CN112327452A - 一种超短4k黑光定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种超短4K黑光定焦镜头，该超短4K黑光定焦镜头包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜。本发明提供的定焦镜头，在保证高性能、小体积、低成本的情况下，可以提高成像质量，满足高清像质需求。

Description

一种超短4K黑光定焦镜头

技术领域

本发明实施例涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种超短4K黑光定焦镜头。

背景技术

科技的进步促进了人类对技术的需求提升，而安防行业正是一个技术不断革新，产品不断提升的行业。随着芯片技术提升，芯片对光的灵敏度越来越高。并且，随着图像处理技术的提升，人们开始不满足于夜间监控黑白图片，对日夜全彩监控系统需求越来越多，且对图像要求越来越高。这便要求镜头有超大通光系数，才能使得成像系统在近乎全黑的环境中也能清晰的采集和还原最真实的场景图像。这种镜头业类称为黑光镜头。

受限于光学设计限制，传统大像面黑光镜头使用玻璃镜片较多，且体积庞大，造价过于昂贵，使得该系列产品很难得到推广及普及。

发明内容

本发明提供一种超短4K黑光定焦镜头，实现产品体积小，大光圈，且像素达到4K要求。

本发明实施例提供了一种超短4K黑光定焦镜头，包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜。

可选的，所述第四透镜和所述第五透镜均为玻璃球面透镜，所述第三透镜为玻璃非球面透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。

可选的，所述第一透镜和所述第二透镜均为弯月型透镜，所述第三透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均为双凸透镜，所述第四透镜为凸凹透镜，所述第七透镜为凹凸透镜。

可选的，所述定焦镜头的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f1，所述定焦镜头和所述第一透镜的焦距满足：1.3<|f1/f|<3.3。

可选的，所述第一透镜的阿贝数Vd满足：Vd>50。

可选的，所述定焦镜头的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f2，所述定焦镜头和所述第二透镜的焦距满足：4<|f2/f|<6。

可选的，所述第三透镜的折射率Nd和阿贝数Vd满足：Nd/Vd>0.04。

可选的，所述第四透镜和所述第五透镜相互胶合形成胶合透镜组，所述第四透镜的折射率Nd4和所述第五透镜的折射率Nd5满足：Nd4-Nd5>0.4。

可选的，所述第六透镜的焦距为f6，所述第七透镜的焦距为f7，所述第六透镜和所述第七透镜的焦距满足：0.3<|f6/f7|<1.0。

可选的，所述定焦镜头的光学总长TTL和光学后焦BFL以及成像尺寸IC满足：BFL/IC>0.4，BFL/TTL>0.13。

本发明实施例提供的技术方案，通过合理设置超短4K黑光定焦镜头中的透镜数量、各透镜的光焦度之间的相对关系，在低成本的前提下，保证超短4K黑光定焦镜头前后组镜片的入射角大小的均衡性，降低镜头的敏感性，提高生产的可能性，保证超短4K黑光定焦镜头具有较高的成像质量，满足高清像质需求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种超短4K黑光定焦镜头的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种超短4K黑光定焦镜头的垂轴色差图；

图3是本发明实施例提供的一种超短4K黑光定焦镜头的球差图；

图4是本发明实施例提供的一种超短4K黑光定焦镜头的场曲畸变图。

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。

图1是本发明实施例提供的一种超短4K黑光定焦镜头的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种超短4K黑光定焦镜头，包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有负光焦度的第一透镜11、具有负光焦度的第二透镜12、具有正光焦度的第三透镜13、具有负光焦度的第四透镜14、具有正光焦度的第五透镜15、具有正光焦度的第六透镜16和具有负光焦度的。

示例性的，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)。在本实施例提供的黑光镜头中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，设置第一透镜11、第二透镜12、第四透镜14和第七透镜17均为负光焦度透镜，第一透镜11用于压缩光线入射口径，控制光学系统光线入射角，保证大的视场角、大的通光亮度，第二透镜120用于起到矫正场曲及平衡公差的作用；第三透镜13、第五透镜15和第六透镜16均为正光焦度透镜，第三透镜13用于减小镜光线入射角，降低场曲、像散、球差、慧差等高级像差，降低镜头公差感度。整个黑光镜头的光焦度按照一定比例分配，保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，以降低镜头的敏感性，提高生产的可能性。

在上述基础上，第四透镜14和第五透镜15均为玻璃球面透镜，第三透镜13为玻璃非球面透镜，第一透镜11、第二透镜12、第六透镜16和第七透镜17均为塑胶非球面透镜。

其中，非球面透镜起到矫正场曲、像散、球差、慧差等像差的作用。塑料非球面透镜的材质可为本领域技术人员可知的各种塑料，玻璃球面透镜的材质为本领域技术人员可知的各种类型的玻璃，本发明实施例一对此不赘述也不作限定。由于塑料材质的透镜成本远低于玻璃材质的透镜成本，本发明实施例提供的超短4K黑光定焦镜头，通过设置4片塑料非球面镜片，像质好，成本低。且因两类材质具有互相补偿作用，可保证超短4K黑光定焦镜头在高低温环境下仍可正常使用。

可选的，第一透镜11和第二透镜12均为弯月型透镜，第三透镜13、第五透镜15和第六透镜16均为双凸透镜，第四透镜14为凸凹透镜，第七透镜17为凹凸透镜。

其中，弯月形透镜由两个曲率半径较小，数值相差也很少的球面构成，通过设置第一透镜11和第二透镜12均为弯月透镜，能够起到校正场曲的作用。

在上述实施例提供的的基础上，参考图1，可设置定焦镜头的焦距为f，第一透镜11的焦距为f1，定焦镜头和第一透镜11的焦距满足：1.3<|f1/f|<3.3；第二透镜12的焦距为f2，定焦镜头和第二透镜12的焦距满足：4<|f2/f|<6。

其中，通过合理设置第一透镜11、第二透镜12的焦距与定焦镜头焦距f的比例关系，能够起到收束光线降低光线轴外高度的作用，同时能够校正高级球差，平衡各类像差，保证各波段光线的成像质量，实现超大光圈和大靶面。

为进一步优化像质，在满足以上参数要求的基础上，其他透镜的焦距参数需要配合进行调整设置。因此，可设置第六透镜16的焦距为f6，第七透镜17的焦距为f7，第六透镜16和第七透镜17的焦距满足：0.3<|f6/f7|<1.0。

通过合理分配各镜片焦距，有利于像差的矫正，保证定焦镜头具有较高的解像力，同时第六透镜16和第七透镜17一起进行高低温补偿。

在此基础上，为了使各透镜能够更加合理地进行像差和色差的校正，平衡整个镜头的像差，优化成像质量，可设置第一透镜11、第三透镜13满足如下条件：第一透镜11的阿贝数Vd满足：Vd>50；第三透镜13的折射率Nd和阿贝数Vd满足：Nd/Vd>0.04。

其中，折射率是光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，主要用来描述材料对光的折射能力，不同的材料的折射率不同。阿贝数是用以表示透明介质色散能力的指数，介质色散越严重，阿贝数越小；反之，介质的色散越轻微，阿贝数越大。如此，通过搭配设置黑光镜头中各透镜的折射率和阿贝数，保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，以降低镜头的敏感性，提高生产的可能性。

可选的，第四透镜14和第五透镜15相互胶合形成胶合透镜组，第四透镜的折射率Nd4和第五透镜的折射率Nd5满足：Nd4-Nd5>0.4。

示例性的，通过将第四透镜14的像方表面与第五透镜15的物方表面胶合，从而能够将第四透镜14和第五透镜15组合成胶合透镜；采用胶合透镜可有效减小第四透镜14和第五透镜15间的空气间隔，从而减小镜头总长。此外，胶合透镜可用于最大限度地减少色差或消除色差，使得定焦镜头的各种像差可得到充分校正，在结构紧凑的前提下，可提高分辨率，优化畸变、CRA等光学性能；并可减少镜片间反射引起光量损失，提升照度，从而改善像质、提升镜头成像的清晰度。另外，胶合透镜的使用还可减少两个镜片之间的组立部件，简化镜头制造过程中的装配程序，降低成本，并降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。

可选的，定焦镜头的光学总长TTL和光学后焦BFL以及成像尺寸IC满足：BFL/IC>0.4，BFL/TTL>0.13。

其中，第七透镜17像方表面的光轴中心至像面的距离BFL可以理解为定焦镜头的后焦，第一透镜11物方表面的光轴中心至像面的距离TTL可以理解为定焦镜头的总长，成像尺寸可以理解为定焦镜头投出的画面大小，在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。通过合理设置定焦镜头的后焦与定焦镜头的总长以及定焦镜头的后焦与定焦镜头的成像尺寸之间的关系，可以保证整个定焦镜头结构紧凑，集成度高。

本发明实施例提供的超短4K黑光定焦镜头，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、折射率、阿贝数等，在低成本的前提下，保证超短4K黑光定焦镜头前后组镜片的入射角大小的均衡性，降低镜头的敏感性，保证超短4K黑光定焦镜头具有较高的解像力，提高成像质量，满足高清像质需求。

作为一种可行的实施方式，下面对定焦镜头中各个透镜表面的曲率半径、厚度、材料和K系数进行说明。

表1定焦镜头的曲率半径、厚度、材料和K系数的设计值

面序号	面型	曲率半径(mm)	厚度(mm)	K值	折射率
						1	非球面	5.6	2.5	2.35	1.55
2	非球面	3.2	4.91	-1.26
						3	非球面	-4.6	2.21	1.23	1.67
4	非球面	-8.2	0.06	-20.2
						5	非球面	9.3	3.05	-23.46	1.85
6	非球面	-162.3	0.1	56.78
						7	光阑面	inf	3.45
8	球面	42.3	0.78		1.98
						9	球面	8.9	2.62		1.45
10	球面	-63.9	0.06
						11	非球面	13.6	3.85	-3.76	1.55
12	非球面	-7.5	0.05	-0.05
						13	非球面	7.9	1.83	32.63	1.55
14	非球面	4.7	2.1	-7.84
						15	球面	PL	0.7		1.52
16	球面	PL	2.88

继续参考图1，本发明实施例提供的定焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17。表1示出了实施例提供的定焦镜头中各透镜的曲率半径、厚度及材料等光学物理参数。其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，“1”代表第一透镜11的物面表面，“2”代表第一透镜11的像面表面，“10”代表第五透镜15的物面表面，“11”代表第五透镜15的像面表面，依次类推；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，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；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。

在上述实施例的基础上，第四透镜14和第五透镜15均为玻璃球面透镜，第三透镜13为玻璃非球面透镜，第一透镜11、第二透镜12、第六透镜16和第七透镜17均为塑胶非球面透镜。继续参考图1，本发明实施例提供的定焦镜头还包括光阑18(STO)，通过增设光阑18可以调节光束的传播方向，有利于提高成像质量。光阑18可以位于第三透镜13和第四透镜14之间的光路中，但本发明实施例对光阑18的具体设置位置不进行限定，通过将光阑设置在合适的位置处，有助于提高相对照度，并减小CRA。

第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17的非球面表面形状方程Z满足：

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

式中，Z为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；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D、E、F、G、H为高次非球面系数。

示例性的，表2以一种可行的实施方式详细说明了本实施例中各透镜的非球面系数。

表2定焦镜头中非球面系数

B参数

C参数

D参数

E参数

F参数

G参数

面序号1

-2.5309E-03

5.3011E-05

1.3730E-06

1.3235E-09

-5.3245E-09

-3.6739E-08

面序号2

-7.6366E-04

-9.5643E-05

-1.9474E-05

2.8398E-06

-8.5474E-07

-3.9318E-07

面序号3

-1.1178E-02

-1.8541E-04

-4.0668E-05

-2.3913E-06

1.3555E-06

-5.0375E-08

面序号4

1.7506E-03

-9.2062E-04

5.0866E-05

1.4230E-06

3.8792E-07

5.1548E-08

面序号5

-1.1310E-02

-2.9104E-04

-1.8094E-05

3.5754E-06

9.4802E-08

5.5373E-09

面序号6

-2.9536E-03

1.5607E-04

-3.4797E-06

5.4749E-07

1.3875E-09

3.9700E-09

面序号11

-8.7119E-04

-5.3997E-06

2.8454E-06

3.3254E-07

3.1378E-08

-4.7639E-09

面序号12

3.2625E-04

-1.7605E-05

-2.7220E-06

3.2647E-08

4.3513E-08

-1.6439E-09

面序号13

3.2060E-03

1.9871E-05

-1.0471E-05

-1.2238E-06

-1.1547E-07

1.7531E-08

面序号14

4.7553E-03

-2.5127E-04

5.6023E-06

-8.8146E-07

-2.2339E-09

-6.3918E-09

其中，-2.5309E-03表示面序号为1的系数B为-2.5309*10^-3，依此类推。此外，对于非球面公式中2阶系数A和16阶系数H，其实质为0，故未在表2中示意。

进一步的，图2是本发明实施例提供的一种超短4K黑光定焦镜头的垂轴色差图，如图2所示，垂直方向表示视场角的归一化，0表示在光轴上，垂直方向顶点表示最大的视场半径，由图2可以看出，垂轴色差可控制在(-2μm，2μm)范围内。

图3是本发明实施例提供的一种超短4K黑光定焦镜头的球差图，如图3所示，该定焦镜头在不同波长(0.436μm、0.487μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)下的球差均在0.05mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该定焦镜头的轴向像差很小，从而可知，本发明实施例提供的定焦镜头能够较好地校正像差。

图4是本发明实施例提供的一种超短4K黑光定焦镜头的场曲畸变图，如图4所示，左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧失；由图4可以看出，本实施例提供的定焦镜头从波长为436nm的光到656nm的光，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图4可以看出，本实施例提供的定焦镜头的场曲得到了很好的矫正，有效提高成像质量。

综上所述，本实施例提供的超短4K黑光定焦镜头，具有超大光圈F1.0，通光量较大，高清像质且体积小的优势，设计采用7片式、玻塑混合结构，在成本较低的情况下，达到4K像质需求。

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、相互结合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)

1.一种超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜。

2.根据权利要求1所述的超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜和所述第五透镜均为玻璃球面透镜，所述第三透镜为玻璃非球面透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。

3.根据权利要求1所述的超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜均为弯月型透镜，所述第三透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均为双凸透镜，所述第四透镜为凸凹透镜，所述第七透镜为凹凸透镜。

4.根据权利要求1所述的超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f1，所述定焦镜头和所述第一透镜的焦距满足：1.3<|f1/f|<3.3。

5.根据权利要求4所述的超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的阿贝数Vd满足：Vd>50。

6.根据权利要求1所述的超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的焦距为f，所述第二透镜的焦距为f2，所述定焦镜头和所述第二透镜的焦距满足：4<|f2/f|<6。

7.根据权利要求1所述的超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜的折射率Nd和阿贝数Vd满足：Nd/Vd>0.04。

8.根据权利要求1所述的超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜和所述第五透镜相互胶合形成胶合透镜组，所述第四透镜的折射率Nd4和所述第五透镜的折射率Nd5满足：Nd4-Nd5>0.4。

9.根据权利要求1所述的超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，所述第六透镜的焦距为f6，所述第七透镜的焦距为f7，所述第六透镜和所述第七透镜的焦距满足：0.3<|f6/f7|<1.0。

10.根据权利要求1所述的超短4K黑光定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的光学总长TTL和光学后焦BFL以及成像尺寸IC满足：BFL/IC>0.4，BFL/TTL>0.13。

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