CN109375353A - 一种超大光圈日夜共焦镜头 - Google Patents

一种超大光圈日夜共焦镜头 Download PDF

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Abstract

本发明到光学成像技术领域，尤其涉及到一种超大光圈日夜共焦镜头，该共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、第十透镜，通过合理的使用ED超低色散镜片及限定每个透镜的光焦度，有效的改善了定焦镜头的色差，提高了摄像的效果。本专利具有高分辨率、超大光圈、日夜共焦，抗环境温度变化能力强的特点，以克服现有技术中的不足之处。

Description

一种超大光圈日夜共焦镜头
技术领域
本发明涉及一种超大光圈日夜共焦镜头，属于光学成像技术领域。
背景技术
在安防领域，网络摄像机是安防系统中的常用设备，而镜头是网络摄像机的主要构成部分，镜头性能直接影响成像质量及成像视野，随着安防系统的技术指标需求不断提高，如何提高夜间及微光条件下的监控质量成为安防行业的一大课题，现有的方案是超大光圈无日夜共焦，缺点是微光效果不够好，白光补光会产生光污染，没有日夜共焦故而无法使用红外灯补光也就无法改善透雾效果，而且国内竞争非常激烈的形式下，环境适应能力强已经成为必然趋势，例如我国东北的市场就要求设计出的置于室外并一年四季都不离焦的监控装置，我国东北在冬天温度经常在零下30℃，而到夏天最高也会达到60℃左右。如再考虑监控摄像机的电路发热因素，设计一个能在-30℃～70℃内焦面不偏移的光学成像装置就十分必要。如专利CN201710032592.9公开的一种超大光圈高清定焦镜头，该镜头就存在以下缺点：1.无法校正850nm近红外色差，无法达到日夜共焦效果；2.含有多片塑料非球面镜片，前期投入非常大，生产周期长；3.环境适应性差，在极限环境下会发生焦点偏移图像变虚的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种能够日夜共焦，抗环境温度变化能力强的超大光圈日夜共焦镜头，具体方案为：
一种超大光圈日夜共焦镜头，包括透镜组，所述透镜组的组成是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、第十透镜，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的双凹透镜；所述第三透镜为光焦度为正的双凸透镜；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；所述第六透镜为光焦度为负的双凹透镜；所述第七透镜为光焦度为负的双凹透镜；所述第八透镜为光焦度为正的双凸透镜；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的凹凸透镜；
所述的第五透镜(E5)的焦距为f5，第八透镜(E8)的焦距为f8,所述超大光圈日夜共焦镜头的整体焦距为f，其满足关系式：1.05<f5/f<1.45，0.8<f8/f<1.2。
优选的，所述透镜组中至少有五个透镜为玻璃材质的透镜，且玻璃材质的阿贝数大于65。
优选的，还包括一个光阑装置(ST)，所述光阑装置位于第六透镜和第七透镜之间。
优选的，所述第九透镜的折射率为nd9，且满足关系式：1.43≤nd9≤1.61。
优选的，所述第二透镜和第三透镜为胶合透镜组；所述第五透镜与第六透镜为胶合透镜组；所述第七透镜与所述第八透镜为胶合透镜组。
优选的，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。
优选的，还包括设置在所述第二透镜像侧的滤光片。
优选的，所述第四透镜的折射率为nd4，且满足关系式：1.90≤nd4≤2.02。
基于上述的超大光圈日夜共焦镜头，本发明进一步提供了一种摄像设备，包括如上述的超大光圈日夜共焦镜头。
本发明的有益点在于：本发明通过限定每个透镜的结构、光焦度、排列顺序等，有效的改善了定焦镜头的色差，提高了摄像的效果。本发明的镜头具有高分辨率、超大光圈、日夜共焦，抗环境温度变化能力强的特点，可以解决现有技术中的不足之处。
附图说明
图1为本发明实施例的透镜示意图；
图2为本发明实施例的可见光(400nm-700nm)解析图；
图3为本发明实施例的红外光(850nm)解析图；
图4为本发明实施例的相对照度图；
图5为本发明实施例的场曲图；
图6为本发明实施例的畸变图；
图7为本发明实施例低温零下40度时的解析图；
图8为本发明实施例高温零上85度时的解析图。
具体实施方式
本发明的超大光圈日夜共焦镜头，包括透镜组，如透镜组的组成是沿物侧到像侧的方向排列的第一透镜E1、第二透镜E2、第三透镜E3、第四透镜E4、第五透镜E5、第六透镜E6、第七透镜E7、第八透镜E8、第九透镜E9、第十透镜E10，第一透镜E1为光焦度为负且凸面朝向物侧的凹凸透镜，第二透镜E2为光焦度为负的双凹透镜；第三透镜E3为光焦度为正的双凸透镜；第四透镜E4为光焦度为正的双凸透镜；第五透镜E5为光焦度为正的双凸透镜；第六透镜E6为光焦度为负的双凹透镜；第七透镜E7为光焦度为负的双凹透镜；第八透镜E8为光焦度为正的双凸透镜；第九透镜E9为光焦度为正的双凸透镜；第十透镜E10为光焦度为正且凸面朝向物侧的凹凸透镜。第五透镜E5的焦距为f5，第八透镜E8的焦距为f8,超大光圈日夜共焦镜头的整体焦距为f，其满足关系式：1.05<f5/f<1.45，0.8<f8/f<1.2。
本实施例中透镜组均为玻璃材质的透镜，且至少五个透镜的玻璃材质的阿贝数大于65。还包括一个光阑装置(ST)，光阑装置位于第六透镜和第七透镜之间，还包括设置在第二透镜像侧的滤光片。其中第二透镜和第三透镜为胶合透镜组；第五透镜与第六透镜为胶合透镜组；第七透镜与第八透镜为胶合透镜组。
第九透镜的折射率为nd9，且满足关系式：1.43≤nd9≤1.61。第四透镜的折射率为nd4，且满足关系式：1.90≤nd4≤2.02。
本专利实施例中，采用上述的透镜系统，像差得到很好地校正，成像分辨率高(最高支持500万像素摄像机)，超大光圈(光圈(F/#)可以达到1.0)，成像品质优异，并且通过合理的使用ED超低色散镜片及限定每个透镜的结构、光焦度、排列顺序等，有效的改善了定焦镜头的色差，850nm波段成像效果与可见光接近。在工作距离为无穷远时，超大光圈日夜共焦镜头的总焦距f＝8mm,FNO＝1.0，850nm波段成像效果良好,
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。
透镜组的各项参数依次列于表1中：
表1
由表1可得
f5/f＝10.169529/8＝1.27
f8/f＝8.006464/8＝1
nd9＝1.437
nd4＝1.923
均满足要求。
此外，本专利实施例中，10枚透镜均为玻璃材质球面透镜，工艺简单，生产周期短，实施例所提供的定焦镜头在于提供一种、高分辨率、超大光圈、抗环境温度变化能力强以及日夜共焦的镜头，以克服现有技术中的不足之处。
如图2及图3所示，其中，图2为实施例20摄氏度时可见光的MTF(ModulationTransfer Function，调制传递函数)值图，图3为实施例20摄氏度时红外光的MTF(Modulation Transfer Function，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。横坐标为空间频率。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，有多组以空间频率为横坐标时MTF变化曲线，反映出本透镜系统具有较高解像力，可达五百万像素，光学性能较目前主流光学系统有极大地提升。
图4为光学镜头对应的相对照度图，边缘亮度和中心亮度的比值如图所示，边缘亮度大于50％，可实现良好均匀的成像品质。
透镜系统可见光部分对应的场曲图由五条曲线T和五条曲线S构成；其中，三条曲线T分别表示五种波长(486nm、587nm和656nm)对应的子午光束(Tangential Rays)的像差，三条曲线S分别表示三种波长(486nm、587nm和656nm)对应的弧矢光束(Sagittial Rays)的像差，子午场曲值和弧矢场曲值越小，说明成像品质越好。如图5所示，子午场曲值控制在±20um范围内，弧矢场曲值控制在±20um范围以内。
透镜系统可见光部分对应的畸变图，图中曲线越接近y轴，畸变率越小。如图6所示，其中光学畸变率控制在-10％～0％范围以内。
无畸变镜头广泛用于室内、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。镜头典型的工作温度要求是-40℃～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7及图8，由图7图8看出，工作温度在-40℃～85℃，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。

Claims (9)

1.一种超大光圈日夜共焦镜头，包括透镜组，其特征在于：所述透镜组的组成是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、第十透镜，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的双凹透镜；所述第三透镜为光焦度为正的双凸透镜；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；所述第六透镜为光焦度为负的双凹透镜；所述第七透镜为光焦度为负的双凹透镜；所述第八透镜为光焦度为正的双凸透镜；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的凹凸透镜；
所述的第五透镜(E5)的焦距为f5，第八透镜(E8)的焦距为f8,所述超大光圈日夜共焦镜头的整体焦距为f，其满足关系式：1.05<f5/f<1.45，0.8<f8/f<1.2。
2.根据权利要求1所述的超大光圈日夜共焦镜头，其特征在于：所述透镜组中至少有五个透镜为玻璃材质的透镜，且玻璃材质的阿贝数大于65。
3.根据权利要求1所述的超大光圈日夜共焦镜头，其特征在于：还包括一个光阑装置(ST)，所述光阑装置位于第六透镜和第七透镜之间。
4.根据权利要求1所述的超大光圈日夜共焦镜头，其特征在于：所述第九透镜的折射率为nd9，且满足关系式：1.43≤nd9≤1.61。
5.根据权利要求1所述的超大光圈日夜共焦镜头，其特征在于：所述第二透镜和第三透镜为胶合透镜组；所述第五透镜与第六透镜为胶合透镜组；所述第七透镜与所述第八透镜为胶合透镜组。
6.根据权利要求1所述的超大光圈日夜共焦镜头，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。
7.根据权利要求1所述的超大光圈日夜共焦镜头，其特征在于：还包括设置在所述第二透镜像侧的滤光片。
8.根据权利要求1所述的超大光圈日夜共焦镜头，其特征在于：所述第四透镜的折射率为nd4，且满足关系式：1.90≤nd4≤2.02。
9.一种摄像设备，其特征在于：包括如权利要求1～8任一项所述的超大光圈日夜共焦镜头。
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