CN208026982U - 大视场角针孔摄像光学系统 - Google Patents

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葛航笠
盛亚茗
尚洁阳
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Abstract

一种大视场角针孔摄像光学系统，从物面侧到像面侧沿光线入射方向依次包括：双凹负光焦度的第一透镜、光阑、前凹后凸正光焦度第二透镜、双凸正光焦度第三透镜、前凹后凸正光焦度第四透镜、双凹负光焦度第五透镜、双凸正光焦度第六透镜、用于滤除不必要波段的光线和杂散光的滤光片、成像面，其中：第四透镜与第五透镜通过胶合形成合光焦度为正的胶合镜片。本实用新型采用了特定的镜头内部镜片的组合方式以及特定的镜片本身的材质、参数，基本解决了针孔摄像镜头解像力低下、视场角小的缺陷。使得本实用新型能够支持两百万像素，且半视场角能够超过65°，实现大广角的大视场监控摄像。

Description

大视场角针孔摄像光学系统
技术领域
本实用新型涉及的是一种光学设备领域的技术，具体是一种应用了非球面镜片的支持两百万像素、视场达到65°以上的针孔摄像光学系统。
背景技术
现有的针孔摄像镜头由于体积限制可使用的镜片数量，解像力性能存在一定瓶颈；其次其前端口径小导致镜头视场角往往偏小，无法满足大场景的监测拍摄功能；最后由于通过前端孔径的光线少，造成较暗环境下成像效果差，夜晚极低照度环境下基本无法使用。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种大视场角针孔摄像光学系统，能够支持两百万像素，且半视场角能够超过65°实现大广角的大视场监控摄像。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
本实用新型从物面侧到像面侧沿光线入射方向依次包括：双凹负光焦度的第一透镜、光阑、前凹后凸正光焦度第二透镜、双凸正光焦度第三透镜、前凹后凸正光焦度第四透镜、双凹负光焦度第五透镜、双凸正光焦度第六透镜、用于滤除不必要波段的光线和杂散光的滤光片、成像面，其中：第四透镜与第五透镜通过胶合形成合光焦度为正的胶合镜片。
所述的第一透镜和第六透镜为非球面镜片。
所述的第二透镜优选为非球面镜片。
所述的第一至第六透镜的焦距与镜头的有效焦距的比值分别满足：(-1.5,-0.5)、(1.0,10.0)、(1.0,5.0)、(1.0,5.0)、(-2.0,-0.5)、(1.0,2.0)。
所述的第二透镜和第三透镜的整体焦距、由第四透镜和第五透镜胶合而成的胶合镜片的焦距与镜头的有效焦距的比值分别为：(1.0,5.0)、(-5.0,-0.8)。
所述的光阑至成像面的间距与光学系统的光学总长(即第一透镜前表面中心顶点至像面的间距)的比值为(0.75,0.95)。
所述的第六透镜至像面的间距(即第六透镜后表面中心顶点至像面的间距)与光学系统的光学总长(即第一透镜前表面中心顶点至像面的间距)的比值为(0.15,0.30)。
所述的光学系统的物方半视场角与光学系统的像方最边缘视场的中心主光线与像面的夹角的比值为(3.5,35)。
所述的第一透镜前表面的有效通光孔径与光学系统的成像面有效径的比值为(0.4,0.8)。
所述的第四透镜对应d光波长的折射率为(1.4,1.65)且第四透镜的阿贝数为(60,96)。
所述的非球面镜片的非球面表达式为：
其中：Z为非球面沿光轴方向的高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高sag；R表示镜面的曲率半径，K为圆锥系数conic，A、B、C、D、E、F为高次非球面系数，而系数中的e代表科学计数号，例e-005表示。技术效果
与现有技术相比，本实用新型所述的针孔摄像光学系统采用了特定的镜头内部镜片的组合方式以及特定的镜片本身的材质、参数，基本解决了针孔摄像镜头解像力低下、视场角小的缺陷。使得本实用新型的针孔摄像镜头能够支持两百万像素，且半视场角能够超过65°，实现大广角的大视场监控摄像。
附图说明
图1为本实用新型的针孔摄像镜头的外观示意图；
图2为实施例1剖面示意图；
图3为实施例1轴上像差图；
图4为实施例1倍率色差图；
图5为实施例1点列图；
图6为实施例1MTF图；
图7为实施例2剖面示意图；
图8为实施例2轴上像差图；
图9为实施例2倍率色差图；
图10为实施例2点列图；
图11为实施例2MTF图；
图12为实施例3剖面示意图；
图13为实施例3轴上像差图；
图14为实施例3倍率色差图；
图15为实施例3点列图；
图16为实施例3MTF图；
图中：第一透镜G1、光阑STP、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、滤光片IRCF、成像面IMG。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型的针孔摄像镜头的外观示意图，该镜头前端尺寸较小，能够支持两百万像素，且半视场角能够超过65°，实现大广角的大视场监控摄像。
实施例1
如图2所示，本实施例针孔摄像镜头从物面侧到像面侧沿光线入射方向依次包括：双凹负光焦度的第一透镜G1、光阑S、前凹后凸正光焦度第二透镜G2、双凸正光焦度第三透镜G3、前凹后凸正光焦度第四透镜G4、双凹负光焦度第五透镜G5、双凸正光焦度第六透镜G6、用于滤除不必要波段的光线和杂散光的滤光片IRCF、成像面IMG，其中：第四透镜与第五透镜通过胶合形成合光焦度为正的胶合镜片。
本实施例中第一透镜G1、第二透镜G2和第六透镜G6为非球面镜片。
所述的成像面IMG设有CCD或CMOS等的固体摄像元件。
本实施例中的针孔摄像镜头的具体设置如下：
焦距f＝2.73mm；FNO＝2.51；半视场角(ω)＝69.7°；
表面编号 表面曲率半径/mm 厚度/mm 材料折射率 材料阿贝数
*1 -5.423 1.02 1.589 61.3
*2 1.992 1.25
3(STP) ∞ 0.30
*4 -25.629 1.39 1.517 69.9
*5 -2.320 0.10
6 4.900 1.80 1.497 81.6
7 -4.900 0.62
8 -5.734 1.69 1.497 81.6
9 -3.089 0.60 2.001 25.5
10 32.890 0.10
*11 7.735 2.19 1.767 49.8
*12 -3.976 1.74
13 ∞ 0.21 1.517 64.2
14 ∞ 1.00
Image ∞ 0.00
本实施例中所应用的非球面镜片的对应圆锥系数(K)和非球面系数(A、B、C、D、E)如下：
本实施例针孔摄像镜头满足：θOBJ/θIMG＝5.77且
本实施例的第一至第六透镜G1～G6的焦距与镜头的有效焦距的比值分别为：-0.85、1.76、1.91、4.06、-1.01、1.35。
本实施例的光阑STP的位置满足：LS-IMG/TTL＝0.83。
本实施例的第二透镜G2和第三透镜G3的整体焦距与镜头的有效焦距的比值为：2.68。
本实施例的第四透镜G4满足：NdG4＝1.497，VdG4＝81.6。
本实施例中，由第四透镜G4和第五透镜G5胶合而成的胶合镜片的焦距与镜头的有效焦距的比值为：-1.20。
本实施例的第六透镜G6的位置满足：LG6R2-IMG/TTL＝0.21。
如图3所示，为本实施例的针孔摄像镜头相对于d线(λ＝587.56nm)的轴上像差图；图中的S、T，分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。
如图4所示，为本实施例的针孔摄像镜头相对于d线(λ＝587.56nm)的倍率色差图；
如图5所示，为本实施例的针孔摄像镜头相对于d线(λ＝587.56nm)的点列图；
如图6所示，为本实施例的针孔摄像镜头的MTF图。
实施例2
如图7所示，为本实施例的针孔摄像镜头的构成沿光轴的剖面图。该针孔摄像镜头，沿光线入射方向，从物面侧到像面侧依次排列有，第一透镜、光圈、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、滤光片、成像面。其中：第一透镜为双凹的负光焦度透镜G1，光圈S位于第一透镜与第二透镜之间，第二透镜为前凹后凸的正光焦度透镜G2，第三透镜为双凸的正光焦度透镜G3，第四透镜为前凹后凸的正光焦度透镜G4，第五透镜为双凹的负光焦度透镜G5，且第四透镜与第五透镜通过胶合形成一枚合光焦度为正的胶合镜片，第六透镜为双凸的正光焦度透镜G6。
与实施例1相比，本实施例中第一透镜和第六透镜为非球面镜片。
所述的第六透镜G6和成像面IMG之间，所述的滤光镜IRCF，以滤除不必要波段的光线和杂散光。
所述的光学系统的成像面IMG设有CCD或CMOS等的固体摄像元件的成像接收面。
本实施例中的针孔摄像镜头的具体设置如下：
焦距f＝2.75mm；FNO＝2.83；半视场角(ω)＝69.2°；
表面编号 表面曲率半径/mm 厚度/mm 材料折射率 材料阿贝数
*1 -6.009 1.42 1.805 45.6
*2 5.162 1.07
3(STP) ∞ 0.33
4 -3.506 0.74 1.869 38.5
5 -3.284 0.10
6 6.484 1.61 1.654 57.0
7 -4.276 1.23
8 -17.591 1.93 1.437 95.1
9 -2.361 0.50 1.731 24.1
10 50.562 0.10
*11 19.952 1.88 1.767 49.8
*12 -3.480 1.84
13 ∞ 0.21 1.517 64.2
14 ∞ 1.00
Image ∞ 0.00
本实施例中所应用的非球面镜片的对应圆锥系数(K)和非球面系数(A、B、C、D、E)如下：
本实施例的针孔摄像镜头满足：θOBJ/θIMG＝4.02且
本实施例的第一至第六透镜G1～G6的焦距与镜头的有效焦距的比值分别为：-1.38、8.50、1.12、1.92、-1.52、1.44。
本实施例的光阑STP的位置满足：LS-IMG/TTL＝0.79。
本实施例的第二透镜G2和第三透镜G3的整体焦距与镜头的有效焦距的比值为：1.22、-3.48。
本实施例的第四透镜G4和第五透镜G5胶合而成的胶合镜片的焦距与镜头的有效焦距的比值为：1.22、-3.48。
本实施例的第四透镜G4满足：NdG4＝1.437，VdG4＝95.1。
本实施例的第六透镜G6的位置满足：LG6R2-IMG/TTL＝0.27。
如图8所示，为本实施例的针孔摄像镜头相对于d线(λ＝587.56nm)的轴上像差图；图中的S、T，分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。
如图9所示，为本实施例的针孔摄像镜头相对于d线(λ＝587.56nm)的倍率色差图；
如图10所示，为本实施例的针孔摄像镜头相对于d线(λ＝587.56nm)的点列图；
如图11所示，为本实施例的针孔摄像镜头的MTF图；
实施例3
如图12所示，为本实施例的针孔摄像镜头的构成沿光轴的剖面图。该针孔摄像镜头，沿光线入射方向，从物面侧到像面侧依次排列有，第一透镜、光圈、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、滤光片、成像面。其中：第一透镜为双凹的负光焦度透镜G1，光圈S位于第一透镜与第二透镜之间，第二透镜为前凹后凸的正光焦度透镜G2，第三透镜为双凸的正光焦度透镜G3，第四透镜为前凹后凸的正光焦度透镜G4，第五透镜为双凹的负光焦度透镜G5，且第四透镜与第五透镜通过胶合形成一枚合光焦度为正的胶合镜片，第六透镜为双凸的正光焦度透镜G6。
与实施例1相比，本实施例中第一透镜和第六透镜为非球面镜片。
所述的第六透镜G6和成像面IMG之间，所述的滤光镜IRCF，以滤除不必要波段的光线和杂散光。
所述的光学系统的成像面IMG设有CCD或CMOS等的固体摄像元件的成像接收面。
本实施例中的针孔摄像镜头的具体设置如下：
焦距f＝2.70mm；FNO＝2.44；半视场角(ω)＝68.7°；
本实施例中所应用的非球面镜片的对应圆锥系数(K)和非球面系数(A、B、C、D、E)如下：
本实施例的第一至第六透镜G1～G6的焦距与镜头的有效焦距的比值分别为：-1.03、1.23、4.65、2.51、-0.77、1.88。
本实施例的第二透镜G2和第三透镜G3的整体焦距、由第四透镜G4和第五透镜G5胶合而成的胶合镜片的焦距与镜头的有效焦距的比值分别为：4.79、-0.93。
本实施例的光阑STP的位置满足：LS-IMG/TTL＝0.91。
本实施例的第六透镜G6的位置满足：LG6R2-IMG/TTL＝0.18。
本实施例的针孔摄像镜头满足：θOBJ/θIMG＝30.81且
本实施例的第四透镜满足：NdG4＝1.593，VdG4＝68.6。
如图13所示，为本实施例的针孔摄像镜头相对于d线(λ＝587.56nm)的轴上像差图；图中的S、T，分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。
如图14所示，为本实施例的针孔摄像镜头相对于d线(λ＝587.56nm)的倍率色差图；
如图15所示，为本实施例的针孔摄像镜头相对于d线(λ＝587.56nm)的点列图；
如图16所示，为本实施例的针孔摄像镜头的MTF图；
下表为以上三个实施例的主要参数以及各条件式对比列表。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。

Claims (10)

1.一种大视场角针孔摄像光学系统，其特征在于，从物面侧到像面侧沿光线入射方向依次包括：双凹负光焦度的第一透镜、光阑、前凹后凸正光焦度第二透镜、双凸正光焦度第三透镜、前凹后凸正光焦度第四透镜、双凹负光焦度第五透镜、双凸正光焦度第六透镜、用于滤除不必要波段的光线和杂散光的滤光片、成像面，其中：第四透镜与第五透镜通过胶合形成合光焦度为正的胶合镜片。
2.根据权利要求1所述的大视场角针孔摄像光学系统，其特征是，所述的第一透镜和第六透镜为非球面镜片。
3.根据权利要求1或2所述的大视场角针孔摄像光学系统，其特征是，所述的第二透镜为非球面镜片。
4.根据权利要求1或2所述的大视场角针孔摄像光学系统，其特征是，所述的第一至第六透镜的焦距与镜头的有效焦距的比值分别满足的范围为：(-1.5,-0.5)、(1.0,10.0)、(1.0,5.0)、(1.0,5.0)、(-2.0,-0.5)、(1.0,2.0)。
5.根据权利要求1所述的大视场角针孔摄像光学系统，其特征是，所述的第二透镜和第三透镜的整体焦距、由第四透镜和第五透镜胶合而成的胶合镜片的焦距与镜头的有效焦距的比值的范围分别为：(1.0,5.0)、(-5.0,-0.8)。
6.根据权利要求1所述的大视场角针孔摄像光学系统，其特征是，所述的光阑至成像面的间距与光学系统的光学总长的比值的范围为(0.75,0.95)。
7.根据权利要求1所述的大视场角针孔摄像光学系统，其特征是，所述的第六透镜至像面的间距与光学系统的光学总长的比值的范围为(0.15,0.30)。
8.根据权利要求1所述的大视场角针孔摄像光学系统，其特征是，所述的光学系统的物方半视场角与光学系统的像方最边缘视场的中心主光线与像面的夹角的比值的范围为(3.5,35)。
9.根据权利要求1所述的大视场角针孔摄像光学系统，其特征是，所述的第一透镜前表面的有效通光孔径与光学系统的成像面有效径的比值的范围为(0.4,0.8)。
10.根据权利要求1所述的大视场角针孔摄像光学系统，其特征是，所述的第四透镜对应d光波长的折射率的范围为(1.4,1.65)且第四透镜的阿贝数的范围为(60,96)。
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CN110609379A (zh) * 2019-10-29 2019-12-24 长春理工大学 双通道共透镜式光学系统
WO2021128263A1 (zh) * 2019-12-27 2021-07-01 诚瑞光学(常州)股份有限公司 摄像光学镜头

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