CN111505814A - 一种高解像力摄像装置和高清变焦镜头 - Google Patents

一种高解像力摄像装置和高清变焦镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高解像力摄像装置和高清变焦镜头,涉及摄像技术领域。本发明包括高清变焦镜头;及图像拾取元件,被配置为接收由所述高清变焦镜头形成的图像;所述高清变焦镜头包括:从物侧到像侧依次设置:正光焦度的第一固定透镜群、负光焦度的变倍透镜群、光阑、正光焦度的第二固定透镜群、负光焦度的聚焦透镜群以及正光焦度的校正透镜群;变倍透镜群、聚焦透镜群和校正透镜群沿高清变焦镜头的光轴移动;高清变焦镜头满足以下条件式:FNOw≤1.6;3.5≤FNOt≤4.5;15≤fw/ft≤20;本发明增加了摄像装置的解像力,增加了高清变焦镜头成像画面的质量。

Description

一种高解像力摄像装置和高清变焦镜头
技术领域
本发明涉及摄像技术领域,尤其涉及一种高解像力摄像装置和高清变焦镜头。
背景技术
摄像机,防水数码摄像机,摄像机种类繁多,其工作的基本原理都是一样的:把光学图像信号转变为电信号,以便于存储或者传输。当我们拍摄一个物体时,此物体上反射的光被摄像机镜头收集,使其聚焦在摄像器件的受光面(例如摄像管的靶面)上,再通过摄像器件把光转变为电能,即得到了“视频信号”。光电信号很微弱,需通过预放电路进行放大,再经过各种电路进行处理和调整,最后得到的标准信号可以送到录像机等记录媒介上记录下来,或通过传播系统传播或送到监视器上显示出来。
目前,现有的摄像机在为适应大靶面的设计要求时,摄像机上的变焦镜头的畸变很难矫正,周边的色差也很难矫正,导致摄像机上的变焦镜头场曲很大,继而造成了摄像机的解像力较低;而大靶面的主要目的是实现更好的低照效果,但往往在保证摄像机解像力性能的情况下,摄像机的光圈难以设计得很大,继而导致了摄像机的通光量下降,继而导致了形成的成像画面质量较低。
发明内容
本发明将解决现有的技术问题,提供一种高解像力摄像装置和高清变焦镜头,增加了变焦镜头的解像力,增加了变焦镜头成像画面的质量。
本发明提供的技术方案如下:
一种高解像力摄像装置,包括:高清变焦镜头;及图像拾取元件,被配置为接收由所述高清变焦镜头形成的图像;所述高清变焦镜头从物侧到像侧依次设置:正光焦度的第一固定透镜群、负光焦度的变倍透镜群、光阑、正光焦度的第二固定透镜群、负光焦度的聚焦透镜群以及正光焦度的校正透镜群;所述变倍透镜群、聚焦透镜群和所述校正透镜群沿所述高清变焦镜头的光轴移动;所述高清变焦镜头满足以下条件式:FNOw≤1.6;3.5≤FNOt≤4.5;15≤ft/fw≤20;其中,FNOw为所述高清变焦镜头在广角状态下的相对孔径,FNOt为所述高清变焦镜头在望远状态下的相对孔径,fw为所述高清变焦镜头在广角状态下的焦距,ft所述高清变焦镜头在望远状态下的焦距。
优选地,所述高清变焦镜头满足以下条件式:ΔB1/TTL∈(0 .17,0 .28);其中,ΔB1为所述变倍透镜群在广角状态与望远状态的相对位移,TTL为所述高清变焦镜头的总长。
优选地,所述高清变焦镜头满足以下条件式:1.0°<ωt<3.0°;30°<ωw<35°;其中,ωt为以度为单位的高清变焦镜头在望远状态的半视场角,ωw为以度为单位的高清变焦镜头在广角状态的半视场角。
优选地,当所述高清变焦镜头从广角状态变换为望远状态时,所述第一固定透镜群与所述变倍透镜群之间的间距逐渐增大,所述校正透镜群的移动方向与所述变倍透镜群的移动方向相同,所述聚焦透镜群与所述第二固定透镜群之间的间距先增大后减小。
优选地,所述聚焦透镜群满足以下条件式:ΔB2/ΔB1∈(0.25,0.35);其中,ΔB2为所述高清变焦镜头从广角状态变换为望远状态时,所述聚焦透镜群的最大位移量。
优选地,所述校正透镜群满足以下条件式:ΔB3/ΔB1∈(0.4,0.6);其中,ΔB3为所述校正透镜群在广角状态与望远状态的相对位移。
优选地,所述高清变焦镜头满足以下条件式:0.4<LS-L1/TTL<0.6;其中,LS-L1为所述光阑至像面的间距。
优选地,所述第三固定透镜群至少包括一个非球面透镜,所述非球面透镜设置于所述第三固定透镜群内靠近像侧的一端。
优选地,所述第三固定透镜群至少包括一组胶合透镜。
本发明的目的之一还在于提供一种高清变焦镜头,从物侧到像侧依次设置:正光焦度的第一固定透镜群、负光焦度的变倍透镜群、光阑、正光焦度的第二固定透镜群、负光焦度的聚焦透镜群以及正光焦度的校正透镜群;所述变倍透镜群、聚焦透镜群和所述校正透镜群沿所述高清变焦镜头的光轴移动;所述高清变焦镜头满足以下条件式:FNOw≤1.6;3.5≤FNOt≤4.5;15≤ft/fw≤20;其中,FNOw为所述高清变焦镜头在广角状态下的相对孔径,FNOt为所述高清变焦镜头在望远状态下的相对孔径,fw为所述高清变焦镜头在广角状态下的焦距,ft所述高清变焦镜头在望远状态下的焦距。
与现有技术相比,本发明提供的一种高解像力摄像装置和高清变焦镜头具有以下有益效果:
1、通过光焦度分别为正负正负正的五群结构,增加了摄像机的清晰度;将摄像机在广角状态下的相对孔径限定在1.6以下,增大了摄像机在广角状态下的光圈大小,继而实现了摄像机大靶面的效果,增加了摄像机的解像力,增加了摄像机成像画面的质量;
2、通过限定校正透镜群与变倍透镜群的移动方向相同,方便了摄像机内变焦镜头结构的设计,减小了设计难度,同时,也减小了摄像机内变焦镜头的光学总长,实现了摄像机的小型化;
3、由于聚焦透镜群的移动量较小,因此其余透镜群的性能较为稳定,且摄像机的整体体积能够减小,实现了摄像机的小型化。
附图说明
下面将以明确易懂的方式,结合附图说明优选实施方式,对一种高解像力摄像装置和高清变焦镜头的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种高解像力摄像装置的结构示意图;
图2是本发明一种高解像力摄像装置望远状态的像差图;
图3是本发明一种高解像力摄像装置广角状态的像差图;
图4是本发明另一种高解像力摄像装置的结构示意图;
图5是本发明另一种高解像力摄像装置望远状态的像差图;
图6是本发明另一种高解像力摄像装置广角状态的像差图。
附图标号说明:G1、第一固定透镜群;G2、变倍透镜群;STP、光阑;G3、第二固定透镜群;G4、聚焦透镜群;G5、校正透镜群;G6、辅助组件。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图,并获得其他的实施方式。
为使图面简洁,各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分,它们并不代表其作为产品的实际结构。另外,以使图面简洁便于理解,在有些图中具有相同结构或功能的部件,仅示意性地绘示了其中的一个,或仅标出了其中的一个。在本文中,“一个”不仅表示“仅此一个”,也可以表示“多于一个”的情形。
实施例一:如图1所示,一种高解像力摄像装置,包括:
高清变焦镜头;
及图像拾取元件,被配置为接收由所述高清变焦镜头形成的图像;所述的图像拾取元件为CCD或CMOS,图像拾取元件能够设置在高清变焦镜头的像侧面IMG上。
高清变焦镜头从物侧到像侧依次设置:
正光焦度的第一固定透镜群G1、负光焦度的变倍透镜群G2、光阑STP、正光焦度的第二固定透镜群G3、负光焦度的聚焦透镜群G4以及正光焦度的校正透镜群G5。
变倍透镜群G2、聚焦透镜群G4和校正透镜群G5沿高清变焦镜头的光轴移动。
高清变焦镜头满足以下条件式:
FNOw≤1.6……(1);
3.5≤FNOt≤4.5……(2);
15≤ft/fw≤20……(3);
其中,FNOw为高清变焦镜头在广角状态下的相对孔径,FNOt为高清变焦镜头在望远状态下的相对孔径,fw为高清变焦镜头在广角状态下的焦距,ft高清变焦镜头在望远状态下的焦距。
本实施例中,通过光焦度分别为正负正负正的五群结构,增加了摄像机的清晰度;将摄像机在广角状态下的相对孔径限定在1.6以下,增大了摄像机在广角状态下的光圈大小,继而实现了摄像机大靶面的效果,增加了摄像机的解像力,增加了摄像机成像画面的质量。
同时,本实施例中,通过条件式(3)的设置,限定了摄像机在广角状态以及望远状态下焦距的比值,实现了摄像机倍率的实现。
通过条件式(2)的设置,增加了摄像机在望远状态下成像画面的质量,增加了摄像机的成像质量。
高清变焦镜头满足以下条件式:
ΔB1/TTL∈(0 .17,0 .28)……(4);
其中,ΔB1为变倍透镜群G2在广角状态与望远状态的相对位移,TTL为高清变焦镜头的总长。
本实施例中,变倍透镜群G2的移动范围较为适宜,摄像机的成像质量较高,性能较为稳定,变倍效果较好。
高清变焦镜头满足以下条件式:
1.0°<ωt<3.0°……(5);
30°<ωw<35°……(6);
其中,ωt为以度为单位的高清变焦镜头在望远状态的半视场角,ωw为以度为单位的高清变焦镜头在广角状态的半视场角。
通过条件式(5)(6)的限定,基本满足摄像机画面捕捉的要求,且在望远状态下能够获取更高质量的成像画面。
当摄像机从广角状态变换为望远状态时,第一固定透镜群G1与变倍透镜群G2之间的间距逐渐增大,校正透镜群G5的移动方向与变倍透镜群G2的移动方向相同,聚焦透镜群G4与所述第二固定透镜群G3之间的间距先增大后减小。
通过限定校正透镜群G5与变倍透镜群G2的移动方向相同,方便了高清变焦镜头结构的设计,减小了设计难度,同时,也减小了高清变焦镜头的光学总长,实现了摄像机的小型化。
聚焦透镜群G4与所述第二固定透镜群G3之间的间距先增大后减小,能够更好得对成像质量进行校正,成像的色差和球面像差性能较好。
聚焦透镜群G4满足以下条件式:
ΔB2/ΔB1∈(0.25,0.35);
其中,ΔB2为摄像机从广角状态变换为望远状态时,所述聚焦透镜群G4的最大位移量。
由于聚焦透镜群G4的移动量较小,因此其余透镜群的性能较为稳定,且摄像机的整体体积能够减小,实现了摄像机的小型化。
校正透镜群G5满足以下条件式:
ΔB3/ΔB1∈(0.4,0.6);
其中,ΔB3为校正透镜群G5在广角状态与望远状态的相对位移。
通过增大校正透镜群G5的移动量,进一步增加了校正透镜群G5对成像质量的校正能力,增加了摄像机的成像画面的质量,成像的色差和球面像差性能较好。
高清变焦镜头满足以下条件式:
0.4<LS-L1/TTL<0.6;
其中,LS-L1为所述光阑至像面的间距。
通过光阑位置的限定,减小了变倍透镜群G2和聚焦透镜群G4移动范围过大的可能,继而减小了摄像机体积过大的可能,实现了摄像机的小型化。
第三固定透镜群至少包括一个非球面透镜,非球面透镜设置于第三固定透镜群内靠近像侧的一端;本实施例中,通过非球面透镜的选用,成像的色差和球面像差性能较好;同时,将非球面透镜设置于最靠近像侧的位置,进一步增加了非球面透镜对成像画面的校正能力,成像的色差和球面像差性能较好。
第三固定透镜群至少包括一组胶合透镜;通过胶合透镜的设置,有利于实现摄像机小型化,同时,也能够使成像的色差及球面像差的校正变得容易。
实施例二:如图1所示,一种高解像力摄像装置,包括高清变焦镜头;
及图像拾取元件,被配置为接收由所述高清变焦镜头形成的图像;
所述高清变焦镜头从物面侧到像面侧依次包括:
正光焦度的第一固定透镜群G1、负光焦度的变倍透镜群G2、光阑STP、正光焦度的第二固定透镜群G3、负光焦度的聚焦透镜群G4、正光焦度的校正透镜群G5以及辅助组件G6。
第一固定透镜群G1包括:具有负光焦度的第一透镜L1,具有正光焦度的第二透镜L2,具有正光焦度的第三透镜L3和具有正光焦度的第四透镜L4;第一透镜L1和第二透镜L2胶合。
变倍透镜群G2包括:具有负光焦度的第五透镜L5,具有负光焦度的第六透镜L6,具有正光焦度的第七透镜L7和具有负光焦度的第八透镜L8。
第二固定透镜群G3包括:具有正光焦度的第九透镜L9,具有正光焦度的第十透镜L10,具有负光焦度的第十一透镜L11,具有正光焦度的第十二透镜L12;第十一透镜L11和第十二透镜L12胶合。
聚焦透镜群G4为负光焦度的第十三透镜L13。
第三固定透镜群包括:具有负光焦度的第十四透镜L14,具有正光焦度的第十五透镜L15,具有负光焦度的第十六透镜L16,具有正光焦度的第十七透镜L17和具有正光焦度的第十八透镜L18;第十四透镜L14和第十五透镜L15胶合,第十六透镜L16和第十七透镜L17胶合。
辅助组件G6为保护玻璃L19。
将本实施例的高清变焦镜头的基本透镜数据示于表1中,将表1中的可变参数示于表2,将非球面系数示于表3中。
在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号;在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型;在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径,曲率半径为正时表明表面向物侧方向弯曲,曲率半径为负时表明表面向像侧方向弯曲;在中心厚度栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔;在折射率栏示出了某一透镜的折射率;在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
在表2中,WIDE栏表示高清变焦镜头处于广角端状态时,各个可变参数的具体数值,TELE栏表示高清变焦镜头处于望远端状态时,各个可变参数的具体数值。
在表3中,K为圆锥系数,e为科学计数号,例如e-005表示10-5。
【表1】
Figure 600733DEST_PATH_IMAGE001
【表2】
Figure 764998DEST_PATH_IMAGE002
【表3】
Figure 475465DEST_PATH_IMAGE003
本实施例中,高清变焦镜头的焦距f=10~180mm,即fw=10mm,ft=180mm,ft/fw=18;FNO=1.4~4.0,即FNOw=1.4,FNOt=4.0,广角端半视场角ωW=33.5°,望远端半视场角ωt=2.0°,TTL=150mm。
ΔB1=35.15mm,ΔB1/TTL=0.234;ΔB2=10.84mm,ΔB2/ΔB1=0.308;ΔB3=17.72mm,ΔB3/ΔB1=0.504。
LS-L1=77.9mm,LS-L1/TTL=0.519。
如图2和图3所示,本实施例对RGB三色的倍率色差和慧差进行了较好的修正,使得成像画面不会有明显的紫边红边或画面发蒙发糊的现象,满足了超高像质的要求。
实施例三:如图4所示,一种高解像力摄像装置,包括高清变焦镜头;
及图像拾取元件,被配置为接收由所述高清变焦镜头形成的图像;
高清变焦镜头从物面侧到像面侧依次包括:
正光焦度的第一固定透镜群G1、负光焦度的变倍透镜群G2、光阑STP、正光焦度的第二固定透镜群G3、负光焦度的聚焦透镜群G4、正光焦度的校正透镜群G5以及辅助组件G6。
第一固定透镜群G1包括:具有负光焦度的第一透镜L1,具有正光焦度的第二透镜L2,具有正光焦度的第三透镜L3和具有正光焦度的第四透镜L4;第一透镜L1和第二透镜L2胶合。
变倍透镜群G2包括:具有负光焦度的第五透镜L5,具有负光焦度的第六透镜L6,具有正光焦度的第七透镜L7和具有负光焦度的第八透镜L8。
第二固定透镜群G3包括:具有正光焦度的第九透镜L9,具有负光焦度的第十透镜L10,具有正光焦度的第十一透镜L11,具有负光焦度的第十二透镜L12和正光焦度的第十三透镜L13;第十透镜L10和第十一透镜L11胶合,第十二透镜L12和第十三透镜L13胶合。
聚焦透镜群G4为具有负光焦度的第十四透镜L14。
第三固定透镜群包括:具有负光焦度的第十五透镜L15,具有正光焦度的第十六透镜L16,具有负光焦度的第十七透镜L17、具有正光焦度的第十八透镜L18和具有正光焦度的第十九透镜;第十五透镜L15和第十六透镜L16胶合,第十七透镜L17和第十八透镜L18胶合。
辅助组件G6为保护玻璃L20。
将本实施例的高清变焦镜头的基本透镜数据示于表4中,将表4中的可变参数示于表5,将非球面系数示于表6中。
在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号;在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型;在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径,曲率半径为正时表明表面向物侧方向弯曲,曲率半径为负时表明表面向像侧方向弯曲;在中心厚度栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔;在折射率栏示出了某一透镜的折射率;在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
在表5中,WIDE栏表示高清变焦镜头处于广角端状态时,各个可变参数的具体数值,TELE栏表示高清变焦镜头处于望远端状态时,各个可变参数的具体数值。
在表6中,K为圆锥系数,e为科学计数号,例如e-005表示10-5。
【表4】
Figure 219430DEST_PATH_IMAGE004
【表5】
Figure 597322DEST_PATH_IMAGE005
【表6】
Figure 401330DEST_PATH_IMAGE006
本实施例中,高清变焦镜头的焦距f=8~150 mm,即fw=8mm,ft=150mm,ft/fw=18.75;FNO=1.4~4.0,即FNOw=1.4,FNOt=4.0,广角端半视场角ωW=33.5°,望远端半视场角ωt=1.95°,TTL=121.4mm。
ΔB1=30.02mm,ΔB1/TTL=0.247;ΔB2=8.86mm,ΔB2/ΔB1=0.295;ΔB3=14.7mm,ΔB3/ΔB1=0.49。
LS-L1=60.3mm,LS-L1/TTL=0.497。
如图5和图6所示,本实施例对RGB三色的倍率色差和慧差进行了较好的修正,使得成像画面不会有明显的紫边红边或画面发蒙发糊的现象,满足了超高像质的要求。
实施例四:如图1所示,一种高清变焦镜头,从物侧到像侧依次设置:
正光焦度的第一固定透镜群G1、负光焦度的变倍透镜群G2、光阑STP、正光焦度的第二固定透镜群G3、负光焦度的聚焦透镜群G4以及正光焦度的校正透镜群G5。
变倍透镜群G2、聚焦透镜群G4和校正透镜群G5沿高清变焦镜头的光轴移动。
所述高清变焦镜头满足以下条件式:
FNOw≤1.6……(1);
3.5≤FNOt≤4.5……(2);
15≤ft/fw≤20……(3);
其中,FNOw为高清变焦镜头在广角状态下的相对孔径,FNOt为高清变焦镜头在望远状态下的相对孔径,fw为高清变焦镜头在广角状态下的焦距,ft高清变焦镜头在望远状态下的焦距。
应当说明的是,上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高解像力摄像装置,其特征在于,包括:
高清变焦镜头;
及图像拾取元件,被配置为接收由所述高清变焦镜头形成的图像;
所述高清变焦镜头从物侧到像侧依次设置:
正光焦度的第一固定透镜群、负光焦度的变倍透镜群、光阑、正光焦度的第二固定透镜群、负光焦度的聚焦透镜群以及正光焦度的校正透镜群;
所述变倍透镜群、聚焦透镜群和所述校正透镜群沿所述高清变焦镜头的光轴移动;
所述高清变焦镜头满足以下条件式:
FNOw≤1.6;
3.5≤FNOt≤4.5;
15≤ft/fw≤20;
其中,FNOw为所述高清变焦镜头在广角状态下的相对孔径,FNOt为所述高清变焦镜头在望远状态下的相对孔径,fw为所述高清变焦镜头在广角状态下的焦距,ft所述高清变焦镜头在望远状态下的焦距。
2.根据权利要求1所述的一种高解像力摄像装置,其特征在于:
所述高清变焦镜头满足以下条件式:
ΔB1/TTL∈(0 .17,0 .28);
其中,ΔB1为所述变倍透镜群在广角状态与望远状态的相对位移,TTL为所述高清变焦镜头的总长。
3.根据权利要求1所述的一种高解像力摄像装置,其特征在于:
所述高清变焦镜头满足以下条件式:
1.0°<ωt<3.0°;
30°<ωw<35°;
其中,ωt为以度为单位的高清变焦镜头在望远状态的半视场角,ωw为以度为单位的高清变焦镜头在广角状态的半视场角。
4.根据权利要求1所述的一种高解像力摄像装置,其特征在于:
当所述高清变焦镜头从广角状态变换为望远状态时,所述第一固定透镜群与所述变倍透镜群之间的间距逐渐增大,所述校正透镜群的移动方向与所述变倍透镜群的移动方向相同,所述聚焦透镜群与所述第二固定透镜群之间的间距先增大后减小。
5.根据权利要求2所述的一种高解像力摄像装置,其特征在于:
所述聚焦透镜群满足以下条件式:
ΔB2/ΔB1∈(0.25,0.35);
其中,ΔB2为所述高清变焦镜头从广角状态变换为望远状态时,所述聚焦透镜群的最大位移量。
6.根据权利要求2所述的一种高解像力摄像装置,其特征在于:
所述校正透镜群满足以下条件式:
ΔB3/ΔB1∈(0.4,0.6);
其中,ΔB3为所述校正透镜群在广角状态与望远状态的相对位移。
7.根据权利要求2所述的一种高解像力摄像装置,其特征在于:
所述高清变焦镜头满足以下条件式:
0.4<LS-L1/TTL<0.6;
其中,LS-L1为所述光阑至像面的间距。
8.根据权利要求1所述的一种高解像力摄像装置,其特征在于:
所述第三固定透镜群至少包括一个非球面透镜,所述非球面透镜设置于所述第三固定透镜群内靠近像侧的一端。
9.根据权利要求1所述的一种高解像力摄像装置,其特征在于:
所述第三固定透镜群至少包括一组胶合透镜。
10.一种高清变焦镜头,其特征在于:
从物侧到像侧依次设置:
正光焦度的第一固定透镜群、负光焦度的变倍透镜群、光阑、正光焦度的第二固定透镜群、负光焦度的聚焦透镜群以及正光焦度的校正透镜群;
所述变倍透镜群、聚焦透镜群和所述校正透镜群沿所述高清变焦镜头的光轴移动;
所述高清变焦镜头满足以下条件式:
FNOw≤1.6;
3.5≤FNOt≤4.5;
15≤ft/fw≤20;
其中,FNOw为所述高清变焦镜头在广角状态下的相对孔径,FNOt为所述高清变焦镜头在望远状态下的相对孔径,fw为所述高清变焦镜头在广角状态下的焦距,ft所述高清变焦镜头在望远状态下的焦距。
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