CN112505903B - 一种大光圈大角度低成本小型高低温共焦镜头 - Google Patents

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CN112505903B CN202011375871.3A CN202011375871A CN112505903B CN 112505903 B CN112505903 B CN 112505903B CN 202011375871 A CN202011375871 A CN 202011375871A CN 112505903 B CN112505903 B CN 112505903B
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Abstract

本发明公开了一种大光圈大角度低成本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塑胶非球面透镜L1、双凹负光焦度的第二玻璃球面透镜L2、双凸正光焦度的第三玻璃球面透镜L3、双凹负光焦度的第四塑胶非球面透镜L4、双凸正光焦度的第五玻璃球面透镜L5、双凸正光焦度的第六塑胶非球面透镜L6、双凹负光焦度的第七塑胶非球面透镜L7和双凸正光焦度的第八塑胶非球面透镜L8，第二玻璃球面透镜L2和第三玻璃球面透镜L3胶合形成胶合镜片组。该镜头具有大光圈和大视场角，在弱光下可清晰成像，视野范围宽，同时在温差较大的环境条件下不离焦，工作性能稳定、成本低、成像质量高，且结构紧凑、适用范围广。

Description

一种大光圈大角度低成本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低成本小型高低温共焦镜头。
背景技术
随着科技的发展进步，各种智能高清摄像机在各领域得到广泛应用，对光学镜头提出了更高的要求，目前国内监控行业都在朝小型化、多功能发展，且应用环境复杂，需要具有较强的环境适应能力。在国内竞争非常激烈的形式下，普通镜头已不能满足需求。特别是在温差大的地域，如我国东北，且考虑到摄像机本身的电路发热因素，难以保证镜头置于室外长期不离焦。而且犯罪多是在夜间或光线较暗地域发生，鉴于现有摄像机红外补光下色彩缺失、细节不清晰和亮度不足，当下前端摄像机弱光线下成像质量已然成为安防大数据发展短板，为此推出在低照度下可以实现画面“亮、净、彩”的大光圈摄像机十分必要。
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低成本小型高低温共焦镜头，该镜头具有大光圈和大视场角，在弱光下亦可清晰成像，视野范围宽，成像质量高，结构紧凑，同时在温差较大的环境条件下不离焦，工作性能稳定、成本低，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低成本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塑胶非球面透镜L1、双凹负光焦度的第二玻璃球面透镜L2、双凸正光焦度的第三玻璃球面透镜L3、双凹负光焦度的第四塑胶非球面透镜L4、双凸正光焦度的第五玻璃球面透镜L5、双凸正光焦度的第六塑胶非球面透镜L6、双凹负光焦度的第七塑胶非球面透镜L7和双凸正光焦度的第八塑胶非球面透镜L8，第二玻璃球面透镜L2和第三玻璃球面透镜L3胶合形成胶合镜片组；
第一塑胶非球面透镜L1、第二玻璃球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3、第四塑胶非球面透镜L4、第五玻璃球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8，依次对应的焦距为-9±5％、-11±5％、10±5％、-15±5％、13±5％、9±5％、-10±5％和10.5±5％，依次对应的折射率为1.535±0.1、1.62±0.1、2.0±0.1、1.65±0.1、1.55±0.1、1.535±0.1、1.64±0.1和1.535±0.1，第二玻璃球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3和第五玻璃球面透镜L5的物侧面曲率半径依次对应为-10.5±5％、19±5％和13±5％，且像侧面曲率半径依次对应为19±5％、-19±5％和-13±5％，“-”表示方向为负方向。
优选地，第一塑胶非球面透镜L1、第四塑胶非球面透镜L4、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8的非球面方程均满足如下表达式：
Figure GDA0003607540050000021
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，第一塑胶非球面透镜L1、第四塑胶非球面透镜L4、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8沿光线入射方向依次分布的各镜面，对应的k值依次为38.05878、-0.459466、0.7557103、-18.31076、-1.054888、7.795633、-5.76798、-40.06859、-5.490258、0.7331369，对应的α4值依次为-2.7e-04、1.3e-04、-7.6e-04、1.1e-03、-4.5e-04、-7.3e-04、3.0e-03、4.3e-03、-3.3e-03、-5.1e-04，对应的α6值依次为9.6e-06、-7.6e-06、6.0e-05、6.9e-05、1.1e-05、2.9e-05、-1.7e-04、-8.8e-06、4.1e-04、4.9e-05，对应的α8值依次为-3.7e-07、1.0e-06、-2.6e-06、-2.0e-06、-4.0e-07、1.2e-07、4.6e-06、-7.6e-06、-2.2e-05、2.2e-06，对应的α10值依次为6.9e-09、3.3e-08、7.0e-07、3.8e-08、8.6e-09、-1.2e-09、-4.5e-08、3.3e-07、7.7e-07、-2.6e-07，对应的α12值依次为-5.0e-11、-8.6e-12、9.2e-10、-6.7e-13、4.5e-11、5.2e-11、-5.2e-11、-6.7e-09、-1.4e-08、1.3e-08，对应的α14值依次为0、0、-8.2e-11、-1.0e-11、0、0、-3.6e-12、6.0e-11、1.1e-10、-1.8e-10。
优选地，第一塑胶非球面透镜L1、第四塑胶非球面透镜L4、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8的光焦度之和满足以下条件：
Figure GDA0003607540050000031
其中，f1为第一塑胶非球面透镜L1的焦距，f4为第四塑胶非球面透镜L4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，f7为第七塑胶非球面透镜L7的焦距，f8为第八塑胶非球面透镜L8的焦距。
优选地，大光圈大角度低成本小型高低温共焦镜头的光圈FNO满足如下条件：
Figure GDA0003607540050000032
其中，f为镜头焦距，D为入瞳直径。
优选地，大光圈大角度低成本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：该镜头采用3G5P玻塑混合结构，降低了成本的同时提高成像质量，并通过合理分配光焦度使镜头结构紧凑，镜头总长在30mm以内；合理布置塑胶非球面透镜使得各种像差得到修正，提升边缘画质，从而提升成像质量；孔径方面最大可达F0.9大光圈，使镜头在弱光下也可清晰成像，同时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；且视场角可达125°±5％，视野更广阔，在同等距离的情况下可拍摄到更大范围。
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，一种大光圈大角度低成本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塑胶非球面透镜L1、双凹负光焦度的第二玻璃球面透镜L2、双凸正光焦度的第三玻璃球面透镜L3、双凹负光焦度的第四塑胶非球面透镜L4、双凸正光焦度的第五玻璃球面透镜L5、双凸正光焦度的第六塑胶非球面透镜L6、双凹负光焦度的第七塑胶非球面透镜L7和双凸正光焦度的第八塑胶非球面透镜L8，第二玻璃球面透镜L2和第三玻璃球面透镜L3胶合形成胶合镜片组；
第一塑胶非球面透镜L1、第二玻璃球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3、第四塑胶非球面透镜L4、第五玻璃球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8，依次对应的焦距为-9±5％、-11±5％、10±5％、-15±5％、13±5％、9±5％、-10±5％和10.5±5％，依次对应的折射率为1.535±0.1、1.62±0.1、2.0±0.1、1.65±0.1、1.55±0.1、1.535±0.1、1.64±0.1和1.535±0.1，第二玻璃球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3和第五玻璃球面透镜L5的物侧面曲率半径依次对应为-10.5±5％、19±5％和13±5％，且像侧面曲率半径依次对应为19±5％、-19±5％和-13±5％，“-”表示方向为负方向。
其中，光线入射时依次经过第一塑胶非球面透镜L1、第二玻璃球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3、第四塑胶非球面透镜L4、第五玻璃球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8后，调整光线入射角度进行成像。本实施例中还在第三玻璃球面透镜L3和第四塑胶非球面透镜L4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，并在第八塑胶非球面透镜L8和感光芯片IMAGE之间设有保护玻璃CG，为感光芯片IMAGE提供有效保护。
该镜头采用3G5P玻塑混合结构，降低了成本，并通过合理分配光焦度使镜头结构紧凑，镜头总长在30mm以内。通过合理布置非球面透镜使得各种像差得到修正，提升边缘画质，从而提升成像质量。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。并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，在同等距离的情况下可拍摄到更大范围，获得更多数据信息。
具体地，本实施例中镜头的各参数取值如下表1：
表1
透镜 焦距 折射率 物侧面曲率半径 像侧面曲率半径
L1 f<sub>1</sub>＝-9 n<sub>1</sub>＝1.535
L2 f<sub>2</sub>＝-11 n<sub>2</sub>＝1.62 R<sub>21</sub>＝-10.5 R<sub>22</sub>＝19
L3 f<sub>3</sub>＝10 n<sub>3</sub>＝2.0 R<sub>31</sub>＝19 R<sub>32</sub>＝-19
L4 f<sub>4</sub>＝-15 n<sub>4</sub>＝1.65
L5 f<sub>5</sub>＝13 n<sub>5</sub>＝1.55 R<sub>51</sub>＝13 R<sub>52</sub>＝-13
L6 f<sub>6</sub>＝9 n<sub>6</sub>＝1.535
L7 f<sub>7</sub>＝-10 n<sub>7</sub>＝1.64
L8 f<sub>8</sub>＝10.5 n<sub>8</sub>＝1.535
表1中，f1～f8依次对应第一塑胶非球面透镜L1至第八塑胶非球面透镜L8的焦距，n1～n8依次对应第一塑胶非球面透镜L1至第八塑胶非球面透镜L8的折射率，R21、R31、R51依次对应第二玻璃球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3和第五玻璃球面透镜L5的物侧面曲率半径，R22、R32、R52依次对应第二玻璃球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3和第五玻璃球面透镜L5的像侧面曲率半径，“-”表示方向为负方向，即弯向物侧的方向。图1中，R21和R22分别为第二玻璃球面透镜L2的物侧面和像侧面，R31和R32分别为第三玻璃球面透镜L3的物侧面和像侧面，R51和R52分别为第五玻璃球面透镜L5的物侧面和像侧面。
在一实施例中，第一塑胶非球面透镜L1、第四塑胶非球面透镜L4、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8的非球面方程均满足如下表达式：
Figure GDA0003607540050000061
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，第一塑胶非球面透镜L1、第四塑胶非球面透镜L4、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8沿光线入射方向依次分布的各镜面，对应的k值依次为38.05878、-0.459466、0.7557103、-18.31076、-1.054888、7.795633、-5.76798、-40.06859、-5.490258、0.7331369，对应的α4值依次为-2.7e-04、1.3e-04、-7.6e-04、1.1e-03、-4.5e-04、-7.3e-04、3.0e-03、4.3e-03、-3.3e-03、-5.1e-04，对应的α6值依次为9.6e-06、-7.6e-06、6.0e-05、6.9e-05、1.1e-05、2.9e-05、-1.7e-04、-8.8e-06、4.1e-04、4.9e-05，对应的α8值依次为-3.7e-07、1.0e-06、-2.6e-06、-2.0e-06、-4.0e-07、1.2e-07、4.6e-06、-7.6e-06、-2.2e-05、2.2e-06，对应的α10值依次为6.9e-09、3.3e-08、7.0e-07、3.8e-08、8.6e-09、-1.2e-09、-4.5e-08、3.3e-07、7.7e-07、-2.6e-07，对应的α12值依次为-5.0e-11、-8.6e-12、9.2e-10、-6.7e-13、4.5e-11、5.2e-11、-5.2e-11、-6.7e-09、-1.4e-08、1.3e-08，对应的α14值依次为0、0、-8.2e-11、-1.0e-11、0、0、-3.6e-12、6.0e-11、1.1e-10、-1.8e-10。
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
R11 R12 R41 R42 R61
k 38.05878 -0.459466 0.7557103 -18.31076 -1.054888
α<sub>4</sub> -2.7e-04 1.3e-04 -7.6e-04 1.1e-03 -4.5e-04
α<sub>6</sub> 9.6e-06 -7.6e-06 6.0e-05 6.9e-05 1.1e-05
α<sub>8</sub> -3.7e-07 1.0e-06 -2.6e-06 -2.0e-06 -4.0e-07
α<sub>10</sub> 6.9e-09 3.3e-08 7.0e-07 3.8e-08 8.6e-09
α<sub>12</sub> -5.0e-11 -8.6e-12 9.2e-10 -6.7e-13 4.5e-11
α<sub>14</sub> 0 0 -8.2e-11 -1.0e-11 0
R62 R71 R72 R81 R82
k 7.795633 -5.76798 -40.06859 -5.490258 0.7331369
α<sub>4</sub> -7.3e-04 3.0e-03 4.3e-03 -3.3e-03 -5.1e-04
α<sub>6</sub> 2.9e-05 -1.7e-04 -8.8e-06 4.1e-04 4.9e-05
α<sub>8</sub> 1.2e-07 4.6e-06 -7.6e-06 -2.2e-05 2.2e-06
α<sub>10</sub> -1.2e-09 -4.5e-08 3.3e-07 7.7e-07 -2.6e-07
α<sub>12</sub> 5.2e-11 -5.2e-11 -6.7e-09 -1.4e-08 1.3e-08
α<sub>14</sub> 0 -3.6e-12 6.0e-11 1.1e-10 -1.8e-10
表2中，R11和R12分别为第一塑胶非球面透镜L1的物侧面和像侧面，R41和R42分别为第四塑胶非球面透镜L4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，R81和R82分别为第八塑胶非球面透镜L8的物侧面和像侧面。
在一实施例中，第一塑胶非球面透镜L1、第四塑胶非球面透镜L4、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8的光焦度之和满足以下条件：
Figure GDA0003607540050000071
其中，f1为第一塑胶非球面透镜L1的焦距，f4为第四塑胶非球面透镜L4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，f7为第七塑胶非球面透镜L7的焦距，f8为第八塑胶非球面透镜L8的焦距。
其中，第一塑胶非球面透镜L1的焦距f1，第四塑胶非球面透镜L4的焦距f4，第六塑胶非球面透镜L6的焦距f6、第七塑胶非球面透镜L7的焦距f7和第八塑胶非球面透镜L8的焦距f8的取值范围可参照表1，并可根据实际需求进行设定，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，大光圈大角度低成本小型高低温共焦镜头的光圈FNO满足如下条件：
Figure GDA0003607540050000081
其中，f为镜头焦距，D为入瞳直径。
其中，孔径方面最大可达F0.9大光圈，使镜头在弱光下可清晰成像。
在一实施例中，大光圈大角度低成本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，更加小型化。且光圈FNO为F0.95，满足弱光下清晰成像，视场角DFOV为125°，视野范围更宽。
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低成本小型高低温共焦镜头，其特征在于：所述大光圈大角度低成本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塑胶非球面透镜L1、双凹负光焦度的第二玻璃球面透镜L2、双凸正光焦度的第三玻璃球面透镜L3、双凹负光焦度的第四塑胶非球面透镜L4、双凸正光焦度的第五玻璃球面透镜L5、双凸正光焦度的第六塑胶非球面透镜L6、双凹负光焦度的第七塑胶非球面透镜L7和双凸正光焦度的第八塑胶非球面透镜L8组成，所述第二玻璃球面透镜L2和第三玻璃球面透镜L3胶合形成胶合镜片组；
所述第一塑胶非球面透镜L1、第二玻璃球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3、第四塑胶非球面透镜L4、第五玻璃球面透镜L5、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8，依次对应的焦距为-9±5％、-11±5％、10±5％、-15±5％、13±5％、9±5％、-10±5％和10.5±5％，依次对应的折射率为1.535±0.1、1.62±0.1、2.0±0.1、1.65±0.1、1.55±0.1、1.535±0.1、1.64±0.1和1.535±0.1，所述第二玻璃球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3和第五玻璃球面透镜L5的物侧面曲率半径依次对应为-10.5±5％、19±5％和13±5％，且像侧面曲率半径依次对应为19±5％、-19±5％和-13±5％，“-”表示方向为负方向，单位mm。
2.如权利要求1所述的大光圈大角度低成本小型高低温共焦镜头，其特征在于：所述第一塑胶非球面透镜L1、第四塑胶非球面透镜L4、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8的非球面方程均满足如下表达式：
Figure FDA0003607540040000011
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低成本小型高低温共焦镜头，其特征在于：所述第一塑胶非球面透镜L1、第四塑胶非球面透镜L4、第六塑胶非球面透镜L6、第七塑胶非球面透镜L7和第八塑胶非球面透镜L8沿光线入射方向依次分布的各镜面，对应的k值依次为38.05878、-0.459466、0.7557103、-18.31076、-1.054888、7.795633、-5.76798、-40.06859、-5.490258、0.7331369，对应的α4值依次为-2.7e-04、1.3e-04、-7.6e-04、1.1e-03、-4.5e-04、-7.3e-04、3.0e-03、4.3e-03、-3.3e-03、-5.1e-04，对应的α6值依次为9.6e-06、-7.6e-06、6.0e-05、6.9e-05、1.1e-05、2.9e-05、-1.7e-04、-8.8e-06、4.1e-04、4.9e-05，对应的α8值依次为-3.7e-07、1.0e-06、-2.6e-06、-2.0e-06、-4.0e-07、1.2e-07、4.6e-06、-7.6e-06、-2.2e-05、2.2e-06，对应的α10值依次为6.9e-09、3.3e-08、7.0e-07、3.8e-08、8.6e-09、-1.2e-09、-4.5e-08、3.3e-07、7.7e-07、-2.6e-07，对应的α12值依次为-5.0e-11、-8.6e-12、9.2e-10、-6.7e-13、4.5e-11、5.2e-11、-5.2e-11、-6.7e-09、-1.4e-08、1.3e-08，对应的α14值依次为0、0、-8.2e-11、-1.0e-11、0、0、-3.6e-12、6.0e-11、1.1e-10、-1.8e-10。
4.如权利要求1所述的大光圈大角度低成本小型高低温共焦镜头，其特征在于：所述大光圈大角度低成本小型高低温共焦镜头的光圈FNO满足如下条件：
Figure FDA0003607540040000021
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低成本小型高低温共焦镜头，其特征在于：所述大光圈大角度低成本小型高低温共焦镜头的视场角DFOV范围为125°±5％。
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