CN110646927A - 一种超广角超大光圈光学镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种超广角超大光圈光学镜头，沿光轴方向从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一弯月型透镜，光焦度为负的第一双凹透镜，光焦度为正的第一胶合透镜组，光焦度为正的第一双凸透镜，光焦度为负的第二胶合透镜组，光焦度为正的第三胶合透镜组，光焦度为正的第四双凸透镜，光焦度为正的第五弯月透镜，滤光片和像面。通过采用合理光焦度分配的具有特定结构形状的透镜组成的超广角超大光圈光学镜头，可以在实现超大光圈情况下兼顾超广角实现超广角和4K像素级解像力。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种超广角超大光圈光学镜头。
背景技术
在安防领域，网络摄像机是安防系统中的常用设备，而镜头是网络摄像机的主要构成部分，镜头性能直接影响成像质量及成像视野，随着安防系统的技术指标需求不断提高，如何提高夜间及微光条件下的成像视野成为安防行业的一大课题，现有方案的超广角镜头光圈普遍在2.0左右，而现有方案的超大光圈镜头视场角普遍在100度以下，由于具有比普通镜头更大的通光量，大光圈镜头在相同的环境下比普通镜头的图像亮度更高，在昏暗的环境下亦能呈现比较好的效果，因此在安防监控行业中深受欢迎。然而大光圈兼顾超广角带来更大成像视野同时更加难以矫正的像差，使得传统结构设计制造的大光圈镜头难以兼顾大视场角且普遍分辨率不高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种超广角超大光圈光学镜头。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种超广角超大光圈光学镜头，其特征在于：沿光轴方向从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一弯月型透镜，光焦度为负的第一双凹透镜，光焦度为正的第一胶合透镜组，光焦度为正的第一双凸透镜，光焦度为负的第二胶合透镜组，光焦度为正的第三胶合透镜组，光焦度为正的第四双凸透镜，光焦度为正的第五弯月透镜，滤光片和像面；
所述第二胶合透镜组的有效焦距与超广角超大光圈光学镜头的有效焦距满足第一设定关系，所述第三胶合透镜组的有效焦距与超广角超大光圈光学镜头的有效焦距满足第二设定关系；
其中，所述第一设定关系为：6.75＜|fB/f|＜7.25，
所述第二设定关系为：16.8＜|fC/f|＜17.8，
所述超广角超大光圈光学镜头满足下列条件式：L/h<4.3
其中：L表示所述超广角超大光圈光学镜头的总长度，h表示所述像面的大小；
fB表示所述第二胶合透镜组的有效焦距，fC表示所述第三胶合透镜组的有效焦距，f表示所述超广角超大光圈光学镜头的有效焦距。
优选地，所述第一弯月型透镜朝向所述物侧的表面为凸面。
优选地，光焦度为正的第二弯月透镜，凸面朝向像测，光焦度为负的第三弯月透镜，凸面朝向像测；所述第二弯月透镜和所述第三弯月透镜无缝胶合以形成第一胶合透镜组。
优选地，光焦度为正的第二双凸透镜，光焦度为负的第二双凸透镜；所述第二双凸透镜和所述第二双凹透镜无缝胶合以形成第二胶合透镜组。
优选地，光焦度为正的第三双凸透镜，光焦度为负的第四弯月透镜，凸面朝向像测；所述第三双凸透镜和所述第四弯月透镜无缝胶合以形成第三胶合透镜组。
优选地，所述第二双凸透镜、第三双凸透镜、第四双凸透镜的阿贝系数均大于65。
优选地，所述第三弯月透镜的折射率均大于1.9。
优选地，所述第一双凸透镜的折射率与所述第四弯月透镜的折射率均大于2.0。
本发明的有益效果是:相对于现有技术，通过采用合理光焦度分配的具有特定结构形状的透镜组成的超广角超大光圈光学镜头，可以在实现超大光圈情况下兼顾超广角实现超广角和4K像素级解像力。实现了超广角和超大光圈的兼顾，视场角最大达到150°-160°。光圈更大，F NO.达到0.9，在夜晚不需要补光也能清晰成像，微光效果更优良。总长短，低于30mm。解像力更高，可匹配4K芯片(八百万像素以上)。此外，本发明超广角超大光圈光学镜头亦具有较低的成本。采用本发明提供的光学透镜系统的结构形状，光学玻璃材质的阿贝系数等参数与成像条件匹配较佳，使得透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正，满足4K摄像机的使用要求且结构紧凑、外形尺寸小。另外，所有的光学透镜均采用球面设计，镜片冷加工工艺性能良好，玻璃材质成本低且成品镜头价格也较低，量产良率高；可广泛应用于安防监控领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例的300lp/mmMTF解析图；
图3为本发明实施例的160lp/mmMTF解析图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种超广角超大光圈光学镜头，沿光轴方向从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一弯月型透镜1，光焦度为负的第一双凹透镜2，光焦度为正的第一胶合透镜组A，光焦度为正的第一双凸透镜5，光焦度为负的第二胶合透镜组B，光焦度为正的第三胶合透镜组C，光焦度为正的第四双凸透镜10，光焦度为正的第五弯月透镜11，滤光片和像面；其中，所述第一弯月型透镜朝向所述物侧的表面为凸面。
在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，如图1所示，第一胶合透镜组A包括：光焦度为正的第二弯月透镜3，凸面朝向像测；光焦度为负的第三弯月透镜4，凸面朝向像测；所述第二弯月透镜和所述第三弯月透镜无缝胶合以形成第一胶合透镜组A。由于光焦度为正的第二弯月透镜3具有负色差，光焦度为负的第三弯月透镜4具有正色差，通过将光焦度为正的第二弯月透镜3和光焦度为负的第三弯月透镜4无缝胶合以形成第一胶合透镜组以实现色差相互补偿，消除色差，优化成像的清晰度，改善光学系统的像质，提高分辨率。
在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，如图1所示，第二胶合透镜组B包括：光焦度为正的第二双凸透镜6；光焦度为负的第二双凹透镜7；所述第二双凸透镜6和所述第二双凹透镜7无缝胶合以形成第二胶合透镜组B。第二胶合透镜组与第一胶合透镜组作用类似，用于色差相互补偿，消除色差，优化成像的清晰度，改善光学系统的像质，提高分辨率。
具体实施时，在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，如图1所示，第三胶合透镜组C包括：光焦度为正的第三双凸透镜8；光焦度为负的第四弯月透镜9，凸面朝向像测；所述第三双凸透镜8、所述第四弯月透镜9无缝胶合以形成第三胶合透镜组C。第三胶合透镜组与第一胶合透镜组作用类似，用于色差相互补偿，消除色差，优化成像的清晰度，改善光学系统的像质，提高分辨率。
进一步地，具体实施时，在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，所述第二双凸透镜6、第三双凸透镜8、第四双凸透镜10的阿贝系数均大于65。
进一步地，在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，所述超广角超大光圈光学镜头的相对孔径为F0.9。
进一步地，在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，所述第二胶合透镜组的有效焦距与所述超广角超大光圈光学镜头的有效焦距满足第一设定关系，所述第三胶合透镜组的有效焦距与所述光学镜头的有效焦距满足第二设定关系；
其中，所述第一设定关系为：6.75＜|fB/f|＜7.25，
所述第二设定关系为：16.8＜|fC/f|＜17.8，fB表示所述第二胶合透镜组的有效焦距，fC表示所述第三胶合透镜组的有效焦距，f表示所述超广角超大光圈光学镜头的有效焦距。当|fB/f|的值超过上限7.25时，fB相对变大，即光焦度相对变小，使得光学后焦不足，结构空间难以排布红滤光片自动切换装置等零件；当|fB/f|的值低于下限6.75时，fB相对变小，即光焦度相对变大，如此会造成高级像差增大。因此，本发明实施例中的超广角超大光圈光学镜头在满足条件6.75＜|fB/f|＜7.25时，能够实现较佳的成像质量，以及合理的结构空间形式。
进一步地，具体实施时，在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，第二胶合透镜组的有效焦距与超广角超大光圈光学镜头的有效焦距满足第二设定关系，第二设定关系为：16.8＜|fC/f|＜17.8，fC表示第二胶合透镜组的有效焦距，f表示超广角超大光圈光学镜头的有效焦距。当|fC/f|的值超过上限17.8时，fC相对变大，即光焦度相对变小，使得光学系统总长过长，破坏了镜头的小型化；当|fC/f|的值低于下限16.8时，fC相对变小，即光焦度相对变大，如此会造成高级像差增大，从而需要大量的透镜，而使由较少的透镜结构实现成像性能良好的光学系统变得困难。因此，本发明实施例中的超广角超大光圈光学镜头在满足条件16.8＜|fC/f|＜17.8时，在实现合理的结构空间形式的同时具有较佳的成像质量。
进一步地，在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，所述超广角超大光圈光学镜头满足下列条件式：L/h<4.3
其中：L表示所述超广角超大光圈光学镜头的总长度，h表示所述像面的大小。
进一步地，在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，所述第二弯月透镜的折射率与所述第三弯月透镜的折射率均大于1.9。
进一步地，在本发明实施例提供的上述超广角超大光圈光学镜头中，所述第一双凸透镜的折射率与所述第四弯月透镜的折射率均大于2.0。
以下内容将举出本发明实施例超广角超大光圈光学镜头的两个实施例。需要注意的是，下述的表一所列的数据为本发明的优选数据，并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的变动，其仍应属于本发明的范畴内。
其中，表一提供的光学系统有效焦距为3.12mm，通光孔径为F/0.9，光学系统总长为30mm。在表1中，镜面序号1、2依次代表透镜1的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号3、4代表透镜2的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号5代表透镜3朝向物方的镜面，镜面序号6代表透镜3和透镜4的胶合面，镜面序号7代表透镜4朝向像方的镜面，镜面序号8、9代表透镜5的沿光线入射方向的两个镜面，，镜面序号10代表透镜6朝向物方的镜面，镜面序号11代表透镜6和透镜7的胶合面，镜面序号12代表透镜7朝向像方的镜面，镜面序号13代表透镜8朝向物方的镜面，镜面序号14代表透镜8和透镜9的胶合面，镜面序号15代表透镜9朝向像方的镜面，镜面序号16、17依次代表透镜10的沿光线入射方向的两个镜面，镜面序号18、19代表透镜11的沿光线入射方向的两个镜面，
6.75＜|fB/f|＜7.25，
所述第二设定关系为：16.8＜|fC/f|＜17.8
具体实施时，在上述实施例中，滤光片的厚度为0.700mm，折射率为1.517，阿贝常数为64.212；在本发明实施例中，|fB/f|＝|-21.646746/3.12|＝6.938，满足6.75＜|fB/f|＜7.25。在本发明实施例一中，|fC/f|＝54.241873/3.12＝17.385，满足16.8＜|fC/f|＜17.8。
在本发明实施例中，第二双凸透镜的阿贝系数为68.624378、第三双凸透镜的阿贝系数为68.624378第四双凸透镜的阿贝系数为81.608379，满足均大于65。
在本发明实施例中，第二弯月透镜的折射率为1.921189，第三弯月透镜的折射率为1.945945满足均大于1.9。第一双凸透镜的折射率为2.000694与所述第四弯月透镜的折射率为2.000694满足均大于2.0。
在本发明实施例中，由表一可计算出，超广角超大光圈光学镜头的视场角2w为154度，相对孔径为0.9。在本发明实施例中，镜头总长为30mm，结构较紧凑。图2和图3分别为可见光波段的调制传递函数(MTF)曲线图，代表了光学系统的综合解像能力，图中横轴表示空间频率，单位：圈数每毫米(cycles/mm)，纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值，MTF的数值用来评价镜头的成像质量，取值范围为0-1，特别指出，光学传递函数是用来评价一个光学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，对真实图像的还原能力越强；从图2可以看出，可见光波段在空间频率为300lp/mm时，中心附近成像区域MTF>0.6,成像质量非常好，从图3中可以看出，可见光波段在空间频率为160lp/mm时，全视场的MTF>0.4，本具体实现方式提供的超广角超大光圈光学镜头对各种像差，如球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差等进行了校正，从而提高了分辨率，可以实现在白光下，镜头性能达到4K 800万像素的分辨率。由图2和图3可知，本发明实施例的超广角超大光圈光学镜头已经将各种像差校正及平衡到一个较好的水平。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种超广角超大光圈光学镜头，其特征在于：沿光轴方向从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一弯月型透镜，光焦度为负的第一双凹透镜，光焦度为正的第一胶合透镜组，光焦度为正的第一双凸透镜，光焦度为负的第二胶合透镜组，光焦度为正的第三胶合透镜组，光焦度为正的第四双凸透镜，光焦度为正的第五弯月透镜，滤光片和像面；
所述第二胶合透镜组的有效焦距与超广角超大光圈光学镜头的有效焦距满足第一设定关系，所述第三胶合透镜组的有效焦距与超广角超大光圈光学镜头的有效焦距满足第二设定关系；
其中，所述第一设定关系为：6.75＜|fB/f|＜7.25，
所述第二设定关系为：16.8＜|fC/f|＜17.8，
所述超广角超大光圈光学镜头满足下列条件式：L/h<4.3
其中：L表示所述超广角超大光圈光学镜头的总长度，h表示所述像面的大小；
fB表示所述第二胶合透镜组的有效焦距，fC表示所述第三胶合透镜组的有效焦距，f表示所述超广角超大光圈光学镜头的有效焦距。
2.根据权利要求1所述的超广角超大光圈光学镜头，其特征在于：所述第一弯月型透镜朝向所述物侧的表面为凸面。
3.根据权利要求1所述的超广角超大光圈光学镜头，其特征在于：所述第一胶合透镜组包括：光焦度为正的第二弯月透镜，凸面朝向像测，光焦度为负的第三弯月透镜，凸面朝向像测；所述第二弯月透镜和所述第三弯月透镜无缝胶合以形成第一胶合透镜组。
4.根据权利要求1所述的超广角超大光圈光学镜头，其特征在于：所述第二胶合透镜组包括：光焦度为正的第二双凸透镜，光焦度为负的第二双凸透镜；所述第二双凸透镜和所述第二双凹透镜无缝胶合以形成第二胶合透镜组。
5.根据权利要求1所述的超广角超大光圈光学镜头，其特征在于：所述第三胶合透镜组包括：光焦度为正的第三双凸透镜，光焦度为负的第四弯月透镜，凸面朝向像测；所述第三双凸透镜和所述第四弯月透镜无缝胶合以形成第三胶合透镜组。
6.根据权利要求1所述的超广角超大光圈光学镜头，其特征在于：所述第二双凸透镜、第三双凸透镜、第四双凸透镜的阿贝系数均大于65。
7.根据权利要求1所述的超广角超大光圈光学镜头，其特征在于：所述第三弯月透镜的折射率均大于1.9。
8.根据权利要求1所述的超广角超大光圈光学镜头，其特征在于：所述第一双凸透镜的折射率与所述第四弯月透镜的折射率均大于2.0。
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