CN109752827B - 一种共焦定焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种共焦定焦镜头,包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜;所述第一透镜、所述第二透镜、所述第六透镜具有负光焦度;所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第七透镜具有正光焦度;所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为非球面透镜,非球面透镜的两个表面均为非球面;所述第四透镜为球面透镜。本发明实施例提供一种共焦定焦镜头,以实现拥有更高的像质的同时,也拥有更低的成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及镜头技术,尤其涉及一种共焦定焦镜头。
背景技术
目前国内的闭路监控行业(CCTV)都在朝小型化,多功能,环境适应能力强的方向发展,而且国内竞争非常激烈的形式下,定焦镜头已经不能满足不同地域客户的需求。
但目前此类镜头还存在像质不良的问题,分辨率有待提高,而提高分辨率的方法可以增加镜片数量,或者使用较少的镜片缩小通光孔径,因而存在性能与成本难以平衡的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种共焦定焦镜头,以实现拥有更高的像质的同时,也拥有更低的成本。
本发明实施例提供一种共焦定焦镜头,包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜;
所述第一透镜、所述第二透镜和所述第六透镜具有负光焦度;所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜具有正光焦度;
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为非球面透镜,非球面透镜的两个表面均为非球面;所述第四透镜为球面透镜。
可选地,所述非球面透镜的材料为塑料;所述球面透镜的材料为玻璃。
可选地,透镜邻近所述物面一侧的表面为前表面,透镜邻近所述像面一侧的表面为后表面;
所述第一透镜的前表面朝向所述物面凸起,所述第一透镜的后表面朝向所述物面凸起;所述第二透镜和所述第六透镜的前表面均朝向所述像面凸起,所述第二透镜和所述第六透镜的后表面均朝向所述物面凸起;所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜的前表面均朝向所述物面凸起,所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜的后表面均朝向所述像面凸起。
可选地,所述第一透镜的焦距为f1,所述第二透镜的焦距为f2,所述第三透镜的焦距为f3,所述第四透镜的焦距为f4,所述第五透镜的焦距为f5,所述第六透镜的焦距为f6,所述第七透镜的焦距为f7,所述共焦定焦镜头的焦距为f,满足:
-2.2<f1/f<-1.8;-2.8<f2/f<-2.3;4.3<f3/f<5.3;
2.5<f4/f<3.1;2.0<f5/f<2.4;-1.4<f6/f<-1.2;1.6<f7/f<1.9。
可选地,2.7mm≤f≤3.5mm。
可选地,所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜满足:
其中,透镜邻近所述物面一侧的表面为前表面,透镜邻近所述像面一侧的表面为后表面;R1为前表面的曲率半径,R2为后表面的曲率半径。
可选地,还包括光阑;所述光阑位于所述第三透镜与所述第四透镜之间;或者,
所述光阑位于所述第四透镜与所述第五透镜之间;或者,
所述光阑位于所述第五透镜与所述第六透镜之间。
可选地,还包括:位于所述第七透镜远离所述第一透镜一侧的平板滤光片与成像芯片;所述平板滤光片位于所述第七透镜与所述成像芯片之间。
可选地,所述共焦定焦镜头的光圈数小于或者等于1.45。
可选地,所述共焦定焦镜头的水平视角大于100°,且小于120°。
本发明实施例提供的共焦定焦镜头采用7个透镜,透镜的数量较少,以降低成本。降低成本的同时,在共焦定焦镜头中设置一个球面透镜,保证了超星光级无热化日夜共焦。由于非球面透镜相对于球面透镜而言具有更好的像差矫正能力,本发明实施例将7个透镜中的6个设置为非球面透镜,保证了在较少透镜数量时依然能够实现共焦定焦镜头较高的像质。将位于整个共焦定焦镜头中间位置的第四透镜设置为球面透镜,第一透镜、第二透镜、第三透镜和第五透镜、第六透镜、第七透镜关于第四透镜形成对称结构,以更好地消除场曲。本发明实施例提供一种共焦定焦镜头,以实现拥有更高的像质的同时,也拥有更低的成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种共焦定焦镜头的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种共焦定焦镜头的结构示意图,参考图1,共焦定焦镜头包括沿物面OB指向像面IM方向依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7。第一透镜1、第二透镜2和第六透镜6具有负光焦度。第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第七透镜7具有正光焦度。其中,光焦度等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差,它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大,对光线的弯折能力越强,光焦度的绝对值越小,对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时,光线的屈折是汇聚性的;光焦度为负数时,光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面),可以适用于表征某一个透镜,也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。可以理解的是,光学设计中,不同的光焦度的透镜的排列、组合构成了不同类型的镜头。本发明实施例中的透镜的光焦度即为透镜的焦距,本发明实施例中的透镜的光焦度组合适用于共焦定焦镜头。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7均为非球面透镜,非球面透镜的两个表面均为非球面。第四透镜4为球面透镜。
本发明实施例提供的共焦定焦镜头采用7个透镜,透镜的数量较少,以降低成本。降低成本的同时,在共焦定焦镜头中设置一个球面透镜,保证了超星光级无热化日夜共焦。由于非球面透镜相对于球面透镜而言具有更好的像差矫正能力,本发明实施例将7个透镜中的6个设置为非球面透镜,保证了在较少透镜数量时依然能够实现共焦定焦镜头较高的像质。将位于整个共焦定焦镜头中间位置的第四透镜设置为球面透镜,第一透镜、第二透镜、第三透镜和第五透镜、第六透镜、第七透镜关于第四透镜形成对称结构,以更好地消除场曲。本发明实施例提供一种共焦定焦镜头,以实现拥有更高的像质的同时,也拥有更低的成本。
可选地,参考图1,非球面透镜的材料为塑料,球面透镜的材料为玻璃。非球面透镜均为塑料非球面透镜,塑料非球面透镜相对于玻璃材料的非球面透镜而言,具有更低的成本以及更小的重量。球面透镜在共焦定焦镜头中可以采用玻璃的球面透镜,玻璃的球面透镜在不同的温度下具有较小的形变,保证了共焦定焦镜头在较大温差范围(例如-40℃~+80℃)下的正常工作。玻璃透镜的成本一般是塑料镜片的3倍以上,本发明实施例只采用1枚玻璃球面透镜,极大地缩减成本。其他6枚塑料非球面透镜,承担校正像差的主要作用。玻璃透镜和塑料透镜的联合使用,使温度中的解像性能能够维持在常温同等水平。
可选地,参考图1,透镜邻近物面OB一侧的表面为前表面,透镜邻近像面IM一侧的表面为后表面。第一透镜1的前表面朝向物面OB凸起,第一透镜1的后表面朝向物面OB凸起。也就是说,第一透镜1为凸凹透镜。第二透镜2和第六透镜6的前表面均朝向像面IM凸起,第二透镜2和第六透镜6的后表面均朝向物面OB凸起。也就是说,第二透镜2和第六透镜6均为双凹透镜。第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第七透镜7的前表面均朝向物面OB凸起,第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第七透镜7的后表面均朝向像面IM凸起。也就是说,第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第七透镜7均为双凸透镜。在其他实施方式中,第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜和第七透镜7还可以为其他凹凸形状的透镜,只要满足“第一透镜1、第二透镜2和第六透镜6具有负光焦度,第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第七透镜7具有正光焦度”即可。
可选地,参考图1,第一透镜1的焦距为f1,第二透镜2的焦距为f2,第三透镜3的焦距为f3,第四透镜4的焦距为f4,第五透镜5的焦距为f5,第六透镜6的焦距为f6,第七透镜7的焦距为f7,共焦定焦镜头的焦距为f,满足:-2.2<f1/f<-1.8;-2.8<f2/f<-2.3;4.3<f3/f<5.3;
2.5<f4/f<3.1;2.0<f5/f<2.4;-1.4<f6/f<-1.2;1.6<f7/f<1.9。
可以理解的是,光学设计中,透镜的焦距由透镜的前、后两个表面的结构决定,透镜的焦距反映了透镜的前、后两个表面组合后的整体情况,为透镜的一个结构参数。本发明实施例中,通过设置-2.2<f1/f<-1.8;-2.8<f2/f<-2.3;4.3<f3/f<5.3;2.5<f4/f<3.1;2.0<f5/f<2.4;
-1.4<f6/f<-1.2;1.6<f7/f<1.9,限定了第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7的焦距的大小,将第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7的焦距控制在一定范围内,并满足第一透镜1和第七透镜7消除场曲,第二透镜2消除场曲和球差,第三透镜3消除球差,第五透镜和第六透镜消除色差的设计。同时也保证了共焦定焦镜头具有紧凑的结构,以利于共焦定焦镜头的小型化。
可选地,2.7mm≤f≤3.5mm。即共焦定焦镜头的焦距大于或者等于2.7mm,且小于或者等于3.5mm,示例性地,共焦定焦镜头的焦距可以为3.2mm。
可选地,参考图1,第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7满足:
焦距(mm) | 折射率 | R1(mm) | R2(mm) | |
第一透镜1 | -7~-6 | 1.52~1.56 | 41~51 | 2~4 |
第二透镜2 | -9~-7 | 1.52~1.56 | -6~-4 | 79~97 |
第三透镜3 | 14~17 | 1.6~1.7 | 26~32 | -17~-13 |
第四透镜4 | 8~10 | 1.5~1.6 | 7~10 | -10~-7 |
第五透镜5 | 6~8 | 1.52~1.56 | 5~7 | -11~-8 |
第六透镜6 | -5~-4 | 1.6~1.7 | -4~-2 | 82~101 |
第七透镜7 | 5~6 | 1.52~1.56 | 4~6 | -7~-5 |
其中,透镜邻近物面OB一侧的表面为前表面,透镜邻近像面IM一侧的表面为后表面,R1为前表面的曲率半径,R2为后表面的曲率半径。也就是说,第一透镜1的焦距为-7mm~-6mm(即第一透镜的焦距大于或者等于-7mm,小于或者等于-6mm),折射率为1.52~1.56,前表面的曲率半径为41mm~51mm,后表面的曲率半径为2mm~4mm。第二透镜2的焦距为-9mm~-7mm,折射率为1.52~1.56,前表面的曲率半径为-6mm~-4mm,后表面的曲率半径为79mm~97mm。第三透镜3的焦距为14mm~17mm,折射率为1.6~1.7,前表面的曲率半径为26mm~32mm,后表面的曲率半径为-17mm~-13mm。第四透镜4的焦距为8mm~10mm,折射率为1.5~1.6,前表面的曲率半径为7mm~10mm,后表面的曲率半径为-10mm~-7mm。第五透镜5的焦距为6mm~8mm,折射率为1.52~1.56,前表面的曲率半径为5mm~7mm,后表面的曲率半径为-11mm~-8mm。第六透镜6的焦距为-5mm~-4mm,折射率为1.6~1.7,前表面的曲率半径为-4mm~-2mm,后表面的曲率半径为82mm~101mm。第七透镜7的焦距为5mm~6mm,折射率为1.52~1.56,前表面的曲率半径为4mm~6mm,后表面的曲率半径为-7mm~-5mm。
可选地,参考图1,共焦定焦镜头还包括光阑8。光阑8是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。光阑8例如可以为带孔屏。光阑8位于第四透镜4与第五透镜5之间,在其他实施方式中,光阑8可以位于第三透镜3与第四透镜4之间,或者,光阑8位于第五透镜5与第六透镜6之间。在其他实施方式中,光阑8还可以位于其他位置,本发明实施例对于光阑8的位置不做限定。
可选地,参考图1,共焦定焦镜头还包括位于第七透镜7远离第一透镜1一侧的平板滤光片9与成像芯片10。平板滤光片9位于第七透镜7与成像芯片10之间。示例性地,平板滤光片9包括第一滤光片和第二滤光片,第一滤光片和第二滤光片可以通过特定的机械结构进行切换。在白天时,通过第一滤光片滤除掉红外光并通过可见光,以实现日间的画面拍摄;在夜晚时,第二滤光片通过可见光和红外光,以实现夜间的画面拍摄。成像芯片10包括平板保护玻璃11和感光面(图1中未示出),成像芯片10的平板保护玻璃11位于平板滤光片9与成像芯片10的感光面之间,成像芯片10的感光面位于共焦定焦镜头的像面IM,用于根据接收到的光信号实现图像的采集。
可选地,共焦定焦镜头的光圈数小于或者等于1.45。光圈数也称为光圈值,或者F数,是镜头的焦距与镜头通光直径的比值。光圈数的数值越大,则光圈越小,通光量越小;光圈数的数值越小,则光圈越大,通光量越大。本发明实施例提供的共焦定焦镜头的光圈数小于或者等于1.45,本发明实施例提供的共焦定焦镜头的光圈数例如可以为1.4,相比于现有技术中光圈数为1.6的定焦镜头具有更大的光圈,有利于提高共焦定焦镜头的通光量。
可选地,共焦定焦镜头的水平视角大于100°,且小于120°。共焦定焦镜头的水平视角例如可以为110°。水平视角越小,则共焦定焦镜头拍摄到的范围越小;水平视角越大,则共焦定焦镜头拍摄到的范围越大。本发明实施例提供的共焦定焦镜头的水平视角大于100°,且小于120°,具有较大的水平视角,可以拍摄到更大角度范围内的景物。
可选地,共焦定焦镜头可以采用1/2.5英寸感光面大小的成像芯片10,成像质量满足5百万像素,光学总长小于22.5mm,在-40~+80℃的环境下均可正常工作。
表1共焦定焦镜头的一种设计值
面序号 | 面型 | 曲率半径(mm) | 厚度(mm) | 折射率 | K值 |
S1 | 非球面 | 46 | 1 | 1.54 | 0 |
S2 | 非球面 | 3.2 | 2.5 | 0 | |
S3 | 非球面 | -4.7 | 0.9 | 1.54 | -12 |
S4 | 非球面 | 87 | 0.3 | 0 | |
S5 | 非球面 | 29 | 3.0 | 1.66 | -16.4 |
S6 | 非球面 | -15 | 0.2 | 9.4 | |
S7 | 球面 | 8.4 | 3.1 | 1.50 | 0 |
S8 | 球面 | -8.4 | 0.45 | 0 | |
光阑 | 平面 | PL | -0.37 | 0 | |
S10 | 非球面 | 5.8 | 1.9 | 1.54 | 0 |
S11 | 非球面 | -9.5 | 0.3 | 0 | |
S12 | 非球面 | -2.8 | 0.9 | 1.64 | -5.1 |
S13 | 非球面 | 90 | 0.3 | 20 | |
S14 | 非球面 | 4.9 | 2.5 | 1.54 | -12.4 |
S15 | 非球面 | -6.2 | 1.5 | -0.4 | |
S16 | 平面 | PL | 0.3 | 1.52 | 0 |
S17 | 平面 | PL | 3 | 0 | |
S18 | 平面 | PL | 0.5 | 1.52 | 0 |
S19 | 平面 | PL | 0.1 | 0 |
表1示出了共焦定焦镜头的一种设计值,其具体数值大小可根据产品需求进行调节,并非对本发明实施例的限制。表1中示出的共焦定焦镜头可以为图1中所示。一个透镜一般包括两个表面,每一个表面为一个折射面。表1中的面序号根据各个透镜的表面来进行编号。其中,面序号“S1”表示第一透镜1的前表面,面序号“S2”表示第一透镜1的后表面,依次类推,在此不再赘述。需要注意的是,“面序号”一栏中的“光阑”表示光阑所在平面。“曲率半径”一栏中,正的曲率半径值表示曲率中心在表面靠近像面IM一侧,负的曲率半径值代表曲率中心在表面远离像面IM一侧。“曲率半径”一栏中的“PL”为光阑的曲率半径数值,其代表为平面,平面的曲率半径为无穷大,在实际设计中,“PL”可以为一个非常大的数值。“厚度”一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴上距离。“折射率”一栏表示当前表面到下一个表面之间介质的折射率(对应波长587nm下的折射率)。“折射率”一栏中的空格为空气的折射率。“k值”一栏示出了非球面的最佳拟合圆锥的圆锥系数的数值大小。
可选地,非球面透镜的表面满足公式:
其中,z为表面Z向的轴向矢高,r对角线上的径向距离,k为最佳拟合圆锥的圆锥系数,c为最佳拟合球面的曲率,c为曲率半径的倒数,A,B,C,D,E,F为非球面系数。
表2共焦定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值
表2为共焦定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值,其具体数值大小可根据产品需求进行调节,并非对本发明实施例的限制。表2中示出的共焦定焦镜头可以为图1中所示。表2中“面序号”一栏与表1中“面序号”的含义相一致,例如面序号“S1”也表示第一透镜1的前表面。本发明各实施例中的“E”表示以10为底的指数,例如-1.7E-4的数值大小为-0.00017。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种共焦定焦镜头,其特征在于,包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜;所述共焦定焦镜头包括七个透镜;
所述第一透镜、所述第二透镜和所述第六透镜具有负光焦度;所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜具有正光焦度;
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为非球面透镜,非球面透镜的两个表面均为非球面;所述第四透镜为球面透镜;
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜满足:
其中,透镜邻近所述物面一侧的表面为前表面,透镜邻近所述像面一侧的表面为后表面;R1为前表面的曲率半径,R2为后表面的曲率半径;焦距、R1和R2的单位是mm。
2.根据权利要求1所述的共焦定焦镜头,其特征在于,所述非球面透镜的材料为塑料;所述球面透镜的材料为玻璃。
3.根据权利要求1所述的共焦定焦镜头,其特征在于,透镜邻近所述物面一侧的表面为前表面,透镜邻近所述像面一侧的表面为后表面;
所述第一透镜的前表面朝向所述物面凸起,所述第一透镜的后表面朝向所述物面凸起;所述第二透镜和所述第六透镜的前表面均朝向所述像面凸起,所述第二透镜和所述第六透镜的后表面均朝向所述物面凸起;所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜的前表面均朝向所述物面凸起,所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜的后表面均朝向所述像面凸起。
4.根据权利要求1所述的共焦定焦镜头,其特征在于,所述第一透镜的焦距为f1,所述第二透镜的焦距为f2,所述第三透镜的焦距为f3,所述第四透镜的焦距为f4,所述第五透镜的焦距为f5,所述第六透镜的焦距为f6,所述第七透镜的焦距为f7,所述共焦定焦镜头的焦距为f,满足:
-2.2<f1/f<-1.8;-2.8<f2/f<-2.3;4.3<f3/f<5.3;
2.5<f4/f<3.1;2.0<f5/f<2.4;-1.4<f6/f<-1.2;1.6<f7/f<1.9。
5.根据权利要求4所述的共焦定焦镜头,其特征在于,2.7mm≤f≤3.5mm。
6.根据权利要求1所述的共焦定焦镜头,其特征在于,还包括光阑;所述光阑位于所述第三透镜与所述第四透镜之间;或者,
所述光阑位于所述第四透镜与所述第五透镜之间;或者,
所述光阑位于所述第五透镜与所述第六透镜之间。
7.根据权利要求1所述的共焦定焦镜头,其特征在于,还包括:位于所述第七透镜远离所述第一透镜一侧的平板滤光片与成像芯片;所述平板滤光片位于所述第七透镜与所述成像芯片之间。
8.根据权利要求1所述的共焦定焦镜头,其特征在于,所述共焦定焦镜头的光圈数小于或者等于1.45。
9.根据权利要求1所述的共焦定焦镜头,其特征在于,所述共焦定焦镜头的水平视角大于100°,且小于120°。
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