CN115047587B - 一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统，具体涉及光学成像系统领域，包括光学镜头、滤光片和像面，所述光学镜头沿光轴方向从物侧到像侧依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑元件、第五透镜、第六透镜和第七透镜。本发明通过采用合理光焦度分配具有特定结构形状的透镜组成的光学镜头，可以在紧凑架构下达到高解像力；采用本发明提供的光学透镜系统的结构形状，保证在整个像面都能均匀成像，满足高像素的使用要求且结构紧凑、外形尺寸小；另外光学透镜采用非球面塑胶透镜和玻璃镜片搭配，解决了热漂移、日夜共焦、小畸变问题，有效降低生产成本的小型化热漂移稳定执法记录仪镜头。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像系统技术领域，更具体地说，本发明涉及一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统。
背景技术
执法记录仪是集实时摄录、照相和录音等功能于一体的取证技术装备。集摄像、照相、对讲、定位、存储功能于一身，同时可以通过4G无线实时视频传输，能够进行动态、静态的现场情况数字化记录。而镜头是执法记录仪的主要构成部分，镜头光学性能直接影响成像质量及成像视野，目前执法记录仪镜头，多使用全玻璃镜片，像素普遍在500万以下，镜头长度普遍在 20mm以上，镜头自身畸变比较大需后期软件畸变修正实现小畸变或采用八片以上镜片来实现小畸变，结构比较复杂，随着执法记录仪的技术指标需求不断提高，开始对镜头提出了小型化、小畸变、日夜共焦、热漂稳定等要求。
现有技术中公开号为CN110361834A的《一种低畸变、高相对照度的广角镜头及其工作方法》公开了一种低畸变、高相对照度的广角镜头，沿光线入射方向自左向右依次设置的前镜组A、后镜组B及位于前镜组A与后镜组B之间的固定光阑，所述前镜组A包括第一弯月正透镜、第一弯月负透镜、第一双凸正透镜、第一双凹负透镜和第二双凸正透镜，所述后镜组B包括第二弯月正透镜、第二弯月负透镜、第三双凸正透镜、第四双凸正透镜和第三弯月负透镜；但此装置在实际应用中存在以下缺点：1.总长偏长，达20mm以上，无法满足小型化要求；2.结构复杂，采用9片玻璃镜片，成本比较高；3.全玻镜头没有解决日夜共焦和热漂移问题。
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单，能有效保证日夜两用五百万像素解析的基础上，解决了热漂移、小畸变问题，从而有效降低生产成本的日夜共焦广角小畸变执法记录仪镜头，故此现有的执法记录仪镜头有待于进一步完善。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统，本发明所要解决的技术问题是：如何有效解决现有镜头结构复杂、成本高、解像力较低、没有解决日夜共焦和热漂移，无法满足更高摄像要求的执法记录仪需求的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统，包括光学镜头、滤光片和像面，所述光学镜头沿光轴方向从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一透镜、光焦度为负的第二透镜、光焦度为正的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光阑元件、光焦度为正的第五透镜、光焦度为负的第六透镜和光焦度为正的第七透镜；
所述像面设置于第七透镜远离第六透镜的一侧，所述滤光片设置于第七透镜与像面之间；
其中，所述光焦度为负的第一透镜远离第二透镜一侧的表面为凸面；光焦度为负的第二透镜凸面朝向第一透镜；光焦度为正的第三透镜凸面朝向第二透镜；光焦度为正的第四透镜朝向所述第三透镜的表面为凸面，光焦度为正的第五透镜为双凸镜片，光焦度为负的第六透镜为双凹镜片，光焦度为正的第七透镜为双凸镜片。
在一个优选地实施方式中，所述光阑元件设置于第四透镜和第五透镜之间。
在一个优选地实施方式中，所述第一透镜和第二透镜的阿贝数均大于48 且小于61。
在一个优选地实施方式中，所述第一透镜的有效焦距与所述第四透镜的有效焦距满足第一设定关系，所述第二透镜的有效焦距与所述第三透镜的有效焦距满足第二设定关系，所述第三透镜的有效焦距与所述光学镜头的有效焦距满足第三设定关系；
其中，所述第一设定关系为：-0.82＜f1/f4＜-0.75；
所述第二设定关系为：-0.34＜f2/f3＜-0.27；
所述第三设定关系为：0.13＜f/f3＜0.21；
其中，f1表示所述第一透镜的有效焦距，f2表示所述第二透镜的有效焦距，f3表示所述第三透镜的有效焦距，f4表示所述第四透镜的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。
在一个优选地实施方式中，所述光学镜头满足下列条件：L/h<2.42；
其中：L表示所述光学镜头的总长度，h表示所述像面的大小。
在一个优选地实施方式中，所述第一镜片满足下面的条件公式： 1.75<Nd1<1.78，其中Nd1为第一镜片的折射率；本发明中未使用高折射率材料，仍可收纳超过142度的光线。
在一个优选地实施方式中，所述第一镜片的口径在12mm以下，所述第一镜片为凸向物侧的弯月型球面镜片，所述第二镜片为弯月型非球面镜片，所述第三镜片为弯月型非球面镜片，所述第三镜片的物侧面为凸面，第四镜片为弯月型非球面镜片，所述第四镜片的物侧面为凸面，所述第五镜片为双凸的球面镜片，所述第六镜片为双凹的非球面镜片，所述第七镜片为双凸的非球面镜片。
在一个优选地实施方式中，所述第一镜片和第五镜片均设置为玻璃镜片，所述第二镜片、第三镜片、第四镜片、第六镜片和第七镜片均设置为塑胶非球面镜片。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过采用合理光焦度分配，解决了现有技术中使用玻璃镜片而导致的高低温解析不良，致使焦点漂移的问题，日夜不共焦问题，增加了产品的使用场合及环境条件范围；由于镜片数量只有7片，2片玻璃镜片和5片塑胶镜片，架构简单，亦具有较低的成本。
2、本发明通过采用本发明提供的光学透镜系统的结构形状，透镜材质的阿贝系数等参数与成像条件匹配较佳，使得透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正，保证在整个像面都能均匀成像，实现了小型化，光学总长小于15.3mm，视场角最大达到142°，满足高像素的使用要求且结构紧凑、外形尺寸小，可广泛应用于执法记录镜头仪领域。
附图说明
图1为本发明实施例的透镜示意图。
图2为本发明实施例的200lp/mm MTF解析图。
图3为本发明在低温零下30摄氏度时的解析图。
图4为本发明在高温75摄氏度时的解析图。
图5为本发明在850波长时的解析图。
图6为本发明实施例的SPOT点列图。
图7为本发明实施例的场曲图。
附图标记为：1第一透镜、2第二透镜、3第三透镜、4第四透镜、5光阑元件、6第五透镜、7第六透镜、8第七透镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统，包括光学镜头、滤光片和像面，光学镜头满足下列条件：L/h<2.42；其中：L表示光学镜头的总长度，h表示像面的大小，光学镜头沿光轴方向从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一透镜1、光焦度为负的第二透镜2、光焦度为正的第三透镜3、光焦度为正的第四透镜4、光阑元件5、光焦度为正的第五透镜6、光焦度为负的第六透镜7和光焦度为正的第七透镜8；
像面设置于第七透镜8远离第六透镜7的一侧，滤光片设置于第七透镜8 与像面之间；
其中，光焦度为负的第一透镜1远离第二透镜2一侧的表面为凸面；光焦度为负的第二透镜2凸面朝向第一透镜1；光焦度为正的第三透镜3凸面朝向第二透镜2；光焦度为正的第四透镜4朝向第三透镜3的表面为凸面，光焦度为正的第五透镜6为双凸镜片，光焦度为负的第六透镜7为双凹镜片，光焦度为正的第七透镜8为双凸镜片。
光阑元件5设置于第四透镜4和第五透镜6之间；第一透镜1和第二透镜 2的阿贝数均大于48且小于61；第一镜片1满足下面的条件公式： 1.75<Nd1<1.78，其中Nd1为第一镜片1的折射率；第一镜片1的口径在12mm 以下，第一镜片1为凸向物侧的弯月型球面镜片，第二镜片2为弯月型非球面镜片，第三镜片3为弯月型非球面镜片，第三镜片3的物侧面为凸面，第四镜片4为弯月型非球面镜片，第四镜片4的物侧面为凸面，第五镜片6为双凸的球面镜片，第六镜片7为双凹的非球面镜片，第七镜片8为双凸的非球面镜片；第一镜片1和第五镜片6均设置为玻璃镜片，第二镜片2、第三镜片3、第四镜片4、第六镜片7和第七镜片8均设置为塑胶非球面镜片；
第一透镜1的有效焦距与第四透镜4的有效焦距满足第一设定关系，第二透镜2的有效焦距与第三透镜3的有效焦距满足第二设定关系，第三透镜3的有效焦距与光学镜头的有效焦距满足第三设定关系；
其中，第一设定关系为：-0.82＜f1/f4＜-0.75；
第二设定关系为：-0.34＜f2/f3＜-0.27；
第三设定关系为：0.13＜f/f3＜0.21；
其中，f1表示第一透镜1的有效焦距，f2表示第二透镜2的有效焦距， f3表示第三透镜3的有效焦距，f4表示第四透镜4的有效焦距，f表示光学镜头的有效焦距。
以下内容将举出本发明实施例光学镜头的一个实施例；需要注意的是，下述的表1与表2所列的数据为本发明的数据，并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的变动，其仍应属于本发明的范畴内；
| Surf | Radius | Thickness | Index | ABB | EFL-E |
| OBJ | Infinity | Infinity | 0 | ||
| S1 | 12.55996 | 0.5 | 1.77 | 49.62 | -9.31 |
| S2 | 4.504284 | 0.6835815 | |||
| S3 | 2.868795 | 0.95 | 1.54 | 55.71 | -3.613 |
| S4 | 1.023323 | 2.008568 | |||
| S5 | 3.634964 | 1.76142 | 1.66 | 20.37 | 11.428 |
| S6 | 5.599845 | 0.1 | |||
| S7 | 4.466954 | 1.336467 | 1.64 | 23.97 | 10.669 |
| S8 | 11.39953 | 0.1956615 | |||
| STO | Infinity | 0.1767597 | |||
| S9 | 17.11186 | 1.625909 | 1.59 | 68.62 | 3.572 |
| S10 | -2.338261 | 0.1 | |||
| S11 | -7.152771 | 0.6 | 1.66 | 20.37 | -4.952 |
| S12 | 6.34564 | 0.1 | |||
| S13 | 4.416335 | 2.361634 | 1.54 | 55.71 | 3.592 |
| S14 | -2.78306 | 0.4 | |||
| 15 | Infinity | 0.7 | 1.52 | 64.20 | |
| 16 | Infinity | 1.7 | |||
| IMA | Infinity |
表1
非球面数据如下表2：
| SURFACE:3 | SURFACE:4 | |
| K | -0.8659529990222000 | -0.9563621626968000 |
| a4 | -0.0011064402461600 | 0.0107080938455100 |
| a6 | -0.0003156996770843 | -0.0002099020908226 |
| a8 | 0.0000072509948736 | -0.0004323932693330 |
| a10 | 0 | 0 |
| SURFACE:7 | SURFACE:8 | |
| K | 0.2479375310356000 | 100.0000000000000000 |
| a4 | 0.0146166325726700 | 0.0215785714955800 |
| a6 | -0.0001361256094287 | -0.0135997087344700 |
| a8 | 0.0023761444718490 | 0.0248005835776000 |
| a10 | -0.0004794335608217 | -0.0179462153132700 |
| SURFACE:14 | SURFACE:15 | |
| K | -16.3816485082499990 | -0.5010682906770000 |
| a4 | 0.0034120865352860 | 0.0075862356690410 |
| a6 | -0.0001288425798629 | -0.0006040691126409 |
| a8 | -0.0000280237018368 | 0.0001134389688112 |
| a10 | 0.0000037649946809 | -0.0000038661039503 |
表2
非球面系数满足如下方程：
其中，z为非球面矢高，c为非球面近轴曲率，y为镜头口径，k为圆锥系数，a4为4次非球面系数、a6为6次非球面系数、a8为8次非球面系数、a10 为10次非球面系数、a12为12次非球面系数；
具体的，该实施例中各透镜表面的半径值、厚度如表1所示，非球面参数如表2所示；
其中，表1提供的光学系统有效焦距为1.65mm，光圈值为2.2，光学系统总长为15.3mm，全视场角为142°，全像高为6.8mm；在表1中，镜面序号 S1、S2依次代表第一透镜1的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号S3、S4 代表第二透镜2的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号S5、S6代表第三透镜3的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号S7、S8代表第四透镜4的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号S9、S10代表第五透镜6的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号S11、S12代表第六透镜7的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号S13、S14代表第七透镜8的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号15、16代表滤波片的沿光线入射方向的两个镜面；
在本发明实施例中，第一透镜1和第二透镜2的阿贝数分别为49.62和 55.71，满足要求；
在本发明实施例中f1/f4＝-0.873，f2/f3＝-0.316，f/f3＝0.144，满足要求；
在本发明实施例中，L/h＝2.25，满足要求；
在本发明实施例中，第一透镜1的折射率为1.77，满足要求；
在本发明实施例中，镜头总长为15.3mm，结构紧凑；图2为调制传递函数 (MTF)曲线图，代表了光学系统的综合解像能力，图中横轴表示空间频率，单位：圈数每毫米(cycles/mm)，纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，特别指出，光学传递函数是用来评价一个光学系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对真实图像的还原能力越强；从图2可以看出，可见光波段在空间频率为200lp/mm时，中心附近成像区域MTF>0.5，成像质量非常好，本具体实现方式提供的光学镜头对各种像差，如球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差等进行了校正，从而提高了分辨率；图3为低温零下30摄氏度时的解析图；图4为高温75摄氏度时的解析图，图5为850 波长时的解析图，图6和图7分别表示SPOT图和场曲图，由图2-7可知，本实施例中的光学镜头通过正负镜片焦距合理分配，能使像差得到较好的校正，并解决环境温度造成的焦点漂移问题和日夜共焦问题；
综上所述，本发明实施例通过采用合理光焦度分配的具有特定结构形状的透镜组成的光学镜头，可以在紧凑架构下达到高解像力；此外，由于镜片数量只有7片，2片玻璃镜片和5片塑胶镜片，架构简单，亦具有较低的成本；采用本发明提供的光学透镜系统的结构形状，透镜材质的阿贝系数等参数与成像条件匹配较佳，使得透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正，保证在整个像面都能均匀成像，满足高像素的使用要求且结构紧凑、外形尺寸小，可广泛应用于执法记录镜头仪领域。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (5)
1.一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统，包括光学镜头、滤光片和像面，其特征在于：所述光学镜头沿光轴方向从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一透镜（1）、光焦度为负的第二透镜（2）、光焦度为正的第三透镜（3）、光焦度为正的第四透镜（4）、光阑元件（5）、光焦度为正的第五透镜（6）、光焦度为负的第六透镜（7）和光焦度为正的第七透镜（8）；所述像面设置于第七透镜（8）远离第六透镜（7）的一侧，所述滤光片设置于第七透镜（8）与像面之间；
所述第一透镜（1）为凸向物侧的弯月型球面镜片，所述第二透镜（2）为弯月型非球面镜片，所述第三透镜（3）为弯月型非球面镜片，所述第三透镜（3）的物侧面为凸面，第四透镜（4）为弯月型非球面镜片，所述第四透镜（4）的物侧面为凸面，所述第五透镜（6）为双凸的球面镜片，所述第六透镜（7）为双凹的非球面镜片，所述第七透镜（8）为双凸的非球面镜片；所述第一透镜（1）和第五透镜（6）均设置为玻璃镜片，所述第二透镜（2）、第三透镜（3）、第四透镜（4）、第六透镜（7）和第七透镜（8）均设置为塑胶非球面镜片；
其中，所述光焦度为负的第一透镜（1）远离第二透镜（2）一侧的表面为凸面；光焦度为负的第二透镜（2）凸面朝向第一透镜（1）；光焦度为正的第三透镜（3）凸面朝向第二透镜（2）；光焦度为正的第四透镜（4）朝向所述第三透镜（3）的表面为凸面，光焦度为正的第五透镜（6）为双凸镜片，光焦度为负的第六透镜（7）为双凹镜片，光焦度为正的第七透镜（8）为双凸镜片；
所述第一透镜（1）的有效焦距与所述第四透镜（4）的有效焦距满足第一设定关系，所述第二透镜（2）的有效焦距与所述第三透镜（3）的有效焦距满足第二设定关系，所述第三透镜（3）的有效焦距与所述光学镜头的有效焦距满足第三设定关系；
其中，所述第一设定关系为：-0.82＜f1/f4＜-0.75；
所述第二设定关系为：-0.34＜f2/f3＜-0.27；
所述第三设定关系为：0.13＜f/f3＜0.21；
其中，f1表示所述第一透镜（1）的有效焦距，f2表示所述第二透镜（2）的有效焦距，f3表示所述第三透镜（3）的有效焦距，f4表示所述第四透镜（4）的有效焦距，f表示所述光学镜头的有效焦距。
2.根据权利要求1所述的一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统，其特征在于：所述第一透镜（1）和第二透镜（2）的阿贝数均大于48且小于61。
3.根据权利要求1所述的一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统，其特征在于：所述光学镜头满足下列条件：L/h<2.42；
其中：L表示所述光学镜头的总长度，h表示所述像面的大小。
4.根据权利要求1所述的一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统，其特征在于：所述第一透镜（1）满足下面的条件公式：1.75<Nd1<1.78，其中Nd1为第一透镜（1）的折射率。
5.根据权利要求1所述的一种小型化热漂移稳定执法仪摄像系统，其特征在于：所述第一透镜（1）的口径在12mm以下。
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