CN106597642A - 小型超高清定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学器件技术领域，尤其涉及一种小型超高清定焦镜头，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、第五透镜、第六透镜和第七透镜，第一透镜为双凹负光焦度玻璃球面透镜，第二透镜为凹凸正光焦度塑料非球面透镜，第三透镜为凸凹正光焦度玻璃球面透镜，第四透镜为凸凹负光焦度玻璃球面透镜，第五透镜为双凸正光焦度玻璃球面透镜，第六透镜为双凹负光焦度塑料非球面透镜，第七透镜为双凸正光焦度塑料非球面透镜。总之，本发明通过合理优化，使得六组七片透镜光焦度合理分配，校正和平衡各种像差，使得光学系统既能在可见光波段和红外波段达到八百万像素，同时在‑30℃～+80℃的环境下使用时不跑焦，画质亦能满足4K的要求。

Description

小型超高清定焦镜头

技术领域

本发明属于光学器件技术领域，尤其涉及一种小型超高清定焦镜头。

背景技术

目前安防领域使用的图像传感器的分辨率主要以130万、200万和300万为主，400万像素的图像传感器在市场上的比例也在不断增加，500万、800万像素级的图像传感器也在崭露头角，例如IMX274LQC、IMX226CQL等。超高清图像传感器应用于视频监控领域，不仅能够获得清晰的图像，还能够扩宽监控领域和监控范围，监控范围在满足1080P的清晰度的情况下是普通镜头的4到6倍。随着4K图像在存储、传输、处理技术等方面难题的解决，4K视频监控成本下降，应用更加广泛，因此有必要开发分辨率能达到八百万像素的镜头来适配图像传感器。

目前市面上的4K镜头多采用全玻璃的设计，要获得良好的画质，镜片的数量必然比较多，因此镜头比较重、价格昂贵。

有鉴于此，确有必要提供一种小型超高清定焦镜头，其为6mm的定焦监控镜头，采用4G3P(4片玻璃加3片塑料)玻塑结合的光学结构，既能达到4k的分辨率，同时也能降低成本，小型化镜头，降低镜头重量。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种小型超高清定焦镜头，其为6mm的定焦监控镜头，采用4G3P(4片玻璃加3片塑料)玻塑结合的光学结构，通光F值达到2.0，视场角达到82°，既能达到4k的分辨率，同时也能降低成本，小型化镜头，降低镜头重量。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

小型超高清定焦镜头，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、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第一透镜为双凹负光焦度玻璃球面透镜，所述第二透镜为凹凸正光焦度塑料非球面透镜，所述第三透镜为凸凹正光焦度玻璃球面透镜，所述第四透镜为凸凹负光焦度玻璃球面透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度玻璃球面透镜，所述第六透镜为双凹负光焦度塑料非球面透镜，所述第七透镜为双凸正光焦度塑料非球面透镜；

所述第一透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的焦距与整个镜头的焦距的比值满足以下条件：

0.77＜|f1/f|＜1.24；

1.46＜|f3/f|＜2.23；

1.81＜|f6/f|＜2.55；

1.42＜|f7/f|＜2.29；

其中，f是整个镜头的焦距；f1是所述第一透镜的焦距；f3是所述第三透镜的焦距；f6是所述第六透镜的焦距；f7是所述第七透镜的焦距。

作为本发明小型超高清定焦镜头的一种改进，所述第三透镜的折射率n3满足以下条件：n3＞1.88。

作为本发明小型超高清定焦镜头的一种改进，所述第四透镜和所述第五透镜的焦距满足以下条件：1.04＜|f4/f5|＜2.25；其中，f4是所述第四透镜的焦距；f5是所述第五透镜的焦距。

作为本发明小型超高清定焦镜头的一种改进，所述第四透镜和所述第五透镜的阿贝系数满足以下条件：0.3＜|v4/v5|＜0.52，v5＞68，其中，v4是所述第四透镜的阿贝系数；v5是所述第五透镜的阿贝系数。

作为本发明小型超高清定焦镜头的一种改进，所述第二透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的焦距满足以下关系：13.76＜|f2/f|＜34.25；0.79＜|f6/f7|＜1.81，其中，f是整个镜头的焦距；f2是所述第二透镜的焦距；f6是所述第六透镜的焦距，f7是所述第七透镜的焦距。

作为本发明小型超高清定焦镜头的一种改进，所述第六透镜与所述第七透镜之间的间隔d5满足以下条件：1.2<d5<2.5。

作为本发明小型超高清定焦镜头的一种改进，所述第一透镜与所述第二透镜直接承靠，所述第二透镜与所述第三透镜通过隔圈紧配，所述第三透镜与所述第四透镜通过隔圈紧配，所述第四透镜与所述第五透镜通过光学胶水直接粘合，所述第五透镜与所述第六透镜通过隔圈紧配，所述第六透镜与所述第七透镜通过隔圈紧配。

作为本发明小型超高清定焦镜头的一种改进，所述第一透镜至所述第七透镜的焦距、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f7分别对应于所述第一透镜至所述第七透镜的焦距；n1至n7分别对应于所述第一透镜至所述第七透镜的折射率；R1、R3、R5、R7、R9、R11和R13分别对应于所述第一透镜至所述第七透镜的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12和R14分别对应于所述第一透镜至所述第七透镜的远离物方的一面的曲率半径。

作为本发明小型超高清定焦镜头的一种改进，所述第二透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的非球面镜片满足以下公式：

其中：z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高。C＝1/R，R表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇、a₈为高次非球面系数。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

第一，本发明的第二透镜、第六透镜和第七透镜采用了塑料镜片，做到了低成本和高性能，塑料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、第六透镜和第七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。

第二，本发明为6mm的定焦监控镜头，采用4G3P(4片玻璃加3片塑料)玻塑结合的光学结构，通光F值达到2.0，视场角达到82°，既能达到4k的分辨率，同时也能降低成本，小型化镜头，降低镜头重量。

第三，本发明一方面在可见光条件下成像质量达到八百万像素，并在夜视下不重新聚焦的前提下亦能达到八百万像素，高低温-30℃～+80℃环境下使用不跑焦，成像质量较好。另一方面，塑料非球面采用注塑成型的方式，利于生产，同时达到成本低、重量轻、小型化的效果。

总之，本发明通过合理优化，使得六组七片透镜光焦度合理分配，校正和平衡各种像差，使得光学系统既能在可见光波段和红外波段达到八百万像素，同时在-30℃～+80℃的环境下使用时不跑焦，画质亦能满足4K的要求。

附图说明

图1为本发明的光学结构示意图。

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所示，本发明提供的小型超高清定焦镜头，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、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7，第一透镜1为双凹负光焦度玻璃球面透镜，第二透镜2为凹凸正光焦度塑料非球面透镜，第三透镜3为凸凹正光焦度玻璃球面透镜，第四透镜4为凸凹负光焦度玻璃球面透镜，第五透镜5为双凸正光焦度玻璃球面透镜，第六透镜6为双凹负光焦度塑料非球面透镜，第七透镜7为双凸正光焦度塑料非球面透镜；即本发明采用3个塑料非球面透镜加4个玻璃球面镜片，其中第二透镜2、第六透镜6和第七透镜7为塑料非球面镜片。

第一透镜1、第三透镜3、第六透镜6和第七透镜7的焦距与整个镜头的焦距的比值满足以下条件：

0.77＜|f1/f|＜1.24；

1.46＜|f3/f|＜2.23；

1.81＜|f6/f|＜2.55；

1.42＜|f7/f|＜2.29；

其中，f是整个镜头的焦距；f1是第一透镜1的焦距；f3是第三透镜3的焦距；f6是第六透镜6的焦距；f7是第七透镜7的焦距。如此可以达到小型化、高成像质量的目的。

第三透镜3的折射率n3满足以下条件：n3＞1.88。

第四透镜4和第五透镜5的焦距满足以下条件：1.04＜|f4/f5|＜2.25；其中，f4是第四透镜4的焦距；f5是第五透镜5的焦距。

第四透镜4和第五透镜5的阿贝系数满足以下条件：0.3＜|v4/v5|＜0.52，v5＞68，其中，v4是第四透镜4的阿贝系数；v5是第五透镜5的阿贝系数，第四透镜4和第五透镜5的焦距和阿贝系数满足以上条件，可以使得镜头在夜晚使用时红外性能能够满足八百万像质的要求。

第二透镜2、第六透镜6和第七透镜7的焦距满足以下关系：13.76＜|f2/f|＜34.25；0.79＜|f6/f7|＜1.81，其中，f是整个镜头的焦距；f2是第二透镜2的焦距；f6是第六透镜6的焦距，f7是第七透镜7的焦距。第二透镜2、第六透镜6和第七透镜7的焦距满足以上条件时，可以使得镜头在高低温环境条件下使用不离焦，并且成像质量较好。

第六透镜6与第七透镜7之间的间隔d5满足以下条件：1.2<d5<2.5，并且第一透镜1的朝向物方的面的曲率半径、第三透镜3的朝向像方的面的曲率半径和第四透镜4的朝向像方的面的曲率半径需要满足一定的条件，从而可以兼顾镜头的品质和良率，降低公差的敏感性。

第一透镜1与第二透镜2直接承靠，第二透镜2与第三透镜3通过隔圈紧配，第三透镜3与第四透镜4通过隔圈紧配，第四透镜4与第五透镜5通过光学胶水直接粘合，第五透镜5与第六透镜6通过隔圈紧配，第六透镜6与第七透镜7通过隔圈紧配。即本实施例为六组七片透镜的光学结构。

第一透镜1至第七透镜7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f7分别对应于第一透镜1至第七透镜7的焦距；n1至n7分别对应于第一透镜1至第七透镜7的折射率；R1、R3、R5、R7、R9、R11和R13分别对应于第一透镜1至第七透镜7的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12和R14分别对应于第一透镜1至第七透镜7的远离物方的一面的曲率半径。

第二透镜2、第六透镜6和第七透镜7的非球面镜片满足以下公式：

其中：z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高。C＝1/R，R表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇、a₈为高次非球面系数。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了小型超高清定焦镜头，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、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7，第一透镜1为双凹负光焦度玻璃球面透镜，第二透镜2为凹凸正光焦度塑料非球面透镜，第三透镜3为凸凹正光焦度玻璃球面透镜，第四透镜4为凸凹负光焦度玻璃球面透镜，第五透镜5为双凸正光焦度玻璃球面透镜，第六透镜6为双凹负光焦度塑料非球面透镜，第七透镜7为双凸正光焦度塑料非球面透镜；即本发明采用3个塑料非球面透镜加4个玻璃球面镜片，其中第二透镜2、第六透镜6和第七透镜7为塑料非球面镜片。

第一透镜1与第二透镜2直接承靠，第二透镜2与第三透镜3通过隔圈紧配，第三透镜3与第四透镜4通过隔圈紧配，第四透镜4与第五透镜5通过光学胶水直接粘合，第五透镜5与第六透镜6通过隔圈紧配，第六透镜6与第七透镜7通过隔圈紧配。即本实施例为六组七片透镜的光学结构。

各透镜的面型、曲率半径R、镜片厚度、镜片间距、镜片折射率nd和K值分别满足以下条件(表1)：

面序号	面型	R	D	nd	K值
						1	球面	-41.24	0.43	1.56
2	球面	3.65	1.67
						3	非球面	-4.57	1.84	1.53	0.15
4	非球面	-4.87	0.11		-0.22
						5	球面	7.65	1.82	2.0
6	球面	23.71	1.11
						stop	平面	infinity	0.23
8	球面	11.42	0.45	1.72
						9	球面	3.45	2.53	1.59
10	球面	-7.82	0.09
						11	非球面	-26.73	0.91	1.63	-100.56
12	非球面	11.62	2.22		-77.13
						13	非球面	6.84	1.72	1.53	-5.69
14	非球面	-30.22	6.87		68.7

表1中，“R”为曲率半径，“-”号表示方向为负，上表同一面序号既有折射率数据nd，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nd的，数据D表示该透镜到下一透镜面的间距。面序号1和2分别对应第一透镜1的朝向物方的面和朝向像方的面；面序号3和4分别对应第二透镜2的朝向物方的面和朝向像方的面；面序号5和6分别对应第三透镜3的朝向物方的面和朝向像方的面；面序号7和8分别对应第四透镜4的朝向物方的面和朝向像方的面；面序号9和10分别对应第五透镜5的朝向物方的面和朝向像方的面，面序号11和12分别对应第六透镜6的朝向物方的面和朝向像方的面，面序号13和14分别对应第七透镜7的朝向物方的面和朝向像方的面。

表1中面序号为3、4、11、12、13和14的面为非球面，非球面镜片满足如下公式：

其中：其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高。C＝1/R，R表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8为高次非球面系数。

本实施例中非球面面型参数见表2：

表2：非球面面型参数

面序号：3

面序号：4

面序号：11

面序号：12

面序号：13

面序号：14

α1参数

0

0

0

0

0

0

α2参数

-2.58E-003

1.22E-003

-5.14E-004

1.27E-003

1.68E-003

9.24E-004

α3参数

1.244E-004

1.27E-005

1.27E-004

3.27E-005

-6.24E-004

-7.27E-005

α4参数

-7.82E-005

-5.24E-006

-6.27E-005

6.18E-006

2.34E-005

-9.27E-006

α5参数

2.14E-005

3.27E-006

3.47E-006

3.124E-006

7.17E-005

9.57E-006

α6参数

5.38E-006

-7.21E-007

-5.14E-006

5.73E-006

-3.72E-007

-8.23E-008

α7参数

5.38E-008

-2.83E-008

-2.83E-007

-6.56E-008

-1.56E-009

2.56E-009

α8参数

0

0

0

0

0

0

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

第一，本发明的第二透镜、第六透镜和第七透镜采用了塑料镜片，做到了低成本和高性能，塑料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、第六透镜和第七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。

第二，本发明为6mm的定焦监控镜头，采用4G3P(4片玻璃加3片塑料)玻塑结合的光学结构，通光F值达到2.0，视场角达到82°，既能达到4k的分辨率，同时也能降低成本，小型化镜头，降低镜头重量。

第三，本发明一方面在可见光条件下成像质量达到八百万像素，并在夜视下不重新聚焦的前提下亦能达到八百万像素，高低温-30℃～+80℃环境下使用不跑焦，成像质量较好。另一方面，塑料非球面采用注塑成型的方式，利于生产，同时达到成本低、重量轻、小型化的效果。

总之，本发明通过合理优化，使得六组七片透镜光焦度合理分配，校正和平衡各种像差，使得光学系统既能在可见光波段和红外波段达到八百万像素，同时在-30℃～+80℃的环境下使用时不跑焦，画质亦能满足4K的要求。

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 (9)

1.小型超高清定焦镜头，其特征在于：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、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述第一透镜为双凹负光焦度玻璃球面透镜，所述第二透镜为凹凸正光焦度塑料非球面透镜，所述第三透镜为凸凹正光焦度玻璃球面透镜，所述第四透镜为凸凹负光焦度玻璃球面透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度玻璃球面透镜，所述第六透镜为双凹负光焦度塑料非球面透镜，所述第七透镜为双凸正光焦度塑料非球面透镜；

所述第一透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的焦距与整个镜头的焦距的比值满足以下条件：

0.77＜|f1/f|＜1.24；

1.46＜|f3/f|＜2.23；

1.81＜|f6/f|＜2.55；

1.42＜|f7/f|＜2.29；

其中，f是整个镜头的焦距；f1是所述第一透镜的焦距；f3是所述第三透镜的焦距；f6是所述第六透镜的焦距；f7是所述第七透镜的焦距。

2.根据权利要求1所述的小型超高清定焦镜头，其特征在于：所述第三透镜的折射率n3满足以下条件：n3＞1.88。

3.根据权利要求1所述的小型超高清定焦镜头，其特征在于：所述第四透镜和所述第五透镜的焦距满足以下条件：1.04＜|f4/f5|＜2.25；其中，f4是所述第四透镜的焦距；f5是所述第五透镜的焦距。

4.根据权利要求1所述的小型超高清定焦镜头，其特征在于：所述第四透镜和所述第五透镜的阿贝系数满足以下条件：0.3＜|v4/v5|＜0.52，v5＞68，其中，v4是所述第四透镜的阿贝系数；v5是所述第五透镜的阿贝系数。

5.根据权利要求1所述的小型超高清定焦镜头，其特征在于：所述第二透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的焦距满足以下关系：13.76＜|f2/f|＜34.25；0.79＜|f6/f7|＜1.81，其中，f是整个镜头的焦距；f2是所述第二透镜的焦距；f6是所述第六透镜的焦距，f7是所述第七透镜的焦距。

6.根据权利要求1所述的小型超高清定焦镜头，其特征在于：所述第六透镜与所述第七透镜之间的间隔d5满足以下条件：1.2<d5<2.5。

7.根据权利要求1所述的小型超高清定焦镜头，其特征在于：所述第一透镜与所述第二透镜直接承靠，所述第二透镜与所述第三透镜通过隔圈紧配，所述第三透镜与所述第四透镜通过隔圈紧配，所述第四透镜与所述第五透镜通过光学胶水直接粘合，所述第五透镜与所述第六透镜通过隔圈紧配，所述第六透镜与所述第七透镜通过隔圈紧配。

8.根据权利要求1所述的小型超高清定焦镜头，其特征在于：所述第一透镜至所述第七透镜的焦距、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f7分别对应于所述第一透镜至所述第七透镜的焦距；n1至n7分别对应于所述第一透镜至所述第七透镜的折射率；R1、R3、R5、R7、R9、R11和R13分别对应于所述第一透镜至所述第七透镜的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12和R14分别对应于所述第一透镜至所述第七透镜的远离物方的一面的曲率半径。

9.根据权利要求1所述的小型超高清定焦镜头，其特征在于：所述第二透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的非球面镜片满足以下公式：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_1{r}^2+{\mathrm{\&alpha;}}_2{r}^4+{\mathrm{\&alpha;}}_3{r}^6+{\mathrm{\&alpha;}}_4{r}^8+{\mathrm{\&alpha;}}_5{r}^{10}+{\mathrm{\&alpha;}}_6{r}^{12}+{\mathrm{\&alpha;}}_7{r}^{14}+{\mathrm{\&alpha;}}_8{r}^{16}$

其中：z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高。C＝1/R，R表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇、a₈为高次非球面系数。