CN114460719A - 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第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑S、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9；其中，第一透镜1为负光焦度透镜，第二透镜2为正光焦度透镜，第三透镜3为负光焦度透镜，第四透镜4为正光焦度透镜，第五透镜5为负光焦度透镜，第六透镜6为正光焦度透镜，第七透镜7为正光焦度透镜，第八透镜8为负光焦度透镜，第九透镜9为正光焦度透镜，第五透镜5与第六透镜6胶合组成胶合透镜。本发明的定焦镜头，具有大光圈、大视场的特点，能够实现在‑40℃～85℃温度范围内不虚焦，且更加小型化，采用塑胶材质的非球面透镜，降低了生产成本。

Description

定焦镜头
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种定焦镜头。
背景技术
目前安防镜头市场上小体积的定焦镜头，光圈普遍要求在1.6/2.4。在安防领域中逐渐追求大光圈、超广角镜头，以便在低照度下也能呈现出较好的成像效果。但是大光圈镜头在设计过程中就需要设置更多的玻璃镜片去互相补偿，从而造成光学系统的体积增大，成本也随着增加。因此，设计一种大光圈、超广角、小体积、低成本的定焦镜头成为市场发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种大光圈、超广角的定焦镜头。
为实现上述目的，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第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜；所述第二透镜为正光焦度透镜，所述第三透镜为负光焦度透镜，所述第五透镜为负光焦度透镜，所述第七透镜为正光焦度透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜为负光焦度透镜，所述第四透镜为正光焦度透镜，所述第六透镜为正光焦度透镜，所述第八透镜为负光焦度透镜，所述第九透镜为正光焦度透镜。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜为凹-凸透镜，所述第三透镜为凹-凹透镜，所述第七透镜为凸-凹透镜，所述第八透镜为凸-凹透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜为凸-凹透镜，所述第四透镜为凸-凸透镜，所述第五透镜为凸-凹透镜，所述第六透镜为凸-凸透镜，所述第九透镜为凸-凸透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第七透镜、所述第八透镜和所述第九透镜为非球面透镜；
所述第五透镜和所述第六透镜为球面透镜。
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胶合透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第七透镜、所述第八透镜和所述第九透镜为塑胶材质；
所述第五透镜和所述第六透镜为玻璃材质。
根据本发明的一个方面，所述第九透镜像侧面与像面之间的距离BFL与所述第一透镜物侧面到像面的距离TTL满足以下关系式：5.19≤TTL/BFL≤7.12。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜物侧面到像面的距离TTL和所述第四透镜与所述第五透镜之间的距离T45满足以下关系式：87.20≤TTL/T45≤223.90。
根据本发明的一个方面，所述镜头的FNO数与所述光阑的最大口径SDST满足以下关系式：0.15≤FNO/SDST≤0.19。
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Fa与所述镜头的焦距F满足以下关系式：2.78≤Fa/F≤3.10。
根据本发明的一个方面，所述镜头成像面的最大半像高IH与所述镜头的焦距F满足以下关系式：0.78≤F/IH≤0.89。
根据本发明的一个方面，所述第七透镜、所述第八透镜和所述第九透镜的组合焦距Fb与所述第七透镜的焦距F7满足以下关系式：0.94≤F7/Fb≤1.29。
根据本发明的一个方面，所述第七透镜、所述第八透镜和所述第九透镜的组合焦距Fb与所述第八透镜的焦距F8满足以下关系式：-0.67≤F8/Fb≤-0.55。
根据本发明的一个方面，所述第七透镜、所述第八透镜和所述第九透镜的组合焦距Fb与所述第九透镜的焦距F9满足以下关系式：0.50≤F9/Fb≤0.62。
根据本发明的一个方案，本发明的定焦镜头可以实现镜头总长小于或等于22.4mm，镜头后焦距大于或等于3.06mm，使得定焦镜头更加小型化，在满足高性能的要求下，采用塑胶材质的非球面透镜，降低了生产成本。
根据本发明的一个方案，通过优化配置各个透镜屈光度及选用合理的材料，本发明的定焦镜头的FNO数可达到小于或等于1.07，实现大光圈的特性，在保证成像质量的情况下进光量足够多，满足明暗环境的成像需求。
根据本发明的一个方案，通过合理配置各个透镜屈光度和焦距，本发明的定焦镜头的最大视场角可以达到169.59°，具有大视场的特点。
根据本发明的一个方案，能够实现在-40℃～85℃温度范围内不虚焦，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大，容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明的实施方式一的定焦镜头结构图；
图2是示意性表示根据本发明的实施方式二的定焦镜头结构图；
图3是示意性表示根据本发明的实施方式三的定焦镜头结构图；
图4是示意性表示根据本发明的实施方式四的定焦镜头结构图。
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。
图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的定焦镜头结构图。如图1所示，本发明的定焦镜头包括镜片群组。镜片群组包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑S、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9；其中，第一透镜1为负光焦度透镜，第二透镜2为正光焦度透镜，第三透镜3为负光焦度透镜，第四透镜4为正光焦度透镜，第五透镜5为负光焦度透镜，第六透镜6为正光焦度透镜，第七透镜7为正光焦度透镜，第八透镜8为负光焦度透镜，第九透镜9为正光焦度透镜，第五透镜5与第六透镜6胶合组成胶合透镜。通过调整设置各个透镜的正负光焦度，能够使像差得到有效的校正。
本发明中，沿着物侧至像侧的方向，第一透镜1为凸-凹透镜，第二透镜2为凹-凸透镜，第三透镜3为凹-凹透镜，第四透镜4为凸-凸透镜，第五透镜5为凸-凹透镜，第六透镜6为凸-凸透镜，第七透镜7为凸-凹透镜，第八透镜8为凸-凹透镜，第九透镜9为凸-凸透镜。
本发明中，还包括保护玻璃CG，保护玻璃CG位于第九透镜9的像侧。
本发明中，沿着物侧至像侧的方向，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9为塑胶材质的非球面透镜；第五透镜5、第六透镜6为玻璃材质的球面透镜。
且非球面满足下列公式：
Figure BDA0003515139700000041
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……分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶……的非球面系数。
此外，本发明的第九透镜9像侧面与像面之间的距离BFL与第一透镜1物侧面到像面的距离TTL满足以下关系式：5.19≤TTL/BFL≤7.12,在满足此关系式时，有效降低了定焦镜头的体积，有利于实现定焦镜头的小型化。第一透镜1物侧面到像面的距离TTL与第四透镜4与第五透镜5之间的距离T45满足以下关系式：87.20≤TTL/T45≤223.90，使得空气间隔不敏感，提高组装良率。镜头的FNO数与光阑S的最大口径SDST满足以下关系式：0.15≤FNO/SDST≤0.19，在保证成像质量的情况下进光量足够多，满足明暗环境的成像需求。第五透镜5和第六透镜6的组合焦距Fa与镜头的焦距F满足以下关系式：2.78≤Fa/F≤3.10，能够有效矫正色差，实现更高解像力。镜头成像面的最大半像高IH与镜头的焦距F满足以下关系式：0.78≤F/IH≤0.89，有利于校正大光圈的球差。第七透镜7、第八透镜8和第九透镜9的组合焦距Fb与第七透镜7的焦距F7满足以下关系式：0.94≤F7/Fb≤1.29。第七透镜7、第八透镜8和第九透镜9的组合焦距Fb与第八透镜8的焦距F8满足以下关系式：-0.67≤F8/Fb≤-0.55。第七透镜7、第八透镜8和第九透镜9的组合焦距Fb与第九透镜9的焦距F9满足以下关系式：0.50≤F9/Fb≤0.62，有利于校正倍率色差和轴向色差。
综合上述设置，本发明的定焦镜头可以实现镜头总长小于或等于22.4mm，镜头后焦距大于或等于3.06mm，使得定焦镜头更加小型化，在满足高性能的要求下，采用塑胶材质的非球面透镜，降低了生产成本。
并且本发明通过优化配置各个透镜屈光度及选用合理的材料，本发明的定焦镜头的FNO数可达到小于或等于1.07，实现大光圈的特性，在保证成像质量的情况下进光量足够多，满足明暗环境的成像需求。
通过合理配置各个透镜屈光度和焦距，本发明的定焦镜头的最大视场角可以达到169.59°，具有大视场的特点。
同时，本发明能够实现在-40℃～85℃温度范围内不虚焦，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大，容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难。
以下根据本发明的上述设置给出四组具体实施方式来具体说明根据本发明的定焦镜头。因为根据本发明的定焦镜头共有九片透镜，其中，第五透镜5和第六透镜6组成胶合透镜，再加上光阑S、保护玻璃和像面一共21个面。为了便于叙述说明，将除像面以外的各个面编号按为S1、S2至S20。
四组实施方式数据如下表1和表2中数据：
实施方式一 实施方式二 实施方式三 实施方式四
FNO 1.07 1.07 1.07 1.05
F 2.85 3.11 3.32 3.14
TTL 21.80 22.07 21.99 21.49
IH 3.65 3.65 3.75 3.65
BFL 3.06 4.13 4.10 4.14
Fa 8.84 8.98 9.23 8.93
T45 0.25 0.10 0.10 0.10
SDST 5.78 6.54 7.02 6.48
F7 11.58 15.88 14.09 14.12
F8 -7.17 -7.14 -8.22 -7.43
F9 7.66 6.53 7.65 6.99
Fb 12.27 12.29 12.36 12.11
表1
条件式 实施方式一 实施方式二 实施方式三 实施方式四
5.19≤TTL/BFL≤7.12 7.12 5.34 5.36 5.19
87.20≤TTL/T45≤223.90 87.20 220.70 220.00 214.80
0.15≤FNO/SDST≤0.19 0.19 0.16 0.15 0.16
2.78≤Fa/F≤3.10 3.10 2.89 2.78 2.84
0.78≤F/IH≤0.89 0.78 0.85 0.89 0.86
0.94≤F7/Fb≤1.29 0.94 1.29 1.14 1.17
-0.67≤F8/Fb≤-0.55 -0.59 -0.58 -0.67 -0.61
0.50≤F9/Fb≤0.62 0.62 0.53 0.62 0.58
FNO≤1.07 1.07 1.07 1.07 1.05
表2
实施方式一：
图1是示意性表示根据本发明的实施方式一的定焦镜头结构图。
实施方式一中的光圈FNO＝1.07,镜头总长为21.80mm；视场角为162.20°。
以下表3列出本实施方式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：
Figure BDA0003515139700000061
Figure BDA0003515139700000071
表3
在本实施方式中，非球面数据如下表4所示，其中K为该表面的二次曲面常数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数：
Figure BDA0003515139700000072
表4
实施方式二：
图2是示意性表示根据本发明的实施方式二的定焦镜头结构图。
实施方式二中的光圈FNO＝1.07,镜头总长为22.07mm；视场角为147.88°。
以下表5列出本实施方式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：
面序号 表面类型 曲率半径R 厚度d 折射率Nd 阿贝数Vd
S1 非球面 27.03 1.00 1.54 55.71
S2 非球面 2.85 3.22
S3 非球面 -4.45 1.41 1.64 23.53
S4 非球面 -4.13 0.20
S5 非球面 -29.37 0.97 1.64 23.53
S6 非球面 24.81 0.47
STO 球面 Infinity -0.24
S8 非球面 23.30 1.58 1.66 20.38
S9 非球面 -29.58 0.10
S10 球面 30.11 0.58 1.73 28.31
S11 球面 5.81 3.65 1.76 52.34
S12 球面 -8.54 0.10
S13 非球面 6.43 1.71 1.54 55.71
S14 非球面 23.99 0.10
S15 非球面 35.11 0.78 1.67 19.25
S16 非球面 4.18 0.31
S17 非球面 5.76 2.00 1.54 55.71
S18 非球面 -7.81 3.13
S19 球面 Infinity 0.60 1.52 64.21
S20 球面 Infinity 0.40
IMA 球面 Infinity 0.00
表5
在本实施方式中，非球面数据如下表6所示，其中K为该表面的二次曲面常数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数：
Figure BDA0003515139700000081
Figure BDA0003515139700000091
表6
实施方式三：
图3是示意性表示根据本发明的实施方式三的定焦镜头结构图。
实施方式三中的光圈FNO＝1.07,镜头总长为21.99mm；视场角为164.55°。
以下表7列出本实施方式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：
面序号 表面类型 曲率半径R 厚度d 折射率Nd 阿贝数Vd
S1 非球面 8.57 1.00 1.54 55.71
S2 非球面 2.46 2.89
S3 非球面 -4.58 1.74 1.64 23.53
S4 非球面 -4.15 0.23
S5 非球面 -26.97 2.00 1.64 23.53
S6 非球面 20.45 0.64
STO 球面 Infinity -0.58
S8 非球面 22.84 1.34 1.66 20.38
S9 非球面 -48.55 0.10
S10 球面 30.85 0.89 1.73 28.31
S11 球面 5.84 2.83 1.76 52.34
S12 球面 -8.89 0.08
S13 非球面 5.86 1.83 1.54 55.71
S14 非球面 23.43 0.08
S15 非球面 22.98 0.54 1.67 19.25
S16 非球面 4.41 0.23
S17 非球面 5.50 2.05 1.54 55.71
S18 非球面 -13.94 3.10
S19 球面 Infinity 0.60 1.52 64.21
S20 球面 Infinity 0.40
IMA 球面 Infinity 0.00
表7
在本实施方式中，非球面数据如下表8所示，K为该表面的二次曲面常数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数：
Figure BDA0003515139700000101
表8
实施方式四：
图4是示意性表示根据本发明的实施方式四的定焦镜头结构图。
实施方式四中的光圈FNO＝1.05,镜头总长为21.49mm；视场角为169.59°。
以下表9列出本实施方式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：
Figure BDA0003515139700000102
Figure BDA0003515139700000111
表9
在本实施方式中，非球面数据如下表10所示，其中K为该表面的二次曲面常数，A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数：
Figure BDA0003515139700000112
表10
根据本发明的上述实施方式，本发明的定焦镜头可以实现镜头总长小于或等于22.4mm，镜头后焦距大于或等于3.06mm，使得定焦镜头更加小型化，在满足高性能的要求下，采用塑胶材质的非球面透镜，降低了生产成本，并且本发明通过优化配置各个透镜屈光度及选用合理的材料，使得定焦镜头的FNO数可达到小于或等于1.08，实现大光圈的特性，在保证成像质量的情况下进光量足够多，满足明暗环境的成像需求；本发明的定焦镜头的最大视场角可以达到169.59°，具有大视场的特点。同时，能够实现在-40℃～85℃温度范围内不虚焦，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大，容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难。
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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种定焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、光阑(S)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)、第七透镜(7)、第八透镜(8)和第九透镜(9)；其特征在于，所述第二透镜(2)为正光焦度透镜，所述第三透镜(3)为负光焦度透镜，所述第五透镜(5)为负光焦度透镜，所述第七透镜(7)为正光焦度透镜。
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(1)为负光焦度透镜，所述第四透镜(4)为正光焦度透镜，所述第六透镜(6)为正光焦度透镜，所述第八透镜(8)为负光焦度透镜，所述第九透镜(9)为正光焦度透镜。
3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜(2)近轴区为凹-凸透镜，所述第三透镜(3)近轴区为凹-凹透镜，所述第七透镜(7)近轴区为凸-凹透镜，所述第八透镜(8)近轴区为凸-凹透镜。
4.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(1)近轴区为凸-凹透镜，所述第四透镜(4)近轴区为凸-凸透镜，所述第五透镜(5)为凸-凹透镜，所述第六透镜(6)为凸-凸透镜，所述第九透镜(9)近轴区为凸-凸透镜。
5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)、所述第二透镜(2)、所述第三透镜(3)、所述第四透镜(4)、所述第七透镜(7)、所述第八透镜(8)和所述第九透镜(9)为非球面透镜；
所述第五透镜(5)和所述第六透镜(6)为球面透镜。
6.根据权利要求5所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜(5)与所述第六透镜(6)胶合组成胶合透镜。
7.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(1)、所述第二透镜(2)、所述第三透镜(3)、所述第四透镜(4)、所述第七透镜(7)、所述第八透镜(8)和所述第九透镜(9)为塑胶材质；
所述第五透镜(5)和所述第六透镜(6)为玻璃材质。
8.根据权利要求1至7中任一所述的定焦镜头，其特征在于，所述第九透镜(9)像侧面与像面之间的距离BFL与所述第一透镜(1)物侧面到像面的距离TTL满足以下关系式：5.19≤TTL/BFL≤7.12。
9.根据权利要求1至7中任一所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)物侧面到像面的距离TTL和所述第四透镜(4)与所述第五透镜(5)之间的距离T45满足以下关系式：87.20≤TTL/T45≤223.90。
10.根据权利要求1至7中任一所述的定焦镜头，其特征在于，所述镜头的FNO数与所述光阑(S)的最大口径SDST满足以下关系式：0.15≤FNO/SDST≤0.19。
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