CN114185156B - 一种镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜头，由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面；所述镜头满足： 其中，f₃为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列7个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：实现了一种高解像力兼顾小型化、低成本等特点的光学镜头。

Description

一种镜头

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种镜头。

背景技术

得益于近年来智能安防领域的高速发展，光学镜头在安防领域得到越来越多的应用，尤其是在智能楼宇、智能交通等领域，光学成像镜头的像素要求越来越高。越来越多的企业开始在超高清上投入更多的研究，期望研发出像素更高，尺寸更小的产品。对于光学镜头，塑胶镜片的使用会极大的减小产品体积，降低产品的价格。越来越多的大批量镜头向着玻璃和塑胶镜片混合的方向发展。而且塑胶镜片引入的非球面可一定程度上对于成像质量有较大的提升。随着安防领域的快速发展，现在的光学成像镜头中仍然存在如下问题：1、现有的定焦光学镜头，成像靶面小，大多数集中在1/2.7英寸及以下。2、在提升成像质量的同时，整个镜头尺寸较大，无法完成小型化的设计要求。3、塑胶镜片能够极大的提高产品的量产一致性，塑胶镜片的使用将极大的减小镜头的成本。市面上现在一般使用玻塑混合的镜头容易出温度稳定性差的情况。4、市面上现有的定焦镜头，一般光圈较小，F数均为F1.2及以上。

因此，目前市面上急需一款高解像力兼顾小型化、低成本等特点的光学镜头。

发明内容

本发明实施例提供了一种镜头，用以提供一种高解像力兼顾小型化、低成本等特点的光学镜头。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面；

所述镜头满足：

其中，f₃为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。

进一步地，所述第一负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；

所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第一正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第四正光焦度透镜为双凸透镜。

进一步地，所述第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜分别为塑胶非球面透镜。

进一步地，所述第一正光焦度透镜和第二正光焦度透镜分别为玻璃球面透镜。

进一步地，所述第二负光焦度透镜像侧面的中心曲率半径R4与所述第一正光焦度透镜的物侧面的中心曲率半径R5之间满足：

进一步地，所述第二正光焦度透镜的焦距和所述第一负光焦度透镜物面侧到所述像面的距离为TTL之间满足：

进一步地，所述第一负光焦度透镜的焦距的f1和第一正光焦度透镜的焦距的f3满足：f1≤-12；f3≤13。

进一步地，所述第二负光焦度透镜的阿贝数Vd2，第一正光焦度透镜的阿贝数Vd3，第二正光焦度透镜的阿贝数Vd4满足：Vd2≤60；Vd3≥15；Vd4 ≤85。

进一步地，所述第二负光焦度透镜的折射率Nd2，第三负光焦度透镜的折射率Nd6，第四正光焦度透镜的折射率Nd7：Nd2≤1.69；Nd6≤1.68；Nd7≤ 1.59。

进一步地，所述第一正光焦度透镜和第二正光焦度透镜之间设置有孔径光阑；所述第四正光焦度透镜和像面之间设置有滤光片。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面；所述镜头满足：其中，f₃为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。

由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列7个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：实现了一种高解像力兼顾小型化、低成本等特点的光学镜头。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例提供的镜头结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数 (MTF)曲线图；

图3为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；

图4为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；

图5为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的点列图；

图6为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

图7为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；

图8为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；

图9为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的点列图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例1提供的一种镜头示意图，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜L1、第二负光焦度透镜L2、第一正光焦度透镜L3、第二正光焦度透镜L4、第三正光焦度透镜L5、第三负光焦度透镜L6、第四正光焦度透镜L7和像面N；

所述镜头满足：

其中，f₃为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。

如图1所示，所述第一正光焦度透镜L3和第二正光焦度透镜L4之间设置有孔径光阑P；所述第四正光焦度透镜L7和像面N之间设置有滤光片M。

孔径光阑的口径大小决定了系统的光圈值以及拍摄时的景深大小，其口径大小可以固定不变，或者根据需要放置可调整口径的孔径光阑以实现通光口径可调，即有可变系统光圈值和改变景深的目的。

第四正光焦度透镜和像面之间设置有滤光片，滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件。通过设置滤光片，模拟安装有本发明实施例提供的镜头的成像系统中的滤光片，这样将成像系统中的滤光片的光程差考虑在镜头设计中，得到镜头满足：时，镜头的性能更好。

由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列 7个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：实现了一种高解像力兼顾小型化、低成本等特点的光学镜头。

为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；

所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第一正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第四正光焦度透镜为双凸透镜。

为了使得镜头加工性能较好，本发明实施例中所述第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜分别为塑胶非球面透镜。所述第一正光焦度透镜和第二正光焦度透镜分别为玻璃球面透镜。

为了进一步提高镜头的成像质量，并且提高镜头的加工性能，在本发明实施例中，所述第二负光焦度透镜像侧面的中心曲率半径R4与所述第一正光焦度透镜的物侧面的中心曲率半径R5之间满足：

为了进一步使得系统能够紧凑，在本发明实施例中，所述第二正光焦度透镜的焦距和所述第一负光焦度透镜物面侧到所述像面的距离为TTL之间满足：

为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一负光焦度透镜的焦距的f1和第一正光焦度透镜的焦距的f3满足：f1≤-12；f3≤13。

在本发明实施例中，为了在镜头在较大的温度范围内都能清晰成像，在本发明实施例中，所述第二负光焦度透镜的阿贝数Vd2，第一正光焦度透镜的阿贝数Vd3，第二正光焦度透镜的阿贝数Vd4满足：Vd2≤60；Vd3≥15；Vd4 ≤85。另外，满足：Vd2≤60；Vd3≥15；Vd4≤85，还可以降低图像的色差，从而提高成像质量。

为了提高镜头的成像质量，减小镜头的总长度，在本发明实施例中，所述第二负光焦度透镜的折射率Nd2，第三负光焦度透镜的折射率Nd6，第四正光焦度透镜的折射率Nd7：Nd2≤1.69；Nd6≤1.68；Nd7≤1.59。并且，满足： Nd2≤1.69；Nd6≤1.68；Nd7≤1.59，还可以降低球差，提高成像质量。

本发明实施例提供的镜头所实现的光学性能如下：

光学镜头成像靶面可以最高支持1/1.8英寸，在有效实现镜头高解析力的同时确保成像质量，能够适应-30℃～80℃环境使用。成像可最高可最大支持靶面1/1.8英寸的sensor使用，镜头机械总长不超过30mm。全视场MTF值在 100lp/mm情况下，达到0.6以上。光圈较大，F数为1.0，特别适用低照度条件下的监控需求。能够满足不同温度下的需求。

下面针对本发明实施例提供的镜头参数进行举例说明。

实施例1：

在具体实施过程中，所述镜头的各个透镜的曲率半径R、中心厚度Tc、折射率Nd、阿贝常数Vd和圆锥系数k满足表1所列的条件：

表1

需要说明的是，表1中的镜面序号为图1所示的镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号；

其中，本发明实施例中的第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜分别为非球面透镜。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4 阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

表2

本发明实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：

镜头光学总长TTL≤30mm；

镜头焦距f：4.10mm；

镜头的视场角：105.0°；

镜头的光学畸变：-13.5％；

镜头系统的光圈：FNO≤1.0；

镜头像面尺寸：φ8.8mm。

在本发明实施例中，第一正光焦度透镜L3的焦距f₃；镜头系统的焦距f；镜头系统的视场角FOV，满足光学镜头的第二负光焦度透镜L2像侧面的中心曲率半径R4与第一正光焦度透镜L3的物侧面的中心曲率半径R5之间满足/>光学镜头的第二正光焦度透镜L4的焦距f4与所述光学镜头的光学总长度TTL之间满足光学镜头的第一负光焦度透镜L1的焦距的f1＝-12.19,第一正光焦度透镜L3的焦距的 f3＝10.80；光学镜头的第二负光焦度透镜L2的阿贝数Vd2＝57.09，第一正光焦度透镜L3的阿贝数Vd3＝32.31,光学镜头的第二正光焦度透镜L4的阿贝数 Vd4＝81.60；光学镜头的第二负光焦度透镜L2的折射率Nd2＝1.53，第三负光焦度透镜L6的折射率Nd6＝1.64，第四正光焦度透镜L7的折射率Nd7＝1.53。

实施例2：

在具体实施过程中，所述镜头的各个透镜的曲率半径R、中心厚度Tc、折射率Nd、阿贝常数Vd和圆锥系数k满足表3所列的条件：

表3

需要说明的是，表3中的镜面序号为图1所示的镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号；

其中，本发明实施例中的第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜分别为非球面透镜。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4 阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

表4

本发明实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：

镜头光学总长TTL≤30mm；

镜头焦距f：4.20mm；

镜头的视场角：106.8°；

镜头的光学畸变：-14.8％；

镜头系统的光圈：FNO≤1.0；

镜头像面尺寸：φ8.8mm。

在本发明实施例中，第一正光焦度透镜L3的焦距f₃；镜头系统的焦距f；镜头系统的视场角FOV，满足光学镜头的第二负光焦度透镜L2像侧面的中心曲率半径R4与第一正光焦度透镜L3的物侧面的中心曲率半径R5之间满足/>光学镜头的第二正光焦度透镜L4的焦距f4与所述光学镜头的光学总长度TTL之间满足光学镜头的第一负光焦度透镜L1的焦距的f1＝-12.20,第一正光焦度透镜L3的焦距的 f3＝11.63；光学镜头的第二负光焦度透镜L2的阿贝数Vd2＝23.52，第一正光焦度透镜L3的阿贝数Vd3＝17.98,光学镜头的第二正光焦度透镜L4的阿贝数 Vd4＝81.60；光学镜头的第二负光焦度透镜L2的折射率Nd2＝1.64，第三负光焦度透镜L6的折射率Nd6＝1.64，第四正光焦度透镜L7的折射率Nd7＝1.53。

综上，实施例1和实施例2分别满足以下表5所示的关系。

表5

下面通过对实施例进行详细的光学系统分析，进一步介绍本实施例所提供的镜头。

光学传递函数是用来评价一个光学系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对像差进行了很好的校正。

如图2所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

如图3所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；

如图4所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；

如图5所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的点列图；

如图6所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

如图7所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；

如图8所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；

如图9所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的点列图。

从图2和图6中可知，镜头在可见光部分常温状态的光学传递函数(MTF) 曲线图较平滑、较为集中，而且全视场(半像高Y’＝4.4mm)MTF平均值达到 0.6以上；可见本发明实施例提供的镜头能够达到较高的成像要求。

从图3和图7中可以看到，镜头的场曲控制在±0.1mm以内。由图3可见，本发明实施例1提供的定焦镜头场曲在0.1mm以内，由图7可见，本发明实施例2提供的定焦镜头场曲在0.05mm以内。场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。T代表子午场曲，S代表弧矢场曲。场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，子午场曲数据是沿着Z轴测量的从当前所确定的聚焦面到近轴焦面的距离，并且是在子午(YZ面)上测量的。弧矢场曲数据测量的是在与子午面垂直的平面上测量的距离，示意图中的基线是在光轴上，曲线顶部代表最大视场(角度或高度)，在纵轴上不设置单位，这是因为曲线总是用最大的径向视场来归一化的。

从图3和图7中可知，镜头畸变控制较好，在-20％以内。一般来说，镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，毕竟摄影的目的是为了再现，而非夸张，但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。由图3可见，本发明实施例1提供的定焦镜头畸变仅为-13.5％，本发明实施例2提供的定焦镜头畸变仅为-14.8％，这样设置畸变是为了平衡焦距，视场角及对应相机靶面的大小，畸变造成的形变可以通过后期图像处理对其进行校正。

从图4和图8中可知，光扇图中曲线较为集中，镜头的球差及色散也控制较好。

从图5和图9中可知，镜头光斑半径较小，也比较集中，对应的像差和彗差也很好。

综上所述，本发明实施例提供了一种低成本、大靶面、大光圈、成像高清的光学镜头。采用7个特定结构形状的光学透镜，并按照特定顺序从物侧至像侧依次排列，以及通过各个光学透镜的特定的光焦度的分配及组合，使得该成像系统的能够实现较好的畸变控制及出色的成像特性。

本发明实施例提供的镜头成像面尺寸最大支持φ8.8mm的sensor (CCD/CMOS)相机，满足设备高分辨率的需求；全视场MTF值在100lp/mm 情况下，达到0.6以上，有出色的成像特性；镜头各透镜光焦度分布合理，镜片形状便于加工，镜头成本较低。镜头光圈较大，F数为1.0，特别适用低照度条件下的监控镜头的使用需求。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面；所述镜头满足：其中，f₃为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。

由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列 7个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：实现了一种高解像力兼顾小型化、低成本等特点的光学镜头。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种镜头，其特征在于，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面所组成；

所述镜头满足：

其中，f₃为所述第一正光焦度透镜的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角；

所述第一负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；

所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第一正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第四正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜分别为塑胶非球面透镜；

所述第二正光焦度透镜的焦距和所述第一负光焦度透镜物面侧到所述像面的距离为TTL之间满足：

2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜和第二正光焦度透镜分别为玻璃球面透镜。

3.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二负光焦度透镜像侧面的中心曲率半径R4与所述第一正光焦度透镜的物侧面的中心曲率半径R5之间满足：

4.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一负光焦度透镜的焦距的f1和第一正光焦度透镜的焦距的f3满足：f1≤-12；f3≤13。

5.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二负光焦度透镜的阿贝数Vd2，第一正光焦度透镜的阿贝数Vd3，第二正光焦度透镜的阿贝数Vd4满足：Vd2≤60；Vd3≥15；Vd4≤85。

6.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二负光焦度透镜的折射率Nd2，第三负光焦度透镜的折射率Nd6，第四正光焦度透镜的折射率Nd7：Nd2≤1.69；Nd6≤1.68；Nd7≤1.59。

7.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜和第二正光焦度透镜之间设置有孔径光阑；所述第四正光焦度透镜和像面之间设置有滤光片。