CN113219630B - 一种高低温日夜共焦光学镜头 - Google Patents

一种高低温日夜共焦光学镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高低温日夜共焦光学镜头，包括沿物面至像面依次设置的凸凹负光焦度的第一塑胶非球面透镜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玻璃球面透镜L3、双凸正光焦度的第四玻璃球面透镜L4、双凸正光焦度的第五塑胶非球面透镜L5和凹凸负光焦度的第六塑胶非球面透镜L6，第三玻璃球面透镜L3和第四玻璃球面透镜L4为胶合透镜组。该镜头能在可见光及近红外光下清晰成像，在‑40℃～+80℃温度范围内不离焦，并通过合理采用非球面透镜提升边缘画质，成本低、分辨率高、成像质量好，适用于安防行业等。

Description

一种高低温日夜共焦光学镜头
技术领域
本发明属于光学镜头技术领域，具体涉及一种高低温日夜共焦光学镜头。
背景技术
近年来人们的安全防范意识不断提高，促使安防监控行业得到高速发展，监控镜头发挥的作用也越来越大，为人们的日常生活提供便捷。而随着科技的发展，模具厂商加工技术的精密化，为降低生产成本，开始陆续使用塑胶镜片代替玻璃镜片。但现有的安防监控镜头存在如下缺点：使用全玻璃镜片成本高，而使用塑胶镜片容易产生高低温焦点热漂移的问题，成像质量低，在温差大的环境下性能不稳定，且在低照度场景下获取的图像较暗，难以保证图像质量，无法实现良好的日夜共焦夜视效果。因此随着安防向高清化、小型化推进，需要镜头达到更高的性能与更小的体积。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提出一种高低温日夜共焦光学镜头，能在可见光及近红外光下清晰成像，在-40℃～+80℃温度范围内不离焦，且系统采用玻塑混合透镜有助于降低成本的同时保证成像质量，并通过合理采用非球面透镜提升边缘画质，分辨率高、成像质量好，适用于安防行业等。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
本发明提出的一种高低温日夜共焦光学镜头，由沿物面至像面依次设置的凸凹负光焦度的第一塑胶非球面透镜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玻璃球面透镜L3、双凸正光焦度的第四玻璃球面透镜L4、双凸正光焦度的第五塑胶非球面透镜L5和凹凸负光焦度的第六塑胶非球面透镜L6组成，第三玻璃球面透镜L3和第四玻璃球面透镜L4为胶合透镜组，且满足如下条件式：
Figure GDA0003710875410000021
Figure GDA0003710875410000022
其中，f为系统焦距，D为入瞳直径，f1为第一塑胶非球面透镜L1的焦距，f2为第二塑胶非球面透镜L2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，单位均为mm。
优选地，高低温日夜共焦光学镜头还包括光阑STO，光阑STO位于第一塑胶非球面透镜L1和第二塑胶非球面透镜L2之间。
优选地，第六塑胶非球面透镜L6的像面侧还设有平面保护玻璃L7。
优选地，第一塑胶非球面透镜L1、第二塑胶非球面透镜L2、第五塑胶非球面透镜L5和第六塑胶非球面透镜L6的非球面方程如下：
Figure GDA0003710875410000023
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为非球面高阶系数。
优选地，第一塑胶非球面透镜L1、第二塑胶非球面透镜L2、第五塑胶非球面透镜L5和第六塑胶非球面透镜L6沿光线入射方向依次分布的各镜面，对应的k值依次为0.2714、0.204、-1.1839、-1.7201、31.6223、-39.637、2.9355、-14.429，对应的α4值依次为-2.6e-04、-2.5e-04、3.54e-03、4.88e-04、4.85e-03、4.14e-03、8.52e-03、4.41e-03，对应的α6值依次为-2.7e-05、-1.4e-04、3.47e-03、3.29e-04、-4.6e-04、-1.8e-04、-3.1e-03、3.86e-05，对应的α8值依次为8.94e-07、3.25e-05、-1.3e-04、-6.4e-05、1.2e-05、-3.1e-05、1.69e-06、-2.7e-07，对应的α10值依次为-2.5e-07、-8.2e-06、5.54e-06、2.43e-06、-1.1e-06、1.09e-05、2.12e-07、-3.3e-07。
优选地，第一塑胶非球面透镜L1、第二塑胶非球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3、第四玻璃球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5和第六塑胶非球面透镜L6，依次对应的焦距为-40.92±5％、-58.18±5％、-23.56±5％、7.88±5％、17.98±5％、-85.35±5％，依次对应的折射率为1.64±5％、1.54±5％、1.73±5％、1.46±5％、1.54±5％、1.64±5％，依次对应的物侧镜面曲率半径为4.62±5％、-2.15±5％、8.02±5％、5.05±5％、22.73±5％、-8.76±5％，依次对应的像侧镜面曲率半径为3.19±5％、-2.78±5％、5.05±5％、-7.01±5％、-15.97±5％、-11.72±5％，“-”表示方向为负方向，焦距和曲率半径的单位均为mm。
优选地，高低温日夜共焦光学镜头工作频段为红外波长830nm～870nm和可见光459nm～618nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：该镜头采用2G4P结构，结构简单，成本低；通过合理分配光焦度使镜头结构紧凑，大幅降低公差敏感度，有助于提高成像质量；合理采用塑胶非球面透镜修正各种像差，进一步提升了成像边缘画质；并合理分配焦距比使得系统在-40℃～+80℃的环境条件下和红外波长830nm～870nm、可见光459nm～618nm范围不离焦，分辨率高、成像质量好，满足日夜两用需求，适用于安防行业等。
附图说明
图1为本发明的镜头结构示意图；
图2为本发明的镜头光通路结构示意图；
图3为本发明的镜头在常温20℃环境下的MTF图；
图4为本发明的镜头在低温-40℃环境下的MTF图；
图5为本发明的镜头在高温+80℃环境下的MTF图；
图6为本发明镜头在红外波段830nm～870nm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1-6所示，一种高低温日夜共焦光学镜头，由沿物面至像面依次设置的凸凹负光焦度的第一塑胶非球面透镜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玻璃球面透镜L3、双凸正光焦度的第四玻璃球面透镜L4、双凸正光焦度的第五塑胶非球面透镜L5和凹凸负光焦度的第六塑胶非球面透镜L6组成，第三玻璃球面透镜L3和第四玻璃球面透镜L4为胶合透镜组，且满足如下条件式：
Figure GDA0003710875410000041
Figure GDA0003710875410000042
其中，f为系统焦距，D为入瞳直径，f1为第一塑胶非球面透镜L1的焦距，f2为第二塑胶非球面透镜L2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，单位均为mm。
其中，如图2所示，光线入射时沿六个透镜L1至L6依次调整光线入射角度达到成像质量要求。通过非球面透镜设计使像差得到修正，提升了边缘画质，成像更加清晰。且不同温度下正负透镜的焦点漂移量不同，通过合理分配正负光焦度将温度漂移补偿实现无热化设计，镜头结构紧凑，并大幅降低公差敏感度，通过合理分配焦距比使得系统在-40℃～+80℃温度变化内不离焦，并在可见光及近红外光下清晰成像，工作性能更加稳定。并且采用2G4P玻塑混合结构，结构简单、成本低，适合大批量生产，适用于安防监控行业等。
在一实施例中，高低温日夜共焦光学镜头还包括光阑STO，光阑STO位于第一塑胶非球面透镜L1和第二塑胶非球面透镜L2之间。用以根据实际情况调节光通量，获得较高的成像质量。
在一实施例中，第六塑胶非球面透镜L6的像面侧还设有平面保护玻璃L7。为像面处的感光芯片提供有效保护。
在一实施例中，第一塑胶非球面透镜L1、第二塑胶非球面透镜L2、第五塑胶非球面透镜L5和第六塑胶非球面透镜L6的非球面方程如下：
Figure GDA0003710875410000051
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、第二塑胶非球面透镜L2、第五塑胶非球面透镜L5和第六塑胶非球面透镜L6沿光线入射方向依次分布的各镜面，对应的k值依次为0.2714、0.204、-1.1839、-1.7201、31.6223、-39.637、2.9355、-14.429，对应的α4值依次为-2.6e-04、-2.5e-04、3.54e-03、4.88e-04、4.85e-03、4.14e-03、8.52e-03、4.41e-03，对应的α6值依次为-2.7e-05、-1.4e-04、3.47e-03、3.29e-04、-4.6e-04、-1.8e-04、-3.1e-03、3.86e-05，对应的α8值依次为8.94e-07、3.25e-05、-1.3e-04、-6.4e-05、1.2e-05、-3.1e-05、1.69e-06、-2.7e-07，对应的α10值依次为-2.5e-07、-8.2e-06、5.54e-06、2.43e-06、-1.1e-06、1.09e-05、2.12e-07、-3.3e-07。
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如下表1所示。
表1
R11 R12 R21 R22 R51 R52 R61 R62
k 0.2714 0.204 -1.1839 -1.7201 31.6223 -39.637 2.9355 -14.429
α<sub>4</sub> -2.6e-04 -2.5e-04 3.54e-03 4.88e-04 4.85e-03 4.14e-03 8.52e-03 4.41e-03
α<sub>6</sub> -2.7e-05 -1.4e-04 3.47e-03 3.29e-04 -4.6e-04 -1.8e-04 -3.1e-03 3.86e-05
α<sub>8</sub> 8.94e-07 3.25e-05 -1.3e-04 -6.4e-05 1.2e-05 -3.1e-05 1.69e-06 -2.7e-07
α<sub>10</sub> -2.5e-07 -8.2e-06 5.54e-06 2.43e-06 -1.1e-06 1.09e-05 2.12e-07 -3.3e-07
表1中，R11和R12分别为第一塑胶非球面透镜L1的物侧镜面和像侧镜面，R21和R22分别为第二塑胶非球面透镜L2的物侧镜面和像侧镜面，R51和R52分别为第五塑胶非球面透镜L5的物侧镜面和像侧镜面，R61和R62分别为第六塑胶非球面透镜L6的物侧镜面和像侧镜面。
在一实施例中，第一塑胶非球面透镜L1、第二塑胶非球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3、第四玻璃球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5和第六塑胶非球面透镜L6，依次对应的焦距为-40.92±5％、-58.18±5％、-23.56±5％、7.88±5％、17.98±5％、-85.35±5％，依次对应的折射率为1.64±5％、1.54±5％、1.73±5％、1.46±5％、1.54±5％、1.64±5％，依次对应的物侧镜面曲率半径为4.62±5％、-2.15±5％、8.02±5％、5.05±5％、22.73±5％、-8.76±5％，依次对应的像侧镜面曲率半径为3.19±5％、-2.78±5％、5.05±5％、-7.01±5％、-15.97±5％、-11.72±5％，“-”表示方向为负方向，焦距和曲率半径的单位均为mm。
具体地，本实施例中镜头的各参数取值如下表2。
表2
Figure GDA0003710875410000061
表2中，f1～f6依次对应第一塑胶非球面透镜L1至第六塑胶非球面透镜L6的焦距，n1～n6依次对应第一塑胶非球面透镜L1至第六塑胶非球面透镜L6的折射率，R11、R21、R31、R41、R51、R61依次对应第一塑胶非球面透镜L1至第六塑胶非球面透镜L6的物侧镜面曲率半径，R12、R22、R32、R42、R52、R62依次对应第一塑胶非球面透镜L1至第六塑胶非球面透镜L6的像侧镜面曲率半径，“-”表示方向为负方向，即弯向物面侧的方向。图1中，R31和R32分别为第三玻璃球面透镜L3的物侧镜面和像侧镜面，R41和R42分别为第四玻璃球面透镜L4的物侧镜面和像侧镜面。
在一实施例中，高低温日夜共焦光学镜头工作频段为红外波长830nm～870nm和可见光459nm～618nm。
当该申请的L1至L6六个透镜的焦距、折射率及曲率半径分别满足上述表1和表2条件时，由图3、4和5所示，该镜头在常温20℃、低温-40℃、高温+80℃等极限条件下MTF曲线均未出现严重的离焦现象，均在5μm以内，温度适应性强，在不同温度下均可正常工作，性能稳定；由图6所示，光源波长在红外波长830nm～870nm时，跑焦量小于5μm，成像质量优良，镜头在可视与夜间或光线较暗地域均可成像清晰。
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 (7)

1.一种高低温日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述高低温日夜共焦光学镜头由沿物面至像面依次设置的凸凹负光焦度的第一塑胶非球面透镜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玻璃球面透镜L3、双凸正光焦度的第四玻璃球面透镜L4、双凸正光焦度的第五塑胶非球面透镜L5和凹凸负光焦度的第六塑胶非球面透镜L6组成，所述第三玻璃球面透镜L3和第四玻璃球面透镜L4为胶合透镜组，且满足如下条件式：
Figure FDA0003710875400000011
Figure FDA0003710875400000012
其中，f为系统焦距，D为入瞳直径，f1为所述第一塑胶非球面透镜L1的焦距，f2为所述第二塑胶非球面透镜L2的焦距，f5为所述第五塑胶非球面透镜L5的焦距，f6为所述第六塑胶非球面透镜L6的焦距，单位均为mm。
2.如权利要求1所述的高低温日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述高低温日夜共焦光学镜头还包括光阑STO，所述光阑STO位于所述第一塑胶非球面透镜L1和第二塑胶非球面透镜L2之间。
3.如权利要求1所述的高低温日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述第六塑胶非球面透镜L6的像面侧还设有平面保护玻璃L7。
4.如权利要求1所述的高低温日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述第一塑胶非球面透镜L1、第二塑胶非球面透镜L2、第五塑胶非球面透镜L5和第六塑胶非球面透镜L6的非球面方程如下：
Figure FDA0003710875400000013
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为非球面高阶系数。
5.如权利要求4所述的高低温日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述第一塑胶非球面透镜L1、第二塑胶非球面透镜L2、第五塑胶非球面透镜L5和第六塑胶非球面透镜L6沿光线入射方向依次分布的各镜面，对应的k值依次为0.2714、0.204、-1.1839、-1.7201、31.6223、-39.637、2.9355、-14.429，对应的α4值依次为-2.6e-04、-2.5e-04、3.54e-03、4.88e-04、4.85e-03、4.14e-03、8.52e-03、4.41e-03，对应的α6值依次为-2.7e-05、-1.4e-04、3.47e-03、3.29e-04、-4.6e-04、-1.8e-04、-3.1e-03、3.86e-05，对应的α8值依次为8.94e-07、3.25e-05、-1.3e-04、-6.4e-05、1.2e-05、-3.1e-05、1.69e-06、-2.7e-07，对应的α10值依次为-2.5e-07、-8.2e-06、5.54e-06、2.43e-06、-1.1e-06、1.09e-05、2.12e-07、-3.3e-07。
6.如权利要求1所述的高低温日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述第一塑胶非球面透镜L1、第二塑胶非球面透镜L2、第三玻璃球面透镜L3、第四玻璃球面透镜L4、第五塑胶非球面透镜L5和第六塑胶非球面透镜L6，依次对应的焦距为-40.92±5％、-58.18±5％、-23.56±5％、7.88±5％、17.98±5％、-85.35±5％，依次对应的折射率为1.64±5％、1.54±5％、1.73±5％、1.46±5％、1.54±5％、1.64±5％，依次对应的物侧镜面曲率半径为4.62±5％、-2.15±5％、8.02±5％、5.05±5％、22.73±5％、-8.76±5％，依次对应的像侧镜面曲率半径为3.19±5％、-2.78±5％、5.05±5％、-7.01±5％、-15.97±5％、-11.72±5％，“-”表示方向为负方向，焦距和曲率半径的单位均为mm。
7.如权利要求1所述的高低温日夜共焦光学镜头，其特征在于：所述高低温日夜共焦光学镜头工作频段为红外波长830nm～870nm和可见光459nm～618nm。
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