CN114355560B - 一种高清光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高清光学镜头，包括沿光线入射光路自左向右依次设置的所述第一透镜L1为弯月负透镜，第二透镜L2为弯月正透镜，第三透镜L3为双凸正透镜，第四透镜L4为弯月负透镜，第五透镜L5为双凸正透镜。本发明采用1G4P结构，在控制了制造成本的同时，降低了整个系统的尺寸与质量，兼顾了成像质量与成像稳定性。采用大孔径设计，进一步提升了本发明的成像质量并赋予了其优异的复杂照明环境适应性。同时，本发明的成像质量优异，能够满足4K摄像需求。此外，本发明在‑40℃至85℃温度区间具备低温飘的特性，进一步提升了系统的成像稳定性。

Description

一种高清光学镜头

技术领域

本发明涉及一种高清光学镜头。

背景技术

今天，安防镜头早已成为了保障公共安全的社会必需品。随着“天网”、“智慧城市”等理念的陆续提出与实现，安防镜头正在越来越多的使用场景中崭露头角。随着使用环境的复杂化，客户对安防镜头的成像质量及成像稳定性的要求不断提升。例如，非球面的应用就使得光学系统的解析力得到了极大的飞跃，同时大大简化了结构。如今，耐高温、4K摄像、全天候监控等正在成为安防镜头市场的新需求点，因此亟需一种新型光学镜头来满足当今市场变化。

发明内容

本发明提供一种高清光学镜头及其成像方法，针对上述技术问题提供了改进方案。采用1G4P结构，在控制了制造成本的同时，降低了整个系统的尺寸与质量，兼顾了成像质量与成像稳定性。采用大孔径设计，进一步提升了本发明的成像质量并赋予了其优异的复杂照明环境适应性。同时，本发明的成像质量优异，能够满足4K摄像需求。此外，本发明在-40℃至85℃温度区间具备低温飘的特性，进一步提升了系统的成像稳定性。

本发明采用以下方案实现：一种高清光学镜头：所述光学系统包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑、第四透镜L4、第五透镜L5；所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5分别为弯月负透镜、弯月正透镜、双凸正透镜、弯月负透镜、双凸正透镜。

进一步的，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4以及第五透镜L5由塑胶材料制成；所述第三透镜L3由玻璃材料制成。

进一步的，所述光学系统的光学总长为TTL，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5的厚度分别为d1、d2、d3、d4、d5。其中，d1、d2、d3、d4与TTL满足以下比例：0.03<d1/TTL<0.23、0.05<d2/TTL<0.25、0.05<d3/TTL<0.19、0.01<d4/TTL<0.10、0.07<d5/TTL<0.20。

进一步的，所述光学系统的焦距为f，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5的焦距分别为f₁、f₂、f₃、f₄、f₅，其中f₁、f₂、f₃、f₄、f₅与f满足以下比例：-1.0<f₁/f<-3.0，20.5<f₂/f<32.5，0.5<f₃/f<2.5，-2.0<f₄/f<-0.7，0.4<f₅/f<1.7。

进一步的，所述的第一透镜L1满足关系式：N_d≥1.50，V_d≥50.0；所述的第二透镜L2满足关系式：N_d≥1.50，V_d≤40.0；所述的第三透镜L3满足关系式：N_d≤1.50，V_d≥60.0；所述的第四透镜L4满足关系式：N_d≥1.60，V_d≤40.0；所述的第五透镜L5满足关系式：N_d≥1.50，V_d≥50.0；其中N_d为折射率，V_d为阿贝常数。

进一步的，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5为非球面透镜。非球面曲线方程表达式为：

其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇、α₈均为高次项系数。

进一步的，所述光学系统的光学总长度TTL与所述光学系统的焦距f之间满足：2.5≤TTL/f≤4.5，所述光学系统的F数<1.60，所述光学系统的像高与焦距f之间满足以下关系式：0.55≤ImaH/(2*f)≤0.95，其中ImaH代表所述光学系统的全视场像高。

与现有技术相比，本系统具有以下效果：(1)采用1G4P的玻塑混合结构设计，成像质量更高，光学性能更加稳定，同时结构较简单，尺寸更小；公差敏感度更低，易于装配，成本更低，更适合大规模高良率生产；(2)F数更小，通光口径更大，保证了系统进光量的充足，能够适应多种复杂环境；(3)第三透镜L3的前后两个光学表面曲率半径绝对值相等，进一步降低了生产成本与难度；(4)在-40℃至85℃具备低温飘的特性，系统成像稳定性更高；(5)成像质量极高，靶面较大，能够满足4K摄像需求；(6)通过合理的玻璃材料搭配以及镜片光焦度分配，整个光学系统的轴向色差与横向色差得到了很好地校正，合理的面型设计也使得整个光学系统的高级像差得到有效校正，同时每个镜面的光线入射角小，系统总体成像质量优良。

附图说明

图1是本发明实施例的光学结构示意图；

图2是本发明实施例在工作波段的场曲、畸变图；

图3是本发明实施例在工作波段的轴向色差图；

图4是本发明实施例在工作波段的垂轴色差图；

图中：L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；STO-光阑；L4-第四透镜；CG-保护玻璃；IMA-成像面。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种高清光学镜头：所述光学系统包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑、第四透镜L4、第五透镜L5；所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5分别为弯月负透镜、弯月正透镜、双凸正透镜、弯月负透镜、双凸正透镜。

本实施例中，所述第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜L2的物侧面为凹面，像侧面为凸面；第三透镜L3的物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜L4的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第五透镜L5的物侧面和像侧面均为凸面。

在本实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4以及第五透镜L5由塑胶材料制成；所述第三透镜L3由玻璃材料制成。

在本实施例中，所述光学系统的光学总长为TTL，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5的厚度分别为d1、d2、d3、d4、d5。其中，d1、d2、d3、d4与TTL满足以下比例：0.03<d1/TTL<0.23、0.05<d2/TTL<0.25、0.05<d3/TTL<0.19、0.01<d4/TTL<0.10、0.07<d5/TTL<0.20。

在本实施例中，所述光学系统的焦距为f，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5的焦距分别为f₁、f₂、f₃、f₄、f₅，其中f₁、f₂、f₃、f₄、f₅与f满足以下比例：-1.0<f₁/f<-3.0，20.5<f₂/f<32.5，0.5<f₃/f<2.5，-2.0<f₄/f<-0.7，0.4<f₅/f<1.7。

在本实施例中，所述的第一透镜L1满足关系式：N_d≥1.50，V_d≥50.0；所述的第二透镜L2满足关系式：N_d≥1.50，V_d≤40.0；所述的第三透镜L3满足关系式：N_d≤1.50，V_d≥60.0；所述的第四透镜L4满足关系式：N_d≥1.60，V_d≤40.0；所述的第五透镜L5满足关系式：N_d≥1.50，V_d≥50.0；其中N_d为折射率，V_d为阿贝常数。

在本实施例中，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5为非球面透镜。非球面曲线方程表达式为：

其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇、α₈均为高次项系数。

在本实施例中，所述光学系统的光学总长度TTL与所述光学系统的焦距f之间满足：2.5≤TTL/f≤4.5，所述光学系统的F数<1.60，所述光学系统的像高与焦距f之间满足以下关系式：0.55≤ImaH/(2*f)≤0.95，其中ImaH代表所述光学系统的全视场像高。

本实施例所涉及的光学系统实现的技术指标如下所示：

(1)5.5≤焦距≤6.8mm；(2)1.5≤光圈F≤1.7；(3)视场角：2w≥66°；(4)成像圆直径≥φ7.0mm；(5)光学总长TTL≤22.4mm，光学后截距BFL≥7.2mm。

为了实现以上技术指标，本实施例采用了以下材料及结构参数。

表1示出了实施例1的光学系统的各透镜的曲率半径R、厚度d、折射率N_d以及阿贝数V_d。

表1具体镜片参数表

表2示出了实施例1的光学系统的各非球面透镜的非球面系数。

表2非球面系数表

综合图2、3、4，本实施例对轴上及轴外像差都进行了良好的矫正，实现了小尺寸、大孔径、高解析力、较低成本的设计目标。

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。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

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例如“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，且上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示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 (1)

1.一种高清光学镜头，其特征在于：所述光学镜头包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、光阑、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)；所述第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)分别为弯月负透镜、弯月正透镜、双凸正透镜、弯月负透镜、双凸正透镜；

所述光学镜头的焦距为f，所述第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)的焦距分别为f₁、f₂、f₃、f₄、f₅，其中f₁、f₂、f₃、f₄、f₅与f满足以下比例：-1.0<f₁/f<-3.0，20.5<f₂/f<32.5，0.5<f₃/f<2.5，-2.0<f₄/f<-0.7，0.4<f₅/f<1.7；

所述第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第四透镜(L4)以及第五透镜(L5)由塑胶材料制成；所述第三透镜(L3)由玻璃材料制成；

所述光学镜头的光学总长为TTL，所述第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)的厚度分别为d1、d2、d3、d4、d5，其中，d1、d2、d3、d4与TTL满足以下比例：0.03<d1/TTL<0.23、0.05<d2/TTL<0.25、0.05<d3/TTL<0.19、0.01<d4/TTL<0.10、0.07<d5/TTL<0.20；

所述的第一透镜(L1)满足关系式：N_d≥1.50，V_d≥50.0；所述的第二透镜(L2)满足关系式：N_d≥1.50，V_d≤40.0；所述的第三透镜(L3)满足关系式：N_d≤1.50，V_d≥60.0；所述的第四透镜(L4)满足关系式：N_d≥1.60，V_d≤40.0；所述的第五透镜(L5)满足关系式：N_d≥1.50，V_d≥50.0；其中N_d为折射率，V_d为阿贝常数；

所述第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)为非球面透镜，非球面曲线方程表达式为：

其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇、α₈均为高次项系数；

所述光学镜头的光学总长度TTL与所述光学镜头的焦距f之间满足：2.5≤TTL/f≤4.5，所述光学镜头的F数<1.60，所述光学镜头的像高与焦距f之间满足以下关系式：0.55≤ImaH/(2*f)≤0.95，其中ImaH代表所述光学镜头的全视场像高。