一种大光圈光学系统的制作方法

[0001]
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种大光圈光学系统。


背景技术：

[0002]
由于安防监控需要全天候不间断进行，因此在微光以及夜晚环境下清晰成像至关重要。目前市场上已出现部分星光级相机，但仍存在一些性能缺陷而限制其使用场景，如广角端角度不够大，监控范围有限；光圈较小，不能满足低照度环境的监控需求；解像力不足，分辨率较低，变倍范围较小，监控范围有限等诸多缺点；无日夜共焦功能，在亮度较低的夜晚成像效果较差。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种大光圈光学系统，解决大光圈光学系统成像性能差的问题。。
[0004]
为实现上述目的，本发明提供一种大光圈光学系统，包括：从物侧至像侧依次设置的前透镜组和后透镜组；
[0005]
所述前透镜组包括：具有负光焦度的第一透镜，具有负光焦度的第二透镜，具有正光焦度的第三透镜；
[0006]
所述后透镜组包括：具有正光焦度的第四透镜，具有负光焦度的第五透镜，具有正光焦度的第六透镜，具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜；
[0007]
所述第五透镜和所述第六透镜胶合组成具有正光焦度的双胶合透镜。
[0008]
根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第四透镜为凸-凸透镜，所述第五透镜为凸-凹透镜，所述第六透镜为凸-凸透镜。
[0009]
根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第一透镜为凸-凹透镜，所述第二透镜为凹-凸透镜，所述第三透镜为凸-凹透镜或凸-凸透镜；
[0010]
沿物侧至像侧方向，所述第七透镜为凹-凸透镜，所述第八透镜为凸-凸透镜。
[0011]
根据本发明的一个方面，还包括光阑；
[0012]
所述光阑位于所述第三透镜和所述第四透镜之间，或者，所述光阑位于所述第三透镜的像侧面上，或者，所述光阑位于所述第四透镜的物侧面上。
[0013]
根据本发明的一个方面，所述前透镜组的焦距f1与所述后透镜组的焦距fn满足关系式：-7.8≤f1/fn≤-2.8。
[0014]
根据本发明的一个方面，所述双胶合透镜的焦距fb与所述大光圈光学系统的有效焦距f满足关系式：2.2≤fb/f≤4.4。
[0015]
根据本发明的一个方面，所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜中至少一枚为阿贝数为vd的低色散玻璃镜片，其中，vd≥60。
[0016]
根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜和所述第八透镜为非球面透镜，且所述透镜的非球面满足下列公式：
[0017][0018]
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、a
10
、a
12
分别表示四阶、六阶、八阶、十二阶非球面系数。
[0019]
根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜、所述第八透镜中，至少有两枚透镜的折射率满足：nd≥1.6。
[0020]
根据本发明的一个方面，所述大光圈光学系统的相对孔径满足：fno≤1.2。
[0021]
根据本发明的一个方面，所述第八透镜的像侧面中心到所述大光圈光学系统的像面的距离d与所述第一透镜的物侧面中心到所述大光圈光学系统的像面的距离d。满足关系式：d/d≥0.19。
[0022]
根据本发明的一个方面，所述第五透镜的阿贝数值v5与所述第六透镜的阿贝数值v6满足：|v5-v6|≥30。
[0023]
根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜和所述第八透镜中的一枚或多枚为塑胶透镜或玻璃透镜。
[0024]
根据本发明的一个方案，本发明的大光圈光学系统可采用玻塑混合架构，用以降低本发明镜头的生产成本。
[0025]
根据本发明的一个方案，本发明的大光圈光学系统解像力达到了5百万像素lens要求。
[0026]
根据本发明的一个方案，本发明的大光圈光学系统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，进一步提高了整个光学系统的成像质量。
[0027]
根据本发明的一个方案，本发明的大光圈光学系统可实现f1.0大光圈，以及在大光圈下保证了高分辨率。
[0028]
根据本发明的一个方案，本发明的大光圈光学系统能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，克服了在采用塑胶非球面透镜时由于膨胀系数大，容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难。
[0029]
根据本发明的一个方案，本发明的大光圈光学系统能够实现在可见光波段到红外光波段范围内共焦成像。
[0030]
根据本发明的一个方案，本发明的大光圈光学系统单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
[0031]
根据本发明的一个方案，本发明的大光圈光学系统畸变小，成像质量高，像质均匀，画质细腻，色彩丰富，对比度高。
[0032]
根据本发明的一个方案，本发明的大光圈光学系统整体透过率高，且画面亮度均匀。
附图说明
[0033]
图1是示意性表示本发明的实施例1中大光圈光学系统的结构图；
[0034]
图2是示意性表示本发明的实施例1中大光圈光学系统的mtf图；
[0035]
图3是示意性表示本发明的实施例1中大光圈光学系统频率为120lp/mm的
through-focus-mtf图；
[0036]
图4是示意性表示本发明的实施例1中大光圈光学系统红外频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0037]
图5是示意性表示本发明的实施例1中大光圈光学系统在低温-40℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0038]
图6是示意性表示本发明的实施例1中大光圈光学系统在高温80℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0039]
图7是示意性表示本发明的实施例2中大光圈光学系统的结构图；
[0040]
图8是示意性表示本发明的实施例2中大光圈光学系统的mtf图；
[0041]
图9是示意性表示本发明的实施例2中大光圈光学系统频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0042]
图10是示意性表示本发明的实施例2中大光圈光学系统红外频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0043]
图11是示意性表示本发明的实施例2中大光圈光学系统在低温-40℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0044]
图12是示意性表示本发明的实施例2中大光圈光学系统在高温80℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0045]
图13是示意性表示本发明的实施例3中大光圈光学系统的结构图；
[0046]
图14是示意性表示本发明的实施例3中大光圈光学系统的mtf图；
[0047]
图15是示意性表示本发明的实施例3中大光圈光学系统频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0048]
图16是示意性表示本发明的实施例3中大光圈光学系统红外频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0049]
图17是示意性表示本发明的实施例3中大光圈光学系统在低温-40℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0050]
图18是示意性表示本发明的实施例3中大光圈光学系统在高温80℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0051]
图19是示意性表示本发明的实施例4中大光圈光学系统的结构图；
[0052]
图20是示意性表示本发明的实施例4中大光圈光学系统的mtf图；
[0053]
图21是示意性表示本发明的实施例4中大光圈光学系统频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0054]
图22是示意性表示本发明的实施例4中大光圈光学系统红外频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0055]
图23是示意性表示本发明的实施例4中大光圈光学系统在低温-40℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0056]
图24是示意性表示本发明的实施例4中大光圈光学系统在高温80℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0057]
图25是示意性表示本发明的实施例5中大光圈光学系统的结构图；
[0058]
图26是示意性表示本发明的实施例5中大光圈光学系统的mtf图；
[0059]
图27是示意性表示本发明的实施例5中大光圈光学系统频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0060]
图28是示意性表示本发明的实施例5中大光圈光学系统红外频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0061]
图29是示意性表示本发明的实施例5中大光圈光学系统在低温-40℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图；
[0062]
图30是示意性表示本发明的实施例5中大光圈光学系统在高温80℃频率为120lp/mm的through-focus-mtf图。
具体实施方式
[0063]
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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。
[0064]
在针对本发明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发明和简化描述，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发明的限制。
[0065]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0066]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种大光圈光学系统，包括：从物侧至像侧依次设置的前透镜组和后透镜组；在本实施方式中，前透镜组包括：从物侧至像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜1，具有负光焦度的第二透镜2，具有正光焦度的第三透镜3；
[0067]
后透镜组包括：从物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第四透镜4，具有负光焦度的第五透镜5，具有正光焦度的第六透镜6，具有负光焦度的第七透镜7和具有正光焦度的第八透镜8。在本实施方式中，第五透镜5和第六透镜6胶合组成具有正光焦度的双胶合透镜。
[0068]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，沿物侧至像侧方向，第四透镜4为凸-凸透镜，第五透镜5为凸-凹透镜，第六透镜6为凸-凸透镜。
[0069]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，沿物侧至像侧方向，第一透镜1为凸-凹透镜，第二透镜2为凹-凸透镜，第三透镜3为凸-凹透镜或凸-凸透镜；
[0070]
沿物侧至像侧方向，第七透镜7为凹-凸透镜，第八透镜8为凸-凸透镜。
[0071]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，还包括光阑s；在本实施方式中，光阑s位于第三透镜3和第四透镜4之间，或者，光阑s位于第三透镜3的像侧面上，或者，光阑s位于第四透镜4的物侧面上。
[0072]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，前透镜组的焦距f1与后透镜组的焦距fn满足关系式：-7.8≤f1/fn≤-2.8。
[0073]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，双胶合透镜(即第五透镜到第六透镜)的焦距fb与大光圈光学系统的有效焦距f满足关系式：2.2≤fb/f≤4.4。
[0074]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6中至少一枚为阿贝数为vd的低色散玻璃镜片，其中，vd≥60。
[0075]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第七透镜7和第八透镜8为非球面透镜，且透镜的非球面满足下列公式：
[0076][0077]
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、a
10
、a
12
分别表示四阶、六阶、八阶、十二阶非球面系数。
[0078]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第七透镜7、第八透镜8中，至少有两枚透镜的折射率满足：nd≥1.6。
[0079]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，大光圈光学系统的相对孔径满足：fno≤1.2。
[0080]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第八透镜8的像侧面中心到大光圈光学系统的像面的距离d与第一透镜1的物侧面中心到大光圈光学系统的像面的距离d。满足关系式：d/d≥0.19。
[0081]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第五透镜5的阿贝数值(相对于d光)v5与第六透镜6的阿贝数值(相对于d光)v6满足：|v5-v6|≥30。
[0082]
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第七透镜7和第八透镜8中的一枚或多枚为塑胶透镜或玻璃透镜。在本实施方式中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第七透镜7和第八透镜8可全部为塑胶透镜。当然也可以全部为玻璃透镜或者部分为塑胶透镜其余为玻璃透镜。
[0083]
以下根据本发明的上述设置给出五组具体实施方式来具体说明根据本发明的大光圈光学系统。
[0084]
五组实施方式数据汇总后如下表1中数据：
[0085][0086]
[0087]
表1
[0088]
以下各实施方式分别结合附图所示的大光圈光学系统结构进行说明。
[0089]
实施方式一：
[0090]
参见图1所示，在本实施方式中，该大光圈光学系统各参数如下所述：
[0091]
总长ttl＝22.2mm；
[0092]
光圈fno＝1.0；
[0093]
第四透镜4、第六透镜6为低色散玻璃镜片，阿贝数vd≥60；第三透镜3、第七透镜7折射率nd≥1.6。
[0094]
在本实施方式中，本发明的大光圈光学系统共有八枚透镜，其中还具有胶合透镜组，再加上光阑面、光学元件ir/cg面和像面image一共19个面。这19个面按照本发明的结构顺序依次排列布置，为了便于叙述说明，将19个面编号为s1至s19，其中光阑面s为s7，胶合透镜组中的胶合面以一个编号表示，像面image表示为s19。
[0095]
表2为实施方式一的参数表：
[0096]
[0097][0098]
表2
[0099]
在本实施方式中，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、十阶和十二阶的非球面系数，非球面数据如下表3所示：
[0100]
[0101][0102]
表3
[0103]
结合图2至图6，通过优选以上参数值，本实施方式镜头最大光圈1.0，实现了大光圈，可见光与红外光共焦的效果。此外，本发明的大光圈光学系统还具有温度补偿的优点，在较大的温差范围内，镜头不需要重新对焦可以保证与常温相同的解像力。
[0104]
实施方式二：
[0105]
参见图7所示。在本实施方式中，该大光圈光学系统各参数如下所述：
[0106]
总长ttl＝22mm；光圈fno＝1.0；
[0107]
第四透镜4、第六透镜6为低色散玻璃镜片，阿贝数vd≥60；第二透镜2、第三透镜3、第七透镜7折射率nd≥1.6。
[0108]
在本实施方式中，本发明的大光圈光学系统共有八枚透镜，其中还具有胶合透镜组，再加上光阑面s、光学元件ir/cg面和像面image一共19个面。这19个面按照本发明的结构顺序依次排列布置，为了便于叙述说明，将19个面编号为s1至s19，其中光阑面s为s7，胶合透镜组中的胶合面以一个编号表示，像面image表示为s19。
[0109]
表4为实施方式二参数表：
[0110][0111][0112]
表4
[0113]
在本实施方式中，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、十阶和十二阶的非球面系数，非球面数据如下表5所示：
[0114][0115][0116]
表5
[0117]
结合图8至图12，通过优选以上参数值，本实施方式镜头最大光圈1.0，实现了大光
圈，可见光与红外光共焦的效果。此外，本发明的大光圈光学系统还具有温度补偿的优点，在较大的温差范围内，镜头不需要重新对焦可以保证与常温相同的解像力。
[0118]
实施方式三：
[0119]
参见图13所示，在本实施方式中，该大光圈光学系统各参数如下所述：
[0120]
总长ttl＝21.75mm；光圈fno＝1.0；
[0121]
第四透镜4、第六透镜6为低色散玻璃镜片，阿贝数vd≥60；第三透镜3、第七透镜7折射率nd≥1.6。
[0122]
在本实施方式中，本发明的大光圈光学系统共有八枚透镜，其中还具有胶合透镜组，光学元件ir/cg面和像面image一共18个面。这18个面按照本发明的结构顺序依次排列布置，为了便于叙述说明，将18个面编号为s1至s18，其中，光阑s设置在第三透镜的像侧面上，采用一个编号s6，胶合透镜组中的胶合面以一个编号表示，像面image表示为s18。
[0123]
表6为实施方式三的参数表：
[0124]
[0125][0126]
表6
[0127]
在本实施方式中，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、十阶和十二阶的非球面系数，非球面数据如下表7所示：
[0128]
[0129][0130]
表7
[0131]
结合图14至图18，通过优选以上参数值，本实施方式镜头最大光圈1.0，实现了大光圈，可见光与红外光共焦的效果。此外，本发明的大光圈光学系统还具有温度补偿的优点，在较大的温差范围内，镜头不需要重新对焦可以保证与常温相同的解像力。
[0132]
实施方式四：
[0133]
参见图19所示，在本实施方式中，该大光圈光学系统各参数如下所述：
[0134]
总长ttl＝22.2mm；光圈fno＝1.0；
[0135]
第四透镜4、第六透镜6为低色散玻璃镜片，阿贝数vd≥60；第三透镜3、第七透镜7
折射率nd≥1.6。
[0136]
在本实施方式中，本发明的大光圈光学系统共有八枚透镜，其中还具有胶合透镜组，光学元件ir/cg面和像面image一共18个面。这18个面按照本发明的结构顺序依次排列布置，为了便于叙述说明，将18个面编号为s1至s18，其中，光阑s设置在第四透镜的物侧面上，采用一个编号s7，胶合透镜组中的胶合面以一个编号表示，像面image表示为s18。
[0137]
表8为实施方式四的参数表：
[0138]
[0139][0140]
表8
[0141]
在本实施方式中，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、十阶和十二阶的非球面系数，非球面数据如下表9所示：
[0142]
[0143][0144]
表9
[0145]
结合图20至图24，通过优选以上参数值，本实施方式镜头最大光圈1.0，实现了大光圈，可见光与红外光共焦的效果。此外，本发明的大光圈光学系统还具有温度补偿的优点，在较大的温差范围内，镜头不需要重新对焦可以保证与常温相同的解像力。
[0146]
实施方式五：
[0147]
参见图25所示，在本实施方式中，该大光圈光学系统各参数如下所述：
[0148]
总长ttl＝21.75mm；光圈fno＝1.2；
[0149]
第四透镜4、第六透镜6为低色散玻璃镜片，阿贝数vd≥60；第三透镜3、第七透镜7折射率nd≥1.6。
[0150]
在本实施方式中，本发明的大光圈光学系统共有八枚透镜，其中还具有胶合透镜组，再加上光阑面、光学元件ir/cg面和像面image一共19个面。这19个面按照本发明的结构顺序依次排列布置，为了便于叙述说明，将19个面编号为s1至s19，其中光阑面s为s7，胶合透镜组中的胶合面以一个编号表示，像面image表示为s19。
[0151]
表10为实施方式五参数表：
[0152]
面序号表面类型曲率半径厚度折射率阿贝数s1非球面13.1521.041.5355.75s2非球面2.8022.94
ꢀꢀ
s3非球面-3.0471.691.5156.32s4非球面-3.8030.05
ꢀꢀ
s5非球面6.5552.341.6423.53s6非球面10.7930.57
ꢀꢀ
s7球面infinity0.67
ꢀꢀ
s8球面24.9891.161.5081.61
s9球面-25.4570.06
ꢀꢀ
s10球面7.6750.571.8133.48s11球面4.4753.011.5968.62s12球面-7.8440.52
ꢀꢀ
s13非球面-1.6150.571.6397323.53s14非球面-3.1120.05
ꢀꢀ
s15非球面3.5291.811.5455.98s16非球面-16.8023.7
ꢀꢀ
s17球面infinity0.81.5264.2s18球面infinity0.2
ꢀꢀ
s19球面infinity
ꢀꢀꢀ
[0153]
表10
[0154]
在本实施方式中，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、十阶和十二阶的非球面系数，非球面数据如下表11所示：
[0155][0156]
表11
[0157]
结合图26至图30，通过优选以上参数值，本实施方式镜头最大光圈1.2，实现了大光圈，可见光与红外光共焦的效果。此外，本发明的大光圈光学系统还具有温度补偿的优点，在较大的温差范围内，镜头不需要重新对焦可以保证与常温相同的解像力。。
[0158]
通过上述描述可知，本发明的大光圈光学系统实现了最大光圈≤1.2，可实现可见
光与红外光共焦。并且镜头设计考虑温度补偿，在较大的温度范围内，镜头不需要重新对焦可以保证与常温相同的解像力。
[0159]
以上仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。