CN106680973A - 小型化大视场高清无热化定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学器件技术领域，尤其涉及一种小型化大视场高清无热化定焦镜头，包括从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为双凹负光焦度玻璃球面透镜，所述第二透镜为双凸正光焦度玻璃球面透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度塑料非球面透镜，所述第四透镜为双凹负光焦度塑料非球面透镜。相对于现有技术，本发明搭配720p、1/4英寸的芯片时能使可见光与红外光下均达到720p的分辨率，同时，镜头总长小于或等于17.3mm，实现了小型化的需求，既降低了成本又保证了性能。

Description

小型化大视场高清无热化定焦镜头

技术领域

本发明属于光学器件技术领域，尤其涉及一种小型化大视场高清无热化定焦镜头。

背景技术

社会的安稳离不开兢兢业业的安防监控系统，拥有高清或全高清像素的监控摄像头逐渐占据市场，高清摄像头芯片有1280*720的像素即720p，全高清摄像头芯片有1920*1080的像素即1080p；同时，芯片的尺寸大小不一，主流大小为1/3英寸或1/4英寸。芯片的规格决定了镜头的设计要求，720p、1/4英寸的芯片足够能实现较理想的像质，但目前此类镜头还存在像质不良的问题，分辨率有待提高。提高分辨率的方法包括增加镜片数量，或者使用较少的镜片缩小通光孔径，但会造成成本的增加或者通光量的不足，故存在性能与成本难以平衡的问题。

有鉴于此，确有必要提供一种小型化大视场高清无热化定焦镜头，其采用2G+2P(2片玻璃镜片+2片塑料镜片)玻塑结合的光学结构，搭配720p、1/4英寸的芯片，能使可见光与红外光下均达到720p的分辨率，同时，镜头总长小于或等于17.3mm，实现了小型化的需求，既降低了成本又保证了性能。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种小型化大视场高清无热化定焦镜头，其采用2G+2P(2片玻璃镜片+2片塑料镜片)玻塑结合的光学结构，搭配720p、1/4英寸的芯片，能使可见光与红外光下均达到720p的分辨率，同时，镜头总长小于或等于17.3mm，实现了小型化的需求，既降低了成本又保证了性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

小型化大视场高清无热化定焦镜头，包括从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为双凹负光焦度玻璃球面透镜，所述第二透镜为双凸正光焦度玻璃球面透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度塑料非球面透镜，所述第四透镜为双凹负光焦度塑料非球面透镜；

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：

1.04＜|f3/f|＜1.25；

0.97＜|f4/f|＜1.11；

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

作为本发明小型化大视场高清无热化定焦镜头的一种改进，所述第一透镜与所述第二透镜通过隔圈紧配，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soma紧配。

作为本发明小型化大视场高清无热化定焦镜头的一种改进，所述第一透镜至所述第四透镜的焦距、折射率和曲率半径满足以下条件：

-4.49≤f1≤-4.09	1.65≤n1≤1.72	-76.82≤R1≤-52.56	2.35≤R2≤4.56
				4.75≤f2≤5.48	1.78≤n2≤1.87	8.54≤R3≤12.82	-12.82≤R4≤-9.58
-3.20≤f3≤-2.52	1.45≤n3≤1.72	-38.52≤R5≤-25.27	1.57≤R6≤2.53
				2.65≤f4≤2.95	1.42≤n4≤1.63	2.12≤R7≤3.57	-5.23≤R8≤-2.53

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f4分别对应于所述第一透镜至所述第四透镜的焦距；n1至n4分别对应于所述第一透镜至所述第四透镜的折射率；R1、R3、R5、R7分别对应于所述第一透镜至所述第四透镜的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8分别对应于所述第一透镜至所述第四透镜的远离物方的一面的曲率半径。

作为本发明小型化大视场高清无热化定焦镜头的一种改进，所述定焦镜头的光学总长小于17.3mm。

作为本发明小型化大视场高清无热化定焦镜头的一种改进，所述第三透镜和所述第四透镜满足如下公式：

其中：z为所述非球面透镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距所述非球面透镜顶点的距离矢高，c＝1/R，R表示所述非球面透镜面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数A、B、C、D、E、F为高次非球面系数。

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

首先，本发明采用2G2P玻塑结合的光学结构(即2片玻璃球面透镜和2片塑料非球面透镜)，充分发挥玻璃镜片易于加工和塑料镜片成本较低的优势，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。

其次，本发明搭配720p、1/4英寸的芯片时能使可见光与红外光下均达到720p的分辨率，同时，镜头总长小于或等于17.3mm，实现了小型化的需求，既降低了成本又保证了性能。

再次，本发明通过合理使用玻璃镜片和塑料镜片的组合，成像质量良好，并使得在可见光成像清晰的情况下无需调焦即可对红外光也清晰成像，而且使得红外成像亦能达到百万像素，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面，实现日夜共焦功能。同时具备温度补偿功能，能够达到在-30～+80℃环境下使用不跑焦。

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，本发明提供的小型化大视场高清无热化定焦镜头，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和第四透镜4，第一透镜1为双凹负光焦度玻璃球面透镜，第二透镜2为双凸正光焦度玻璃球面透镜，第三透镜3为双凸正光焦度塑料非球面透镜，第四透镜4为双凹负光焦度塑料非球面透镜；

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：

1.04＜|f3/f|＜1.25；

0.97＜|f4/f|＜1.11；

其中，f是整个镜头的焦距；f3是第三透镜3的焦距；f4是第四透镜4的焦距。如此就可以达到小型化、高性能的目的。

第一透镜1与第二透镜2通过隔圈紧配，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soma紧配，soma即遮光片。

第一透镜1至第四透镜4的焦距、折射率和曲率半径满足以下条件：

-4.49≤f1≤-4.09	1.65≤n1≤1.72	-76.82≤R1≤-52.56	2.35≤R2≤4.56
				4.75≤f2≤5.48	1.78≤n2≤1.87	8.54≤R3≤12.82	-12.82≤R4≤-9.58
-3.20≤f3≤-2.52	1.45≤n3≤1.72	-38.52≤R5≤-25.27	1.57≤R6≤2.53
				2.65≤f4≤2.95	1.42≤n4≤1.63	2.12≤R7≤3.57	-5.23≤R8≤-2.53

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f4分别对应于第一透镜1至第四透镜4的焦距；n1至n4分别对应于第一透镜1至第四透镜4的折射率；R1、R3、R5、R7分别对应于第一透镜1至第四透镜4的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8分别对应于第一透镜1至第四透镜4的远离物方的一面的曲率半径。

定焦镜头的光学总长小于17.3mm。

第三透镜3和第四透镜4满足如下公式：

其中：z为非球面透镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面透镜顶点的距离矢高，c＝1/R，R表示非球面透镜面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数A、B、C、D、E、F为高次非球面系数。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种小型化大视场高清无热化定焦镜头，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和第四透镜4，第一透镜1为双凹负光焦度玻璃球面透镜，第二透镜2为双凸正光焦度玻璃球面透镜，第三透镜3为双凸正光焦度塑料非球面透镜，第四透镜4为双凹负光焦度塑料非球面透镜。

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)：

表1：各透镜的物理参数

面序号	面型	R	D	nd	K值
						1	球面	-60.25	0.45	1.69
2	球面	3.251	6.34
						光阑	平面	PL	0.10
3	球面	8.080	1.30	1.83
						4	球面	-8.080	1.32
5	非球面	-25.67	0.97	1.63	42.7
						6	非球面	1.996	0.06		-0.897
7	非球面	2.478	1.45	1.53	-0.505
						8	非球面	-2.903	5.07		-0.292

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。

表1中面序号为5、6、7和8的面为非球面，非球面镜片满足如下公式：

其中：z为非球面透镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面透镜顶点的距离矢高，c＝1/R，R表示非球面透镜面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数A、B、C、D、E、F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

k

A

B

C

D

E

F

5

42.7

-3.97E-02

2.53E-02

-3.64E-02

3.17E-02

-1.41E-02

2.470E-06

6

-0.897

-1.21E-02

-6.25E-02

7.32E-02

-4.07E-02

1.05E-02

-1.05E-03

7

-0.505

-1.60E-03

-6.50E-04

1.63E-04

-1.23E-07

-9.31E-07

2.96E-08

8

-0.292

6.96E-03

-6.245E-03

7.50E-03

-3.71E-03

1.23E-03

-1.63E-04

总之，本发明至少具有如下优点：

首先，本发明采用2G2P玻塑结合的光学结构(即2片玻璃球面透镜和2片塑料非球面透镜)，充分发挥玻璃镜片易于加工和塑料镜片成本较低的优势，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。

其次，本发明搭配720p、1/4英寸的芯片时能使可见光与红外光下均达到720p的分辨率，同时，镜头总长小于或等于17.3mm，实现了小型化的需求，既降低了成本又保证了性能。

再次，本发明通过合理使用玻璃镜片和塑料镜片的组合，成像质量良好，并使得在可见光成像清晰的情况下无需调焦即可对红外光也清晰成像，而且使得红外成像亦能达到百万像素，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面，实现日夜共焦功能。同时具备温度补偿功能，能够达到在-30～+80℃环境下使用不跑焦。

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 (5)

1.小型化大视场高清无热化定焦镜头，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、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为双凹负光焦度玻璃球面透镜，所述第二透镜为双凸正光焦度玻璃球面透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度塑料非球面透镜，所述第四透镜为双凹负光焦度塑料非球面透镜；

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：

1.04＜|f3/f|＜1.25；

0.97＜|f4/f|＜1.11；

其中，f是整个镜头的焦距；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所述的小型化大视场高清无热化定焦镜头，其特征在于：所述第一透镜与所述第二透镜通过隔图紧配，所述第二透镜与所述第三透镜通过隔图紧配，所述第三透镜与所述第四透镜通过soma紧配。

3.根据权利要求1所述的小型化大视场高清无热化定焦镜头，其特征在于：所述第一透镜至所述第四透镜的焦距、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f4分别对应于所述第一透镜至所述第四透镜的焦距；n1至n4分别对应于所述第一透镜至所述第四透镜的折射率；R1、R3、R5、R7分别对应于所述第一透镜至所述第四透镜的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8分别对应于所述第一透镜至所述第四透镜的远离物方的一面的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的小型化大视场高清无热化定焦镜头，其特征在于：所述定焦镜头的光学总长小于17.3mm。

5.根据权利要求1所述的小型化大视场高清无热化定焦镜头，其特征在于：所述第三透镜和所述第四透镜满足如下公式：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k){\mathrm{\ρ}}^2{y}^2}}+{\mathrm{Ay}}^4+{\mathrm{By}}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}+{\mathrm{Ey}}^{12}+{\mathrm{Fy}}^{14}$

其中：z为所述非球面透镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距所述非球面透镜顶点的距离矢高，c＝1/R，R表示所述非球面透镜面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数A、B、C、D、E、F为高次非球面系数。