CN108333730A - 一种高清超广角日夜共焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高清超广角日夜共焦镜头，包括：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、光阑、滤光片；从物体发出的光线依次通过第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、滤光片，输出光线在成像设备上成像；第一透镜、第二透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，第三透镜、第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜，第五透镜为具有正光焦度的弯月形透镜，第六透镜为具有负光焦度的双凹透镜，第七透镜、第八透镜为具有正光焦度的双凸透镜。本发明中共焦镜头实现了高清晰度的同时消除了紫边的现象，提高了获取的图像的质量。
Description
技术领域
本发明涉及共焦镜头领域，特别是涉及一种高清超广角日夜共焦镜头。
背景技术
近年来，随着图像传感器技术的不断创新，图像画质也在不断提高，作为安防监控系统中重要组成部分之一的安防监控镜头也由标清向着高清方向发展，由单一可见光成像，或通过0.3mm/0.21mm高低滤光片电动切换来实现日夜清晰成像向可见光与红外光共焦成像发展。百万像素、超广角、日夜两用这类的安防监控镜头，市场需求量较大。考虑到很多场合采用LED节能灯照明，而白光LED中蓝光成分不小，这样对成像镜头会要求宽光谱消紫边。
传统成像镜头在设计时，可见光波段波长通常采用F(486nm)、d(588nm)、C(656nm)光，比重取1:1:1。这样设计的镜头，有些在使用时会出现大视场严重的紫边现象，严重影响画质。
为此，一些企业开发镜头引入塑料非球面透镜，重量减轻，结构组成变得简单，整体尺寸小巧，但其温度特性不佳，即使有进行温度补偿优化设计，也无法满足在-20℃～+80℃的温度范围内保持比较完美的成像清晰度；而一些企业开发镜头让0.3视场内或0.7视场内非常清晰，然而边缘视场清晰度比较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种高清超广角日夜共焦镜头，解决了紫边、日夜共焦及外界环境温度变化对镜头成像的影响的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高清超广角日夜共焦镜头，包括：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、光阑、滤光片；
从物体发出的光线依次通过所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述光阑、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、滤光片，所述输出光线在成像设备上成像；
所述第一透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，所述第一透镜的入射面为所述弯月形透镜的凸面，所述第一透镜的出射面为所述弯月形透镜的凹面；
所述第二透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，所述第二透镜的入射面为所述弯月形透镜的凸面，所述第二透镜的出射面为所述弯月形透镜的凹面；
所述第三透镜为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第五透镜为具有正光焦度的弯月形透镜，所述第五透镜的入射面为所述弯月形透镜的凹面，所述第五透镜的出射面为所述弯月形透镜的凸面；
所述第六透镜为具有负光焦度的双凹透镜；
所述第五透镜的出射面与所述第六透镜的入射面胶合在一起；
所述第七透镜为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第八透镜为具有正光焦度的双凸透镜。
可选的，共焦镜头还包括：
镜筒、端盖；
所述端盖设置在所述镜筒两端，所述端盖和所述镜筒形成密闭的空间，所述密闭的空间内依次安装所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述光阑、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述滤光片。
可选的，共焦镜头还包括：
隔圈；所述隔圈设置在所述端盖和所述镜筒之间。
可选的，所述成像设备为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
可选的，所述第一透镜的折射率nd1≥1.8，所述第一透镜的阿贝数Vd1≥40；
所述第二透镜的折射率nd2≥1.75，所述第二透镜的阿贝数Vd2≥40；
所述第三透镜的折射率nd3≥1.8，所述第三透镜的阿贝数Vd3≤25；
所述第四透镜的折射率nd4≤1.7，所述第四透镜的阿贝数Vd4≥40；
所述第五透镜的折射率nd5≤1.7，所述第五透镜的阿贝数Vd5≥40；
所述第六透镜的折射率nd6≥1.7，所述第六透镜的阿贝数Vd6≤30；
且所述第五透镜的折射率与所述第六透镜的折射率的差值nd6-nd5≥0.10，所述第五透镜的阿贝数与所述第六透镜的阿贝数的差值Vd5-Vd6≥25；
所述第七透镜的折射率nd7≥1.7，所述第七透镜的阿贝数Vd7≥40；
所述第八透镜的折射率nd8≥1.7，所述第八透镜的阿贝数Vd8≥40。
可选的，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜组成前组透镜组，所述第五透镜、所述第六透镜、第七透镜、第八透镜组成后组透镜组；
所述前组透镜组的组合焦距为ff，所述后组透镜组的组合焦距为fb；
所述前组透镜组的组合焦距ff与所述后组透镜组的组合焦距fb的比值为ff/fb；
其中，ff/fb≈1.0。
可选的，所述滤光片能够使436nm至656nm波段的可见光、830nm至870nm波段的近红外光通过。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种高清超广角日夜共焦镜头，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、光阑、第六透镜、第七透镜、第八透镜、滤光片及成像设备，从物体发出的光线依次经过第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、滤光片后输出光线，并在成像设备上成像，本发明中共焦镜头有优良的透过性，且进行了像差、色差校正，实现了12MP高清图像，同时也消除了12MP高清图像的紫边。
本发明中共焦镜头全部采用高性能的环保玻璃材质，成本相对低廉，还可以让镜头在高低温(-20℃至80℃)环境下都能保持优良的性能，可靠性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例超广角日夜共焦镜头光路图；
图2为本发明实施例超广角日夜共焦镜头的结构剖视图；
图3为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的点列图；
图4为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的MTF曲线图；
图5为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的场曲和畸变图；
图6为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的相对照度曲线图；
图7为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的离焦MTF曲线图；
图8为本发明实施例超广角日夜共焦镜头近红外光830nm-870nm下的点列图；
图9为本发明实施例超广角日夜共焦镜头近红外光830nm-870nm下的MTF曲线图；
图10为本发明实施例超广角日夜共焦镜头近红外光830nm-870nm下的场曲和畸变图；
图11为本发明实施例超广角日夜共焦镜头近红外光830nm-870nm下的相对照度曲线图；
图12为本发明实施例超广角日夜共焦镜头近红外光830nm-870nm下的离焦MTF曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种高清超广角日夜共焦镜头，解决了紫边、日夜共焦及外界环境温度变化对镜头成像的影响的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例超广角日夜共焦镜头光路图，图2为本发明实施例超广角日夜共焦镜头的结构剖视图。参见图1及图2，一种高清超广角日夜共焦镜头，包括：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、光阑5、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9、滤光片10；
从物体发出的光线依次通过所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述光阑5、所述第五透镜6、所述第六透镜7、所述第七透镜8、所述第八透镜9、滤光片10，所述输出光线在成像设备上成像；
所述第一透镜1为具有负光焦度的弯月形透镜，所述第一透镜1的入射面为所述弯月形透镜的凸面，所述第一透镜1的出射面为所述弯月形透镜的凹面；
所述第二透镜2为具有负光焦度的弯月形透镜，所述第二透镜2的入射面为所述弯月形透镜的凸面，所述第二透镜2的出射面为所述弯月形透镜的凹面；
所述第三透镜3为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第四透镜4为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第五透镜6为具有正光焦度的弯月形透镜，所述第五透镜6的入射面为所述弯月形透镜的凹面，所述第五透镜6的出射面为所述弯月形透镜的凸面；
所述第六透镜7为具有负光焦度的双凹透镜；
所述第五透镜6的出射面与所述第六透镜7的入射面胶合在一起；
所述第七透镜8为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第八透镜9为具有正光焦度的双凸透镜。
本发明中的镜头其镜片全部采用高性能的环保玻璃材质，成本相对低廉，还可以让镜头在高低温(-20℃至80℃)环境下都能保持优良的性能，可靠性好。
采用本发明中镜头，在光谱透过率方面，对g光(436nm)和F，e，d，C(486nm，546nm，588nm，656nm)均有优良的透过性，且进行了像差、色差校正，解决了可见光波段成像的紫边问题。本发明中镜头分辨率高(2MP)、视场角大(超过120°)、光圈大(F/#＝2.0)、日夜共焦、靶面大、畸变较小(≤31.2％)，结构紧凑合理。
图2为本发明实施例超广角日夜共焦镜头的结构剖视图。参见图2，本发明中的共焦镜头还包括：镜筒、端盖；
所述端盖设置在所述镜筒两端，所述端盖和所述镜筒形成密闭的空间，所述密闭的空间内依次安装所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述光阑5、所述第五透镜6、所述第六透镜7、所述第七透镜、所述第八透镜9、所述滤光片10。
还包括：隔圈；所述隔圈设置在所述端盖和所述镜筒之间，用于增强所述密闭的空间的密闭性。
其中，所述成像设备为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
所述第一透镜1为高折射率、低色散玻璃透镜，所述第一透镜1朝向物方的一面为凸面，所述第一透镜1朝向像方的一面为凹面，所述第一透镜1的折射率nd1≥1.8，所述第一透镜的阿贝数Vd1≥40；
所述第二透镜2为高折射率、低色散玻璃透镜，所述第二透镜2朝向物方的一面为凸面，所述第二透镜2朝向像方的一面为凹面，所述第二透镜的折射率nd2≥1.75，所述第二透镜的阿贝数Vd2≥40；
所述第三透镜3为高折射率、高色散玻璃透镜，所述第三透镜3朝向物方的一面为凸面，所述第三透镜3朝向像方的一面也为凸面，所述第三透镜的折射率nd3≥1.8，所述第三透镜的阿贝数Vd3≤25；
所述第四透镜4为低折射率、低色散玻璃透镜，所述第四透镜4朝向物方的一面为凸面，所述第四透镜4朝向像方的一面也为凸面，所述第四透镜的折射率nd4≤1.7，所述第四透镜的阿贝数Vd4≥40；
所述第五透镜6为低折射率、低色散玻璃透镜，所述第五透镜6朝向物方的一面为凹面，所述第五透镜6朝向像方的一面为凸面，所述第五透镜的折射率nd5≤1.7，所述第五透镜的阿贝数Vd5≥40；
所述第六透镜7为高折射率、高色散玻璃透镜，所述第六透镜7朝向物方的一面为凹面，所述第六透镜7朝向像方的一面也为凹面，所述第六透镜的折射率nd6≥1.7，所述第六透镜的阿贝数Vd6≤30；
所述第五透镜6与所述第六透镜7进行胶合连接组成负光焦度的胶合透镜，且所述第五透镜的折射率与所述第六透镜的折射率的差值nd6-nd5≥0.10，所述第五透镜的阿贝数与所述第六透镜的阿贝数的差值Vd5-Vd6≥25；
所述第七透镜8为高折射率、低色散玻璃透镜，所述第七透镜8朝向物方的一面为凸面，所述第七透镜8朝向像方的一面也为凸面，所述第七透镜的折射率nd7≥1.7，所述第七透镜的阿贝数Vd7≥40；
所述第八透镜9为高折射率、低色散玻璃的双凸透镜，所述第八透镜9朝向物方的一面为凸面，所述第八透镜9朝向像方的一面也为凸面，所述第八透镜的折射率nd8≥1.7，所述第八透镜的阿贝数Vd8≥40。
所述镜头中排列在光阑5前的镜片数量与排列在光阑5后的镜片数量相同(滤光片及感光成像芯片CMOS或CCD表面的密封保护玻璃除外)，均为4片。
镜头以光阑5为界把镜头划分成前后两组，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜组成前组透镜组，所述第五透镜、所述第六透镜、第七透镜、第八透镜组成后组透镜组；
所述前组透镜组的组合焦距为ff，所述后组透镜组的组合焦距为fb；
所述前组透镜组的组合焦距ff与所述后组透镜组的组合焦距fb的比值为ff/fb；
其中，ff/fb≈1.0。
所述滤光片10为双带通滤光片，所述滤光片能够使436nm至656nm波段的可见光、830nm至870nm波段的近红外光通过，其余波段截止。
图3为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的点列图。参见图3，其中波长取g光(436nm)、F光(486nm)、e光(546nm)，d光(588nm)及C光(656nm)五个波长，权重比为9:23:29:27:10。而图8为830nm至870nm近红外波段下的点列图，其中波长取830nm、850nm、870nm三个波长，权重比为1:2:1。由图3及图8可知，各个视场下的弥散斑比较集中，分布也比较均匀。同时，由图3可知，没有出现某个视场下的弥散斑随波长而上下分离得很开的现象，说明紫边消得较好。
图4为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的MTF曲线图。图9为本发明实施例超广角日夜共焦镜头近红外光830nm-870nm下的MTF曲线图。MTF曲线图代表了一个光学系统的综合解像水平。由图4及图9可知，该光学镜头已将各种像差校正到了一个较好的水平。
图5为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的场曲和畸变图，图10为本发明实施例超广角日夜共焦镜头近红外光830nm-870nm下的场曲和畸变图。畸变曲线图表示不同视场角情况下的F-Tan(theta)畸变大小值，单位为％。由图5及图10可见，光学畸变为桶形畸变，其绝对值≤31.2％。
图6为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的相对照度曲线图，图11为本发明实施例超广角日夜共焦镜头近红外光830nm-870nm下的相对照度曲线图。由图6及图11可知，曲线下降平滑，最大视场下的相对照度值＞0.3，成像画面比较明亮。
图7为本发明实施例超广角日夜共焦镜头可见光436nm-656nm下的离焦MTF曲线图，图12为本发明实施例超广角日夜共焦镜头近红外光830nm-870nm下的离焦MTF曲线图，空间频率取的是80lp/mm，离焦范围为-0.03mm至0.03mm。该图可以反映场曲校正的程度。当一个系统存在场曲，其结果是中心和周边不能够同步清晰，即视场中心调至最清晰时，边缘却不够清晰；需要通过回调降低视场中心的清晰度来让视场边缘清晰一些。由图7及图12可见，场曲校正得较好。
在本发明实施案例中，该光学镜头的整体焦距值为EFL，光圈值为FNO，视场角为FOV，镜头总长TTL，像面主光线入射角CRA。其中所述第一透镜所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9所采用的玻璃的参数如表1所示。
本发明优选参数值如下：
EFL＝2.80mm，FNO＝2.0，FOV＝120.3°，TTL＝25.00mm，CRA≤8°，感光成像芯片为SONY的IMX290。
表1单位：mm。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种高清超广角日夜共焦镜头，其特征在于，包括：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、光阑、滤光片；
从物体发出的光线依次通过所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述光阑、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、滤光片，所述输出光线在成像设备上成像；
所述第一透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，所述第一透镜的入射面为所述弯月形透镜的凸面，所述第一透镜的出射面为所述弯月形透镜的凹面；
所述第二透镜为具有负光焦度的弯月形透镜，所述第二透镜的入射面为所述弯月形透镜的凸面，所述第二透镜的出射面为所述弯月形透镜的凹面；
所述第三透镜为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第五透镜为具有正光焦度的弯月形透镜，所述第五透镜的入射面为所述弯月形透镜的凹面，所述第五透镜的出射面为所述弯月形透镜的凸面；
所述第六透镜为具有负光焦度的双凹透镜；
所述第五透镜的出射面与所述第六透镜的入射面胶合在一起；
所述第七透镜为具有正光焦度的双凸透镜；
所述第八透镜为具有正光焦度的双凸透镜。
2.根据权利要求1所述的共焦镜头，其特征在于，还包括：
镜筒、端盖；
所述端盖设置在所述镜筒两端，所述端盖和所述镜筒形成密闭的空间，所述密闭的空间内依次安装所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述光阑、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述滤光片。
3.根据权利要求2所述的共焦镜头，其特征在于，还包括：
隔圈；所述隔圈设置在所述端盖和所述镜筒之间。
4.根据权利要求1所述的共焦镜头，其特征在于，所述成像设备为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
5.根据权利要求1所述的共焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率nd1≥1.8，所述第一透镜的阿贝数Vd1≥40；
所述第二透镜的折射率nd2≥1.75，所述第二透镜的阿贝数Vd2≥40；
所述第三透镜的折射率nd3≥1.8，所述第三透镜的阿贝数Vd3≤25；
所述第四透镜的折射率nd4≤1.7，所述第四透镜的阿贝数Vd4≥40；
所述第五透镜的折射率nd5≤1.7，所述第五透镜的阿贝数Vd5≥40；
所述第六透镜的折射率nd6≥1.7，所述第六透镜的阿贝数Vd6≤30；
且所述第五透镜的折射率与所述第六透镜的折射率的差值nd6-nd5≥0.10，所述第五透镜的阿贝数与所述第六透镜的阿贝数的差值Vd5-Vd6≥25；
所述第七透镜的折射率nd7≥1.7，所述第七透镜的阿贝数Vd7≥40；
所述第八透镜的折射率nd8≥1.7，所述第八透镜的阿贝数Vd8≥40。
6.根据权利要求1所述的共焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜组成前组透镜组，所述第五透镜、所述第六透镜、第七透镜、第八透镜组成后组透镜组；
所述前组透镜组的组合焦距为ff，所述后组透镜组的组合焦距为fb；
所述前组透镜组的组合焦距ff与所述后组透镜组的组合焦距fb的比值为ff/fb；
其中，ff/fb≈1.0。
7.根据权利要求1所述的共焦镜头，其特征在于，所述滤光片能够使436nm至656nm波段的可见光、830nm至870nm波段的近红外光通过。
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