光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，包括從物面到像面依次同軸設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡和像面，在第三透鏡和第四透鏡之間設(shè)有光闌，第八透鏡和像面之間設(shè)有濾光片。本實(shí)用新型具有超高清、大光圈、大靶面、小體積、低成本、日夜共用的功能，方便使用，主要應(yīng)用于監(jiān)控，照相、車載系統(tǒng)等方面。
【專利說(shuō)明】光學(xué)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)技術(shù)，具體地，涉及一種光學(xué)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前監(jiān)控、照相、車載的大視場(chǎng)或中等視場(chǎng)鏡頭普遍存在這樣的缺點(diǎn):分辨率低下；體積大；光圈??；成本較高；而且大多數(shù)都只能在可見(jiàn)光譜的情況下使用。現(xiàn)在只有少數(shù)鏡頭，在犧牲其他方面的情況下去改善某個(gè)方面，比如為了實(shí)現(xiàn)高分辨率，就會(huì)把體積變大，或者增加透鏡個(gè)數(shù)導(dǎo)致成本偏高。
[0003]現(xiàn)在還沒(méi)有克服以上全部缺點(diǎn)的鏡頭，所以現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的監(jiān)控、攝像、車載用的大、中等視場(chǎng)鏡頭，在成本高的同時(shí)，或分辨率較低，或體積較大，或感光強(qiáng)度不夠，或只能在可見(jiàn)光譜的情況下使用，所拍攝的圖像無(wú)論是整體的清晰度還是圖片的銳度都不夠理想，這在使用上有很大的不方便，不能滿足消費(fèi)者的方便觀察、物美價(jià)廉、日夜共用等需要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種光學(xué)系統(tǒng)，其具有超高清、大光圈、大靶面、小體積、低成本、日夜共用的功能，方便使用。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括從物面到像面依次同軸設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡和像面，在第三透鏡和第四透鏡之間設(shè)有光闌，第八透鏡和像面之間設(shè)有濾光片。
[0006]優(yōu)選地，所述第一透鏡為彎月型透鏡，其兩面都彎向光闌，其焦距為負(fù)。
[0007]優(yōu)選地，所述第二透鏡為彎月型透鏡，其兩面都彎向光闌，其焦距為負(fù)。
[0008]優(yōu)選地，所述第三透鏡為雙凸型透鏡，其焦距為正。
[0009]優(yōu)選地，所述第四透鏡為雙凹型透鏡，其焦距為負(fù)。
[0010]優(yōu)選地，，所述第五透鏡為雙凸型透鏡，其焦距為正。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述第六透鏡為雙凸型透鏡，其焦距為負(fù)。
[0012]優(yōu)選地，所述第七透鏡為彎月型透鏡，其兩面都背向光闌，其焦距為負(fù)。
[0013]優(yōu)選地，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡的所有透鏡的材質(zhì)均為光學(xué)玻璃，透鏡面型均為球面型。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果:
[0015]一、本實(shí)用新型的鏡頭是一款超高清鏡頭，分辨率達(dá)到1000萬(wàn)像素，完全能滿足現(xiàn)在監(jiān)控最前沿的4K*2K的分辨率，鏡頭邊緣分辨率也很高，在整個(gè)像面上都能成清晰像；現(xiàn)有大、中等視場(chǎng)鏡頭高清分辨率一般在200萬(wàn)像素以下，邊緣分辨率低，整個(gè)畫(huà)面清晰度不一致。
[0016]二、本實(shí)用新型的鏡頭的光圈大，光圈設(shè)計(jì)值能達(dá)到Fl.4，能很好滿足低照度下清晰成像，而現(xiàn)有同類的鏡頭光圈一般在F2.2甚至更大(說(shuō)明:鏡頭光圈可用F值表示，F(xiàn)值越大，表示鏡頭光圈越小)。
[0017]三、本實(shí)用新型的成像靶面大，有效成像面達(dá)到Φ9.3mm，能完全配合現(xiàn)有的1/1.8”大革El面sensor無(wú)暗角；而現(xiàn)有大、中等視場(chǎng)鏡頭的成像圓一般都是6.3_，僅僅能滿足1/3”或者1/2.8”的感應(yīng)器。
[0018]四、本實(shí)用新型的成像靶面大，有效成像面達(dá)到Φ9.3mm，能完全配合現(xiàn)有的1/1.8”大革El面sensor無(wú)暗角；而現(xiàn)有大、中等視場(chǎng)鏡頭的成像圓一般都是6.3_，僅僅能滿足1/3”或者1/2.8”的sensor。另外本實(shí)用新型具有大靶面配合大光圈，能在超低照度0.005LX下清晰成像。
[0019]五、本實(shí)用新型的光學(xué)鏡頭體積小，鏡頭成品最大口徑控制在Φ18以下，長(zhǎng)度控制在40mm以下；而現(xiàn)有同類的完品鏡頭一般都在Φ24*50以上。
[0020]六、本實(shí)用新型的光學(xué)鏡頭由8片玻璃透鏡組成，玻璃材料較便宜，;而現(xiàn)有同類的完品鏡頭一般透鏡在10個(gè)或更多，成本較貴。
[0021]七、本實(shí)用新型的鏡頭可以達(dá)到日夜共用的效果，即使在晚上也能在紅外光譜下成高清晰的像；現(xiàn)有大、中等視場(chǎng)鏡頭普遍只能在可見(jiàn)光的情況下使用，或者在紅外光譜下成像及其模糊。
[0022]八、本實(shí)用新型的顏色分明，色彩還原性和像面還原性好。
[0023]九、本實(shí)用新型還解決了以前要在可見(jiàn)光和紅外光下都單獨(dú)清晰成像而導(dǎo)致透鏡成本相對(duì)較高及公差嚴(yán)、良率較低的問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0025]圖1是本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)的分辨率MTF示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0028]本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)可以用于CMOS感光片或CXD芯片等感光器件，如圖1所示，所述光學(xué)系統(tǒng)包括從物面到像面依次同軸設(shè)置的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、第七透鏡7、第八透鏡8和像面9，在第三透鏡和第四透鏡之間設(shè)有光闌10，第八透鏡和像面之間設(shè)有濾光片11。光學(xué)系統(tǒng)的各透鏡之間的距離都大于0.1謹(jǐn)，總焦距大于2謹(jǐn)。
[0029]如上所述的第四透鏡4和第五透鏡5組成膠合透鏡，第七透鏡7和第八透鏡8組成膠合透鏡。
[0030]如上所述的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、第七透鏡7、第八透鏡8的所有透鏡的材質(zhì)均為光學(xué)玻璃，透鏡面型均為球面型。
[0031]如上所述的第一透鏡I的焦距、第二透鏡2的焦距、第四透鏡4的焦距、第七透鏡7的焦距都為負(fù)；第三透鏡3的焦距、第五透鏡5的焦距、第六透鏡6的焦距、第八透鏡8的焦距都為正，總焦距為正。
[0032]如上所述的第一透鏡I的兩面S1/S2都彎向光闌，具有改變大、中視場(chǎng)邊緣光線折射角度的本領(lǐng)。
[0033]如上所述的第二透鏡2的兩面S3/S4都彎向光闌第，且S4曲率較大，進(jìn)一步改變光線偏折角度的同時(shí)還能有效的減小球差。
[0034]如上所述的第三透鏡3的兩面S5/S6為雙凸型透鏡，其作用是使光線能充滿整個(gè)光闌面S7。
[0035]如上所述的第二透鏡2和第三透鏡3采用正負(fù)相反的透鏡，有效的減小的系統(tǒng)的像差。
[0036]如上所述的系統(tǒng)在光闌10的前三片、后五片玻璃透鏡的結(jié)構(gòu)形式，前三片主要是改變光路，把大角度的入射光盡量平行的入射到光闌內(nèi)，后五片采用了兩組膠合鏡片，并采用對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，使得整體光線走勢(shì)平滑，保證系統(tǒng)整體公差寬松。
[0037]如上所述的第四透鏡4和第五透鏡5組合成膠合透鏡，其中第四透鏡4的兩面S8/S9為雙凹型透鏡，第五透鏡5的兩面S9/S10為雙凸型透鏡，膠合面S9背向光闌，第五透鏡5的第二面SlO彎向光闌，這樣的組合有效的減小了球差，具有保證像差均衡的本領(lǐng)。
[0038]如上所述的第六透鏡6的兩面S11/S12為雙凸型透鏡，其作用是使光線能平滑的過(guò)度到后面的兩個(gè)鏡片上，起到平衡像差的作用。
[0039]如上所述的第七透鏡7和第八透鏡8組合成膠合透鏡，其中第七透鏡7的兩面S13/S14為彎月型型透鏡，第八透鏡8的兩面S14/S15為雙凸型透鏡，膠合面S13背向光闌，第八透鏡8的第二面S15彎向光闌，這樣的組合有效的減小了系統(tǒng)的出射角，具有寬松公差的作用。
[0040]超高分辨率主要通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):一、在設(shè)計(jì)時(shí)校正好視場(chǎng)邊緣的像差，在中心分辨率高的同時(shí)，充分考慮邊緣分辨率；本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)理論像素可以達(dá)到1000萬(wàn)像素，能完全滿足1/1.8”、4K*2K的要求；二、在玻璃選擇上充分使用冕牌玻璃和火石玻璃巧妙搭配，使得同一視場(chǎng)的光線能集中的匯聚到像面的同一點(diǎn)；3、設(shè)計(jì)的理論值適當(dāng)?shù)母哂趯?shí)際需要值，這樣就保證了圖像是清晰的。圖2是系統(tǒng)分辨率的MTF示意圖。
[0041]大光圈主要通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):一、在光圈設(shè)計(jì)時(shí)就按照Fl.4甚至Fl.3的理論值去設(shè)計(jì)，這樣保證了實(shí)際做出來(lái)的產(chǎn)品不會(huì)相差太多；二、設(shè)計(jì)中使得像面的最大視場(chǎng)的主光線入射角(即C.R.Α)小于10°，這樣也使得邊緣光線損失小。本實(shí)用新型案例像面的最大視場(chǎng)的主光線入射角即C.R.A)為8。，邊緣光線損失小，所以大光圈的實(shí)際效果會(huì)更好。
[0042]大靶面主要通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):1、在鏡頭設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮要匹配的sensor，雖然這個(gè)鏡頭主要是為了配合1/1.8” (Φ9.0mm)的sensor，但是要考慮到留一點(diǎn)余量，以免制造中會(huì)因?yàn)楣畹仍虺霈F(xiàn)暗角，本實(shí)用新型是按照1/1.7” (Φ9.3mm)設(shè)計(jì)的；2、設(shè)計(jì)中使得系統(tǒng)的最后一面彎向光闌，這樣可以使得光線匯聚到像面的光學(xué)出射角比較小，保證了整個(gè)系統(tǒng)的公差。
[0043]小體積主要通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):1、在整體系統(tǒng)中只使用了 8片常見(jiàn)的玻璃球面鏡片，而且大多數(shù)選擇折射率較高的材料，這樣有效的縮小了系統(tǒng)的口徑；2、在設(shè)計(jì)上有意識(shí)的縮小了鏡片之間的距離，控制了整個(gè)系統(tǒng)的長(zhǎng)度，使得本實(shí)用新型的體積在Φ18*40πιπι以下。
[0044]低成本主要通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):一、在選擇材料時(shí)，優(yōu)先選擇常見(jiàn)的材料，把那些比較難加工或者難購(gòu)買(mǎi)的材料都去掉；二、本設(shè)計(jì)使用了兩片膠合鏡片，這樣減少了兩個(gè)隔圈，也節(jié)省了人工的成本，同時(shí)還有效的減少了系統(tǒng)多鏡片組裝帶來(lái)的公差，這樣在保證整體性能的情況下有效的節(jié)約了成本；三、在設(shè)計(jì)過(guò)程中有意的去考慮了在生產(chǎn)組裝的問(wèn)題，所述第二透鏡2、第三透鏡3這兩個(gè)個(gè)透鏡之間可以不用間隔環(huán)來(lái)控制空氣間隔，只要直接使用鏡片邊緣來(lái)定位就可以了，這樣就至少節(jié)約了一個(gè)間隔環(huán)的成本。
[0045]日夜共用主要通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):1、在設(shè)計(jì)時(shí)首先設(shè)置雙波段，即可見(jiàn)光波段43011111?65611111和紅外波段830=111?87011111，這樣保證在夜晚有紅外光的情況下也能正常工作；2、在設(shè)計(jì)中設(shè)置可見(jiàn)波段和紅外波段保持一樣的后焦，這樣既可實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)和紅外在同一像面成像；3、保證紅外設(shè)計(jì)的II？理論值在可見(jiàn)光的II？理論值50%以上，這樣就保證了夜晚圖像是清晰的，不會(huì)相差太多。
[0046]為實(shí)現(xiàn)最佳的像面效果，該光學(xué)系統(tǒng)的后部還加了濾光片11，以過(guò)濾掉雜光，使圖像色彩亮麗和銳利的同時(shí)具有良好的色彩還原性。
[0047]由于本實(shí)用新型采用巧妙的鏡片間的組合，其分辨率能夠達(dá)到1000萬(wàn)像素以上；由于本實(shí)用新型理論設(shè)計(jì)光圈值就按照？1.4來(lái)設(shè)計(jì)，且(:.8.八小于10。，所以實(shí)現(xiàn)大光圈；由于本實(shí)用新型理論設(shè)計(jì)成像靶面就大于1/1.8”，實(shí)際可以兼容1/1.7”，本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)曲線，在2504/臟處達(dá)到0.2以上，即像素達(dá)到800萬(wàn)，如圖2所示，所以實(shí)現(xiàn)大靶面、超高清成像的效果；所以實(shí)現(xiàn)大靶面成像的效果；另外本實(shí)用新型因?yàn)榧嫒莩咔?、大光圈及大靶面的?yōu)勢(shì)，所以在超低照度0.0051^下也能清晰成像，完全滿足目前流行的星光級(jí)成像要求；由于本實(shí)用新型使用的鏡片數(shù)量較少，所使用的材料大部分都是常見(jiàn)的高折射率的材料，所以有效的減小了體積，同時(shí)也降低了成本；由于本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)中分別考慮了在可見(jiàn)光和紅外光的情況下都能單獨(dú)成像，解決了市場(chǎng)上日夜兩用的這類鏡頭的稀缺。此外，由于該光學(xué)系統(tǒng)使用了兩個(gè)膠合鏡片，有效的所以公差寬松，可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，從而降低成本。本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)成本低，體積小、像素高、光圈大、靶面大，在可見(jiàn)波段及指定的紅外波段皆可高清成像，主要應(yīng)用于監(jiān)控，照相、車載系統(tǒng)等方面。
[0048]以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括從物面到像面依次同軸設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡和像面，在第三透鏡和第四透鏡之間設(shè)有光闌，第八透鏡和像面之間設(shè)有濾光片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡為彎月型透鏡，其兩面都彎向光闌，其焦距為負(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡為彎月型透鏡，其兩面都彎向光闌，其焦距為負(fù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第三透鏡為雙凸型透鏡，其焦距為正。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第四透鏡為雙凹型透鏡，其焦距為負(fù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第五透鏡為雙凸型透鏡，其焦距為正。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第六透鏡為雙凸型透鏡，其焦距為負(fù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第七透鏡為彎月型透鏡，其兩面都背向光闌，其焦距為負(fù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第八透鏡為雙凸型透鏡，其焦距為正。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡的所有透鏡的材質(zhì)均為光學(xué)玻璃，透鏡面型均為球面型。
【文檔編號(hào)】G02B13/00GK204256245SQ201420736645
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】孫永雪, 陳麗, 彭光東, 劉瑞芳, 陳剛義, 干昱颋 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星裝備研究所