CN109633861A - 一种大光圈摄远镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大光圈摄远镜头，包括沿物侧到像侧依次设置的正焦距的第一透镜、负焦距的第二透镜、正焦距的第三透镜，负焦距的第四透镜、光阑、正焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜、负焦距的第七透镜；其中：第三透镜和第四透镜朝向物侧的一面为凸面，第三透镜和第四透镜朝向像侧一面为凹面，第二透镜、第七透镜为双凹透镜，第一透镜、第五透镜、第六透镜为双凸透镜；第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，大光圈摄远镜头的整体焦距为f，0.55<(f1/f)<0.95，‑0.98<(f1/f2)<‑0.38。与现有技术相比，本发明最大光圈达到F1.4，通光量充足，夜视效果优良。

Description

一种大光圈摄远镜头

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别是一种大光圈摄远镜头。

背景技术

随着目前国内汽车普及量越来越大、城市交通拥堵状态日益严重，在新技术背景条件，涌现出一大批卓有成效的智能交通指挥控制系统，且在各个城市已普及安装；而该系统重要设备之一就是摄像机，尤其是高清大靶面摄像机；随着从以往的看得见到现在的看得清，对成像清晰度需求越来越高、成像芯片需求越来越大、通光亮度需求越来越强，故摄像机所搭配的光学成像系统就随之提出相应的需求和提升，目前光学摄远镜头普遍存在光圈小的缺点，夜间亮度不足，成像噪点大。

如中国专利申请号201711058499.1公开的75mm定焦机器视觉镜头，包括机械系统及安装于机械系统内部的光学系统，光学系统由物方到像方依次包括第一透镜G1到第八透镜G8，该光学系统的焦距为f，它与第一透镜的焦距 f1及第二透镜的焦距f2满足关系式：2<|f1/f|<3，1.5<|f2/f|<2.5；它与第三透镜的焦距f3及第四透镜的焦距f4之间满足关系式：4<|f3/f|<5.5， 2<|f4/f|<3.5；胶合透镜B1的焦距为fB1，它与光学系统的焦距为f满足以下关系式：1.5<|fB1/f|<3。通过第一透镜G1到第八透镜G8的排布和它们之间焦距的范围条件实现了焦距在75mm，对应的芯片尺寸为2/3”时，其像素值可以达到5百万像素，畸变低于0.02％，满足高端产品需求，同时其通光孔径也可灵活调节。

但是该镜头还是存在以下缺点：

1.光圈小，最大光圈为F2.8，夜视效果差；

2.分辨率低，MTF值偏低，仅能兼顾500万及以下像素；

3.未进行温度补偿设计，在高温或低温环境下会发生焦点偏移图像变虚的现象。

因此需要设计一款远距离成像、大光圈、大靶面且高低温共焦的镜头。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种大光圈摄远镜头，有效的改善了长焦焦镜头的像差，提高了摄像的效果；本发明具有长焦距、高分辨率、大光圈、抗环境温度变化能力强的特点。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种大光圈摄远镜头，包括沿物侧到像侧依次设置的正焦距的第一透镜、负焦距的第二透镜、正焦距的第三透镜，负焦距的第四透镜、光阑、正焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜、负焦距的第七透镜；其中：

所述第三透镜和第四透镜朝向物侧的一面为凸面，第三透镜和第四透镜朝向像侧一面为凹面，所述第二透镜、第七透镜为双凹透镜，第一透镜、第五透镜、第六透镜为双凸透镜；

所述第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，大光圈摄远镜头的整体焦距为f，0.55<(f1/f)<0.95，-0.98<(f1/f2)<-0.38。

进一步的，所述第二透镜的折射率为nd2，且满足如下关系1.85≤nd2≤ 1.95。

进一步的，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、第七透镜均为玻璃材质的球面透镜。

进一步的，所述第五透镜的折射率为nd5，且满足如下关系1.90≤nd5≤ 2.02。

进一步的，所述第一透镜和第二透镜为一组双胶合透镜，第六透镜和第七透镜为一组双胶合透镜。

进一步的，该大光圈摄远镜头还包括设置在所述第七透镜像侧的滤光片。

本发明的大光圈摄远镜头通过第一透镜到第七透镜的排布和它们之间焦距的范围条件以及合理的使用高折色率材料实现了焦距在75mm，对应的芯片尺寸为2/3”时，其像素值可以达到8百万像素，满足夜视及高清效果需求，同时其最大光圈达到F1.4。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明最大光圈达到F1.4，通光量充足，夜视效果优良；

2.本发明可匹配800万及以下像素芯片；

3.本发明抗环境温度变化能力强，设计上采用了玻璃镜片温度补偿技术，温度在-30℃到+70℃变化时镜头不需要重新调焦就能保证成像清晰，且为全玻璃球面结构，稳定性强，不会出现老化变异的风险。

附图说明

图1为本发明实施例的大光圈摄远镜头示意图；

图2为本发明实施例的第一解析图；

图3为本发明实施例的第二解析图；

图4为本发明实施例的Spot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

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本实施例的一种大光圈摄远镜头，包括沿物侧到像侧依次设置的正焦距的第一透镜E1、负焦距的第二透镜E2、正焦距的第三透镜E3，负焦距的第四透镜E4、光阑ST、正焦距的第五透镜E5、正焦距的第六透镜E6、负焦距的第七透镜E7；其中：

所述第三透镜E3和第四透镜E4朝向物侧的一面为凸面，第三透镜E3和第四透镜E4朝向像侧一面为凹面，所述第二透镜E2、第七透镜E7为双凹透镜，第一透镜E1、第五透镜E5、第六透镜E6为双凸透镜；

所述第一透镜E1的焦距为f1，第二透镜E2的焦距为f2，大光圈摄远镜头的整体焦距为f，0.55<(f1/f)<0.95，-0.98<(f1/f2)<-0.38。

进一步的，所述第二透镜E2的折射率为nd2，且满足如下关系1.85≤nd2 ≤1.95。

进一步的，所述第一透镜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均为玻璃材质的球面透镜。

进一步的，所述第五透镜E5的折射率为nd5，且满足如下关系1.90≤nd5 ≤2.02。

进一步的，所述第一透镜E1和第二透镜E2为一组双胶合透镜，第六透镜 E6和第七透镜E7为一组双胶合透镜。

该大光圈摄远镜头还包括设置在所述第七透镜E7像侧的滤光片S13。

其中：如图1中所示，第一透镜E1的物侧面为S1，第二透镜E2与第一透镜E1的胶合面为S2，第二透镜E2的像侧面为S3，第三透镜E3的物侧面为 S4、像侧面为S5，第四透镜E4的物侧面为S6、像侧面为S7，第五透镜E5的物侧面为S8、像侧面为S9，第六透镜E6的物侧面为S10，第七透镜E7与第六透镜E6的胶合面为S11，第七透镜E7的像侧面为S12。

为了验证本实施例的大光圈摄远镜头的光学性能，在工作距离为无穷远时，该大光圈摄远镜头的总焦距f＝75mm，光圈FNO＝1.4，视场角FOV＝8.4°，镜头畸变＝0.5％,可匹配2/3”及以下芯片，分辨率可达800万像素，透镜组的各项参数依次列于表1中。

表1

上述表格中，nd为折射率，Radius为曲率半径，第一透镜～第七透镜依次的焦距为f1～f7，由表1可得：

(f1/f)＝56.413797/75＝0.752，满足上述的0.55<(f1/f)<0.95的设计；

(f1/f2)＝56.413797/-82.942994＝-0.68，满足上述的-0.98< (f1/f2)<-0.38的设计；

nd2＝1.903658，满足上述的1.85≤nd2≤1.95的设计；

nd5＝1.945945，满足上述的1.90≤nd5≤2.02的设计。

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300lp/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2000万像素，光学性能较目前主流光学系统有极大地提升。

图2-图8依次为工作距离为无穷远时本实施例的一种大光圈摄远镜头的第一解析图、第二解析图、Spot图、场曲畸变图、主光线角度图、低温零下40 度时的解析图、高温零上85度时的解析图，。

图4为大光圈摄远镜头对应的点列图，其质心半径及几何半径如图所示，可实现良好的成像品质。

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，五条曲线T分别表示五种波长(470nm、510nm、555nm、610nm和650nm) 对应的子午光束(TangentialRays)的像差，五条曲线S分别表示三种波长 (470nm、510nm、555nm、610nm和650nm)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，图中曲线越接近y轴，畸变率越小，子午场曲值控制在-0.02～0.05mm范围内，弧矢场曲值控制在-0.02～0.05mm范围以内。如图6所示，其中光学畸变率控制在0％～0.5％范围以内。

大光圈长焦镜头广泛用于室内机器视觉、室外智能交通，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-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。

综述，本发明的一种大光圈摄远镜头，光圈大，本发明镜头的光圈FNO.达到1.4，采用了玻璃镜片温度补偿技术，温度在-30℃到+70℃变化时镜头不需要重新调焦就能保证成像清晰，且为全玻璃球面结构，稳定性强，不会出现老化变异的风险。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大光圈摄远镜头，其特征在于，包括沿物侧到像侧依次设置的正焦距的第一透镜、负焦距的第二透镜、正焦距的第三透镜，负焦距的第四透镜、光阑、正焦距的第五透镜、正焦距的第六透镜、负焦距的第七透镜；其中：

所述第三透镜和第四透镜朝向物侧的一面为凸面，第三透镜和第四透镜朝向像侧一面为凹面，所述第二透镜、第七透镜为双凹透镜，第一透镜、第五透镜、第六透镜为双凸透镜；

所述第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，大光圈摄远镜头的整体焦距为f，0.55<(f1/f)<0.95，-0.98<(f1/f2)<-0.38。

2.根据权利要求1所述的大光圈摄远镜头，其特征在于：所述第二透镜的折射率为nd2，且满足如下关系1.85≤nd2≤1.95。

3.根据权利要求1所述的大光圈摄远镜头，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、第七透镜均为玻璃材质的球面透镜。

4.根据权利要求1所述的大光圈摄远镜头，其特征在于：所述第五透镜的折射率为nd5，且满足如下关系1.90≤nd5≤2.02。

5.根据权利要求1所述的大光圈摄远镜头，其特征在于：所述第一透镜和第二透镜为一组双胶合透镜，第六透镜和第七透镜为一组双胶合透镜。

6.根据权利要求1-5任一所述的大光圈摄远镜头，其特征在于：还包括设置在所述第七透镜像侧的滤光片。