CN220650977U - 一种光学系统以及监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光学系统以及监控装置，其中，光学系统包括由物侧到像侧依次布设的多个透镜组，多个透镜组之间对应形成一光轴，其中，多个透镜组包括第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组，第一透镜组具有负光焦度，可沿光轴的延伸方向活动设置，包括第一至第三透镜；第二透镜组具有正光焦度，可沿光轴的延伸方向活动设置，包括第四至第十透镜；第三透镜组具有正光焦度或负光焦度，包括第十一透镜；其中，第一透镜、第六透镜、第八透镜以及第九透镜采用玻璃球面镜片，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第七透镜、第十透镜以及第十一透镜采用塑料非球面镜片，第四透镜采用玻璃非球面镜片。本实用新型旨在提升光学系统成像效果。

Description

一种光学系统以及监控装置

技术领域

本实用新型涉及光学器材技术领域，具体涉及一种光学系统以及监控装置。

背景技术

目前监控用的变焦光学系统普遍存在这样的缺点：系统分辨率低，红外模式为黑白画面，成本高，变焦过程中不能保证每个焦距红外的完全共焦等等。目前市场上还没有完全兼顾上述特点的镜头，只有少数镜头，在牺牲其它方面的情况下改善某个方面，比如为了实现红外模式的全彩效果，使用多枚玻璃球面和玻璃非球面镜片，成本较高的同时，分辨率也没有提升，影响了镜头的普及。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种光学系统以及监控装置，旨在提升光学系统成像效果。

为实现上述目的，本实用新型提出一种光学系统，其中，所述光学系统包括由物侧到像侧依次布设的多个透镜组，多个所述透镜组之间对应形成一光轴，其中，多个所述透镜组包括：

第一透镜组，具有负光焦度，可沿所述光轴的延伸方向活动设置，所述第一透镜组包括沿物侧至像侧依次布设的第一透镜、第二透镜和第三透镜；

第二透镜组，具有正光焦度，可沿所述光轴的延伸方向活动设置，所述第二透镜组包括沿物侧到像侧依次布设的第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜；以及，

第三透镜组，具有正光焦度或负光焦度，包括第十一透镜；

其中，所述第一透镜、所述第六透镜、所述第八透镜以及所述第九透镜采用玻璃球面镜片，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第七透镜、所述第十透镜以及所述第十一透镜采用塑料非球面镜片，所述第四透镜采用玻璃非球面镜片。

可选地，所述第一透镜组与所述光阑之间的间隔为a，且0.883mm≤a≤13.055mm；和/或，

所述光阑与第二透镜组之间的间隔为b，且-0.08mm≤b≤7.62mm。

可选地，所述第二透镜组内的所述第四透镜具有正光焦度、所述第五透镜具有正或者负光焦度、所述第六透镜具有正光焦度、所述第七透镜具有负光焦度、所述第八透镜具有正光焦度、所述第九透镜具有负光焦度以及所述第十透镜具有正光焦度。

可选地，所述第二透镜与所述第三透镜胶合。

可选地，所述第八透镜与所述第九透镜通过光学胶水粘合。

可选地，每个透镜都具有物侧面和像侧面，

所述第一透镜的物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第二透镜物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第三透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；

所述第四透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；

所述第五透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第六透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；

所述第七透镜物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第八透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；

所述第九透镜物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第十透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第十一透镜物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向像方的凸面。

本实用新型还提出一种监控装置，其中，所述监控装置包括所述光学系统，所述光学系统包括由物侧到像侧依次布设的多个透镜组，多个所述透镜组之间对应形成一光轴，其中，多个所述透镜组包括第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组，所述第一透镜组具有负光焦度，可沿所述光轴的延伸方向活动设置，所述第一透镜组包括沿物侧至像侧依次布设的第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述第二透镜组具有正光焦度，可沿所述光轴的延伸方向活动设置，所述第二透镜组包括沿物侧到像侧依次布设的第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜；所述第三透镜组具有正光焦度或负光焦度，包括第十一透镜；其中，所述第一透镜、所述第六透镜、所述第八透镜以及所述第九透镜采用玻璃球面镜片，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第七透镜、所述第十透镜以及所述第十一透镜采用塑料非球面镜片，所述第四透镜采用玻璃非球面镜片。

本实用新型的技术方案中，为了实现红外的完全共焦，通过多个所述透镜组，使得光线自所述物侧至所述像侧，折射率和阿贝数互补，在保证可见波段色差较小的情况下同时保证红外波段的解像效果，实现镜片材质完美搭配。同时，为了实现超高分辨率，紫边的控制和红外的全倍率共焦，通过调整所述第一透镜组以及所述第二透镜组的位置，使得所述第一透镜组的共轭距改变量与所述第二透镜组放大之后的共轭距改变量相抵消，实现像面补偿，此外，本申请的技术方案合理考虑了镜片布局，特别考虑了塑料、玻璃镜片的搭配，大幅控制了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的光学系统的一实施例的结构简图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前监控用的变焦光学系统普遍存在这样的缺点：系统分辨率低，红外模式为黑白画面，成本高，变焦过程中不能保证每个焦距红外的完全共焦等等。目前市场上还没有完全兼顾上述特点的镜头，只有少数镜头，在牺牲其它方面的情况下改善某个方面，比如为了实现红外模式的全彩效果，使用多枚玻璃球面和玻璃非球面镜片，成本较高的同时，分辨率也没有提升，影响了镜头的普及。

鉴于此，本实用新型提供一种光学系统，图1为本实用新型提供的光学系统的实施例，以下将结合具体的附图对光学系统进行说明。

请参阅图1，所述光学系统100包括由物侧到像侧依次布设的多个透镜组，多个所述透镜组之间对应形成一光轴4，其中，多个所述透镜组包括第一透镜组1、第二透镜组2以及第三透镜组3，所述第一透镜组1具有负光焦度，可沿所述光轴4的延伸方向活动设置，所述第一透镜组1包括沿物侧至像侧依次布设的第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13；所述第二透镜组2具有正光焦度，可沿所述光轴4的延伸方向活动设置，所述第二透镜组2包括沿物侧到像侧依次布设的第四透镜21、第五透镜22、第六透镜23、第七透镜24、第八透镜25、第九透镜26以及第十透镜27；所述第三透镜组3具有正光焦度或负光焦度，包括第十一透镜31；其中，所述第一透镜11、所述第六透镜23、所述第八透镜25以及所述第九透镜26采用玻璃球面镜片，所述第二透镜12、所述第三透镜13、所述第五透镜22、所述第七透镜24、所述第十透镜27以及所述第十一透镜31采用塑料非球面镜片，所述第四透镜21采用玻璃非球面镜片。

本实用新型的技术方案中，为了实现红外的完全共焦，通过多个所述透镜组，使得光线自所述物侧至所述像侧，折射率和阿贝数互补，在保证可见波段色差较小的情况下同时保证红外波段的解像效果，实现镜片材质完美搭配。同时，为了实现超高分辨率，紫边的控制和红外的全倍率共焦，通过调整所述第一透镜组1以及所述第二透镜组2的位置，使得所述第一透镜组1的共轭距改变量与所述第二透镜组2放大之后的共轭距改变量相抵消，实现像面补偿，此外，本申请的技术方案合理考虑了镜片布局，特别考虑了塑料、玻璃镜片的搭配，大幅控制了成本。具体地，所述第三透镜组3在本实施例中选用正光焦度。

具体地，所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间设置有光阑5。有利于在变焦过程中拦掉部分光线，提升成像质量。

此外，所述第一透镜组1与所述光阑5之间的间隔为a，且0.883mm≤a≤13.055mm；和/或，所述光阑5与第二透镜组2之间的间隔为b，且-0.08mm≤b≤7.62mm。本实施例中，所述第一透镜组1与所述光阑5之间的间隔距离设置在0.883mm至13.055mm之间，所述第二透镜组2于所述光阑5之间的间隔距离设置在-0.08mm至7.62mm之间。

此外，所述光学系统100还包括感光芯片7，所述感光芯片7设于所述第三透镜组3的像侧，且所述感光芯片7的感光面朝向所述第三透镜组3设置。以此在所述光学系统100的像侧接收物象。

进一步地，所述感光芯片7与所述第三透镜组3之间设有滤光片6。以此调节最后成像时物象的色彩度。

此外，所述第一透镜组1内的所述第一透镜11独立设置，所述第二透镜12与所述第三透镜13相互抵接，以形成类胶合结构从而能够省去胶水和粘合时间，并且能够达到粘合透镜的效果，如此，不仅能很好的矫正镜头的色差，保证红外的共焦，而且还能够矫正高倍位置的球差和正弦差。

进一步地，所述第二透镜组2内的所述第四透镜21使用一枚高阿贝数玻璃非球面镜片，能把边缘光线偏转角度变小，使镜头体积更小结构紧凑，从而实现更大倍率，所述第五透镜22、所述第六透镜23、所述第七透镜24以及所述第八透镜25相互抵接，以形成上述的类胶合结构，所述第八透镜25与所述第九透镜26则通过光学胶水进行粘合，所述第九透镜26与所述第十透镜27同样抵接设置以形成类胶合结构，以使得塑料非球面镜片与玻璃球面镜片相抵接形成类胶合结构，两个玻璃球面镜片之间通过光学胶水进行粘合。

此外，所述第二透镜组2内的所述第四透镜21具有正光焦度、所述第五透镜22具有正或者负光焦度、所述第六透镜23具有正光焦度、所述第七透镜24具有负光焦度、所述第八透镜25具有正光焦度、所述第九透镜26具有负光焦度以及所述第十透镜27具有正光焦度，具体地，本实施例中所述第五透镜22具有负光焦度，使得所述第二透镜组2形成正、负、正、负、正、负、正的镜头搭配，以形成消除色差结构，实现高阶像差矫正又保证了色差的矫正；不仅消除了整个系统的色差，也很好平衡了整个系统的像差，实现了色差的矫正。

进一步地，所述第三透镜组3为一枚塑料镜片，能对到达像面的光线进行像差的矫正。保证了整个系统的清晰度，实现了超高清解像和红外的全倍率完全共焦。最后设置一定的渐晕，在不影响像面照度的情况下，还能拦掉周边杂散光线，使像面中心分辨率高的同时，边缘也能达到很高的分辨率。

具体地，本申请为了实现系统高低温共焦，设计充分考虑了各种镜片材料折射率、阿贝数高低温的变化，同时匹配面型和空气间隔的变化，实现了高低温各要素的匹配，从而实现高低温时像面的同步和清晰。

具体地，请参照下述表1至表2，其中表1至表2提供了本申请提出的所述光学系统100的一实施例的具体数据。

如表1所示，具体包括面编号、面型、半径、厚度、材料以及有效直径；半径的正负满足光学的基本符号规则。

如表2所示，为表1中对应的非球面的透镜的两个表面所对应的圆锥二次曲线系数和非球面系数。

表1

表2

其中，各非球面的表面形状应当满足以下方程：

其中，c为半径所对应的曲率；y为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)；k为圆锥二次曲线系数，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8分别表示各径向坐标所对应的系数。通过以上参数即可设定透镜朝向投射面和光源的非球面的形状尺寸。

其中，当k＜-1时，对应的透镜的面形曲线为双曲线；当k＝-1时，对应的透镜的面形曲线为抛物线；当-1＜k＜0之时，对应的透镜的面形曲线为椭圆；当k＝0时，对应的透镜的面形曲线为圆形；当k＞0时，对应的透镜的面形曲线为扁圆形。

其中，面编号为从物侧到像侧各个透镜的面，例如，S1为所述第一透镜11靠近物侧的一面，S2为所述第一透镜11靠近像侧的一面。

具体地，每个透镜都具有物侧面和像侧面，所述第一透镜11的物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向物方的凹面；所述第二透镜12物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向物方的凹面；所述第三透镜13物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；所述第四透镜21物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；所述第五透镜22物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向物方的凹面；所述第六透镜23物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；所述第七透镜24物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向物方的凹面；所述第八透镜25物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；所述第九透镜26物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向物方的凹面；所述第十透镜27物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向物方的凹面；所述第十一透镜31物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向像方的凸面。

综上，本申请所提出的所述光学系统100实现了可见波段和红外波段的完全共焦，保证了在3.45-11mm变焦过程中可见波段和红外波段的成像清晰度；目前市场上大部分变焦距镜头会出现常温20℃对焦状况下，高温70℃或低温-30℃会出现虚焦、发蒙的情况；本申请所提出的所述光学系统100保证了各倍率高低温的完全共焦；目前市场上大部分此类小变焦镜头的W端FNO大于1.35，本申请所提出的所述光学系统100的W端FNO做到了1.0，这样在低照度环境下，像面有足够的光亮，保证了整个画面清晰和全彩效果；目前市场上大部分此类小变焦镜头只能匹配5MP芯片，本申请所提出的所述光学系统100很好考虑了材料的搭配，充分矫正镜头的各项像差，可以满足4K芯片的使用要求，保证像面的高清晰。

本实用新型还提出一种监控装置，所述监控装置包括所述光学系统100，所述光学系统100的具体结构参考上述实施例。由于所述监控装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统包括由物侧到像侧依次布设的多个透镜组，多个所述透镜组之间对应形成一光轴，其中，多个所述透镜组包括：

第一透镜组，具有负光焦度，可沿所述光轴的延伸方向活动设置，所述第一透镜组包括沿物侧至像侧依次布设的第一透镜、第二透镜和第三透镜；

第二透镜组，具有正光焦度，可沿所述光轴的延伸方向活动设置，所述第二透镜组包括沿物侧到像侧依次布设的第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜；以及，

第三透镜组，具有正光焦度或负光焦度，包括第十一透镜；

其中，所述第一透镜、所述第六透镜、所述第八透镜以及所述第九透镜采用玻璃球面镜片，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第七透镜、所述第十透镜以及所述第十一透镜采用塑料非球面镜片，所述第四透镜采用玻璃非球面镜片。

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间设置有光阑；

所述第一透镜组与所述光阑之间的间隔为a，且0.883mm≤a≤13.055mm；和/或，

所述光阑与第二透镜组之间的间隔为b，且-0.08mm≤b≤7.62mm。

3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第四透镜具有正光焦度、所述第五透镜具有正或者负光焦度、所述第六透镜具有正光焦度、所述第七透镜具有负光焦度、所述第八透镜具有正光焦度、所述第九透镜具有负光焦度以及所述第十透镜具有正光焦度。

4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜与所述第三透镜抵接。

5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第八透镜与所述第九透镜通过光学胶水粘合。

6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，每个透镜都具有物侧面和像侧面，

所述第一透镜的物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第二透镜物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第三透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；

所述第四透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；

所述第五透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第六透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；

所述第七透镜物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第八透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向像方的凸面；

所述第九透镜物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第十透镜物侧面为凸向物方的凸面，其像侧面为凸向物方的凹面；

所述第十一透镜物侧面为凸向像方的凹面，其像侧面为凸向像方的凸面。

7.一种监控装置，其特征在于，包括如权利要求1-6中任意一项所述的光学系统。