CN115494627A - 定焦镜头 - Google Patents

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CN115494627A CN202211185499.9A CN202211185499A CN115494627A CN 115494627 A CN115494627 A CN 115494627A CN 202211185499 A CN202211185499 A CN 202211185499A CN 115494627 A CN115494627 A CN 115494627A
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翟林燕
梁伟朝
应永茂
程嘉健
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Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种定焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：负光焦度的第一透镜(L1)、负光焦度的第二透镜(L2)、正光焦度的第三透镜(L3)、光阑(STO)、正光焦度的第四透镜(L4)、负光焦度的第五透镜(L5)、正光焦度的第六透镜(L6)、正光焦度的第七透镜(L7)、负光焦度的第八透镜(L8)和正光焦度的第九透镜(L9)，所述第二透镜(L2)为近轴区凹凹透镜，所述第三透镜(L3)为近轴区凸凹透镜，所述第八透镜(L8)为近轴区凹凸透镜，所述第九透镜(L9)为近轴区凸凹透镜。该定焦镜头兼顾高解像、低成本、小型化、超大光圈和红外共焦的性能，在‑40℃～+80℃温度范围内成像清晰，还具有大视场且全视场都有良好的像质。

Description

定焦镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。
背景技术
监控定焦镜头的需求日益上升。其中，由于超大光圈镜头具有更高的通光量，性能上更符合市场的需求，所以超大光圈镜头的研发设计十分必要。然而，大光圈往往为光学系统带来更难校正的色差，从而导致光学系统的红外性能较差，若光学系统红外离焦过大，则意味着镜头的夜用场景无法利用红外光增加系统通光量，影响镜头在夜间性能。因此，如何保证镜头的红外性能，是超大光圈监控镜头需要解决的技术难题。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种成本低廉、体积小，以及在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的红外共焦、超大光圈安防定焦镜头。
为实现上述发明目的，本发明提供一种定焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、光阑、正光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜、负光焦度的第八透镜和正光焦度的第九透镜。
根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，
所述第一透镜为近轴区凸凹透镜或近轴区凹凹透镜；
所述第二透镜为近轴区凹凹透镜；
所述第三透镜为近轴区凸凹透镜；
所述第四透镜为近轴区凸凸透镜；
所述第五透镜为凸凹透镜；
所述第六透镜和所述第七透镜为凸凸透镜；
所述第八透镜为近轴区凹凸透镜；
所述第九透镜为近轴区凸凹透镜。
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、所述第八透镜和所述第九透镜为非球面透镜；
所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为球面透镜。
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、所述第八透镜和所述第九透镜为塑胶透镜；
所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为玻璃透镜。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜和所述第六透镜胶合组成一个胶合镜组。
根据本发明的一个方面，所述胶合镜组的焦距F56和所述定焦镜头的焦距F满足关系：5.0≤|F56/F|≤8.5。
根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的焦距F和所述定焦镜头的入瞳直径ENPD满足关系：1.0≤F/ENPD≤1.2。
根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的光学总长TTL和所述定焦镜头的焦距F满足关系：6.0≤TTL/F≤7.7。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜到所述第二透镜在光轴上的中心距离D12、所述第四透镜到所述第五透镜在光轴上的中心距离D45和所述定焦镜头的光学总长TTL满足关系：0.1≤(D12+D45)/TTL≤0.3。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜的焦距F1和所述定焦镜头的焦距F满足关系：1.9≤|F1/F|≤3.2。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜的焦距F2、所述第三透镜的焦距F3、所述第四透镜的焦距F4分别和所述定焦镜头的焦距F满足如下关系：
1.0≤|F2/F|≤1.7；
1.9≤|F3/F|≤4.1；
1.6≤|F4/F|≤2.6。
根据本发明的一个方面，所述第七透镜的焦距F7和所述定焦镜头的焦距F满足关系：2.4≤|F7/F|≤4.2。
根据本发明的一个方面，所述第八透镜的焦距F8和所述定焦镜头的焦距F满足关系：2.5≤|F8/F|≤9.2。
根据本发明的一个方面，所述第九透镜的焦距F9和所述定焦镜头的焦距F满足关系：2.2≤|F9/F|≤4.1。
根据本发明的一个方面，所述第六透镜的中心厚度CT6和所述第七透镜的中心厚度CT7满足关系：0.6≤CT6/CT7≤1.5。
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F789与所述第七透镜的物侧面至所述第九透镜的像侧面在光轴上的距离T79满足关系：0.4≤T79/F789≤0.9。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜的折射率ND5和阿贝数VD5分别满足如下关系：1.6≤ND5≤1.9；15≤VD5≤35；
所述第六透镜的折射率ND6和阿贝数VD6分别满足如下关系：1.5≤ND6≤1.7；60≤VD6≤80；
所述第七透镜的折射率ND7和阿贝数VD7分别满足如下关系：1.4≤ND7≤1.6；40≤VD7≤85。
根据本发明的方案，采用上述排列方式的九枚透镜并且优化配置、搭配各透镜的光焦度和不同形状、具体材料、焦距关系以及镜头其他各项参数关系的设置，可使得该定焦镜头可以更好地接收、传递光线，直至平稳过渡到光学系统后方，高效调整和校正系统像差、场曲、畸变、消除色差，达到高解像和成像质量高的性能，并兼顾具有低成本、小型化、超大光圈和红外共焦的性能，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰。其最大视场可达136°，不仅满足大视场的要求，而且在全视场均获得良好的像质质量。同时，该镜头可见光下可支持F1.0/F1.6，在F1.6的档位下实现日夜共焦的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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。
图1示意性表示本发明实施例一的定焦镜头的结构示意图；
图2示意性表示本发明实施例二的定焦镜头的结构示意图；
图3示意性表示本发明实施例三的定焦镜头的结构示意图；
图4示意性表示本发明实施例四的定焦镜头的结构示意图。
具体实施例
此说明书实施例的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。
此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施例的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施例。本发明的范围由权利要求书所界定。
如图1所示，本发明实施例提供一种定焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑STO、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8和第九透镜L9。其中，第一透镜L1、第二透镜L2、第五透镜L5和第八透镜L8的光焦度为负，第三透镜L3、第四透镜L4、第六透镜L6、第七透镜L7和第九透镜L9的光焦度为正。
本发明实施例中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一透镜L1为近轴区凸凹透镜或近轴区凹凹透镜，第二透镜L2为近轴区凹凹透镜，第三透镜L3为近轴区凸凹透镜，第四透镜L4为近轴区凸凸透镜，第五透镜L5为凸凹透镜，第六透镜L6和第七透镜L7都是双凸透镜，第八透镜L8为近轴区凹凸透镜，第九透镜L9为近轴区凸凹透镜。
根据上述限定的光学结构的技术方案，九枚透镜采用的凹、凸组合结构，并通过合理地分配光焦度，可以获得红外共焦、超大光圈的定焦镜头，其最大视场可达136°，满足大视场的要求。该镜头可以更好地接收和传递光线，达到高解像和成像质量高的性能。同时，通过两档式可变光阑STO的设计，可见光下该定焦镜头可支持F1.0/F1.6，在F1.6的档位下实现日夜共焦的功能。
本发明实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第八透镜L8和第九透镜L9均为非球面透镜，第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7均为球面透镜。采用非球面透镜及其特定的组合，可以高效调整该定焦镜头的系统像差。
本发明实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第八透镜L8和第九透镜L9均为塑胶透镜，第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7均为玻璃透镜。如此设置，上述透镜采用塑料材料，能实现镜头的低成本化，并在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰。
本发明实施例中，第五透镜L5和第六透镜L6胶合组成一个胶合镜组。优选地，该胶合镜组的焦距F56和定焦镜头的焦距F满足关系：5.0≤|F56/F|≤8.5。可知，第五透镜L5与第六透镜L6通过胶合，可以最大限度地减少色差或消除色差，改善像质、减少光能量的反射损失，从而实现高解像并提升定焦镜头成像的清晰度。
本发明实施例中，定焦镜头的焦距F和定焦镜头的入瞳直径ENPD满足关系：1.0≤F/ENPD≤1.2，使得镜头的Fno数较小，可以保证大孔径，在较暗环境下也具有良好的成像质量。
本发明实施例中，定焦镜头的光学总长TTL和定焦镜头的焦距F满足关系：6.0≤TTL/F≤7.7，既有利于缩短镜头的总长度(即光学总长)TTL，又有利于避免由于比值TTL/F过小导致的镜头的综合性能过差等问题。
本发明实施例中，第一透镜L1到第二透镜L2在光轴上的中心距离D12、第四透镜L4到第五透镜L5在光轴上的中心距离D45和定焦镜头的光学总长TTL满足关系：0.1≤(D12+D45)/TTL≤0.3。由此可知，通过对第一、第二、第四和第五透镜在光学系统中的位置以及之间的距离进行设计，有利于在保证光学成像镜头具有较好像质的同时，还可以避免镜头的整体尺寸过大，进而有利于镜头兼顾具有小型化和成像像质好的特点。
本发明实施例中，第一透镜L1的焦距F1和定焦镜头的焦距F满足关系：1.9≤|F1/F|≤3.2。通过控制第一透镜L1的光线走势，减小由于经第一透镜L1进入的光线引起的光学系统像差，并有利于矫正色差。
本发明实施例中，第二透镜L2的焦距F2和定焦镜头的焦距F满足关系：1.0≤|F2/F|≤1.7；第三透镜L3的焦距F3和定焦镜头的焦距F满足关系：1.9≤|F3/F|≤4.1；第四透镜L4的焦距F4和定焦镜头的焦距F满足关系：1.6≤|F4/F|≤2.6。通过对第二、第三和第四透镜的焦距进行优化设置并合理搭配，使整个光学系统的前方光线平稳过渡到后方，进而提高光学定焦镜头的解像质量。
本发明实施例中，第七透镜L7的焦距F7和定焦镜头的焦距F满足关系：2.4≤|F7/F|≤4.2，使光线在第七透镜L7处平稳过渡，有利于系统像差的有效校正。
本发明实施例中，第八透镜L8的焦距F8和定焦镜头的焦距F满足关系：2.5≤|F8/F|≤9.2。通过合理控制第八透镜L8的有效焦距，有利于减小光线的偏转角，从而降低该定焦镜头的敏感性，从而降低了镜头的组装敏感度，生产良率高。同时，第九透镜L9的焦距F9和定焦镜头的焦距F满足关系：2.2≤|F9/F|≤4.1，使得光学系统轴上视场的像质有较好的保证。
本发明实施例中，第六透镜L6的中心厚度CT6和第七透镜L7的中心厚度CT7满足关系：0.6≤CT6/CT7≤1.5。通过控制第六透镜L6和第七透镜L7的中心厚度，可以降低定焦镜头的厚度敏感性，能够有效地矫正光学系统的场曲和畸变，从而使得定焦光学系统在全视场获得良好的像质质量。
本发明实施例中，第七透镜L7、第八透镜L8和第九透镜L9的组合焦距F789与第七透镜L7的物侧面至第九透镜L9的像侧面在光轴上的距离T79满足关系：0.4≤T79/F789≤0.9，降低了第七透镜L7、第八透镜L8和第九透镜L9的光学间隙敏感度，有利于镜头的批量化生产。
本发明实施例中，第五透镜L5的折射率ND5和阿贝数VD5分别满足如下关系：1.6≤ND5≤1.9；15≤VD5≤35。第六透镜L6的折射率ND6和阿贝数VD6分别满足如下关系：1.5≤ND6≤1.7；60≤VD6≤80。第七透镜L7的折射率ND7和阿贝数VD7分别满足如下关系：1.4≤ND7≤1.6；40≤VD7≤85。通过采用玻璃材质的透镜并对其色散系数进行优化搭配，具有消色差的效果，也有利于镜头的无热化，同时更有利于满足镜头日夜共焦的功能。
综上所述，本发明实施例的定焦镜头可以更好地接收、传递光线，直至平稳过渡到光学系统后方，高效调整和校正系统像差、场曲、畸变、消除色差，达到高解像和成像质量高的性能，并具有低成本、小型化、超大光圈和红外共焦的性能，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰。其最大视场可达136°，不仅满足大视场的要求，而且在全视场均获得良好的像质质量。同时，该镜头可见光下可支持F1.0/F1.6，在F1.6的档位下实现日夜共焦的性能。
下面以四个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的定焦镜头。在下列各个实施例中，本发明将光阑STO记为一面，将胶合镜组的胶合面记为一面，将平行平板CG记为两面，将像面IMA记为一面。
具体符合上述关系式的各个实施例的参数如下表1所示：
Figure BDA0003867467250000071
Figure BDA0003867467250000081
表1
在本发明的实施例中，该定焦镜头的非球面透镜满足下列公式：
Figure BDA0003867467250000082
在上述公式中，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。
实施例一
参见图1，本实施例的定焦镜头各参数如下所述：
Fov：135°；光学总长TTL：30.19mm。
光阑STO位于第三透镜L3与第四透镜L4之间。
本实施例的定焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表2所示。
Figure BDA0003867467250000083
Figure BDA0003867467250000091
表2
本实施例的定焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A4、六阶非球面系数A6、八阶非球面系数A8、十阶非球面系数A10、十二阶非球面系数A12、十四阶非球面系数A14和十六阶非球面系数A16，如下表3所示。
Figure BDA0003867467250000092
Figure BDA0003867467250000101
表3
结合图1及上述表1至表3所示，本实施例的定焦镜头具有高解像和成像质量高的性能，并兼顾低成本、小型化、超大光圈和红外共焦的性能，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰。而且，该镜头不仅满足大视场的要求，而且在全视场均获得良好的像质质量。同时，该镜头可见光下可支持F1.0/F1.6，在F1.6的档位下实现日夜共焦的性能。
实施例二
参见图2，本实施例的定焦镜头各参数如下所述：
Fov：136°；光学总长TTL：30.14mm。
光阑STO位于第三透镜L3与第四透镜L4之间。
本实施例的定焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表4所示。
Figure BDA0003867467250000102
Figure BDA0003867467250000111
表4
本实施例的定焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A4、六阶非球面系数A6、八阶非球面系数A8、十阶非球面系数A10、十二阶非球面系数A12、十四阶非球面系数A14和十六阶非球面系数A16，如下表5所示。
Figure BDA0003867467250000112
Figure BDA0003867467250000121
表5
结合图2及上述表1、表4和表5所示，本实施例的定焦镜头具有高解像和成像质量高的性能，并兼顾低成本、小型化、超大光圈和红外共焦的性能，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰。而且，该镜头不仅满足大视场的要求，而且在全视场均获得良好的像质质量。同时，该镜头可见光下可支持F1.0/F1.6，在F1.6的档位下实现日夜共焦的性能。
实施例三
参见图3，本实施例的定焦镜头各参数如下所述：
Fov：134°；光学总长TTL：30.21mm。
光阑STO位于第三透镜L3与第四透镜L4之间。
本实施例的定焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表6所示。
Figure BDA0003867467250000122
Figure BDA0003867467250000131
表6
本实施例的定焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A4、六阶非球面系数A6、八阶非球面系数A8、十阶非球面系数A10、十二阶非球面系数A12、十四阶非球面系数A14和十六阶非球面系数A16，如下表7所示。
Figure BDA0003867467250000132
Figure BDA0003867467250000141
表7
结合图3及上述表1、表6和表7所示，本实施例的定焦镜头具有高解像和成像质量高的性能，并兼顾低成本、小型化、超大光圈和红外共焦的性能，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰。而且，该镜头不仅满足大视场的要求，而且在全视场均获得良好的像质质量。同时，该镜头可见光下可支持F1.0/F1.6，在F1.6的档位下实现日夜共焦的性能。
实施例四
参见图4，本实施例的定焦镜头各参数如下所述：
Fov：135°；光学总长TTL：30.2mm。
光阑STO位于第三透镜L3和第四透镜L4之间。
本实施例的定焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表8所示。
Figure BDA0003867467250000142
Figure BDA0003867467250000151
表8
本实施例的定焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A4、六阶非球面系数A6、八阶非球面系数A8、十阶非球面系数A10、十二阶非球面系数A12、十四阶非球面系数A14和十六阶非球面系数A16，如下表9所示。
Figure BDA0003867467250000152
Figure BDA0003867467250000161
表9
结合图4及上述表1、表8和表9所示，本实施例的定焦镜头具有高解像和成像质量高的性能，并兼顾低成本、小型化、超大光圈和红外共焦的性能，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰。而且，该镜头不仅满足大视场的要求，而且在全视场均获得良好的像质质量。同时，该镜头可见光下可支持F1.0/F1.6，在F1.6的档位下实现日夜共焦的性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，其特征在于，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：负光焦度的第一透镜(L1)、负光焦度的第二透镜(L2)、正光焦度的第三透镜(L3)、光阑(STO)、正光焦度的第四透镜(L4)、负光焦度的第五透镜(L5)、正光焦度的第六透镜(L6)、正光焦度的第七透镜(L7)、负光焦度的第八透镜(L8)和正光焦度的第九透镜(L9)，
所述第二透镜(L2)为近轴区凹凹透镜，所述第三透镜(L3)为近轴区凸凹透镜，所述第八透镜(L8)为近轴区凹凸透镜，所述第九透镜(L9)为近轴区凸凹透镜。
2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，沿光轴从物侧至像侧的方向，
所述第一透镜(L1)为近轴区凸凹透镜或近轴区凹凹透镜；
所述第四透镜(L4)为近轴区凸凸透镜；
所述第五透镜(L5)为凸凹透镜；
所述第六透镜(L6)和所述第七透镜(L7)为凸凸透镜。
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)、所述第二透镜(L2)、所述第三透镜(L3)、所述第四透镜(L4)、所述第八透镜(L8)和所述第九透镜(L9)为非球面透镜；
所述第五透镜(L5)、所述第六透镜(L6)和所述第七透镜(L7)为球面透镜。
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(L1)、所述第二透镜(L2)、所述第三透镜(L3)、所述第四透镜(L4)、所述第八透镜(L8)和所述第九透镜(L9)为塑胶透镜；
所述第五透镜(L5)、所述第六透镜(L6)和所述第七透镜(L7)为玻璃透镜。
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)和所述第六透镜(L6)胶合组成一个胶合镜组。
6.根据权利要求5所述的定焦镜头，其特征在于，所述胶合镜组的焦距F56和所述定焦镜头的焦距F满足关系：5.0≤|F56/F|≤8.5。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的焦距F和所述定焦镜头的入瞳直径ENPD满足关系：1.0≤F/ENPD≤1.2。
8.根据权利要求1至6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和所述定焦镜头的焦距F满足关系：6.0≤TTL/F≤7.7。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)到所述第二透镜(L2)在光轴上的中心距离D12、所述第四透镜(L4)到所述第五透镜(L5)在光轴上的中心距离D45和所述定焦镜头的光学总长TTL满足关系：0.1≤(D12+D45)/TTL≤0.3。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)的焦距F1和所述定焦镜头的焦距F满足关系：1.9≤|F1/F|≤3.2。
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