CN108681035A - 超大光圈定焦镜头 - Google Patents

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Abstract

一种超大光圈定焦镜头，从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的前镜片群、光阑和具有负光焦度的后镜片群；前镜片群包括：三枚具有负光焦度的透镜和两枚具有正光焦度的透镜；后镜片群包括：至少三枚具有正光焦度的透镜，其中一枚为胶合镜片。本发明在红外光和可见光的两种波段下皆可良好成像，若在镜头外加红外光源主动成像，更能进一步提升镜头的夜视能力。本发明的光圈数可以达到0.8以下，同时可以匹配1080P高清成像传感器，能够清晰成像，满足安防定焦镜头对于分辨率的需求；成像质量优异，无明显紫边与色散，像质清晰明亮；光学畸变优于现有技术；‑30℃～70℃温度变化的环境下成像依然清晰。

Description

超大光圈定焦镜头
技术领域
本发明涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种超大光圈定焦镜头。
背景技术
在安防镜头领域，对于镜头的要求主要体现在分辨率性能方面，以及是否具有用于夜间红外成像上的红外共焦能力。夜间成像可以通过超大光圈来实现。现有技术中的定焦安防镜头，F数在1.5以下，即为大光圈镜头；F数在1以下，即为超大光圈镜头。大的F数会使镜头体积变大、像质变差，这与安防领域追求的小体积高分辨率的镜头相冲突。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种超大光圈定焦镜头，能够在超大光圈的情况下，同时满足高分辨率和紧凑体积。
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：具有正光焦度的前镜片群、光阑和具有负光焦度的后镜片群。
所述的前镜片群包括：三枚具有负光焦度的透镜和两枚具有正光焦度的透镜。
所述的后镜片群包括：至少三枚具有正光焦度的透镜，其中一枚为胶合镜片。
所述的前镜片群中第一枚透镜优选为非球面透镜以消除像面弯曲来提高画质，该透镜的面型和材料进一步优选满足：折射率为(1.45,1.53)，阿贝数为(50,85)，前表面的直径与前表面的曲率半径的比值与后表面的直径与后表面的曲率半径的比值的差的绝对值为(0.4,0.7)，该透镜的弯月形的低阿贝数透镜有效降低畸变并减小像面弯曲程度。
所述的后镜片群中最后一枚透镜为胶合镜片，其前透镜的折射率与后透镜的折射率的差值的绝对值为(0,0.05)，前透镜的阿贝数与后透镜的阿贝数的比值为(0.65,0.8)，这两组数据约束该透镜的材料，双表面外凸的高阿贝数透镜有效降低镜头的轴上色差。
所述的后镜片群的第七透镜后优选增加一枚胶合镜片以降低畸变。
所述的光阑与后镜片群之间增加一枚具有负光焦度的透镜以抵消轴上色差和畸变。
所述的前镜片群的焦距和后镜片群的焦距分别与定焦镜头整体焦距的比值的绝对值为(2.8,6)、(1.2,1.8)以均衡大光圈成像带来的慧差。
所述的定焦镜头的整体焦距与光学镜头的整体长度的比值为(0.07,0.11)以提高镜头的紧凑程度。
技术效果
与现有技术相比，本发明在红外光和可见光的两种波段下皆可良好成像，若在镜头外加红外光源主动成像，更能进一步提升镜头的夜视能力。本发明的光圈数可以达到0.8以下，同时可以匹配1080P高清成像传感器，能够清晰成像，满足安防定焦镜头对于分辨率的需求；成像质量优异，无明显紫边与色散，像质清晰明亮；光学畸变优于现有技术；-30℃～70℃温度变化的环境下成像依然清晰。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例1的场曲、畸变图；
图3为实施例1在100lp/mm时的MTF图；
图4为实施例2的结构示意图；
图5为实施例2的场曲、畸变图；
图6为实施例2在100lp/mm时的MTF图；
图7为实施例3的结构示意图；
图8为实施例3的场曲、畸变图；
图9为实施例3在100lp/mm时的MTF图；
图10为其他大光圈镜头在暗房中的实拍图片；
图11为本发明在暗房中的实拍图片；
图中：前镜片群G1、后镜片群G2、光阑STP、第一至第九透镜L1～L9、第一前透镜L71、第一后透镜L72、第二前透镜L91、第二后透镜L92。
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：具有正光焦度的前镜片群G1、光阑STP和具有负光焦度的后镜片群G2。
所述的前镜片群G1依次包括：具有负光焦度的第一透镜L1、具有负光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4和具有负光焦度的第五透镜L5。
所述的后镜片群G2依次包括：具有正光焦度的第六至第八透镜L6～L8。
所述的第七透镜L7为胶合镜片，其胶合面朝向像方。
本实施例的镜头的整体焦距F＝6mm，光圈数FNO＝0.7，视场角FOV＝70°。
表1 本实施例镜头结构参数
其中第七透镜L7的第一前透镜L71的第二表面为第七透镜L7的第一后透镜L72的第一表面。
表2 本实施例第六透镜L6的非球面系数
表面序号 K A4 B6 C8 D10
12 0 -2.01e-04 -7.43e-07 2.25E-08 -3.44E-10
13 0 7.95E-05 1.47E-07 -4.31E-10 -3.09E-11
透镜表面的二次曲面系数为K，四阶，六阶，八阶，十阶，十二阶，十四阶的非球面系数分别为A,B,C,D,E,F,非球面透镜表面上一点沿光轴方向的矢高为z，满足：
所述的前镜片群G1的焦距和后镜片群G2的焦距分别与定焦镜头的整体焦距的比值的绝对值为2.84和1.39。
所述的定焦镜头的整体焦距与光学镜头整体长度的比值为0.1。
所述的第一透镜L1的折射率为1.51，阿贝数为52.1，前表面的直径与前表面的曲率半径的比值与后表面的直径与后表面的曲率半径的比值的差的绝对值为0.46，这三组数据约束该透镜的面型和材料，弯月形的低阿贝数透镜有效降低畸变并减小像面弯曲程度。
所述的第七透镜L7为胶合镜片，其第一前透镜L71的折射率与第一后透镜L72的折射率的差值的绝对值为0.01，第一前透镜L71的阿贝数与第一后透镜L72的阿贝数的比值为0.76，这两组数据约束该透镜的材料，双表面外凸的高阿贝数透镜有效降低镜头的轴上色差。
如图2所示，本实施例的光学畸变小于6％。低畸变使镜头成像无明显变形，降低了后期图像或视频的处理难度，便于实时显示高清监控图像。
如图3所示，本实施例在100lp/mm的线对下子午方向的MTF满足中心大于60％，周边大于40％。并且此时可见光d光(587.56nm)和红s光(852.11nm)权重比为1:1，可得无论是可见光还是红外光，本实施例均能良好成像的结论，配合1080P的图像传感器，满足红外共焦的安防白天和夜视的双重需求。
实施例2
如图4所示，与实施例1相比，本实施例在光阑STP后增加了一枚具有负光焦度的第九透镜L9。
所述的第九透镜L9采用高折射率低阿贝数的玻璃材料，进一步扩大了镜头的光圈数并且增大了视场角，有效降低了镜头的轴上色差和畸变。
本实施例的镜头的整体焦距F＝5.8mm，光圈数FNO＝0.69，视场角FOV＝72°。
表3 本实施例镜头结构参数
其中第七透镜L7的第一前透镜L71的第二表面为第七透镜L7的第一后透镜L72的第一表面。
表4 本实施例第六透镜L6的非球面系数
所述的前镜片群G1的焦距和后镜片群G2的焦距分别与定焦镜头的整体焦距的比值的绝对值为4.31和1.5。
所述的定焦镜头的整体焦距与光学镜头整体长度的比值为0.09。
所述的第一透镜L1的折射率为1.49，阿贝数为81.6，前表面的直径与前表面的曲率半径的比值与后表面的直径与后表面的曲率半径的比值的差的绝对值为0.42，这三组数据约束该透镜的面型和材料，弯月形的低阿贝数透镜有效降低畸变并减小像面弯曲程度。
所述的第七透镜L7为胶合镜片，其前透镜的折射率与第一后透镜L72的折射率的差值的绝对值为0.02，前透镜的阿贝数与第一后透镜L72的阿贝数的比值为0.67，这两组数据约束该透镜的材料，双表面外凸的高阿贝数透镜有效降低镜头的轴上色差。
如图5所示，本实施例的光学畸变小于5％。低畸变使镜头成像无明显变形，降低了后期图像或视频的处理难度，便于实时显示高清监控图像。
如图6所示，本实施例在100lp/mm的线对下子午方向的MTF满足中心大于60％，周边大于50％。并且此时可见光d光(587.56nm)和红s光(852.11nm)权重比为1:1，可得无论是可见光还是红外光，本实施例均能良好成像的结论，配合1080P的图像传感器，满足红外共焦的安防白天和夜视的双重需求。
实施例3
如图7所示，与实施例1相比，本实施例在第七透镜L7后增加了一枚具有负光焦度的第九透镜L9，该透镜为胶合镜片，其胶合面朝向像方，用于进一步降低系统畸变。
所述的第一透镜L1为非球面透镜以消除像面弯曲对画质带来的影响。
本实施例的镜头的整体焦距F＝5.7mm，光圈数FNO＝0.75，视场角FOV＝69°。
表5 本实施例镜头结构参数
其中第七透镜L7的第一前透镜L71的第二表面为第七透镜L7的第一后透镜L72的第一表面，第九透镜L9的第二前透镜L91的第二表面为第九透镜L9的第二后透镜L92的第一表面。
表6 本实施例的第一透镜L1和第六透镜L6的非球面系数
表面序号 K A4 B6 C8 D10
1 0 3.00e-04 -2.82e-06 1.46E-08 -2.74E-11
2 0 4.02E-04 7.74E-07 -7.17E-08 7.30E-10
12 0 1.15e-04 -5.58e-07 2.44E-08 -3.66E-10
13 0 1.88E-05 6.33E-07 3.72E-09 -7.83E-12
所述的前镜片群G1的焦距和后镜片群G2的焦距分别与定焦镜头的整体焦距的比值的绝对值为5.93和1.80。
所述的定焦镜头的整体焦距与光学镜头整体长度的比值为0.08。
所述的第一透镜L1的折射率为1.51，阿贝数为81.6，前表面的直径与前表面的曲率半径的比值与后表面的直径与后表面的曲率半径的比值的差的绝对值为0.65，这三组数据约束该透镜的面型和材料，弯月形的低阿贝数透镜有效降低畸变并减小像面弯曲程度。
所述的第七透镜L7为胶合镜片，其前透镜的折射率与第一后透镜L72的折射率的差值的绝对值为0，前透镜的阿贝数与第一后透镜L72的阿贝数的比值为0.68，这两组数据约束该透镜的材料，双表面外凸的高阿贝数透镜有效降低镜头的轴上色差。
如图8所示，本实施例的光学畸变小于4％。低畸变使镜头成像无明显变形，降低了后期图像或视频的处理难度，便于实时显示高清监控图像。
如图9所示，本实施例在100lp/mm的线对下子午方向的MTF满足中心大于60％，周边大于50％。并且此时可见光d光(587.56nm)和红s光(852.11nm)权重比为1:1，可得无论是可见光还是红外光，本实施例均能良好成像的结论，配合1080P的图像传感器，满足红外共焦的安防白天和夜视的双重需求。
如图10和图11所示，在同样的光照环境下，本发明在黑暗环境下明显拍出更多的色彩和像素信息，具备更加优异的夜视能力。
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 (9)

1.一种超大光圈定焦镜头，其特征在于，从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的前镜片群、光阑和具有负光焦度的后镜片群；
所述的前镜片群包括：三枚具有负光焦度的透镜和两枚具有正光焦度的透镜；
所述的后镜片群包括：至少三枚具有正光焦度的透镜，其中一枚为胶合镜片。
2.根据权利要求1所述的超大光圈定焦镜头，其特征是，所述的前镜片群中的第一枚透镜为非球面透镜以消除像面弯曲来提高画质。
3.根据权利要求1或2所述的超大光圈定焦镜头，其特征是，所述的前镜片群中的第一枚透镜的折射率为(1.45,1.53)，阿贝数为(50,85)，前表面的直径与前表面的曲率半径的比值与后表面的直径与后表面的曲率半径的比值的差的绝对值为(0.4,0.7)，该透镜弯月形的低阿贝数透镜有效降低畸变并减小像面弯曲程度。
4.根据权利要求1所述的超大光圈定焦镜头，其特征是，所述的后镜片群中的最后一枚透镜为胶合镜片，其前透镜的折射率与后透镜的折射率的差值的绝对值为(0,0.05)，前透镜的阿贝数与后透镜的阿贝数的比值为(0.65,0.8)，这两组数据约束该透镜的材料，双表面外凸的高阿贝数透镜有效降低镜头的轴上色差。
5.根据权利要求1或4所述的超大光圈定焦镜头，其特征是，所述的后镜片群中的最后一枚透镜后增设一枚胶合镜片以降低畸变。
6.根据上述任一权利要求所述的超大光圈定焦镜头，其特征是，所述的前镜片群依次包括：具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜和具有负光焦度的第五透镜；
所述的后镜片群依次包括：具有正光焦度的第六至第八透镜。
7.根据权利要求1或6所述的超大光圈定焦镜头，其特征是，所述的光阑与后镜片群之间增设一枚具有负光焦度的透镜以抵消轴上色差和畸变。
8.根据上述任一权利要求所述的超大光圈定焦镜头，其特征是，所述的前镜片群的焦距和后镜片群的焦距分别与定焦镜头整体焦距的比值的绝对值为(2.8,6)、(1.2,1.8)以均衡大光圈成像带来的慧差。
9.根据上述任一权利要求所述的超大光圈定焦镜头，其特征是，所述的定焦镜头的整体焦距与光学镜头的整体长度的比值为(0.07,0.11)以提高镜头的紧凑程度。
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