CN214225555U

CN214225555U - 光学系统

Info

Publication number: CN214225555U
Application number: CN202022386695.5U
Authority: CN
Inventors: 冯世杰
Original assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Current assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-09-17
Anticipated expiration: 2030-10-23

Abstract

本实用新型涉及一种光学系统，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、光阑(STOP)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)和第五透镜(L5)，所述第四透镜(L4)和所述第五透镜(L5)组成双胶合镜组，所述第二透镜(L2)为凹凸型。本实用新型的光学系统体积小、光圈大，该光学系统通光量大，因此兼具日夜两用功能，在‑40℃～105℃温度范围内不虚焦。

Description

光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光学系统。

背景技术

随着科学技术的快速发展，人们对车载、安防也有了更高的要求，监控镜头的需求也由此诞生。跟变焦镜头相比，定焦镜头从设计到制造都较为简单，拍摄的运动物体的图像清晰稳定，画面细腻，且能24小时全天拍摄，这些性能在安防镜头领域起到十分重要的作用。然而，夜晚无太阳光，因此光圈小的镜头只能通过红外补光在夜晚使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于监控镜头的光学系统。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种光学系统，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第四透镜和所述第五透镜组成双胶合镜组，所述第二透镜为凹凸型。

根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜为负透镜，所述第二透镜为正透镜或负透镜，第三透镜为正透镜，所述第四透镜为负透镜，所述第五透镜为正透镜，所述双胶合镜组具有正光焦度。

根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜和所述第三透镜为球面透镜，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为非球面透镜。

根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜为凸凹型，所述第三透镜为双凸型，所述第四透镜为凸凹型，所述第五透镜为双凸型。

根据本实用新型的一个方面，还包括位于所述第五透镜像侧的滤光/滤色片。

根据本实用新型的一个方面，所述双胶合镜组的焦距fb与所述光学系统的有效焦距f满足关系式：1.51≤|fb/f|≤19.3。

根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜的焦距f1与所述光学系统的有效焦距f满足关系式：1.21≤|f1/f|≤13.1。

根据本实用新型的一个方面，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的非球面满足下列公式：

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。

根据本实用新型的一个方面，所述第二透镜的焦距f2、所述第三透镜的焦距f3、所述第四透镜的焦距f4和所述第五透镜的焦距f5分别与所述光学系统的有效焦距f满足以下关系式：

3.1≤|f2/f|≤27.6；

1.5≤|f3/f|≤11.7；

1.1≤|f4/f|≤7.4；

1.3≤|f5/f|≤5.3。

根据本实用新型的一个方面，

所述第一透镜的折射率Nd满足：1.60≤Nd≤1.85，阿贝数系数Vd满足：35≤Vd≤75；

所述第二透镜的折射率Nd满足1.53≤Nd≤1.70，阿贝数系数Vd满足：21≤Vd≤35；

所述第三透镜的折射率Nd满足1.43≤Nd≤1.78，阿贝数系数Vd满足:45≤Vd≤96；

所述第四透镜的折射率Nd满足1.50≤Nd≤1.93，阿贝数系数Vd满足:17≤Vd≤45；

所述第五透镜的折射率Nd满足1.43≤Nd≤1.75，阿贝数系数Vd满足:35≤Vd≤77。

根据本实用新型，提供一种体积小，在-40℃～105℃温度范围内不虚焦，大光圈，通光量大，红外共焦的日夜两用的光学系统，从而适用于广角车载安防镜头。

根据本实用新型的一个方案，第四透镜和第五透镜采用高低色散系数材料搭配胶合，可以消除色差。

根据本实用新型的一个方案，第一透镜具备负光焦度可以控制光线入射角度起到了降低畸变的作用。

根据本实用新型的一个方案，第二透镜具备正光焦度可以控制光线角度弯折，使得第三透镜可以更好地会聚光线。

根据本实用新型的方案，光学系统可实现大光圈高像素，Fno≤1.2，光圈大，通光量多，整体照度相对均匀，亮度较好(相对照度50％以上)。通过优化配置各个透镜的正负光焦度，使像差得到有效的校正。且光学系统的像面高度可达Φ4.6mm，可适配多款sensor，应用前景广阔，提升了市场竞争力。还能够实现在-40℃～105℃温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。另外，光学系统还能够实现最大视场角Fov≥110°的图像捕捉，总长TTL≤22mm，体积较小，也使得单部品及组装公差较好，有良好的制造性。

附图说明

图1示意性表示根据本实用新型的第一种实施方式的光学系统的结构图；

图2示意性表示根据本实用新型的第一种实施方式的光学系统物距为2m的MTF图；

图3示意性表示根据本实用新型的第一种实施方式的光学系统物距为0.2m的MTF图；

图4示意性表示根据本实用新型的第一种实施方式的光学系统物距为2m，高温105℃的MTF图；

图5示意性表示根据本实用新型的第一种实施方式的光学系统物距为2m，低温-40℃的MTF图；

图6示意性表示根据本实用新型的第一种实施方式的光学系统物距为2m，红外波段的MTF图；

图7示意性表示根据本实用新型的第二种实施方式的光学系统的结构图；

图8示意性表示根据本实用新型的第二种实施方式的光学系统物距为2m的MTF图；

图9示意性表示根据本实用新型的第二种实施方式的光学系统物距为0.2m的MTF图；

图10示意性表示根据本实用新型的第二种实施方式的光学系统物距为2m，高温105℃的MTF图；

图11示意性表示根据本实用新型的第二种实施方式的光学系统物距为2m，低温-40℃的MTF图；

图12示意性表示根据本实用新型的第二种实施方式的光学系统物距为2m，红外波段的MTF图；

图13示意性表示根据本实用新型的第三种实施方式的光学系统的结构图；

图14示意性表示根据本实用新型的第三种实施方式的光学系统物距为2m的MTF图；

图15示意性表示根据本实用新型的第三种实施方式的光学系统物距为0.2m的MTF图；

图16示意性表示根据本实用新型的第三种实施方式的光学系统物距为2m，高温105℃的MTF图；

图17示意性表示根据本实用新型的第三种实施方式的光学系统物距为2m，低温-40℃的MTF图；

图18示意性表示根据本实用新型的第三种实施方式的光学系统物距为2m，红外波段的MTF图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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。

在针对本实用新型的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

参见图1，本实用新型的玻塑混合红外共焦高低温共焦的光学系统，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜L1、第二透镜L2、光阑STOP、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5以及滤光片IR或滤色片CG。其中所述第四透镜L4和第五透镜L5组成双胶合镜组。第一透镜L1为负透镜，第二透镜L2为正透镜或负透镜，第三透镜L3为正透镜，第四透镜L4为负透镜，第五透镜L5为正透镜，双胶合镜组具有正光焦度。第一透镜L1和第三透镜L3为球面透镜，第二透镜L2、第四透镜L4和第五透镜L5为非球面透镜。第一透镜L1为凸凹型；第二透镜L2为凹凸型，且凹面位于物侧，凸面位于像侧，如此可使实现有效的调整系统公差，同时具有矫正系统高低温效果；第三透镜L3为双凸型；第四透镜L4为凸凹型；第五透镜L5为双凸型。第四透镜L4和第五透镜L5采用高低色散系数材料搭配胶合，可以消除色差。第一透镜L1具备负光焦度可以控制光线入射角度起到了降低畸变的作用。第二透镜L2具备正光焦度可以控制光线角度弯折，使得第三透镜L3(即正透镜)可以更好地会聚光线。

本实用新型中，双胶合镜组的焦距(即第四透镜L4和第五透镜L5的组合焦距)fb与光学系统的有效焦距f满足关系式：1.51≤|fb/f|≤19.3。第一透镜L1的焦距f1与光学系统的有效焦距f满足关系式：1.21≤|f1/f|≤13.1。第二透镜L2的焦距f2、第三透镜L3的焦距f3、第四透镜L4的焦距f4和第五透镜L5的焦距f5满足以下关系式：

3.1≤|f2/f|≤27.6；

1.5≤|f3/f|≤11.7；

1.1≤|f4/f|≤7.4；

1.3≤|f5/f|≤5.3。

本实用新型中，第一透镜L1的折射率Nd满足：1.60≤Nd≤1.85，阿贝数系数Vd满足：35≤Vd≤75。第二透镜L2的折射率Nd满足1.53≤Nd≤1.70，阿贝数系数Vd满足21≤Vd≤35。第三透镜L3的折射率Nd满足1.43≤Nd≤1.78，阿贝数系数Vd满足45≤Vd≤96。第四透镜L4的折射率Nd满足1.50≤Nd≤1.93，阿贝数系数Vd满足17≤Vd≤45。第五透镜L5的折射率Nd满足1.43≤Nd≤1.75，阿贝数系数Vd满足35≤Vd≤77。

本实用新型中，第二透镜L2、第四透镜L4和第五透镜L5的非球面满足下列公式：

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。

综上所述，满足上述设置的光学系统可实现大光圈高像素，Fno≤1.2，光圈大，通光量多，整体照度相对均匀，亮度较好(相对照度50％以上)。并且，本实用新型通过优化配置各个透镜的正负光焦度，使像差得到有效的校正。而本实用新型的光学系统的像面高度可达Φ4.6mm，可适配多款sensor，应用前景广阔，提升了市场竞争力。另外，本实用新型的光学系统能够实现在-40℃～105℃温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。且能够实现最大视场角Fov≥110°的图像捕捉，总长TTL≤22mm，体积较小。而光学系统单部品及组装公差较好，有良好的制造性。

以下根据本实用新型的上述设置给出三组实施方式来具体说明本实用新型的光学系统。以下各实施方式中，利用S1、S2、…、SN来表示各个透镜的面，其中胶合镜组的胶合面记为一面，光阑记为STO。各个实施方式的参数设定满足下表1：

表1

第一种实施方式：

参见图1，本实施方式的光学系统各参数为：F#＝1.2；镜头总长＝20.09mm；视场角＝112°。其他相关参数如表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数如下表2所示：

表2

表3示出了本实施方式中各非球面透镜的非球面系数，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶的非球面系数：

表3

结合图2至图6所示，本实施方式的光学系统可以实现最大视场角112°的画面捕捉范围、-40℃～105℃温度范围内不虚焦、大光圈、红外共焦以及小体积制造性较好的效果。

第二种实施方式：

参见图7，本实施方式的光学系统各参数为：F#＝1.19；镜头总长＝19.63mm；视场角＝112°。其他相关参数如表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数如下表4所示：

表4

表5示出了本实施方式中各非球面透镜的非球面系数，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶的非球面系数：

表5

结合图8至图12所示，本实施方式的光学系统可以实现最大视场角112°的画面捕捉范围、-40℃～105℃温度范围内不虚焦、大光圈、红外共焦以及小体积制造性较好的效果。

第三种实施方式：

参见图13，本实施方式的光学系统各参数为：F#＝1.15；镜头总长＝22mm；视场角＝112°。其他相关参数如表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数如下表6所示：

表6

表7示出了本实施方式中各非球面透镜的非球面系数，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶的非球面系数：

表7

结合图14至图18所示，本实施方式的光学系统可以实现最大视场角112°的画面捕捉范围、-40℃～105℃温度范围内不虚焦、大光圈、红外共焦以及小体积制造性较好的效果。

以上所述仅为本实用新型的一个方案而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种光学系统，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、光阑(STOP)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)和第五透镜(L5)，所述第四透镜(L4)和所述第五透镜(L5)组成双胶合镜组，其特征在于，所述第二透镜(L2)为凹凸型。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)为负透镜，所述第二透镜(L2)为正透镜或负透镜，第三透镜(L3)为正透镜，所述第四透镜(L4)为负透镜，所述第五透镜(L5)为正透镜，所述双胶合镜组具有正光焦度。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)和所述第三透镜(L3)为球面透镜，所述第二透镜(L2)、所述第四透镜(L4)和所述第五透镜(L5)为非球面透镜。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)为凸凹型，所述第三透镜(L3)为双凸型，所述第四透镜(L4)为凸凹型，所述第五透镜(L5)为双凸型。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述双胶合镜组的焦距fb与所述光学系统的有效焦距f满足关系式：1.51≤|fb/f|≤19.3。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)的焦距f1与所述光学系统的有效焦距f满足关系式：1.21≤|f1/f|≤13.1。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜(L2)的焦距f2、所述第四透镜(L4)的焦距f4和所述第五透镜(L5)的焦距f5分别与所述光学系统的有效焦距f满足以下关系式：

3.1≤|f2/f|≤27.6；

1.1≤|f4/f|≤7.4；

1.3≤|f5/f|≤5.3。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述第三透镜(L3)的焦距f3与所述光学系统的有效焦距f满足以下关系式：

1.5≤|f3/f|≤11.7。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述第一透镜(L1)的折射率Nd满足：1.60≤Nd≤1.85，阿贝数系数Vd满足：35≤Vd≤75；

所述第二透镜(L2)的折射率Nd满足1.53≤Nd≤1.70，阿贝数系数Vd满足：21≤Vd≤35；

所述第四透镜(L4)的折射率Nd满足1.50≤Nd≤1.93，阿贝数系数Vd满足:17≤Vd≤45；

所述第五透镜(L5)的折射率Nd满足1.43≤Nd≤1.75，阿贝数系数Vd满足:35≤Vd≤77。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的光学系统，其特征在于，

所述第三透镜(L3)的折射率Nd满足1.43≤Nd≤1.78，阿贝数系数Vd满足:45≤Vd≤96。