CN110208923B - 成像系统及具有该系统的光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成像系统及具有该系统的光学镜头，成像系统由物侧至像侧依次包括第一透镜组、第二透镜组以及成像装置，其中：第一透镜组包括依次设置的具有正光焦度的第一透镜、负光焦度的弯月透镜、负光焦度透镜子组和正光焦度透镜子组；第二透镜组包括依次设置的具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的双凹透镜、具有正光焦度的第一双凸透镜、具有正光焦度的第二双凸透镜和具有正光焦度的第三透镜；成像装置包括分光装置，其设置于第二透镜组的像侧，用于将第二透镜组的出射光分割并投射至不同的成像面，本发明中的成像系统通过第一透镜组、第二透镜组实现了光焦度的合理分配，使得该成像系统能够实现大倍率、大光圈、高分辨率的分光成像。

Description

成像系统及具有该系统的光学镜头

技术领域

本发明涉及光学成像领域，特别是涉及一种成像系统及具有该系统的光学镜头。

背景技术

目前，监控定焦镜头广泛应用到人们的日常生活中，但是目前的安防监控、路况监控装置存在如下缺点：a.现有拍摄装置采用单一镜头匹配单一感光芯片的方式，对于单一感光芯片需要接收的光波波长比较宽，因此，导致整体画面清晰度不高,拍摄出来的效果不好。b.现有拍摄装置采用单一镜头匹配单一感光芯片的方式,在低照度环境中，部分光波的波长不能被利用,导致整体通光量下降，拍摄图像不清晰。

针对上述问题，现有技术中也有采用双光路光学镜头，利用分光棱镜将入射光线分为可见光和红外光两条光路，并对应的给每条光路设置对应的感光芯片，从而使镜头具有超大光圈，提升镜头在低照度环境下的使用效果。但是，该技术方案存在以下问题：

(1)后截距偏短，无法实现分光成像；

(2)靶面较小，感光性能差；

(3)大靶面、大光圈和超长后截距难以同时满足。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种成像系统及具有该系统的光学镜头，该成像系统在像面更大的前提下，同时满足大光圈、高分辨率的要求。

一种成像系统，所述成像系统由物侧至像侧依次包括第一透镜组、第二透镜组以及成像装置，其中：

所述第一透镜组包括沿物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜、负光焦度的弯月透镜、负光焦度透镜子组和正光焦度透镜子组；

所述第二透镜组包括沿物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的双凹透镜、具有正光焦度的第一双凸透镜、具有正光焦度的第二双凸透镜和具有正光焦度的第三透镜；

所述成像装置包括分光装置，所述分光装置设置于所述第二透镜组的像侧，用于将所述第二透镜组的出射光分割并投射至不同的成像面。

在其中一个实施例中，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间设置有孔径光阑。

在其中一个实施例中，所述第二透镜组的焦距f₂与所述成像系统的焦距f'之间满足关系：0.76≤f₂/f'≤1。

在其中一个实施例中，所述成像系统的光学总长TTL、后截距BFL以及焦距f'之间满足关系：0.8≤TTL/(BFL*f')≤1。

在其中一个实施例中，所述负光焦度透镜子组包括胶合连接的两个具有负光焦度的弯月形透镜；及/或，所述正光焦度透镜子组包括相互胶合连接的双凸形透镜和双凹形透镜；及/或，所述第二透镜、所述双凹透镜以及所述第一双凸透镜胶合连接。

在其中一个实施例中，所述负光焦度透镜子组中靠近物侧的弯月形透镜的阿贝数Vd3≥63，及/或，所述第二透镜的阿贝数Vd5≥63。

在其中一个实施例中，所述弯月形透镜的阿贝数Vd3为68.62，折射率Nd3为1.593；及/或，所述第二透镜的阿贝数Vd5为68.62，折射率Nd5为1.593。

在其中一个实施例中，所述第一透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为平面；及/或，所述弯月透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；及/或，所述第二透镜朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；及/或，所述第三透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为平面。

在其中一个实施例中，所述分光装置包括至少两个相互贴合的棱镜，所述棱镜相邻的表面之间设置有具有分光功能的物质或膜层以形成分光面。

在其中一个实施例中，所述分光装置的入射面与所述分光面之间的夹角为α＝40±10°。

本发明还提供一种光学镜头，所述光学镜头包括前述的成像系统。

在光学系统中，大靶面意味着与靶面相关的彗差、象散、场曲、倍率色差等都相对较大，对系统校正能量要求高；而大光圈意味着与孔径有关的球差、位置色差、彗差等相对较大，校正难度更高；在校正相差的时候要同时增大后截距，以实现分光成像，相当于在前述两个限制因素的基础上进一步增加了附加限制因素，实现难度较高。相比于现有技术中光学系统，本发明中的成像系统通过第一透镜组、第二透镜组实现了光焦度的合理分配，使得该成像系统能够实现大倍率、大光圈、高分辨率的分光成像。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的成像系统图；

图2为本发明成像系统可见光MTF图；

图3为本发明成像系统红外光MTF图。

附图标记说明

1、第一透镜；2、弯月透镜；3、负光焦度透镜子组；30/31、弯月形透镜；4、正光焦度透镜子组；40、双凸形透镜；41、双凹形透镜；5、第二透镜；6、双凹透镜；7、第一双凸透镜；8、第二双凸透镜；9、第三透镜；10、成像装置；100/102、像面；101、分光装置；11、孔径光阑；a/b、出射面。

具体实施方式

如图1至图3中所示，根据本发明一种实施方式的成像系统，由物侧至像侧，该成像系统依次包括第一透镜组I、第二透镜组II以及成像装置10，第一透镜组I和第二透镜组II之间还设置有孔径光阑11。其中：

第一透镜组I包括沿物侧至像侧依次设置的第一透镜1、弯月透镜2、负光焦度透镜子组3和正光焦度透镜子组4。第一透镜1具有正光焦度，其折射率Nd1为2.001，阿贝数Vd1为29.13，其朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为平面，其能够较为明显的校正畸变；弯月透镜2具有负光焦度，其朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面，该设置有利于增大接受光线的范围，增大视角；负光焦度透镜子组3包括胶合连接的两个具有负光焦度的弯月形透镜30和31，正光焦度透镜子组4包括胶合连接的双凸形透镜40和双凹形透镜41，负光焦度透镜子组3和正光焦度透镜子组4能够把大视场角度的光线收敛，并能够起到校正色差、场曲、彗差、象散等效果。应当说明的是，透镜之间采用胶合连接形式可以简化装配过程，但胶合连接形式并未唯一的方式，在一些实施方式中，透镜之间也可以仅贴合，或者贴合后配合其他连接形式相互固定。

负光焦度透镜子组3中，靠近物侧的弯月形透镜30的阿贝数Vd3≥63，第二透镜5的阿贝数Vd5≥63。在一个实施方式中，弯月形透镜30的阿贝数Vd3为68.62，折射率Nd3为1.593；第二透镜5的阿贝数Vd5为68.62，折射率Nd5为1.593。

第二透镜组II包括沿物侧至像侧依次设置的第二透镜5、双凹透镜6、第一双凸透镜7、第二双凸透镜8和第三透镜9，其中，第二透镜5具有正光焦度，其朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；双凹透镜6具有负光焦度；第一双凸透镜7和第二双凸透镜8均具有正光焦度；第三透镜9也具有正光焦度，并且，其朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为平面。

第二透镜5、双凹透镜6以及第一双凸透镜7胶合连接，三个胶合的透镜共同起到校正光学系统色差、场曲、彗差、象散等作用；第二双凸透镜8和第三透镜9则起到校正光学系统的球差、色差、彗差、象散和畸变的效果。将两个或多个透镜胶合连接并组合使用，可以较好的校正色差，同时降低生产和组装难度。

成像装置10包括分光装置101和与分光装置101的每个出射面a、b对应的像面100和102。在一些实施方式中，分光装置101包括至少两个棱镜，并且，棱镜上与其他棱镜相邻的面上设置有具有分光功能的物质或者膜层，以形成分光面103，来自于物侧的入射光线在该分光面103分成波长不同的两个或多个光路，自出射面a、b射出，并进入对应的像面100或102内分光成像。

物侧的光线射入分光装置101的入射面104与分光面103之间的夹角为α＝40±10°。自分光装置101出射的光线垂直于出射面a和b，如此可以使出射的光路的像差一致，并更好的校正像差，以避免最终成像的品质受影响。

第二透镜组II的焦距f₂与所述成像系统的焦距f'之间的关系满足：0.76≤f₂/f'≤1，成像系统的光学总长TTL、后截距BFL以及焦距f'之间满足：0.8≤TTL/(BFL*f')≤1。本发明的成像系统的光学技术指标为：光学总长TTL≤113.8mm，焦距f'：30mm，视场角：33.3°，光学畸变：-2.65％，FNO：F1.2，像面(100,102)尺寸：1.1”(≧Φ17.6mm)。

在一种实施方式中，第一透镜组I和第二透镜组II内透镜的曲率半径R、中心厚度Tc、折射率Nd和阿贝数Vd满足下表所列条件：

表1

需要说明的是，表1中的镜面序号是图1所示的镜头结构示意图中，由物侧至像侧的透镜的面号，若两个透镜镜面完全贴合，则贴合面只取一个镜面序号。

光学传递函数是用来评价一个该成像系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对各种像差(如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等)进行了很好的校正。图2和图3所示为本发明的成像系统的可见光波段的光学传递函数(MTF)曲线图，图3为成像系统在850nm红外光部分的光学传递函数(MTF)曲线图。由两个曲线图可以看出：成像系统在可见光部分的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高Y’＝8.8mm)MTF平均值达到0.6以上；而在850nm红外光部分的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高Y’＝8.8mm)MTF平均值达到0.55以上。因此，本发明的成像系统能够达到很高的分辨率，满足1.1英寸700万像素摄像机的成像要求。

此外，本发明还提供一种光学镜头，其具有上述任意一个实施例的成像系统。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种成像系统，其特征在于，所述成像系统由物侧至像侧依次包括第一透镜组(I)、第二透镜组(II)以及成像装置(10)，其中：

所述第一透镜组(I)包括沿物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜(1)、负光焦度的弯月透镜(2)、负光焦度透镜子组(3)和正光焦度透镜子组(4)；

所述第二透镜组(II)包括沿物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第二透镜(5)、具有负光焦度的双凹透镜(6)、具有正光焦度的第一双凸透镜(7)、具有正光焦度的第二双凸透镜(8)和具有正光焦度的第三透镜(9)；

所述成像装置(10)包括分光装置(101)，所述分光装置(101)设置于所述第二透镜组(II)的像侧，用于将所述第二透镜组(II)的出射光分割并投射至不同的成像面；及，

所述第二透镜组(II)的焦距f₂与所述成像系统的焦距f'之间满足关系：0.76≤f₂/f'≤1。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第一透镜组(I)与所述第二透镜组(II)之间设置有孔径光阑(11)。

3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像系统的光学总长TTL、后截距BFL以及焦距f'之间满足关系：0.8≤TTL/(BFL*f')≤1。

4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述负光焦度透镜子组(3)包括胶合连接的两个具有负光焦度的弯月形透镜(30，31)。

5.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述正光焦度透镜子组(4)包括相互胶合连接的双凸形透镜(40)和双凹形透镜(41)。

6.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第二透镜(5)、所述双凹透镜(6)以及所述第一双凸透镜(7)胶合连接。

7.根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于，所述负光焦度透镜子组(3)中靠近物侧的弯月形透镜(30)的阿贝数Vd3≥63，所述第二透镜(5)的阿贝数Vd5≥63。

8.根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于，所述负光焦度透镜子组(3)中靠近物侧的所述弯月形透镜(30)的阿贝数Vd3为68.62，折射率Nd3为1.593。

9.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第二透镜(5)的阿贝数Vd5为68.62，折射率Nd5为1.593。

10.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述第一透镜(1)朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为平面。

11.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述弯月透镜(2)朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面，及，

所述第二透镜(5)朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面，及，

所述第三透镜(9)朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为平面。

12.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述分光装置(101)包括至少两个相互贴合的棱镜，所述棱镜相邻的表面之间设置有具有分光功能的物质以形成分光面(103)，及，

所述分光装置(101)的入射面(104)与所述分光面(103)之间的夹角为α＝40±10°。

13.一种光学镜头，其特征在于，所述光学镜头包括权利要求1-12中任意一项所述的成像系统。

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