CN108196355A - 光学定焦镜头 - Google Patents
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Abstract
一种光学定焦镜头，从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一塑料镜片、具有负光焦度的第二塑料镜片、孔径光阑、具有正光焦度的第三塑料镜片、具有正光焦度的玻璃镜片、具有负光焦度的第五塑料镜片、滤光片以及带有固体摄像元件的成像面。本装置通过创造性地分配各个塑料镜片的光焦度，仅使用一片玻璃球面进行温度补偿，使得镜头对温度的变化并不敏感，而且质量很轻，成本低的条件下满足大角度以及可以极强地适应环境温度的功能。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种光学定焦镜头。
背景技术
执法记录仪的镜头要求具有小型化、轻质化的特点；为了获得更多更准确的视频信息，这就需要镜头能够实现更大的拍摄角度；考虑到执法人员工作环境的复杂性，镜头还必须保证在环境温度的大幅度变化下可以正常工作。现有的广角镜头一般前端镜片口径较大，而且为了实现高分辨就会使得长度变长，导致体积大、重量重。为了达到低温漂的效果，不少镜头尽可能少地使用塑料镜片而多使用玻璃，但是玻璃镜片不仅成本高，而且密度大，难以使镜头实现轻质化，且像质远达不到4M的画质标准，并不适用于执法记录仪。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种光学定焦镜头，通过创造性地分配各个塑料镜片的光焦度，仅使用一片玻璃球面进行温度补偿，使得镜头对温度的变化并不敏感，而且质量很轻，成本低的条件下满足大角度以及可以极强地适应环境温度的功能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一塑料镜片、具有负光焦度的第二塑料镜片、孔径光阑、具有正光焦度的第三塑料镜片、具有正光焦度的玻璃镜片、具有负光焦度的第五塑料镜片、滤光片以及带有固体摄像元件的成像面。
所述镜头的玻璃镜片为玻璃材料，其余镜片为塑料材料以满足温漂补偿。
所述的第一塑料镜片为双面非球面结构，该镜片的焦距与其前表面有效口径比为(-0.7,-0.45)，该镜片的焦距与所述镜头的焦距比为(-1.35,-1.1)，从而在口径较小的情况下依然可以接收大角度的光线入射，有效地扩大了镜头的视场角。
所述的第一塑料镜片的折射率满足(1.5,1.55)，阿贝数满足(55,60)；该镜片可以采用但不限于K26R、480R、E48R、F52R、330R或APLE5014AL制成。
所述的第二塑料镜片为高折射低阿贝数的塑料材料制成的双面非球面结构，该镜片的焦距与其前表面的有效口径比为(-50,-10)，在优化整体镜头周边像差的同时有效降低了系统的色差。
所述的第二塑料镜片的折射率满足(1.6,1.65)，阿贝数满足(20,25)；该镜片可以可以采用但不限于OKP4、OKP1、OKP-A1、EP5000、EP6000、EP7000、EP8000或SP3810制成。
所述的第三塑料镜片为双面非球面结构，该镜片的焦距与其前表面有效口径比为(1.2,2.7)，该镜片的焦距与所述镜头的焦距比为(1.1,1.6)，从而大大减小了球差、像散和场曲，而且焦距小分担了大部分光焦度，起到补偿温漂的作用。
所述的玻璃镜片为异常色散玻璃制成，该镜片的焦距与所述镜头的焦距比为(1.2,1.65)，该镜片的焦距与其前表面有效口径比为(1.1,1.7)，前表面的曲率半径与前表面有效口径比为(1.6,2.5)，后表面的曲率半径与后表面有效口径比为(0.9,1.3)，由此调节整体镜头的色差与慧差的同时分担了不少的光焦度并补偿了温漂。
所述的玻璃镜片的折射率满足(1.4,1.6)，阿贝数满足(75,96)；该镜片可以可以采用但不限于FCD100、FCD10A、FCD1或FCD705制成。
所述的第五塑料镜片为双面双曲面镜片，从而大幅度降低了慧差与镜头畸变。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用了多片塑料镜片，使结构紧凑，在满足140°超大广角的视场角成像的情况下，将镜头的总长减小到8mm以内，并且使镜头的前端口径大大缩小，实现小型化、轻质化。同时通过玻璃镜片与塑料镜片的焦距分配和面型控制，使镜头实现低温漂的效果，在环境温度的大幅度变化下可以清晰成像。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为实施例1镜头的相对于d线的各像差图；
图3为实施例1镜头的MTF性能曲线图；
图4为实施例2镜头的相对于d线的各像差图；
图5为实施例2镜头的MTF性能曲线图；
图中：G1～G5第一至第五塑料镜片、STP孔径光阑、ICF滤光片、IMG成像面。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一塑料非球面镜片G1、具有负光焦度的第二塑料非球面镜片G2、孔径光阑STP、具有正光焦度的第三塑料非球面镜片G3、具有正光焦度的第四球面玻璃镜片G4、具有负光焦度的第五塑料非球面镜片G5、用于滤除杂散光的滤光片ICF和带有CCD和CMOS等固体摄像元件的成像面IMG。
为关于实施例1的各种数值数据。
有效焦距EFL＝2.2mm
光圈孔径F数＝2.3
视场角Fov＝140°
镜头总长TTL＝8mm
表1显示了实施例1镜头的结构参数；表2显示了实施例1的镜头非球面系数。
图2是实施例1镜头相对于d线的各像差图，图3为实施例1镜头的MTF性能曲线图。
由结合表1、表2、图2、图3可以看出，本发明采用了四片塑料非球面镜片加上一片玻璃球面镜片，使镜头整体结构紧凑并保证4M高清性能，在满足140°超大广角的视场角成像的情况下，将镜头的总长减小到8mm以内，实现镜头的小型化、轻质化。同时通过玻璃镜片与塑料镜片的焦距分配和面型控制，使镜头实现低温漂的效果，在环境温度的大幅度变化下可以清晰成像。
表1实施例1镜头结构参数
| 表面序号 | 表面类型 | 曲率半径 | 厚度 | 折射率 | 阿贝数 |
| S1 | 非球面 | 533.26 | 0.39 | 1.51 | 55 |
| S2 | 非球面 | 1.43 | 0.67 | ||
| S3 | 非球面 | 4.06 | 1.04 | 1.64 | 20.4 |
| S4 | 非球面 | 3.44 | 0.15 | ||
| STP | 球面 | INF | 0.1 | ||
| S6 | 非球面 | 10.01 | 1.07 | 1.54 | 56 |
| S7 | 非球面 | -1.79 | 0.1 | ||
| S8 | 球面 | 4.8 | 1.65 | 1.59 | 89 |
| S9 | 球面 | -3 | 0.2 | ||
| S10 | 非球面 | 5.84 | 0.48 | 1.64 | 22.4 |
| S11 | 非球面 | 1.97 | 1.15 | ||
| S12 | 球面 | INF | 0.21 | 1.52 | 64 |
| S13 | 球面 | INF | 0.79 | ||
| IMG | 球面 | INF |
表2实施例1镜头非球面系数
实施例2
如图1所示，本实施例从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一塑料非球面镜片G1、具有负光焦度的第二塑料非球面镜片G2、孔径光阑STP、具有正光焦度的第三塑料非球面镜片G3、具有正光焦度的第四球面玻璃镜片G4、具有负光焦度的第五塑料非球面镜片G5、用于滤除杂散光的滤光片ICF和带有CCD和CMOS等固体摄像元件的成像面IMG。
与实施例1相比，本实施例的区别在于：通过使用更高折射率材料的第一塑料非球面镜片G1，实现整体焦距缩小，从而实现更大的视场角，并进一步缩小了镜头的长度。本实施例第三塑料非球面镜片G3的非球面系数K相较于实施例1进一步增大，从而使镜头的场曲和像散进一步减小，提高了成像质量。
以下，示出关于实施例2的的各种数值数据。
有效焦距EFL＝1.9mm
光圈孔径F数＝2.3
视场角Fov＝150°
镜头总长TTL＝7.75mm
表3显示了实施例2镜头的结构参数；表4显示了实施例2的镜头非球面系数。
图4是实施例2镜头对于d线的各像差图，图5为实施例2镜头的MTF性能曲线图。
由结合表3、表4、图4、图5可以看出，本发明采用了四片塑料非球面镜片加上一片玻璃球面镜片，使镜头整体结构紧凑并保证4M高清性能，在满足150°超大广角的视场角成像的情况下，将镜头的总长减小到7.75mm，实现镜头的小型化、轻质化。同时通过玻璃镜片与塑料镜片的焦距分配和面型控制，使镜头实现低温漂的效果，在环境温度的大幅度变化下可以清晰成像。
表3实施例2镜头结构参数
表4实施例2镜头非球面系数
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (10)
1.一种光学定焦镜头，其特征在于，从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一塑料镜片、具有负光焦度的第二塑料镜片、孔径光阑、具有正光焦度的第三塑料镜片、具有正光焦度的玻璃镜片、具有负光焦度的第五塑料镜片、滤光片以及带有固体摄像元件的成像面。
2.根据权利要求1所述的光学定焦镜头，其特征是，所述的第一塑料镜片为双面非球面结构，该镜片的焦距与其前表面有效口径比为(-0.7,-0.45)，该镜片的焦距与所述镜头的焦距比为(-1.35,-1.1)。
3.根据权利要求1或2所述的光学定焦镜头，其特征是，所述的第一塑料镜片的折射率满足(1.5,1.55)，阿贝数满足(55,60)。
4.根据权利要求1所述的光学定焦镜头，其特征是，所述的第二塑料镜片为高折射低阿贝数的塑料材料制成的双面非球面结构，该镜片的焦距与其前表面的有效口径比为(-50,-10)。
5.根据权利要求1或4所述的光学定焦镜头，其特征是，所述的第二塑料镜片的折射率满足(1.6,1.65)，阿贝数满足(20,25)。
6.根据权利要求1所述的光学定焦镜头，其特征是，所述的第三塑料镜片为双面非球面结构，该镜片的焦距与其前表面有效口径比为(1.2,2.7)，该镜片的焦距与所述镜头的焦距比为(1.1,1.6)。
7.根据权利要求1所述的光学定焦镜头，其特征是，所述的玻璃镜片为异常色散玻璃制成，该镜片的焦距与所述镜头的焦距比为(1.2,1.65)，该镜片的焦距与其前表面有效口径比为(1.1,1.7)，前表面的曲率半径与前表面有效口径比为(1.6,2.5)，后表面的曲率半径与后表面有效口径比为(0.9,1.3)。
8.根据权利要求1或7所述的光学定焦镜头，其特征是，所述的玻璃镜片的折射率满足(1.4,1.6)，阿贝数满足(75,96)。
9.根据权利要求1所述的光学定焦镜头，其特征是，所述的第五塑料镜片为双面双曲面镜片。
10.根据权利要求1所述的光学定焦镜头，其特征是，所述的光学定焦镜头为以下任意一种具体结构：
①第一塑料镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为533.26，其厚度为0.39，其折射率为1.51，其阿贝数为55；第一塑料镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为1.43，其厚度为0.67；第二塑料镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为4.06，其厚度为1.04，其折射率为1.64，其阿贝数为20.4；第二塑料镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为3.44，其厚度为0.15；光阑为球面，其厚度为0.1；第三塑料镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为10.01，其厚度为1.07，其折射率为1.54，其阿贝数为56；第三塑料镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为-1.79，其厚度为0.1；玻璃镜片的第一表面为球面，其曲率半径为4.8，其厚度为1.65，其折射率为1.59，其阿贝数为69；玻璃镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-3，其厚度为0.2；第五塑料镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为5.84，其厚度为0.48，其折射率为1.64，其阿贝数为22.4；第五塑料镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为1.97，其厚度为1.15；滤光片的第一表面为球面，其厚度为0.21，其折射率为1.52，其阿贝数为64；滤光片的第二表面为球面，其厚度为0.79；第一塑料镜片的第一表面的非球面系数为169.17，四阶非球面系数为0.061，其六阶非球面系数为-0.029，其八阶非球面系数为0.009，其十阶非球面系数为0.0015，其十二阶非球面系数为0.0001；第一塑料镜片的第二表面的非球面系数为0.14，四阶非球面系数为0.02，其六阶非球面系数为0.0292，其八阶非球面系数为-0.0598，其十阶非球面系数为0.0125，其十二阶非球面系数为2.12E-12；第二塑料镜片的第一表面的非球面系数为-40.33，四阶非球面系数为-0.0156，其六阶非球面系数为-0.0329，其八阶非球面系数为0.0151，其十阶非球面系数为-0.0021，其十二阶非球面系数为1.94E-12；第二塑料镜片的第二表面的非球面系数为-6.418，四阶非球面系数为0.0102，其六阶非球面系数为0.0787，其八阶非球面系数为-0.0884，其十阶非球面系数为0.1718，其十二阶非球面系数为2.18E-12；第三塑料镜片的第一表面的非球面系数为16.813，四阶非球面系数为-0.038，其六阶非球面系数为-0.004，其八阶非球面系数为-0.022，其十阶非球面系数为0.024，其十二阶非球面系数为2.33E-12；第三塑料镜片的第二表面的非球面系数为-3.488，四阶非球面系数为-0.133，其六阶非球面系数为0.0016，其八阶非球面系数为-0.0012，其十阶非球面系数为-0.0137，其十二阶非球面系数为2.12E-12；第五塑料镜片的第一表面的非球面系数为-34.45，四阶非球面系数为-0.109，其六阶非球面系数为-0.0143，其八阶非球面系数为0.0024，其十阶非球面系数为0.0015，其十二阶非球面系数为1.30E-12；第五塑料镜片的第二表面的非球面系数为-0.271，四阶非球面系数为-0.168，其六阶非球面系数为0.043，其八阶非球面系数为-0.011，其十阶非球面系数为0.002，其十二阶非球面系数为-0.0002；
②第一塑料镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为-6.65，其厚度为0.3，其折射率为1.55，其阿贝数为60；第一塑料镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为1.54，其厚度为0.78；第二塑料镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为2.89，其厚度为0.77，其折射率为1.65，其阿贝数为24.8；第二塑料镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为2.57，其厚度为0.17；光阑为球面，其厚度为0.14；第三塑料镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为5.13，其厚度为1.34，其折射率为1.54，其阿贝数为56；第三塑料镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为-2.12，其厚度为0.1；玻璃镜片的第一表面为球面，其曲率半径为3.72，其厚度为1.56，其折射率为1.5，其阿贝数为81.6；玻璃镜片的第二表面为球面，其曲率半径为-3.1，其厚度为0.1；第五塑料镜片的第一表面为非球面，其曲率半径为4.19，其厚度为0.4，其折射率为1.65，其阿贝数为22.4；第五塑料镜片的第二表面为非球面，其曲率半径为1.93，其厚度为1.78；滤光片的第一表面为球面，其厚度为0.21，其折射率为1.52，其阿贝数为64；滤光片的第二表面为球面，其厚度为0.1；第一塑料镜片的第一表面的非球面系数为-200，四阶非球面系数为0.031，其六阶非球面系数为-0.007，其八阶非球面系数为0.001，其十阶非球面系数为-0.0001，其十二阶非球面系数为4.88E-06；第一塑料镜片的第二表面的非球面系数为0.46，四阶非球面系数为0.044，其六阶非球面系数为-0.062，其八阶非球面系数为-0.053，其十阶非球面系数为0.02，其十二阶非球面系数为2.27E-12；第二塑料镜片的第一表面的非球面系数为-10.64，四阶非球面系数为-0.04，其六阶非球面系数为-0.016，其八阶非球面系数为0.012，其十阶非球面系数为-0.0008，其十二阶非球面系数为2.09E-12；第二塑料镜片的第二表面的非球面系数为-2.15，四阶非球面系数为0.036，其六阶非球面系数为0.21，其八阶非球面系数为-0.28，其十阶非球面系数为0.23，其十二阶非球面系数为2.35E-12；第三塑料镜片的第一表面的非球面系数为30.23，四阶非球面系数为-0.043，其六阶非球面系数为-0.097，其八阶非球面系数为0.23，其十阶非球面系数为-0.198，其十二阶非球面系数为2.48E-12；第三塑料镜片的第二表面的非球面系数为-19.18，四阶非球面系数为0.23，其六阶非球面系数为0.22，其八阶非球面系数为-0.15，其十阶非球面系数为-0.057，其十二阶非球面系数为2.28E-12；第五塑料镜片的第一表面的非球面系数为26.19，四阶非球面系数为-0.14，其六阶非球面系数为-0.0048，其八阶非球面系数为0.0009，其十阶非球面系数为0.0012，其十二阶非球面系数为2.80E-12；第五塑料镜片的第二表面的非球面系数为-0.34，四阶非球面系数为-0.16，其六阶非球面系数为0.047，其八阶非球面系数为-0.009，其十阶非球面系数为0.0009，其十二阶非球面系数为-2.93E-12。
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