CN110187475B - 一种定焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明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第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；第一透镜为负光焦度透镜，第二透镜为正光焦度透镜，第三透镜为正光焦度透镜，第四透镜为负光焦度透镜；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为非球面透镜；第一透镜的折射率为n1，1.5≤n1≤1.6；第二透镜的折射率为n2，1.5≤n2≤1.6；第三透镜的折射率为n3，1.5≤n3≤1.6；第四透镜的折射率为n4，1.6≤n4≤1.7。本发明实施例提供的定焦镜头减少了使用透镜数量，有效降低镜头的质量和成本；同时克服了镜头因环境的高低温解像力不良的问题，扩大了镜头的应用范围。

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领域，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以及安防监控设施的日益普及，对监控环境及画面要求越来越高，但是对安防监控设施的成本要求越来越苛刻。镜头作为安防监控设施的主要构成部分，其性能决定了安防监控的成像性能；镜头中透镜的个数决定了镜头的成本。
目前使用的定焦监控镜头普遍存在的缺点是：透镜个数多，增加成本和重量；同时镜头不能满足在高低温环境下使用保证高解像力的成像要求。
发明内容
本发明提供一种发明名称，可以降低镜头的质量和成本，克服镜头因环境的高低温解像力不良的问题，扩大镜头的应用范围。
本发明实施例提供了一种定焦镜头，该定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；
所述第一透镜为负光焦度透镜，所述第二透镜为正光焦度透镜，所述第三透镜为正光焦度透镜，所述第四透镜为负光焦度透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均为塑料非球面透镜；
所述第一透镜的折射率为n1，1.5≤n1≤1.6；
所述第二透镜的折射率为n2，1.5≤n2≤1.6；
所述第三透镜的折射率为n3，1.5≤n3≤1.6；
所述第四透镜的折射率为n4，1.6≤n4≤1.7。
进一步地，所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为双凸正光焦度透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度透镜，所述第四透镜为凹凸负光焦度透镜。
进一步地，所述第一透镜的朝向物方一侧表面中心的曲率半径为R1，3mm≤R1≤12mm；
所述第一透镜的朝向像方一侧表面中心的曲率半径为R2，1mm≤R2≤6mm；
所述第二透镜的朝向物方一侧表面中心的曲率半径为R3，12mm≤R3≤60mm；
所述第二透镜的朝向像方一侧表面中心的曲率半径为R4，-12mm≤R4≤-3mm；
所述第三透镜的朝向物方一侧表面中心的曲率半径为R5，3mm≤R5≤14mm；
所述第三透镜的朝向像方一侧表面中心的曲率半径为R6，-10mm≤R6≤-1.5mm；
所述第四透镜的朝向物方一侧表面中心的曲率半径为R7，-6mm≤R7≤-1mm；
所述第四透镜的朝向像方一侧表面中心的曲率半径为R8，-15mm≤R8≤-2mm。
进一步地，所述第一透镜的焦距为f1，-10≤f1≤-3；
所述第二透镜的焦距为f2，4≤f2≤15；
所述第三透镜的焦距为f3，2≤f3≤10；
所述第四透镜的焦距为f4，-12≤f4≤-3。
进一步地，所述定焦镜头的光学长度为L，L＜17mm。
进一步地，所述定焦镜头的光圈为F，2.0≤F≤2.4。
进一步地，所述定焦镜头的视场角为FOV，FOV≥110°。
进一步地，所述定焦镜头的焦距为f，2.4mm≤f≤3.2mm。
进一步地，所述定焦镜头还包括光阑；
所述光阑位于所述第二透镜和所述第三透镜之间，且紧贴于所述第二透镜远离所述第一透镜一侧的表面上。
进一步地，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r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表示非球面的圆锥系数，α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7和α8表示高次非球面系数。
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第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为塑料透镜，较少的透镜个数以及透镜的材料，降低了镜头成本和质量。此外，通过设置第一透镜的折射率为n1，1.5≤n1≤1.6，第二透镜的折射率为n2，1.5≤n2≤1.6，第三透镜的折射率为n3，1.5≤n3≤1.6，第四透镜的折射率为n4，1.6≤n4≤1.7，即通过特定的光学材料，同时通过第一透镜为负光焦度透镜，第二透镜为正光焦度透镜，第三透镜为正光焦度透镜，第四透镜为负光焦度透，以及第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为非球面透镜搭配使用，克服镜头因环境的高低温解像力不良的问题，扩大镜头的应用范围。
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MTF图；
图3是本发明实施例提供的一种定焦镜头的横向光扇图。
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。
图1是本发明实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的定焦镜头包括沿光轴AA从物方到像方依次排列的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30和第四透镜40；第一透镜10为负光焦度透镜，第二透镜20为正光焦度透镜，第三透镜30为正光焦度透镜，第四透镜40为负光焦度透镜；第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30和第四透镜40均为塑料非球面透镜；第一透镜10的折射率为n1，1.5≤n1≤1.6；第二透镜20的折射率为n2，1.5≤n2≤1.6；第三透镜30的折射率为n3，1.5≤n3≤1.6；第四透镜40的折射率为n4，1.6≤n4≤1.7。
其中，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。折射率是光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，主要用来描述材料对光的折射能力，不同的材料的折射率不同。
示例性的，本实施例通过第一透镜的折射率为n1，1.5≤n1≤1.6，第二透镜的折射率为n2，1.5≤n2≤1.6，第三透镜的折射率为n3，1.5≤n3≤1.6，第四透镜的折射率为n4，1.6≤n4≤1.7，即通过特定的不同光学材料构成本实施例的定焦镜头，同时通过第一透镜为负光焦度透镜，第二透镜为正光焦度透镜，第三透镜为正光焦度透镜，第四透镜为负光焦度透，以及第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为非球面透镜搭配使用，使本实施提供的定焦镜头的光圈F可以满足2.0mm≤F≤2.4mm，优选的，光圈F为2.0mm，焦距可以达到2.4mm≤f≤3.2mm，优选的，焦距f为2.8mm，视场角FOV可以达到110°，同时可以匹配1/4英寸的成像组件，具有在-20℃～60℃环境下使用时保证解像力满足成像要求的优点，且克服镜头因环境的高低温解像力不良的问题，扩大镜头的应用范围。因为塑料透镜的成本远低于玻璃透镜的成本，本发明实施例提供的定焦镜头包括的第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30和第四透镜40均为塑料非球面透镜，确保光学系统性能的同时有效地控制了镜头的成本。
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第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为塑料透镜，较少的透镜个数以及透镜的材料，降低了镜头成本和质量。此外，通过设置第一透镜的折射率为n1，1.5≤n1≤1.6，第二透镜的折射率为n2，1.5≤n2≤1.6，第三透镜的折射率为n3，1.5≤n3≤1.6，第四透镜的折射率为n4，1.6≤n4≤1.7，即通过特定的光学材料，同时通过第一透镜为负光焦度透镜，第二透镜为正光焦度透镜，第三透镜为正光焦度透镜，第四透镜为负光焦度透，以及第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为非球面透镜搭配使用，克服镜头因环境的高低温解像力不良的问题，扩大镜头的应用范围。
在上述方案的基础上，可选的，继续参见图1，第一透镜10为凸凹负光焦度透镜，第二透镜20为双凸正光焦度透镜，第三透镜30为双凸正光焦度透镜，第四透镜40为凹凸负光焦度透镜。
示例性的，第一透镜10可以采用凸凹形状设计，第二透镜20可以采用双凸形状设计，第三透镜30可以采用双凸形状设计，第四透镜40可以采用凹凸形状设计。
在上述方案的基础上，可选的，第一透镜10的朝向物方一侧表面中心的曲率半径为R1，3mm≤R1≤12mm；第一透镜10的朝向像方一侧表面中心的曲率半径为R2，1mm≤R2≤6mm；第二透镜20的朝向物方一侧表面中心的曲率半径为R3，12mm≤R3≤60mm；第二透镜20的朝向像方一侧表面中心的曲率半径为R4，-12mm≤R4≤-3mm；第三透镜30的朝向物方一侧表面中心的曲率半径为R5，3mm≤R5≤14mm；第三透镜30的朝向像方一侧表面中心的曲率半径为R6，-10mm≤R6≤-1.5mm；第四透镜40的朝向物方一侧表面中心的曲率半径为R7，-6mm≤R7≤-1mm；第四透镜40的朝向像方一侧表面中心的曲率半径为R8，-15mm≤R8≤-2mm。其中，“-”代表方向为负。由像方指向物方的方向为负方向，由物方指向像方的方向为正方向。
在上述方案的基础上，可选的，第一透镜10的焦距为f1，-10≤f1≤-3；第二透镜20的焦距为f2，4≤f2≤15；第三透镜30的焦距为f3，2≤f3≤10；第四透镜40的焦距为f4，-12≤f4≤-3。
其中，“-”代表方向为负。焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离。本实施例通过优化配置第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30和第四透镜40的正负焦距，使镜头像差得到有效地校正，客服了镜头因环境温度而产生焦点漂移的问题。
在上述方案的基础上，可选的，定焦镜头的光学长度为L，L＜17mm。
其中，定焦镜头的光学长度L为从光学系统的第一片镜片至成像面的长度。本实施例的定焦镜头的光学总长度小于17mm，体积小巧。
在上述方案的基础上，可选的，定焦镜头还包括光阑50；光阑50位于第二透镜20和第三透镜30之间，且紧贴于第二透镜20远离第一透镜10一侧的表面上。其中，光阑50用于调节第一透镜10和第二透镜20接收的光束的强弱，提升成像质量。
示例性的，表1所述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为2.8mm，光圈F为2.0，视场角为110°。
表1定焦镜头的光学物理参数
面序号 面型 R d n(d) k
S1 非球面 5.9 1.22 1.54 -9.6
S2 非球面 1.375 3.55 -0.6
S3 非球面 20.8 2.5 1.53 -1.5
S4 非球面 -4.1 0.11 0.41
S5 非球面 PL 3.03
S6 非球面 3.8 1.8 1.54 1.04
S7 非球面 -1.82 0.06 -3.5
S8 非球面 -1.63 0.7 1.63 -0.37
S9 非球面 -5.63 3.873 -30
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、表面中心半径R(单位：mm)、对应光学表面到下一光学表面于光轴AA上的距离d(单位：mm)、对应d光(d光波长：587.6nm)的折射率n(d)、圆锥系数k，面序号S1、S2为第一透镜10的物方表面和像方表面，面序号S3、S4为第二透镜20的物方表面和像方表面，面序号S6、S7为第三透镜30的物方表面和像方表面，S5表示光阑面，PL表示平面，面序号S8、S9为第四透镜40的物方表面和像方表面。
其中，表1中面序号S1、S2、S3、S4、S6、S7、S8、S9的面为非球面。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r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表示非球面的圆锥系数，α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7和α8表示高次非球面系数。
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非球面参数。
表2非球面透镜的非球面参数
面序号 α1 α2 α3 α4 α5 α6 α7 α8
S1 0 -5.3E-03 2.41E-04 -1.95E-05 2.36E-06 -1.13E-07 1.3E-09 0
S2 0 -1.24E-02 -7.7E-03 5.79E-03 -2.85E-03 6.41E-04 -5.6E-05 0
S3 0 -4.39E-03 4.10E-04 -6.63E-04 2.68E-05 7.45E-05 -1.83E-05 0
S4 0 -4.61E-04 -1.83E-03 1.11E-03 -4.74E-04 1.6E-04 -3.52E-05 0
S6 0 2.01E-03 -1.30E-02 1.63E-02 -1.17E-02 4.12E-03 -5.85E-04 0
S7 0 -5.57E-02 3.8E-02 -6.80E-03 -9.0E-03 5.52E-03 -9.27E-04 0
S8 0 1.9E-02 3.62E-02 -1.65E-02 -6.45E-04 2.86E-03 -6.02E-04 0
S9 0 -1.17E-02 1.80E-02 -1.20E-02 5.0E-03 -1.14E-03 1.05E-04 0
本发明提供的定焦镜头通过合理设置透镜的个数、材料、形状、折射率、曲率半径、焦距以及光焦度等，降低镜头的质量和成本，克服镜头因环境的高低温解像力不良的问题，扩大镜头的应用范围。
图2是本发明实施例提供的一种定焦镜头的MTF图，由图2可知，本实施例提供的定焦镜头在光圈F为2.0mm的条件下，实现了高分辨率，且在-20℃～60℃环境下使用时保证解像力满足成像要求，扩大了产品的使用范围。图3是本发明实施例提供的一种定焦镜头的横向光扇图，由图3可知，本实施例提供的定焦镜头的横向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 (3)

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第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；所述定焦镜头中具有光焦度的透镜的数量为四个；
所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为双凸正光焦度透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度透镜，所述第四透镜为凹凸负光焦度透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均为塑料非球面透镜；
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r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表示非球面的圆锥系数，α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7和α8表示高次非球面系数；
所述定焦镜头的光学物理参数如下：
面序号 面型 R D nd k S1 非球面 5.9 1.22 1.54 -9.6 S2 非球面 1.375 3.55 -0.6 S3 非球面 20.8 2.5 1.53 -1.5 S4 非球面 -4.1 0.11 0.41 S5 平面 无穷大 3.03 S6 非球面 3.8 1.8 1.54 1.04 S7 非球面 -1.82 0.06 -3.5 S8 非球面 -1.63 0.7 1.63 -0.37 S9 非球面 -5.63 3.873 -30
其中，R的单位为mm；D为对应光学表面到下一光学表面于光轴上的距离，单位为mm；nd为对应d光的折射率，d光波长为587.6nm；面序号S1、面序号S2为第一透镜的物方表面和像方表面，面序号S3、面序号S4为第二透镜的物方表面和像方表面，面序号S5表示光阑面，面序号S6、面序号S7为第三透镜的物方表面和像方表面，面序号S8、面序号S9为第四透镜的物方表面和像方表面；
高次非球面系数α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7和α8的数值如下：
面序号 α1 α2 α3 α4 α5 α6 α7 α8 S1 0 -5.3E-03 2.41E-04 -1.95E-05 2.36E-06 -1.13E-07 1.3E-09 0 S2 0 -1.24E-02 -7.7E-03 5.79E-03 -2.85E-03 6.41E-04 -5.6E-05 0 S3 0 -4.39E-03 4.10E-04 -6.63E-04 2.68E-05 7.45E-05 -1.83E-05 0 S4 0 -4.61E-04 -1.83E-03 1.11E-03 -4.74E-04 1.6E-04 -3.52E-05 0 S6 0 2.01E-03 -1.30E-02 1.63E-02 -1.17E-02 4.12E-03 -5.85E-04 0 S7 0 -5.57E-02 3.8E-02 -6.80E-03 -9.0E-03 5.52E-03 -9.27E-04 0 S8 0 1.9E-02 3.62E-02 -1.65E-02 -6.45E-04 2.86E-03 -6.02E-04 0 S9 0 -1.17E-02 1.80E-02 -1.20E-02 5.0E-03 -1.14E-03 1.05E-04 0
。
2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的光圈为F，F＝2.0。
3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的视场角为FOV，FOV＝110°。
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