CN109116524A - 一种星光级超广角高清日夜共焦光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种星光级超广角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，其中第三透镜和第四透镜之间设置光阑，第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜，第二透镜与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、负、正、正、正、负、正。该镜头视场角大，像差小，分辨率高，成本低，成像质量高。

Description

一种星光级超广角高清日夜共焦光学镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，尤其是涉及一种星光级超广角高清日夜共焦光学镜头。

背景技术

随看科技的进步和高感光芯片的出现，各种智能高清摄像机在各个领域得到广泛应用，对光学镜头提出了更高的要求，现有技术中也不断对光学镜头进行改进。当前，虽然有一些超广角、大光圈、红外共焦的光学系统光学镜头出现，但是也存在镜片数多或者大光圈下的分辨率低、高低温像差、日夜共焦夜视效果差等问题。

中国专利（公开号CN108388004 A）公开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。该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。该专利是一款视场角为65°的标准镜头，且仅将最后一面透镜限定为非球面，其成像质量偏低，成本也偏高。

中国专利CN107422462A公开一种大光圈超高清日夜共焦光学系统，属于光学系统技术领域，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、第六透镜和感光芯片，所述第三透镜和第四透镜之间设置光阑，所述第一透镜、第二透镜和第六透镜为玻璃球面透镜，所述第二透镜、第四透镜和第五透镜为塑胶非球面透镜，所述第一透镜、第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的焦距依次为负、负、正、正、负、正。该发明光学系统不仅可以克服该种光学系统中镜片数多、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。该专利是一款经济型镜头，相对光圈F数为2.0，像质为2MP/4MP，成像质量偏低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种星光级超广角高清日夜共焦光学镜头，该镜头视场角大，像差小，分辨率高，成本低，成像质量高。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种星光级超广角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，所述第三透镜和第四透镜之间设置光阑，所述第七透镜和感光芯片之间依次设置滤光片和保护玻璃，所述第一透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜为玻璃球面透镜，第二透镜与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、负、正、正、正、负、正。

进一步的，所述第一透镜为负弯月形透镜，第二透镜为负弯月形透镜，第三透镜为正弯月形透镜，第四透镜为双凸透镜，第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凹形透镜，所述第七透镜为双凸透镜。

进一步的，所述第一透镜为低色散透镜，第二透镜为低色散透镜，第三透镜为高折射率透镜，第四透镜为高折射率透镜，第五透镜为超低色散透镜，第六透镜为高折射率透镜，第七透镜为低色散透镜。

进一步的，所述镜头为大光圈镜头，FNo.=1.6。

进一步的，所述感光芯片的尺寸为1/2.7"，分辨率为400万像素。

本发明的有益效果是：

1、本发明公开一种星光级超广角高清日夜共焦光学镜头，通过将第二透镜与第七透镜设置成两枚塑料非球面，镜头的像素达到4MP，FNo.为1.6，视场角为144°，同时该镜头的镜头片被压缩到7枚，减少了镜片的使用量，节省成本。

2、通过对第三透镜、第四透镜与第六透镜的材料进行选择，即三款透镜材料均使用高折射率的材质，高折射率新材质的使用，减少了镜片的弯曲，从而降低了球差及慧差，同时也有利于校正高级球差；从而使本申请镜头达到大光圈的效果（FNo.达到1.6=光孔/焦距=4.8mm/3.0mm）。

3、将第二透镜与第七透镜设置成两枚塑料非球面透镜，通过两枚非球面的校正使得镜头像差减小，从而一举解决了高低温性能问题以及镜头像差问题，成本低，成像质量高。

4、第五透镜使用超低色散材质以及与第七透镜使用塑料非球面双向校正，该镜头在400nm~700nm光谱范围内，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，还能校正了800nm~940nm的近红外光谱像差，确保了白天与黑夜转换时后焦变化量为0.005mm，实现日夜共焦的效果。

附图说明

图1为实施例1中光学镜头的结构示意图；

图2为实施例1中光学镜头的球差曲线图；

图3为实施例1中光学镜头的场曲及畸变曲线图；

图4为实施例1中光学镜头的色差曲线图；

图5为实施例1中光学镜头的MTF曲线图；

图中：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-光阑， 9-滤光片，10-保护玻璃，11-感光芯片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

如图1所示，一种星光级超广角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11，其中第三透镜3和第四透镜4之间设置光阑8，第七透镜7和感光芯片11之间依次设置滤光片9和保护玻璃10，第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6为玻璃球面透镜，第二透镜2与第七透镜7为塑胶非球面透镜，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、负、正、正、正、负、正。

其中第一透镜为低色散负弯月形透镜，其中50＜Vd＜70；第二透镜为低色散负弯月形透镜，其中50＜Vd＜70；第三透镜为高折射率正弯月形透镜，Nd＞1.8；第四透镜为高折射率双凸透镜，Nd＞1.8；第五透镜为超低色散双凸透镜，Vd＞70；所述第六透镜为高折射率双凹形透镜，Nd＞1.8；所述第七透镜为低色散双凸透镜，50＜Vd＜70；其中Nd表示镜片的d光折射率，Vd表示镜片的d光阿贝常数。

一般情况下，使用玻璃镜片数在8-9片才能做出像素为4MP，FNo.为1.6，视场角为144度的短焦镜头；然而本发明中的镜头通过将第二透镜2与第七透镜7设置成两枚塑料非球面，镜头的像素达到4MP，FNo.为1.6，视场角为144，同时该镜头的镜头片被压缩到7枚，减少了镜片的使用量，节省成本。

本发明在设计过程中通过对第三透镜3、第四透镜4与第六透镜6的材料进行选择，即三款透镜材料均使用高折射率的材质，高折射率新材质的使用，减少了镜片的弯曲，从而降低了球差及慧差，同时也有利于校正高级球差；从而使本申请镜头达到大光圈的效果（FNo.达到1.6=光孔/焦距=4.8mm/3.0mm）。

镜头在最初设计时，没有使用塑料非球面，在高低温信赖性模拟评价中发现，“高温（+80℃）时机构后焦变化量”-“高温（+80℃）光学后焦变化量”超过+0.015mm；“低温（-40℃）机构后焦变化量”-“低温（-40℃）光学后焦变化量”超过-0.015mm，和以往镜头高低温性能相差不大。因此本发明将第二透镜2与第七透镜7设置成两枚塑料非球面透镜，这两枚塑料非球面透镜弥补高低温后焦变化，经改进后“高温（+80℃）时机构后焦变化量”-“高温（+80℃）光学后焦变化量”不超过±0.002mm；“低温（-40℃）机构后焦变化量”-“低温（-40℃）光学后焦变化量”不超过±0.002 mm；同时通过两枚非球面的校正使得镜头像差减小，从而一举解决了高低温性能问题以及镜头像差问题，成本低，成像质量高。本申请中第二透镜与第七透镜的非球面面型均满足方程式：

，

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。

本发明镜头在设计过程中，第五透镜5使用超低色散材质以及与第七透镜7使用塑料非球面双向校正，其中第五透镜5使用超低色散及异常色散的材质，第七透镜7非球面镜片的非球面系数也能有效改善镜头的二级光谱，因此在400nm~700nm光谱范围内，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，这些措施还能校正了800nm~940nm的近红外光谱像差，确保了白天与黑夜转换时后焦变化量为0.005mm，实现日夜共焦的效果。

下面，列举一个视场角为144°，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-LAK52；

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APL5014；

面编号5和6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-ZF88；

面编号8和9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-ZPK2A；

面编号10和11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-ZPK2A；

面编号11和12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-ZF52；

面编号13和14分别表示的是第七透镜7的第一面和第二面，第七透镜的材质为APL5014；

面编号15和16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H-K9L；

面编号17和18分别表示的是保护玻璃10的第一面和第二面，保护玻璃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。

该镜头的检测数据见图2-5，其中图2可以看出球差矫正到±0.04mm以内，在光谱带宽内球差校正的比较好，这样能增加镜头实拍画面的整洁度。由图3可以看出，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，说明该镜头画面解像力均匀。图4中垂轴色差，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，色差矫正较好，可满足我们镜头解像品质需求；图5的MTF曲线图，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，说明镜头有着优良的解像力，分辨率高。

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 (5)

1.一种星光级超广角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（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（11），所述第三透镜（3）和第四透镜（4）之间设置光阑（8），所述第七透镜（7）和感光芯片（11）之间依次设置滤光片（9）和保护玻璃（10），所述第一透镜（1）、第三透镜（3）、第四透镜（4）、第五透镜（5）和第六透镜（6）为玻璃球面透镜，第二透镜（2）与第七透镜（7）为塑胶非球面透镜，所述第一透镜（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、负、正、正、正、负、正。

2.根据权利要求1所述的一种星光级超广角高清日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述第一透镜（1）为负弯月形透镜，第二透镜（2）为负弯月形透镜，第三透镜（3）为正弯月形透镜，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）为双凹形透镜，第七透镜（7）为双凸透镜。

3.根据权利要求1所述的一种星光级超广角高清日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述第一透镜（1）为低色散透镜，第二透镜（2）为低色散透镜，第三透镜（3）为高折射率透镜，第四透镜（4）为高折射率透镜，第五透镜（5）为超低色散透镜，第六透镜（6）为高折射率透镜，第七透镜（7）为低色散透镜。

4.根据权利要求1所述的一种星光级超广角高清日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述镜头为大光圈镜头，FNo.=1.6。

5.根据权利要求1所述的一种星光级超广角高清日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述感光芯片（11）的尺寸为1/2.7"，分辨率为400万像素。