CN116088131A

CN116088131A - 一种定焦镜头

Info

Publication number: CN116088131A
Application number: CN202111312258.1A
Authority: CN
Inventors: 刘峥嵘; 张磊; 张占军
Original assignee: Dongguan Yutong Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Dongguan Yutong Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2023-05-09

Abstract

本发明实施例公开了一种定焦镜头。该镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、正光焦度或负光焦度的第二透镜、正光焦度或负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；光阑位于第二透镜和第三透镜之间或第三透镜和第四透镜之间；第四透镜为球面透镜，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜均为非球面透镜。本发明的技术方案可实现对镜头大靶面、超大光圈的要求，在成本较低的情况下支持最大靶面1/1.7英寸，光圈数满足0.8≤F≤1.2，视场角大于110°，且在‑40℃～80℃环境下使用满足成像要求。

Description

一种定焦镜头

技术领域

本发明实施例涉及镜头技术，尤其涉及一种定焦镜头。

背景技术

随着社会的发展，安防监控视频技术应用范围和场景也在逐步拓展，安防监控在高清化、智能化、网络化等方面的要求日益加强。

随着安防监控系统的日益发展，对于安防镜头的要求越来越高，主要体现在更高的像质、更大的通光口径、更大的视场及更大的靶面。目前现有的超大光圈镜头往往像质较低，靶面一般为1/2.7英寸。因此，针对现有现象，开发出一款大靶面超大光圈4K光学镜头是有必要的。

发明内容

本发明实施例提供一种定焦镜头，以实现对镜头大靶面、超大光圈的要求，该定焦镜头在成本较低的情况下支持最大靶面1/1.7英寸，光圈数满足0.8≤F≤1.2，视场角大于110°，且在-40℃～80℃环境下使用满足成像要求。

本发明实施例提供一种定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、正光焦度或负光焦度的第二透镜、正光焦度或负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；

所述定焦镜头还包括光阑，所述光阑位于所述第二透镜和所述第三透镜之间或所述第三透镜和所述第四透镜之间；

所述第四透镜为球面透镜，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为非球面透镜。

可选的，所述第一透镜靠近物方一侧的表面为凸面，靠近像方一侧的表面为凹面，所述第二透镜靠近物方一侧的表面为凹面，靠近像方一侧的表面为凸面，所述第三透镜靠近物方一侧的表面为凸面，靠近像方一侧的表面为凹面，所述第四透镜的两个表面均为凸面，所述第五透镜的两个表面均为凸面，所述第六透镜靠近物方一侧的表面为凹面，靠近像方一侧的表面为凹面或凸面，所述第七透镜靠近物方一侧的表面为凸面，靠近像方一侧的表面为凸面或凹面。

可选的，所述第一透镜至所述第七透镜的光焦度满足：

其中，

和

分别代表所述第一透镜至所述第七透镜的光焦度，

代表所述定焦镜头的光焦度。

可选的，所述第一透镜至所述第七透镜的折射率和色散系数满足：

1.50≤n1≤1.60；50.0≤v1≤65.0；

1.50≤n2≤1.75；20.0≤v2≤65.0；

1.50≤n3≤1.70；18.0≤v3≤25.0；

1.49≤n4≤1.70；60.0≤v4≤75.0；

1.50≤n5≤1.60；50.0≤v5≤75.0；

1.60≤n6≤1.75；15.0≤v6≤25.0；

1.50≤n7≤1.60；50.0≤v7≤60.0；

其中，n1、n2、n3、n4、n5、n6和n7依顺序分别代表所述第一透镜至所述第七透镜的折射率，v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7依顺序分别代表所述第一透镜至所述第七透镜的色散系数。

可选的，所述定焦镜头的焦距f与入瞳直径d满足：

0.8≤f/d≤1.2。

可选的，所述定焦镜头的焦距f与像面直径IC满足：

0.29≤f/IC≤0.9。

可选的，所述定焦镜头的像面直径IC满足：

8.5mm≤IC≤9.6mm。

可选的，所述定焦镜头的后焦BFL与镜头总长TTL满足：

BFL/TTL≥0.1。

可选的，所述第一透镜的直径D1与镜头总长TTL满足：

D1/TTL<0.5。

可选的，所述定焦镜头的光圈数F满足：

0.8≤F≤1.2。

本发明实施例提供的定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、正光焦度或负光焦度的第二透镜、正光焦度或负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；还包括位于第二透镜和第三透镜之间或第三透镜和第四透镜之间的光阑；第四透镜为球面透镜，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜均为非球面透镜。通过设置负光焦度的第一透镜，有利于光学系统光线的收集，可有效增大监控视场范围；通过设置正光焦度的第四透镜，承担了系统较大的光焦度，改变光束的传播方向，更有利于光束在像面上成像；通过综合设置各个透镜的光焦度以及形状的配合关系，可以有效校正系统球差、色差、场曲、像散和畸变等各种像差，从而实现对镜头大靶面、超大光圈的要求，该定焦镜头在成本较低的情况下支持最大靶面1/1.7英寸，光圈数满足0.8≤F≤1.2，视场角大于110°，且在-40℃～80℃环境下使用满足成像要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线示意图；

图3为本发明实施例提供的一种定焦镜头的光线光扇示意图；

图4为本发明实施例提供的一种定焦镜头的场区畸变示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线示意图；

图7为本发明实施例提供的一种定焦镜头的光线光扇示意图；

图8为本发明实施例提供的一种定焦镜头的场区畸变示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种定焦镜头的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线示意图；

图11为本发明实施例提供的一种定焦镜头的光线光扇示意图；

图12为本发明实施例提供的一种定焦镜头的场区畸变示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图。参考图1，本发明实施例提供的定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜10、正光焦度或负光焦度的第二透镜20、正光焦度或负光焦度的第三透镜30、正光焦度的第四透镜40、正光焦度的第五透镜50、负光焦度的第六透镜60以及正光焦度的第七透镜70；定焦镜头还包括光阑(图1未示出)，光阑位于第二透镜20和第三透镜30之间或第三透镜30和第四透镜40之间；第四透镜40为球面透镜，第一透镜10、第二透镜20、第三透镜30、第五透镜50、第六透镜60和第七透镜70均为非球面透镜。

其中，可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。在本实施例中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，通过合理分配透镜的光焦度，可以使镜头具有大靶面、大光圈的特点，光圈值F满足0.8≤F≤1.2，支持1/1.7英寸的像面，视场角大于110°。

本实施例的技术方案，通过设置负光焦度的第一透镜，有利于光学系统光线的收集，可有效增大监控视场范围；通过设置正光焦度的第四透镜，承担了系统较大的光焦度，改变光束的传播方向，更有利于光束在像面上成像；通过综合设置各个透镜的光焦度以及形状的配合关系，可以有效校正系统球差、色差、场曲、像散和畸变等各种像差，从而实现对镜头大靶面、超大光圈的要求，该定焦镜头在成本较低的情况下支持最大靶面1/1.7英寸，光圈数满足0.8≤F≤1.2，视场角大于110°，且在-40℃～80℃环境下使用满足成像要求。

在上述技术方案的基础上，继续参考图1，可选的，第一透镜10靠近物方一侧的表面为凸面，靠近像方一侧的表面为凹面，第二透镜20靠近物方一侧的表面为凹面，靠近像方一侧的表面为凸面，第三透镜30靠近物方一侧的表面为凸面，靠近像方一侧的表面为凹面，第四透镜40的两个表面均为凸面，第五透镜50的两个表面均为凸面，第六透镜60靠近物方一侧的表面为凹面，靠近像方一侧的表面为凹面或凸面，第七透镜70靠近物方一侧的表面为凸面，靠近像方一侧的表面为凸面或凹面。即第一透镜10为凸凹透镜，第二透镜20为凹凸透镜，第三透镜30为凸凹透镜，第四透镜40为双凸透镜，第五透镜50为双凸透镜，第六透镜60为双凹或凹凸透镜，第七透镜70为双凸或凸凹透镜。

可选的，第一透镜10至第七透镜70的光焦度满足：

其中，

和

分别代表第一透镜10至第七透镜70的光焦度，

代表定焦镜头的光焦度。通过设置各透镜的光焦度满足上述关系，可以保证定焦镜头达到清晰的成像效果。

可选的，第一透镜10至第七透镜70的折射率和色散系数满足：

1.50≤n1≤1.60；50.0≤v1≤65.0；

1.50≤n2≤1.75；20.0≤v2≤65.0；

1.50≤n3≤1.70；18.0≤v3≤25.0；

1.49≤n4≤1.70；60.0≤v4≤75.0；

1.50≤n5≤1.60；50.0≤v5≤75.0；

1.60≤n6≤1.75；15.0≤v6≤25.0；

1.50≤n7≤1.60；50.0≤v7≤60.0；

其中，n1、n2、n3、n4、n5、n6和n7依顺序分别代表第一透镜10至第七透镜70的折射率，v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7依顺序分别代表第一透镜10至第七透镜70的色散系数。

可选的，定焦镜头的焦距f与入瞳直径d满足：

0.8≤f/d≤1.2。当f与d满足上述关系时，定焦镜头具有超大光圈的特性，在低照度的环境仍然能有优良的成像效果，能够满足明暗环境的成像需求。

可选的，定焦镜头的焦距f与像面直径IC满足：

0.29≤f/IC≤0.9。当f与IC满足上述关系时，定焦镜头具有广角性能，能保证定焦镜头的拍摄范围，使系统具有较大的视野。

可选的，定焦镜头的像面直径IC满足：

8.5mm≤IC≤9.6mm。当IC满足上述关系时，定焦镜头具有较大靶面，能够保证定焦镜头具有更好的成像质量，画面更加清晰。

可选的，所述定焦镜头的后焦BFL与镜头总长TTL满足：

BFL/TTL≥0.1。当BFL和TTL满足上述关系时，能够保证成像传感器和平板滤光片有足够的安装空间。

可选的，所述第一透镜的直径D1与镜头总长TTL满足：

D1/TTL<0.5。当D1和TTL满足上述关系时，能够避免镜头的口径过大，满足最终产品的安装空间要求。

本实施例提供的定焦镜头，采用一片球面透镜、六片非球面的混合结构设计，通过合理的光焦度、折射率及色散系数搭配，其中非球面透镜具有良好的像差校正能力，确保光学系统性能的同时有效地控制了成本。该镜头具有成本低、性能高、大光圈、视场角大的特点，最大可以匹配1/1.7英寸感光芯片，视场角大于110°，满足多种应用场景下的成像需求。

可选的，非球面透镜的面型满足公式：

其中，z表示非球面Z向的轴向矢高；y表示非球面的高度；c表示拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数，k表示圆锥系数，A、B、C、D、E、F分别表示高次非球面系数。

示例性的，表1为图1对应的定焦镜头的具体参数：

表1定焦镜头的具体参数

本实施例的定焦镜头的焦距f＝5.1mm，光圈值F＝0.95，像面直径9.2mm，对角视场角120°。

表2为表1提供的定焦镜头的一种设计值：

表2定焦镜头的一种设计值

表2中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“无限”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1，“16”和“17”代表滤光片的两个表面，“18”代表像面。

其中，表3为本实施例中非球面面型参数：

表3定焦镜头中非球面系数的一种设计值

其中，-1.397276E-03表示面序号为1的系数A为-1.397276×10^-3。

图2为本发明实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线示意图，图3为本发明实施例提供的一种定焦镜头的光线光扇示意图，图4为本发明实施例提供的一种定焦镜头的场区畸变示意图，其中由图2～图4可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。

图5为本发明实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图，与上述实施例类似，表4为图5对应的定焦镜头的具体参数：

表4定焦镜头的具体参数

本实施例的定焦镜头的焦距f＝4.8mm，光圈值F＝1.0，像面直径9.2mm，对角视场角118°。

表5为表4提供的定焦镜头的一种设计值：

表5定焦镜头的一种设计值

表5中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“无限”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1，“16”和“17”代表滤光片的两个表面，“18”代表像面。

其中，表6为本实施例中非球面面型参数：

表6定焦镜头中非球面系数的一种设计值

其中，-3.208228E-03表示面序号为1的系数A为-3.208228×10^-3。

图6为本发明实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线示意图，图7为本发明实施例提供的一种定焦镜头的光线光扇示意图，图8为本发明实施例提供的一种定焦镜头的场区畸变示意图，其中由图6～图8可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。

图9为本发明实施例提供的又一种定焦镜头的结构示意图，与上述实施例类似，表7为图9对应的定焦镜头的具体参数：

表7定焦镜头的具体参数

本实施例的定焦镜头的焦距f＝4.8mm，光圈值F＝0.96，像面直径9.2mm，对角视场角118°。

表8为表7提供的定焦镜头的一种设计值：

表8定焦镜头的一种设计值

表8中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“无限”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1，“16”和“17”代表滤光片的两个表面，“18”代表像面。

其中，表9为本实施例中非球面面型参数：

表9定焦镜头中非球面系数的一种设计值

其中，-4.599183E-03表示面序号为1的系数A为-4.599183×10^-3。

图10为本发明实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线示意图，图11为本发明实施例提供的一种定焦镜头的光线光扇示意图，图12为本发明实施例提供的一种定焦镜头的场区畸变示意图，其中由图10～图12可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种定焦镜头，其特征在于，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、正光焦度或负光焦度的第二透镜、正光焦度或负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；

2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜靠近物方一侧的表面为凸面，靠近像方一侧的表面为凹面，所述第二透镜靠近物方一侧的表面为凹面，靠近像方一侧的表面为凸面，所述第三透镜靠近物方一侧的表面为凸面，靠近像方一侧的表面为凹面，所述第四透镜的两个表面均为凸面，所述第五透镜的两个表面均为凸面，所述第六透镜靠近物方一侧的表面为凹面，靠近像方一侧的表面为凹面或凸面，所述第七透镜靠近物方一侧的表面为凸面，靠近像方一侧的表面为凸面或凹面。

3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第七透镜的光焦度满足：