CN110275272A - 一种镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镜头。所述镜头包括从物方至像方依次设置的下述透镜：第一透镜和第二透镜，其中，所述第一透镜和第二透镜中的一个为正透镜，另一个为负透镜；具有正光焦度的第三透镜，具有负光焦度的第四透镜；具有正光焦度的第五透镜、第六透镜；以及具有正光焦度的第七透镜和具有负光焦度的第八透镜，其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜为球面透镜。本发明通过恰当地选择与设置镜头结构，以8个球面透镜组合成了一个大光圈的镜头，从而，以一种低成本的方式提供了大光圈镜头。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种大光圈镜头，尤其是适用于低照度的夜视镜头。
背景技术
随着生活水平的提高和成像技术的发展，对安全的要求越来越高。由于低照度成像设备能够在极端黑暗条件下实现对目标的观察，受到安防和国防领域的持续关注。
为了更好的体现探测器的低照度效果，需要设计大光圈镜头。现有技术中的常规镜头普遍只有F1.4以下的光圈，对于F1.0并且能够满足可见光和近红外光线焦点一致的镜头涉及较少。
专利文献CN106772939中公开了较大的光圈，但镜头采用了塑料非球面，增加了镜头的复杂度与成本。专利文献CN106597638A中公开了类似应用的镜头，但其为长焦镜头，视场角小。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。
发明内容
光圈或光圈值是指焦距与通光孔径的比值，代表镜头收集、汇聚光线能量的能力。
本发明的目的在于提供一种大光圈且低成本的镜头。
为实现上述目的，本发明提供一种镜头，所述镜头包括从物方至像方依次设置的下述透镜：
第一透镜和第二透镜，其中，所述第一透镜和第二透镜中的一个为正透镜，另一个为负透镜；
具有正光焦度的第三透镜，具有负光焦度的第四透镜；
具有正光焦度的第五透镜、第六透镜；以及
具有正光焦度的第七透镜和具有负光焦度的第八透镜，
其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜为球面透镜。
本发明通过恰当地选择与设置镜头结构，以8个球面透镜组合成了一个大光圈的镜头，从而，以一种低成本的方式提供了大光圈镜头。
优选地，所述镜头的光阑位于所述第四透镜和第五透镜之间，或者所述镜头的光阑位于所述第三透镜和第四透镜之间。
优选地，各透镜的折射率nd和阿贝常数Vd满足下述要求：
在第一透镜为正透镜、第二透镜为负透镜的情况下，nd1>1.68，Vd1>35， Vd2<45；在第一透镜为负透镜、第二透镜为正透镜的情况下，Vd1<45，nd2>1.68， Vd2>35；
nd3>1.68、Vd3>35；
Vd4<45；
nd5>1.68，Vd5>35；
Vd6>40；
Vd7>40；
nd8>1.68，Vd8<35，
其中，ndi为第i个透镜的折射率，Vdi为第i个透镜的阿贝常数。
优选地，所述第一透镜和第二透镜中的负透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第八透镜朝向像面的一面为凹面。
优选地，所述镜头的光圈值F小于1.4。
优选地，所述镜头的光圈值F等于1。
优选地，所述第七透镜和第八透镜组成胶合透镜。此种技术方案有利于降低镜头的场曲(像面弯曲)，实现大视场角、大像面的清晰成像。
优选地，所述镜头的光谱范围覆盖450nm-900nm。
优选地，所述第一透镜和第二透镜中的正透镜为冕玻璃，负透镜为火石玻璃。
优选地，所述第三透镜和第五透镜为冕玻璃，所述第四透镜为火石玻璃。
本发明的镜头除了具有大光圈之外，还能够获得较大的光谱范围，实现红外共焦。在本发明中，红外共焦是指由于太阳中存在大量人眼不可见的近红外光，并且在监控领域经常会使用850nm近红外灯光进行补光，需要镜头在可见光和近红外波段都能清晰成像，否则会出现泛白的现象，影响成像效果和清晰度。
本发明的镜头具有光圈大、覆盖光谱范围广、结构紧凑、清晰度高的优点，很好地满足了低照度环境下的成像，尤其是野外星光下的成像性能。
附图说明
图1是本发明第一实施例中镜头的结构布局示意图。
图2是第一实施例中镜头的性能曲线：场曲/像散曲线，反映了镜头的场曲/像散性能，场曲和像散越小，镜头性能越好。
图3是第一实施例中镜头的性能曲线：畸变曲线，反应了镜头的畸变性能，畸变是指物体成像后变形程度，越小越好。
图4是本发明第二实施例中镜头的结构布局示意图。
图5是本发明第二实施例中镜头的性能曲线：场曲/像散曲线。
图6是本发明第二实施例中镜头的性能曲线：畸变曲线。
图7是通过限制镜头两端光束，实现渐晕的示意图。
附图标记：
| L1 | 第一透镜 | L5 | 第五透镜 |
| L2 | 第二透镜 | L6 | 第六透镜 |
| L3 | 第三透镜 | L7 | 第七透镜 |
| L4 | 第四透镜 | L8 | 第八透镜 |
具体实施方式
在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明提供了一种大光圈且低成本的镜头。所述镜头包括从物方至像方依次设置的第一透镜至第八透镜。第一透镜和第二透镜中的一个为正透镜，另一个为负透镜。第三透镜具有正光焦度，第四透镜具有负光焦度。第五透镜、第六透镜具有正光焦度。第七透镜具有正光焦度，第八透镜具有负光焦度。其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜为球面透镜。
通过采用上述的镜头结构，以8个球面透镜组合成了一个大光圈的镜头，从而，以一种低成本的方式提供了大光圈镜头。由此形成的镜头的光圈值F 小于1.4，甚至所述镜头的光圈值F能够等于1。
光圈值F＝f/D。F是指光圈值，它是一个比值，没有单位。F表示焦距大小，一般以毫米mm为单位。例如，135相机的标准焦距是50mm。D表示通光口径，单位mm，是指镜头在某一焦距下最大通光孔洞的直径。在某一焦距下，通光口径D越大，光圈值F也就越小，相机接受的光亮也就越多，景深越浅，例如50/1.2，在F1.2时可以达到较浅的景深。
有利的是，所述镜头的光阑位于所述第四透镜和第五透镜之间，或者所述镜头的光阑位于所述第三透镜和第四透镜之间。在一个可选实施例中，镜头光阑位于第四透镜和第五透镜之间。在另一个可选实施例中，镜头光阑位于第三透镜和第四透镜之间。此种技术方案使得两端镜片口径不至于过大。镜头两端的镜片通过减小镜片口径(参见图7)，遮挡边缘视场部分光线不进入镜头，适当增加渐晕，保证边缘相对照度相对于中心视场不低于60％，以降低设计难度、提升边缘视场的成像效果。
为了提高光谱覆盖范围及提高成像清晰度，各透镜的折射率nd和阿贝常数Vd设置为满足下述要求：
在第一透镜为正透镜、第二透镜为负透镜的情况下，nd1>1.68，Vd1>35， Vd2<45；在第一透镜为负透镜、第二透镜为正透镜的情况下，Vd1<45，nd2>1.68， Vd2>35；
nd3>1.68、Vd3>35；
Vd4<45；
nd5>1.68，Vd5>35；
Vd6>40；
Vd7>40；
nd8>1.68，Vd8<35，
其中，ndi为第i个透镜的折射率，Vdi为第i个透镜的阿贝常数。
通过如上设置各透镜的折射率nd和阿贝常数Vd，能够获得较大的光谱范围，例如，所述镜头的光谱范围覆盖450nm-850nm；或者所述镜头的光谱范围覆盖450nm-900nm。从而，本发明的镜头除了具有大光圈之外，还能够获得较大的光谱范围，实现红外共焦。在本发明中，红外共焦是指由于太阳中存在大量人眼不可见的近红外光，并且在监控领域经常会使用850nm近红外灯光进行补光，需要镜头在可见光和近红外波段都能清晰成像，否则会出现泛白的现象，影响成像效果和清晰度。
这样，本发明提供了一种覆盖450nm-900nm的宽光谱的大光圈镜头，能够提高微光下成像效果，不仅提高了镜头光圈和光谱范围，也提高了成像分辨率。
本发明的镜头具有光圈大、覆盖光谱范围广、结构紧凑、清晰度高的优点，很好地满足了低照度环境下的成像，尤其是野外星光下的成像性能。
具体而言，本发明能够提供F1.0光圈的镜头，能够在450～900nm范围内清晰成像；且属于具有较宽视场角的中短焦镜头，能够与大光圈长焦镜头形成互补。
由此得到的镜头的性能可参见图2和图3；或者图5和图6。从图2和图 3或者图5和图6可以看出，本发明的镜头的场曲和像散小，并且畸变较小，从而具有较高的成像清晰度。
在一个备选实施例中，所述第一透镜和第二透镜中的负透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第八透镜朝向像面的一面为凹面。
优选地，所述第七透镜和第八透镜组成胶合透镜。此种技术方案有利于降低镜头的场曲(像面弯曲)，实现大视场角、大像面的清晰成像。
在一个可选实施例中，第一和第二透镜中的正透镜为冕玻璃，负透镜为火石玻璃。此种组合能够降低局部色差，同时折射率较高，有利于降低高级像差。
第一实施例
本发明的第一实施例如图1所示，从物方到像方，依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜。所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为球面透镜。
第一透镜L1具有正光焦度；第二透镜L2具有负光焦度。第一透镜L1为冕玻璃，第二透镜L2为火石玻璃。此种组合能够降低局部色差，同时折射率较高，有利于降低高级像差。
第三透镜具有正光焦度，第四透镜具有负光焦度，第五透镜具有正光焦度。有利的是，第三、四、五透镜构成经典的库克镜头结构，有利于消除局部的像差和色差。
第三、五透镜为冕玻璃，第四透镜为火石玻璃。为了使得第三透镜承担较多的光焦度，将其折射率nd3设置为大于1.68。为了使得第四透镜承担大部分的色差校正的功能，其阿贝色散系数Vd4设置为小于35。
第六、七透镜具有正光焦度。第八透镜具有负光焦度。镜头中的第七透镜和第八透镜组成胶合透镜。第六、七、八透镜承担整个镜头的大部分光焦度，也就是说，由第六、七、八透镜组成的透镜组的焦距与镜头整体焦距f接近，或大致相等。此外，为了使得第八透镜承担局部色差补偿的作用，第八透镜具有较大的色散，色散系数Vd8设置为小于35。
在该实施例中，镜头光阑位于第四透镜和第五透镜之间。镜头光阑对应于图4中的表面S9(STOP)。镜头光阑的孔径为5.93mm。这使得两端镜片口径不至于过大。镜头两端的镜片通过减小镜片口径，遮挡边缘视场部分光线不进入镜头，适当增加渐晕，保证边缘相对照度相对于中心视场不低于60％，以降低设计难度、提升边缘视场的成像效果。
第二透镜L2为双凹透镜，第四透镜L4为双凹透镜，第八透镜L8朝向像面的一面为凹面。这样的设置，有利于减小镜头像差，提高镜头清晰度。第八透镜的负透镜不仅降低了局部色散，也降低了场曲。
具有上述结构的镜头，其光圈值F为F1.0，其光谱范围覆盖450nm-900nm。更具体地，由此获得的镜头的参数如下：
焦距f：12mm；定焦镜头，整组镜头的焦距为12mm；
光圈值(相对孔径)F：f/D＝1；
视场角对角DFOV＝30°(定焦镜头，视场角固定)；
成像光谱范围：450nm-900nm。
各透镜的参数设置(第一实施例)
条件满足情况(第一实施例)
由此得到的镜头的性能参见图2和图3。从图2和图3，此种镜头的场曲和像散小，并且畸变较小，从而具有较高的成像清晰度。
第二实施例
本发明的第二实施例如图4所示，图4所示的镜头从物方至像方依次包括：具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2，具有正光焦度的第三透镜L3，具有负光焦度的第四透镜L4，具有正光焦度的第五透镜L5，具有正光焦度的第六透镜L6、第七透镜L7和具有负光焦度的第八透镜L8。
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为球面透镜。
第一透镜L1为负透镜且为双凹透镜，第四透镜L4为双凹透镜，第八透镜L8朝向像面的一面为凹面。
在该实施例中，镜头光阑位于第四透镜和第五透镜之间。镜头光阑对应于图4中的表面S9(STOP)。镜头光阑的孔径为6.52mm。
第二实施例的镜头的参数如下：
焦距f：12mm；
光圈值(相对孔径)F：f/D＝1；
视场角对角DFOV＝30°；
成像光谱范围：450nm-900nm。
各透镜的参数设置(第二实施例)
条件满足情况(第二实施例)：
| 实施例nd | 实施例Vd | 条件nd | 条件Vd | |
| L1 | 1.60 | 38.2 | - | <45 |
| L2 | 1.80 | 46.6 | >1.68 | >35 |
| L3 | 1.80 | 46.6 | >1.68 | >35 |
| L4 | 1.70 | 36.3 | - | <45 |
| L5 | 1.81 | 45.0 | >1.68 | >35 |
| L6 | 1.61 | 56.7 | - | >40 |
| L7 | 1.68 | 55.2 | - | >40 |
| L8 | 1.85 | 23.8 | >1.68 | <35 |
由此得到的镜头的性能参见图5和图6。从图5和图6可以看出，此种镜头的场曲和像散小，并且畸变较小，从而具有较高的成像清晰度。
整体而言，本发明提供了一种大光圈、红外共焦的镜头方案，能够满足热成像业务部涉及的极端低照度的应用场景，搭配低照度sensor和热成像模组，组成双光手持望远镜系统，可以实现全时段、无光等极限条件的巡逻、监视。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种镜头，其特征在于，所述镜头包括从物方至像方依次设置的下述透镜：
第一透镜和第二透镜，其中，所述第一透镜和第二透镜中的一个为正透镜，另一个为负透镜；
具有正光焦度的第三透镜，具有负光焦度的第四透镜；
具有正光焦度的第五透镜、第六透镜；以及
具有正光焦度的第七透镜和具有负光焦度的第八透镜，
其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜为球面透镜。
2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述镜头的光阑位于所述第四透镜和第五透镜之间，或者所述镜头的光阑位于所述第三透镜和第四透镜之间。
3.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，各透镜的折射率nd和阿贝常数Vd满足下述要求：
在第一透镜为正透镜、第二透镜为负透镜的情况下，nd1>1.68，Vd1>35，Vd2<45；在第一透镜为负透镜、第二透镜为正透镜的情况下，Vd1<45，nd2>1.68，Vd2>35；
nd3>1.68，Vd3>35；
Vd4<45；
nd5>1.68，Vd5>35；
Vd6>40；
Vd7>40；
nd8>1.68，Vd8<35，
其中，ndi为第i个透镜的折射率，Vdi为第i个透镜的阿贝常数。
4.根据权利要求3所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜中的负透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第八透镜朝向像面的一面为凹面。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的镜头，其特征在于，所述镜头的光圈值F小于1.4。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的镜头，其特征在于，所述镜头的光圈值F等于1。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的镜头，其特征在于，所述第七透镜和第八透镜组成胶合透镜。
8.根据权利要求3或4所述的镜头，其特征在于，所述镜头的光谱范围覆盖450nm-900nm。
9.根据权利要求3或4所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜中的正透镜为冕玻璃，负透镜为火石玻璃。
10.根据权利要求3或4所述的镜头，其特征在于，所述第三透镜和第五透镜为冕玻璃，所述第四透镜为火石玻璃。
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