CN209167650U - 一种超高清长焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到光学成像技术领域，尤其涉及到一种超高清长焦镜头，该超高清长焦镜头包括沿物侧到像侧的方向排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜；通过合理的限定每个透镜的光焦度，有效的改善了长焦镜头的像差，提高了摄像的效果。本发明具有超高分辨率、大通光量、小体积，抗环境温度变化能力强的特点，以克服现有技术中的不足之处。

Description

一种超高清长焦镜头

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，更具体地说，它涉及一种超高清长焦镜头。

背景技术

目前机器视觉用的光学长焦镜头普遍存在这样的缺点：焦距短，物体细节分辨能力低，系统清晰度低，通光量不足，长焦镜头会出现常温对焦状况下，高低温会出现虚焦，发蒙的情况；目前对于长焦距的高清镜头，一般用民用单反类长焦镜头替代。这类镜头设计靶面大，在小靶面成像器件上分辨率会大大降低，而且使用若干玻璃非球面，价格昂贵，目前市场上还没有完全兼顾上述特点的镜头，只有少数镜头，在牺牲其它方面的情况下改善某个方面，比如为了实现超高清晰度、小体积而使用非球面增加投入成本，或者牺牲通光量使被测物体亮度不足；因此需要设计一款超高清晰度、大通光量、且高低温共焦的全玻璃结构长焦镜头，专门用于物体细节的捕捉。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种超高清长焦镜头，具有超高分辨率、大通光量、小体积，抗环境温度变化能力强的特点，以克服现有技术中的不足之处。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种超高清长焦镜头，包括沿物侧到像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜，所述第一透镜、第二透镜为焦距为正的双凸透镜，第三透镜为焦距为负的双凹透镜，第四透镜为焦距为正的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第五透镜为焦距为正的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第六透镜为焦距为负的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第七透镜为焦距为正的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第八透镜为焦距为负的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第九透镜为焦距为负的双凹透镜，第十透镜为焦距为正的双凸透镜，第十一透镜为焦距为负的弯月透镜，朝向像侧一面为凸面，第十二透镜为焦距为正的双凸透镜，其中所述的第二透镜、第三透镜及第四透镜为一组三胶合透镜，通过胶水粘合在一起，并且满足关系式：

1.7<(f2/f3)*(f4/f3)<2.9

f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距。

进一步地，所述的第五透镜及第六透镜为一组双胶合透镜，所述第五透镜的焦距为f5,所述第六透镜的焦距为f6，其满足关系式：-2.75<f5/f6<-2.15。

进一步地，还包含一个光阑装置(ST)，所述光阑装置位于第八透镜和第九透镜之间。

进一步地，所述的第七透镜及第八透镜为一组双胶合透镜。

进一步地，所述的第二透镜为超低色散材料，能够减小光学系统的色差，材料折射率为ND2,材料色散系数为VD2，其满足关系式：0.013<(ND2/VD2)<0.025。

进一步地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜均为玻璃材质的球面透镜。

进一步地，还包括设置在所述第十二透镜像侧的滤光片。

进一步地，所述第八透镜的折射率为nd8，且满足如下关系1.90≤nd8≤2.02。

通过采用上述技术方案，本实用新型的超高清长焦镜头具备如下有益效果：1.大通光量，本实用新型相对孔径达到F2.8，通光量充足；2.焦距长，达到90mm，捕捉物体细节能力更优良；3.抗环境温度变化能力强，设计上采用了玻璃镜片温度补偿技术，温度在-30℃到+70℃变化时镜头不需要重新调焦就能保证成像清晰，且为全玻璃球面结构，稳定性强，不会出现老化变异的风险。

附图说明

图1为本实用新型实施例的透镜示意图；

图2为本实用新型实施例的第一解析图；

图3为本实用新型实施例的第二解析图；

图4为本实用新型实施例的Spot图；

图5为本实用新型实施例的场曲图；

图6为本实用新型实施例的畸变图；

图7为本实用新型实施例低温零下40度时的解析图；

图8为本实用新型实施例高温零上85度时的解析图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

在本专利实施例中，在工作距离为20米远时，长焦镜头的总焦距f＝90mm，FNO＝2.8，视场角FOV＝4.92°，镜头畸变＝0.5％，可匹配1/2”及以下芯片，分辨率可达2000万像素，透镜组的各项参数依次列于表1中：

表1

Surf	Radius	Thickness	ND	VD	F
						OBJ	INFINITY	20000
1	31.387867	5.475755	1.589128	61.247611	55.131332
						2	804.561612	0.1
3	23.95437	6.07256	1.48	70	46.069323
						4	-500	1.25	1.953747	32.31876	-31.307551
5	30.93719	2.94231	1.945958	17.943914	49.23187
						6	86.196986	0.1
7	16.910882	3.65877	1.589128	61.247611	50.519167
						8	35.875897	1.016507	1.903658	31.315013	-20.617394
9	12.143173	0.576444
						10	14.294783	3.618758	1.589128	61.247611	25.052317
11	377.150819	1.182897	2.001003	29.134715	-17.300116
						12	16.629001	10.3
STO	INFINITY	9.1
						13	-26.653567	1	1.589128	61.247611	-8.251706
14	6.095072	2.761135	1.531722	48.851958	10.672934
						15	-73.309588	1.188975
16	-10.36315	1	1.589128	61.247611	-23.735746
						17	-40.440852	3.307227
18	20.049443	2.30972	1.68893	31.160527	15.899769
						19	-23.3027	4.903299

由表1可得

(f2/f3)*(f4/f3)＝2.3

f5/f6＝50.519167/-20.617394＝-2.45

ND2/VD2＝1.48/70＝0.021

ND8＝2.001003

均满足要求。

在本专利实施例上述表格中，n为折射率，R为曲率半径，第一透镜～第十二透镜依次的焦距为f1～f12，实施例所提供的超高清长焦镜头在于提供一种长焦距、高分辨率、大通光量、抗环境温度变化能力强以及全玻璃球面结构的镜头，以克服现有技术中的不足之处。

如图2及图3所示，其中，图2、图3为实施例20摄氏度时MTF(Modulation TransferFunction，调制传递函数)值图，该MTF值图基于表1中参数，光学镜头最看重的分辨率等品质的测量，定义MTF值必定大于0，且小于1，在本技术领域MTF值越接近1，说明镜头的性能越优异，即分辨率高；其变量为空间频率，空间频率即以一个mm的范围内能呈现出多少条线来度量，其单位以lp/mm来表示；固定高频(如300lp/mm)曲线代表镜头分辨率特性，这条曲线越高，镜头分辨率越高，纵坐标是MTF值。横坐标可以设像场中心到测量点的距离，镜头是以光轴为中心的对称结构，中心向各方向的成像素质变化规律是相同的，由于像差等因素的影响，像场中某点与像场中心的距离越远，其MTF值一般呈下降的趋势。因此以像场中心到像场边缘的距离为横坐标，可以反映镜头边缘的成像素质。另外，在偏离像场中心的位置，由沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的正弦光栅所测得的MTF值是不同的。将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S(Sagittal)，而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为T(Meridional)。如此一来，MTF曲线一般有两条，即S曲线和T曲线，图2、图3中，有多组以像场中心到像场边缘的距离为横坐标时MTF变化曲线，反映出本透镜系统具有较高解像力，可达2000万像素，光学性能较目前主流光学系统有极大地提升。

图4为光学镜头对应的点列图，其质心半径及几何半径如图所示，可实现良好的成像品质。透镜系统可见光部分对应的场曲图由五条曲线T和五条曲线S构成；其中，五条曲线T分别表示五种波长(470nm、510nm、555nm、610nm和650nm)对应的子午光束(TangentialRays)的像差，五条曲线S分别表示三种波长(470nm、510nm、555nm、610nm和650nm)对应的弧矢光束(Sagittial Rays)的像差，子午场曲值和弧矢场曲值越小，说明成像品质越好。如图5所示，子午场曲值控制在-0.02～0.05mm范围内，弧矢场曲值控制在-0.02～0.05mm范围以内。

透镜系统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6所示，其中光学畸变率控制在0％～0.5％范围以内。超高清长焦镜头广泛用于室内、室外，一年365天每天24小时处于工作状态，镜头所处的环境温度变化巨大。镜头典型的工作温度要求是-30℃～80℃，镜头必须保证在这温差达到110多摄氏度的范围内、在不进行重新调焦的情况下成像仍然跟20℃(常温)一样清晰。由于镜片材质的折射率会受温度影响而发生变化，镜片尺寸、镜筒材质、镜座材质会随着温度的变化而热胀冷缩，这些因素导致普通监控镜头在高低温环境下会出现不同的成像后焦(后截距)，称作镜头成像的温度漂移。一并参考图7及图8，由图7图8看出，工作温度在-40℃～85℃，本实施例镜头仍能保证在不进行重新调焦的情况下成像仍然跟20℃(常温)一样清晰。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种超高清长焦镜头，其特征在于，包括沿物侧到像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜，所述第一透镜、第二透镜为焦距为正的双凸透镜，第三透镜为焦距为负的双凹透镜，第四透镜为焦距为正的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第五透镜为焦距为正的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第六透镜为焦距为负的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第七透镜为焦距为正的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第八透镜为焦距为负的弯月透镜，朝向物侧一面为凸面，第九透镜为焦距为负的双凹透镜，第十透镜为焦距为正的双凸透镜，第十一透镜为焦距为负的弯月透镜，朝向像侧一面为凸面，第十二透镜为焦距为正的双凸透镜，其中所述的第二透镜、第三透镜及第四透镜为一组三胶合透镜，通过胶水粘合在一起，并且满足关系式：

1.7<(f2/f3)*(f4/f3)<2.9

f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距；

所述的第五透镜及第六透镜为一组双胶合透镜，所述第五透镜的焦距为f5,所述第六透镜的焦距为f6，其满足关系式：-2.75<f5/f6<-2.15；

还包含一个光阑装置(ST)，所述光阑装置位于第八透镜和第九透镜之间。

2.根据权利要求1所述的超高清长焦镜头，其特征在于，所述的第七透镜及第八透镜为一组双胶合透镜。

3.根据权利要求1所述的超高清长焦镜头，其特征在于，所述的第二透镜为超低色散材料，能够减小光学系统的色差，材料折射率为ND2,材料色散系数为VD2，其满足关系式：0.013<(ND2/VD2)<0.025。

4.根据权利要求1所述的超高清长焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜均为玻璃材质的球面透镜。

5.根据权利要求1所述的超高清长焦镜头，其特征在于，还包括设置在所述第十二透镜像侧的滤光片。

6.根据权利要求1所述的超高清长焦镜头，其特征在于，所述第八透镜的折射率为nd8，且满足如下关系1.90≤nd8≤2.02。