CN113960762A - 定焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种定焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜(L1)、具有正光焦度的第二透镜(L2)、光阑(STO)、具有正光焦度或负光焦度的第三透镜(L3)、具有正光焦度的第四透镜(L4)、具有负光焦度的第五透镜(L5)、具有正光焦度的第六透镜(L6)、具有正光焦度的第七透镜(L7)和具有负光焦度的第八透镜(L8)。本发明的定焦镜头具有低成本、小型化、超大光圈、高解像力、日夜两用的特点，且在‑40℃～80℃温度范围内不虚焦。

Description

定焦镜头
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。
背景技术
随着社会对公共安全领域工作的重视程度的日渐增高，监控设施的需求和要求也在不断提升。定焦镜头因其具备成像高清、低照度条件下成像清晰等优点而被广泛应用于各类安防设施中。现有的安防镜头通常采用双波段共焦技术来实现白天和夜间的拍摄，但是，这种方式只是实现夜间拍摄的初级技术，而日夜全彩才是未来的发展目标。在现有技术中，加大镜头光圈是实现日夜全彩的主要手段，但由于大光圈镜头(FNO<1.2)的光学总长较难控制，并且体积也较大，因此这种方式并不适应安防镜头的小体积、高像质的发展理念。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定焦镜头。
为实现上述发明目的，本发明提供一种定焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、光阑、具有正光焦度或负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜和具有负光焦度的第八透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜为凸凹型透镜，所述第二透镜为凹凸型透镜，所述第三透镜为凸凹型透镜，所述第四透镜为凸凸型透镜，所述第五透镜为凸凹型透镜，所述第六透镜为凸凸型透镜，所述第七透镜为凹凸型透镜，所述第八透镜为近轴区凸凹型透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜为非球面透镜，所述第二透镜为非球面透镜，所述第三透镜为非球面透镜，所述第四透镜为球面透镜，所述第五透镜为球面透镜，所述第六透镜为球面透镜，所述第七透镜为非球面透镜，所述第八透镜为非球面透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜为塑胶透镜，所述第二透镜为塑胶透镜，所述第三透镜为塑胶透镜，所述第四透镜为玻璃透镜，所述第五透镜为玻璃透镜，所述第六透镜为玻璃透镜，所述第七透镜为塑胶透镜，所述第八透镜为塑胶透镜。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜与所述第六透镜胶合组成具有正光焦度的胶合镜组。
根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的光学总长TTL与有效焦距F满足以下关系：3.4≤TTL/F≤3.7。
根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的光学后焦BFL与光学总长TTL满足以下关系：0.68≤BFL/TTL≤0.75。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜的有效焦距F1与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：-3≤F1/F≤-2.8。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜的有效焦距F2与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：8.75≤F2/F≤10.25。
根据本发明的一个方面，所述第三透镜的有效焦距F3与第二透镜的有效焦距F2满足以下关系：-69≤F3/F2≤75。
根据本发明的一个方面，所述第四透镜的有效焦距F4与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：2.387≤F4/F≤2.642。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜的有效焦距F5与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：-1.41≤F5/F≤-1.32。
根据本发明的一个方面，所述第六透镜的有效焦距F6与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：0.85≤F6/F≤0.91。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距F56与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：1.89≤F56/F≤2.21。
根据本发明的一个方面，所述第七透镜和所述第八透镜的组合焦距F78与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：5.2≤F78/F≤15.5。
根据本发明的一个方面，所述第七透镜和所述第八透镜之间的空气间隔长度d78与所述第七透镜和所述第八透镜的厚度之和(d7+d8)满足以下关系：0.029≤d78/(d7+d8)≤0.035。
根据本发明的构思，提供一种低成本、小型化、超大光圈(F1.0)、高解像力、微光成像的日夜两用安防定焦镜头。
根据本发明的一个方案，通过合理设置定焦镜头中各个透镜的光焦度及凹凸性，可以使定焦镜头的性能较高，体积较小，大光圈，日夜两用，并且，还能实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，成像清晰。
根据本发明的一个方案，通过合理设置定焦镜头中各透镜的面型及材质，可以使定焦镜头的成本较低，并且像质较高。
根据本发明的一个方案，通过合理设置定焦镜头的光学总长与有效焦距的关系以及定焦镜头的光学后焦与光学总长的关系，有利于定焦镜头实现小型化的目的。
根据本发明的一个方案，通过合理设置第一透镜的有效焦距与定焦镜头的有效焦距的关系以及第二透镜的有效焦距与定焦镜头的有效焦距的关系，可以有效控制入射光线，从而降低系统像差，有利于提高像质。
根据本发明的一个方案，通过合理设置第三透镜的有效焦距与第二透镜的有效焦距的关系，可以有效减小由光阑引起的像差。
根据本发明的一个方案，通过合理设置第四透镜的有效焦距与定焦镜头的有效焦距的关系，有利于平衡定焦镜头的高低温性能。
根据本发明的一个方案，通过合理设置胶合镜组及其相关参数，可以有效校准色差。
根据本发明的一个方案，通过合理设置第七透镜和第八透镜的组合焦距与定焦镜头的有效焦距的关系以及第七透镜和第八透镜之间的空气间隔长度与第七透镜和第八透镜的厚度之和的关系，可以有效控制畸变，提高光学成像性能。
附图说明
图1示意性表示本发明的第一种实施方式的定焦镜头的结构图；
图2示意性表示本发明的第一种实施方式的定焦镜头的MTF图；
图3示意性表示本发明的第一种实施方式的定焦镜头频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图4示意性表示本发明的第一种实施方式的定焦镜头高温80℃频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图5示意性表示本发明的第一种实施方式的定焦镜头低温-40℃频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图6示意性表示本发明的第一种实施方式的定焦镜头红外波长850nm频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图7示意性表示本发明的第二种实施方式的定焦镜头的结构图；
图8示意性表示本发明的第二种实施方式的定焦镜头的MTF图；
图9示意性表示本发明的第二种实施方式的定焦镜头频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图10示意性表示本发明的第二种实施方式的定焦镜头高温80℃频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图11示意性表示本发明的第二种实施方式的定焦镜头低温-40℃频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图12示意性表示本发明的第二种实施方式的定焦镜头红外波长850nm频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图13示意性表示本发明的第三种实施方式的定焦镜头的结构图；
图14示意性表示本发明的第三种实施方式的定焦镜头的MTF图；
图15示意性表示本发明的第三种实施方式的定焦镜头频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图16示意性表示本发明的第三种实施方式的定焦镜头高温80℃频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图17示意性表示本发明的第三种实施方式的定焦镜头低温-40℃频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图18示意性表示本发明的第三种实施方式的定焦镜头红外波长850nm频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图19示意性表示本发明的第四种实施方式的定焦镜头的结构图；
图20示意性表示本发明的第四种实施方式的定焦镜头的MTF图；
图21示意性表示本发明的第四种实施方式的定焦镜头频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图22示意性表示本发明的第四种实施方式的定焦镜头高温80℃频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图23示意性表示本发明的第四种实施方式的定焦镜头低温-40℃频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图；
图24示意性表示本发明的第四种实施方式的定焦镜头红外波长850nm频率为125lp/mm的Through-Focus-MTF图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
参见图1，本发明的定焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、光阑STO、具有正光焦度或负光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4、具有负光焦度的第五透镜L5、具有正光焦度的第六透镜L6、具有正光焦度的第七透镜L7和具有负光焦度的第八透镜L8。
本发明中，第一透镜L1为凸凹型透镜，第二透镜L2为凹凸型透镜，第三透镜L3为凸凹型透镜，第四透镜L4为凸凸型透镜，第五透镜L5为凸凹型透镜，第六透镜L6为凸凸型透镜，第七透镜L7为凹凸型透镜，第八透镜L8为近轴区凸凹型透镜。
满足上述设置，可以使本发明的定焦镜头具有高性能、小型化、F1.0超大光圈、日夜两用的特点，并且，还能实现在-40℃～80℃温度范围内成像清晰。
本发明中，第一透镜L1为非球面透镜，第二透镜L2为非球面透镜，第三透镜L3为非球面透镜，第四透镜L4为球面透镜，第五透镜L5为球面透镜，第六透镜L6为球面透镜，第七透镜L7为非球面透镜，第八透镜L8为非球面透镜。第一透镜L1为塑胶透镜，第二透镜L2为塑胶透镜，所述第三透镜L3为塑胶透镜，第四透镜L4为玻璃透镜，第五透镜L5为玻璃透镜，第六透镜L6为玻璃透镜，第七透镜L7为塑胶透镜，第八透镜L8为塑胶透镜。如此，可以使定焦镜头的成本较低，并且像质较高。
本发明中，定焦镜头的光学总长TTL与有效焦距F满足以下关系：3.4≤TTL/F≤3.7。定焦镜头的光学后焦(即最后一枚透镜像侧面至像面IMAGE的距离)BFL与光学总长TTL满足以下关系：0.68≤BFL/TTL≤0.75。如此，有利于定焦镜头实现小型化的目的。
本发明中，第一透镜L1的有效焦距F1与定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：-3≤F1/F≤-2.8。第二透镜L2的有效焦距F2与定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：8.75≤F2/F≤10.25。如此，可以有效控制入射光线，从而降低系统像差，有利于提高像质。
本发明中，第三透镜L3的有效焦距F3与第二透镜L2的有效焦距F2满足以下关系：-69≤F3/F2≤75。满足这一关系，可以有效减小由光阑STO引起的像差。
本发明中，第四透镜L4的有效焦距F4与定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：2.387≤F4/F≤2.642。如此，有利于平衡定焦镜头的高低温性能。
本发明中，第五透镜L5与第六透镜L6胶合组成具有正光焦度的胶合镜组。第五透镜L5的有效焦距F5与定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：-1.41≤F5/F≤-1.32。第六透镜L6的有效焦距F6与定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：0.85≤F6/F≤0.91。第五透镜L5和第六透镜L6的组合焦距F56与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：1.89≤F56/F≤2.21。这样，通过合理设置胶合镜组，可以有效校准色差。
本发明中，第七透镜L7和第八透镜L8的组合焦距F78与定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：5.2≤F78/F≤15.5。第七透镜L7和第八透镜L8之间的空气间隔长度d78与第七透镜L7和第八透镜L8的厚度之和(d7+d8)满足以下关系：0.029≤d78/(d7+d8)≤0.035。如此，可以有效控制畸变，提高光学成像性能。
综上所述，本发明的定焦镜头的光学总长≤22.5mm(带平板保护玻璃CG)，从而可以实现小体积。而定焦镜头采用塑胶、玻璃混用的透镜组合，并采用非球面的面型，从而在降低成本的同时还可以提高像质。本发明的定焦镜头的性能较高，具有500万像素的高解像力，且镜头的Fno≤1.07，具有超大光圈，可实现微光成像。另外，定焦的镜头红外波段性能也较好，可实现日夜两用，并能实现在-40℃～80℃温度范围内成像清晰，以适应高低温环境条件。
以下以四种具体实施方式来详细说明本发明的定焦镜头，下列实施方式中，以S1、S2、…、SN表示各光学元件的面，其中，光阑STO也可记为STO，像面IMAGE也可记为IMA。
其中，塑胶非球面透镜满足以下公式：
Figure BDA0003347475710000091
式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16···分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶···非球面系数。
具体符合上述条件式的各实施方式的参数如下表1所示：
Figure BDA0003347475710000092
Figure BDA0003347475710000101
表1
第一种实施方式
参见图1至图6，在本实施方式中，定焦镜头的各参数为，F#：1.07；镜头总长：21.99；视场角：66.7°。其中，第三透镜L3具有负光焦度。
本实施方式的定焦镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表2所示：
面序号 表面类型 R值 厚度 折射率 阿贝数
S1 非球面 4.17 1.38 1.54 55.71
S2 非球面 2.58 2.79
S3 非球面 -2.82 2.14 1.54 55.71
S4 非球面 -3.29 0.03
S5(STO) 球面 Infinity 0.03
S6 非球面 4.96 1.69 1.66 20.38
S7 非球面 4.25 0.13
S8 球面 7.12 2.55 1.44 95.1
S9 球面 -123.11 0.29
S10 球面 13.64 0.96 1.70 30.05
S11 球面 3.93 3.39 1.57 71.31
S12 球面 -9.01 0.08
S13 非球面 -7.51 0.99 1.54 55.98
S14 非球面 -3.57 0.06
S15 非球面 6.19 1.00 1.64 23.53
S16 非球面 3.62 3.48
S17 球面 Infinity 0.8 1.52 64.21
S18 球面 Infinity 0.2
S19(IMA) 球面 Infinity - - -
表2
本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表3所示：
Figure BDA0003347475710000111
表3
其中，K为该表面的二次曲面常数，A4、A6、A8、A10、A12分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶的非球面系数。
第二种实施方式
参见图7至图12，在本实施方式中，定焦镜头的各参数为，F#：1.07；镜头总长：22.34；视场角：65.5°。其中，第三透镜L3具有正光焦度。
本实施方式的定焦镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表4所示：
Figure BDA0003347475710000112
Figure BDA0003347475710000121
表4
本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表5所示：
Figure BDA0003347475710000122
表5
其中，K为该表面的二次曲面常数，A4、A6、A8、A10、A12分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶的非球面系数。
第三种实施方式
参见图13至图18，在本实施方式中，定焦镜头的各参数为，F#：1.06；镜头总长：22.46；视场角：65.9°。其中，第三透镜L3具有负光焦度。
本实施方式的定焦镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表6所示：
面序号 表面类型 R值 厚度 折射率 阿贝数
S1 非球面 4.11 1.21 1.54 55.71
S2 非球面 2.58 2.71
S3 非球面 -2.82 2.21 1.54 55.71
S4 非球面 -3.29 0.06
S5(STO) 球面 Infinity 0.05
S6 非球面 4.90 1.55 1.66 20.38
S7 非球面 4.27 0.55
S8 球面 7.14 2.94 1.44 95.1
S9 球面 -99.76 0.07
S10 球面 13.22 0.67 1.70 30.05
S11 球面 4.00 3.95 1.57 71.31
S12 球面 -8.60 0.08
S13 非球面 -7.04 0.93 1.54 55.98
S14 非球面 -3.64 0.06
S15 非球面 6.39 0.98 1.64 23.53
S16 非球面 3.54 3.44
S17 球面 Infinity 0.8 1.52 64.21
S18 球面 Infinity 0.2
S19(IMA) 球面 Infinity - - -
表6
本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表7所示：
Figure BDA0003347475710000131
Figure BDA0003347475710000141
表7
其中，K为该表面的二次曲面常数，A4、A6、A8、A10、A12分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶的非球面系数。
第四种实施方式
参见图19至图24，在本实施方式中，定焦镜头的各参数为，F#：1.069；镜头总长：22.46；视场角：65.7°。其中，第三透镜L3具有正光焦度。
本实施方式的定焦镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表8所示：
面序号 表面类型 R值 厚度 折射率 阿贝数
S1 非球面 4.09 1.17 1.54 55.71
S2 非球面 2.59 2.78
S3 非球面 -2.82 2.2 1.54 55.71
S4 非球面 -3.29 0.04
S5(STO) 球面 Infinity 0.05
S6 非球面 4.92 1.61 1.66 20.38
S7 非球面 4.29 0.64
S8 球面 7.13 2.77 1.44 95.1
S9 球面 -92.84 0.05
S10 球面 13.15 0.68 1.70 30.05
S11 球面 4.01 4.04 1.57 71.31
S12 球面 -8.58 0.08
S13 非球面 -7.00 0.87 1.54 55.98
S14 非球面 -3.65 0.06
S15 非球面 6.42 0.97 1.64 23.53
S16 非球面 3.53 3.45
S17 球面 Infinity 0.8 1.52 64.21
S18 球面 Infinity 0.2
S19(IMA) 球面 Infinity - - -
表8
本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表9所示：
Figure BDA0003347475710000151
表9
其中，K为该表面的二次曲面常数，A4、A6、A8、A10、A12分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶的非球面系数。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种定焦镜头，其特征在于，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜(L1)、具有正光焦度的第二透镜(L2)、光阑(STO)、具有正光焦度或负光焦度的第三透镜(L3)、具有正光焦度的第四透镜(L4)、具有负光焦度的第五透镜(L5)、具有正光焦度的第六透镜(L6)、具有正光焦度的第七透镜(L7)和具有负光焦度的第八透镜(L8)。
2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)为凸凹型透镜，所述第二透镜(L2)为凹凸型透镜，所述第三透镜(L3)为凸凹型透镜，所述第四透镜(L4)为凸凸型透镜，所述第五透镜(L5)为凸凹型透镜，所述第六透镜(L6)为凸凸型透镜，所述第七透镜(L7)为凹凸型透镜，所述第八透镜(L8)为近轴区凸凹型透镜。
3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)为非球面透镜，所述第二透镜(L2)为非球面透镜，所述第三透镜(L3)为非球面透镜，所述第四透镜(L4)为球面透镜，所述第五透镜(L5)为球面透镜，所述第六透镜(L6)为球面透镜，所述第七透镜(L7)为非球面透镜，所述第八透镜(L8)为非球面透镜。
4.根据权利要求3所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)为塑胶透镜，所述第二透镜(L2)为塑胶透镜，所述第三透镜(L3)为塑胶透镜，所述第四透镜(L4)为玻璃透镜，所述第五透镜(L5)为玻璃透镜，所述第六透镜(L6)为玻璃透镜，所述第七透镜(L7)为塑胶透镜，所述第八透镜(L8)为塑胶透镜。
5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜(L5)与所述第六透镜(L6)胶合组成具有正光焦度的胶合镜组。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的光学总长TTL与有效焦距F满足以下关系：3.4≤TTL/F≤3.7。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的光学后焦BFL与光学总长TTL满足以下关系：0.68≤BFL/TTL≤0.75。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)的有效焦距F1与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：-3≤F1/F≤-2.8。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜(L2)的有效焦距F2与所述定焦镜头的有效焦距F满足以下关系：8.75≤F2/F≤10.25。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜(L3)的有效焦距F3与第二透镜(L2)的有效焦距F2满足以下关系：-69≤F3/F2≤75。
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