CN112444957B - 一种大光圈大角度小型高低温共焦镜头 - Google Patents

一种大光圈大角度小型高低温共焦镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大光圈大角度小型高低温共焦镜头,包括沿光线入射方向依次设置的凸凹负光焦度的第一玻璃球面透镜L1、凹凸负光焦度的第二塑胶非球面透镜L2、凸凹负光焦度的第三塑胶非球面透镜L3、双凸正光焦度的第四玻璃非球面透镜L4、双凸正光焦度的第五塑胶非球面透镜L5、双凹负光焦度的第六塑胶非球面透镜L6和双凸正光焦度的第七塑胶非球面透镜L7。该镜头可实现大光圈和大视场角,视野范围宽、成像质量高,结构小巧、成本低,可在不同光线及温差较大的环境下稳定工作,适用范围广。

Description

一种大光圈大角度小型高低温共焦镜头
技术领域
本发明属于光学镜头技术领域,具体涉及一种大光圈大角度小型高低温共焦镜头。
背景技术
目前国内的闭路监控行业(CCTV)都在朝小型化、多功能、环境适应能力强的方向发展,而且国内竞争非常激烈,普通镜头已经不能满足不同地域客户的需求。现有技术主要存在如下缺陷:1)国内不同地域环境复杂,不能适应温差大的环境,容易造成离焦影响拍摄效果;2)监控摄像机长时间工作自身存在电路发热,影响聚焦;3)现有摄像机容易产生红外补光下色彩缺失、细节不清晰和亮度不足,夜间或光线较暗地域成像质量差;4)拍摄角度小,视野范围窄,采集安防数据信息不充分。为此研究在低照度下可以实现画面“亮、净、彩”的大光圈大角度摄像机十分必要。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题,提出一种大光圈大角度小型高低温共焦镜头,该镜头可实现大光圈和大视场角,视野范围宽、成像质量高,结构小巧、成本低,可在不同光线及温差较大的环境下稳定工作,适用范围广。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案为:
本发明提出的一种大光圈大角度小型高低温共焦镜头,包括沿光线入射方向依次设置的凸凹负光焦度的第一玻璃球面透镜L1、凹凸负光焦度的第二塑胶非球面透镜L2、凸凹负光焦度的第三塑胶非球面透镜L3、双凸正光焦度的第四玻璃非球面透镜L4、双凸正光焦度的第五塑胶非球面透镜L5、双凹负光焦度的第六塑胶非球面透镜L6和双凸正光焦度的第七塑胶非球面透镜L7,
各透镜依次对应的焦距为-9±5%、264±5%、-86±5%、8.7±5%、14±5%、-7.4±5%和10±5%,依次对应的折射率为1.62±0.1、1.54±0.1、1.64±0.1、1.55±0.1、1.54±0.1、1.64±0.1和1.54±0.1,第一玻璃球面透镜L1的物侧面曲率半径为107±5%,像侧面曲率半径为5.6±5%,“-”表示方向为负方向。
优选地,第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第四玻璃非球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7的非球面方程均满足如下表达式:
Figure GDA0003591573440000021
式中,Z为矢高,c为曲率,y为径向坐标,k为圆锥二次曲线系数,α4、α6、α8、α10、α12、α14为非球面高阶系数。
优选地,第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第四玻璃非球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7沿光线入射方向依次分布的各镜面,对应的k值依次为-0.8389983、-1.888669、-1.995082、-7.532766、-0.035763、-0.856089、-2.565537、30.00039、-6.153302、-26.66892、-12.48991、-29.98698,对应的α4值依次为2.1e-03、1.1e-03、-6.0e-04、4.8e-04、-1.9e-05、2.6e-04、5.8e-04、-2.0e-03、1.2e-03、4.0e-03、-7.6e-04、-6.9e-04,对应的α6值依次为-4.45e-05、-3.8e-05、1.2e-05、1.2e-05、-9.6e-06、2.6e-06、1.8e-05、-4.0e-05、-7.1e-05、-8.7e-05、1.6e-05、4.9e-05,对应的α8值依次为9.6e-07、1.2e-06、-6.8e-07、-1.1e-06、1.2e-07、-4.6e-08、-2.3e-07、-7.2e-07、1.9e-06、7.2e-06、-5.4e-06、-1.1e-06,对应的α10值依次为8.0e-08、-8.7e-08、1.8e-08、2.4e-08、-7.3e-09、1.5e-09、-9.9e-09、1.9e-07、3.7e-08、-4.7e-07、7.7e-08、-4.6e-08,对应的α12值依次为-2.9e-09、3.4e-09、-1.6e-10、9.7e-11、4.2e-10、-1.1e-10、1.0e-10、-6.3e-09、1.4e-09、1.6e-08、-4.6e-10、3.0e-09,对应的α14值依次为3.8e-11、-4.8e-11、-2.9e-13、-6.1e-12、-5.7e-12、3.0e-12、2.8e-11、1.0e-11、-1.6e-10、-2.9e-10、-2.6e-11、-7.7e-11。
优选地,第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7的光焦度之和满足以下条件:
Figure GDA0003591573440000031
其中,f2为第二塑胶非球面透镜L2的焦距,f3为第三塑胶非球面透镜L3的焦距,f5为第五塑胶非球面透镜L5的焦距,f6为第六塑胶非球面透镜L6的焦距,f7为第七塑胶非球面透镜L7的焦距。
优选地,大光圈大角度小型高低温共焦镜头的光圈FNO满足如下条件:
Figure GDA0003591573440000032
其中,f为镜头焦距,D为入瞳直径。
优选地,大光圈大角度小型高低温共焦镜头的视场角DFOV范围为125°±5%。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1)该镜头采用1G1GM5P玻塑混合结构,成本低且轻量化,并通过合理的分配光焦度使镜头结构更加紧凑,镜头总长在30mm以下;
2)合理布置非球面透镜校正各种像差,提升边缘画质,从而提升成像质量;
3)最大可实现F0.9大光圈,使镜头在弱光下可清晰成像并提升成像效果,视场角大,视野范围宽,采集信息更加充分,同时合理的控制焦距比使得镜头在-40℃~+85℃的环境条件下不离焦,可在不同光线及温差较大的环境下稳定工作,适用范围广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明在常温20℃环境下的MTF图;
图3为本发明在低温-40℃环境下的MTF图;
图4为本发明在高温85℃环境下的MTF图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是在于限制本申请。
如图1-4所示,一种大光圈大角度小型高低温共焦镜头,包括沿光线入射方向依次设置的凸凹负光焦度的第一玻璃球面透镜L1、凹凸负光焦度的第二塑胶非球面透镜L2、凸凹负光焦度的第三塑胶非球面透镜L3、双凸正光焦度的第四玻璃非球面透镜L4、双凸正光焦度的第五塑胶非球面透镜L5、双凹负光焦度的第六塑胶非球面透镜L6和双凸正光焦度的第七塑胶非球面透镜L7,
各透镜依次对应的焦距为-9±5%、264±5%、-86±5%、8.7±5%、14±5%、-7.4±5%和10±5%,依次对应的折射率为1.62±0.1、1.54±0.1、1.64±0.1、1.55±0.1、1.54±0.1、1.64±0.1和1.54±0.1,第一玻璃球面透镜L1的物侧面曲率半径为107±5%,像侧面曲率半径为5.6±5%,“-”表示方向为负方向。
其中,光线入射时依次沿第一玻璃球面透镜L1、第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第四玻璃非球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7调整光线入射角度进行成像,该镜头采用1G1GM5P玻塑混合结构,第一玻璃球面透镜L1为玻璃材质,更加耐磨,有助于提高使用寿命,第四玻璃非球面透镜L4为模造玻璃,可大大减少玻璃透镜的使用数量,并增加镜头整体透过率,且结合其他塑胶透镜可实现低成本且轻量化。该镜头能够很好地控制光线走势,在引入更多的光线的同时使结构更加紧凑,镜头总长控制在30mm以内。并通过合理布置非球面透镜使得各种像差得到校正,提升了边缘画质,成像质量高。在孔径方面最大实现F0.9大光圈,镜头在弱光下也可清晰成像,且通过合理设定焦距比使得镜头在-40℃~+85℃的环境条件下不离焦,工作性能更加稳定。视场角可达125°±5%,视野更广阔,获得数据信息更加充分。
本实施例中还在第二塑胶非球面透镜L2和第三塑胶非球面透镜L3之间设有光阑STOP,用以根据实际情况调节光通量,提高成像质量,第七塑胶非球面透镜L7的像侧设有感光芯片IMAGE,并在L7和IMAGE两者之间设有保护玻璃CG,保护玻璃CG可为感光芯片IMAGE提供有效保护,且保护玻璃CG还可为滤光片,不但可以保护感光芯片IMAGE,还可以滤除杂散光,进一步提高成像质量。
具体地,本实施例中镜头的各参数取值如下表1:
表1
Figure GDA0003591573440000051
表1中,f1~f7依次对应第一玻璃球面透镜L1至第七塑胶非球面透镜L7的焦距,n1~n7依次对应第一玻璃球面透镜L1至第七塑胶非球面透镜L7的折射率,R11为第一玻璃球面透镜L1的物侧面曲率半径,R12为第一玻璃球面透镜L1的像侧面曲率半径,“-”表示方向为负方向,即弯向物侧的方向。
在一实施例中,第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第四玻璃非球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7的非球面方程均满足如下表达式:
Figure GDA0003591573440000061
式中,Z为矢高,c为曲率,y为径向坐标,k为圆锥二次曲线系数,α4、α6、α8、α10、α12、α14为非球面高阶系数。
在一实施例中,第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第四玻璃非球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7沿光线入射方向依次分布的各镜面,对应的k值依次为-0.8389983、-1.888669、-1.995082、-7.532766、-0.035763、-0.856089、-2.565537、30.00039、-6.153302、-26.66892、-12.48991、-29.98698,对应的α4值依次为2.1e-03、1.1e-03、-6.0e-04、4.8e-04、-1.9e-05、2.6e-04、5.8e-04、-2.0e-03、1.2e-03、4.0e-03、-7.6e-04、-6.9e-04,对应的α6值依次为-4.45e-05、-3.8e-05、1.2e-05、1.2e-05、-9.6e-06、2.6e-06、1.8e-05、-4.0e-05、-7.1e-05、-8.7e-05、1.6e-05、4.9e-05,对应的α8值依次为9.6e-07、1.2e-06、-6.8e-07、-1.1e-06、1.2e-07、-4.6e-08、-2.3e-07、-7.2e-07、1.9e-06、7.2e-06、-5.4e-06、-1.1e-06,对应的α10值依次为8.0e-08、-8.7e-08、1.8e-08、2.4e-08、-7.3e-09、1.5e-09、-9.9e-09、1.9e-07、3.7e-08、-4.7e-07、7.7e-08、-4.6e-08,对应的α12值依次为-2.9e-09、3.4e-09、-1.6e-10、9.7e-11、4.2e-10、-1.1e-10、1.0e-10、-6.3e-09、1.4e-09、1.6e-08、-4.6e-10、3.0e-09,对应的α14值依次为3.8e-11、-4.8e-11、-2.9e-13、-6.1e-12、-5.7e-12、3.0e-12、2.8e-11、1.0e-11、-1.6e-10、-2.9e-10、-2.6e-11、-7.7e-11。
其中,本实施例中各非球面透镜的圆锥二次曲线系数k、非球面高阶系数α4、α6、α8、α10、α12、α14如下表2所示:
表2
Figure GDA0003591573440000062
Figure GDA0003591573440000071
其中,R11和R12分别为第一玻璃球面透镜L1的物侧面和像侧面,R21和R22分别为第二塑胶非球面透镜L2的物侧面和像侧面,R31和R32分别为第三塑胶非球面透镜L3的物侧面和像侧面,R41和R42分别为第四玻璃非球面透镜L4的物侧面和像侧面,R51和R52分别为第五塑胶非球面透镜L5的物侧面和像侧面,R61和R62分别为第六塑胶非球面透镜L6的物侧面和像侧面,R71和R72分别为第七塑胶非球面透镜L7的物侧面和像侧面。
在一实施例中,第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7的光焦度之和满足以下条件:
Figure GDA0003591573440000072
其中,f2为第二塑胶非球面透镜L2的焦距,f3为第三塑胶非球面透镜L3的焦距,f5为第五塑胶非球面透镜L5的焦距,f6为第六塑胶非球面透镜L6的焦距,f7为第七塑胶非球面透镜L7的焦距。
其中,第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7均为塑胶非球面透镜,本实施例中各透镜的焦距取值参照表1。需要说明的是,还可根据实际需求进行焦距设定,各焦距在满足上述条件时有利于保证温度在-40℃~+85℃时不虚焦,实现高低温共焦,可获得更稳定的成像效果。
在一实施例中,大光圈大角度小型高低温共焦镜头的光圈FNO满足如下条件:
Figure GDA0003591573440000081
其中,f为镜头焦距,D为入瞳直径。
其中,该镜头最大可达F0.9大光圈,使镜头在弱光下也可清晰成像,获得更好的成像效果。
在一实施例中,大光圈大角度小型高低温共焦镜头的视场角DFOV范围为125°±5%。
其中,该镜头视场角可达125°±5%,视野更广阔,获得数据信息更加充分。
根据上述数据,由图2、3、4所示,该镜头在常温20℃、低温-40℃、高温85℃等极限条件下MTF曲线均未出现严重的离焦现象。采用的五枚塑胶非球面透镜能有效改善镜头的成像质量,并且大大缩短镜头总长,总长为30mm,有效节省装配空间,更加小型轻量化。且光圈FNO为F0.95,满足弱光下清晰成像,视场角DFOV为125°,达到更宽的视野范围,获得数据信息更加充分。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请描述较为具体和详细的实施例,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种大光圈大角度小型高低温共焦镜头,其特征在于:所述大光圈大角度小型高低温共焦镜头由沿光线入射方向依次设置的凸凹负光焦度的第一玻璃球面透镜L1、凹凸负光焦度的第二塑胶非球面透镜L2、凸凹负光焦度的第三塑胶非球面透镜L3、双凸正光焦度的第四玻璃非球面透镜L4、双凸正光焦度的第五塑胶非球面透镜L5、双凹负光焦度的第六塑胶非球面透镜L6和双凸正光焦度的第七塑胶非球面透镜L7组成,
各所述透镜依次对应的焦距为-9±5%、264±5%、-86±5%、8.7±5%、14±5%、-7.4±5%和10±5%,单位mm,依次对应的折射率为1.62±0.1、1.54±0.1、1.64±0.1、1.55±0.1、1.54±0.1、1.64±0.1和1.54±0.1,所述第一玻璃球面透镜L1的物侧面曲率半径为107±5%,像侧面曲率半径为5.6±5%,单位mm,“-”表示方向为负方向。
2.如权利要求1所述的大光圈大角度小型高低温共焦镜头,其特征在于:所述第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第四玻璃非球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7的非球面方程均满足如下表达式:
Figure FDA0003591573430000011
式中,Z为矢高,c为曲率,y为径向坐标,k为圆锥二次曲线系数,α4、α6、α8、α10、α12、α14为非球面高阶系数。
3.如权利要求2所述的大光圈大角度小型高低温共焦镜头,其特征在于:所述第二塑胶非球面透镜L2、第三塑胶非球面透镜L3、第四玻璃非球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6和第七塑胶非球面透镜L7沿光线入射方向依次分布的各镜面,对应的k值依次为-0.8389983、-1.888669、-1.995082、-7.532766、-0.035763、-0.856089、-2.565537、30.00039、-6.153302、-26.66892、-12.48991、-29.98698,对应的α4值依次为2.1e-03、1.1e-03、-6.0e-04、4.8e-04、-1.9e-05、2.6e-04、5.8e-04、-2.0e-03、1.2e-03、4.0e-03、-7.6e-04、-6.9e-04,对应的α6值依次为-4.45e-05、-3.8e-05、1.2e-05、1.2e-05、-9.6e-06、2.6e-06、1.8e-05、-4.0e-05、-7.1e-05、-8.7e-05、1.6e-05、4.9e-05,对应的α8值依次为9.6e-07、1.2e-06、-6.8e-07、-1.1e-06、1.2e-07、-4.6e-08、-2.3e-07、-7.2e-07、1.9e-06、7.2e-06、-5.4e-06、-1.1e-06,对应的α10值依次为8.0e-08、-8.7e-08、1.8e-08、2.4e-08、-7.3e-09、1.5e-09、-9.9e-09、1.9e-07、3.7e-08、-4.7e-07、7.7e-08、-4.6e-08,对应的α12值依次为-2.9e-09、3.4e-09、-1.6e-10、9.7e-11、4.2e-10、-1.1e-10、1.0e-10、-6.3e-09、1.4e-09、1.6e-08、-4.6e-10、3.0e-09,对应的α14值依次为3.8e-11、-4.8e-11、-2.9e-13、-6.1e-12、-5.7e-12、3.0e-12、2.8e-11、1.0e-11、-1.6e-10、-2.9e-10、-2.6e-11、-7.7e-11。
4.如权利要求1所述的大光圈大角度小型高低温共焦镜头,其特征在于:所述大光圈大角度小型高低温共焦镜头的光圈FNO满足如下条件:
Figure FDA0003591573430000021
其中,f为镜头焦距,D为入瞳直径。
5.如权利要求1所述的大光圈大角度小型高低温共焦镜头,其特征在于:所述大光圈大角度小型高低温共焦镜头的视场角DFOV范围为125°±5%。
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