CN114355597B - 一种全彩4k超高清变焦光学系统 - Google Patents

一种全彩4k超高清变焦光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全彩4k超高清变焦光学系统，所述光学系统沿着物面到像面依次设置光焦度为正的固定组A，光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的固定组C以及光焦度为正的补偿组D；所述固定组A包括依次设置的透镜A1、透镜A2和透镜A3，所述变倍组B包括依次设置的透镜B1、透镜B2和透镜B3，所述固定组C包括依次设置的透镜C1、透镜C2和透镜C3，所述补偿组D包括透镜D1、透镜D2、透镜D3、透镜D4和透镜D5；本发明采用玻塑结构设计，相较于全玻系统具有更轻的系统质量，相对于全塑系统具有更强的光学性能稳定性。采用F1.0超大光圈设计，全焦距段光圈差异不超过0.1，全焦距段实现日夜全彩，4k超高清。

Description

一种全彩4K超高清变焦光学系统
技术领域：
本发明涉及一种全彩4k超高清变焦光学系统，属于光电技术领域。
背景技术：
视频监控是安防系统最重要的防范手段，其重要性不言而喻，随着人们对安防监控的需求，全天候监控已经应运而生，普通光圈镜头的摄像机在黑夜环境下无法清晰成像，虽然在红外补光灯的照射下可以在低照度下获得清晰的图像，但只能形成黑白的图像，丢失了重要的色彩信息。
发明内容：
本发明的目的即在于提供一种全彩4k超高清变焦光学系统，该全彩4k超高清变焦光学系统设计合理，能够实现全焦距段日夜全彩4k超高清图像。
本发明全彩4k超高清变焦光学系统，其特征在于：所述光学系统沿着物面到像面依次设置光焦度为正的固定组A，光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的固定组C以及光焦度为正的补偿组D；所述固定组A包括依次设置的透镜A1、透镜A2和透镜A3，所述变倍组B包括依次设置的透镜B1、透镜B2和透镜B3，所述固定组C包括依次设置的透镜C1、透镜C2和透镜C3，所述补偿组D包括透镜D1、透镜D2、透镜D3、透镜D4和透镜D5；其中透镜A1、透镜B2、透镜C2、透镜D2是负弯月透镜，透镜A2和透镜A3、透镜B3、透镜C1、透镜C3，透镜D4和透镜D5是正弯月透镜，透镜D1和透镜D3为双凸透镜，透镜B1为双凹透镜，
透镜A1、透镜B2、透镜D2的凸面朝向物方，凹面朝向像方，透镜C2的凸面朝向像方，凹面朝向物方；
透镜A2和透镜A3、透镜B3、透镜C1和透镜D5的凸面朝向物方，凹面朝向像方，透镜C3和透镜D4的凸面朝向像方，凹面朝向物方；
固定组A焦距为fa，变倍组B的焦距为fb，固定组C的焦距为fc，补偿组D的焦距为fd，焦距满足以下关系：-0.5<fb/fa<0；0.5<fc/fa<2；0<fd/fa<1。
进一步的，上述固定组A中，透镜A2和透镜A3均为超低色散玻璃；变倍组B中，透镜B2和透镜B3均为塑胶非球面；固定组C中，透镜C2为玻璃非球面；补偿组D中，透镜D4和透镜D5均为塑胶非球面。
进一步的，上述光学系统实现的技术指标如下：
(1)光圈：广角端F1.0，望远端F1.08；
(2)成像质量：全焦距段MTF>0.2@250lp/mm；
光学系统所采用的具体参数如下：
Figure BDA0003452876250000021
Figure BDA0003452876250000031
各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure BDA0003452876250000032
进一步的，上述固定组A中，透镜A2和透镜A3均采用超低色散玻璃；变倍组B中，透镜B2和透镜B3采用塑胶非球面；固定组C中，透镜C2采用玻璃非球面；补偿组D中，透镜D4、透镜D5和透镜D6采用塑胶非球面；
光学系统实现的技术指标如下：
(1)光圈：广角端F1.01；
望远端F1.06；
(2)成像质量：全焦距段MTF>0.25@250lp/mm；
光学系统所采用的参数如下：
Figure BDA0003452876250000041
各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure BDA0003452876250000051
进一步的，上述非球面面型方程表达式为：
Figure BDA0003452876250000052
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。
本发明采用玻塑结构设计，相较于全玻系统具有更轻的系统质量，相对于全塑系统具有更强的光学性能稳定性，采用F1.0超大光圈设计，全焦距段光圈差异不超过0.1，全焦距段实现日夜全彩，4k超高清。
附图说明:
图1是本发明实施例一广角端光学结构示意图；
图2是本发明实施例一广角端的工作波段轴向色差图；
图3是本发明实施例一广角端的工作波段垂轴色差图；
图4是本发明实施例一广角端的工作波段场曲畸变图；
图5是本发明实施例一广角端的工作波段MTF图；
图6是本发明实施例一望远端的工作波段轴向色差图；
图7是本发明实施例一望远端的工作波段垂轴色差图；
图8是本发明实施例一望远端的工作波段场曲畸变图；
图9是本发明实施例一望远端的工作波段MTF图；
图10是本发明实施例二广角端光学结构示意图；
图11是本发明实施例二广角端的工作波段轴向色差图；
图12是本发明实施例二广角端的工作波段垂轴色差图；
图13是本发明实施例二广角端的工作波段场曲畸变图；
图14是本发明实施例二广角端的工作波段MTF图；
图15是本发明实施例二望远端的工作波段轴向色差图；
图16是本发明实施例二望远端的工作波段垂轴色差图；
图17是本发明实施例二望远端的工作波段场曲畸变图；
图18是本发明实施例二望远端的工作波段MTF图。
具体实施方式：
本发明全彩4k超高清变焦光学系统，所述光学系统沿着物面到像面依次设置光焦度为正的固定组A，光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的固定组C以及光焦度为正的补偿组D；所述固定组A包括依次设置的透镜A1、透镜A2和透镜A3，所述变倍组B包括依次设置的透镜B1、透镜B2和透镜B3，所述固定组C包括依次设置的透镜C1、透镜C2和透镜C3，所述补偿组D包括透镜D1、透镜D2、透镜D3、透镜D4和透镜D5；
其中透镜A1、透镜B2、透镜C2、透镜D2是负弯月透镜，透镜A2和透镜A3、透镜B3、透镜C1、透镜C3，透镜D4和透镜D5是正弯月透镜，透镜D1和透镜D3为双凸透镜，透镜B1为双凹透镜，
透镜A1、透镜B2、透镜D2的凸面朝向物方，凹面朝向像方，透镜C2的凸面朝向像方，凹面朝向物方；
透镜A2和透镜A3、透镜B3、透镜C1和透镜D5的凸面朝向物方，凹面朝向像方，透镜C3和透镜D4的凸面朝向像方，凹面朝向物方；
固定组A焦距为fa，变倍组B的焦距为fb，固定组C的焦距为fc，补偿组D的焦距为fd，焦距满足以下关系：-0.5<fb/fa<0；0.5<fc/fa<2；0<fd/fa<1。
所述固定组A中，至少两片透镜使用超低色散玻璃；所述变倍组B中，透镜B2、B3采用非球面面型；所述固定组C中，至少一片透镜采用非球面面型；所述补偿组D中，至少两片透镜采用非球面面型；所述光学系统采用F1.0超大光圈设计，全焦距段光圈差异不超过0.1，实现日夜全彩；所述光学系统全焦距段成像质量高，实现4K超高清。
实施例一，上述固定组A中，透镜A2和透镜A3均为超低色散玻璃；变倍组B中，透镜B2和透镜B3均为塑胶非球面；固定组C中，透镜C2为玻璃非球面；补偿组D中，透镜D4和透镜D5均为塑胶非球面。
上述光学系统实现的技术指标如下：
(1)光圈：广角端F1.0，望远端F1.08；
(2)成像质量：全焦距段MTF>0.2@250lp/mm；
光学系统所采用的具体参数如下：
Figure BDA0003452876250000071
Figure BDA0003452876250000081
各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure BDA0003452876250000082
实施例二，上述固定组A中，透镜A2和透镜A3均采用超低色散玻璃；变倍组B中，透镜B2和透镜B3采用塑胶非球面；固定组C中，透镜C2采用玻璃非球面；补偿组D中，透镜D4、透镜D5和透镜D6采用塑胶非球面；
光学系统实现的技术指标如下：
(1)光圈：广角端F1.01；
望远端F1.06；
(2)成像质量：全焦距段MTF>0.25@250lp/mm；
光学系统所采用的参数如下：
Figure BDA0003452876250000091
各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure BDA0003452876250000101
上述非球面面型方程表达式为：
Figure BDA0003452876250000102
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。
本发明采用玻塑结构设计，相较于全玻系统具有更轻的系统质量，相对于全塑系统具有更强的光学性能稳定性，采用F1.0超大光圈设计，全焦距段光圈差异不超过0.1，全焦距段实现日夜全彩，4k超高清。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种全彩4k超高清变焦光学系统，其特征在于：所述光学系统沿着物面到像面依次由光焦度为正的固定组A，光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的固定组C以及光焦度为正的补偿组D组成；所述固定组A包括依次设置的透镜A1、透镜A2和透镜A3，所述变倍组B包括依次设置的透镜B1、透镜B2和透镜B3，所述固定组C包括依次设置的透镜C1、透镜C2和透镜C3，所述补偿组D包括透镜D1、透镜D2、透镜D3、透镜D4和透镜D5；
其中透镜A1、透镜B2、透镜C2、透镜D2是负弯月透镜，透镜A2和透镜A3、透镜B3、透镜C1、透镜C3，透镜D4和透镜D5是正弯月透镜，透镜D1和透镜D3为双凸透镜，透镜B1为双凹透镜，
透镜A1、透镜B2、透镜D2的凸面朝向物方，凹面朝向像方，透镜C2的凸面朝向像方，凹面朝向物方；
透镜A2和透镜A3、透镜B3、透镜C1和透镜D5的凸面朝向物方，凹面朝向像方，透镜C3和透镜D4的凸面朝向像方，凹面朝向物方；
固定组A焦距为fa，变倍组B的焦距为fb，固定组C的焦距为fc，补偿组D的焦距为fd，焦距满足以下关系：-0.5<fb/fa<0；0.5<fc/fa<2；0<fd/fa<1。
2.根据权利要求1所述的全彩4k超高清变焦光学系统，其特征在于：
所述固定组A中，透镜A2和透镜A3均为超低色散玻璃；变倍组B中，透镜B2和透镜B3均为塑胶非球面；固定组C中，透镜C2为玻璃非球面；补偿组D中，透镜D4和透镜D5均为塑胶非球面。
3.根据权利要求1或2所述的全彩4k超高清变焦光学系统，其特征在于：所述光学系统实现的技术指标如下：
(1)光圈：广角端F1.0，望远端F1.08；
(2)成像质量：全焦距段MTF>0.2@250lp/mm；光学系统所采用的具体参数如下：
Figure FDA0004058279550000021
各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure FDA0004058279550000031
4.根据权利要求3所述的全彩4k超高清变焦光学系统，其特征在于：光学系统实现的技术指标如下：
(1)光圈：广角端F1.01；
望远端F1.06；
(2)成像质量：全焦距段MTF>0.25@250lp/mm；
光学系统所采用的参数如下：
Figure FDA0004058279550000032
Figure FDA0004058279550000041
各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure FDA0004058279550000042
5.根据权利要求4所述的全彩4k超高清变焦光学系统，其特征在于：非球面面型方程表达式为：
Figure FDA0004058279550000043
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；α1α1、α2α2、α3α3、α4α4、α5α5、α6α6、α7α7、α8α8均为高次项系数。
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