CN114397746A

CN114397746A - 一种日夜两用定焦镜头及其成像方法

Info

Publication number: CN114397746A
Application number: CN202210075010.6A
Authority: CN
Inventors: 黄健新; 何宇珊
Original assignee: Shenzhen Fusion Optical Technology Co ltd
Current assignee: Fujian Forecam Tiantong Optics Co Ltd
Priority date: 2022-01-22
Filing date: 2022-01-22
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2042-01-22
Also published as: CN114397746B

Abstract

本发明涉及一种日夜两用定焦镜头及其成像方法，镜头包括前镜片组G1、后镜片组G2和滤光片G3；前镜片组G1包含第一镜片A1和第二镜片A2；后镜片组包含第三镜片B1、第四镜片B2以及第五镜片B3；第一镜片A1具有负的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二镜片A2具有正的光焦度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；第三镜片B1具有正的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凸面；第四镜片B2具有负的光焦度，物侧面在近轴处为凸面，像侧面为凹面，且物侧面至少有一个反曲点；第五镜片B3具有正的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凸面。该镜头拥有较小的重量和较低的成本，通过合理分配各镜片材质和光焦度，使镜头在高低温环境下仍有较好的解析力，实现日夜两用功能。

Description

一种日夜两用定焦镜头及其成像方法

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是一种日夜两用定焦镜头及其成像方法。

背景技术

随着安防监控镜头市场的迅猛的发展和成熟，近年来，已形成较为标准化、稳定性、且能够与摄像机配套使用的微型摄像镜头，市场对于镜头的性能和成本的有了更高的追求，目前市场上安防镜头普遍存在分辨率较低和夜通光量较少的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种体积小，分辨率高、热稳定性好的日夜两用定焦镜头及其成像方法。

本发明采用以下方案实现：一种日夜两用定焦镜头，所述镜头包括沿光轴从物侧面到成像面依次设置的前镜片组G1、后镜片组G2和滤光片G3；所述前镜片组G1包含第一镜片A1和第二镜片A2；所述后镜片组包含第三镜片B1、第四镜片B2以及第五镜片B3；所述第一镜片A1具有负的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述第二镜片A2具有正的光焦度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第三镜片B1具有正的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凸面；所述第四镜片B2具有负的光焦度，物侧面在近轴处为凸面，像侧面为凹面，且物侧面至少有一个反曲点；所述第五镜片B3具有正的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凸面。

进一步的，所述第一镜片A1、第二镜片A2、第四镜片B2和第五镜片B3为塑料非球面镜片，所述第三镜片B1为玻璃球面镜片。

进一步的，所述镜头的视场角FOV、镜头的像面大小D满足关系条件式：

65°<FOV<70°，6.5mm<D<7.5mm。

进一步的，第三镜片B1物侧面的曲率半径R₅、第三镜片B1像侧面的曲率半径R₆、第三镜片B1的有效外径SD₅满足关系条件式：R₅ =-R₆，0.6< SD₅/ R₅<0.9。

进一步的，第三镜片B1的折射率Nd₃、第四镜片B2的折射率Nd₄、第五镜片B3的折射率Nd₅、第三镜片B1的光焦度Φ_B1、第四镜片B2的光焦度Φ_B2、第五镜片B3的光焦度Φ_B3满足以下关系条件式：

1.41<Nd₃<1.45，1.62<Nd₄<1.64，1.53<Nd₅<1.55；

0.1<Φ_B1<0.15，-0.25<Φ_B2<-0.15，0.15<Φ_B3<0.25。

进一步的，所述镜头的满足以下关系条件式：

其中，Φ_i表示第i个镜片的光焦度，i=1,2,3,4,5；(dn/dt)i表示第i个镜片的折射率温度系数，i=1,2,3,4,5。

本发明另一技术方案：一种如上所述日夜两用定焦镜头的成像方法，光线自前向右依次经第一镜片A1、第二镜片A2、第三镜片B1、第四镜片B2、第五镜片B3和滤光片G3后在成像面上成像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明日夜两用定焦镜头结构简单，拥有较小的重量和较低的成本，通过合理选择各镜片的材质和光焦度分配，使镜头在高低温环境下仍有较好的解析力，同时还可实现日夜两用功能，镜头的具有体积较小，高分辨率、热稳定性好和日夜共焦等优点。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例一日夜两用定焦镜头的结构示意图；

图2为本发明实施例一日夜两用定焦镜头的MTF图；

图3为本发明实施例二日夜两用定焦镜头的结构示意图；

图4为本发明实施例二日夜两用定焦镜头的MTF图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：如图1~2所示，一种日夜两用定焦镜头，所述镜头包括沿光轴从物侧面到成像面依次设置的前镜片组G1、后镜片组G2和滤光片G3；所述前镜片组G1包含第一镜片A1和第二镜片A2；所述后镜片组包含第三镜片B1、第四镜片B2以及第五镜片B3；所述第一镜片A1具有负的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述第二镜片A2具有正的光焦度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第三镜片B1具有正的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凸面；所述第四镜片B2具有负的光焦度，物侧面在近轴处为凸面，像侧面为凹面，且物侧面至少有一个反曲点；所述第五镜片B3具有正的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凸面。

在本实施例中，为减小镜头的体积、重量和生产成本，所述第一镜片A1、第二镜片A2、第四镜片B2和第五镜片B3为塑料非球面镜片，所述第三镜片B1为玻璃球面镜片，非球面的使用同时还可矫正镜头不同孔径的像差，提高镜头的解析力；所述镜头使用一片玻璃球面镜片和四片塑料非球面镜片组合的结构，采用玻塑混合搭配，结构简单，拥有较小的重量和较低的成本，通过合理选择各镜片的材质和光焦度分配，使镜头在高低温环境下仍有较好的解析力，同时还可实现日夜两用功能，镜头的具有体积较小，高分辨率、热稳定性好和日夜共焦等优点。

在本实施例中，所述镜头的视场角FOV、镜头的像面大小D满足关系条件式：

65°<FOV<70°，（1）

6.5mm<D<7.5mm；（2）

满足上述关系式（1）和关系式（2）可使镜头的焦距在6mm左右，可匹配1/2.7英寸大小的芯片成像需求。

在本实施例中，第三镜片B1物侧面的曲率半径R₅、第三镜片B1像侧面的曲率半径R₆、第三镜片B1的有效外径SD₅满足关系条件式：

R₅=-R₆，（3）

0.6< SD₅/ R₅<0.9；（4）

满足上述关系式（3）可使第三镜片B1物侧面和像侧面的曲率半径大小一致，可避免镜片曲率半径接近不易区分而导致装反的问题；满足上述关系式（4）可合理的限制第三镜片的形状，降低镜头的敏感度，提高生产良率。

在本实施例中，第三镜片B1的折射率Nd₃、第四镜片B2的折射率Nd₄、第五镜片B3的折射率Nd₅、第三镜片B1的光焦度Φ_B1、第四镜片B2的光焦度Φ_B2、第五镜片B3的光焦度Φ_B3满足以下关系条件式：

1.41<Nd₃<1.45，1.62<Nd₄<1.64，1.53<Nd₅<1.55；（5）

0.1<Φ_B1<0.15，-0.25<Φ_B2<-0.15，0.15<Φ_B3<0.25；（6）

满足上述关系式（5）和（6）有利于减小镜头的像散和色差，提高镜头的分辨率，使镜头成像更清晰。

在本实施例中，所述镜头的满足以下关系条件式：

其中，Φ_i表示第i个镜片的光焦度，i=1,2,3,4,5；(dn/dt)i表示第i个镜片的折射率温度系数，i=1,2,3,4,5。满足上述关系式（7）可使镜头在-40℃~80℃范围内焦点偏移量较小，保证镜头在高低温环境下的解析力。

当镜头中各非球面镜片的非球面面型均满足如下方程式：

其中，z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距离非球面顶点的距离矢高，c为表面的近轴曲率半径，k为圆锥系数conic，A_2i为第2i阶的非球面面型系数。

本实施例日夜两用定焦镜头F#为1.6，镜头总长为22.2mm，视场角为67°；各个镜片相关参数表1如下：

表1

本实施例日夜两用定焦镜头的非球面透镜的相关参数表2所示：

表2

图2为本实施例日夜两用定焦镜头的MTF图，从图中可以看出，在125lp/mm的空间频率下镜头在全视场的MTF值在0.4以上，日夜两用定焦镜头拥有较高的分辨率。

一种如上所述日夜两用定焦镜头的成像方法，光线自前向右依次经第一镜片A1、第二镜片A2、第三镜片B1、第四镜片B2、第五镜片B3和滤光片G3后在成像面上成像，可匹配1/2.7英寸大小的芯片成像需求。

实施例二：如图3~4所示，镜头F#为1.6，镜头总长为22.2mm，视场角为67°，本实施例与实施例一当中的日夜两用定焦镜头各个透镜的面型凹凸大抵相同，不同之处在于镜头中的各个镜片的相关参数和空气间隔存在差异。

本实施例日夜两用定焦镜头各个镜片相关参数表3如下：

表3

本实施例日夜两用定焦镜头的非球面透镜的相关参数表4所示：

表4

上述2个实施例提供的镜头所能达到的光学指标如表5所示，包括镜头的光学总长TTL、光圈数F#和焦距f，同时还包括上述条件式当中每个条件式对应的相关数值。

表5

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种日夜两用定焦镜头，其特征在于：所述镜头包括沿光轴从物侧面到成像面依次设置的前镜片组G1、后镜片组G2和滤光片G3；所述前镜片组G1包含第一镜片A1和第二镜片A2；所述后镜片组包含第三镜片B1、第四镜片B2以及第五镜片B3；所述第一镜片A1具有负的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述第二镜片A2具有正的光焦度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第三镜片B1具有正的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凸面；所述第四镜片B2具有负的光焦度，物侧面在近轴处为凸面，像侧面为凹面，且物侧面至少有一个反曲点；所述第五镜片B3具有正的光焦度，物侧面为凸面，像侧面为凸面。

2.根据权利要求1所述的日夜两用定焦镜头，其特征在于：所述第一镜片A1、第二镜片A2、第四镜片B2和第五镜片B3为塑料非球面镜片，所述第三镜片B1为玻璃球面镜片。

3.根据权利要求1所述的日夜两用定焦镜头，其特征在于：所述镜头的视场角FOV、镜头的像面大小D满足关系条件式：65°<FOV<70°，6.5mm<D<7.5mm。

4.根据权利要求1所述的日夜两用定焦镜头，其特征在于：第三镜片B1物侧面的曲率半径R₅、第三镜片B1像侧面的曲率半径R₆、第三镜片B1的有效外径SD₅满足关系条件式：R₅=-R₆，0.6< SD₅/ R₅<0.9。

5.根据权利要求1所述的日夜两用定焦镜头，其特征在于：第三镜片B1的折射率Nd₃、第四镜片B2的折射率Nd₄、第五镜片B3的折射率Nd₅、第三镜片B1的光焦度Φ_B1、第四镜片B2的光焦度Φ_B2、第五镜片B3的光焦度Φ_B3满足以下关系条件式：

1.41<Nd₃<1.45，1.62<Nd₄<1.64，1.53<Nd₅<1.55；

0.1<Φ_B1<0.15，-0.25<Φ_B2<-0.15，0.15<Φ_B3<0.25。

6.根据权利要求1所述的日夜两用定焦镜头，其特征在于：所述镜头的满足以下关系条件式：

7.一种如权利要求1所述日夜两用定焦镜头的成像方法，其特征在于：光线自前向右依次经第一镜片A1、第二镜片A2、第三镜片B1、第四镜片B2、第五镜片B3和滤光片G3后在成像面上成像。