CN110389431A - 一种大相对孔径4k一体机光学变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大相对孔径4K一体机光学变焦镜头，包括前固定组、变倍组、光栏、中继组以及补偿组；前固定组包括弯月负透镜L1和弯月正透镜L2密接的双胶合镜片、弯月正透镜L3，变倍组包括双凹负透镜L4、双凹负透镜L5和弯月正透镜L6密接的双胶合镜片；中继组包括双凸正透镜L7、双凹负透镜L8、双凸正透镜L9和双凹负透镜L10以及双凸正透镜L11三者密接的三胶合镜片、双凸正透镜L12和双凹负透镜L13密接的双胶合镜片；补偿组包括双凸正透镜L14、双凹负透镜L15和双凸正透镜L16密接的双胶合镜片。本发明镜头结构紧凑，能有效校正色差，具有较高的分辨率，满足4K像素高分辨率成像芯片的MTF需求。

Description

一种大相对孔径4K一体机光学变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种大相对孔径4K一体机光学变焦镜头。

背景技术

随着AI人脸识别技术的发展和成熟，现有的1080P镜头已经远不能满足AI人脸识别的要求，一方面由于分辨率提升到4K，现有镜头使用在4K摄像机上分辨率过低，不能满足人脸识别对像素的要求；另一方面，由于4K的成像芯片的像元小，芯片的感光能力有限，就要求镜头需要有大相对孔径，在照度有限的环境下图像得到足够的亮度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构紧凑，分辨率高的大相对孔径4K一体机光学变焦镜头。

本发明采用以下方案实现：一种大相对孔径4K一体机光学变焦镜头，所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的正光焦度的前固定组、负光焦度的变倍组、光栏、正光焦度的中继组以及正光焦度的补偿组；所述前固定组包括自前向后依次设置的弯月负透镜L1和弯月正透镜L2密接的双胶合镜片、弯月正透镜L3，所述变倍组包括自前向后依次设置的双凹负透镜L4、双凹负透镜L5和弯月正透镜L6密接的双胶合镜片；所述中继组包括自前向后依次设置的双凸正透镜L7、双凹负透镜L8、双凸正透镜L9和双凹负透镜L10以及双凸正透镜L11三者密接的三胶合镜片、双凸正透镜L12和双凹负透镜L13密接的双胶合镜片；所述补偿组包括自前向后依次设置的双凸正透镜L14、双凹负透镜L15和双凸正透镜L16密接的双胶合镜片。

进一步的，所述前固定组的组合焦距fa、变倍组的组合焦距为fb、中继组的组合焦距为fc以及补偿组的组合焦距fd满足如下关系式：-0.5<fb/fa<-0.25； 0.5<fd/fc<0.9。

进一步的，所述弯月正透镜L2与弯月正透镜L3之间的空气间隔为0.1mm；双凹负透镜L4和双凹负透镜L5之间的空气间隔为2.6mm；双凸正透镜L7和双凹负透镜L8之间的空气间隔为0.6mm；双凹负透镜L8和双凸正透镜L9之间的空气间隔为0.1mm；双凸正透镜L11和双凸正透镜L12之间的空气间隔为0.1mm；双凸正透镜L14和双凹负透镜L15之间的空气间隔为2.2mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明镜头通过合理分配4个组元的光焦度，克服了大相对孔径所带来的光学总长较长缺陷，减小了变倍组移动的行程；能有效校正色差，在校正大相对孔径带来的像差同时很好的校正场曲；具有较高的分辨率，满足4K像素高分辨率成像芯片的MTF需求；具有较高的相对照度，满足成像对整个像面范围亮度均匀性的要求；具有很低的主光线入射角，很好匹配了成像芯片的CRA。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明镜头的光学系统结构图；

图2是本发明镜头的MTF值曲线图；

图3是本发明镜头的相对照度曲线图；

图4是本发明镜头的主光线入射角曲线图。

具体实施方式

如图1~4所示，一种大相对孔径4K一体机光学变焦镜头，所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的正光焦度的前固定组、负光焦度的变倍组、光栏、正光焦度的中继组以及正光焦度的补偿组，前固定组承担一定的孔径，并一定的校正了长焦端的色差；中继组承担了较大的大相对孔径产生的像差；补偿组承担了较大的场曲等像差，变倍组和补偿组在变焦过程中移动，适用于AI人脸识别等场合；所述前固定组包括自前向后依次设置的弯月负透镜L1和弯月正透镜L2密接的双胶合镜片、弯月正透镜L3，所述变倍组包括自前向后依次设置的双凹负透镜L4、双凹负透镜L5和弯月正透镜L6密接的双胶合镜片；所述中继组包括自前向后依次设置的双凸正透镜L7、双凹负透镜L8、双凸正透镜L9和双凹负透镜L10以及双凸正透镜L11三者密接的三胶合镜片、双凸正透镜L12和双凹负透镜L13密接的双胶合镜片；所述补偿组包括自前向后依次设置的双凸正透镜L14、双凹负透镜L15和双凸正透镜L16密接的双胶合镜片。

在本实施例中，双凸正透镜L14为玻璃非球面镜片，玻璃材料为低熔点玻璃；将玻璃非球面镜片设置在补偿组，有利于校正场曲等像差。

该镜头通过合理分配4个组元的光焦度，克服了大相对孔径所带来的光学总长较长缺陷，减小了变倍组移动的行程；正光焦度的第9片镜片采用较低阿贝数的材料，正光焦度的第12片镜片采用较高阿贝数的材料，能有效校正色差； 在补偿组第一片设置低熔点的玻璃材料的非球面镜片，在校正大相对孔径带来的像差同时很好的校正场曲，且采用双凸镜片，非球面度小，有利于非球面的模压制造。

在本实施例中，所述前固定组的组合焦距fa、变倍组的组合焦距为fb、中继组的组合焦距为fc以及补偿组的组合焦距fd满足如下关系式：-0.5<fb/fa<-0.25； 0.5<fd/fc<0.9。

在本实施例中，双凸正透镜L16和像面IMA之间设置有平行平板P1；所述弯月正透镜L2与弯月正透镜L3之间的空气间隔为0.1mm；弯月正透镜L3和双凹负透镜L4之间的空气间隔为0.3~12.1mm；双凹负透镜L4和双凹负透镜L5之间的空气间隔为2.6mm，弯月正透镜L6和双凸正透镜L7之间的空气间隔为12.4~0.6mm；双凸正透镜L7和双凹负透镜L8之间的空气间隔为0.6mm；双凹负透镜L8和双凸正透镜L9之间的空气间隔为0.1mm；双凸正透镜L11和双凸正透镜L12之间的空气间隔为0.1mm，双凹负透镜L13和双凸正透镜L14之间的空气间隔为0.5~3.6mm；双凸正透镜L14和双凹负透镜L15之间的空气间隔为2.2mm，双凸正透镜L16与像面IMA之间的空气间隔为5~8.1mm。

本发明镜头中各个镜片的具体参数见下表：

在本实施例中，双凸正透镜L14的非球面面型方程如下：

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c为非球面近轴的曲率，c=1/R,R为曲率半径，c为曲率半径的倒数，k为圆锥系数，a1为非球面第2阶系数，a2为非球面第4阶系数，a3为非球面第6阶系数，a4为非球面第8阶系数，a5为非球面第10阶系数，a6为非球面第12阶系数，a7为非球面第14阶系数，a8为非球面第16阶系数，双凸正透镜L14非球面两面的非球面系数如下：

本发明镜头由上述镜片构成的光学系统达到以下光学指标：

（1）焦距：EFFL=10.4~28mm

（2）F数=1.6

（3）视场角：2w=50.4~17.4°

（4）成像圆直径大于Ф8.9mm

（5）相对照度大于51%

（6）主光线入射角小于6.3°

（7）工作光谱范围：435nm～850nm

（8）光学总长TTL≤53mm，光学后截距≥5mm

（9）该镜头适用于4K像素高分辨率CCD或CMOS摄像机。

本发明大相对孔径4K一体机光学变焦镜头的机械结构为常规结构，在此不做具体阐述，包括了主镜筒，所述前固定组和中继组固定安装在主镜筒内，主镜筒内设置有可前后移动的变倍组镜座和补偿组镜座，所述变倍组安装在变倍组镜座内，所述补偿组安装在补偿组镜座内。

由图2可以看出，该光学镜头具有较高的分辨率，满足4K像素高分辨率成像芯片的MTF需求；由图3可以看出，该光学镜头具有较高的相对照度，满足成像对整个像面范围亮度均匀性的要求；由图3可以看出，该光学镜头具有很低的主光线入射角，很好匹配了成像芯片的CRA。

本发明镜头的优点如下：

a)设置了正光焦度的补偿组镜组，很好的校正了二级光谱，使得镜头系统避免了色球差和倍率色差在长焦和短焦下反转，本发明的光学镜头系统色差在长焦和短焦下同向，通过玻璃材料的合理搭配，色差得到良好的校正；

b)通过合理分配四个组元的光焦度，在保持变倍比同时压缩了镜头的光学总长，使光学系统结构紧凑，有利于节省使用成本；

c)通过中继组的材料搭配，第9片双凸正透镜L9采用低阿贝数玻璃材料，第12片双凸正透镜L12采用高阿贝数玻璃材料，能很好校正长焦和短焦的色差，并且第9片双凸正透镜L9的玻璃厚度很小，从而避免了采用低阿贝数玻璃材料导致透过率低的现象；

d)将玻璃非球面镜片设置在补偿组，有利于校正场曲等像差；

e)前固定组镜组玻璃镜片口径大，采用了价格便宜的玻璃材料，降低了制造成本。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种大相对孔径4K一体机光学变焦镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的正光焦度的前固定组、负光焦度的变倍组、光栏、正光焦度的中继组以及正光焦度的补偿组；所述前固定组包括自前向后依次设置的弯月负透镜L1和弯月正透镜L2密接的双胶合镜片、弯月正透镜L3，所述变倍组包括自前向后依次设置的双凹负透镜L4、双凹负透镜L5和弯月正透镜L6密接的双胶合镜片；所述中继组包括自前向后依次设置的双凸正透镜L7、双凹负透镜L8、双凸正透镜L9和双凹负透镜L10以及双凸正透镜L11三者密接的三胶合镜片、双凸正透镜L12和双凹负透镜L13密接的双胶合镜片；所述补偿组包括自前向后依次设置的双凸正透镜L14、双凹负透镜L15和双凸正透镜L16密接的双胶合镜片。

2.根据权利要求1所述的大相对孔径4K一体机光学变焦镜头，其特征在于：所述前固定组的组合焦距fa、变倍组的组合焦距为fb、中继组的组合焦距为fc以及补偿组的组合焦距fd满足如下关系式：-0.5<fb/fa<-0.25； 0.5<fd/fc<0.9。

3.根据权利要求1所述的大相对孔径4K一体机光学变焦镜头，其特征在于：所述弯月正透镜L2与弯月正透镜L3之间的空气间隔为0.1mm；双凹负透镜L4和双凹负透镜L5之间的空气间隔为2.6mm；双凸正透镜L7和双凹负透镜L8之间的空气间隔为0.6mm；双凹负透镜L8和双凸正透镜L9之间的空气间隔为0.1mm；双凸正透镜L11和双凸正透镜L12之间的空气间隔为0.1mm；双凸正透镜L14和双凹负透镜L15之间的空气间隔为2.2mm。