CN104834077B - 摄像元件用的摄像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摄像元件用的摄像镜头，包括沿物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、孔径光阑、第三透镜和第四透镜。采用以上技术方案的摄像元件用的摄像镜头，采用四片透镜和孔径光阑，可减小系统主光线出射角，并使轴外像差得到良好校正。孔径光阑靠后，可以一定程度的较小球差和像散。同时，孔径光阑靠近成像面，有利于经过成像系统的出射光线CRA(主光线出射角)能尽量小，对边缘光线的成像亮度也有一定提升效果。孔径光阑处于第一透镜和第二透镜的后方，能够有效承接边缘光线，满足大孔径光阑时，边缘光线仍能够较好的聚合。由此，该摄像镜头不仅结构更小、口径比更大、性能更高，而且可日夜共焦。
Description
技术领域
本发明涉及摄像镜头，特别涉及一种能以宽视场角进行拍摄的高分辨率日夜共焦摄像镜头。
背景技术
近年来，随着CCD、CMOS等摄像元件的不断发展，监控领域对摄像像素的要求也不断提高。随着智能家居市场的不断扩大，对于能够日夜共用的小型监控摄像机的需求也在增加，因大量消费所产生的低成本化的要求进一步增强。在许多场合人们除了要求在白天能清晰的看清目标，同时也要求在照度很低的条件下(如夜晚)，通过辅助光源(如近红外LED光源，半导体激光光源等)也能看清景物的细节，为此，发展了日夜型的摄像系统，相应也开发了配套的系列化日夜型摄像镜头。这种新型镜头要求在很宽的光谱区域(从可见光谱区到近红外光谱区)，在共有的一个最佳像面上都能有同样高的成像质量，这样就带来如何减少光学系统二级光谱的问题。国外近年来发展的这类镜头普遍通过选用低色散高折射率的LD光学玻璃材料和非球面设计等方法，较好地解决了宽光谱共焦的难题，推出了适应日夜两用的百万级总像素的高清晰度视频摄像镜头，但它的投资和加工成本较高，为国内普通镜头的几倍。再有，相应于摄像元件的小型化，摄像元件的高像素化也在发展，像素尺寸急速的极小化。为了使摄像镜头适应于这种摄像元件，针对摄像镜头除了良好的校正像差的要求之外，以镜头的大口径比化获得充分的衍射分辨率的要求也有所提高。
为实现高性能大口径日夜共焦的摄像镜头，业内有很多人对镜头的结构进行了改进，例如在中国专利CN102004301、CN102279458以及CN102778746中都分别公开了一种摄像镜头，具有短焦距、短总长的性能。但是，这些摄像镜头口径比较小，而且镜片枚数较多，结构复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种摄像元件用的摄像镜头，以解决现有镜头的的不足。
根据本发明的一个方面，提供了一种摄像元件用的摄像镜头，包括沿物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、孔径光阑、第三透镜和第四透镜，其中，
摄像镜头的口径比在F/2.4以下；
第一透镜为具有负的光焦度的球面透镜，且第一透镜物侧为球面凹面；
第二透镜为具有正的光焦度的非球面透镜，且第二透镜两面均为非球面凸面；
第三透镜为具有正的光焦度的球面透镜，且第三透镜两面均为球面凸面；
第四透镜为具有负的光焦度的平凹透镜，且第四透镜物侧为球面凹面；
孔径光阑设置在第三透镜和第二透镜之间。
采用以上技术方案的摄像元件用的摄像镜头，采用四片透镜和孔径光阑，可减小系统主光线出射角，并使轴外像差得到良好校正。孔径光阑靠后，可以一定程度的较小球差和像散。同时，孔径光阑靠近成像面，有利于经过成像系统的出射光线CRA(主光线出射角)能尽量小，对边缘光线的成像亮度也有一定提升效果。孔径光阑处于第一透镜和第二透镜的后方， 能够有效承接边缘光线，满足大孔径光阑时，边缘光线仍能够较好的聚合。由此，该摄像镜头不仅结构更小、口径比更大、性能更高，而且可日夜共焦。
在一些实施方式中，该摄像镜头满足以下条件特征：
(1)-0.9<f/f1<-0.5
(2)0.3<f/f2<0.7
(3)0.2<f/f34<0.5
其中，f为摄像镜头的组合焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f34为第三透镜和第四透镜的合成焦距。由此，该摄像镜头缩短了镜头总长，并对各象差进行了良好地校正，得到了更好的光学性能。
在一些实施方式中，第二透镜两面均非球面凸面的表面形状满足以下方程式：
式中，参数Z为以非球面与光轴的交点为起点，非球面在垂直光轴方向的轴向值，参数c为半径所对应的曲率；参数r为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，参数k为圆锥二次曲线系数，参数a1至a4分别表示各径向坐标所对应的系数。由此，该摄像镜头的非球面透镜更加容易加工，能够有效降低加工成本。
在一些实施方式中，第二透镜物侧凸面的非球面参数为：
k＝-1.469718，a1＝-1.5146334E-003，a2＝-6.4103530E-005，a3＝-2.9608242E-005，a4＝1.9342957E-007；
第二透镜像侧凸面的非球面参数为：
k＝0.2897698，a1＝-1.6898246E-003，a2＝-1.7644513E-004，a3＝4.6863064E-006，a4＝-6.1608248E-007。
在一些实施方式中，第三透镜和第四透镜构成胶合镜片组。由此，该摄像镜头的性能更加稳定。
在一些实施方式中，第三透镜和第四透镜构成的胶合镜片组的焦距f34满足：5.56mm<f34<13.59mm。
在一些实施方式中，第二透镜为塑料非球面透镜，其余透镜均为玻璃球面透镜。塑胶非球面镜片易于加工，可以降低生产成本。
在一些实施方式中，第一透镜采用重钡火石玻璃制造，其焦距f1、材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：-5.56mm<f1<-3.09mm，1.66<Nd1<1.73，35<Vd1<49；
第二透镜的焦距f2、材料折射率Nd2、材料阿贝常数Vd2满足：3.97mm<f2<9.26mm，Nd2＝1.5346±5％，Vd2＝56.27±5％；
第三透镜采用镧火石玻璃制造，第四透镜采用重火石玻璃制造。
在一些实施方式中，该摄像镜头的光学总长TTL满足：14mm<TTL<18mm。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的摄像元件用的摄像镜头的结构示意图。
图2为图1所示摄像元件用的摄像镜头的光路系统示意图。
图3为图1所示摄像元件用的摄像镜头的白天Through Focus MTF曲线图。
图4为图1所示摄像元件用的摄像镜头的红外850nm Through Focus MTF曲线图。
图5为图1所示摄像元件用的摄像镜头的场曲、畸变曲线图。
图6为图1所示摄像元件用的摄像镜头在120lp/mm的传递函数曲线图
图7为图1所示摄像元件用的摄像镜头的光线像差图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1至图7示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的摄像元件用的摄像镜头。如图所示，该摄像镜头的口径比为F/2.0，包括沿物侧至像侧依次排列的第一透镜1、第二透镜2、孔径光阑5、第三透镜3和第四透镜4。
其中，第一透镜1采用重钡火石玻璃制造，为具有负的光焦度的球面透镜，且第一透镜物侧为球面凹面11；另一侧为球面凸面12。第一透镜1的焦距f1满足：-5.56mm<f1<-3.09mm。
第二透镜2采用聚碳酸酯塑料制造，为具有正的光焦度的非球面透镜，且第二透镜两面(21,22)均为非球面凸面。第二透镜2的焦距f2满足：3.97mm<f2<9.26mm。
第三3透镜用镧火石玻璃制造，为具有正的光焦度的球面透镜，且第三透镜两面(31,32)均为球面凸面。
第四透镜4重火石玻璃，为具有负的光焦度的平凹透镜，且第四透镜物侧为球面凹面41，另一侧为球面凸面42。
第三透镜3和第四透镜4构成胶合镜片组。胶合镜片组的焦距f34满足：5.56mm<f34<13.59mm。
孔径光阑5设置在第三透镜3和第二透镜2之间，孔径光阑5的光圈STO＝0.2000mm。
镜头焦距f＝2.78mm，F/NO＝2.0，2ω＝112°
镜头详细参数如下：
第二透镜两面均非球面凸面的表面形状满足以下方程式：
式中，参数Z为以非球面与光轴的交点为起点，非球面在垂直光轴方向的轴向值，参数c为半径所对应的曲率；参数r为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，参数k为圆锥二次曲线系数，参数a1至a4分别表示各径向坐标所对应的系数。
第二透镜的非球面数据如下：
物侧非球面21：
k＝-1.469718；
a1＝-1.5146334E-003；
a2＝-6.4103530E-005；
a3＝-2.9608242E-005；
a4＝1.9342957E-007。
像侧非球面22：
k＝0.2897698；
a1＝-1.6898246E-003；
a2＝-1.7644513E-004；
a3＝4.6863064E-006；
a4＝-6.1608248E-007。
该摄像镜头满足以下条件特征：
(1)-0.9<f/f1<-0.5
(2)0.3<f/f2<0.7
(3)0.2<f/f34<0.5
该摄像镜头的光学总长TTL满足：14mm<TTL<18mm。
采用以上技术方案的摄像元件用的摄像镜头，采用四片透镜和孔径光阑，可减小系统主光线出射角，并使轴外像差得到良好校正。孔径光阑靠后，可以一定程度的较小球差和像散。同时，孔径光阑靠近成像面，有利于经过成像系统的出射光线CRA(主光线出射角)能尽量小，对边缘光线的成像亮度也有一定提升效果。孔径光阑处于第一透镜和第二透镜的后方，能够有效承接边缘光线，满足大孔径光阑时，边缘光线仍能够较好的聚合。由此，该摄像镜头不仅结构更小、口径比更大、性能更高，而且可日夜共焦。
在其他的实施例中，该摄像镜头的口径比还可以为F/2.1、F/2.3或者F/1.8，第二透镜2还可以采用聚氨酯、聚苯醚等塑料制造，其余透镜均可采用铅玻璃、钕玻璃、钛玻璃和铌玻璃等玻璃材料制造。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.摄像元件用的摄像镜头，其特征在于，包括沿物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、孔径光阑、第三透镜和第四透镜，其中，
所述摄像镜头的口径比在F/2.4以下；
所述第一透镜为具有负的光焦度的球面透镜，且所述第一透镜物侧为球面凹面；
所述第二透镜为具有正的光焦度的非球面透镜，且所述第二透镜两面均为非球面凸面；
所述第三透镜为具有正的光焦度的球面透镜，且所述第三透镜两面均为球面凸面；
所述第四透镜为具有负的光焦度的平凹透镜，且所述第四透镜物侧为球面凹面；
所述孔径光阑设置在所述第三透镜和第二透镜之间；
该摄像镜头满足以下条件特征：
(1)-0.9<f/f1<-0.5
(2)0.3<f/f2<0.7
(3)0.2<f/f34<0.5
其中，f为所述摄像镜头的组合焦距，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f34为所述第三透镜和所述第四透镜的合成焦距。
2.根据权利要求1所述的摄像元件用的摄像镜头，其特征在于，所述第二透镜两面均非球面凸面的表面形状满足以下方程式：
式中，参数z为以非球面与光轴的交点为起点，非球面在垂直光轴方向的轴向值，参数c为半径所对应的曲率；参数r为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，参数k为圆锥二次曲线系数，参数a1至a4分别表示各径向坐标所对应的系数。
3.根据权利要求2所述的摄像元件用的摄像镜头，其特征在于，所述第二透镜物侧凸面的非球面参数为：
k＝-1.469718，a1＝-1.5146334E-003，a2＝-6.4103530E-005，a3＝-2.9608242E-005，a4＝1.9342957E-007；
所述第二透镜像侧凸面的非球面参数为：
k＝0.2897698，a1＝-1.6898246E-003，a2＝-1.7644513E-004，a3＝4.6863064E-006，a4＝-6.1608248E-007。
4.根据权利要求1所述的摄像元件用的摄像镜头，其特征在于，所述第三透镜和所述第四透镜构成胶合镜片组。
5.根据权利要求1所述的摄像元件用的摄像镜头，其特征在于，所述第三透镜和所述第四透镜构成的胶合镜片组的焦距f34满足：5.56mm<f34<13.59mm。
6.根据权利要求1所述的摄像元件用的摄像镜头，其特征在于，所述第二透镜为塑料非球面透镜，其余透镜均为玻璃球面透镜。
7.根据权利要求4或5或6所述的摄像元件用的摄像镜头，其特征在于，所述第一透镜采用重钡火石玻璃制造，其焦距f1、材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：-5.56mm<f1<-3.09mm，1.66<Nd1<1.73，35<Vd1<49；
所述第二透镜的焦距f2、材料折射率Nd2、材料阿贝常数Vd2满足：3.97mm<f2<9.26mm，Nd2＝1.5346±5％，Vd2＝56.27±5％；
所述第三透镜采用镧火石玻璃制造，所述第四透镜采用重火石玻璃制造。
8.根据权利要求1所述的摄像元件用的摄像镜头，其特征在于，该摄像镜头的光学总长TTL满足：14mm<TTL<18mm。
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Denomination of invention: Image pickup lens for image pickup element Effective date of registration: 20190108 Granted publication date: 20170531 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Zhongshan branch Pledgor: GUANGDONG HONGJING OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Inc. Registration number: 2019990000021 |
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