CN111679414A - 超广角无热化日夜两用镜头及其工作方法 - Google Patents

超广角无热化日夜两用镜头及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超广角无热化日夜两用镜头及其工作方法，包括沿光线自左向右入射方向依次设置的前组A、光阑C、后组B、平行平板、IMA像面，所述前组A包括依次设置的第一弯月负透镜、第二弯月正透镜，后组B包括依次设置的第一双凸正透镜、第二双凸正透镜、第三弯月负透镜，所述的前组A第二弯月正透镜、后组B第二双凸正透镜和第三弯月负透镜为塑料非球面镜；本发明还涉及一种超广角无热化日夜两用镜头的工作方法。本发明结构简合理，体积小，超广角、无热化、日夜两用，分辨率高。

Description

超广角无热化日夜两用镜头及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种超广角无热化日夜两用镜头及其工作方法。
背景技术：
近几年来，随着摄像镜头的应用范围越来越广泛，人们对家居镜头的像素和视场角及日夜两用要求越来越高；但是现有的镜头普遍存在这样的缺点：视场角小，像素和日夜两用效果不佳，需要多装一个甚至几个镜片才能达到无热化及日夜两用的效果；孔径小，在低照度下无法满足CCD芯片的最低成像照度要求而无法清晰成像、外形尺寸较大，占用空间较多。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种超广角无热化日夜两用镜头及其工作方法，该超广角无热化日夜两用镜头结构合理、体积小，同时可实现超广角、无热化、日夜两用、大孔径、分辨率高。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种超广角无热化日夜两用镜头，包括沿光线自左向右入射方向依次设置的前组A、光阑C、后组B、平行平板、IMA 像面，所述前组A包括依次设置的第一弯月负透镜、第二弯月正透镜，后 组B包括依次设置的第一双凸正透镜、第二双凸正透镜、第三弯月负透镜，所述的前组A第二弯月正透镜、后 组B第二双凸正透镜和第三弯月负透镜为塑料非球面镜。
进一步的，光阑位于前组A和后组B之间。
进一步的，所述前组A第一弯月负透镜和前组A第二弯月正透镜之间的空气间隔为1.5mm-3.0 mm，前组A第二弯月正透镜和后 组B第一双凸正透镜之间的空气间隔为0.5mm-1.0mm，后 组B第一双凸正透镜和后 组B第二双凸正透镜之间的空气间隔为0.3mm-0.45mm，后 组B第二双凸正透镜与后 组B第三弯月负透镜之间的空气间隔为0.0mm-0.01mm。
进一步的，将光学系统的总焦距设定为f，沿光线入射方向将前组A第一弯月负透镜 、前组A第二弯月正透镜、后 组B第一双凸正透镜、后 组B第二双凸正透镜、后 组B第三弯月负透镜焦距依次设置为f1、f2、f3、f4、f5，各镜片焦距关系如下：-2.0<f1/f<-1、17.5<f2/f<21、1.5<f3/f<3、12<f4/f<20、-3.0<f5/f<-1.0。
本发明提供的另一种技术方案是，一种超广角无热化日夜两用镜头的工作方法，当光线入射时，光路顺序进入前组A、光阑C、后组B、平行平板，最后在IMA 像面进行成像，当光线经过前组A时，前组A的第一片镜片能对光线的入射角进行收敛，当光线经过其余镜片时，能进行像差平衡；第4片第二弯双凸正透镜采用低折射率和高阿贝数的塑料，结合第5片第三弯月负透镜非球面负透镜采用高折射率和低阿贝数的塑料，很好的校正了二级光谱和球差，使得镜头系统通过材料的合理搭配，色差得到良好的校正。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：镜头结构简单、体积小，可同时实现超广角、无热化、日夜两用、分辨率高。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明：
图1为本发明实施例光学系统的结构示意图；
图2为本发明实施例20°环境可见光MTF值示意图；
图3为本发明实施例-30°环境可见光MTF值示意图；
图4为本发明实施例70°环境可见光MTF值示意图；
图5为本发明实施例可见光离焦MTF值示意图；
图6为本发明实施例红外离焦MTF值示意图；
图中：100-前组A；110-第一弯月负透镜；120-第二弯月正透镜；200-后组B；210-第一双凸正透镜；220-第二双凸正透镜；230-第四弯月负透镜；300-光阑；400-平行平板；500-IMA像面。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1所示，一种超广角无热化日夜两用镜头，包括沿光线自左向右入射方向依次设置的前组A100、光阑C300、后组B200、平行平板400、IMA 像面500，所述前组A100包括依次设置的第一弯月负透镜110 、第二弯月正透镜120，后 组 B 200包括依次设置的第一双凸正透镜210、第二双凸正透镜220、第三弯月负透镜230；光阑300位于前组100与后组200之间。
所述前组A第一弯月负透镜110和前组A第二弯月正透镜120之间的空气间隔为1.5mm-3.0 mm，前组A第二弯月正透镜120和后 组B第一双凸正透镜210之间的空气间隔为0.5mm-1.0mm，后 组B第一双凸正透镜210和后 组B第二双凸正透镜220之间的空气间隔为0.3mm-0.45mm，后 组B第二双凸正透镜220与后 组B第三弯月负透镜230之间的空气间隔为0.0mm-0.01mm。
进一步的，将光学系统的总焦距设定为f，沿光线入射方向将前组A第一弯月负透镜110 、前组A第二弯月正透镜120、后 组B第一双凸正透镜210、后 组B第二双凸正透镜220、后 组B第三弯月负透镜230焦距依次设置为f1、f2、f3、f4、f5，各镜片焦距关系如下：-2.0<f1/f<-1、17.5<f2/f<21、1.5<f3/f<3、12<f4/f<20、-3.0<f5/f<-1.0。
表1、具体镜片参数如下表
表面序号 R值 厚度 玻璃材质
2 1.2478867018228400E+01 1.5022755312340000E+00 H-LAK53A
3 2.1800171086377600E+00 2.2511790914700000E+00
4 -3.4194321090338600E+00 1.2602450832380000E+00 EP8000
5（STO） -3.5363386480980500E+00 7.6648435672719900E-01
6 2.3103293540007400E+01 2.5471979888100000E+00 FCD515
7 -3.7513964094155800E+00 3.7912983144000000E-01
8 7.0982051504331700E+00 2.3793358295020000E+00 ZEONEX_T62R
9 -2.2019702906662400E+00 6.9700376811630000E-01 EP8000
10 -9.3800824722641700E+00 1.0000000000000000E+00
14 无限 0.7 BK7
15 无限 2.1695890092770000E+00
在本实施例中，非球面的面型方程如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
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，3非球面镜片的非球面系数如下：
面号 4面 5面 8面
R -3.4194321090338600E+00 -3.5363386480980500E+00 7.0982051504331700E+00
K 2.5966666143480000E+00 -2.753927715298000E+00 9.6844447934030000E-01
a1
a2 5.80278511362300E-03 -5.50511729246100E-03 1.84041444278700E-03
a3 -6.57885148287700E-03 3.08513637573000E-03 -1.05745924952700E-03
a4 1.46974722860300E-02 -3.78870413621600E-03 6.07572047639600E-04
a5 -1.23739105837200E-02 8.16035301920100E-03 -1.73729990705400E-04
a6 6.60588154516700E-03 -1.24339424726100E-02 2.05549400731500E-05
a7 -2.10252083405600E-03 9.46181473811800E-03 -5.87929578073100E-08
a8 3.20585510871000E-04 -2.70231195326600E-03 -1.15666311982000E-07
面号 9面 10面
R -2.2019702906662400E+00 -9.3800824722641700E+00
K -4.337921940931000E-01 3.0576115093220000E-01
a1
a2 -4.70247184605300E-03 1.57325392480200E-03
a3 2.69734892593900E-03 7.67414395211900E-04
a4 6.45790516968000E-04 -1.03637211707700E-04
a5 -3.57111927682200E-04 1.32284707544600E-05
a6 1.24822514230900E-04 1.18881279585300E-06
a7 -2.42113748304200E-05 -7.30151357029900E-07
a8 1.78037965675000E-06 6.35661095381400E-08
本实施例中，此光学系统实现的技术指标如下：（1）焦距：EFFL=2.4mm ；（2）F 数=2.2；（3）视场角：2w≥180（4）成像圆直径大于Ф6.6；（5）工作光谱范围：430nm～850nm；（6）光学总长 TTL≤16m，光学后截距≥3.6（7）F-Theta畸变=-100%；（8）该镜头适用于 400 万像素高分辨率CCD 或CMOS 摄像机。
一种超广角无热化日夜两用镜头的工作方法，包括前述构造：当光线入射时，光路顺序进入前组A100、光阑C300、后组B200、平行平板400，最后在IMA 像面500进行成像，当光线经过前组A100时，当光线经过前组A110时，前组A110的第一片镜片110能对光线的入射角进行收敛，当光线经过其余镜片时，能进行像差平衡；第4片第二弯双凸正透镜220采用低折射率和高阿贝数的玻璃，结合第5片第三弯月负透镜非球面负透镜230采用高折射率和低阿贝数的塑料，很好的校正了二级光谱和球差，使得镜头系统通过材料的合理搭配，色差得到良好的校正。通过合理分配5片镜片的光焦度，在保持小畸变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。
上述操作流程及软硬件配置，仅作为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种超广角无热化日夜两用镜头，其特征在于：包括沿光线自左向右入射方向依次设置的前组A、光阑C、后组B、平行平板、IMA 像面，所述前组A包括依次设置的第一弯月负透镜、第二弯月正透镜，后 组B包括依次设置的第一双凸正透镜、第二弯双凸正透镜、第三弯月负透镜，所述的前组A第二弯月正透镜、后 组B第二弯双凸正透镜和第三弯月负透镜为塑料非球面镜。
2.根据权利要求1所述的超广角无热化日夜两用镜头，其特征在于：光阑位于前组A与后组B之间。
3.根据权利要求2所述的超广角无热化日夜两用镜头，其特征在于：所述前组A第一弯月负透镜和前组A第二弯月正透镜之间的空气间隔为1.5mm-3.0 mm，前组A第二弯月正透镜和后 组B第一双凸正透镜之间的空气间隔为0.5mm-1.0mm，后 组B第一双凸正透镜和后 组B第二双凸正透镜之间的空气间隔为0.3mm-0.45mm，后 组B第二双凸正透镜与后 组B第三弯月负透镜之间的空气间隔为0.0mm-0.01mm。
4.根据权利要求3所述的超广角无热化日夜两用镜头，其特征在于：将光学系统的总焦距设定为f，沿光线入射方向将前组A第一弯月负透镜 、前组A第二弯月正透镜、后 组B第一双凸正透镜、后 组B第二双凸正透镜、后 组B第三弯月负透镜焦距依次设置为f1、f2、f3、f4、f5，各镜片焦距关系如下：-2.0<f1/f<-1、17.5<f2/f<21、1.5<f3/f<3、12<f4/f<20、-3.0<f5/f<-1.0。
5.根据权利要求1、2或3所述的超广角无热化日夜两用镜头，其特征在于：此镜头实现的技术指标如下：（1）焦距：EFFL=2.4mm ；（2）F 数=2.2；（3）视场角：2w≥180（4）成像圆直径大于Ф6.6；（5）工作光谱范围：430nm～850nm；（6）光学总长 TTL≤16m，光学后截距≥3.6（7）F-Theta畸变=-100%；（8）该镜头适用于 400 万像素高分辨率CCD 或CMOS 摄像机。
6.根据权利要求1、2或3所述的超广角无热化日夜两用镜头，其特征在于：各镜片参数如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
。
7.根据权利要求6所述的超广角无热化日夜两用镜头，其特征在于：对于非球面的面型方程如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
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，3非球面镜片的非球面系数如下：
面号 4面 5面 8面 R -3.4194321090338600E+00 -3.5363386480980500E+00 7.0982051504331700E+00 K 2.5966666143480000E+00 -2.753927715298000E+00 9.6844447934030000E-01 a1 a2 5.80278511362300E-03 -5.50511729246100E-03 1.84041444278700E-03 a3 -6.57885148287700E-03 3.08513637573000E-03 -1.05745924952700E-03 a4 1.46974722860300E-02 -3.78870413621600E-03 6.07572047639600E-04 a5 -1.23739105837200E-02 8.16035301920100E-03 -1.73729990705400E-04 a6 6.60588154516700E-03 -1.24339424726100E-02 2.05549400731500E-05 a7 -2.10252083405600E-03 9.46181473811800E-03 -5.87929578073100E-08 a8 3.20585510871000E-04 -2.70231195326600E-03 -1.15666311982000E-07 面号 9面 10面 R -2.2019702906662400E+00 -9.3800824722641700E+00 K -4.337921940931000E-01 3.0576115093220000E-01 a1 a2 -4.70247184605300E-03 1.57325392480200E-03 a3 2.69734892593900E-03 7.67414395211900E-04 a4 6.45790516968000E-04 -1.03637211707700E-04 a5 -3.57111927682200E-04 1.32284707544600E-05 a6 1.24822514230900E-04 1.18881279585300E-06 a7 -2.42113748304200E-05 -7.30151357029900E-07 a8 1.78037965675000E-06 6.35661095381400E-08
。
8.一种超广角无热化日夜两用镜头的工作方法，包括如权利要求1、2、3或4所述，其特征在于：当光线入射时，光路顺序进入前组A、光阑C、后组B、平行平板，最后在IMA 像面进行成像，当光线经过前组A时，前组A的第一片镜片能对光线的入射角进行收敛，当光线经过其余镜片时，能进行像差平衡；第4片第二弯双凸正透镜采用低折射率和高阿贝数的塑料，结合第5片第三弯月负透镜非球面负透镜采用高折射率和低阿贝数的塑料，很好的校正了二级光谱和球差，使得镜头系统通过材料的合理搭配，色差得到良好的校正。
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