CN113835200B - 一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头，从物方到像方依次包括具有正光焦度的第一镜片组Group1（平凸正透镜G1、凸凹正透镜G2和凸凹负透镜G3胶合而成的胶合镜D1）、弯月形负透镜G4、可变光阑s1、具有正光焦度的第二镜片组Group2(双凹负透镜G5和双凸正透镜G6胶合而成的胶合镜D2)。本发明优点在于光谱范围为可见光和近红外光（470‑910nm），同时满足摄影爱好者可见光及近红外光下的拍摄需求；镜头全部使用球面镜片，并修正了各种像差，满足使用需求同时，加工生产难度降低。本设计由6片球面镜片组成，具有可见光、近红外光均可良好成像和制造成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头，属于相机镜头技术领域。
背景技术
在人脸建模领域，需要拍摄多组模特不同表情的照片，若可见光条件下拍摄，长时间暴露于闪光灯下，人眼会产生疲劳、眩光等不适，同时，模特所拍摄的照片须能完美还原人脸细节，要求镜头有较高的成像质量。此外，现有一些摄影爱好者在拍摄景物时镜头都是针对可见光设计，如果在近红外光下拍摄，由于镜头设计缺陷，会出现照片细节不足的缺点。
现有的单反镜头为了矫正像差、提高成像质量，多增加非球面来实现，加工制造成本大大增加。如CN10799160B专利、日本特开20142014-54214号专利均使用非球面，非球面开模成本高，加工困难，且以上专利所述镜头也仅针对可见光设计，不能满足上述同时两种光线环境拍摄条件。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的全画幅单反镜头拍摄光源环境单一性（仅可见）、采用非球面镜片加工成本昂贵的问题，本发明提供一种同时覆盖可见及近红外的全画幅镜头。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头，从物方到像方依次包括具有正光焦度的第一镜片组Group1、弯月形负透镜G4、可变光阑s1、具有正光焦度的第二镜片组Group2。
所述第一镜片组Group1包括平凸正透镜G1，正透镜胶合透镜组D1；第一镜片组Group1光焦度φGroup1满足1.9<φGroup1/φ<2.3，其中φ为全画幅镜头的光焦度。
所述平凸正透镜G1凸面朝向物方，其光焦度满足0.5<φG1/φGroup1<0.7；正透镜胶合透镜组D1光焦度满足0.3<φD1/φGroup1<0.5。
所述正透镜胶合透镜组D1由凸凹正透镜G2和凸凹负透镜G3胶合而成，凸凹正透镜G2、凸凹负透镜G3凸面均朝向物方，其光焦度满足：1.65<φG2/φD1 <1.85，0.7<|φG3/φD1|<0.9，其中，凸凹正透镜G2光焦度为φG2，凸凹负透镜G3光焦度为φG3。
所述弯月形负透镜G4凸面朝向物方，其光焦度满足条件2.6<|φG4/φ|<2.8。
所述凸凹负透镜G3像侧面的曲率半径r32与弯月形负透镜G4物侧面的曲率半径r41满足以下关系：(|r41|-|r32|)/(|r41|+|r32|)>0.5。
其中第一镜片组Group1像侧面和弯月形负透镜G4物侧面之间的中心距离d34与全面幅镜头光学总长TTL之间满足：d34/TTL>0.01。
其中第二镜片组Group2设置为一个胶合透镜组D2，其光焦度满足0.8<φD2/φ<1.2。
其中胶合透镜组D2由双凹负透镜G5和双凸正透镜G6胶合而成，其光焦度满足：2.45<|φG5/φD2|<2.7，3.3<φG6/φD2<3.5，其中，双凹负透镜G5光焦度为φG5，双凸正透镜G6光焦度为φG6。
其中弯月形负透镜G4像侧面和第二镜片组Group2物侧面之间的中心距离d45与全面幅镜头光学总长TTL之间满足：d45/TTL>0.08。
其中镜头中正透镜胶合透镜组D1的前后镜片使用的是磷冕系列特殊色散玻璃与重镧火石玻璃的组合形式，胶合透镜组D2的前后镜片使用的是特种火石系列与重镧火石玻璃的组合形式。
其中弯月形负透镜G4折射率大于1.6，其色散小于45。
作为优选方案，光焦度φGroup1设置为0.023mm-1，光焦度φ设置为0.011mm-1，光焦度φG1设置为0.014mm-1，光焦度φD1设置为0.009mm-1，光焦度φG2设置为0.016mm-1，光焦度φG3设置为-0.008mm-1，光焦度φG4设置为-0.03mm-1，光焦度φD2设置为0.012mm-1, 光焦度φG5设置为-0.03mm-1，光焦度φG6设置为0.039mm-1。
作为优选方案，平凸正透镜G1物侧面的曲率半径为43mm，像侧面为平面，平凸正透镜G1中心厚度为8.3mm；凸凹正透镜G2物侧面的曲率半径为33mm，像侧面的曲率半径为378mm，凸凹正透镜G2中心厚度为5mm；凸凹负透镜G3物侧面的曲率半径为378mm，像侧面的曲率半径为84mm，凸凹负透镜G3中心厚度为2mm；弯月形负透镜G4物侧面的曲率半径为290mm，像侧面的曲率半径为20mm，弯月形负透镜G4中心厚度为11.8mm；双凹负透镜G5物侧面的曲率半径为-200mm，像侧面的曲率半径为27mm，双凹负透镜G5中心厚度为1.5mm；双凸正透镜G6物侧面的曲率半径为27mm，像侧面的曲率半径为-95mm，双凸正透镜G6中心厚度为15.8mm。其中G1与G2之间的空气间隔为0.2mm，G3和G4之间的空气间隔为1.2mm，G4与可变光阑s1之间的空气间隔为8.4mm，可变光阑s1和G5之间的空气间隔为1.4mm。
作为优选方案，平凸正透镜G1的材料采用H-ZPK5，凸凹正透镜G2的材料采用H-ZPK7，凸凹负透镜G3的材料采用H-ZLAF69，弯月形负透镜G4的材料采用H-TF5，双凹负透镜G5的材料采用H-TF8，双凸正透镜G6的材料采用H-ZLAF68N。
有益效果：本发明提供的一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头，该镜头优点在于光谱范围为可见光和近红外光（470-910nm），同时满足摄影爱好者可见光及近红外光下的拍摄需求；镜头全部使用球面镜片，并修正了各种像差，满足使用需求同时，加工生产难度降低。
本设计由6片球面镜片组成，具有可见光、近红外光均可良好成像，制造成本低的优点。
附图说明
图1是本发明全画幅镜头的光学系统结构图。
图2是本发明全画幅镜头可见光范围的MTF vs Field曲线图。
图3是本发明全画幅镜头近红外范围的MTF vs Field曲线图。
图4是本发明全画幅镜头的场曲畸变图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头，从物方到像方依次包括具有正光焦度的第一镜片组Group1、弯月形负透镜G4、可变光阑s1、具有正光焦度的第二镜片组Group2。
其中第一镜片组Group1包括平凸正透镜G1，正透镜胶合透镜组D1。第一镜片组Group1光焦度φGroup1满足1.9<φGroup1/φ<2.3，其中φ为全画幅镜头的光焦度。
其中G1凸面朝向物方，其光焦度满足0.5<φG1/φGroup1 <0.7；胶合透镜组D1光焦度满足0.3<φD1/φGroup1<0.5。
其中胶合透镜组D1由凸凹正透镜G2和凸凹负透镜G3胶合而成，凸凹正透镜G2、凸凹负透镜G3凸面均朝向物方，其光焦度满足：1.65<φG2/φD1 <1.85，0.7<|φG3/φD1 |<0.9，其中，凸凹正透镜G2光焦度为φG2，凸凹负透镜G3光焦度为φG3。
其中弯月形负透镜G4凸面朝向物方，其光焦度满足条件2.6<|φG4/φ|<2.8。
其中凸凹负透镜G3像侧面的曲率半径r32与弯月形负透镜G4物侧面的曲率半径r41满足以下关系：(|r41|-|r32|)/(|r41|+|r32|)>0.5。
其中第一镜片组Group1像侧面和弯月形负透镜G4物侧面之间的中心距离d34与全面幅镜头光学总长TTL之间满足：d34/TTL>0.01。
其中第二镜片组Group2设置为一个胶合透镜组D2，胶合透镜组D2光焦度φD2，满足0.8<φD2/φ<1.2。
其中胶合透镜组D2由双凹负透镜G5和双凸正透镜G6胶合而成，其光焦度满足：2.45<|φG5/φD2|<2.7，3.3<φG6/φD2<3.5，其中，双凹负透镜G5光焦度为φG5，双凸正透镜G6光焦度为φG6。
其中弯月形负透镜G4像侧面和第二镜片组Group2物侧面之间的中心距离d45与全面幅镜头光学总长TTL之间满足：d45/TTL>0.08。
镜头中正透镜胶合透镜组D1的前后镜片使用的是磷冕系列特殊色散玻璃与重镧火石玻璃的组合形式，胶合透镜组D2的前后镜片使用的是特种火石系列与重镧火石玻璃的组合形式。特殊色散玻璃有利于宽光谱设计中色差的消除，简化光学系统，满足系统高精度性能要求。重镧火石玻璃，有较高的折射率，较低的色散系数，有利于减少镜片的使用数量，提高成像质量，减少镜头体积，也可以弥补和校正色差，提高镜头分辨率。
其中弯月形负透镜G4折射率大于1.6，其色散小于45。
本发明设计的镜头采用正负正的光焦度分配，有效抑制总长，中间负光焦度能很好的平衡前后正光焦度组引起的像差，第三组镜片具有相对较弱的光焦度，可以补正轴外像差，提高大视场像质，合理利用特殊色散玻璃和重镧火石玻璃组合，校正宽光谱色差，提高镜头分辨率，最终实现了光谱范围覆盖可见至近红外光（470-910nm）、最大光圈为F/2.8全画幅镜头功能，镜头性能优异。
参见图1一种全画幅镜头，包括可变光阑s1，位于可变光阑物方一侧的正焦距第一镜片组Group1和负透镜G4；该负透镜G4位于第一镜片组和可变光阑s1之间；还包括位于可变光阑s1像方一侧的正焦距第二镜片组Group2。
第一镜片组Group1包括包括平凸正透镜G1，正透镜胶合透镜组D1。第一镜片组Group1光焦度φGroup1为0.023mm-1，满足1.9<φGroup1/φ<2.3，其中φ为整镜头的光焦度，为0.011mm-1。
G1凸面朝向物方，其光焦度为0.014mm-1，满足0.5<φG1/φGroup1<0.7；胶合透镜组D1光焦度为0.009mm-1，满足0.3<φD1/φGroup1<0.5。
其中胶合透镜组D1由凸凹正透镜G2和凸凹负透镜G3胶合而成，G2、G3凸面均朝向物方，其光焦度分别为0.016mm-1、-0.008mm-1，满足：1.65<φG2/φD1 <1.85，0.7<|φG3/φD1|<0.9。
弯月形负透镜G4凸面朝向物方，其光焦度为-0.03mm-1，满足条件2.6<|φG4/φ|<2.8。
其中凸凹负透镜G3像侧面的曲率半径r32与弯月形负透镜G4物侧面的曲率半径r41分别为84mm和290mm，满足以下关系：(|r41|-|r32|)/(|r41|+|r32|)>0.5。
其中第一镜片组Group1像侧面和弯月形负透镜G4物侧面之间的中心距离d34为1.2mm，镜头TTL为101mm，满足：d45/TTL>0.01。
可变光阑s1方一侧第二镜片组Group2设置为一个胶合透镜组D2，其光焦度φD2=0.012mm-1，满足0.8<φD2/φ<1.2。
其中胶合透镜组D2由双凹负透镜G5和双凸正透镜G6胶合而成，其光焦度分别为-0.03mm-1、0.039mm-1，满足：2.45<|φG5/φD2|<2.7，3.3<φG6/φD2<3.5。
其中弯月形负透镜G4像侧面和第二镜片组Group2物侧面之间的中心距离d45为9.8mm，镜头TTL为101mm，满足：d45/TTL>0.08。
优选的第一透镜G1材料为H-ZPK5,其折射率为1.59，色散为68；优选的第二透镜G2材料为H-ZPK7（磷冕系列玻璃）,其折射率为1.57，色散为71；优选的第三透镜G3材料为H-ZLAF69（重镧系玻璃）,其折射率为1.81，色散为46；优选的第四透镜G4材料为H-TF5,其折射率为1.65，色散为40；优选的第五透镜G5材料为H-TF8（特种火石系列玻璃）,其折射率为1.72，色散为35；优选的第六透镜G6材料为H-ZLAF68N（重镧系玻璃）,其折射率为1.88，色散为39。
第一透镜G1物侧面R11的曲率半径为43mm，像侧面R12为平面，第一透镜G1中心厚度为8.3mm；第二透镜G2物侧面R21的曲率半径为33mm，像侧面R22的曲率半径为378mm，第二透镜G2中心厚度为5mm；第三透镜G3物侧面R31的曲率半径为378mm，与R22一致，两面胶合，像侧面R32的曲率半径为84mm，第三透镜G3中心厚度为2mm；第四透镜G4物侧面R41的曲率半径为290mm，像侧面R42的曲率半径为20mm，第四透镜G4中心厚度为11.8mm；第五透镜G5物侧面R51的曲率半径为-200mm，像侧面R52的曲率半径为27mm，第五透镜G5中心厚度为1.5mm；第六透镜G6物侧面R61的曲率半径为27mm，与R52一致，两面胶合，像侧面R62的曲率半径为-95mm，第六透镜G6中心厚度为15.8mm。其中G1与G2之间的空气间隔为0.2mm，G2、G3胶合成D1,G3和G4之间的空气间隔为1.2mm，G4与可变光阑s1之间的空气间隔为8.4mm，可变光阑s1和G5之间的空气间隔为1.4mm，G5、G6胶合成D2。
该镜头参数表如下：（间隔表示该表面与后一表面的间距）
| 表面序号 | 曲率半径/mm | 间隔/mm | 折射率 | 阿贝数 |
| R11 | 43 | 8.3 | 1.59 | 68 |
| R12 | Infinity | 0.2 | ||
| R21 | 33 | 5.0 | 1.57 | 71 |
| R22(R31) | 378 | 2.0 | 1.81 | 46 |
| R32 | 84 | 1.2 | ||
| R41 | 290 | 11.8 | 1.65 | 40 |
| R42 | 20 | 8.4 | ||
| S1 | Infinity | 1.4 | ||
| R51 | -200 | 1.5 | 1.72 | 35 |
| R52(R61) | 27 | 15.8 | 1.88 | 39 |
| R62 | -95 |
图2、图3是镜头分别在可见光下和近红外光下的MTF性能曲线，其中实线T表示子午像面的MTF，虚线S表示弧矢像面的值；由图可见，两个光谱范围内，0.8视场以内40cyc/mm下的MTF均大于0.6，0.8视场以内60cyc/mm下的MTF均大于0.4，适用于五千万像素级别的全画幅相机，满足人脸建模领域高解析度的要求。图4是镜头的畸变曲线，表示在半视场在13.1°时的畸变曲线，由图可知畸变控制在2%以内，实际拍摄时不会有明显的变形。
该镜头优点在于光谱范围为可见光和近红外（470-910nm），同时满足摄影爱好者可见光及近红外光下的拍摄需求及其他特殊环境拍摄需求；镜头全都使用球面镜片设计，并修正了各种像差，满足使用需求同时，加工生产难度降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头，其特征在于：从物方到像方依次包括具有正光焦度的第一镜片组Group1、弯月形负透镜G4、可变光阑s1、具有正光焦度的第二镜片组Group2；
所述第一镜片组Group1包括平凸正透镜G1，正透镜胶合透镜组D1；第一镜片组Group1光焦度φGroup1满足1.9<φGroup1/φ<2.3，其中φ为全画幅镜头的光焦度；
所述平凸正透镜G1凸面朝向物方，其光焦度满足0.5<φG1/φGroup1 <0.7；正透镜胶合透镜组D1光焦度满足0.3<φD1/φGroup1<0.5；φG1表示平凸正透镜G1光焦度；
所述正透镜胶合透镜组D1由凸凹正透镜G2和凸凹负透镜G3胶合而成，凸凹正透镜G2、凸凹负透镜G3凸面均朝向物方，其光焦度满足：1.65<φG2/φD1<1.85， 0.7<|φG3/φD1|<0.9，其中，凸凹正透镜G2光焦度为φG2，凸凹负透镜G3光焦度为φG3；φD1表示正透镜胶合透镜组D1光焦度；
所述弯月形负透镜G4凸面朝向物方，其光焦度满足条件2.6<|φG4/φ|<2.8；φG4表示弯月形负透镜G4光焦度；
所述凸凹负透镜G3像侧面的曲率半径r32与弯月形负透镜G4物侧面的曲率半径r41满足以下关系：(|r41|-|r32|)/(|r41|+|r32|)>0.5；
其中第一镜片组Group1像侧面和弯月形负透镜G4物侧面之间的中心距离d34与全面幅镜头光学总长TTL之间满足：d34/TTL>0.01；
其中第二镜片组Group2设置为一个胶合透镜组D2，其光焦度满足0.8<φD2/φ<1.2；
其中胶合透镜组D2由双凹负透镜G5和双凸正透镜G6胶合而成，其光焦度满足：2.45<|φG5/φD2|<2.7，3.3<φG6/φD2<3.5，其中，双凹负透镜G5光焦度为φG5，双凸正透镜G6光焦度为φG6；φD2表示胶合透镜组D2光焦度；
其中弯月形负透镜G4像侧面和第二镜片组Group2物侧面之间的中心距离d45与全面幅镜头光学总长TTL之间满足：d45/TTL>0.08；
所述平凸正透镜G1物侧面的曲率半径为43mm，像侧面为平面，平凸正透镜G1中心厚度为8.3mm；凸凹正透镜G2物侧面的曲率半径为33mm，像侧面的曲率半径为378mm，凸凹正透镜G2中心厚度为5mm；凸凹负透镜G3物侧面的曲率半径为378mm，像侧面的曲率半径为84mm，凸凹负透镜G3中心厚度为2mm；弯月形负透镜G4物侧面的曲率半径为290mm，像侧面的曲率半径为20mm，弯月形负透镜G4中心厚度为11.8mm；双凹负透镜G5物侧面的曲率半径为-200mm，像侧面的曲率半径为27mm，双凹负透镜G5中心厚度为1.5mm；双凸正透镜G6物侧面的曲率半径为27mm，像侧面的曲率半径为-95mm，双凸正透镜G6中心厚度为15.8mm；其中G1与G2之间的空气间隔为0.2mm，G3和G4之间的空气间隔为1.2mm，G4与可变光阑s1之间的空气间隔为8.4mm，可变光阑s1和G5之间的空气间隔为1.4mm。
2.根据权利要求1所述的一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头，其特征在于：所述镜头中正透镜胶合透镜组D1的前后镜片使用的是磷冕系列特殊色散玻璃与重镧火石玻璃的组合形式，胶合透镜组D2的前后镜片使用的是特种火石系列与重镧火石玻璃的组合形式；所述弯月形负透镜G4折射率大于1.6，其色散小于45。
3.根据权利要求1所述的一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头，其特征在于：所述光焦度φGroup1设置为0.023mm-1，光焦度φ设置为0.011mm-1，光焦度φG1设置为0.014mm-1，光焦度φD1设置为0.009mm-1，光焦度φG2设置为0.016mm-1，光焦度φG3设置为-0.008mm-1，光焦度φG4设置为-0.03mm-1，光焦度φD2设置为0.012mm-1,光焦度φG5设置为-0.03mm-1，光焦度φG6设置为0.039mm-1。
4.根据权利要求1所述的一种同时覆盖可见及近红外光的全画幅镜头，其特征在于：平凸正透镜G1的材料采用H-ZPK5，凸凹正透镜G2的材料采用H-ZPK7，凸凹负透镜G3的材料采用H-ZLAF69，弯月形负透镜G4的材料采用H-TF5，双凹负透镜G5的材料采用H-TF8，双凸正透镜G6的材料采用H-ZLAF68N。
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