CN111142236A - 一种广角大光圈定焦镜头 - Google Patents

一种广角大光圈定焦镜头 Download PDF

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郭少琴
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Abstract

本发明涉及一种广角大光圈定焦镜头，其内设有镜头组，所述镜头组包括由物方到像方沿光轴方向依次设置的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、负光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜、负光焦度的第八透镜以及正光焦度的第九透镜。该发明克服了现有匹配1/1.8”像面芯片的广角大光圈定焦镜头体积大(光学总长大)的缺点，通过采用优选光学条件的九片镜片的搭配，光学总长短，并实现了日夜共焦、高低温温漂补偿功能。

Description

一种广角大光圈定焦镜头
技术领域
本发明涉及一种广角大光圈定焦镜头，特别应用于安防高清监控领域。
背景技术
目前市场上的安防监控定焦镜头以两百万或三百万像素的产品居多，其光圈值一般大于F2.0，匹配1/2.7”像面的成像芯片。其虽能满足一般场合的监控需求，但对于低照度、超高清的使用需求场景则难以胜任。近年来，1/1.8”像面的高分辨率成像芯片逐渐得到普及，价格也逐渐为市场所接受，市面上虽然有匹配此类芯片的广角大光圈CS接口产品或M12接口镜头，但此类镜头的光学总长一般会在30mm以上，尚难找到同时匹配此类芯片且光学总长小的广角大光圈高清镜头。因此提供一种匹配1/1.8”像面芯片且体积小巧(光学总长小)的广角大光圈定焦镜头己成为当务之亟。
发明内容
为了克服现有匹配1/1.8”像面芯片的广角大光圈定焦镜头体积大(光学总长大)的缺点，本发明提供一种广角大光圈定焦镜头，通过采用优选光学条件的九片镜片的搭配设计，具有广角大光圈且体积小巧(光学总长小)的优点。
本发明的技术方案如下：
一种广角大光圈定焦镜头，其内设有镜头组，所述镜头组包括由物方到像方沿光轴方向依次设置的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、负光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜、负光焦度的第八透镜以及正光焦度的第九透镜；其中，第四透镜与第五透镜、第七透镜与第八透镜分别为胶合镜片；
所述第一透镜为一凸一凹的弯月形透镜，所述第二透镜为一凹一凸或双凹形的非球面透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凹透镜，所述第九透镜为双凸非球面透镜；
且所述各透镜满足以下的光学条件：
1.72<n1<1.98,28.1<v1<46.8；
1.47<n2<1.66,50.6<v2<60.5；
1.71<n3<1.92,28.3<v3<49.7；
1.48<n4<1.63,48.5<v4<70.7；
1.80<n5<2.05,25.3<v5<48.0；
1.49<n6<1.84,52.2<v6<81.8；
1.49<n7<1.71,63.3<v7<81.8；
1.75<n8<2.00,17.5<v8<35.9；
1.48<n9<1.68,50.6<v9<60.5；
其中n1-n9为第一透镜到第九透镜的折射率，v1-v9为第一透镜到第九透镜的阿贝系数。
本申请的广角大光圈定焦镜头通过上述九片透镜的联用，并通过对其正负光焦度分布、胶合状态、折射率、阿贝系数以及透镜形状等参数的优选，在兼具广角大光圈特性的基础上，能匹配1/1.8”芯片的像面芯片，同时结构紧凑，将光学总长控制在25mm以内，结构上可以匹配M12接口，用于小型化的摄像机，有效减小了镜头的整体体积。该镜头的光学主要指标如下：光圈值F＝1.6，对角线视场角2ω＝154°，光学总长与焦距的比值TTL/f小于6.9，工作光谱在420nm-850nm的可见光及近红外波段，分辨率达到5MP像素高清。
其中，所述第一透镜和第二透镜均采用负光焦度透镜，其作用是降低光线的入射角，以达到广角效果，同时第二透镜采用非球面透镜，降低了系统的光学畸变；第三透镜采用高折射率材料，并合理分配光焦度，使第六透镜分担的光焦度不至于过大。第四透镜和第五透镜为胶合组件，由冕牌及火石玻璃配对，降低系统色差。第七透镜采用超低色散玻璃，且配合与第八透镜的胶合，用于降低系统的轴向色差，实现可见光和红外光的日夜共焦功能。第九透镜为非球面透镜，用于校正场曲，使像面中心和边缘区域清晰度更为一致。且两个非球面透镜的使用减小了整体系统的光学总长。
所述各透镜的焦距满足以下的光学条件：
1.0<|f1/f|<2.25；
1.65<|f6/f|<3.8；
1.6<|f9/f|<4.5；
其中，f1为第一透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距，f9为第九透镜的焦距，f为广角大光圈定焦镜头的总焦距。
优选焦距条件使得该广角大光圈定焦镜头的成像效果更佳。
第二透镜与第九透镜均为塑料透镜，混合使用玻璃透镜和塑料非球面透镜，能使得整体系统的体积小、重量轻、成本低。同时，利用塑料透镜和玻璃透镜不同的温度特性进行补偿设计，能实现-30℃-70℃下的焦点温漂校正。
所述第一透镜与第二透镜、第三透镜与第四透镜均直接紧靠装配，第二透镜与第三透镜、第五透镜与第六透镜、第六透镜与第七透镜、第八透镜与第九透镜均通过隔圈紧靠装配。
与现有技术相比，本发明申请具有以下优点：
1)本申请的广角大光圈定焦镜头的光圈大，达到F1.6，优于市面上多数为F2.0的产品，低照度环境下能有更好的成像表现；视场角大，对角线视场角达到154°，可以监控更广阔的区域；
2)在兼具广角大光圈特性的基础上，能匹配1/1.8”芯片的像面芯片，同时结构紧凑，将光学总长控制在25mm以内，结构上可以匹配M12接口，用于小型化的摄像机；
3)利用塑料透镜和玻璃透镜不同的温度特性进行补偿设计实现了-30℃-70℃下的焦点温漂校正，使镜头可适应复杂的温度环境，能在不同环境条件下使用，具有广阔市场价值。
附图说明
图1是本发明所述的广角大光圈定焦镜头的光学系统结构示意图一；
图2是本发明所述的广角大光圈定焦镜头的光学系统结构示意图二；
图3是本发明所述的广角大光圈定焦镜头的MTF传函曲线图；
图4是本发明所述的广角大光圈定焦镜头的场曲畸变图；
图5是本发明所述的广角大光圈定焦镜头的光扇图；
图6是本发明所述的广角大光圈定焦镜头的红外光MTF传函曲线图；
图7是本发明所述的广角大光圈定焦镜头在-30℃时的MTF传函曲线图；
图8是本发明所述的广角大光圈定焦镜头在70℃时的MTF传函曲线图。
标号说明：
第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、平板保护玻璃10。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-8对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1-2所示，本发明所述的一种广角大光圈定焦镜头，其内设有镜头组，所述镜头组包括由物方到像方沿光轴方向依次设置的负光焦度的第一透镜1、负光焦度的第二透镜2、正光焦度的第三透镜3、负光焦度的第四透镜4、正光焦度的第五透镜5、正光焦度的第六透镜6、正光焦度的第七透镜7、负光焦度的第八透镜8以及正光焦度的第九透镜9；其中，第四透镜4与第五透镜5、第七透镜7与第八透镜8均为胶合镜片；
所述第一透镜为一凸一凹的弯月形透镜，所述第二透镜为一凹一凸或双凹形的非球面透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凹透镜，所述第九透镜为双凸非球面透镜；
且所述各透镜满足以下的光学条件：
1.72<n1<1.98,28.1<v1<46.8；
1.47<n2<1.66,50.6<v2<60.5；
1.71<n3<1.92,28.3<v3<49.7；
1.48<n4<1.63,48.5<v4<70.7；
1.80<n5<2.05,25.3<v5<48.0；
1.49<n6<1.84,52.2<v6<81.8；
1.49<n7<1.71,63.3<v7<81.8；
1.75<n8<2.00,17.5<v8<35.9；
1.48<n9<1.68,50.6<v9<60.5；
其中n1-n9为第一透镜1到第九透镜9的折射率，v1-v9为第一透镜1到第九透镜9的阿贝系数。
所述各透镜的焦距满足以下的光学条件：
1.0<|f1/f|<2.25；
1.65<|f6/f|<3.8；
1.6<|f9/f|<4.5；
其中，f1为第一透镜1的焦距，f6为第六透镜6的焦距，f9为第九透镜9的焦距，f为广角大光圈定焦镜头的总焦距。
第二透镜2与第九透镜9均为塑料透镜。
所述第一透镜1与第二透镜2、第三透镜3与第四透镜4均直接紧靠装配，第二透镜2与第三透镜3、第五透镜5与第六透镜6、第六透镜6与第七透镜7、第八透镜8与第九透镜9均通过隔圈紧靠装配。
现列举一组上述镜头的相关信息：
面号S R d n
1 14.81 0.7 1.84
2 3.58 2.80
3 -6.09 1.3 1.54
4 -75.18 0.21
5 17.44 2.12 1.84
6 -9.78 0.29
7 -5.53 0.72 1.49
8 28.68 3.08 1.90
9 -13.90 0.1
10 11.0 1.91 1.59
11 -11.0 0.1
12 8.85 1.87 1.59
13 -5.65 0.72 1.85
14 7.01 1.41
15 8.17 2.38 1.54
16 -9.03 3.9
17 Infinity 0.75 1.52
18 Infinity
表1相关光学数据
其中，R表示对应镜面的曲率半径，d表示对应镜片的中心厚度或空气间隔，n表示对应镜片的折射率。第17和18面为镜头后方的平板保护玻璃10。
面号S k A B C D E
3 -8.7 -3.52E-003 3.4E-004 -2.64E-005 9.50E-007 5.33E-020
4 0 9.2E-004 2.74E-005 -1.01E-005 6.33E-007 -4.26E-019
15 3.17 -2.12E-003 1.04E-004 -1.85E-005 1.43E-006 -5.96E-008
16 -1.70 -2.62E-004 2.41E-005 -2.91E-006 3.09E-007 -1.29E-008
表2第二透镜L2和第九透镜L9的非球面相关参数
所述第二透镜和第九透镜均采用非球面透镜，其表面形状均符合以下公式：
Figure BDA0002377114930000051
其中，c＝1/R,R表示非球面中心的顶点曲率半径，r表示透镜以光轴为基准的径向坐标值，z表示透镜径向坐标为r处对应的矢高，k表示圆锥系数，A、B、C、D、E分别表示各阶非球面系数。
附图3-8的说明：
附图3是本申请广角大光圈定焦镜头的可见光MTF传函曲线图，其在环境温度为20℃中，在200lp/mm空间频率处，中心视场高于0.4,0.7视场高于0.3，对应1/1.8”像面的芯片，分辨率高于五百万像素；
附图4是本申请广角大光圈定焦镜头的场曲畸变图，从图中可见场曲控制在0.05mm内，光学畸变在70％以内，对于广角镜头来说是可接受的水平；从附图5的光扇图可见本申请广角大光圈定焦镜头的最大视场垂直色差控制在8μm以内，不会产生明显的色边；
附图6是本申请广角大光圈定焦镜头的850nm红外光MTF传函曲线图，在120lp/mm空间频率处，中心视场高于0.6,0.7视场高于0.3，对应1/1.8”像面的芯片的全视场分辨率高于两百万像素，满足夜间共焦成像的需求；
附图7和附图8分别是本申请广角大光圈定焦镜头在-30℃和70℃下的可见光MTF传函曲线图，对比附图3可知，在200lp/mm空间频率处，中心视场数值仍然都高于0.4，0.7视场只是在70℃时稍微低于0.3，整体的MTF曲线并没有出现明显的降低，即在高低温环境下本专利的分辨率仍能维持五百万像素之上。
本发明所述的广角大光圈定焦镜头并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种广角大光圈定焦镜头，其特征在于：其内设有镜头组，所述镜头组包括由物方到像方沿光轴方向依次设置的负光焦度的第一透镜(1)、负光焦度的第二透镜(2)、正光焦度的第三透镜(3)、负光焦度的第四透镜(4)、正光焦度的第五透镜(5)、正光焦度的第六透镜(6)、正光焦度的第七透镜(7)、负光焦度的第八透镜(8)以及正光焦度的第九透镜(9)；其中，第四透镜(4)与第五透镜(5)、第七透镜(7)与第八透镜(8)均为胶合镜片；
所述第一透镜为一凸一凹的弯月形透镜，所述第二透镜为一凹一凸或双凹形的非球面透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凹透镜，所述第九透镜为双凸非球面透镜；
且所述各透镜满足以下的光学条件：
1.72<n1<1.98,28.1<v1<46.8；
1.47<n2<1.66,50.6<v2<60.5；
1.71<n3<1.92,28.3<v3<49.7；
1.48<n4<1.63,48.5<v4<70.7；
1.80<n5<2.05,25.3<v5<48.0；
1.49<n6<1.84,52.2<v6<81.8；
1.49<n7<1.71,63.3<v7<81.8；
1.75<n8<2.00,17.5<v8<35.9；
1.48<n9<1.68,50.6<v9<60.5；
其中n1-n9为第一透镜(1)到第九透镜(9)的折射率，v1-v9为第一透镜(1)到第九透镜(9)的阿贝系数。
2.根据权利要求1所述的广角大光圈定焦镜头，其特征在于：所述各透镜的焦距满足以下的光学条件：
1.0<|f1/f|<2.25；
1.65<|f6/f|<3.8；
1.6<|f9/f|<4.5；
其中，f1为第一透镜(1)的焦距，f6为第六透镜(6)的焦距，f9为第九透镜(9)的焦距，f为广角大光圈定焦镜头的总焦距。
3.根据权利要求1所述的广角大光圈定焦镜头，其特征在于：第二透镜(2)与第九透镜(9)均为塑料透镜。
4.根据权利要求1所述的广角大光圈定焦镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)与第二透镜(2)、第三透镜(3)与第四透镜(4)均直接紧靠装配，第二透镜(2)与第三透镜(3)、第五透镜(5)与第六透镜(6)、第六透镜(6)与第七透镜(7)、第八透镜(8)与第九透镜(9)均通过隔圈紧靠装配。
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