CN114839744B

CN114839744B - 玻塑混合光学系统

Info

Publication number: CN114839744B
Application number: CN202210479461.6A
Authority: CN
Inventors: 曾繁胜; 梁伟朝; 应永茂
Original assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Current assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Priority date: 2022-05-05
Filing date: 2022-05-05
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2042-05-05
Also published as: CN114839744A

Abstract

本发明涉及一种玻塑混合光学系统，包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的具有负光焦度的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、具有正光焦度的第四透镜(L4)、具有负光焦度的第五透镜(L5)和具有正光焦度的第六透镜(L6)，所述第三透镜(L3)为非球面透镜，所述第二透镜(L2)和所述第三透镜(L3)具有正光焦度或负光焦度，所述第三透镜(L3)为近轴区凸凹透镜，所述第五透镜(L5)为近轴区凹凹透镜。本发明的玻塑混合光学系统体积小、成本低，可实现最大光圈FNO1.6，解像力可达八百万像素，成像靶面可达到1/2.7”，实现物方视场角大于125°的图像捕捉，可见光与红外光共焦，在‑40℃～80℃温度范围内不虚焦。

Description

玻塑混合光学系统

技术领域

本发明涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种玻塑混合光学系统。

背景技术

随着智能监控的发展，人们对于监控仪器有更小体积的需求。更大光圈、更高解像、且监控范围广是监控产品更新迭代的主旋律。然而，满足上述这些性能要求的镜头尺寸往往也会比较大，这与人们对更小监控仪器的需求和期望相违背。所以，市场上亟需大量小体积、成像性能较好的监控镜头。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种小体积的玻塑混合光学系统，具有大角度、大光圈、可达八百万像素的高解像、日夜共焦和高低温稳定的成像性能。

为实现上述发明目的，本发明提供一种玻塑混合光学系统，包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的具有负光焦度的第一透镜、第二透镜、第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜和具有正光焦度的第六透镜，所述第三透镜为非球面透镜，所述第二透镜和所述第三透镜具有正光焦度或负光焦度，所述第三透镜为近轴区凸凹透镜，所述第五透镜为近轴区凹凹透镜。

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述第一透镜为凸凹透镜；

所述第二透镜为近轴区凹凸透镜；

所述第四透镜为凸凸透镜；

所述第六透镜为近轴区凸凸透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜和所述第四透镜为球面透镜；

所述第二透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为非球面透镜。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为塑胶透镜。

根据本发明的一个方面，还包括位于所述第三透镜和所述第四透镜之间或所述第三透镜的像侧面上的光阑。

根据本发明的一个方面，所述光阑物侧面透镜的组合焦距Fa与所述光学系统的整组焦距F满足：1.2≤|Fa/F|≤3.9。

根据本发明的一个方面，所述光阑像侧面透镜的组合焦距Fb与所述光学系统的整组焦距F满足：1.7≤|Fb/F|≤2.2。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜和所述第二透镜的空气间隔D12与所述光学系统的光学总长TTL满足：0.10≤D12/TTL≤0.13。

根据本发明的一个方面，所述光学系统的入瞳直径ENPD与所述光学系统的光学总长TTL满足：0.065≤ENPD/TTL≤0.10。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜物侧面的中心曲率半径R1与所述第一透镜像侧面的中心曲率半径R2满足：4.8≤R1/R2≤7.0。

根据本发明的一个方面，所述光学系统的光学后焦BFL与所述第一透镜物侧面至所述第六透镜像侧面在光轴上的距离TL满足：0.38≤BFL/TL≤0.41。

根据本发明的一个方面，所述第四透镜像侧面至所述第五透镜物侧面在光轴上的间距D45与所述光学系统的整组焦距F满足：0.02≤D45/F≤0.05。

根据本发明的一个方面，所述第五透镜的焦距F5、所述第六透镜的焦距F6与所述光学系统的整组焦距F满足：-0.4≤(F5+F6)/F≤0.1。

根据本发明的一个方面，所述光学系统的整组焦距F与所述光学系统的光学总长TTL满足：6.7≤TTL/F≤7.0。

根据本发明的一个方面，所述光学系统的光学总长TTL、所述光学系统的最大视场角对应的像高H与所述光学系统的最大视场角FOV满足：0.02≤TTL/H/FOV≤0.04。

根据本发明的一个方面，所述第四透镜物侧面到所述第六透镜像侧面的距离D456与所述光学系统的光学总长TTL满足：0.2≤D456/TTL≤0.35。

根据本发明的方案，通过优化配置透镜的形状，合理分配、组合各透镜的光焦度，使得该玻塑混合光学系统具有大角度、大光圈、高解像、日夜共焦和高低温稳定的成像性能，可实现最大光圈FNO1.6，其解像力高达八百万像素，成像靶面可达到1/2.7”，实现物方视场角大于125°的图像捕捉。采用玻璃透镜和塑料透镜混合使用的方案，可实现可见光与红外光共焦，有效降低该光学系统的镜头的成本，保证该玻塑混合光学系统在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。

根据本发明的一个方案，通过对该光学系统的整组焦距、光学总长、光学后焦及其各透镜的焦距、间距等参数间的比例关系进行合理设置，可使得该光学系统的镜头保持上述同等性能高质量成像的同时，体积大大减小，CRA≤16°，适配多款传感器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1示意性表示本发明实施例一的玻塑混合光学系统的结构示意图；

图2示意性表示本发明实施例二的玻塑混合光学系统的结构示意图；

图3示意性表示本发明实施例三的玻塑混合光学系统的结构示意图。

具体实施方式

此说明书实施例的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施例的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施例。本发明的范围由权利要求书所界定。

参见图1，本发明实施例中的玻塑混合光学系统包括：沿光轴从物侧至像侧的方向，依次排列的光焦度为负的第一透镜L1、光焦度为正或负的第二透镜L2、光焦度为正或负的第三透镜L3、光焦度为正的第四透镜L4、光焦度为负的第五透镜L5、光焦度为正的第六透镜L6和平行平板C。该玻塑混合光学系统还包括一个光阑STO，光阑STO位于第三透镜L3的像侧面上或第三透镜L3和第四透镜L4之间。本发明实施例中，第一透镜L1为凸凹透镜，第二透镜L2为近轴区凹凸透镜，第三透镜L3为近轴区凸凹透镜，第四透镜L4为凸凸透镜，第五透镜L5为近轴区凹凹透镜，第六透镜L6为近轴区凸凸透镜。通过优化配置透镜的形状，合理分配各透镜的光焦度并进行组合，可使得该玻塑混合光学系统具有大角度、大光圈、高解像、日夜共焦和高低温稳定的成像性能，可实现最大光圈FNO1.6，其解像力高达八百万像素，成像靶面可达到1/2.7”，实现物方视场角大于125°的图像捕捉。

本发明实施例中，第一透镜L1和第四透镜L4为球面透镜，第二透镜L2、第三透镜L3、第五透镜L5和第六透镜L6均为非球面透镜。第二透镜L2、第三透镜L3、第五透镜L5和第六透镜L6均为塑胶透镜。通过合理使用玻璃和塑胶材质的镜片，可使该光学系统实现可见光与红外光共焦，保证该玻塑混合光学系统在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，同时能有效降低该玻塑混合光学系统的成本。

本发明实施例中，光阑STO的物侧面透镜(也就是如图1至图3中所示的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3)的组合焦距Fa与光学系统的整组焦距F满足：1.2≤|Fa/F|≤3.9。光阑STO的像侧面透镜(也就是如图1至图3中所示的第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6)的组合焦距Fb与光学系统的整组焦距F满足：1.7≤|Fb/F|≤2.2。通过对光阑STO两侧透镜组的焦距和光学系统的整组焦距比值关系进行设置，有利于提高该玻塑混合光学系统的整体成像性能。

本发明实施例中，第一透镜L1和第二透镜L2的空气间隔D12与光学系统的光学总长TTL满足：0.10≤D12/TTL≤0.13。通过合理增大第一透镜L1和第二透镜L2之间的空气间隔，有利于光线在该玻塑混合光学系统中平缓过渡，从而提高光学系统的成像质量。

本发明实施例中，光学系统的入瞳直径ENPD与光学系统的光学总长TTL满足：0.065≤ENPD/TTL≤0.10。通过合理设置光学系统的入瞳直径与光学系统总长的比例关系，保证该玻塑混合光学系统具有较大的相对孔径，同时有利于该玻塑混合光学系统在夜晚或光线不足的环境下，进行高清成像。

本发明实施例中，第一透镜L1的物侧面的中心曲率半径R1与第一透镜L1的像侧面的中心曲率半径R2满足：4.8≤R1/R2≤7.0。如此设计可以使第一透镜L1可收集大视场光线，有利于增加通光量。

本发明实施例中，光学系统的光学后焦BFL与第一透镜L1的物侧面至第六透镜L6的像侧面在光轴上的距离TL满足：0.38≤BFL/TL≤0.41。通过合理控制该玻塑混合光学系统的后焦长与光学系统透镜组长度的比例关系，有利于使光学系统的结构紧凑，降低透镜对该玻塑混合光学系统调制传递函数(MTF)的敏感度，提高产品的生产良率，并降低生产成本。

本发明实施例中，第四透镜L4的像侧面至第五透镜L5的物侧面在光轴上的间距D45与光学系统的整组焦距F满足：0.02≤D45/F≤0.05。通过合理设置第四透镜L4和第五透镜L5的透镜间距与整个光学系统整体焦距的比值关系，有利于更多光线经过第五透镜L5，提高该玻塑混合光学系统的成像亮度。

本发明实施例中，第五透镜L5的焦距F5、第六透镜L6的焦距F6与光学系统的整组焦距F满足：-0.4≤(F5+F6)/F≤0.1。通过合理设置第五透镜L5、第六透镜L6的焦距与光学系统整组焦距的比值关系，可有助于光线的平缓过渡，矫正系统色差。

本发明实施例中，光学系统的整组焦距F与光学系统的光学总长TTL满足：6.7≤TTL/F≤7.0。光学系统的光学总长TTL、光学系统的最大视场角对应的像高H与光学系统的最大视场角FOV满足：0.02≤TTL/H/FOV≤0.04。通过对光学系统的整组焦距、光学总长、像高和视场角等参数之间的关系进行合理设置，有利于小型化设计，可以使得镜头在相同成像面、相同像高的情况下的尺寸更小。

本发明实施例中，第四透镜L4的物侧面到第六透镜L6的像侧面的距离D456与光学系统的光学总长TTL满足：0.2≤D456/TTL≤0.35。这样可以降低第四枚透镜、第五枚透镜和第六枚透镜的公差，提高镜头的组装良率，使得镜头的主光线倾斜角CRA≤16°，可适配多款传感器(sensor)，应用前景广阔，提升了市场竞争力。

综上所述，该玻塑混合光学系统的光学结构可实现最大光圈FNO1.6，解像力可达到8百万像素，成像靶面可达到1/2.7”，可见光与红外光共焦，并能够实现物方视场角大于125°的图像捕捉，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时，在保持上述同等性能成像的同时，体积大大减小，并有效降低该玻塑混合光学系统的镜头的成本，使镜头CRA≤16°，可适配多款sensor，应用前景广阔。

下面以三个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的玻塑混合光学系统。在下列各个实施例中，本发明将光阑STO记为一面，将像面IMA记为一面。

具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示：

表1

在本发明的各个实施例中，该玻塑混合光学系统的塑胶非球面透镜满足以下公式：

在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、A₁₄、A₁₆···分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶···非球面系数。

实施例一

参见图1，本实施例的玻塑混合光学系统各参数如下所述：

FNO：1.64；光学总长：22.39mm；视场角：125°。其中，第二透镜L2具有负光焦度，第三透镜L3具有正光焦度。

表2列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表2

表3列出本实施例的玻塑混合光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀和十二阶非球面系数A₁₂。

面序号

K

A₄

A₆

A₈

A₁₀

A₁₂

S3

-2.883E+00

-4.859E-03

7.168E-04

-8.833E-05

7.451E-06

-2.776E-07

S4

-4.894E+00

4.523E-04

1.213E-04

-9.801E-06

1.699E-06

-6.266E-08

S5

-5.634E+00

2.690E-03

-1.090E-04

2.142E-05

-1.792E-06

7.944E-08

S6

0.000E+00

2.925E-04

1.046E-04

2.960E-06

-1.752E-06

1.954E-07

S10

6.637E-01

1.352E-04

-6.366E-04

-1.720E-05

1.010E-05

-6.801E-07

S11

1.134E+01

8.749E-04

-3.512E-04

-7.007E-06

-1.803E-06

1.912E-07

S12

-5.509E+00

2.053E-03

4.631E-04

-5.376E-05

6.008E-06

-7.971E-08

S13

-7.881E-01

3.156E-04

2.814E-05

8.833E-05

-8.291E-06

9.504E-07

表3

结合图1及上述表1至表3所示，本实施例的玻塑混合光学系统的光学结构和参数指标可实现最大光圈FNO1.6，解像力可达到8百万像素，成像靶面可达到1/2.7”，可见光与红外光共焦，并能够实现物方视场角为125°的图像捕捉，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时，在保持上述同等性能成像的同时，体积大大减小，并有效降低该玻塑混合光学系统的镜头的成本，使镜头CRA≤16°，可适配多款sensor，应用前景广阔。

实施例二

参见图2，本实施例的玻塑混合光学系统各参数如下所述：

FNO：1.61；光学总长：22.41mm；视场角：125.4°。其中，第二透镜L2具有正光焦度，第三透镜L3具有负光焦度。

表4列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表4

表5列出本实施例的玻塑混合光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀和十二阶非球面系数A₁₂。

面序号

K

A₄

A₆

A₈

A₁₀

A₁₂

S3

-2.078E+00

-4.669E-03

7.361E-04

-1.073E-04

9.495E-06

-4.008E-07

S4

-4.852E+00

-1.870E-03

-1.271E-05

8.447E-06

-3.872E-07

-8.726E-09

S5

4.289E-01

3.884E-03

-4.734E-04

4.419E-05

-2.426E-06

4.648E-08

S6

0.000E+00

8.051E-04

3.641E-04

-6.639E-05

5.542E-06

-2.212E-07

S10

6.816E+00

-3.224E-03

-8.840E-04

5.430E-05

-1.316E-05

1.089E-06

S11

-3.000E+01

-1.380E-03

-2.233E-04

-2.738E-05

6.070E-06

-7.672E-07

S12

-2.443E+01

-1.363E-03

5.061E-04

2.139E-05

4.844E-06

-2.927E-07

S13

1.330E+00

-1.374E-03

6.024E-05

1.147E-04

-1.436E-05

2.332E-06

表5

结合图2及上述表1、表2、表4和表5所示，本实施例的玻塑混合光学系统的光学结构和参数指标可实现最大光圈FNO1.6，解像力可达到8百万像素，成像靶面可达到1/2.7”，可见光与红外光共焦，并能够实现物方视场角大于125°的图像捕捉，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时，在保持上述同等性能成像的同时，体积大大减小，并有效降低该玻塑混合光学系统的镜头的成本，使镜头CRA≤16°，可适配多款sensor，应用前景广阔。

实施例三

参见图3，本实施例的玻塑混合光学系统各参数如下所述：

FNO：1.64；光学总长：22.43mm；视场角：125°。其中，第二透镜L2和第三透镜L3具有正光焦度。

表6列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率和阿贝数。

面序号	表面类型	R值	厚度	折射率	阿贝数
						S1	球面	16.61	0.510	1.73	54.70
S2	球面	3.269	2.404
						S3	非球面	-3.894	2.801	1.54	55.71
S4	非球面	-4.853	0.955
						S5	非球面	11.532	2.802	1.64	23.53
S6(STO)	非球面	22.461	1.344
						S7	球面	6.8	2.510	1.50	81.61
S8	球面	-6.8	0.141
						S9	非球面	-11.16	0.712	1.64	23.53
S10	非球面	4.862	0.133
						S11	非球面	5.189	1.697	1.54	56.10
S12	非球面	-6.461	0.300
						S13	球面	Infinity	0.800	1.52	64.20
S14	球面	Infinity	5.326
						S15(IMA)	球面	Infinity	-	-	-

表6

表7列出本实施例的玻塑混合光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀、十二阶非球面系数A₁₂和十四阶非球面系数A₁₄。

表7

结合图3及上述表1、表2、表6和表7所示，本实施例的玻塑混合光学系统的光学结构和参数指标可实现最大光圈FNO1.6，解像力可达到8百万像素，成像靶面可达到1/2.7”，可见光与红外光共焦，并能够实现物方视场角为125°的图像捕捉，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时，在保持上述同等性能成像的同时，体积大大减小，并有效降低该玻塑混合光学系统的镜头的成本，使镜头CRA≤16°，可适配多款sensor，应用前景广阔。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种玻塑混合光学系统，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次由具有负光焦度的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、具有正光焦度的第四透镜(L4)、具有负光焦度的第五透镜(L5)和具有正光焦度的第六透镜(L6)组成，所述第三透镜(L3)为非球面透镜，其特征在于，所述第二透镜(L2)和所述第三透镜(L3)具有正光焦度或负光焦度，所述第三透镜(L3)为近轴区凸凹透镜，所述第五透镜(L5)为近轴区凹凹透镜；

所述玻塑混合光学系统的入瞳直径ENPD与所述玻塑混合光学系统的光学总长TTL满足：0.089≤ENPD/TTL≤0.10；

所述玻塑混合光学系统的光学后焦BFL与所述第一透镜(L1)的物侧面至所述第六透镜(L6)的像侧面在光轴上的距离TL满足：0.394≤BFL/TL≤0.41；

所述玻塑混合光学系统的光学总长TTL、所述玻塑混合光学系统的最大视场角对应的像高H与所述玻塑混合光学系统的最大视场角FOV满足：0.027≤TTL/H/FOV≤0.04。

2.根据权利要求1所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述第一透镜(L1)为凸凹透镜；

所述第二透镜(L2)为近轴区凹凸透镜；

所述第四透镜(L4)为凸凸透镜；

所述第六透镜(L6)为近轴区凸凸透镜。

3.根据权利要求1所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)和所述第四透镜(L4)为球面透镜；

所述第二透镜(L2)、所述第五透镜(L5)和所述第六透镜(L6)为非球面透镜。

4.根据权利要求1所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第二透镜(L2)、所述第三透镜(L3)、所述第五透镜(L5)和所述第六透镜(L6)为塑胶透镜。

5.根据权利要求1所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述玻塑混合光学系统还包括光阑(STO)，所述光阑(STO)位于所述第三透镜(L3)和所述第四透镜(L4)之间或所述第三透镜(L3)的像侧面上。

6.根据权利要求5所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述光阑(STO)的物侧面透镜的组合焦距Fa与所述玻塑混合光学系统的整组焦距F满足：1.2≤|Fa/F|≤3.9。

7.根据权利要求5所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述光阑(STO)的像侧面透镜的组合焦距Fb与所述玻塑混合光学系统的整组焦距F满足：1.7≤|Fb/F|≤2.2。

8.根据权利要求1-7任一项所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)和所述第二透镜(L2)的空气间隔D12与所述玻塑混合光学系统的光学总长TTL满足：0.10≤D12/TTL≤0.13。

9.根据权利要求1-7任一项所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)的物侧面的中心曲率半径R1与所述第一透镜(L1)的像侧面的中心曲率半径R2满足：4.8≤R1/R2≤7.0。

10.根据权利要求1-7任一项所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第四透镜(L4)的像侧面至所述第五透镜(L5)的物侧面在光轴上的间距D45与所述玻塑混合光学系统的整组焦距F满足：0.02≤D45/F≤0.05。

11.根据权利要求1-7任一项所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第五透镜(L5)的焦距F5、所述第六透镜(L6)的焦距F6与所述玻塑混合光学系统的整组焦距F满足：-0.4≤(F5+F6)/F≤0.1。

12.根据权利要求1-7任一项所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述玻塑混合光学系统的整组焦距F与所述玻塑混合光学系统的光学总长TTL满足：6.7≤TTL/F≤7.0。

13.根据权利要求1-7任一项所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第四透镜(L4)的物侧面到所述第六透镜(L6)的像侧面的距离D456与所述玻塑混合光学系统的光学总长TTL满足：0.2≤D456/TTL≤0.35。