CN110007447A - 一种定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种定焦镜头。该定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、光阑、负光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、负光焦度的第七透镜以及正光焦度的第八透镜；其中第四透镜和第五透镜构成胶合透镜；第一透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为球面透镜；第二透镜、第三透镜、第七透镜、第八透镜为非球面透镜。本发明实施例的技术方案，可以适用于安防领域，该镜头具有日夜共焦功能、超大通光量以及超广角的特点，特别适用于低照度的条件下使用。

Description

一种定焦镜头

技术领域

本发明实施例涉及光学器件技术，尤其涉及一种定焦镜头。

背景技术

随着人们安全意识的提升，对安防也有了更高层次的要求，监控镜头随即诞生。与变焦镜头相比，定焦镜头设计、制造简单，拍摄的运动物体的图像清晰稳定，画面细腻，使之在安防监控行业占据重要地位。

目前安防相机夜间拍摄的解决方案为双波段共焦技术，即在白天光线充足时，相机采用可见光接收模式；当处于夜晚微光环境中，相机采用可见光与红外(850nm)共同接收的模式进行监控，以保障更大的进光量；为了实现这一功能，要求镜头具备可见光波段与红外波段共焦点的特性，即可见光与红外光焦点的偏移量在红外光的焦深范围内。在夜晚和黄昏时，更大的通光意味着更好的拍摄效果，目前主流的镜头光圈为F1.6，在亮度较低的环境时依然会存在拍摄帧率降低、图像迟滞等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种定焦镜头，以适用于安防领域，该镜头具有日夜共焦、超大通光量以及超广角的特点，特别适用于低照度的条件下使用。

本发明实施例提供一种定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、光阑、负光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、负光焦度的第七透镜以及正光焦度的第八透镜；

其中所述第四透镜和所述第五透镜构成胶合透镜；

所述第一透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜为球面透镜；所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜、所述第八透镜为非球面透镜。

可选的，所述第一透镜至所述第二透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

0.9＜|f(L1+L2)/f|＜1.3；

其中f表示所述定焦镜头的焦距，f(L1+L2)表示所述第一透镜和所述第二透镜形成的透镜组的焦距。

可选的，所述第三透镜至所述第六透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

1.8≤f(L3+L4+L5+L6)/f≤3.0；

其中f表示所述定焦镜头的焦距，f(L3+L4+L5+L6)表示所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜形成的透镜组的焦距。

可选的，所述第七透镜至所述第八透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

|f(L7+L8)/f|≥8；

其中f表示所述定焦镜头的焦距，f(L7+L8)表示所述第七透镜和所述第八透镜形成的透镜组的焦距。

可选的，所述第二透镜的阿贝数和所述第八透镜的阿贝数均大于50。

可选的，所述第三透镜的和所述第七透镜的折射率均大于1.6。

可选的，所述第五透镜的阿贝数大于60，所述第六透镜的阿贝数大于55。

可选的，所述第一透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜为玻璃球面透镜；所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜、所述第八透镜为塑料非球面透镜。

可选的，所述非球面透镜的面型满足公式：

其中，z表示非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高，r表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，A、B、C、D、E、F表示高次非球面系数。

可选的，所述定焦镜头的光圈F大于或等于1.2，视场角FOV大于或等于132°。

本发明实施例提供的定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、光阑、负光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、负光焦度的第七透镜以及正光焦度的第八透镜；其中第四透镜和第五透镜构成胶合透镜；第一透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为球面透镜；第二透镜、第三透镜、第七透镜、第八透镜为非球面透镜。通过设置负光焦度的第一透镜和第二透镜，用于光线的接收，增大视场角；通过设置正光焦度的第三透镜，用于校正像散；通过设置第四透镜和第五透镜构成胶合透镜，用于有效补偿色差；通过负光焦度的第七透镜与正光焦度的第八透镜的正负透镜组合，可以补偿轴外残余像差。并通过球面透镜与非球面透镜搭配使用，实现一种具有超大通光量、超广角、日夜共焦等特点的高清安防镜头。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种定焦镜头的场曲图；

图3是本发明实施例提供的一种定焦镜头的畸变图；

图4是本发明实施例提供的一种定焦镜头的轴向像差图；

图5是本发明实施例提供的一种定焦镜头的垂轴色差图；

图6是本发明实施例提供的一种定焦镜头的光扇图。

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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示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，本实施例提供的定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜10、负光焦度的第二透镜20、正光焦度的第三透镜30、光阑90、负光焦度的第四透镜40、正光焦度的第五透镜50、正光焦度的第六透镜60、负光焦度的第七透镜70以及正光焦度的第八透镜80；其中第四透镜40和第五透镜50构成胶合透镜；第一透镜10、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60为球面透镜；第二透镜20、第三透镜30、第七透镜70、第八透镜80为非球面透镜。

其中，可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，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)。在本实施例中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，通过合理分配透镜的光焦度，可以使镜头在486nm～850nm的波长范围内实现日夜共焦功能，可选的，本实施例提供的定焦镜头的光圈F大于或等于1.2，视场角FOV大于或等于132°。在本发明的一个实施例中，定焦镜头的光圈F＝1.2，视场角可以达到132°，可以匹配1/2.5英寸的成像组件，具有通光量大、超广角、分辨率高的优点。

本实施例的技术方案，通过设置负光焦度的第一透镜和第二透镜，用于光线的接收，增大视场角；通过设置正光焦度的第三透镜，用于校正像散；通过设置第四透镜和第五透镜构成胶合透镜，用于有效补偿色差；通过负光焦度的第七透镜与正光焦度的第八透镜的正负透镜组合，可以补偿轴外残余像差。并通过球面透镜与非球面透镜搭配使用，实现一种具有超大通光量、超广角、具有日夜共焦功能的高清安防镜头。

在上述技术方案的基础上，可选的，第一透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为玻璃球面透镜；第二透镜、第三透镜、第七透镜、第八透镜为塑料非球面透镜。

本发明实施例提供的定焦镜头，采用四枚玻璃镜片、四枚塑料镜片的玻塑混合结构设计，通过合理的材料搭配，确保光学系统性能的同时有效地控制了成本。各镜片形状厚薄均匀，充分保证了镜片加工性。最大支持靶面达到1/2.5英寸，最大支持光圈至F1.0，同时支持日夜共焦功能；在-40℃～80℃环境下使用都能保证解像力满足成像要求。

可选的，第一透镜10至第二透镜20的焦距与定焦镜头的焦距满足：

0.9＜|f(L1+L2)/f|＜1.3； (1)；

其中f表示定焦镜头的焦距，f(L1+L2)表示第一透镜10和第二透镜20形成的透镜组的焦距。

其中，第一透镜10和第二透镜20都是负透镜，用于光线的接收，示例性的，第一透镜10可以为弯月形透镜，凹面朝向像面，由于本身的形状限制，用塑料成型工艺存在难度，成产稳定性难以保证；因为塑料材质较软，外观不易保证，因此在成型工艺未有效提升前，第一透镜10宜采用玻璃材料。当畸变需要严格控制时，第二透镜20形状宜采用类似第一透镜10的形状(弯月形透镜)，第二透镜20宜用塑料非球面镜片，既可以降低加工成本，又可以有效控制轴外像差。

可选的，第三透镜30至第六透镜60的焦距与定焦镜头的焦距满足：

1.8≤f(L3+L4+L5+L6)/f≤3.0 (2)；

其中f表示定焦镜头的焦距，f(L3+L4+L5+L6)表示第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50和第六透镜60形成的透镜组的焦距。

其中，第三透镜30可以采用双凸形状设计，此枚镜片的厚度建议T3/TTL＞0.1，有助于校正像散的影响，其中TTL表示镜头全长，从镜筒前端面到芯片像面的距离。第四透镜40、第五透镜50组成胶合透镜，可以更好地补偿色差，形成第四透镜40和第五透镜50的材料的阿贝数差异要较大，第六透镜60宜采用低色散的材料，以保证色差的平衡。

可选的，第七透镜70至第八透镜80的焦距与定焦镜头的焦距满足：

|f(L7+L8)/f|≥8 (3)；

其中f表示定焦镜头的焦距，f(L7+L8)表示第七透镜70和第八透镜80形成的透镜组的焦距。

其中，第七透镜70为负透镜，第八透镜80为正透镜，这两个透镜形成正负透镜组合，并且适宜采用塑料非球面透镜，对光焦度贡献较小，可以补偿轴外的残余像差。

可选的，第二透镜20的阿贝数和第八透镜80的阿贝数均大于50。

可选的，第三透镜30的和第七透镜70的折射率均大于1.6。

可选的，第五透镜50的阿贝数大于60，第六透镜60的阿贝数大于55。

可以理解的是，本实施例中给出的阿贝数及折射率均是透镜材料相对于d光(587.6nm)的参数，通过控制透镜材料的折射率和阿贝数，使本实施例提供的定焦镜头可以有效校正轴上色差和倍率色差。

可选的，非球面透镜的面型满足公式：

其中，z表示非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高，r表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，A、B、C、D、E、F表示高次非球面系数。

示例性的，表1所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的光学物理参数，本实施例提供的定焦镜头的焦距f＝3.2mm，光圈F＝1.2，视场角FOV＝132°。其中，|f(L1+L2)/f|＝|-3.3/3.2|＝1.03，f(L3+L4+L5+L6)/f＝6.6/3.2＝2.06，|f(L7+L8)/f|＝|77.6/3.2|＝24.3。

表1定焦镜头的光学物理参数

面序号	面型	半径R	厚度T	n(d)	ν(d)
						1	球面	38.00	1.00	1.62	58.2
2	球面	4.03	2.96
						3	非球面	20.70	1.49	1.54	55.7
4	非球面	3.97	2.13
						5	非球面	9.20	4.32	1.64	23.5
6	非球面	-13.66	0.00
						STO	球面	Infinity	0.12
8	球面	412.00	0.98	1.73	28.3
						9	球面	7.30	3.75	1.44	95.1
10	球面	-7.30	0.12
						11	球面	11.55	3.00	1.59	68.6
12	球面	-11.55	0.10
						13	非球面	11.13	1.50	1.64	23.5
14	非球面	3.33	0.68
						15	非球面	6.08	2.50	1.54	56.0
16	非球面	-12.60

其中，表1中表示由物方至像方依次排列的镜片数据，包括面型类型、半径R(单位：mm)、厚度T(单位：mm)、材料d光的折射率n(d)(d光波长：587.6nm)、材料d光的阿贝数ν(d)，序号1、2为第一透镜10的物方表面和像方表面，序号3、4为第二透镜20的物方表面和像方表面，序号5、6为第三透镜20的物方表面和像方表面，STO表示光阑面，序号8、10为胶合透镜的物方表面和像方表面，序号9为胶合透镜的胶合面，序号11、12为第六透镜60的物方表面和像方表面，序号13、14为第七透镜70的物方表面和像方表面，序号15、16为第八透镜80的物方表面和像方表面。

其中，表1中面序号为3、4、5、6、13、14、15、16的面为非球面，表2所示为本发明实施例提供的定焦镜头中非球面透镜的面型参数。

表2非球面透镜面型参数

面序号

K

A

B

C

D

E

F

3

-37.65

-3.91E-03

2.60E-04

-7.55E-06

-4.40E-07

4.23E-08

-1.03E-09

4

-0.43

-6.68E-03

4.85E-04

-2.58E-05

2.41E-07

2.44E-08

-6.28E-10

5

-5.54

5.77E-04

-1.50E-05

7.15E-06

-6.01E-07

2.16E-08

-2.38E-10

6

-14.00

-3.08E-04

7.69E-05

-8.05E-06

9.48E-07

-5.68E-08

1.39E-09

13

-18.40

-3.23E-03

1.68E-04

-6.64E-06

5.49E-07

-4.59E-08

1.44E-09

14

-2.53

-2.25E-03

1.23E-04

2.96E-06

4.54E-07

-9.29E-08

4.04E-09

15

-2.43

-9.18E-04

-6.70E-05

5.91E-06

6.73E-07

-7.81E-08

2.49E-09

16

-19.57

-1.33E-03

-3.93E-05

1.30E-05

-1.42E-06

7.97E-08

-1.93E-09

其中，-3.91E-03表示面序号3的系数A为-3.91×10^-3。

图2所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的场曲图，由图2可知，本实施例提供的定焦镜头的场曲(d光，587.6nm)基本控制在20μm以内，且像散得到有效的矫正。图3所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的畸变图，由图3可知，本实施例提供的定焦镜头的畸变(d光，587.6nm)小于54％。图4所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的轴向像差图，由图4可知，本实施例提供的定焦镜头从可见光(486nm)到红外部分(850nm)均得到了较好的矫正，使得可以获得日夜共焦的效果。图5所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的垂轴色差图，由图5可知，本实施例提供的定焦镜头的垂轴色差在全视场范围内控制在1.4μm以内。图6所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的光扇图，由图6可知，本实施例提供的定焦镜头的光扇图从中心到边缘视场的像差均得到有效的优化。

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，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、光阑、负光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、负光焦度的第七透镜以及正光焦度的第八透镜；

其中所述第四透镜和所述第五透镜构成胶合透镜；

所述第一透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜为球面透镜；所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜、所述第八透镜为非球面透镜。

2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第二透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

0.9＜|f(L1+L2)/f|＜1.3；

其中f表示所述定焦镜头的焦距，f(L1+L2)表示所述第一透镜和所述第二透镜形成的透镜组的焦距。

3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜至所述第六透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

1.8≤f(L3+L4+L5+L6)/f≤3.0；

其中f表示所述定焦镜头的焦距，f(L3+L4+L5+L6)表示所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜形成的透镜组的焦距。

4.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第七透镜至所述第八透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

|f(L7+L8)/f|≥8；

其中f表示所述定焦镜头的焦距，f(L7+L8)表示所述第七透镜和所述第八透镜形成的透镜组的焦距。

5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜的阿贝数和所述第八透镜的阿贝数均大于50。

6.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜的和所述第七透镜的折射率均大于1.6。

7.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜的阿贝数大于60，所述第六透镜的阿贝数大于55。

8.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜为玻璃球面透镜；所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜、所述第八透镜为塑料非球面透镜。

9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述非球面透镜的面型满足公式：

其中，z表示非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高，r表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，A、B、C、D、E、F表示高次非球面系数。

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F大于或等于1.2，视场角FOV大于或等于132°。