一种成像系统的制作方法

1.本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种成像系统。


背景技术：

2.得益于近年来智能安防领域的高速发展，光学镜头在安防领域得到越来越多的应用，尤其是在智能楼宇、智能交通等领域，对光学镜头的成像要求越来越高。
3.现有的镜头，若要实现光学上的放大倍率，只能通过更换不同放大物镜的方式来实现，要实现不同倍率的改变就需要安装多个不同的物镜镜头。这样不仅使得镜头的尺寸较大，而且镜头的成本很高。市面上常规的倍率放大镜头尺寸一般较大，镜头的镜片数量较多，加工性差，且成本比较高。并且成像靶面尺寸较小，不能满足如今大靶面相机的需求，成像特性较差；不能支持如今的高分辨率的要求。因此在保证倍率增大的基础上，开发一款大靶面、高分辨率的成像系统变的尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种成像系统，所述成像系统包括标准镜头，所述标准镜头的物侧还包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、孔径光阑、第二负光焦度透镜和第二透镜组，所述标准镜头的像侧还包括滤光片和像面；
5.所述成像系统满足以下条件：
6.50.6≤(f
g1
/f
g2
)
×
f
×
tan(fov)≤63.1；
7.ttl/f≤0.69；
8.其中，f
g1
为所述第一透镜组的焦距，f
g2
为所述第二透镜组的焦距，f为所述成像系统的焦距，fov为所述成像系统的视场角，ttl为所述第一透镜组朝向物侧的一面与所述像面之间的距离。
9.进一步地，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一正光焦度透镜和第一负光焦度透镜。
10.进一步地，所述第一正光焦度透镜包括双凸透镜；
11.所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
12.所述第一正光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第一负光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同。
13.进一步地，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第三负光焦度透镜和第二正光焦度透镜。
14.进一步地，所述第二负光焦度透镜包括凹透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
15.第三负光焦度透镜包括双凹透镜；
16.所述第二正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
17.所述第三负光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第二正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同。
18.进一步地，所述第一正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第二正光焦度透镜为球面透镜或非球面透镜。
19.进一步地，所述第一正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径r1与所述第一负光焦度透镜朝向像侧的一面的曲率半径r4满足以下条件：
20.(r1
‑
r4)/(r1 r4)≤
‑
2.1。
21.进一步地，所述第一正光焦度透镜的焦距f1、第一负光焦度透镜的焦距f2和第二负光焦度透镜的焦距f3满足以下条件：
22.f1≤31；f2≤
‑
100；f3≤
‑
95。
23.进一步地，所述第一正光焦度透镜的阿贝数vd1，第一负光焦度透镜的阿贝数vd2，第三负光焦度透镜的阿贝数vd4和第二正光焦度透镜的阿贝数vd5满足以下条件：
24.vd1≤71；vd2≤55；vd4≤43；vd5≤30。
25.进一步地，所述第一负光焦度透镜的折射率nd2，第二负光焦度透镜的折射率nd3，第三负光焦度透镜的折射率nd4，第二正光焦度透镜的折射率nd5满足以下条件：
26.nd2≥1.65；nd3≤1.88；nd4≤1.92；nd5≥1.69。
27.本发明实施例提供了一种成像系统，所述成像系统包括标准镜头，所述标准镜头的物侧还包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、孔径光阑、第二负光焦度透镜和第二透镜组，所述标准镜头的像侧还包括滤光片和像面；所述成像系统满足以下条件：50.6≤(f
g1
/f
g2
)
×
f
×
tan(fov)≤63.1；ttl/f≤0.69；其中，f
g1
为所述第一透镜组的焦距，f
g2
为所述第二透镜组的焦距，f为所述成像系统的焦距，fov为所述成像系统的视场角，ttl为所述第一透镜组朝向物侧的一面与所述像面之间的距离。
28.由于在本发明实施例中，在成像系统中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列特定的光学透镜及透镜组，并且成像系统满足：50.6≤(f
g1
/f
g2
)
×
f
×
tan(fov)≤63.1；ttl/f≤0.69；因此本发明实施例提供的成像系统，在保证对标准镜头进行倍率增大的基础上，实现了一种大靶面、高分辨率的成像系统，并且成像系统的尺寸较小。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明实施例提供的成像系统结构示意图；
31.图2为本发明实施例提供的成像系统在可见光波段常温状态的光学传递函数(mtf)曲线图；
32.图3为本发明实施例提供的成像系统在可见光波段的场曲和畸变图；
33.图4为本发明实施例提供的成像系统在可见光波段的横向光扇图；
34.图5为本发明实施例提供的成像系统在可见光波段的点列图。
具体实施方式
35.下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本
发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.图1为本发明实施例提供的成像系统结构示意图，所述成像系统包括标准镜头q，所述标准镜头的物侧还包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组g1、孔径光阑p、第二负光焦度透镜l3和第二透镜组g2，所述标准镜头的像侧还包括滤光片m和像面n；
37.所述成像系统满足以下条件：
38.50.6≤(f
g1
/f
g2
)
×
f
×
tan(fov)≤63.1；
39.ttl/f≤0.69；
40.其中，f
g1
为所述第一透镜组的焦距，f
g2
为所述第二透镜组的焦距，f为所述成像系统的焦距，fov为所述成像系统的视场角，ttl为所述第一透镜组朝向物侧的一面与所述像面之间的距离。
41.其中，本发明实施例不对标准镜头进行限定，标准镜头可以是焦距为160mm的镜头、180mm的镜头等等。
42.由于在本发明实施例中，在成像系统中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列特定的光学透镜及透镜组，并且成像系统满足：50.6≤(f
g1
/f
g2
)
×
f
×
tan(fov)≤63.1；ttl/f≤0.69；因此本发明实施例提供的成像系统，在保证对标准镜头进行倍率增大的基础上，实现了一种大靶面、高分辨率的成像系统，并且成像系统的尺寸较小。
43.为了进一步提高成像系统的成像质量，在本发明实施例中，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一正光焦度透镜l1和第一负光焦度透镜l2。
44.为了进一步使得系统能够紧凑，镜头尺寸更小，所述第一正光焦度透镜包括双凸透镜；
45.所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
46.所述第一正光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第一负光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同。
47.第一正光焦度透镜l1和第一负光焦度透镜l2可以贴合连接或胶合连接。
48.为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第三负光焦度透镜l4和第二正光焦度透镜l5。
49.为了进一步使得系统能够紧凑，镜头尺寸更小，所述第二负光焦度透镜包括凹透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
50.第三负光焦度透镜包括双凹透镜；
51.所述第二正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
52.所述第三负光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第二正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同。
53.所述第三负光焦度透镜和所述第二正光焦度透镜可以贴合连接或胶合连接。
54.为了进一步提高成像系统的成像质量，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第二正光焦度透镜为球面透镜或非球面透镜。
55.孔径光阑p的口径大小决定了系统的光圈值以及拍摄时的景深大小，其口径大小可以固定不变，或者根据需要放置可调整口径的孔径光阑以实现通光口径可调，即有可变
系统光圈值和改变景深的目的。
56.考虑到透镜的加工工艺，为了便于透镜的加工，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径r1与所述第一负光焦度透镜朝向像侧的一面的曲率半径r4满足以下条件：
57.(r1
‑
r4)/(r1 r4)≤
‑
2.1。
58.为了进一步提高成像系统的成像质量，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜的焦距f1、第一负光焦度透镜的焦距f2和第二负光焦度透镜的焦距f3满足以下条件：
59.f1≤31；f2≤
‑
100；f3≤
‑
95。
60.在本发明实施例中，为了使成像系统在较大的温度范围内都能清晰成像，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜的阿贝数vd1，第一负光焦度透镜的阿贝数vd2，第三负光焦度透镜的阿贝数vd4和第二正光焦度透镜的阿贝数vd5满足以下条件：
61.vd1≤71；vd2≤55；vd4≤43；vd5≤30。
62.另外，所述第一正光焦度透镜的阿贝数vd1，第一负光焦度透镜的阿贝数vd2，第三负光焦度透镜的阿贝数vd4和第二正光焦度透镜的阿贝数vd5满足vd1≤71；vd2≤55；vd4≤43；vd5≤30，还可以降低图像的色差，从而进一步提高成像质量。
63.为了进一步减小成像系统的总长度，在本发明实施例中，所述第一负光焦度透镜的折射率nd2，第二负光焦度透镜的折射率nd3，第三负光焦度透镜的折射率nd4，第二正光焦度透镜的折射率nd5满足以下条件：
64.nd2≥1.65；nd3≤1.88；nd4≤1.92；nd5≥1.69。
65.并且，所述第一负光焦度透镜的折射率nd2，第二负光焦度透镜的折射率nd3，第三负光焦度透镜的折射率nd4，第二正光焦度透镜的折射率nd5满足nd2≥1.65；nd3≤1.88；nd4≤1.92；nd5≥1.69，还可以降低球差，进一步提高成像质量。
66.本发明实施例提供的镜头所实现的光学性能如下：
67.本发明实施例提供的成像系统，在增大标准镜头的倍率的基础上，靶面尺寸可以最高支持φ42mm，在有效实现成像系统结构小型化同时确保成像质量。
68.①
成像可最高支持靶面φ42mm的线阵相机使用，成像系统机械总长不超过45mm；
69.②
全视场mtf值在30lp/mm情况下，达到0.4以上；
70.③
成像系统的镜片数量较少，加工性好，且成本控制较低。
71.下面针对本发明实施例提供的成像系统参数进行举例说明。
72.实施例1：
73.在具体实施过程中，所述该成像系统的各个透镜的曲率半径r、中心厚度tc、折射率nd、和阿贝常数vd满足表1所列的条件：
[0074][0075]
表1参数表
[0076]
本实施例所提供的成像系统具有如下光学技术指标：
[0077]
光学总长ttl≤360mm；
[0078]
焦距f：560mm；
[0079]
视场角：4.3
°
；
[0080]
光学畸变：0.5％；
[0081]
光圈fno.：fno≤24.4；
[0082]
靶面尺寸：≥φ42mm。
[0083]
下面通过对实施例进行详细的分析，进一步介绍本实施例所提供的成像系统。
[0084]
光学传递函数是用来评价一个该成像系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对各种像差(如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等)进行了很好的校正。
[0085]
如图2所示，为成像系统在可见光波段常温状态的光学传递函数(mtf)曲线图；如图3所示，为成像系统在可见光波段的场曲和畸变图；如图4所示，为成像系统在可见光波段的横向光扇图；如图5所示，为成像系统在可见光波段的点列图。
[0086]
从图2中可知，成像系统在可见光部分常温状态的光学传递函数(mtf)曲线图较平滑、较为集中，而且全视场(半像高y’＝21mm)mtf平均值达到0.4以上；可见本实施例提供的该成像系统，能够达到较高的成像要求；
[0087]
从图3和图4中可知，成像系统畸变控制较好，在0.5％以内，场曲控制在
±
2mm以内。光线像差控制也较好。
[0088]
从图5中可知，成像系统光斑半径较小，也比较集中，对应的像差和慧差也很好。
[0089]
本发明实施例提供了一种低成本、大靶面、成像高清的光学成像系统。采用5个特定结构形状的光学透镜，并按照特定顺序从物侧至像侧依次排列，以及通过各个光学透镜的特定的光焦度的分配及组合，使得该成像系统的能够实现较好的畸变控制及出色的成像特性。
[0090]
本发明实施例提供的成像系统，成像面尺寸最大支持φ42sensor(ccd/cmos)相机，满足设备高分辨率的需求；全视场mtf值在50lp/mm情况下，达到0.5以上，有出色的成像特性；镜头各透镜光焦度分布合理，镜片形状便于加工，镜头成本较低。
[0091]
本发明实施例提供了一种成像系统，所述成像系统包括标准镜头，所述标准镜头的物侧还包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、孔径光阑、第二负光焦度透镜和第二透镜组，所述标准镜头的像侧还包括滤光片和像面；所述成像系统满足以下条件：50.6≤(f
g1
/f
g2
)
×
f
×
tan(fov)≤63.1；ttl/f≤0.69；其中，f
g1
为所述第一透镜组的焦距，f
g2
为所述第二透镜组的焦距，f为所述成像系统的焦距，fov为所述成像系统的视场角，ttl为所述第一透镜组朝向物侧的一面与所述像面之间的距离。
[0092]
由于在本发明实施例中，在成像系统中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列特定的光学透镜及透镜组，并且成像系统满足：50.6≤(f
g1
/f
g2
)
×
f
×
tan(fov)≤63.1；ttl/f≤0.69；因此本发明实施例提供的成像系统，在保证对标准镜头进行倍率增大的基础上，实现了一种大靶面、高分辨率的成像系统，并且成像系统的尺寸较小。
[0093]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0094]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0095]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0096]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0097]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。