CN107632369B - 一种定焦镜头及摄像设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到光学成像技术领域，尤其涉及到一种定焦镜头及摄像设备，该定焦镜头包括沿物侧到像侧的方向排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜及第十透镜；通过限定每个透镜群内的透镜的结构，以及其中的两个透镜的焦距、折射率及色散系数的对应关系，有效的改善了定焦镜头的光圈，提高了摄像的效果。

Description

一种定焦镜头及摄像设备

技术领域

本发明涉及到光学成像技术领域，尤其涉及到一种定焦镜头及摄像设备。

背景技术

现有技术中的一种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。但是上述定焦镜头的光圈只能实现F1.8，在夜间极低照度环境下，通过红外光补光，才能清晰成像；此时相机需要切换到黑白模式，无法实现全天候彩色监控。

发明内容

本发明提供了一种定焦镜头及摄像设备，用以提高镜头的摄像效果。

本发明提供了一种定焦镜头，该定焦镜头包括沿物侧到像侧的方向排列的第一透镜群及第二透镜群，所述第一透镜群包括沿物侧到像侧的方向排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第二透镜群包括沿物侧到像侧的方向排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜及第十透镜；其中，

所述第一透镜为光焦度为负且凸面朝向物侧的凹凸透镜，所述第二透镜为光焦度为负、凹面朝向物侧且朝向像侧的表面为平面的凹透镜；所述第三透镜为光焦度为正且凸面朝向像侧的凹凸透镜；所述第四透镜为光焦度为正的双凸透镜；所述第五透镜为光焦度为正的双凸透镜；所述第六透镜的光焦度为负的双凹透镜；所述第七透镜为光焦度为正的双凸透镜；所述第八透镜为光焦度为负且凸面朝向像侧的凹凸透镜；所述第九透镜为光焦度为正的双凸透镜；所述第十透镜为光焦度为正且凸面朝向物侧凹凸透镜；

所述第五透镜的焦距为f5，折射率为nd5，色散系数为vd5，第七透镜的焦距为f7，折射率为nd7，色散系数为vd7，且第五透镜及第七透镜满足以下关系式：

9≤f5≤13.5；

6≤f7≤9；

0.014≤nd5/vd5＝nd7/vd7≤0.025。

在上述实例中，通过采用第一透镜群及第二透镜群，并限定每个透镜群内的透镜的结构，以及其中的两个透镜的焦距、折射率及色散系数的对应关系，有效的改善了定焦镜头的光圈，提高了摄像的效果。

在一个具体实施方案中，所述第九透镜朝向像侧的表面朝向物侧的表面的曲率一致。

在一个具体实施方案中，所述第九透镜的折射率为nd9，且满足如下关系

1.43≤nd9≤1.61。

在一个具体实施方案中，所述第三透镜的折射率为nd3，第四透镜的折射率为nd4，且满足如下关系

1.93≤nd3≤nd4≤2.02。

在一个具体实施方案中，所述第五透镜与所述第六透镜组成胶合透镜组。

在一个具体实施方案中，所述第七透镜与所述第八透镜组成胶合透镜组。

在一个具体实施方案中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜及第十透镜均为玻璃材质的透镜。

在一个具体实施方案中，还包括设置在所述第二透镜群像侧的滤光片。

在一个具体实施方案中，所述第一透镜组及所述第二透镜组间隔设定距离。

本发明还提供了一种摄像设备，该摄像设备包括上述任一项所述的定焦镜头。

在上述实例中，通过采用第一透镜群及第二透镜群，并限定每个透镜群内的透镜的结构，以及其中的两个透镜的焦距、折射率及色散系数的对应关系，有效的改善了定焦镜头的光圈，提高了摄像的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的定焦镜头的结构示意图；

图2及图3为本实施例定焦镜头20摄氏度时MTF值图；

图4为本实施例定焦镜头-30摄氏度时MTF值图；

图5为本实施例定焦镜头+80摄氏度时MTF值图；

图6为本实施例定焦镜头20摄氏度时的象差特性图

图7为本实施例定焦镜头-30摄氏度时象差特性图；

图8为本实施例定焦镜头+80摄氏度时象差特性图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

如图1所示，图1示出了本申请定焦镜头的结构示意图，由图1可以看出，本实施例提供的定焦镜头包括：两个透镜群以及一个滤光片11，其中，两个透镜群为沿物侧到像侧的方向排列的第一透镜1群及第二透镜2群，滤光片11设置在第二透镜2群的像侧。

第一透镜1群包括沿物侧到像侧的方向排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4；第二透镜2群包括沿物侧到像侧的方向排列的第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9及第十透镜10；其中，第一透镜1为光焦度为负且凸面朝向物侧的凹凸透镜，第二透镜2为光焦度为负、凹面朝向物侧且朝向像侧的表面为平面的凹透镜；第三透镜3为光焦度为正且凸面朝向像侧的凹凸透镜；第四透镜4为光焦度为正的双凸透镜；第五透镜5为光焦度为正的双凸透镜；第六透镜6的光焦度为负的双凹透镜；第七透镜7为光焦度为正的双凸透镜；第八透镜8为光焦度为负且凸面朝向像侧的凹凸透镜；第九透镜9为光焦度为正的双凸透镜；第十透镜10为光焦度为正且凸面朝向物侧凹凸透镜；

并且，在具体设置时，第五透镜5的焦距为f5，折射率为nd5，色散系数为vd5，第七透镜7的焦距为f7，折射率为nd7，色散系数为vd7，且第五透镜5及第七透镜7满足以下关系式：

9≤f5≤13.5；

6≤f7≤9；

0.014≤nd5/vd5＝nd7/vd7≤0.025。

如：f5＝9、10、11、12、13、13.5等，f7＝6、6.5、7、7.5、8、8.5、9等；nd5/vd5＝nd7/vd7＝0.014、0.016、0.018、0.02、0.022、0.025等。

在具体设置时，如图1所示，第一透镜1组及第二透镜2组间隔设定距离。该设定距离可以根据实际的需要进行调整，以保证定焦镜头的摄像效果。此外，该第九透镜9朝向像侧的表面朝向物侧的表面的曲率一致。并且在具体设置时，第九透镜9的折射率为nd9，且满足如下关系：1.43≤nd9≤1.61，如nd9＝1.43、1.45、1.5、1.55、1.6、1.61等。第三透镜3的折射率为nd3，第四透镜4的折射率为nd4，且满足如下关系：1.93≤nd3≤nd4≤2.02，如nd3＝1.93、1.95、1.97、1.99、2.02，对应的nd4＝1.95、1.96、1.98、1.99、2.02等数值。

此外，在上述实施例中，第五透镜5与第六透镜6组成胶合透镜组。并且第七透镜7与第八透镜8组成胶合透镜组。

在具体制作时，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、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9及第十透镜10均为玻璃材质的透镜。通过采用全玻璃透镜的技术方案，实现了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,同时实现小型化、超大光圈、高分辨率，低照环境下成像效果更优的光学镜头。并且可以有效的降低生产成本。

在上述实施例中，通过采用第一透镜1群及第二透镜2群，并限定每个透镜群内的透镜的结构，以及其中的两个透镜的焦距、折射率及色散系数的对应关系，有效的改善了定焦镜头的光圈，提高了摄像的效果。为了方便理解本实施例提供的定焦镜头的效果，下面结合具体的实施例对其进行详细的说明。

在本实施例提供的定焦镜头包括从物侧到像侧依序排列的：一第一透镜1群，包含一第一透镜1、一第二透镜2、一第三透镜3及一第四透镜4。一第二透镜2群，包含一第五透镜5、一第六透镜6、一第七透镜7、一第八透镜8、一第九透镜9及一第十透镜10。

其中第五透镜5焦距f5，材料折射率为nd5,色散系数为vd5，第七透镜7焦距f7，材料折射率为nd7,色散系数为vd7满足以下关系式：

9≤f5≤13.5 公式(1)

6≤f7≤9 公式(2)

0.014≤nd5/vd5＝nd7/vd7≤0.025 公式(3)

本实施例还可采用以下技术措施进一步实现，具体包括：

前述定焦镜头，其从物侧到像侧依次包括：第一透镜1：光焦度为负的凹凸透镜，凸面向着物侧；第二透镜2：光焦度为负的凹透镜，凹面向着物侧，向着像侧的表面为平面；第三透镜3：光焦度为正的凹凸透镜，凸面向着像侧；第四透镜4：光焦度为正的双凸透镜；第五透镜5：光焦度为正的双凸透镜；第六透镜6：光焦度为负的双凹透镜；第七透镜7：光焦度为正的双凸透镜；第八透镜8：光焦度为负的凹凸透镜，凸面向着像侧；第九透镜9：光焦度为正的双凸透镜；第十透镜10：光焦度为正凹凸透镜，凸面向着物侧。

其中，第九透镜9朝向像侧的表面朝向物侧的表面的曲率一致；第九透镜9的材料折射率nd9满足如下关系式

1.43≤nd9≤1.61 公式(4)；

第三透镜3的材料折射率nd3，第四透镜4材料折射率nd4满足如下关系式

1.93≤nd3≤nd4≤2.02 公式(5)；

在一个具体实施例过程中，定焦镜头的各个透镜满足表1所列的条件，其中Surf为表面编号(沿物侧到像侧的透镜表面编号)，Radius为曲率半径，Thickness为透镜厚度，Index为折射率，ABB为色散系数，F为焦距。

表1

在上述具体的实施例中，该定焦镜头具有如下光学技术指标：

光学总长TTL：32mm；

镜头焦距f’：3.85mm；

镜头的视场角：112°；

镜头的畸变：-42％；

镜头系统的光圈(F/#)：0.97；

镜头像面尺寸：1/2.7〞。

由表1可以得出以下结果：

本实施例中第五透镜5焦距f5＝12.97；

本实施例中第七透镜7焦距f7＝7.99；

本实施例中第五透镜5与第七透镜7折射率色散系数比值如下

nd5/vd5＝nd7/vd7＝1.5928/68.53＝0.023

本实施例中第九透镜9折射率nd9＝1.437001

本实施例中第三透镜3折射率nd3＝1.95

本实施例中第四透镜4折射率nd4＝2.0

上述透镜的特性均满足本实施例对定焦镜头的透镜要求的条件。

为了明确的体现本实施例提供的定焦镜头的效果，对上述实施例提供的定焦镜头进行测试。如图2及图3所示，其中，图2图3为实施例20摄氏度时MTF(Modulation TransferFunction，调制传递函数)值图，该MTF值图基于表1中参数，光学镜头最看重的分辨率等品质的测量，定义MTF值必定大于0，且小于1，在本技术领域MTF值越接近1，说明镜头的性能越优异，即分辨率高；其变量为空间频率，空间频率即以一个mm的范围内能呈现出多少条线来度量，其单位以lp/mm来表示；固定高频(如160lp/mm)曲线代表镜头分辨率特性，这条曲线越高，镜头分辨率越高，纵坐标是MTF值。横坐标可以设像场中心到测量点的距离，镜头是以光轴为中心的对称结构，中心向各方向的成像素质变化规律是相同的，由于像差等因素的影响，像场中某点与像场中心的距离越远，其MTF值一般呈下降的趋势。因此以像场中心到像场边缘的距离为横坐标，可以反映镜头边缘的成像素质。

另外，在偏离像场中心的位置，由沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的正弦光栅所测得的MTF值是不同的。将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S(Sagittal)，而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为T(Meridional)。如此一来，MTF曲线一般有两条，即S曲线和T曲线，图2、图3中，有多组以像场中心到像场边缘的距离为横坐标时MTF变化曲线，反映出本透镜系统具有较高解像力，可达六百万像素，光学性能较目前主流光学系统有极大地提升。

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110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。

一并参考图4及图5，由图4图5看出，工作温度在-30℃～80℃，本实施例镜头仍能保证在不进行重新调焦的情况下成像仍然跟20℃(常温)一样清晰。

定焦镜头可见光部分对应的象差特性图五条不同颜色曲线，分别表示五种波长(435nm、486nm、546nm、587nm和656nm)对应光束的像差，曲线越接近X轴，说明象差越小。如图6所示，控制在-0.015～0.015mm范围内常温20摄氏度时的象差特性图。一并参考图7级图8，由图7及图8可以看出，定焦镜头象差特性均控制在-0.015～0.015mm范围内。

通过上述描述可以看出，本实施例针对现有技术的缺点，通过合理组合十个玻璃透镜提供的定焦镜头，可实现大孔径(F0.97)，成像质量良好，能达到六百万像素，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的彩色监控画面，同时具有温度补偿功能，在-30℃～80℃的环境下使用也不会跑焦。所有的光学透镜均采用玻璃球面设计，冷加工工艺性能良好，生产成本低；可广泛应用到安防监控领域，实现超高清的全天候的彩画面显示。

通过上述描述可以看出，本实施例提供的定焦镜头具有以下优点：

使用全玻璃结构就能实现温度补偿，投入较低，试作周期短，量产稳定性高；

分辨率水平最高能够满足600万像素的摄像机的需求，适应性更广；

夜晚低照状态下，相机不需要切换到黑白模式，从而能够实现全天候的彩色视频监控；

具有超大光圈的设计方案，在夜间极低照度环境下，无需红外灯补光，也能清晰成像。

本发明实施例还提供了一种摄像设备，该摄像设备包括上述任一项的定焦镜头。

在上述实例中，通过采用第一透镜1群及第二透镜2群，并限定每个透镜群内的透镜的结构，以及其中的两个透镜的焦距、折射率及色散系数的对应关系，有效的改善了定焦镜头的光圈，提高了摄像的效果。

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。

Claims (10)

1.一种定焦镜头，其特征在于，包括沿物侧到像侧的方向排列的第一透镜群及第二透镜群，所述第一透镜群包括沿物侧到像侧的方向排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第二透镜群包括沿物侧到像侧的方向排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜及第十透镜；其中，

所述第一透镜为光焦度为负且凸面朝向物侧的凹凸透镜，所述第二透镜为光焦度为负、凹面朝向物侧且朝向像侧的表面为平面的凹透镜；所述第三透镜为光焦度为正且凸面朝向像侧的凹凸透镜；所述第四透镜为光焦度为正的双凸透镜；所述第五透镜为光焦度为正的双凸透镜；所述第六透镜的光焦度为负的双凹透镜；所述第七透镜为光焦度为正的双凸透镜；所述第八透镜为光焦度为负且凸面朝向像侧的凹凸透镜；所述第九透镜为光焦度为正的双凸透镜；所述第十透镜为光焦度为正且凸面朝向物侧凹凸透镜；

所述第五透镜的焦距为f5，折射率为nd5，色散系数为vd5，第七透镜的焦距为f7，折射率为nd7，色散系数为vd7，且第五透镜及第七透镜满足以下关系式：

9≤f5≤13.5；

6≤f7≤9；

0.014≤nd5/vd5＝nd7/vd7≤0.025。

2.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第九透镜朝向像侧的表面与朝向物侧的表面的曲率一致。

3.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第九透镜的折射率为nd9，且满足如下关系

1.43≤nd9≤1.61。

4.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜的折射率为nd3，第四透镜的折射率为nd4，且满足如下关系

1.93≤nd3≤nd4≤2.02。

5.如权利要求1～4任一项所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜与所述第六透镜组成胶合透镜组。

6.如权利要求5所述的定焦镜头，其特征在于，所述第七透镜与所述第八透镜组成胶合透镜组。

7.如权利要求5所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜及第十透镜均为玻璃材质的透镜。

8.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，还包括设置在所述第二透镜群像侧的滤光片。

9.如权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组及所述第二透镜组间隔设定距离。

10.一种摄像设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的定焦镜头。