CN105242376A - 一种带温度补偿功能的成像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明属于镜头技术领域，尤其涉及一种带温度补偿功能的成像镜头，包括从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用塑胶非球面镜片，第一透镜和第五透镜为玻璃球面透镜；第一透镜为凸凹负光焦度透镜，第二透镜为凹凸正光焦度透镜，第三透镜为双凸正光焦度透镜，第四透镜为双凹负光焦度透镜，第五透镜为双凸正光焦度透镜。本发明通过合理组合玻璃透镜和塑胶透镜可实现大孔径，成像质量良好，并使得红外在不重新聚焦的前提下亦能达到三百万像素，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面，同时具有温度补偿功能，在-30℃～80℃的环境下使用也不会跑焦。

Description

一种带温度补偿功能的成像镜头

技术领域

本发明属于镜头技术领域，尤其涉及一种带温度补偿功能的成像镜头。

背景技术

8.0mm定焦镜头在安防监控镜头行业属于比较常用的镜头。目前常见的高清8mm定焦镜头通常具备6枚玻璃镜片F2.0的相对孔径，但可见光与红外光共焦成像性能不能尽都如人意，往往可见光可以达到二百万像素甚至三百万像素以上但红外成像分辨率只能达到百万像素。由于焦距相对较长所以在设计上可见光与近红外共焦成像较难达成，通常使用全玻璃镜片设计的8.0mm定焦镜头想要达成可见光与近红外光共焦成像的指标需采用如下几种手段：

第一，采用特殊玻璃；

第二，增加镜片数量；

第三，缩小通光孔径；

第四，降低可见光成像指标。

采用特殊玻璃、增加镜片数量等手段固然会提升镜头的性能，但随之而来的是成本的增加。采用缩小通光孔径、降低可见光成像指标等措施虽然可以使成本降低，但是会导致镜头成像质量下降。由此可见采用全玻璃镜片设计时，可见光与红外光共焦成像镜头无法在成本与性能上直接取得平衡。

而且对于8.0mm定焦镜头而言，尚需要解决以下技术难题：

第一，可见光与红外光焦距相同。

监控镜头在白天和夜晚均处于工作状态，白天的照明采用的主要是自然光，因此白天被摄物所发出的光线主要是可见光，而夜晚则需要使用红外光辅助照明，因此夜晚被摄物发出的光线主要是红外光或者由红外光和可见光组成的混合光线。而由于可见光（波长以550nm为例）与红外光（波长以850nm为例）在同一种光学玻璃、光学塑胶中的折射率不一样，这往往会导致可见光的焦点位置与红外光的焦点位置不一样，也就是说通过镜头成像之后可见光成像清晰的位置与红外光成像清晰的位置不一样。这样就导致了市面上的普通监控镜头很难兼顾白天和夜晚的成像清晰。

第二，当环境温度变化的时候镜头不需要重新调焦就能保证成像清晰。

监控镜头广泛用于室内、室外，一年365天每天24小时处于工作状态，镜头所处的环境温度变化巨大。监控镜头典型的工作温度要求是-30℃～80℃，镜头必须保证在这温差达到120多摄氏度的范围内、在不进行重新调焦的情况下成像仍然跟20℃（常温）一样清晰。

由于镜片材质的折射率会受温度影响而发生变化，镜片尺寸、镜筒材质、镜座材质会随着温度的变化而热胀冷缩，这些因素导致普通监控镜头在高低温环境下会出现不同的成像后焦（后截距），称作镜头成像的温度漂移。

有鉴于此，确有必要提供一种带温度补偿功能的成像镜头，其通过合理组合玻璃透镜和塑胶透镜可实现大孔径（F1.8），成像质量良好，并使得红外在不重新聚焦的前提下亦能达到三百万像素，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面，同时具有温度补偿功能，在-30℃～80℃的环境下使用也不会跑焦。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种带温度补偿功能的成像镜头，其通过合理组合玻璃透镜和塑胶透镜可实现大孔径（F1.8），成像质量良好，并使得红外在不重新聚焦的前提下亦能达到三百万像素，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面，同时具有温度补偿功能，在-30℃～80℃的环境下使用也不会跑焦。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带温度补偿功能的成像镜头，包括从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均采用塑胶非球面镜片，所述第一透镜和所述第五透镜为玻璃球面透镜；

所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为凹凸正光焦度透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度透镜，所述第四透镜为双凹负光焦度透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度透镜；

所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的焦距与整个镜头的焦距的比值满足以下条件：

4.5<|f2/f|<5.5；

0.95<|f3/f|<1.15；

0.46<|f4/f|<0.56；

其中，f是整个镜头的焦距；f2是所述第二透镜的焦距；f3是所述第三透镜的焦距；f4是所述第四透镜的焦距。

塑胶镜片的成本远低于玻璃球面镜片，故而降低了成本；又由于本发明的第二透镜、第三透镜和第四透镜均采用了非球面镜片，相比传统的球面镜片提高了性能；更重要的是，本发明在采用了塑胶非球面镜片的情况下，确保了镜头最佳分辨率成像位置的极低温度漂移。

相对于现有技术，本发明使用两片玻璃球面透镜和三片塑胶非球面透镜的五片式光学结构，能够实现可见光和红外光同时达到三百万像素的分辨率、F1.8的相对孔径以及光学总长小于21mm等指标，成像质量好，并使得红外在不重新聚焦的前提下亦能达到三百万像素的分辨率，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面，而且具备温度补偿功能，在-30℃～80℃的环境下使用也不会跑焦，也就是说，本发明具备日夜同焦功能，即在可见光成清晰像的情况下无需调焦即可对红外光清晰成像。而且本发明成本低，从而可以在成本和性能上取得平衡，市场前景广泛。

作为本发明带温度补偿功能的成像镜头的一种改进，所述第一透镜至所述第五透镜的焦距、折射率和曲率半径满足以下条件：

上表中，“f”为焦距，“n”为折射率，“R”为曲率半径，“-”号表示方向为负；

其中，f1至f5分别对应于第一透镜至第五透镜的焦距；n1至n5分别对应于第一透镜至第五透镜的折射率；R1、R3、R5、R7、R9分别对应于第一透镜至第五透镜的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10分别对应于第一透镜至第五透镜的远离物方的一面的曲率半径。

作为本发明带温度补偿功能的成像镜头的一种改进，所述第一透镜和所述第二透镜紧靠装配，所述第二透镜和所述第三透镜通过第一隔圈紧配。

作为本发明带温度补偿功能的成像镜头的一种改进，所述第三透镜和所述第四透镜通过第二隔圈紧配，所述第四透镜和所述第五透镜通过第三隔圈紧配。

作为本发明带温度补偿功能的成像镜头的一种改进，所述第三透镜和所述第四透镜之间设置有光阑。

作为本发明带温度补偿功能的成像镜头的一种改进，根据非球面方程式：

所述第四透镜满足如下关系：

总之，本发明与现有技术相比具有如下的优点：

第一，本发明做到了可见光与红外光共焦，在按照本发明所提出的透镜组合、材料组合的前提下，本发明的镜头对可见光（400nm～650nm）成像的位置与红外光（850nm）的成像的位置达到重合。

第二，本发明具有温度补偿功能，在按照本发明所提出的透镜组合、材料组合的前提下，本发明的镜头保证了-30℃～80℃温度范围内镜头的最佳分辨率成像位置不变。

第三，本发明采用了塑胶镜片，做到了低成本和高性能，本发明的第二透镜、第三透镜、第四透镜采用了塑胶非球面镜片，塑胶镜片的成本远低于玻璃球面镜片，故而降低了成本；又由于本发明的第二透镜、第三透镜、第四透镜均采用了非球面镜片，相比传统的球面镜片提高了性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的光路图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明及其有益效果作进一步详细的说明，但是，本发明的具体实施方式并不局限于此。

如图1和图2所示，本发明提供的一种带温度补偿功能的成像镜头，包括从物方到像方依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5，第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4均采用塑胶非球面镜片，第一透镜1和第五透镜5为玻璃球面透镜；

第一透镜1为凸凹负光焦度透镜，第二透镜2为凹凸正光焦度透镜，第三透镜3为双凸正光焦度透镜，第四透镜4为双凹负光焦度透镜，第五透镜5为双凸正光焦度透镜；

第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的焦距与整个镜头的焦距的比值满足以下条件：

4.5<|f2/f|<5.5；

0.95<|f3/f|<1.15；

0.46<|f4/f|<0.56；

其中，f是整个镜头的焦距；f2是第二透镜2的焦距；f3是第三透镜3的焦距；f4是第四透镜4的焦距。

塑胶镜片的成本远低于玻璃球面镜片，故而降低了成本；又由于本发明的第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4均采用了非球面镜片，相比传统的球面镜片提高了性能；更重要的是，本发明在采用了塑胶非球面镜片的情况下，确保了镜头最佳分辨率成像位置的极低温度漂移。

本发明使用两片玻璃球面透镜和三片塑胶非球面透镜的五片式光学结构，能够实现可见光和红外光同时达到三百万像素的分辨率、F1.8的相对孔径以及光学总长小于21mm等指标，成像质量好，并使得红外在不重新聚焦的前提下亦能达到三百万像素的分辨率，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面，而且具备温度补偿功能，在-30℃～80℃的环境下使用也不会跑焦，也就是说，本发明具备日夜同焦功能，即在可见光成清晰像的情况下无需调焦即可对红外光清晰成像。而且本发明成本低，从而可以在成本和性能上取得平衡，市场前景广泛。

第一透镜1至第五透镜5的焦距、折射率和曲率半径满足以下条件：

上表中，“f”为焦距，“n”为折射率，“R”为曲率半径，“-”号表示方向为负；

其中，f1至f5分别对应于第一透镜1至第五透镜5的焦距；n1至n5分别对应于第一透镜1至第五透镜5的折射率；R1、R3、R5、R7、R9分别对应于第一透镜1至第五透镜5的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10分别对应于第一透镜1至第五透镜5的远离物方的一面的曲率半径。

第一透镜1和第二透镜2紧靠装配，第二透镜2和第三透镜3通过第一隔圈紧配。

第三透镜3和第四透镜4通过第二隔圈紧配，第四透镜4和第五透镜5通过第三隔圈紧配。

第三透镜3和第四透镜4之间设置有光阑6。

根据非球面方程式：

第四透镜4满足如下关系：

实施例1

该镜头的五片透镜共十个面的面型、曲率半径、镜片厚度、镜片间距、镜片折射率和K值分别满足以下条件：

表1：五片透镜的物理参数。

上表中，“R”为曲率半径，“-”号表示方向为负，“PL”表示平面，上表同一面序号既有折射率数据n，又有数据D的，数据D表示该透镜轴心线处的厚度，同一面序号只有数据D而没有折射率数据n的，数据D表示该透镜到下一透镜面的间距。1-10是从物方到像方依次排列的面序号。

其中具有非球面结构的第3、4、5、6、7、8表面的形状可用下列公式表述：

其中C=1/R

表2：第3、4、5、6表面的非球面参数。

表3：第7、8表面的非球面参数。

本发明通过合理组合玻璃透镜和塑胶透镜可实现大孔径（F1.8），成像质量良好，并使得红外在不重新聚焦的前提下亦能达到三百万像素，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面，同时具有温度补偿功能，在-30℃～80℃的环境下使用也不会跑焦。

总之，本发明与现有技术相比具有如下的优点：

第一，本发明做到了可见光与红外光共焦，在按照本发明所提出的透镜组合、材料组合的前提下，本发明的镜头对可见光（400nm～650nm）成像的位置与红外光（850nm）的成像的位置达到重合。

第二，本发明具有温度补偿功能，在按照本发明所提出的透镜组合、材料组合的前提下，本发明的镜头保证了-30℃～80℃温度范围内镜头的最佳分辨率成像位置不变。

第三，本发明采用了塑胶镜片，做到了低成本和高性能，本发明的第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4采用了塑胶非球面镜片，塑胶镜片的成本远低于玻璃球面镜片，故而降低了成本；又由于本发明的第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4均采用了非球面镜片，相比传统的球面镜片提高了性能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.一种带温度补偿功能的成像镜头，包括从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其特征在于：所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均采用塑胶非球面镜片，所述第一透镜和所述第五透镜为玻璃球面透镜；

所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为凹凸正光焦度透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度透镜，所述第四透镜为双凹负光焦度透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度透镜；

所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的焦距与整个镜头的焦距的比值满足以下条件：

4.5<|f2/f|<5.5；

0.95<|f3/f|<1.15；

0.46<|f4/f|<0.56；

其中，f是整个镜头的焦距；f2是所述第二透镜的焦距；f3是所述第三透镜的焦距；f4是所述第四透镜的焦距。

2.根据权利要求1所述的带温度补偿功能的成像镜头，其特征在于：所述第一透镜至所述第五透镜的焦距、折射率和曲率半径满足以下条件：

上表中，“f”为焦距，“n”为折射率，“R”为曲率半径，“-”号表示方向为负；

其中，f1至f5分别对应于第一透镜至第五透镜的焦距；n1至n5分别对应于第一透镜至第五透镜的折射率；R1、R3、R5、R7、R9分别对应于第一透镜至第五透镜的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10分别对应于第一透镜至第五透镜的远离物方的一面的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的带温度补偿功能的成像镜头，其特征在于：所述第一透镜和所述第二透镜紧靠装配，所述第二透镜和所述第三透镜通过第一隔圈紧配。

4.根据权利要求3所述的带温度补偿功能的成像镜头，其特征在于：所述第三透镜和所述第四透镜通过第二隔圈紧配，所述第四透镜和所述第五透镜通过第三隔圈紧配。

5.根据权利要求1所述的带温度补偿功能的成像镜头，其特征在于：所述第三透镜和所述第四透镜之间设置有光阑。

6.根据权利要求1所述的带温度补偿功能的成像镜头，其特征在于：根据非球面方程式：

所述第四透镜满足如下关系：