CN110196484B - 一种镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组和成像面；透镜组满足以下条件：‑2.28≤f2/fw≤‑1.08；0.15≤TTL/(BFL*fw)≤0.45；其中，f2为第二透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第五透镜组与所述成像面之间的距离。“‑”表示方向为负。本发明实施例提供的镜头在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种镜头。
背景技术
随着社会的发展，人们的安全防范意识不断提高，安防监控行业也得到高速发展，监控发挥的作用也越来越大。但是，现在市面上的镜头大部分结构简单，靶面尺寸较小，导致采集的图像分辨率较低，在图像的清晰度上只能与200-300万像素的电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)摄像机适配，拍摄效果一般，图片价值不大。而且现在市面上的镜头大部分光圈较小，导致镜头透光较少，在低照度场景下获取的图像较暗，难以保证图像质量。
发明内容
本发明实施例提供了一种镜头，用以解决的现有技术中的镜头靶面尺寸、光圈较小的问题。
本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组和成像面；
透镜组满足以下条件：
-2.28≤f2/fw≤-1.08；
0.15≤TTL/(BFL*fw)≤0.45；
其中，f2为第二透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第五透镜组与所述成像面之间的距离，“-”表示方向为负。
进一步地，所述第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动。
进一步地，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第一正光焦度透镜子组；
所述第一正光焦度透镜子组至少包含一个第二正光焦度透镜。
进一步地，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第二正光焦度透镜子组；
所述第二正光焦度透镜子组至少包含一个第三正光焦度透镜，或至少包含一个第一子透镜组；
所述第一子透镜组包括第四负光焦度透镜和第四正光焦度透镜。
进一步地，所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第五负光焦度透镜、第五正光焦度透镜、第三正光焦度透镜子组；
所述第三正光焦度透镜子组至少包含一个第六正光焦度透镜，或至少包含一个第二子透镜组；
所述第二子透镜组包括第六负光焦度透镜和第七正光焦度透镜；
所述第七正光焦度透镜为双凸透镜。
进一步地，所述第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于63。
进一步地，所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第八正光焦度透镜、第九正光焦度透镜、第七负光焦度透镜、第十正光焦度透镜；
所述第九正光焦度透镜为双凸透镜；
所述第七负光焦度透镜为弯月透镜，且所述第七负光焦度透镜中朝向像侧的表面为凸面。
进一步地，所述第五透镜组至少包含一个第十一正光焦度透镜。
进一步地，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间设置有孔径光阑。
进一步地，所述镜头还包括分光装置，所述分光装置设置于所述第五透镜组和成像面之间；
所述分光装置包括至少两个棱镜，相邻两个棱镜的接触面设置有具有分光功能的膜层；每个棱镜的出光侧分别设有对应的成像面；
所述每个棱镜与对应的成像面之间设有滤光片；
每个接触面与自身对应的光线入射棱镜面的夹角大于等于30度，且小于等于50度；
每个接触面所反射出的光线与接收所述光线的成像面垂直。
本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组和成像面；透镜组满足以下条件：-2.28≤f2/fw≤-1.08；0.15≤TTL/(BFL*fw)≤0.45；其中，f2为第二透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第五透镜组与所述成像面之间的距离。“-”表示方向为负。由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列五个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：-2.28≤f2/fw≤-1.08；0.15≤TTL/(BFL*fw)≤0.45等条件，在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种镜头示意图；
图2为本发明实施例提供的短焦状态下的镜头示意图；
图3为本发明实施例提供的长焦状态下的镜头示意图；
图4为本发明实施例提供的短焦状态下的光学传递函数(MTF)曲线图；
图5为本发明实施例提供的长焦状态下的光学传递函数(MTF)曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种镜头示意图，所述镜头包括从物侧到像侧依次排列的第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4、第五透镜组G5和成像面。
本发明实施例提供的镜头中的每个透镜组有其对应的焦距f，镜头在长焦状态下有其对应的系统焦距，在短焦状态下有其对应的系统焦距fw。为了提供一种大靶面、大光圈、成像质量好的镜头，所述透镜组满足以下关系式：
-2.28≤f2/fw≤-1.08；
0.15≤TTL/(BFL*fw)≤0.45；
其中，f2为第二透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第五透镜组与所述成像面之间的距离，“-”表示方向为负。
由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列五个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：-2.28≤f2/fw≤-1.08；0.15≤TTL/(BFL*fw)≤0.45等条件，在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好。
一般球面镜片光线在进入镜片后到焦平面时在其边缘部份比中央部分容易产生严重的折射与弯曲，此现象会导致锐利度和对比度降低及光斑的产生，从而使得图像质量下降。而此种像差称为球面像差。在本发明实施例中，-2.28≤f2/fw≤-1.08。f2/fw的值太小，虽然可以使镜头长度缩短，但是会增大球面像差，影响图像质量，并且镜头的可制造性会降低。而f2/fw的值太大，虽然可以减小球面像差，提高图像质量以及镜头的可制造性，但是镜头长度会比较大。为了兼顾镜头长度以及镜头的球面像差和可制造性，在本发明实施例中提供了-2.28≤f2/fw≤-1.08的范围，可以较好的兼顾镜头长度以及镜头的球面像差和可制造性。
本发明实施例提供的镜头中，所述第一透镜组G1、第三透镜组G3和第五透镜组G5的位置固定，第二透镜组G2和第四透镜组G4可沿光轴进行移动。
本发明实施例提供的镜头可以通过改变透镜组的位置来实现变焦，在该镜头中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组的位置进行移动实现变焦。也就是第二透镜组可以在第一透镜组与第三透镜组之间的位置中进行移动。第二透镜组可以靠近第一透镜组，远离第三透镜组；也可以远离第一透镜组，靠近第三透镜组。第四透镜组可以在第三透镜组与第五透镜组之间的位置中进行移动。第二透镜组为变焦透镜组，第二透镜组的移动对镜头焦距影响大。第四透镜组为补偿透镜组，第四透镜组的移动实现对焦距的微调。通过将第二透镜组和第四透镜组设置为位置可以移动的透镜组，从而实现镜头变焦。
为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一透镜组G1包括从物侧到像侧依次排列的第一负光焦度透镜L1、第一正光焦度透镜L2、第一正光焦度透镜子组；
所述第一正光焦度透镜子组至少包含一个第二正光焦度透镜L3。
在本发明实施例中，第一正光焦度透镜子组中透镜的数量不进行限定，可以是1个、2个等，只有满足透镜子组的光焦度为正即可。较佳的，为了减小系统光学总长，第一正光焦度透镜子组中可以仅包含一个第二正光焦度透镜L3。
所述第二透镜组G2包括从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜L4、第三负光焦度透镜L5、第二正光焦度透镜子组；
所述第二正光焦度透镜子组至少包含一个第三正光焦度透镜，或至少包含一个第一子透镜组；
所述第一子透镜组包括第四负光焦度透镜L6和第四正光焦度透镜L7。第四负光焦度透镜L6和第四正光焦度透镜L7可以胶合连接或贴合连接。
在本发明实施例中，第二正光焦度透镜子组中透镜的数量不进行限定，可以是1个、2个等，只有满足透镜子组的光焦度为正即可。为了减小系统光学总长，第二正光焦度透镜子组可以仅包含一个第三正光焦度透镜，为了提高镜头的成像质量，第二正光焦度透镜子组可以包含由第四负光焦度透镜L6和第四正光焦度透镜L7组成的第一正光焦度胶合透镜。
所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第五负光焦度透镜L8、第五正光焦度透镜L9、第三正光焦度透镜子组；
所述第三正光焦度透镜子组至少包含一个第六正光焦度透镜，或至少包含一个第二子透镜组；所述第二子透镜组包括第六负光焦度透镜L10和第七正光焦度透镜L11；所述第七正光焦度透镜为双凸透镜。第六负光焦度透镜L10和第七正光焦度透镜L11可以胶合连接或贴合连接。
在本发明实施例中，第三正光焦度透镜子组中透镜的数量不进行限定，可以是1个、2个等，只有满足透镜子组的光焦度为正即可。为了减小系统光学总长，第三正光焦度透镜子组可以仅包含一个第六正光焦度透镜，为了提高镜头的成像质量，第三正光焦度透镜子组可以包含由第六负光焦度透镜L10和第七正光焦度透镜L11组成的第二正光焦度胶合透镜。
为了在镜头的全焦段内实现日夜共焦以及无热化，也就是在-40摄氏度至80摄氏度都能清晰成像，在本发明实施例中，所述第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜采用低色散材料；所述第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于63。另外，第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜均大于等于63，还可以降低图像的色差，从而提高图像质量。例如，第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数可以是65、68、70等。并且，第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数可以相同也可以不同。
第五负光焦度透镜的阿贝数为Vd8、第七正光焦度透镜的阿贝数为Vd11。其中，Vd8≥63，Vd11≥63。
所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第八正光焦度透镜L12、第九正光焦度透镜L13、第七负光焦度透镜L14、第十正光焦度透镜L15；
所述第九正光焦度透镜L13为双凸透镜；
所述第七负光焦度透镜L14为弯月透镜，且所述第七负光焦度透镜中朝向像侧的表面为凸面。
所述第五透镜组至少包含一个第十一正光焦度透镜L16。为了减小系统光学总长，第五透镜组可以仅包含一个第十一正光焦度透镜。
在本发明实施例中，为了控制进入镜头的光束口径和位置，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间设置有孔径光阑STOP。
孔径光阑STOP可以是固定不变的装置，也可以自动连续调节孔径大小，以此满足现代光学仪器对于光束大小的智能化要求。
所述镜头还包括分光装置L17，所述分光装置设置于所述第五透镜组和成像面L18之间；
所述分光装置包括至少两个棱镜，相邻两个棱镜的接触面设置有具有分光功能的膜层；每个棱镜的出光侧分别设有对应的成像面。
为了实现对可见光和红外光分别进行优化，图2为本发明实施例提供的镜头结构示意图，如图2所示，棱镜组为分光装置，需要说明的是，分光装置包括至少两个棱镜，相邻两个棱镜的接触面设置有具有分光功能的膜层，该膜层可以根据用户要求进行设置，例如可以是反射可见光透过红外光的膜层、透过黄色光反射其他颜色光的膜层等等。图2中仅示出了两个棱镜，一般用于将可见光和红外光分开。棱镜组中的两个棱镜可以分别连接成像芯片，例如互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)芯片等。成像芯片分别接收可见光图像和红外光图像，然后通过图像融合算法可以将可见光图像和红外光图像进行融合处理。这样可以实现在低照度环境下，采用较弱的白光补光，结合适当的红外光补光，实现对场景的补光，从而保证融合后的图像质量。避免了现有技术中使用强白光爆闪灯对司机或行人所造成的眩目感。
所述每个棱镜与对应的成像面之间设有滤光片L19。滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件。
在本发明实施例中，每个接触面与自身对应的光线入射棱镜面的夹角大于等于30度，且小于等于50度。
如图2所示，每个接触面与自身对应的光线入射棱镜面的夹角α太小时，棱镜所反射光线有可能进入到第五透镜组。导致无法放置滤光片和成像面，镜头的可制造性较差。而如果每个接触面与自身对应的光线入射棱镜面的夹角α太大，会使得光线反射率、利用率较低，使得图像亮度低，影响图像的成像质量。为了兼顾镜头的可制造性和成像质量，本发明实施例提供了每个接触面与自身对应的光线入射棱镜面的夹角α的范围，夹角α在大于等于30度，且小于等于50度的范围内，镜头的可制造性和成像质量能够较好的兼顾到。
为了进一步提高光线反射率和利用率，避免图像亮度较低，在本发明实施例中，每个接触面所反射出的光线与接收所述光线的成像面垂直。
在本发明实施例中，图2为短焦状态下的镜头示意图，图3为与图2对应的长焦状态下的镜头示意图。
下面针对本发明实施例提供的镜头参数进行举例说明。
在具体实施过程中，所述该成像系统的各个透镜的曲率半径R、中心厚度Tc、折射率Nd、和阿贝常数Vd满足表1所列的条件：
本实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：
光学总长TTL≤160mm(包含分光装置和滤光片)；
镜头焦距f’：12(W)—25(T)mm；
镜头的视场角：72°(W)——38.1°(T)；
镜头的光学畸变：-8％；
镜头系统的光圈FNO：F1.4；
镜头靶面尺寸：1.1〞(≥Φ17.6mm)。
备注：W代表短焦位置，T代表长焦位置。
下面通过对实施例进行详细的分析，进一步介绍本实施例所提供的成像系统。
光学传递函数是用来评价一个该成像系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对各种像差(如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等)进行了很好的校正。
如图4所示，为该成像系统在短焦位置的光学传递函数(MTF)曲线图；从图4中可知，该成像系统在短焦位置的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高Y’＝8.8mm)MTF平均值达到0.55以上。图5所示，为该成像系统在长焦位置的光学传递函数(MTF)曲线图；从图5中可知，该成像系统在长焦位置的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高Y’＝8.8mm)MTF平均值达到0.55以上；可见本实施例提供的该成像系统，能够达到很高的分辨率，满足靶面尺寸1.1英寸700万像素摄像机的成像要求。
本发明实施例提供了一种大靶面、大光圈、高分辨率的变焦分光成像镜头。采用16个特定结构形状的光学透镜，以及分光装置，并按照特定顺序从物侧至像侧依次排列，以及通过各个光学透镜的光焦度的分配，使得该成像系统的结构形式，透镜的折射率、阿贝系数等参数与成像条件匹配；并且通过分光装置将光线分成多路分别成像；从而达到在像面更大的前提下，同时满足大光圈、高分辨率，并且焦距可以变，同时能够灵活的对不同波长的光线进行单独数据处理，收集更多有益的信息，进而实现更佳的低照成像性能、更佳的色彩还原性、更出色环境适应性；可广泛应用到安防监控领域，尤其是智能交通监控领域。
本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组和成像面；透镜组满足以下条件：-2.28≤f2/fw≤-1.08；0.15≤TTL/(BFL*fw)≤0.45；其中，f2为第二透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第五透镜组与所述成像面之间的距离。“-”表示方向为负。由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列五个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：-2.28≤f2/fw≤-1.08；0.15≤TTL/(BFL*fw)≤0.45等条件，在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种镜头，其特征在于，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组和成像面；
透镜组满足以下条件：
-2.28≤f2/fw≤-1.08；
0.15≤TTL/(BFL*fw)≤0.45；
其中，f2为第二透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第五透镜组与所述成像面之间的距离，“-”表示方向为负；
所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第二正光焦度透镜子组；
所述第二正光焦度透镜子组至少包含一个第一子透镜组；
所述第一子透镜组包括第四负光焦度透镜和第四正光焦度透镜。
2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动。
3.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第一正光焦度透镜子组；
所述第一正光焦度透镜子组至少包含一个第二正光焦度透镜。
4.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第五负光焦度透镜、第五正光焦度透镜、第三正光焦度透镜子组；
所述第三正光焦度透镜子组至少包含一个第六正光焦度透镜，或至少包含一个第二子透镜组；
所述第二子透镜组包括第六负光焦度透镜和第七正光焦度透镜；
所述第七正光焦度透镜为双凸透镜。
5.如权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于63。
6.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第八正光焦度透镜、第九正光焦度透镜、第七负光焦度透镜、第十正光焦度透镜；
所述第九正光焦度透镜为双凸透镜；
所述第七负光焦度透镜为弯月透镜，且所述第七负光焦度透镜中朝向像侧的表面为凸面。
7.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第五透镜组至少包含一个第十一正光焦度透镜。
8.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间设置有孔径光阑。
9.如权利要求1或2所述的镜头，其特征在于，所述镜头还包括分光装置，所述分光装置设置于所述第五透镜组和成像面之间；
所述分光装置包括至少两个棱镜，相邻两个棱镜的接触面设置有具有分光功能的膜层；每个棱镜的出光侧分别设有对应的成像面；
所述每个棱镜与对应的成像面之间设有滤光片；
每个接触面与自身对应的光线入射棱镜面的夹角大于等于30度，且小于等于50度；
每个接触面所反射出的光线与接收所述光线的成像面垂直。
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