CN208705558U - 一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，属于光学镜头技术领域，包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和感光芯片，所述第二透镜和第三透镜之间设置光阑，所述第三透镜为玻璃球面透镜，第一透镜、第二透镜、第四透镜与第五透镜为塑胶非球面透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的焦距依次为负、正、正、负、正。该镜头使用4枚塑料非球面代替5‑6枚玻璃镜片，成本低，分辨率高，像差小。

Description

一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头

技术领域

本实用新型属于光学镜头技术领域，尤其是涉及一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头。

背景技术

智能高清摄像机像素高、图像清晰度高，且传输方式灵活，因此在交通监控系统、道路信息监测、车牌与人脸识别等方面应用越来越广泛，这就意味着对光学镜头提出了更高的要求。现有技术中也不断对光学镜头进行改进，以满足智能高清摄像机的要求。当前，虽然有一些星光级、大光圈、红外共焦光学镜头出现，但是也存在镜片数多或者大光圈下的分辨率低、高低温像差、日夜共焦夜视效果差等问题。

中国专利（公告号CN204989605U）公开一种高分辨率、红外共焦的光学系统，属于成像光学领域，从物方到像方依次包括有第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和感光芯片；所述的第二镜片和第三镜片之间设有光阑；所述的第四镜片和感光芯片之间设置有滤光片，所述的第一镜片和第二镜片为玻璃球面透镜，所述的第三镜片和第四镜片为塑料非球面透镜。该实用新型解决了高分辨率、红外共焦的光学系统使用镜片数量较多、大视角情况下分辨率下降以及使用材料昂贵的问题。但该专利使用2G2P结构，其通光光圈为常规光圈（F数为2.0），夜视效果一般。

中国专利（公开号CN107422462A）公开一种大光圈超高清日夜共焦光学系统，属于光学系统技术领域，其包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和感光芯片，所述第三透镜和第四透镜之间设置光阑，所述第一透镜、第三透镜和第六透镜为玻璃球面透镜，所述第二透镜、第四透镜和第五透镜为塑胶非球面透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的焦距依次为负、负、正、正、负、正。该专利主要问题是采用3G3P结构，成本昂贵。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，该镜头使用4枚塑料非球面代替5-6枚玻璃镜片，成本低，分辨率高，像差小。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和感光芯片，所述第二透镜和第三透镜之间设置光阑，所述第三透镜为玻璃球面透镜，第一透镜、第二透镜、第四透镜与第五透镜为塑胶非球面透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的焦距依次为负、正、正、负、正。

进一步的，所述第五透镜和感光芯片之间依次设置滤光片和保护玻璃。

进一步的，所述第一透镜为双凹透镜，第二透镜为正弯月形透镜，第三透镜为双凸透镜，第四透镜为双凹透镜，第五透镜为双凸透镜。

进一步的，所述第一透镜为低色散透镜，满足50＜Vd＜70；第二透镜为高色散透镜，满足17.8＜Vd＜30；第三透镜为高折射率低色散透镜，满足Nd＞1.55，50＜Vd＜70；第四透镜为高折射率透镜，满足Nd＞1.8；第五透镜为低色散透镜，满足50＜Vd＜70；其中Nd表示镜片的d光折射率，Vd表示镜片的阿贝常数。

进一步的，所述镜头为大光圈镜头，FNo.=1.6。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型公开一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，使用四枚塑料非球面，通过非球面面型与材料的调整，使得镜头像素达到2MP，FNo.为1.6，视场角为112度，且该镜头的镜头片被压缩到5枚。

2、通过对第三透镜、第四透镜的材料进行限定，同时第四透镜与第五透镜的非球面系数的校正使得镜头球差减小，解决球差与高级球差问题，从而使其达到大光圈的效果（FNo.达到1.6=光孔/焦距=5.6mm/4.0mm）。

3、第一透镜、第二透镜、第四透镜以及第五透镜使用塑料非球面双向校正情况下，确保了白天与黑夜转换时后焦变化量为0.005mm，在400nm~700nm光谱范围内，不但使图像色彩亮丽和锐利，还具有很好的色彩还原性，使成像的效果更接近人眼直接观察的效果。同时，还校正了800nm~940nm的近红外光谱像差，实现日夜共焦的效果。

4、本实用新型中镜头焦距为4.0mm，使用4枚塑料非球面代替5-6枚玻璃镜片，从尺寸精度来讲塑料镜片精度比玻璃镜片要高，从成本上来讲塑料镜片成本远低于玻璃镜片成本，大大降低了制作成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的光学镜头的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1中光学镜头的球差曲线图；

图3为本实用新型实施例1中光学镜头的的场曲及畸变曲线图；

图4为本实用新型实施例1中光学镜头的色差曲线图；

图5为本实用新型实施例1中光学镜头的的MTF曲线图。

图中：1-第一透镜，2-第二透镜，3-第三透镜，4-第四透镜，5-第五透镜， 6-滤光片，7-保护玻璃，8-感光芯片，9-光阑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例1

如图1所示，本实用新型公开一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和感光芯片8，第二透镜2和第三透镜3之间设置光阑9，第五透镜5和感光芯片8之间依次设置滤光片6和保护玻璃7，第三透镜3为玻璃球面透镜，第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4与第五透镜5为塑胶非球面透镜，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5的焦距依次为负、正、正、负、正。

上述透镜中：第一透镜1为双凹透镜，第二透镜2为正弯月形透镜，第三透镜3为双凸透镜，第四透镜4为双凹透镜，第五透镜5为双凸透镜。

上述透镜中：第一透镜1为低色散透镜，满足50＜Vd＜70；第二透镜2为高色散透镜，满足17.8＜Vd＜30；第三透镜3为高折射率低色散透镜，满足Nd＞1.55，50＜Vd＜70；第四透镜4为高折射率透镜，满足Nd＞1.8；第五透镜5为低色散透镜，满足50＜Vd＜70；其中Nd表示镜片的d光折射率，Vd表示镜片的阿贝常数。

上述第一透镜、第二透镜、第四透镜与第五透镜的非球面面型均满足方程式：

，

其中：c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，径向坐标的单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；

当k＜-1时，透镜的面形曲线为双曲线；

当k=-1时，透镜的面形曲线为抛物线；

当-1＜k＜0时，透镜的面形曲线为椭圆；

当k=0时，透镜的面形曲线为圆形；

当k＞0时，透镜的面形曲线为扁圆；

~分别表示各径向坐标所对应的系数。

本实用新型中第一透镜为低色散非球面透镜，使用低色散来校正色差，通过非球面系数重点校正畸变，通过校正使得镜头畸变小于-36%。

第二透镜，通过增加芯厚及R值的调整主要用来校正场曲。

第三透镜采用高折射率低色散透镜，高折射率有利于球差及慧差的校正，

低色散用来校正及抑制红外成像的焦点漂移。同时，此位置放置玻璃镜片大大有助于抑制高低温环境时镜头的焦点漂移。

第四第五透镜组，用来进一步校正球差慧差色差及像散，是通过非球面系数能够精细校正入射光线的残余像差。

本实用新型在设计过程中通过对第三透镜、第四透镜的材料进行限定，即第三透镜使用高折射率低色散型材质，同时第四透镜使用高折射率材质用来提高像质，同时通过第四透镜与第五透镜的非球面系数的校正使得镜头球差减小，解决球差与高级球差问题，从而使其达到大光圈的效果（FNo.达到1.6=光孔/焦距=5.6mm/4.0mm）。

通过光学塑料镜片材质物理特性来弥补高低温后焦变化，实现“高温（+80℃）时机构后焦变化量”-“高温（+80℃）光学后焦变化量”不超过±0.002mm；“低温（-40℃）机构后焦变化量”-“低温（-40℃）光学后焦变化量”不超过±0.002 mm；从而一举解决了高低温性能问题。

在设计过程中，第一透镜、第二透镜、第四透镜以及第五透镜使用塑料非球面对可见光和近红外光同时校正的情况下，确保了白天与黑夜转换时后焦变化量为0.005mm，在400nm~700nm光谱范围内，不但使图像色彩亮丽和锐利，还具有很好的色彩还原性，使成像的效果更接近人眼直接观察的效果。同时，还校正了800nm~940nm的近红外光谱像差，实现日夜共焦的效果。

一般情况下，使用玻璃镜片数在6-7枚，才能解决镜头像差问题，做出像素为2MP，FNo.为1.6，视场角为112度的镜头，本申请通过使用四枚塑料非球面，通过非球面面型与材料的调整，使得镜头像素达到2MP，FNo.为1.6，视场角为112度，夜视效果达到中心完全不虚焦，且该镜头的镜头片被压缩到5枚。

由于该镜头焦距为4.0mm，在现实生产中使用量较大，现使用4枚塑料非球面代替5-6枚玻璃镜片，从成本上来讲由于使用量大，塑料模具成本平摊到单个部品中去时，平均费用约0.7-1.0元人民币，而玻璃镜片平均费用约1.5-2.5元人民币不等，按现在的镜头成本计算至少节省成本约3.5元人民币。

列举一个视场角为112°，分辨率为200万像素，机械总长为22.5mm以内，可在-40℃~+80℃的环境下正常工作的实际设计实施例：

表1系统数据

表2非球面系数~

上述表1和表2中：

面编号1和2分别表示的是第一透镜1的第一面和第二面，第一透镜1的材质为APL5014；

面编号3和4分别表示的是第二透镜2的第一面和第二面，第二透镜2的材质为EP5000；

面编号6和7分别表示的是第三透镜3的第一面和第二面，第三透镜3的材质为H-ZF88；

面编号8和9分别表示的是第四透镜4的第一面和第二面，第四透镜4的材质为EP5000；

面编号10和11分别表示的是第五透镜5的第一面和第二面，第五透镜5的材质为APL5014；

面编号12和13分别表示的是滤光片6的第一面和第二面，滤光片6的基底材质为H-K9L；

面编号14和15分别表示的是保护玻璃7的第一面和第二面，保护玻璃7的基底材质为H-K9L；

其中，所述第一面指朝向物面侧的一面，第二面指朝向像面的一面。

该镜头的性能检测见附图2-5，图2可以看出，球差矫正到±0.04mm以内，在光谱带宽内球差校正的比较好，这样能增加镜头实拍画面的整洁度。由于用到非球面镜片，图3中的像散和场曲可以矫正到合适的范围，使得子午的解像力能够与弧矢方向的解像力相近。图4中垂轴色差，f光、d光、c光相对垂轴色差在2μm以内，g光垂轴色差在7μm以内，色差校正的较好，可满足我们镜头解像品质需求；图5中MTF曲线图可以看出，中心视场及0.7视场以内，200cycles/mm的空间频率有着较高的锐度，该镜头有着优良的解像力，分辨率高。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，其特征在于：包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）、第四透镜（4）、第五透镜（5）和感光芯片（8），所述第二透镜（2）和第三透镜（3）之间设置光阑（9），所述第三透镜（3）为玻璃球面透镜，第一透镜（1）、第二透镜（2）、第四透镜（4）与第五透镜（5）为塑胶非球面透镜，所述第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）、第四透镜（4）和第五透镜（5）的焦距依次为负、正、正、负、正。

2.根据权利要求1所述的一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，其特征在于：所述第五透镜（5）和感光芯片（8）之间依次设置滤光片（6）和保护玻璃（7）。

3.根据权利要求1所述的一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，其特征在于：所述第一透镜（1）为双凹透镜，第二透镜（2）为正弯月形透镜，第三透镜（3）为双凸透镜，第四透镜（4）为双凹透镜，第五透镜（5）为双凸透镜。

4.根据权利要求1所述的一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，其特征在于：所述第一透镜（1）为低色散透镜，满足50＜Vd＜70；第二透镜（2）为高色散透镜，满足17.8＜Vd＜30；第三透镜（3）为高折射率低色散透镜，满足Nd＞1.55，50＜Vd＜70；第四透镜（4）为高折射率透镜，满足Nd＞1.8；第五透镜（5）为低色散透镜，满足50＜Vd＜70；其中Nd表示镜片的d光折射率，Vd表示镜片的阿贝常数。

5.根据权利要求1所述的一种星光级大光圈日夜共焦的光学镜头，其特征在于：所述镜头为大光圈镜头，FNo.=1.6。