CN110133828B

CN110133828B - 定焦镜头

Info

Publication number: CN110133828B
Application number: CN201910352535.8A
Authority: CN
Inventors: 高博; 李伟娜; 黄健新; 韩建
Original assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Priority date: 2019-04-28
Filing date: 2019-04-28
Publication date: 2021-04-06
Anticipated expiration: 2039-04-28
Also published as: CN110133828A; US20210011258A1; WO2020221138A1; US11906814B2

Abstract

本申请公开了一种定焦镜头，涉及镜头领域。从物侧到成像面，该镜头依次包括：具有负焦距的第一透镜，第一透镜为凹面朝向成像面的弯月型球面镜片；具有负焦距的第二透镜，第二透镜为双凹型球面镜片；具有正焦距的第三透镜，第三透镜为双凸型球面镜片；具有正焦距的第四透镜，第四透镜为双凸型球面镜片；具有正焦距的第五透镜，第五透镜为双凸型球面镜片；具有负焦距的第六透镜，第六透镜为双凹型球面镜片；具有正焦距的第七透镜，第七透镜为双凸型非球面镜片；第二透镜与第三透镜通过光学胶粘合，第五透镜与第六透镜通过光学胶粘合。通过两组粘合透镜，使得定焦镜头的体积小，重量轻，加工精度要求非常低，便于组装，可以保证高品质解像力。

Description

定焦镜头

技术领域

本申请涉及镜头领域，更具体地，涉及一种定焦镜头。

背景技术

通常来说成像质量越好分辨率越高的镜头使用的镜片数量越多，因较多的镜片有利于矫正像差提高分辨率，但镜头的成本也随之上升，因此有必要设计一种成本低的镜头。

发明内容

本申请提出了一种定焦镜头，以改善上述缺陷。

第一方面，本申请实施例提供了一种定焦镜头，从物侧到成像面，依次包括：具有负焦距的第一透镜，所述第一透镜为凹面朝向所述成像面的弯月型球面镜片；具有负焦距的第二透镜，所述第二透镜为双凹型球面镜片；具有正焦距的第三透镜，所述第三透镜为双凸型球面镜片；具有正焦距的第四透镜，所述第四透镜为双凸型球面镜片或双凸型非球面镜片；具有正焦距的第五透镜，所述第五透镜为双凸型球面镜片；具有负焦距的第六透镜，所述第六透镜为双凹型球面镜片；具有正焦距的第七透镜，所述第七透镜为双凸型非球面镜片或双凸型球面镜片；所述第二透镜与所述第三透镜通过光学胶粘合，所述第五透镜与所述第六透镜通过光学胶粘合。

进一步地，所述定焦镜头满足关系式：

0.7<|f₂/f₃|<0.9；

其中，f₂表示所述第二透镜的焦距，f₃表示所述第三透镜的焦距。

进一步地，所述定焦镜头满足关系式：

40＜|V₅-V₆|＜60；

其中，V₅表示所述第二透镜的阿贝数，V₆表示所述第三透镜的阿贝数。

进一步地，所述定焦镜头满足关系式：

0.6<f₄/f₇<0.8；

其中，f₄表示所述第四透镜的焦距，f₇表示所述第七透镜的焦距。

进一步地，所述定焦镜头还包括：设置于光阑，所述光阑设置于所述第四透镜与所述第五透镜之间。

进一步地，所述第四透镜为双凸型球面镜片，所述第七透镜为双凸型非球面镜片。

进一步地，所述定焦镜头满足关系式：

6.5<T_L/(f*tan(θ))<7.9；

其中，T_L表示整个所述定焦镜头的光学总长，f表示整个所述定焦镜头的焦距,θ表示所述定焦镜头的半视场角。

进一步地，所述第四透镜为双凸型球面镜片，所述第七透镜为双凸型非球面镜片，所述第七透镜的非球面表面形状满足关系式：

其中，z为曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，h为光轴到曲面的距离，c为曲面顶点的曲率，k为圆锥系数，a₄、a₆、a₈、a₁₀、a₁₂分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶径向坐标所对应的曲面系数。

进一步地，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均由玻璃材料构成。

进一步地，所述第四透镜为双凸型非球面镜片，所述第七透镜为双凸型球面镜片。

相对于现有技术，本申请提供的定焦镜头，所述第二透镜与所述第三透镜通过光学胶粘合，所述第五透镜与所述第六透镜通过光学胶粘合，使得定焦镜头的体积小，重量轻，加工精度要求非常低，便于组装，有效的减少公差损失，可以保证高品质解像力。

本申请实施例的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例中定焦镜头的截面结构示意图。

图2为本发明第一实施例中定焦镜头的场曲曲线图。

图3为本发明第一实施例中定焦镜头的F-Theta畸变曲线图。

图4为本发明第一实施例中定焦镜头的轴上点球差色差示意图。

图5为本发明第二实施例中定焦镜头的截面结构示意图。

图6为本发明第二实施例中定焦镜头的场曲曲线图。

图7为本发明第二实施例中定焦镜头的F-Theta畸变曲线图。

图8为本发明第二实施例中定焦镜头的轴上点球差色差示意图。

图9为本发明第三实施例中定焦镜头的截面结构示意图。

图10为本发明第三实施例中定焦镜头的场曲曲线图。

图11为本发明第三实施例中定焦镜头的F-Theta畸变曲线图。

图12为本发明第三实施例中定焦镜头的轴上点球差色差示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请实施例提供的定焦镜头适用于车载镜头，完全适用于目前主流的高清芯片，可见光和红外光条件下成像质量均良好，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面。

随着车载行业整体向高清化发展，芯片尺寸越来越大、像素越来越高，现有主流大小为1/3英寸或1/4英寸大小的芯片已满足不了人们需求，分辨率有待提高。而且如果需要日夜连续监控的场合，还需要使用日夜两用的镜头，然而，普通的车载镜头主要是针对白天可见光条件设计的，而到傍晚和晚上时由于红外光的比重加大，成像变差画面质量会受到影响，无法满足夜间车辆行驶时对捕捉画面的要求。通常来说成像质量越好分辨率越高的镜头使用的镜片数量越多，因较多的镜片有利于矫正像差提高分辨率，但镜头的成本也随之上升，因此有必要设计一种成本低的镜头，同时要求该镜头在白天和晚上均有良好的成像质量。

实施例1

请参阅图1，示出了本申请实施例提供的一种定焦镜头，该定焦镜头从物侧到成像面，依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7。

第一透镜L1具有负焦距,且为凹面朝向所述成像面的弯月型球面镜片。第二透镜L2具有负焦距，且为双凹型球面镜片。第三透镜L3具有正焦距，且为双凸型球面镜片。第四透镜L4具有正焦距，且为双凸型球面镜片或双凸型非球面镜片。第五透镜L5具有正焦距，且为双凸型球面镜片。第六透镜L6具有负焦距，且为双凹型球面镜片。第七透镜L7具有正焦距，且为双凸型非球面镜片或双凸型球面镜片，第二透镜L2与所述第三透镜L3通过光学胶粘合，所述第五透镜L5与所述第六透镜L6通过光学胶粘合。具体地，可以是将第二透镜L2的像侧面与第三透镜L3的物侧面通过光学胶粘合，以及，将第五透镜L5的像侧面与第六透镜L6的物侧面通过光学胶粘合。

需要说明的是，第四透镜L4和第七透镜L7中有一个为非球面镜片一个为球面镜片，也就是说，可以是第四透镜L4为双凸型球面镜片，而第七透镜L7为双凸型非球面镜片；也可以是，第四透镜L4为双凸型非球面镜片，而第七透镜L7为双凸型球面镜片。于本申请实施例中，可以是第四透镜L4为双凸型球面镜片，而第七透镜L7为双凸型非球面镜片，而另一种实施方式，将在后续实施例中描述。

另外，该定焦镜头还可以包括光阑1，光阑1设置于所述第四透镜L4与所述第五透镜L5之间。所述光阑1为中心设有通光孔的遮光纸，并且所述光阑1的通光口径小于隔圈，以保证所述定焦镜头的通光量由所述光阑1的通光孔径决定。所述光阑1设置于所述第四透镜L4和第五透镜L5之间，可以提高所述定焦镜头的视场角并能更好的配合芯片的入射角度，并且采用中心设有通光孔的遮光纸作为所述光阑1，使得降低了镜筒通光孔的要求，使镜筒通光孔成型难度下降，提高了生产率，降低了生产成本。

可以理解的，所述成像面2的位置即为所述定焦镜头的像侧。

为限制系统的总长，并确保系统具有足够好的成像品质，所述定焦镜头满足以下关系式：

6.5<T_L/(f*tan(θ))<7.9 (1)

其中，T_L表示整个所述定焦镜头的光学总长，f表示整个所述定焦镜头的焦距,θ表示所述定焦镜头的半视场角,即为定焦镜头的视场角的一半。

当T_L/(f*tan(θ))的值超过上限时，整体镜头的总长过长，或者如果将整体总长缩短的情况下，像高会不足，当T_L/(f*tan(θ))的值超过下限时，由于各透镜的光焦度过大，镜头像差矫正困难，解像能力显著下降，因此，将T_L/(f*tan(θ))限定在6.5与7.9之间，所得到的像高合适，并且镜头像差得到校正，解析能力好。另外，f*tan(θ)决定了像高，因此，合理设置f*tan(θ)能够提供合适的像高，使得所成的像的像面尺寸适用于7.7mm*4.4mm*8.8mm的1/2英寸的芯片规格。

为在良好的矫正像差的同时提供合适的镜头尺寸，所述定焦镜头满足以下关系式：

0.7<|f₂/f₃|<0.9 (2)

0.6<f₄/f₇<0.8 (3)

其中，f₂表示所述第二透镜L2的焦距，f₃表示所述第二透镜L3的焦距，f₄表示所述第四透镜L4的焦距，f₇表示所述第七透镜L7的焦距。上述关系式(2)和(3)合理的限制了各个透镜的光焦度分配，使得整个镜头兼顾尺寸的情况下，还能偶减小像差，提高屈光能力等。

当f₂/f₃的值超过上限时，所述第二透镜L2和第三透镜L3胶合后的光焦度过强，虽然能够使系统总长变小，但其产生的象散、场曲、畸变过大，很难矫正；当f₂/f₃的值超过下限时，所述第二透镜L2和第三透镜L3胶合后的光焦度减弱，上述各种像差相对减小，但其屈光能力下降导致系统加长。因此，

当f₄/f₇的值超过上限时，所述第四透镜L4的光焦度过强，光阑1会过于靠近第四透镜L4；当f₄/f₇的值超过下限时，所述第四透镜L4的光焦度减弱，光阑1会过于远离第四透镜L4。

为矫正色差，所述定焦镜头还满足以下关系式：

40＜|V₅-V₆|＜60 (4)

其中，V₅表示所述第二透镜的阿贝数，V₆表示所述第三透镜的阿贝数。其中，阿贝数也称色散系数，用来衡量透明介质的光线色散程度。

阿贝数就是用以表示透明介质色散能力的指数。一般来说，介质的折射率越大，色散越严重，阿贝数越小；反之，介质的折射率越小，色散越轻微，阿贝数越大

当|V₅-V₆|的值超过下限时，色差的矫正不足；当|V₅-V₆|的值超过上限时，则材料选择困难。

另外，由于同时满足上述关系式(2)和(4)，使得该广角镜头能够合理矫正像差和畸变。

具体地，所述第七透镜L7的非球面的表面形状均满足下列方程：

通过以上述关系式可以精确设定所述第七透镜L7前后两面非球面的面型尺寸，所述定焦镜头利用非球面对像差的强大校正功能，从而大大提高镜头成像的清晰度及锐利度。

当k小于-1时，面形曲线为双曲线，当k等于-1时，面形曲线为抛物线，当k介于-1到0之间时，面形曲线为椭圆，当k等于0时，面形曲线为圆形，当k大于0时为，面形曲线为扁圆形。

在一些实施方式中，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均由玻璃材料构成。

本申请实施例提供的定焦镜头适用于日夜两用车载定焦镜头，通过合理使用玻璃组合实现大孔径F2，完全适用于目前主流的高清芯片，可见光和红外光条件下成像质量均良好，即使在夜晚低照度下也能实现清晰明亮的监控画面。

请参阅表1，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的各个镜片的相关参数。

表1

表2

请参阅图2，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的场曲曲线图，请参阅图3，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的F-Theta畸变曲线图，请参阅图4，所述为本实施例当中的所述定焦镜头的轴上点球差色差示意图，根据图2至图4可以看出，所述定焦镜头的场曲、畸变和轴上点球差色差都被良好矫正。

综上，本发明上述实施例中，所述定焦镜头具有以下的优点：

1.所述定焦镜头全部采用玻璃镜片，可适应不同的温度场合，温度控制好，且有较高的使用寿命和稳定性；

2.所述定焦镜头的体积小，重量轻，加工精度要求非常低，并且采用两组胶合镜片，便于组装，有效的减少公差损失，可以保证高品质解像力，即保证分辨被摄原物细节的能力；

3.所述定焦镜头的胶合镜片采用高低色散玻璃材料搭配，第五透镜为正焦距透镜，其采用大的阿贝数产生小的正色差，第六透镜为负焦距透镜，其采用小的阿贝数产生大的负色差，也就说是，靠近光阑的正透镜选取低色散材料，而组合的另一片负透镜选取高色散材料，可以有效减小镜头的整体色差，最大程度地减少紫边现象，即能够较好避免在拍摄取物过程中由于被摄物体反差较大，在高光与低光部位交界处出现的色斑的现象；

4.所述定焦镜头选择最后一片镜片做非球面镜片，镜片离光阑越远越有利于畸变的校正，可最大程度地减小定焦镜头的畸变；

5.所述定焦镜头在可见光或红外光条件下均能达到800万以上的像素，相比现有技术中的500万像素以下，成像质量更高；

6.所述定焦镜头的像面尺寸φ8.8mm，可搭配1/2英寸大小的芯片，比如搭配规格为7.7mm*4.4mm*8.8mm的1/2英寸就可以满足。与现有的搭配的芯片一般是1/3英寸或1/4英寸大小相比，同样像素个数的小芯片镜头，所述定焦镜头可以让画面具有更佳的成像质量，可以满足车载镜头高清化的需求；

7.所述定焦镜头的全部镜片均镀高透过率多层膜，透过率达到99.5％以上，使整个镜头拥有超高透过率。

实施例2

请参阅图5，所示为本发明第二实施例中的定焦镜头的截面结构示意图，本实施例当中的定焦镜头与第一实施例当中的定焦镜头大抵相同，不同之处在于，本实施例当中的定焦镜头光阑1设置在第三透镜L3和第四透镜L4之间，而并非第一实施例中的在第四透镜L4和第五透镜L5之间。而且，第四透镜L4为双凸型球面镜片，而第七透镜L7为双凸型非球面镜片。

同时本实施当中的定焦镜头的各个镜片的相关参数与第一实施例当中的定焦镜头的各个镜片的相关参数存在差异。

请参阅表3，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的各个镜片的相关参数。

表3

请参阅表4，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的非球面的相关参数。

表4

请参阅图6，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的场曲曲线图，请参阅图7，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的F-Theta畸变曲线图，请参阅图8，所述为本实施例当中的所述定焦镜头的轴上点球差色差示意图，根据图6至图8可以看出，所述定焦镜头的场曲、畸变和轴上点球差色差都被良好矫正。

实施例3

请参阅图9，所示为本发明第三实施例中的定焦镜头的截面结构示意图，本实施例当中的定焦镜头与第一实施例当中的定焦镜头大抵相同，不同之处在于非球面的位置不一样，本实施例当中的定焦镜头第四透镜L4为非球面透镜，而第一实施例的第七透镜L7为非球面透镜，也就是说，第四透镜L4为双凸型非球面镜片，而第七透镜L7为双凸型球面镜片，并且，光阑1设置于所述第四透镜L4与所述第五透镜L5之间。

请参阅表5，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的各个镜片的相关参数。

表5

参阅表6，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的非球面的相关参数。

表6

表面序号

k

a4

a6

a8

a10

a12

12

0.067

0.00012

1.4E-05

-7.2E-07

4.56E-08

-6.7E-10

13

-200

0.00054

9.45E-05

1.56E-06

-4.4E-07

1.95E-08

请参阅图10，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的场曲曲线图，请参阅图11，所示为本实施例当中的所述定焦镜头的F-Theta畸变曲线图，请参阅图12，所述为本实施例当中的所述定焦镜头的轴上点球差色差示意图，根据图10至图12可以看出，所述定焦镜头的场曲、畸变和轴上点球差色差都被良好矫正。

请参阅图表7，所述为上述3个实施例当中各实施例对应的光学特性，包括所述定焦镜头的系统焦距f、光圈数F#、系统总长T_L和视场角2θ，同时还包括上述关系式1至关系式5当中每个关系式对应的相关数值。

表7

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种定焦镜头，其特征在于，从物侧到成像面，依次包括：

具有负焦距的第一透镜，所述第一透镜为凹面朝向所述成像面的弯月型球面镜片；

具有负焦距的第二透镜，所述第二透镜为双凹型球面镜片；

具有正焦距的第三透镜，所述第三透镜为双凸型球面镜片；

具有正焦距的第四透镜，所述第四透镜为双凸型球面镜片或双凸型非球面镜片；

具有正焦距的第五透镜，所述第五透镜为双凸型球面镜片；

具有负焦距的第六透镜，所述第六透镜为双凹型球面镜片；

具有正焦距的第七透镜，所述第七透镜为双凸型非球面镜片或双凸型球面镜片；

所述第二透镜与所述第三透镜通过光学胶粘合，所述第五透镜与所述第六透镜通过光学胶粘合；

所述定焦镜头满足关系式：

6.5<TL/(f*tan(θ))<7.9；

其中，TL表示整个所述定焦镜头的光学总长，f表示整个所述定焦镜头的焦距,θ表示所述定焦镜头的半视场角。

2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足关系式：

0.7<|f2/f3|<0.9；

其中，f2表示所述第二透镜的焦距，f3表示所述第三透镜的焦距。

3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足关系式：

40＜|V5-V6|＜60；

其中，V5表示所述第二透镜的阿贝数，V6表示所述第三透镜的阿贝数。

4.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足关系式：

0.6<f4/f7<0.8；

其中，f4表示所述第四透镜的焦距，f7表示所述第七透镜的焦距。

5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头还包括：设置于光阑，所述光阑设置于所述第四透镜与所述第五透镜之间。

6.根据权利要求5所述的定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜为双凸型球面镜片，所述第七透镜为双凸型非球面镜片。

7.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜为双凸型球面镜片，所述第七透镜为双凸型非球面镜片，所述第七透镜的非球面表面形状满足关系式：

其中，z为曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，h为光轴到曲面的距离，c为曲面顶点的曲率，k为圆锥系数，a4、a6、a8、a10、a12分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶径向坐标所对应的曲面系数。

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均由玻璃材料构成。

9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜为双凸型非球面镜片，所述第七透镜为双凸型球面镜片。