CN109991723A - 一种定焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种定焦镜头，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、第五透镜和第六透镜；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为塑料非球面透镜，所述第三透镜和/或所述第四透镜为玻璃非球面透镜。本发明实施例提供一种定焦镜头，以实现提供一种大光圈、体积小、成本低的定焦镜头。

Description

一种定焦镜头
技术领域
本发明实施例涉及镜头技术，尤其涉及一种定焦镜头。
背景技术
由于具有比普通镜头更大的通光量，大光圈镜头在相同的环境下比普通镜头的图像亮度更高，在昏暗的环境下亦能呈现比较好的效果，因此在安防监控行业中深受欢迎。如今安防行业已全面高清化，小型化，因此对大光圈镜头的分辨率与体积提出更高的要求。
然而大光圈带来更加难以矫正的像差，使得传统使用全玻璃球面结构设计制造的大光圈镜头普遍分辨率不高或者体积较大，因而存在体积大、成本高的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种定焦镜头，以实现提供一种大光圈、体积小、成本低的定焦镜头。
本发明实施例提供一种定焦镜头，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、第五透镜和第六透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为塑料非球面透镜，所述第三透镜和/或所述第四透镜为玻璃非球面透镜。
可选地，所述第三透镜为玻璃非球面透镜，所述第四透镜为塑料非球面透镜；
或者，所述第三透镜为塑料非球面透镜，所述第四透镜为玻璃非球面透镜。
可选地，所述第三透镜和所述第四透镜具有正光焦度。
可选地，所述第一透镜、所述第五透镜具有负光焦度；所述第二透镜和所述第六透镜具有正光焦度。
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像面凸起，或者，所述第一透镜的前表面朝向所述物面凸起，或者，所述第一透镜的前表面为平面；所述第一透镜的后表面朝向所述物面凸起；
所述第二透镜的前表面以及后表面均朝向所述像面凸起；
所述第三透镜的前表面朝向所述物面凸起，所述第三透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第三透镜的前表面为平面，所述第三透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第三透镜的前表面以及后表面均朝向所述物面凸起；
所述第四透镜的前表面朝向所述物面凸起，所述第四透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第四透镜的前表面为平面，所述第四透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第四透镜的前表面以及后表面均朝向所述物面凸起；
所述第五透镜的前表面朝向所述像面凸起，或者，所述第五透镜的前表面朝向所述物面凸起，或者，所述第五透镜的前表面为平面；所述第五透镜的后表面朝向所述物面凸起；
所述第六透镜的前表面朝向所述物面凸起，所述第六透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第六透镜的前表面为平面，所述第六透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第六透镜的前表面以及后表面均朝向所述物面凸起。
可选地，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，所述定焦镜头的焦距为f，满足：
1.4＜|f3/f|＜6.6；0.7＜|f4/f|＜3.8；0.6＜|f5/f|＜4；1.9＜|f6/f|＜9.5。
可选地，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，满足：
0.7＜|f3/f5|＜3.9；0.5＜|f4/f5|＜2。
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、所述第五透镜和所述第六透镜满足：
焦距(mm) 折射率
第一透镜 -16.5～-3.5 1.43～1.66
第二透镜 15～200 1.43～1.72
第三透镜 4.9～23.5 1.43～2.11
第四透镜 2.5～15.6 1.43～2.11
第五透镜 -13.8～-3.1 1.43～1.66
第六透镜 7.2～-32.5 1.45～1.72
。
可选地，还包括光阑，所述光阑位于所述第二透镜与所述第三透镜之间。
可选地，所述定焦镜头的光圈数小于或者等于1.0。
本发明实施例中，采用6片透镜，透镜的数量较少，在满足成像质量要求的条件下，减小了定焦镜头的体积以及成本。塑料非球面透镜具有较小的质量和较低的成本，因此本发明实施例中的大部分透镜设置为塑料非球面透镜(6个透镜中至少有4个透镜为塑料非球面透镜)。同时，为了实现高低温共焦，本发明实施例在定焦镜头的中间位置设置第三透镜和/或第四透镜为玻璃非球面透镜，且玻璃非球面透镜相对于塑料非球面透镜而言，具有更大的折射率，因此使用玻璃非球面透镜能够减小定焦镜头的体积。进一步地，玻璃非球面透镜相对于塑料非球面透镜而言，还具有消像差能力好，温度变形小的优点。同时考虑到玻璃非球面透镜的成本高于塑料非球面透镜，因此本发明实施例中，将大部分透镜设置为塑料非球面透镜，将第三透镜和/或第四透镜设置为玻璃非球面透镜，以实现提供一种大光圈、体积小、成本低的定焦镜头。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种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定焦镜头的结构示意图，参考图1，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和第六透镜6。第一透镜1、第二透镜2、第五透镜5和第六透镜6为塑料非球面透镜，第三透镜3和/或第四透镜4为玻璃非球面透镜。即，第三透镜3为玻璃非球面透镜，第四透镜4为玻璃非球面透镜，或者，第三透镜3和第四透镜4均为玻璃非球面透镜。塑料非球面透镜的两个表面均为非球面，玻璃非球面透镜的两个表面均为非球面。
本发明实施例中，采用6片透镜，透镜的数量较少，在满足成像质量要求的条件下，减小了定焦镜头的体积以及成本。塑料非球面透镜具有较小的质量和较低的成本，因此本发明实施例中的大部分透镜设置为塑料非球面透镜(6个透镜中至少有4个透镜为塑料非球面透镜)。同时，为了实现高低温共焦，本发明实施例在定焦镜头的中间位置设置第三透镜和/或第四透镜为玻璃非球面透镜，且玻璃非球面透镜相对于塑料非球面透镜而言，具有更大的折射率，因此使用玻璃非球面透镜能够减小定焦镜头的体积。进一步地，玻璃非球面透镜相对于塑料非球面透镜而言，还具有消像差能力好，温度变形小的优点。同时考虑到玻璃非球面透镜的成本高于塑料非球面透镜，因此本发明实施例中，将大部分透镜设置为塑料非球面透镜，将第三透镜和/或第四透镜设置为玻璃非球面透镜，以实现提供一种大光圈、体积小、成本低的定焦镜头。
可选地，参考图1，第三透镜3为玻璃非球面透镜，第四透镜4为塑料非球面透镜。本发明实施例中，通过设置第三透镜3为玻璃非球面透镜，第四透镜4为塑料非球面透镜，定焦镜头中包括一个玻璃非球面透镜和五个塑料非球面透镜，塑料非球面透镜相对于玻璃非球面透镜而言具有更小的重量和更低的成本，从而减小了定焦镜头体积，降低了定焦镜头的成本。在其他实施方式中，第三透镜3可以为玻璃非球面透镜，第四透镜4可以为塑料球面透镜或者玻璃球面透镜，本发明实施例对此不做限定。
可选地，参考图1，第三透镜3为塑料非球面透镜，第四透镜4为玻璃非球面透镜。本发明实施例中，通过设置第三透镜3为塑料非球面透镜，第四透镜4为玻璃非球面透镜，定焦镜头中包括一个玻璃非球面透镜和五个塑料非球面透镜，塑料非球面透镜相对于玻璃非球面透镜而言具有更小的重量和更低的成本，从而减小了定焦镜头体积，降低了定焦镜头的成本。在其他实施方式中，第三透镜3可以为塑料球面透镜或者玻璃球面透镜，第四透镜4可以为玻璃非球面透镜，本发明实施例对此不做限定。
可选地，参考图1，第三透镜3和第四透镜4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)。由于塑料非球面透镜会随着温度的变化而发生形变，导致焦距偏移，一般地，塑料非球面透镜中的正透镜的总光焦度与负透镜的总光焦度之和小于0，本发明实施例中通过设置第三透镜3和第四透镜4具有正光焦度，第三透镜3和/或第四透镜4为玻璃非球面透镜，玻璃非球面透镜随着温度的变化发生形变较小，补偿了塑料非球面透镜随温度发生的焦距偏移，保证了定焦镜头的高低温共焦。
可选地，参考图1，第一透镜1、第五透镜5具有负光焦度，第二透镜2和第六透镜6具有正光焦度。第一透镜1、第二透镜2、第五透镜5和第六透镜6为塑料非球面透镜，这4个塑料非球面透镜中有2个负透镜和2个正透镜，塑料非球面透镜中的正透镜的总光焦度与负透镜的总光焦度之和小于0，从而保证了定焦镜头具有良好的消像差能力以及高低温共焦补偿能力。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定焦镜头。
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的前表面朝向像面IM凸起，或者，第一透镜1的前表面朝向物面OB凸起，或者，第一透镜1的前表面为平面；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可以为双凹透镜、平凹透镜或者凸凹透镜中的一种。第二透镜2的前表面以及后表面均朝向像面IM凸起。也就是说，第二透镜2可以为凹凸透镜。第三透镜3的前表面朝向物面OB凸起，第三透镜3的后表面朝向像面IM凸起；或者，第三透镜3的前表面为平面，第三透镜3的后表面朝向像面IM凸起；或者，第三透镜3的前表面以及后表面均朝向物面OB凸起。也就是说，第三透镜3可以为双凸透镜、平凸透镜或者凸凹透镜中的一种。第四透镜4的前表面朝向物面OB凸起，第四透镜4的后表面朝向像面IM凸起；或者，第四透镜4的前表面为平面，第四透镜4的后表面朝向像面IM凸起；或者，第四透镜4的前表面以及后表面均朝向物面OB凸起。也就是说，第四透镜4可以为双凸透镜、平凸透镜或者凸凹透镜中的一种。第五透镜5的前表面朝向像面IM凸起，或者，第五透镜5的前表面朝向物面OB凸起，或者，第五透镜5的前表面为平面；第五透镜5的后表面朝向物面OB凸起。也就是说，第五透镜5可以为双凹透镜、平凹透镜或者凸凹透镜中的一种。第六透镜6的前表面朝向物面OB凸起，第六透镜6的后表面朝向像面IM凸起；或者，第六透镜6的前表面为平面，第六透镜6的后表面朝向像面IM凸起；或者，第六透镜6的前表面以及后表面均朝向物面OB凸起。也就是说，第六透镜6可以为双凸透镜、平凸透镜或者凸凹透镜中的一种。
可选地，参考图1，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，定焦镜头的焦距为f，满足：
1.4＜∣f3/f∣＜6.6；0.7＜∣f4/f∣＜3.8；0.6＜∣f5/f∣＜4；1.9＜∣f6/f∣＜9.5。
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1.4＜∣f3/f∣＜6.6；0.7＜∣f4/f∣＜3.8；0.6＜∣f5/f∣＜4；1.9＜∣f6/f∣＜9.5，限定了第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的焦距与定焦镜头比值的绝对值大小，将第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的焦距的绝对值控制在一定范围内，保证了定焦镜头的小型化。
可选地，参考图1，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，满足：0.7＜∣f3/f5∣＜3.9；0.5＜∣f4/f5∣＜2。本发明实施例中，通过设置0.7＜∣f3/f5∣＜3.9；0.5＜∣f4/f5∣＜2，保证了定焦镜头具有良好的高低温共焦性能。
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和第六透镜6满足：
焦距(mm) 折射率
第一透镜 -16.5～-3.5 1.43～1.66
第二透镜 15～200 1.43～1.72
第三透镜 4.9～23.5 1.43～2.11
第四透镜 2.5～15.6 1.43～2.11
第五透镜 -13.8～-3.1 1.43～1.66
第六透镜 7.2～-32.5 1.45～1.72
。
也就是说，第一透镜1的焦距为-16.5mm～-3.5mm(即第一透镜1的焦距大于或者等于-16.5mm，小于或者等于-3.5mm)，第一透镜1的折射率为1.43～1.66。第二透镜2的焦距为15mm～200mm，第二透镜2的折射率为1.43～1.72。第三透镜3的焦距为4.9mm～23.5mm，第三透镜3的折射率为1.43～2.11。第四透镜4的焦距为2.5mm～15.6mm，第四透镜4的折射率为1.43～2.11。第五透镜5的焦距为-13.8mm～-3.1mm，第五透镜5的折射率为1.43～1.66。第六透镜6的焦距为7.2mm～-32.5mm，第六透镜6的折射率为1.45～1.72。
可选地，参考图1，定焦镜头还包括光阑7，光阑7位于第二透镜2与第三透镜3之间。光阑7是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。光阑7例如可以为带孔屏。光阑7对成像视场的大小，以及像差有一定的影响，本发明实施例中，将光阑7设置于第二透镜2与第三透镜3之间，以适配定焦镜头中将第三透镜和/或第四透镜设置为玻璃非球面透镜的情况，消除像差，以提高像质。
可选地，参考图1，定焦镜头的光圈数小于或者等于1.0。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定焦镜头的光圈数小于或者等于1.0，具有较大的光圈，有利于提定焦镜头的通光量。
表1定焦镜头中透镜的一种设计值
序号 面型 曲率半径(mm) 厚度(mm) 折射率 K值
1 非球面 -59.2 1.0 1.54 55.5
2 非球面 4.37 2.37 -0.1
3 非球面 -10.58 3.26 1.66 3.98
4 非球面 -8.75 2.35 -5.1
光阑 平面
5 非球面 294.31 4.03 1.54 -36.4
6 非球面 -5.92 0.08 -0.25
7 非球面 5.96 2.61 1.62 -3.2
8 非球面 -11.22 0.15 3.8
9 非球面 5.25 0.8 1.66 -11.8
10 非球面 26.45 0.65 -80.9
11 非球面 -51.21 1.61 1.54 54.1
12 非球面 -7.45 -10.6
表1示出了定焦镜头中透镜的一种设计值，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中的序号根据各个透镜的表面来进行编号。其中，序号“1”表示第一透镜1的前表面，序号“2”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，“序号”一栏中的“光阑”表示光阑。“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。“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。“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,G,H为非球面系数。
表2定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值
序号 A B C D E F G H
1 0 5.258E-004 -9.111E-007 -9.291E-007 1.271E-007 -9.173E-009 0 0
2 0 2.313E-004 1.251E-005 -5.571E-007 8.294E-009 2.524E-010 0 0
3 0 -5.113E-005 -2.211E-005 -6.531E-007 7.634E-009 8.954E-009 0 0
4 0 -9.121E-005 -2.842E-005 2.481E-007 1.474E-007 -2.238E-009 0 0
5 0 6.641E-004 2.231E-006 -3.534E-007 -2.114E-007 -3.274E-008 0 0
6 0 5.524E-004 1.241E-005 6.617E-008 -2.604E-008 -8.126E-009 0 0
7 0 -5.431E-004 1.131E-005 7.564E-007 2.291E-008 -2.514E-009 0 0
8 0 -7.534E-004 3.381E-005 -1.717E-007 3.291E-008 -5.134E-009 0 0
9 0 3.4131E-003 -3.131E-004 8.164E-006 1.531E-008 -6.264E-009 0 0
10 0 9.634E-003 -6.311E-004 2.735E-006 2.451E-006 -1.136E-008 0 0
11 0 1.471E-004 1.837E-004 -2.564E-005 3.251E-006 -2.613E-008 0 0
12 0 -3.036E-003 6.331E-004 -8.017E-005 9.211E-006 -7.332E-008 0 0
表2为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中示出的定焦镜头可以为图1中所示。表2中“序号”一栏与表1中“序号”的含义相一致，例如序号“1”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5.258E-004的数值大小为0.0005258。
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 (10)

1.一种定焦镜头，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、第五透镜和第六透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为塑料非球面透镜，所述第三透镜和/或所述第四透镜为玻璃非球面透镜。
2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜为玻璃非球面透镜，所述第四透镜为塑料非球面透镜；
或者，所述第三透镜为塑料非球面透镜，所述第四透镜为玻璃非球面透镜。
3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜和所述第四透镜具有正光焦度。
4.根据权利要求3所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第五透镜具有负光焦度；所述第二透镜和所述第六透镜具有正光焦度。
5.根据权利要求4所述的定焦镜头，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像面凸起，或者，所述第一透镜的前表面朝向所述物面凸起，或者，所述第一透镜的前表面为平面；所述第一透镜的后表面朝向所述物面凸起；
所述第二透镜的前表面以及后表面均朝向所述像面凸起；
所述第三透镜的前表面朝向所述物面凸起，所述第三透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第三透镜的前表面为平面，所述第三透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第三透镜的前表面以及后表面均朝向所述物面凸起；
所述第四透镜的前表面朝向所述物面凸起，所述第四透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第四透镜的前表面为平面，所述第四透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第四透镜的前表面以及后表面均朝向所述物面凸起；
所述第五透镜的前表面朝向所述像面凸起，或者，所述第五透镜的前表面朝向所述物面凸起，或者，所述第五透镜的前表面为平面；所述第五透镜的后表面朝向所述物面凸起；
所述第六透镜的前表面朝向所述物面凸起，所述第六透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第六透镜的前表面为平面，所述第六透镜的后表面朝向所述像面凸起；或者，所述第六透镜的前表面以及后表面均朝向所述物面凸起。
6.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，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，所述定焦镜头的焦距为f，满足：
1.4＜∣f3/f∣＜6.6；0.7＜∣f4/f∣＜3.8；0.6＜∣f5/f∣＜4；1.9＜∣f6/f∣＜9.5。
7.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，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，满足：
0.7＜∣f3/f5∣＜3.9；0.5＜∣f4/f5∣＜2。
8.根据权利要求6所述的定焦镜头，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、所述第五透镜和所述第六透镜满足：
焦距(mm) 折射率 第一透镜 -16.5～-3.5 1.43～1.66 第二透镜 15～200 1.43～1.72 第三透镜 4.9～23.5 1.43～2.11 第四透镜 2.5～15.6 1.43～2.11 第五透镜 -13.8～-3.1 1.43～1.66 第六透镜 7.2～-32.5 1.45～1.72
。
9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，还包括光阑，所述光阑位于所述第二透镜与所述第三透镜之间。
10.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的光圈数小于或者等于1.0。
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