CN111103675A - 一种定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例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正光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、负光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；其中第五透镜和第六透镜为塑料非球面透镜；第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第七透镜均为玻璃球面透镜，第三透镜和第四透镜构成胶合透镜；该定焦镜头满足：f/TTL>0.45；f表示定焦镜头的焦距，TTL表示定焦镜头的光学总长。本发明实施例的技术方案，其焦距大于或等于10mm，在可见光成像清晰的状态下红外成像不离焦，同时达到4K分辨率要求，既降低了成本，又保证了性能。

Description

一种定焦镜头

技术领域

本发明实施例涉及镜头技术，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，各种监控安防设施逐渐普及，对监控环境及像质的要求也越来越高。监控镜头将被摄取目标转换成图像信号，传送给图像处理及识别系统，为道路、商场、学校等地方保存准确的图像信息，为信息采集及查询提供数据。

随着通信行业技术发展和5G逐渐普及，镜头拍摄视频将不受传输速度和带宽限制。而且人们对监控像质的要求越来越高。于是4K(3840×2160)分辨率监控摄像机逐步开始为人们所接受。因为长焦镜头在色差方面矫正相对普通镜头更难，市面上长焦镜头为了达到消色差效果，普遍使用全玻璃镜头，这使得镜头在体积方面偏大，且成本偏高，很难在市场得到普及。

发明内容

本发明实施例提供一种定焦镜头，该定焦镜头具有长度短，焦距大的特点，其焦距大于或等于10mm，且在可见光成像清晰的状态下红外成像不离焦，同时在环境温度-30℃～80℃状态下达到4K分辨率要求，既降低了成本，又保证了性能。

本发明实施例提供一种定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的正光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、负光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；

其中所述第五透镜和所述第六透镜为塑料非球面透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第七透镜均为玻璃球面透镜，所述第三透镜和所述第四透镜构成胶合透镜；

所述定焦镜头满足：

f/TTL>0.45；

其中，f表示所述定焦镜头的焦距，TTL表示所述定焦镜头的光学总长。

可选的，所述第一透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

1.0<|f1/f|<3.8；

其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距；

所述第一透镜的折射率小于1.6。

可选的，所述第二透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

1.0<|f2/f|<3.5；

其中，f2表示所述第二透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

可选的，所述第三透镜的焦距与所述第四透镜的焦距满足：

1.0<|f3/f4|<2.5；

其中，f3表示所述第三透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距。

可选的，所述第三透镜的阿贝数和所述第四透镜的阿贝数满足：

|Vd3-Vd4|>30；

其中，Vd3表示所述第三透镜的阿贝数，Vd4表示所述第四透镜的阿贝数。

可选的，所述第五透镜的焦距与所述第六透镜的焦距满足：

1.0<|f5/f6|<2.5；

其中，f5表示所述第五透镜的焦距，f6表示所述第六透镜的焦距。

可选的，所述第七透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

|f7/f|>1.5；

其中，f7表示所述第七透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

可选的，所述定焦镜头的焦距大于或等于10mm。

可选的，还包括光阑，设置于所述第四透镜与所述第五透镜之间。

可选的，所述第一透镜为弯月型透镜，所述第二透镜为弯月型透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为弯月型透镜，所述第六透镜为弯月型透镜，所述第七透镜为弯月型透镜。

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正光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、负光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；其中第五透镜和第六透镜为塑料非球面透镜；第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜以及第七透镜均为玻璃球面透镜，第三透镜和第四透镜构成胶合透镜；该定焦镜头满足：f/TTL>0.45；其中，f表示定焦镜头的焦距，TTL表示定焦镜头的光学总长。通过采用五片玻璃球面透镜和两片塑料非球面透镜的玻塑混合的光学结构，塑料非球面透镜具有较小的质量和较低的成本，且具有良好的消像差能力；玻璃球面透镜容易加工，温度形变小，有利于实现高低温红外共焦，通过设计处于中间位置的第三透镜和第四透镜胶合，有效平衡色差，通过设置f/TTL>0.45，保证镜头具有长度短、焦距大的特点，其焦距大于或等于10mm，且在可见光成像清晰的状态下红外成像不离焦，同时在环境温度-30℃～80℃状态下达到4K分辨率要求，既降低了成本，又保证了性能。

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定焦镜头在可见光下的调制传递函数MTF曲线示意图；

图3是本发明实施例提供的定焦镜头在红外光下的MTF曲线示意图；

图4是本发明实施例提供的定焦镜头的色差曲线示意图；

图5是本发明实施例提供的定焦镜头的球差曲线示意图。

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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。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。

图1所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图。参考图1，该定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的正光焦度的第一透镜10、正光焦度的第二透镜20、正光焦度的第三透镜30、负光焦度的第四透镜40、负光焦度的第五透镜50、正光焦度的第六透镜60以及正光焦度的第七透镜70；其中第五透镜50和第六透镜60为塑料非球面透镜；第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40以及第七透镜70均为玻璃球面透镜，第三透镜30和第四透镜40构成胶合透镜；该定焦镜头满足：f/TTL>0.45；其中，f表示定焦镜头的焦距，TTL表示定焦镜头的光学总长。

可以理解的是，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以及形状，例如设置正光焦度的第一透镜10和第二透镜20，且第一透镜10受光面较大，用于光线的接收以及成像光线的汇聚；通过设置中间第三透镜30和第四透镜40为胶合透镜，可以有效消除成像时的色差，所有玻璃透镜表面均为球面，球面透镜容易加工，可以有效降低成本，而且玻璃透镜数量较多，玻璃材料随温度变化形变小，有利于实现高低温共焦；第五透镜50和第六透镜60均为塑料非球面透镜，充分利用非球面透镜消除各种像差，且塑料透镜成本低，容易成型，可以使镜头在可见和红外波段实现日夜共焦功能，可选的，本实施例提供的定焦镜头的焦距大于或等于10mm，可以匹配4K成像芯片，具有在环境温度-30℃～80℃状态下实现可见光与红外共焦的功能。

本实施例的技术方案，通过采用五片玻璃球面透镜和两片塑料非球面透镜的玻塑混合的光学结构，塑料非球面透镜具有较小的质量和较低的成本，且具有良好的消像差能力；玻璃球面透镜容易加工，温度形变小，有利于实现高低温红外共焦，通过设计处于中间位置的第三透镜和第四透镜胶合，有效平衡色差，通过设置f/TTL>0.45，保证镜头具有长度短、焦距大的特点，其焦距大于或等于10mm，且在可见光成像清晰的状态下红外成像不离焦，同时在环境温度-30℃～80℃状态下达到4K分辨率要求，既降低了成本，又保证了性能。

在上述技术方案的基础上，继续参考图1，本发明实施例提供的定焦镜头还包括光阑80，设置于第四透镜40与第五透镜50之间。光阑80可以调节视场大小，遮挡远轴光线，避免远轴光线影响成像质量，提高像质。

可选的，第一透镜10为弯月型透镜，第二透镜20为弯月型透镜，第三透镜30为双凸透镜，第四透镜40为双凹透镜，第五透镜50为弯月型透镜，第六透镜60为弯月型透镜，第七透镜70为弯月型透镜。

可以理解的是，在具体实施时，具体透镜形状的可以根据光焦度的设计选择，以上仅是一个具体的示例，不是对本发明实施例的限制。

可选的，第一透镜10的焦距与定焦镜头的焦距满足：

1.0<|f1/f|<3.8；

其中，f1表示第一透镜10的焦距，f表示定焦镜头的焦距；第一透镜10的折射率小于1.6。

可以理解的是，本实施例中，第一透镜10采用正光焦度的透镜，设计1.0<|f1/f|<3.8，可以适用于长焦距镜头，为了更好消除轴向色差，宜采用折射率较小的镜片材料，因此设计第一透镜10的折射率小于1.6。

可选的，第二透镜20的焦距与定焦镜头的焦距满足：

1.0<|f2/f|<3.5；

其中，f2表示第二透镜20的焦距，f表示定焦镜头的焦距。

可以理解的是，本实施例中，第二透镜20采用正光焦度透镜，设计1.0<|f2/f|<3.5，可以有效校正成像过程中的球差及场曲，提升定焦镜头的成像性能。

可选的，第三透镜30的焦距与第四透镜40的焦距满足：

1.0<|f3/f4|<2.5；

其中，f3表示第三透镜30的焦距，f4表示第四透镜40的焦距。

可以理解的是，在本实施例中，第三透镜30与第四透镜40形成胶合透镜，设计1.0<|f3/f4|<2.5，可以有效消除色差，进一步的，为了更好的消除色球差，这种胶合透镜的色散系数一般反差较大，可选的，第三透镜30的阿贝数和第四透镜40的阿贝数满足：

|Vd3-Vd4|>30；

其中，Vd3表示第三透镜的阿贝数，Vd4表示第四透镜的阿贝数。

可选的，第五透镜40的焦距与第六透镜60的焦距满足：

1.0<|f5/f6|<2.5；

其中，f5表示第五透镜50的焦距，f6表示第六透镜60的焦距。

可以理解的是，在本实施例中，第五透镜50和第六透镜60为负透镜和正透镜的组合，两片透镜焦距不同时，它们形成的透镜组焦距可正可负，设计1.0<|f5/f6|<2.5，可以有效消除镜头高低温虚焦。

可选的，第七透镜70的焦距与定焦镜头的焦距满足：

|f7/f|>1.5；

其中，f7表示第七透镜70的焦距，f表示定焦镜头的焦距。

可以理解的是，第七透镜70为正光焦度透镜，用于增加镜头的通光量，其焦距宜设计的较大，本实施例中，设计|f7/f|>1.5，可以有效增加镜头的通光量，又能保证镜头的成像性能。

可选的，在某一实施例中，第一透镜10至第七透镜70满足以下参数：

表1各透镜参数

f1＝31.6～35.9	n1＝1.48～1.68	R1＝14.1～15.6	R2＝72.5～83.4
				f2＝18.3～21.5	n2＝1.75～2.15	R3＝16.3～17.9	R4＝60.7～63.6
f3＝9.6～12.1	n3＝1.48～1.68	R5＝5.2～7.9	R6＝-28.1～-30.5
				f4＝-5.2～-6.1	n4＝1.68～1.92	R6＝-28.1～-30.5	R7＝4.53～6.02
f5＝-23.6～-24.8	n5＝1.56～1.76	R9＝-3.1～-4.8	R10＝-4.9～-5.6
				f6＝15.4～16.9	n6＝1.48～1.68	R11＝-28.6～-32.1	R12＝-6.4～-7.2
f7＝23.6～24.8	n7＝1.48～1.68	R13＝5.2～6.1	R14＝7.3～8.3

其中，f1～f7表示第一透镜至第七透镜的焦距，单位为mm，n1～n7表示第一透镜至第七透镜的折射率，R1、R3、R5、R6、R9、R11、R13依顺序分别表示第一透镜至第七透镜朝向物方一侧表面中心的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14依顺序分别表示第一透镜至第七透镜朝向像方一侧表面中心的曲率半径，其中R6对应第三透镜和第四透镜的胶合面，单位为mm，“-”表示方向为负。

示例性的，表2所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的具体实施例的参数设计值：

表2折射透镜组中透镜的一种设计值

其中，面序号1表示第一透镜10靠近物方的前表面，依次类推，6为胶合面，PL表示该表面为平面；R表示球面半径，正表示球面中心靠近像面一侧，负表示球面中心靠近物面一侧；D表示当前表面到下一个表面的在光轴上距离；nd表示透镜的折射率；k表示非球面的圆锥系数。

可选的，第一透镜10至第七透镜70的面型满足公式：

其中，z表示非球面沿光轴方向在高度为y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表示圆锥系数，A、B、C、D、E、F表示高次非球面系数。

表3所示为上述实施例种各非球面的偶次项系数：

表3各非球面参数

面序号	9	10	11	12
					A	0.002294127	0.0020063342	-0.00027816448	-0.0032884116
B	-0.00071232339	-0.00003560684	0.0003004728	0.00032388354
					C	-1.180629e-004	-6.4114385e-004	5.608263e-005	3.7000205e-006
D	-5.5492541e-005	8.8624013e-005	-2.8286062e-006	1.2679609e-006
					E	1.0911009e-006	-4.2285835e-006	-1.0550893e-007	1.5559292e-007
F	0	0	0	0

其中，面序号9、11分别对应第五透镜50和第六透镜60靠近物面的前表面，面序号10、10分别对应第五透镜50和第六透镜60靠近像面的后表面，-1.180629e-004表示-1.180629×10^-4。

本实施例提供的定焦镜头，在可见光和红外状态下，可实现焦距大于或等于10mm，且均可达到4K像素分辨率，即使在夜晚低照度环境下也可获得清晰画面。同时，本设计在-30℃～80℃环境中使用不跑焦。

具体的，图2所示为本发明实施例提供的定焦镜头在可见光下的调制传递函数MTF曲线示意图，图3所示为本发明实施例提供的定焦镜头红外光下的MTF曲线示意图，图4所示为本发明实施例提供的定焦镜头的色差曲线示意图，图5所示为本发明实施例提供的定焦镜头的球差曲线示意图。其中图2所示的MTF曲线在可见光波长为436nm～656nm条件下得到，图3所示的MTF曲线在红外光波长为850nm条件下得到，本实施例提供的定焦镜头对于可见光与红外光均满足4K分辨率的条件。

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 (10)

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正光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、负光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；

其中所述第五透镜和所述第六透镜为塑料非球面透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第七透镜均为玻璃球面透镜，所述第三透镜和所述第四透镜构成胶合透镜；

所述定焦镜头满足：

f/TTL>0.45；

其中，f表示所述定焦镜头的焦距，TTL表示所述定焦镜头的光学总长。

2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

1.0<|f1/f|<3.8；

其中，f1表示所述第一透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距；

所述第一透镜的折射率小于1.6。

3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

1.0<|f2/f|<3.5；

其中，f2表示所述第二透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

4.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜的焦距与所述第四透镜的焦距满足：

1.0<|f3/f4|<2.5；

其中，f3表示所述第三透镜的焦距，f4表示所述第四透镜的焦距。

5.根据权利要求4所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜的阿贝数和所述第四透镜的阿贝数满足：

|Vd3-Vd4|>30；

其中，Vd3表示所述第三透镜的阿贝数，Vd4表示所述第四透镜的阿贝数。

6.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜的焦距与所述第六透镜的焦距满足：

1.0<|f5/f6|<2.5；

其中，f5表示所述第五透镜的焦距，f6表示所述第六透镜的焦距。

7.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第七透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

|f7/f|>1.5；

其中，f7表示所述第七透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

8.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的焦距大于或等于10mm。

9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，还包括光阑，设置于所述第四透镜与所述第五透镜之间。

10.根据权利要求1～9任一所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为弯月型透镜，所述第二透镜为弯月型透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为弯月型透镜，所述第六透镜为弯月型透镜，所述第七透镜为弯月型透镜。

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