CN114609755A - 一种大视场高成像稳定性相机的光学系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大视场高成像稳定性相机的光学系统，包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜。本发明监控范围广，水平FOV≥130°，显著优于当前市场同类产品；‑40℃~105℃温度范围内像面漂移量小，玻璃材料搭配合理，成像稳定性高且色差小；F数小，系统通光量高，进一步确保夜视成像质量；成像质量高，采用玻塑混合结构，充分利用非球面的像差校正能力，且使本相机兼具轻量化与高像质的优势。

Description

一种大视场高成像稳定性相机的光学系统及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种大视场高成像稳定性相机的光学系统及其工作方法。
背景技术：
如今，AI算法与光学成像镜头的融合为安防镜头的发展创造了全新的发展方向，并发掘出了更加多样的使用场景；高分辨摄像、夜视、超广角、小型轻量化是当今安防镜头厂商的共同目标，其中如何在提升监控视野、拓展工作温度等环境条件的同时又能保证成像质量是当今此类相机设计所面临的主要技术难题。
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大视场高成像稳定性相机的光学系统及其工作方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大视场高成像稳定性相机的光学系统，包括沿光线入射光路自物侧向像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜；其中，第三透镜、第四透镜、第六透镜均为双凸正透镜；第一透镜、第二透镜和第五透镜为物面与像面均朝向物侧的负弯月透镜，该光学系统监控范围：水平FOV≥130°，
该光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：2.1mm≤EFFL≤3.3mm；(2)光圈F≤1.63。
优选的，光学系统的焦距为f，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6与f满足以下比例：-3.0<f1/f<-0.7，-3.0<f2/f<-1.0，5.0<f3/f<6.5，2.0<f4/f<3.5，-3.9<f5/f<-2.0，1.3<f6/f<3.0。
优选的，第一透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；第二透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；第三透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤55.0；第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；第五透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤50.0；第六透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
优选的，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜为非球面透镜，非球面曲线方程表达式为：
Figure BDA0003552276050000021
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；
优选的，光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤9.55。
优选的，光学系统的半像高ImaH与光学系统的焦距f之间满足：ImaH/f≥1.5。
优选的，所采用的具体参数见下表：
Figure BDA0003552276050000022
Figure BDA0003552276050000031
优选的，各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure BDA0003552276050000032
本发明大视场高成像稳定性相机的光学系统的工作方法，其特征在于：所述大视场高成像稳定性相机的光学系统包括沿光线入射光路自物侧向像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜、等效玻璃平板和IMA成像面；其中，第三透镜、第四透镜、第六透镜均为双凸正透镜；第一透镜、第二透镜和第五透镜为物面与像面均朝向物侧的负弯月透镜，该光学系统监控范围：水平FOV≥130°，
该光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：2.1mm≤EFFL≤3.3mm；(2)光圈F≤1.63；
当光线入射时，沿光路顺序依次进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜和等效玻璃平板后在IMA成像面进行成像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)监控范围广，水平FOV≥130°，全视场FOV可达170°，显著优于当前市场同类产品，可适配1/2.7”靶面大尺寸CMOS；
(2)-40℃～105℃温度范围内像面漂移量小，玻璃材料搭配合理，成像稳定性高且色差小；
(3)F数小，系统通光量高，进一步确保夜视成像质量；
(4)成像质量高，采用玻塑混合结构，充分利用非球面的像差校正能力，且使本相机兼具轻量化与高像质的优势。
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是本发明实施例一的光学结构示意图；
图2是本发明实施例一的工作波段轴向色差图；
图3是本发明实施例一的工作波段垂轴色差图；
图4是本发明实施例一的工作波段场曲畸变图；
图中：L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；STOP-光阑；L4-第四透镜；L5-第五透镜；L6-第六透镜；CG-等效玻璃平板；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。
本发明大视场高成像稳定性相机的光学系统，包括沿光线入射光路自物侧向像侧依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑STOP、第四透镜L4、第五透镜L5以及第六透镜L6；其中，第三透镜L3、第四透镜L4、第六透镜L6均为双凸正透镜；第一透镜L1、第二透镜L2和第五透镜L5为物面与像面均朝向物侧的负弯月透镜，该光学系统监控范围：水平FOV≥130°，
该光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：2.1mm≤EFFL≤3.3mm；(2)光圈F≤1.63。
优选的，光学系统的焦距为f，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6与f满足以下比例：-3.0<f1/f<-0.7，-3.0<f2/f<-1.0，5.0<f3/f<6.5，2.0<f4/f<3.5，-3.9<f5/f<-2.0，1.3<f6/f<3.0。
优选的，第一透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；第二透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；第三透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤55.0；第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；第五透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤50.0；第六透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
优选的，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜为非球面透镜，非球面曲线方程表达式为：
Figure BDA0003552276050000051
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；
优选的，光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤9.55。
优选的，光学系统的半像高ImaH与光学系统的焦距f之间满足：ImaH/f≥1.5。
优选的，所采用的具体参数见下表：
Figure BDA0003552276050000052
Figure BDA0003552276050000061
优选的，各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure BDA0003552276050000062
本发明大视场高成像稳定性相机的光学系统的工作方法，其特征在于：所述大视场高成像稳定性相机的光学系统包括沿光线入射光路自物侧向像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜、等效玻璃平板和IMA成像面；其中，第三透镜、第四透镜、第六透镜均为双凸正透镜；第一透镜、第二透镜和第五透镜为物面与像面均朝向物侧的负弯月透镜，该光学系统监控范围：水平FOV≥130°，
该光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：2.1mm≤EFFL≤3.3mm；(2)光圈F≤1.63；
当光线入射时，沿光路顺序依次进入第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜和等效玻璃平板后在IMA成像面进行成像。
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 (9)

1.一种大视场高成像稳定性相机的光学系统，其特征在于：包括沿光线入射光路自物侧向像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜、等效玻璃平板和IMA成像面；其中，第三透镜、第四透镜、第六透镜均为双凸正透镜；第一透镜、第二透镜和第五透镜为物面与像面均朝向物侧的负弯月透镜，该光学系统监控范围：水平FOV≥130°，
该光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：2.1mm≤EFFL≤3.3mm；(2)光圈F≤1.63。
2.根据权利要求1所述的大视场高成像稳定性相机的光学系统，其特征在于：所述光学系统的焦距为f，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6与f满足以下比例：-3.0<f1/f<-0.7，-3.0<f2/f<-1.0，5.0<f3/f<6.5，2.0<f4/f<3.5，-3.9<f5/f<-2.0，1.3<f6/f<3.0。
3.根据权利要求1或2所述的大视场高成像稳定性相机的光学系统，其特征在于：所述第一透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；第二透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；第三透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤55.0；第四透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；第五透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤50.0；第六透镜满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
4.根据权利要求3所述的大视场高成像稳定性相机的光学系统，其特征在于：所述第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜为非球面透镜，非球面曲线方程表达式为：
Figure FDA0003552276040000011
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。
5.根据权利要求4所述的大视场高成像稳定性相机的光学系统，其特征在于：所述光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤9.55。
6.根据权利要求4所述的大视场高成像稳定性相机的光学系统，其特征在于：所述光学系统的半像高ImaH与光学系统的焦距f之间满足：ImaH/f≥1.5。
7.根据权利要求4所述的大视场高成像稳定性相机的光学系统，其特征在于：采用的具体参数见下表：
Figure FDA0003552276040000021
8.根据权利要求4所述的大视场高成像稳定性相机的光学系统，其特征在于：各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure FDA0003552276040000031
9.一种大视场高成像稳定性相机的光学系统的工作方法，其特征在于：所述大视场高成像稳定性相机的光学系统包括沿光线入射光路自物侧向像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜以及第六透镜、等效玻璃平板和IMA成像面；其中，第三透镜、第四透镜、第六透镜均为双凸正透镜；第一透镜、第二透镜和第五透镜为物面与像面均朝向物侧的负弯月透镜，该光学系统监控范围：水平FOV≥130°，
该光学系统实现的技术指标如下：(1)焦距：2.1mm≤EFFL≤3.3mm；(2)光圈F≤1.63；
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