CN111239984A - 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、光阑、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜以及正光焦度或负光焦度的第八透镜；其中，第一透镜、第三透镜、第五透镜以及第六透镜均为球面透镜，第五透镜和第六透镜构成胶合透镜；第二透镜、第四透镜、第七透镜以及第八透镜均为非球面透镜。本发明实施例提供的定焦镜头，具有超大通光量的特点，特别适合复杂条件下的监控需求，可以达到F0.8～1.2的大光圈，支持1/1.8英寸的像面，视场角范围可以达到90°～130°。

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，对安防也有了更高层次的要求，监控镜头随即诞生。与变焦镜头相比，定焦镜头设计、制造简单，拍摄的运动物体的图像清晰稳定，画面细腻，使之在安防监控行业占据重要地位。

目前图像传感器厂家已经推出了1/1.8英寸的大像面低照度图像传感器，拥有更好的受光能力。然而，能满足该需求的现有技术的镜头存在着光圈虚标、体积过大、良品率低、最高仅支持2百万像素等问题，因此小体积、高性价比、大光圈范围的1/1.8英寸超低照度镜头就显得很有必要。

发明内容

本发明实施例提供一种定焦镜头，该定焦镜头具有超大通光量的特点，特别适合复杂条件下的监控需求，可以达到F0.8～1.2的大光圈，支持1/1.8英寸的像面，视场角范围可以达到90°～130°。

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、光阑、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜以及正光焦度或负光焦度的第八透镜；

其中，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜均为球面透镜，所述第五透镜和所述第六透镜构成胶合透镜；所述第二透镜、所述第四透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜均为非球面透镜。

可选的，所述第一透镜至所述第七透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

1.5<|f1/f|<3.5；

3.2<|f2/f|<5.6；

0.8<|f12/f|<2.2；

1.0<|f3/f|<2.3；

6.0<|f4/f|<8.5；

0.7<|f5/f|<2.0；

0.7<|f6/f|<2.0；

|f56/f|>10；

2.0<|f7/f|<4.0；

其中f1、f2、f3、f4、f5、f6和f7分别表示所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的焦距，f12表示所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，f56表示所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

可选的，所述第二透镜和所述第七透镜的阿贝数均大于50。

可选的，所述第三透镜的折射率大于1.8，所述第四透镜的折射率大于1.6，所述第五透镜的折射率大于1.8。

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，所述第四透镜为弯月型透镜，所述第五透镜为双凹透镜，所述第六透镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凸透镜。

可选的，所述第一透镜为凸凹透镜，凸面朝向物方一侧，所述第二透镜为凸凹透镜，凸面朝向物方一侧，所述第四透镜为凹凸透镜，凸面朝向像方一侧。

可选的，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜均为玻璃球面透镜；所述第二透镜、所述第四透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜均为塑料非球面透镜。

可选的，所述定焦镜头满足：4.0<TTL/f<7.0；

其中TTL表示所述定焦镜头的光学总长，f表示所述定焦镜头的焦距。

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、光阑、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜以及正光焦度或负光焦度的第八透镜；其中，第一透镜、第三透镜、第五透镜以及第六透镜均为球面透镜，第五透镜和第六透镜构成胶合透镜；第二透镜、第四透镜、第七透镜以及第八透镜均为非球面透镜。通过设置负光焦度的第一透镜和第二透镜，对于大视场光学系统起到收集光线的作用，且第二透镜收集光线的同时可以校正畸变的大小；通过设置正光焦度的第三透镜，转折光路的同时校正系统球差；通过设置负光焦度的第四透镜，更有利于轴外视场像差的校正；通过将第五透镜和第六透镜设置为负正光焦度双胶合透镜的形式，有利于系统色差的校正；同时第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜构成关于光阑对称的高斯结构，更有利于系统轴外像差的校正；通过设置正光焦度的第七透镜，有利于系统场曲和像散校正的同时，可以改变光线的方向，有效降低系统的主光线倾斜角；第八透镜的光焦度可正可负，用于对光线经过前面七片透镜后残余像差的校正；通过球面透镜和非球面透镜的搭配，从而实现一种适合复杂条件下监控需求的大通光定焦镜头，且可以达到F0.8～1.2的大光圈，支持1/1.8英寸的像面，视场角范围可以达到90°～130°。

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一种定焦镜头的球差示意图；

图3是本发明实施例提供的一种定焦镜头的场曲示意图；

图4是本发明实施例提供的一种定焦镜头的畸变示意图。

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，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负光焦度的第一透镜10、负光焦度的第二透镜20、正光焦度的第三透镜30、负光焦度的第四透镜40、光阑90、负光焦度的第五透镜50、正光焦度的第六透镜60、正光焦度的第七透镜70以及正光焦度或负光焦度的第八透镜80；其中，第一透镜10、第三透镜30、第五透镜50以及第六透镜60均为球面透镜，第五透镜50和第六透镜60构成胶合透镜；第二透镜20、第四透镜40、第七透镜70以及第八透镜80均为非球面透镜。

其中，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，可以使镜头具有大通光量，可选的，本实施例提供的定焦镜头的光学总长TTL满足28mm≤TTL≤32mm，光圈F可以达到0.8～1.2，支持1/1.8英寸的像面，视场角FOV范围可以达到90°～130°。在本发明的一个实施例中，定焦镜头的焦距f＝5.2mm，光圈F＝1.08，视场角可以达到112°，可以匹配1/1.8英寸的成像组件，具有通光量大、分辨率高的优点。

本实施例的技术方案，通过设置负光焦度的第一透镜和第二透镜，对于大视场光学系统起到收集光线的作用，且第二透镜收集光线的同时可以校正畸变的大小；通过设置正光焦度的第三透镜，转折光路的同时校正系统球差；通过设置负光焦度的第四透镜，更有利于轴外视场像差的校正；通过将第五透镜和第六透镜设置为负正光焦度双胶合透镜的形式，有利于系统色差的校正；同时第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜构成关于光阑对称的高斯结构，更有利于系统轴外像差的校正；通过设置正光焦度的第七透镜，有利于系统场曲和像散校正的同时，可以改变光线的方向，有效降低系统的主光线倾斜角；第八透镜的光焦度可正可负，用于对光线经过前面七片透镜后残余像差的校正；通过球面透镜和非球面透镜的搭配，从而实现一种适合复杂条件下监控需求的大通光定焦镜头，且可以达到F0.8-1.2的大光圈，支持1/1.8英寸的像面，视场角范围可以达到90°～130°。

在上述技术方案的基础上，可选的，第一透镜10至第七透镜70的焦距与定焦镜头的焦距满足：

1.5<|f1/f|<3.5；

3.2<|f2/f|<5.6；

0.8<|f12/f|<2.2；

1.0<|f3/f|<2.3；

6.0<|f4/f|<8.5；

0.7<|f5/f|<2.0；

0.7<|f6/f|<2.0；

|f56/f|>10；

2.0<|f7/f|<4.0；

其中f1、f2、f3、f4、f5、f6和f7分别表示第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60和第七透镜70的焦距，f12表示第一透镜10和第二透镜20的组合焦距，f56表示第五透镜50和第六透镜60的组合焦距，f表示定焦镜头的焦距。

通过设置第一透镜10至第七透镜70的焦距关系，以使定焦镜头在满足大通光量的同时，清晰度达到性能要求。其中第八透镜80的光焦度的正负及焦距范围不作限定，第八透镜80用于校正前七片透镜的残余像差，具体实施时根据实际成像条件设计。

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为弯月型透镜，第五透镜50为双凹透镜，第六透镜60为双凸透镜，第七透镜70为双凸透镜。

可选的，第一透镜10为凸凹透镜，凸面朝向物方一侧，第二透镜20为凸凹透镜，凸面朝向物方一侧，第四透镜40为凹凸透镜，凸面朝向像方一侧。

可选的，第二透镜20和第七透镜70的阿贝数均大于50。

可选的，第三透镜30的折射率大于1.8，第四透镜40的折射率大于1.6，第五透镜50的折射率大于1.8。

在某一实施例中，通过设置第一透镜10为凸凹负光焦度的弯月型透镜，且凸面朝向物方一侧，用于收集光线，增大视场角；第二透镜20采用凸凹负光焦度的弯月型透镜，凹面朝向像方一侧，收集光线的同时可以校正畸变的大小；第三透镜30采用高折射率(>1.8)的正光焦度透镜，转折光路的同时校正系统球差；第四透镜40采用凹凸负光焦度的弯月型透镜，更有利于轴外视场像差的校正；第五透镜50和第六透镜60采用负正光焦度双胶合透镜的形式，有利于系统色差的校正；同时第三透镜30、第四透镜40、第五透镜50和第六透镜60构成关于光阑90对称的高斯结构，更有利于系统轴外像差的校正；第七透镜70采用双凸正光焦度透镜，有利于系统场曲和像散校正的同时，可以改变光线的方向，有效降低系统主光线倾斜角CRA的大小；第八透镜80主要是对光线经过前面七片透镜后残余像差的校正，光焦度可正可负，具体实施时可以根据实际情况设计。本实施例中，透镜的折射率、阿贝数等参数均为相对于d线(587.6nm)的参数值。

可选的，第一透镜10、第三透镜30、第五透镜50以及第六透镜60均为玻璃球面透镜；第二透镜20、第四透镜40、第七透镜70以及第八透镜80均为塑料非球面透镜。

本实施例提供的定焦镜头，采用四片玻璃透镜、四片塑料透镜的玻塑混合结构设计，通过合理的材料搭配，其中玻璃球面透镜容易加工，塑料非球面透镜具有了良好的像差校正能力，确保光学系统性能的同时有效地控制了成本。最大支持靶面达到1/1.8英寸，最大支持光圈至F0.8，视场角最大可达130°，满足多种应用场景下的成像需求。

可选的，非球面透镜的面型满足公式：

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和G分别表示高次非球面系数。

示例性的，表1所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的焦距参数设计值：

表1定焦镜头的焦距参数

f1＝-12.6	|f1/f|＝2.4
		f2＝-21.56	|f2/f|＝4.2
f12＝-6.8	|f12/f|＝1.3
		f3＝7.9	|f3/f|＝1.5
f4＝-40.4	|f4/f|＝7.79
		f5＝-5.7	|f5/f|＝1.1
f6＝6.2	|f6/f|＝1.2
		f56＝109.4	|f56/f|＝21.1
f7＝14.5	|f7/f|＝2.8

其中，f1表示第一透镜10的焦距，f2表示第二透镜20的焦距，f12表示第一透镜10和第二透镜20的组合焦距，f3表示第三透镜30的焦距，f4表示第四透镜40的焦距，f5表示第五透镜50的焦距，f6表示第六透镜60的焦距，f56表示第五透镜50和第六透镜60的组合焦距，f7表示第七透镜70的焦距，f表示定焦镜头的焦距。该定焦镜头的焦距为5.2mm，光圈F＝1.08，视场角FOV＝112°，光学系统总长TTL＝29.9mm。

表2所示为本发明实施例提供的定焦镜头的一种设计值：

表2定焦镜头的一种设计值

表2中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“S1”表示第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“S2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推，其中，“S11”为第五透镜50与第六透镜60的胶合面；“S17”和“S18”分别表示镜头保护玻璃的前表面和后表面。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“PL”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性，空格代表当前位置为空气；K值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

其中，表3所示为本实施例中非球面面型参数：

表3定焦镜头中非球面系数的一种设计值

面序号

A

B

C

D

E

F

G

S3

-2.43E-03

-1.24E-04

1.21E-05

-6.46E-07

2.53E-08

-6.03E-10

5.87E-12

S4

-3.88E-03

-1.05E-04

1.34E-05

-4.67E-07

1.47E-08

-7.05E-10

1.42E-11

S7

-2.97E-04

-3.43E-06

6.83E-06

-4.45E-07

1.33E-08

-1.12E-10

0

S8

-1.37E-03

1.72E-05

5.02E-06

-4.10E-07

1.37E-08

-1.60E-10

0

S13

-4.12E-04

-2.62E-06

2.58E-07

-1.02E-07

4.52E-09

-1.04E-10

-7.67E-13

S14

-2.34E-03

6.59E-05

-2.87E-06

5.34E-08

-2.07E-10

-3.74E-11

8.01E-13

S15

-2.09E-04

-1.64E-04

2.30E-06

-2.40E-07

2.42E-08

-4.52E-10

0

S16

-1.73E-03

-5.32E-05

-6.56E-06

7.07E-07

-2.26E-08

3.32E-10

0

其中，-2.43E-03表示面序号为S3的系数A为-2.43×10^-3。

图2所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的球差示意图，图3所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的场曲示意图，图4所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的畸变示意图，其中由图2～4可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。

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 (8)

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、光阑、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜以及正光焦度或负光焦度的第八透镜；

其中，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜均为球面透镜，所述第五透镜和所述第六透镜构成胶合透镜；所述第二透镜、所述第四透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜均为非球面透镜。

2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第七透镜的焦距与所述定焦镜头的焦距满足：

1.5<|f1/f|<3.5；

3.2<|f2/f|<5.6；

0.8<|f12/f|<2.2；

1.0<|f3/f|<2.3；

6.0<|f4/f|<8.5；

0.7<|f5/f|<2.0；

0.7<|f6/f|<2.0；

|f56/f|>10；

2.0<|f7/f|<4.0；

其中f1、f2、f3、f4、f5、f6和f7分别表示所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的焦距，f12表示所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，f56表示所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第七透镜的阿贝数均大于50。

4.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜的折射率大于1.8，所述第四透镜的折射率大于1.6，所述第五透镜的折射率大于1.8。

5.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，所述第四透镜为弯月型透镜，所述第五透镜为双凹透镜，所述第六透镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凸透镜。

6.根据权利要求5所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为凸凹透镜，凸面朝向物方一侧，所述第二透镜为凸凹透镜，凸面朝向物方一侧，所述第四透镜为凹凸透镜，凸面朝向像方一侧。

7.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、所述第三透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜均为玻璃球面透镜；所述第二透镜、所述第四透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜均为塑料非球面透镜。

8.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足：

4.0<TTL/f<7.0；

其中TTL表示所述定焦镜头的光学总长，f表示所述定焦镜头的焦距。

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