CN207396836U - 一种透镜系统和镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种透镜系统和镜头，该透镜系统沿光轴线从物侧到像侧依次设有光焦度为负的第一透镜组和光焦度为正的第二透镜组；第一透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一透镜、光焦度为正的第二透镜、光焦度为负的第三透镜及光焦度为负的第四透镜；第二透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为正的第五透镜、光焦度为负的第六透镜、光焦度为正的第七透镜、光焦度为负的第八透镜、光焦度为正的第九透镜、光焦度为负的第十透镜、光焦度为正的第十一透镜及光焦度为正的第十二透镜，该方案中，在各透镜及透镜组的结构、光焦度、焦距、排列顺序的配合下，可以在满足大靶面、高分辨率、大视场角的条件下，实现低畸变成像。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学仪器领域，特别涉及一种透镜系统和镜头。
背景技术
在安防领域，网络摄像机是安防系统中的常用设备，而镜头是网络摄像机的主要构成部分，镜头性能直接影响成像质量及成像视野，随着安防系统的技术指标需求不断提高，摄像机上开始使用大靶面(1/1.8英寸)的成像元件以增强成像质量，但这就要求镜头成像面积也需要能与大靶面成像元件相适应，当镜头成像面积增大时，对镜头的球差、慧差、主光线出射角(CRA)、色差矫正能力也提出了更高的要求。
目前，现有的镜头在满足大靶面(1/1.8英寸)、高分辨率(最高支持800万像素摄像机)、大视场角(2ω>96度)的条件下，畸变数值通常较大，一般超过-30％，而如此大的畸变，会使得所监控的目标发生严重失真和变形，给人们造成错误的视觉和判断，故无法满足超高清安防监控系统的发展需求。
基于此，研发一款在满足大靶面(1/1.8英寸)、高分辨率(最高支持800万像素摄像机)、大视场角(2ω>96度)的条件下，可以实现低畸变成像的镜头就显得很有必要。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种透镜系统和镜头，用以在满足大靶面(1/1.8英寸)、高分辨率(最高支持800万像素摄像机)、大视场角(2ω>96度)的条件下，实现低畸变成像。
本实用新型实施例提供的一种透镜系统，沿光轴线从物侧到像侧依次设有光焦度为负的第一透镜组和光焦度为正的第二透镜组；
所述第一透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一透镜、光焦度为正的第二透镜、光焦度为负的第三透镜以及光焦度为负的第四透镜；
所述第二透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为正的第五透镜、光焦度为负的第六透镜、光焦度为正的第七透镜、光焦度为负的第八透镜、光焦度为正的第九透镜、光焦度为负的第十透镜、光焦度为正的第十一透镜以及光焦度为正的第十二透镜；
其中，所述第一透镜组的焦距f1与所述第二透镜组的焦距f2满足条件：-0.5≤f1/f2≤-0.4。
较佳地，所述第五透镜的玻璃材质的折射率Nd5和阿贝数Vd5满足条件：Nd5>2.0，Vd5<20。
较佳地，所述第十一透镜的玻璃材质的阿贝数Vd11和所述第十二透镜的玻璃材质的阿贝数Vd12满足条件：Vd11>65，Vd12>65。
较佳地，在所述第一透镜组中，所述第一透镜和所述第二透镜胶合构成第一胶合镜组，所述第一胶合镜组的光焦度为正。
较佳地，在所述第二透镜组中，所述第六透镜和所述第七透镜胶合构成第二胶合镜组，所述第二胶合镜组的光焦度为正。
较佳地，在所述第二透镜组中，所述第八透镜和所述第九透镜胶合构成第三胶合镜组，所述第三胶合镜组的光焦度为正。
较佳地，所述第一透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第二透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜、双凸透镜或朝向像侧的表面为平面的平凸透镜，所述第三透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凹透镜，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凹透镜，所述第九透镜为双凸透镜，所述第十透镜为凸面朝向像侧的弯月透镜。
较佳地，所述第十一透镜为凸面朝向像侧的弯月透镜、双凸透镜或朝向物侧的表面为平面的平凸透镜。
较佳地，所述第十二透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜、双凸透镜或朝向像侧的表面为平面的平凸透镜。
较佳地，所述透镜系统还包括孔径光阑，所述孔径光阑位于所述第七透镜和所述第八透镜之间。
本实用新型实施例还提供了一种镜头，沿光轴线从物侧到像侧依次包括：本实用新型任意实施例提供的透镜系统和成像面。
较佳地，该镜头还包括：设置于所述透镜系统与所述成像面之间的滤光片。
本实用新型实施例的有益效果如下：
本实用新型实施例提供的透镜系统和镜头中，在各透镜及透镜组的结构、光焦度、焦距、排列顺序的配合下，可以在满足大靶面(1/1.8英寸)、高分辨率(最高支持800万像素摄像机)、大视场角(2ω>96度)的条件下，实现低畸变成像。
附图说明
图1(a)为本实用新型实施例提供的第一种透镜系统的结构示意图；
图1(b)为本实用新型实施例提供的第二种透镜系统的结构示意图；
图1(c)为本实用新型实施例提供的第三种透镜系统的结构示意图；
图1(d)为本实用新型实施例提供的第四种透镜系统的结构示意图；
图1(e)为本实用新型实施例提供的第五种透镜系统的结构示意图；
图1(f)为本实用新型实施例提供的第六种透镜系统的结构示意图；
图1(g)为本实用新型实施例提供的第七种透镜系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种镜头的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的另一种镜头的结构示意图；
图4为本实用新型实施例一提供的镜头可见光部分的光学传递函数(MTF)曲线图；
图5为本实用新型实施例一提供的镜头可见光部分的畸变图；
图6为本实用新型实施例二提供的镜头可见光部分的光学传递函数(MTF)曲线图；
图7为本实用新型实施例二提供的镜头可见光部分的畸变图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供了一种透镜系统和镜头，用以在满足大靶面(1/1.8英寸)、高分辨率(最高支持800万像素摄像机)、大视场角(2ω>96度)的条件下，实现低畸变成像。
本实用新型实施例提供的一种透镜系统，沿光轴线从物侧到像侧依次设有光焦度为负的第一透镜组和光焦度为正的第二透镜组；
所述第一透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一透镜、光焦度为正的第二透镜、光焦度为负的第三透镜以及光焦度为负的第四透镜；
所述第二透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为正的第五透镜、光焦度为负的第六透镜、光焦度为正的第七透镜、光焦度为负的第八透镜、光焦度为正的第九透镜、光焦度为负的第十透镜、光焦度为正的第十一透镜以及光焦度为正的第十二透镜；
其中，所述第一透镜组的焦距f1与所述第二透镜组的焦距f2满足条件：-0.5≤f1/f2≤-0.4。
本实用新型实施例中，在各透镜及透镜组的结构、光焦度、焦距、排列顺序的配合下，可以在满足大靶面(1/1.8英寸)、高分辨率(最高支持800万像素摄像机)、大视场角(2ω>96度)的条件下，实现低畸变成像。
在满足以上光学系统的参数要求的基础上，各透镜组的结构可以根据需要进行具体的调整，下面结合说明书附图对本实用新型实施例作进一步详细描述。
如图1(a)所示，为本实用新型实施例提供的一种透镜系统的结构示意图。该透镜系统，沿光轴线从物侧到像侧依次设有光焦度为负的第一透镜组1和光焦度为正的第二透镜组2。
如图1(a)所示，第一透镜组1沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一透镜11、光焦度为正的第二透镜12、光焦度为负的第三透镜13以及光焦度为负的第四透镜14。
其中，如图1(a)所示，第一透镜11为凸面朝向物侧的弯月透镜，第二透镜12为凸面朝向物侧的弯月透镜，第三透镜13为凸面朝向物侧的弯月透镜，第四透镜14为双凹透镜。
如图1(a)所示，第二透镜组2沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为正的第五透镜15、光焦度为负的第六透镜16、光焦度为正的第七透镜17、光焦度为负的第八透镜18、光焦度为正的第九透镜19、光焦度为负的第十透镜20、光焦度为正的第十一透镜21以及光焦度为正的第十二透镜22。
其中，如图1(a)所示，第五透镜15为双凸透镜，第六透镜16为双凹透镜，第七透镜17为双凸透镜，第八透镜18为双凹透镜，第九透镜19为双凸透镜，第十透镜20为凸面朝向像侧的弯月透镜，第十一透镜21为双凸透镜，第十二透镜22为双凸透镜。
并且，第一透镜组1的焦距f1与第二透镜组2的焦距f2满足条件：-0.5≤f1/f2≤-0.4。
在一较佳实施方式中，为了更好地校正像差以及减小镜头长度，第五透镜15的玻璃材质的折射率Nd5和阿贝数Vd5满足条件：Nd5>2.0，Vd5<20。
在一较佳实施方式中，为了实现日夜共焦以及在-30℃到70℃都可以清楚成像，第十一透镜21的玻璃材质的阿贝数Vd11和第十二透镜22的玻璃材质的阿贝数Vd12满足条件：Vd11>65，Vd12>65。
在一较佳实施方式中，如图1(a)所示，在第一透镜组1中，第一透镜11和第二透镜12胶合构成第一胶合镜组，该第一胶合镜组的光焦度为正。
较佳地，如图1(a)所示，在第二透镜组2中，第六透镜16和第七透镜17胶合构成第二胶合镜组，该第二胶合镜组的光焦度为正。
较佳地，如图1(a)所示，在第二透镜组2中，第八透镜8和第九透镜9胶合构成第三胶合镜组，该第三胶合镜组的光焦度为正。
需要说明的是，上述胶合镜组中的透镜也可以只靠近在一起，而不胶合，上述胶合镜组可以是其中一组或多组胶合，本实用新型实施例对此均不进行限定。
在一较佳实施方式中，如图1(a)所示，透镜系统还包括孔径光阑3，孔径光阑3位于第七透镜17和第八透镜18之间。
如图1(b)所示，第一透镜组1中第二透镜12还可以为双凸透镜。
如图1(c)所示，第一透镜组1中第二透镜12还可以为朝向像侧的表面为平面的平凸透镜。
如图1(d)所示，第二透镜组2中第十一透镜21还可以为凸面朝向像侧的弯月透镜。
如图1(e)所示，第二透镜组2中第十一透镜21还可以为朝向物侧的表面为平面的平凸透镜。
如图1(f)所示，第二透镜组2中第十二透镜22还可以为凸面朝向物侧的弯月透镜。
如图1(g)所示，第二透镜组2中第十二透镜22还可以为朝向像侧的表面为平面的平凸透镜。
需要指出的是，本实用新型实施例中，若无特别指出，折射率都指光学玻璃材质相对于d光的折射率(即由d光测得的光学玻璃材质的折射率)，阿贝数都指光学玻璃材质相对于d光的阿贝数(即用由d光测得的光学玻璃材质的折射率得到的阿贝数)。其中，d光表示波长为589.3nm的钠黄光。
基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种镜头，沿光轴线从物侧到像侧依次包括：本实用新型任意实施例提供的透镜系统和成像面4。其中两种结构示意图分别如图2、图3所示，图2包括图1(a)所示的透镜系统，图3包括图1(f)所示的透镜系统。
在一较佳实施方式中，为了减少偏色，如图2、图3所示，该镜头还可以包括：设置于变焦透镜系统与成像面4之间的滤光片5。
由于本实用新型实施例的镜头，采用上述的透镜系统，像差得到很好地校正，像面尺寸大(1/1.8英寸)，成像分辨率高(最高支持800万像素摄像机)，视场角大(2ω>96度)，成像品质优异，可以实现低畸变成像。
下面例举两个较佳实施例以方便对本实用新型实施例提供的镜头进行理解。
实施例一：
在具体实施过程中，图2所示的镜头中沿光轴线从物侧到像侧的各个透镜的镜面的曲率半径R、中心厚度Tc(即相邻镜面中心点的距离)、折射率Nd、和阿贝数Vd满足表1所列的条件：
表1
其中，STO表示孔径光阑，IMA表示像平面，Infinity表示无限大；沿光轴线从物侧到像侧，透镜的镜面依次排列，例如：透镜11的镜面为镜面1与镜面2，透镜12的镜面为镜面2与镜面3，透镜13的镜面为镜面4与镜面5，依次类推，其中，镜面23与镜面24为滤光片的镜面，由于透镜12与透镜13胶合在一起，因此透镜11与透镜12的胶合面为同一镜面(即镜面2)，其它的胶合面也类似，表一中R1表示镜面1的曲率半径，T1表示镜面1和镜面2中心点的距离，n1表示镜面1的光学玻璃材质相对于d光的折射率，V1表示镜面1的光学玻璃材质相对于d光的阿贝数，表一中的其它参数可依次类推其含义，在此不再赘述。
由表1的数据可以得到：
第一透镜组的焦距f1：-3.568mm；第二透镜组的焦距f2：7.272mm；第一透镜组的焦距与第二透镜组的焦距的比值f1/f2：-0.491；第五透镜的玻璃材质的折射率Nd5：2.104；第五透镜的玻璃材质的阿贝数Vd5：17.018；第十一透镜的玻璃材质的阿贝数Vd11：68.525；第十二透镜的玻璃材质的阿贝数Vd12：68.525。
值得一提的是，本实用新型实施例一的镜头具有如下光学技术指标：
光学总长TTL：29.90mm；
镜头焦距f：4.469mm；
镜头的视场角2ω：98°；
镜头系统的光圈(F/#)：2.0；
镜头像面尺寸：1/1.8〞。
下面通过对本实用新型实施例一进行详细的光学系统分析，进一步介绍本实用新型实施例一所提供的透镜系统和镜头。
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，对各种像差(如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等)进行了很好的校正。
如图4所示，图4为镜头可见光部分的光学传递函数(MTF)曲线图。从图4中可知，该镜头可见光部分的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且在160lp/mm时仍能保证全视场MTF平均值达到0.4以上，可见本实施例一提供的镜头，可以达到很高的分辨率，满足1/1.8英寸800万像素摄像机的成像要求。
镜头可见光部分对应的畸变图，图中曲线越接近y轴，畸变率越小。如图5所示，其中光学畸变率控制在-14％～0范围以内。
实施例二：
在具体实施过程中，图3所示的镜头中沿光轴线从物侧到像侧的各个透镜的镜面的曲率半径R、中心厚度Tc、折射率Nd、和阿贝数Vd满足表2所列的条件：
表2
由表2的数据可以得到：
第一透镜组的焦距f1：-3.452mm；第二透镜组的焦距f2：7.633mm；第一透镜组的焦距与第二透镜组的焦距的比值f1/f2：-0.452；第五透镜的玻璃材质的折射率Nd5：2.104；第五透镜的玻璃材质的阿贝数Vd5：17.018；第十一透镜的玻璃材质的阿贝数Vd11：81.615；第十二透镜的玻璃材质的阿贝数Vd12：81.615。
值得一提的是，本实用新型实施例二的镜头具有如下光学技术指标：
光学总长TTL：29.89mm；
镜头焦距f：4.475mm；
镜头的视场角2ω：98°；
镜头系统的光圈(F/#)：2.0；
镜头像面尺寸：1/1.8〞。
下面通过对本实用新型实施例二进行详细的光学系统分析，进一步介绍本实用新型实施例二所提供的透镜系统和镜头。
如图6所示，图6为镜头可见光部分的光学传递函数(MTF)曲线图。从图6中可知，该镜头可见光部分的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且在160lp/mm时仍能保证全视场MTF平均值达到0.3以上，可见本实施例二提供的镜头，可以达到很高的分辨率，满足1/1.8英寸800万像素摄像机的成像要求。
镜头可见光部分对应的畸变图，图中曲线越接近y轴，畸变率越小。如图7所示，其中光学畸变率控制在-14％～0范围以内。
综上所述，本实用新型实施例提供了一种透镜系统和镜头，采用十二个特定结构形状的光学透镜，并按照顺序从物侧至像侧依次排列，以及通过各个光学透镜的光焦度的分配，同时采用相适应光学玻璃材质，使得镜头的结构形状，透镜的光焦度分配，透镜的折射率、阿贝数等参数与成像条件匹配，进而使镜头的球差、慧差、象散、场曲、垂轴色差、轴向色差得到很好的校正，从而达到在满足大靶面(1/1.8英寸)、高分辨率(最高支持800万像素摄像机)、大视场角(2ω>96度)的条件下，实现低畸变成像；并且具有较佳的红外共焦及较好的消热差性能，结构紧凑，外形尺寸小，光学总长TTL可控制在30mm以内，所有的光学透镜均采用球面设计，冷加工工艺性能良好，生产成本低；可广泛应用到安防监控领域，实现全天候的超高清画面显示。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，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实用新型范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种透镜系统，其特征在于，沿光轴线从物侧到像侧依次设有光焦度为负的第一透镜组和光焦度为正的第二透镜组；
所述第一透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一透镜、光焦度为正的第二透镜、光焦度为负的第三透镜以及光焦度为负的第四透镜；
所述第二透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为正的第五透镜、光焦度为负的第六透镜、光焦度为正的第七透镜、光焦度为负的第八透镜、光焦度为正的第九透镜、光焦度为负的第十透镜、光焦度为正的第十一透镜以及光焦度为正的第十二透镜；
其中，所述第一透镜组的焦距f1与所述第二透镜组的焦距f2满足条件：-0.5≤f1/f2≤-0.4。
2.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述第五透镜的玻璃材质的折射率Nd5和阿贝数Vd5满足条件：Nd5>2.0，Vd5<20。
3.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，所述第十一透镜的玻璃材质的阿贝数Vd11和所述第十二透镜的玻璃材质的阿贝数Vd12满足条件：Vd11>65，Vd12>65。
4.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，在所述第一透镜组中，所述第一透镜和所述第二透镜胶合构成第一胶合镜组，所述第一胶合镜组的光焦度为正。
5.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，在所述第二透镜组中，所述第六透镜和所述第七透镜胶合构成第二胶合镜组，所述第二胶合镜组的光焦度为正。
6.如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于，在所述第二透镜组中，所述第八透镜和所述第九透镜胶合构成第三胶合镜组，所述第三胶合镜组的光焦度为正。
7.如权利要求1-6任一项所述的透镜系统，其特征在于，所述第一透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第二透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜、双凸透镜或朝向像侧的表面为平面的平凸透镜，所述第三透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凹透镜，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凹透镜，所述第九透镜为双凸透镜，所述第十透镜为凸面朝向像侧的弯月透镜。
8.如权利要求7所述的透镜系统，其特征在于，所述第十一透镜为凸面朝向像侧的弯月透镜、双凸透镜或朝向物侧的表面为平面的平凸透镜。
9.如权利要求7所述的透镜系统，其特征在于，所述第十二透镜为凸面朝向物侧的弯月透镜、双凸透镜或朝向像侧的表面为平面的平凸透镜。
10.如权利要求7所述的透镜系统，其特征在于，所述透镜系统还包括孔径光阑，所述孔径光阑位于所述第七透镜和所述第八透镜之间。
11.一种镜头，其特征在于，沿光轴线从物侧到像侧依次包括：如权利要求1～10任一项所述的透镜系统和成像面。
12.如权利要求11所述的镜头，其特征在于，还包括：设置于所述透镜系统与所述成像面之间的滤光片。
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