CN111736328A - 一种镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和像面；所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动；透镜组满足以下条件：‑0.38≤f2/((fw·ft)1/2)≤‑0.28；0.48≤f4/((fw·ft)1/2)≤0.58；其中，f2为第二透镜组的焦距，f4为第四透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，ft为所述镜头在长焦状态下的系统焦距。本发明实施例实现了一种大倍率、大光圈、高分辨率的变焦镜头。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种镜头。
背景技术
随着社会的发展，人们的安全防范意识不断提高，安防监控行业也得到高速发展，监控发挥的作用也越来越大。变焦镜头在上个世纪就有实际的设计与使用，随着透镜设计技术发展，变焦镜头应用的场合逐渐增多。如今，变焦镜头已广泛应用于民用产品、安防监控等领域。但由于变焦镜头成像质量比普通固定焦距镜头差，所以变焦镜头的使用普及率不高。而且现在市面上的变焦镜头大部分结构简单，倍率较低，采集的图像分辨率较低，拍摄效果一般，图片价值不大。而且现在市面上的变焦镜头大部分光圈较小，导致镜头透光较少，在低照度场景下获取的图像较暗，难以保证图像质量。因此开发一款大倍率、大光圈、高分辨率的变焦镜头变的尤为重要。
发明内容
本发明实施例提供了一种镜头，用以提供一种大倍率、大光圈、高分辨率的变焦镜头。
本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和像面；
所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动；
透镜组满足以下条件：
-0.38≤f2/((fw·ft)1/2)≤-0.28；
0.48≤f4/((fw·ft)1/2)≤0.58；
其中，f2为第二透镜组的焦距，f4为第四透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，ft为所述镜头在长焦状态下的系统焦距。
进一步地，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的子透镜组、第二正光焦度透镜和第三正光焦度透镜。
进一步地，所述子透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一负光焦度透镜和第一正光焦度透镜；
所述第一负光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第一正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同；
所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凹面；
所述第一正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第二正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第三正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。
进一步地，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜；
所述第二负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凹面；
所述第三负光焦度透镜包括双凹透镜；
所述第四正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。
进一步地，所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第四负光焦度透镜、第五正光焦度透镜、第六正光焦度透镜和第五负光焦度透镜；
所述第四负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凹面；所述第四负光焦度透镜的两个表面为非球面；
所述第五正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第六正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第五负光焦度透镜包括双凹透镜。
进一步地，所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第七正光焦度透镜、第六负光焦度透镜和第八正光焦度透镜；
所述第七正光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第六负光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同；所述第六负光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第八正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同；
所述第七正光焦度透镜包括双凸透镜；所述第七正光焦度透镜的两个表面为非球面；
所述第六负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
所述第八正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凸面。
进一步地，所述第二透镜组和第三透镜组之间设置有光栏。
进一步地，所述第四透镜组和像面之间设置有滤光片。
进一步地，所述第一正光焦度透镜、第四负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于70；所述第三负光焦度透镜的阿贝数均大于等于60。
进一步地，所述第四正光焦度透镜和第五正光焦度透镜的折射率均大于等于1.9。
本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和像面；所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动；透镜组满足以下条件：-0.38≤f2/((fw·ft)1/2)≤-0.28；0.48≤f4/((fw·ft)1/2)≤0.58；其中，f2为第二透镜组的焦距，f4为第四透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，ft为所述镜头在长焦状态下的系统焦距。
由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列四个透镜组，所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动实现镜头变焦，并且镜头中的透镜组满足：-0.38≤f2/((fw·ft)1/2)≤-0.28；0.48≤f4/((fw·ft)1/2)≤0.58，实现了一种大倍率、大光圈、高分辨率的变焦镜头。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的短焦状态下镜头的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的长焦状态下镜头的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的镜头在可见光波段广角状态的光学传递函数(MTF)曲线图；
图4为本发明实施例提供的镜头在可见光波段长焦状态的光学传递函数(MTF)曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种镜头示意图，所述镜头包括从物侧到像侧依次排列的第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4和像面M；
所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动；
透镜组满足以下条件：
-0.38≤f2/((fw·ft)1/2)≤-0.28；
0.48≤f4/((fw·ft)1/2)≤0.58；
其中，f2为第二透镜组的焦距，f4为第四透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，ft为所述镜头在长焦状态下的系统焦距。
该镜头可以通过改变透镜组的位置来实现变焦，在该镜头中，第一透镜组、第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动实现变焦。也就是第二透镜组可以在第一透镜组与第三透镜组之间的位置中进行移动。第二透镜组可以靠近第一透镜组，远离第三透镜组；也可以远离第一透镜组，靠近第三透镜组。第四透镜组可以在第三透镜组与像面之间的位置中进行移动。第四透镜组可以靠近第三透镜组，远离像面；也可以远离第三透镜组，靠近像面。第二透镜组沿光轴方向移动而进行变焦，称之为变焦组或变倍组。另外，通过使第四透镜组沿光轴的方向移动进行补偿，使得第二透镜组在像面处所引起的像点变动为零，从而实现变焦的同时像面不移动，称之为补偿组。另外，当所关注的物体移动时，通过微调第四透镜组使图像聚焦清晰。总得来说，在镜头系统中，第四透镜组起到补偿组和聚焦组等功能。
由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列四个透镜组，所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动实现镜头变焦，并且镜头中的透镜组满足：-0.38≤f2/((fw·ft)1/2)≤-0.28；0.48≤f4/((fw·ft)1/2)≤0.58，实现了一种大倍率、大光圈、高分辨率的变焦镜头。
需要说明的是，图1为镜头在短焦状态下的结构示意图，图2为镜头在长焦状态下的结构示意图。
在本发明实施例中，所述第二透镜组和第三透镜组之间设置有光栏P。
光栏包括孔径光栏，孔径光栏的口径大小决定了系统的光圈值以及拍摄时的景深大小，其口径大小可以固定不变，或者根据需要放置可调整口径的孔径光栏以实现通光口径可调，即有可变系统光圈值和改变景深的目的。
所述第四透镜组和像面之间设置有滤光片N，滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件。
为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的子透镜组、第二正光焦度透镜G13和第三正光焦度透镜G14。
所述子透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一负光焦度透镜G11和第一正光焦度透镜G12；
所述第一负光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第一正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同；
所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凹面；
所述第一正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第二正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第三正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。
为了进一步使得系统能够紧凑，所述第一负光焦度透镜和第一正光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。
为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜G21、第三负光焦度透镜G22和第四正光焦度透镜G23；
所述第二负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凹面；
所述第三负光焦度透镜包括双凹透镜；
所述第四正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。
为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第四负光焦度透镜G31、第五正光焦度透镜G32、第六正光焦度透镜G33和第五负光焦度透镜G34；
所述第四负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凹面；所述第四负光焦度透镜的两个表面为非球面；
所述第五正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第六正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第五负光焦度透镜包括双凹透镜。
为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第七正光焦度透镜G41、第六负光焦度透镜G42和第八正光焦度透镜G43；
所述第七正光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第六负光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同；所述第六负光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第八正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同；
所述第七正光焦度透镜包括双凸透镜；所述第七正光焦度透镜的两个表面为非球面；
所述第六负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
所述第八正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凸面。
为了进一步使得系统能够紧凑，所述第七正光焦度透镜和第六负光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。所述第六负光焦度透镜和第八正光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。
在本发明实施例中，为了在镜头在-30摄氏度至70摄氏度都能清晰成像，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜、第四负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于70；所述第三负光焦度透镜的阿贝数均大于等于60。另外，所述第一正光焦度透镜、第四负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于70；所述第三负光焦度透镜的阿贝数均大于等于60，还可以降低图像的色差，从而提高成像质量。并且，第一正光焦度透镜、第四负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数可以相同也可以不同。
为了提高镜头的成像质量，减小镜头的总长度，在本发明实施例中，所述第四正光焦度透镜和第五正光焦度透镜的折射率均大于等于1.9。并且，第四正光焦度透镜和第五正光焦度透镜的折射率均大于等于1.9，还可以降低球差，提高成像质量。其中，第四正光焦度透镜和第五正光焦度透镜的折射率可以相同也可以不同。
本发明实施例提供的镜头所实现的光学性能如下：
实现大光圈(光圈F1.6)，大倍率(20倍)连续变焦光学系统及镜头的小型化，总长小于90mm，兼容性好；保持小体积，降低成本；满足在5倍以内的焦距实现恒定光圈的要求，进一步提升低照效果。
下面针对本发明实施例提供的镜头参数进行举例说明。
实施例1：
在具体实施过程中，所述透镜系统的各个透镜的曲率半径R、中心厚度Tc、折射率Nd、和阿贝常数Vd满足表1所列的条件：
表1
其中第22、23面对应非球面可以表示成，矢高Z与口径Y、R值、圆锥系数K、多次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16关系式：
Z＝[(1/R)2·Y]/1+[1-(1+k)(1/R)2·Y2]1/2+A4Y4+A6Y6+A8Y8+A10Y10+A12Y12+A14Y14+A16Y16；
第15面的系数：
K＝-0.03186702；A4＝-0.00074790105；A6＝2.1081527e-006；A8＝-5.5400683e-007；A10＝2.4892986e-008；A12＝-4.5648822e-010；A14＝3.0114377e-012；A16＝2.3230487e-015；
第16面的系数：
K＝-7.835339；A4＝0.00041434012；A6＝-3.4340096e-005；A8＝8.065209e-007；A10＝-8.284781e-009；A12＝1.2625194e-011；A14＝3.317376e-013；A16＝0；
第23面的系数：
K＝-0.2143219；A4＝-0.00010732047；A6＝1.1044763e-006；A8＝-1.3936074e-007；A10＝5.5679459e-009；A12＝-1.1271788e-010；A14＝9.9341916e-013；A16＝-2.1788282e-015；
第24面的系数：
K＝-1.97404；A4＝-0.00014236948；A6＝3.0034462e-007；A8＝-5.4032029e-008；A10＝1.6638763e-009；A12＝-1.9243961e-011；A14＝-1.8003434e-013；A16＝3.6870035e-015。
实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：
光学总长TTL≤90mm；
镜头焦距f’：6.7(W)—134(T)mm；
镜头的视场角：50.5°(W)—2.87°(T)；
镜头的光学畸变：5.4％(W)—1.3％(T)；
镜头系统的光圈F/#：F1.6(W)；F3.95(T)；F1.7(焦距30mm处)；
镜头像面尺寸：≥1/2.7〞。
注：W表示短焦，T表示长焦。
下面通过对实施例进行详细的分析，进一步介绍本实施例所提供的成像系统。
光学传递函数是用来评价一个该成像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，对各种像差(如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等)进行了很好的校正。
如图3所示，为该镜头在可见光波段广角状态的光学传递函数(MTF)曲线图；如图4所示，为该镜头在可见光波段长焦状态的光学传递函数(MTF)曲线图。从图3—4可知，该成像系统在可见光部分广角状态的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高Y’＝6.6mm)MTF平均值达到0.45以上；可见本实施例提供的该成像系统，能够达到很高的分辨率，满足1/2.7”英寸400万像素摄像机的成像要求；同时，在长焦状态时，本提案所提供的镜头的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高Y’＝6.6mm)MTF平均值达到0.45以上，仍能够保持很高的成像质量，确保镜头适应复杂的环境，实现全天候的高清晰度视频监控。
综上所述，本发明实施例提供了一种大倍率、大光圈、高分辨率的变焦镜头。采用14个特定结构形状的光学透镜，且包含2片玻璃非球面镜片，并按照特定顺序从物侧至像侧依次排列，以及通过各个光学透镜的光焦度的分配，使得该成像系统的结构形式，透镜的折射率、阿贝系数等参数与成像条件匹配；从而达到在像面更大的前提下，同时满足大倍率、大光圈、高分辨率，进而实现更佳的低照成像性能、更佳的色彩还原性、更出色环境适应性；可广泛应用到安防监控领域。
本发明实施例提供的镜头能够实现5倍焦距以内准恒定光圈(焦距从6.7-33mm时，光圈维持在F1.6-F1.7)变焦镜头，同时最大成像靶面能够支持1/2.7”的图像传感器；大倍率(20倍)连续变焦光学系统及镜头的小型化，总长小于90mm，与摄像机结构兼容性好；保持小体积，降低成本。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种镜头，其特征在于，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和像面；
所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动；
透镜组满足以下条件：
-0.38≤f2/((fw·ft)1/2)≤-0.28；
0.48≤f4/((fw·ft)1/2)≤0.58；
其中，f2为第二透镜组的焦距，f4为第四透镜组的焦距，fw为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，ft为所述镜头在长焦状态下的系统焦距。
2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的子透镜组、第二正光焦度透镜和第三正光焦度透镜。
3.如权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述子透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一负光焦度透镜和第一正光焦度透镜；
所述第一负光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第一正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同；
所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凹面；
所述第一正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第二正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第三正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。
4.如权利要求3所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜；
所述第二负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凹面；
所述第三负光焦度透镜包括双凹透镜；
所述第四正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。
5.如权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第四负光焦度透镜、第五正光焦度透镜、第六正光焦度透镜和第五负光焦度透镜；
所述第四负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凹面；所述第四负光焦度透镜的两个表面为非球面；
所述第五正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第六正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第五负光焦度透镜包括双凹透镜。
6.如权利要求5所述的镜头，其特征在于，所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第七正光焦度透镜、第六负光焦度透镜和第八正光焦度透镜；
所述第七正光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第六负光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同；所述第六负光焦度透镜朝向像侧的一面与所述第八正光焦度透镜朝向物侧的一面的曲率半径相同；
所述第七正光焦度透镜包括双凸透镜；所述第七正光焦度透镜的两个表面为非球面；
所述第六负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
所述第八正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的一面为凸面。
7.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜组和第三透镜组之间设置有光栏。
8.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第四透镜组和像面之间设置有滤光片。
9.如权利要求6所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜、第四负光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于70；所述第三负光焦度透镜的阿贝数均大于等于60。
10.如权利要求5所述的镜头，其特征在于，所述第四正光焦度透镜和第五正光焦度透镜的折射率均大于等于1.9。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN104076495A (zh) * | 2013-03-27 | 2014-10-01 | 佳能株式会社 | 变焦透镜以及包含该变焦透镜的图像拾取设备 |
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2020
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