第七透镜为正弯月形透镜，

所述第一透镜为低色散透镜，所述第二透镜为高色散透镜，所述第三透镜为高色散透镜，所述第四透镜为低色散透镜，所述第五透镜为低色散透镜，所述第六透镜为低色散透镜，所述第七透镜为低色散透镜。

2.根据权利要求1所述的星光级高清日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述第七透镜的非球面面型满足方程式：

，

其中：c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，径向坐标的单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；

当k＜-1时，透镜的面形曲线为双曲线；

当k=-1时，透镜的面形曲线为抛物线；

当-1＜k＜0时，透镜的面形曲线为椭圆；

当k=0时，透镜的面形曲线为圆形；

当k＞0时，透镜的面形曲线为扁圆；

分别表示各径向坐标所对应的系数。

3.根据权利要求2所述的星光级高清日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述第七透镜与感光芯片之间依次设置滤光片和感光芯片保护玻璃。

4.根据权利要求3所述的星光级高清日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述感光芯片的尺寸为1/2.7"，分辨率为200万~400万像素。