CN210155394U - 一种定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定焦镜头。该定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；第一透镜为负光焦度透镜，第二透镜为正光焦度透镜，第三透镜为正光焦度透镜，第四透镜为负光焦度透镜；至少第三透镜和第四透镜均为塑料透镜，且第三透镜与第四透镜胶合设置，构成双胶合镜片；双胶合镜片的焦距为fe，定焦镜头的焦距为f，3.05<│fe/f│<13.1。本实用新型实施例提供的定焦镜头减少了使用透镜数量，有效降低镜头的体积、成本以及成像质量；有利于实现定焦镜头的小型化设计。

Description

一种定焦镜头

技术领域

本实用新型实施例涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。

背景技术

随着人们安全意识的提升以及安防监控设施的日益普及，对监控环境及画面要求越来越高，但是对安防监控设施的成本要求越来越苛刻。定焦镜头作为安防监控设施的主要构成部分，其性能决定了安防监控设施的成像性能；定焦镜头中透镜的个数决定了镜头的成本。

通常，定焦镜头多采用全玻结构，其中存在至少一组玻璃胶合透镜，玻璃胶合透镜不仅能有效的改善像质，而且有利于结构装配的简化。目前，定焦镜头可采用玻塑混合结构，结构装配难度较高，对公差较敏感，成像质量较难保证；且目前定焦镜头普遍存在透镜数量较多，成本较高的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种定焦镜头，以减少透镜数量，降低玻塑混合结构的定焦镜头的装配难度，从而降低定焦镜头的体积，降低其成本；同时有利于提高成像质量。

本实用新型实施例提供了一种定焦镜头，该定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜为负光焦度透镜，所述第二透镜为正光焦度透镜，所述第三透镜为正光焦度透镜，所述第四透镜为负光焦度透镜；

至少所述第三透镜和所述第四透镜均为塑料透镜，且所述第三透镜与所述第四透镜胶合设置，构成双胶合镜片；

所述双胶合镜片的焦距为fe，所述定焦镜头的焦距为f；

其中，3.05<│fe/f│<13.1。

进一步地，所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4；

1.2<│f1/f│<4.8；

1.5<│f2/f│<8.2；

1.5<│f3/f│<11.5；

11.0<│f4/f│<33.0。

进一步地，-29.1≤f1≤-6.9；

3.9≤f2≤33.2；

7.3≤f3≤41.7；

-134≤f4≤-19.5。

进一步地，所述第一透镜的折射率为n1，1.41≤n1≤1.95；

所述第二透镜的折射率为n2，1.79≤n2≤2.11；

所述第三透镜的折射率为n3，1.43≤n3≤1.75；

所述第四透镜的折射率为n4，1.43≤n4≤1.75。

进一步地，所述第一透镜为平凹透镜、凸凹透镜或双凹透镜；所述第二透镜为双凸透镜；所述第三透镜为双凸透镜、凸凹透镜、凸平透镜或凹凸透镜；所述第四透镜为双凹透镜、凸凹透镜、平凹透镜、凹凸透镜或凹平透镜。

进一步地，所述定焦镜头的光学长度为L，L≤20mm。

进一步地，所述定焦镜头的光圈为F，1.6≤F≤2.0。

进一步地，所述定焦镜头的视场角为FOV，FOV≥102°。

进一步地，该定焦镜头还包括光阑；

所述光阑位于所述第一透镜与所述第二透镜之间的光路中。

进一步地，至少所述第三透镜与所述第四透镜均包括非球面面型，所述非球面面型满足公式：

其中，Z表示非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，

R表示面型中心的曲率半径，k表示非球面的圆锥系数，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇和α₈表示高次非球面系数。

本实用新型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第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；通过设置第一透镜为负光焦度透镜，第二透镜为正光焦度透镜，第三透镜为正光焦度透镜，第四透镜为负光焦度透镜；第一透镜和第二透镜均为玻璃透镜，第三透镜和第四透镜均为塑料透镜，且第三透镜与第四透镜胶合设置，构成双胶合镜片；双胶合镜片的焦距为fe，定焦镜头的焦距为f，3.05＜|fe/f|＜13.1；首先，减少了该定焦镜头中使用的透镜的数量，有利于降低定焦镜头的整体体积，从而有利于降低定焦镜头的成本同时，有利于实现定焦镜头的小型化设计；其次，通过设置塑料透镜以胶合的方式装配，降低了定焦镜头的装配难度，从而有利于降低成本；再次，通过将塑料透镜胶合，还有利于改善像质，即有利于提高定焦镜头的成像质量。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的定焦镜头的一种MTF图；

图4是本实用新型实施例提供的定焦镜头的另一种MTF图；

图5是本实用新型实施例提供的定焦镜头的又一种MTF图；

图6是本实用新型实施例提供的定焦镜头的一种横向色差图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型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实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例提供的定焦镜头10包括沿光轴AA从物方到像方依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130和第四透镜140；第一透镜110为负光焦度透镜，第二透镜120为正光焦度透镜，第三透镜130为正光焦度透镜，第四透镜140为负光焦度透镜；至少第三透镜130和第四透镜140均为塑料透镜，且第三透镜130与第四透镜140胶合设置，构成双胶合镜片；双胶合镜片的焦距为fe，定焦镜头的焦距为f；其中，3.05<│fe/f│<13.1。

其中，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)。在本实施例提供的定焦镜头10中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，通过合理分配各透镜的光焦度，可以使定焦镜头10在可见光与红外光的波长范围内实现日夜共焦功能，从而有利于实现该定焦镜头10在不同环境下的应用。

其中，玻璃透镜的材质为本领域技术人员可知的各种类型的玻璃，塑料透镜的材质可为本领域技术人员可知的各种塑料，本实用新型实施例对此不赘述也不作限定。

塑料材质的透镜成本远低于玻璃材质的透镜成本，本实用新型实施例提供的定焦镜头10中，采用了玻璃透镜与塑料透镜混合搭配的方式，可使得在确保定焦镜头10的光学性能的同时能够有效地控制定焦镜头10的成本。

其中，第一透镜110与第二透镜120可利用隔圈紧配，第三透镜130与第四透镜140可利用光学胶胶合，如此，采用胶合工艺将两塑料透镜胶合，可降低定焦镜头10的装配复杂程度，有利于降低装配成本；同时，有利于改善画质以及简化定焦镜头10的整体结构。

其中，焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散程度的度量方式，具体是指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离。通过优化配置双胶合镜片与定焦镜头10的焦距比例，有利于使定焦镜头10的色差得到有效校正，客服了定焦镜头10因环境温度而产生焦点漂移的问题；从而，该定焦镜头10具备温度补偿功能，示例性的，可在-30℃～+80℃的环境中使用而不跑焦。

需要说明的是，上文中仅示例性的示出了3.05<│fe/f│<13.1，但并非对本实用新型实施例提供的定焦镜头10的限定。在其他实施方式中，还可设置4<│fe/f│<12、5<│fe/f│<10、│fe/f│＝8、│fe/f│＝6.5或者其他数值或数值范围，本实用新型实施例对此不作限定。

在其他实施方式中，还可对各透镜与定焦镜头的焦距的比值分别进行设置。

可选的，第一透镜110的焦距为f1，第二透镜120的焦距为f2，第三透镜130的焦距为f3，第四透镜140的焦距为f4；其中，f1、f2、f3以及f4与f的比值分别满足：1.2<│f1/f│<4.8；1.5<│f2/f│<8.2；1.5<│f3/f│<11.5；11.0<│f4/f│<33.0。

如此，通过对上述各焦距比例进行设置，有利于缩小相邻透镜之间的间距，从而有利于实现定焦镜头10的小型化设计；同时，有利于实现大光圈、较高的像素分辨率以及高低温共焦，从而有利于提高定焦镜头10的光学性能。

首先，需要说明的是，上文中仅示例性的示出了1.2<│f1/f│<4.8，但并非对本实用新型实施例提供的定焦镜头10的限定。在其他实施方式中，还可设置1.5<│f1/f│<4.5、2<│f1/f│<4、│f1/f│＝3、│f1/f│＝4或者其他数值或数值范围，本实用新型实施例对此不作限定。

其次，需要说明的是，上文中仅示例性的示出了1.5<│f2/f│<8.2，但并非对本实用新型实施例提供的定焦镜头10的限定。在其他实施方式中，还可设置1.5<│f2/f│<7.5、3<│f2/f│<6、│f2/f│＝4、│f2/f│＝5.5或者其他数值或数值范围，本实用新型实施例对此不作限定。

再次，需要说明的是，上文中仅示例性的示出了1.5<│f3/f│<11.5，但并非对本实用新型实施例提供的定焦镜头10的限定。在其他实施方式中，还可设置1.5<│f3/f│<9.5、2.3<│f3/f│<4.8、│f3/f│＝7、│f3/f│＝8.5或者其他数值或数值范围，本实用新型实施例对此不作限定。

再次，需要说明的是，上文中仅示例性的示出了11.0<│f4/f│<33.0，但并非对本实用新型实施例提供的定焦镜头10的限定。在其他实施方式中，还可设置11.5<│f4/f│<24.5、22<│f4/f│<27.4、│f4/f│＝25、│f4/f│＝14.4或者其他数值或数值范围，本实用新型实施例对此不作限定。

在此基础上，可选的，-29.1≤f1≤-6.9；3.9≤f2≤33.2；7.3≤f3≤41.7；-134≤f4≤-19.5。

如此，通过优化配置第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130以及第四透镜140的正负焦距，使定焦镜头10的色差以及像差得到有效地校正，克服了定焦镜头10因环境温度而产生焦点漂移的问题，即可实现高低温共焦。

与上文中对数值范围的说明同理，在其他实施方式中，各透镜的焦距的取值还可为在上述焦距取值范围内的任意较小的数值范围或数值点，本文中对此不再一一例举，可根据定焦镜头10的实际需求设置，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，第一透镜110的折射率为n1，1.41≤n1≤1.95；第二透镜120的折射率为n2，1.79≤n2≤2.11；第三透镜130的折射率为n3，1.43≤n3≤1.75；第四透镜140的折射率为n4，1.43≤n4≤1.75。

其中，折射率是光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，主要用来描述材料对光的折射能力，不同的材料的折射率不同。

如此，通过搭配设置定焦镜头10中各透镜的材料，有利于实现定焦镜头10的小型化设计；同时，有利于实现较高的像素分辨率与较大的光圈。

可选的，第一透镜110为平凹透镜、凸凹透镜或双凹透镜；第二透镜120为双凸透镜；第三透镜130为双凸透镜、凸凹透镜、凸平透镜或凹凸透镜；第四透镜140为双凹透镜、凸凹透镜、平凹透镜、凹凸透镜或凹平透镜。

如此，在满足上述定焦镜头10的光学性能的同时，有利于提高定焦镜头10中的透镜搭配的灵活性，即为定焦镜头10的设计提供多种可选结构。

可选的，至少第三透镜130与第四透镜140均包括非球面面型，非球面面型满足公式：

其中，Z表示非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，

R表示面型中心的曲率半径，k表示非球面的圆锥系数，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇和α₈表示高次非球面系数。

如此，通过合理装配玻璃透镜与胶合设置的非球面塑料透镜，可实现定焦镜头10的光圈F满足：1.6≤F≤2.0(示例性的，F2.0)，最大1/2.8″像面，定焦镜头的视场角为FOV满足：FOV≥102°(示例性的，FOV＝102°)，可见光与红外范围内均达到两百万像素分辨率，从而可使定焦镜头10的成像质量良好，即使在夜晚黑暗环境下也能实现清晰明亮的监控画面；同时，定焦镜头10的光学总长L满足：L≤20mm，示例性的，L＝20mm，从而定焦镜头10的体积小巧；再次，能够在-30℃～+80℃环境下使用不跑焦。从而，该定焦镜头10具有较小的体积、较高的像素分辨率和较大的光圈，具有良好的市场前景。

可理解的是，定焦镜头10的光学总长L为从光学系统的第一片镜片至成像面150的长度。

可选的，该定焦镜头10还可包括光阑(图1中未示出)，光阑位于第一透镜110与第二透镜120之间的光路中。光阑用于调节光束的强度，有利于提高成像质量。

下面结合透镜的具体参数以及光学效果对本实用新型实施例提供的定焦镜头10进行示例性说明。

示例性的，参照图1，第一透镜110可以采用双凹形状设计，且为玻璃透镜；第二透镜120可以采用双凸形状设计，且为玻璃透镜；第三透镜130可以采用双凸形状设计，且为塑料透镜；第四透镜140可以采用双凹形状设计，且为塑料透镜。

示例性的，表1示出的为图1中示出的定焦镜头10的光学物理参数，表2示出的为表1中非球面透镜的非球面参数。

表1图1中示出的定焦镜头10的光学物理参数

面序号	面型	R	D	N(d)	k
						S1	球面	-27.51	1.12	1.43
S2	球面	2.58	2.72
						光阑	平面	PL	1.98
S3	球面	14.53	3.50	1.81
						S4	球面	-7.93	0.73
S5	非球面	7.13	2.34	1.55	-0.98
						S6	非平面	-2.35	1.96	1.64	-0.78
S7	非球面	-17.13			-32.51

其中，表1中表示由物方至像方依次排列的镜片(即透镜)数据，包括面型类型、表面中心半径R(单位：mm)、对应光学表面到下一光学表面于光轴AA上的距离D(单位：mm)、对应d光(d光波长：587.6nm)的折射率n(d)、圆锥系数k，面序号S1、S2为第一透镜110的物方表面和像方表面，面序号S3、S4为第二透镜120的物方表面和像方表面，面序号S5、S6、S7为双胶合镜片的物方表面、胶合表面和像方表面；PL表示平面。

其中，面序号为S5、S6以及S7的面为非球面，其参数可参见表2。

表2非球面透镜的非球面参数

面序号	S5	S6	S7
				α2	1.136E-003	9.435E-003	3.821E-003
α3	4.634E-005	-1.782E-003	-2.171E-004
				α4	-4.206E-005	6.173E-004	1.403E-004
α5	1.271E-005	-1.294E-004	-1.634E-005
				α6	-8.173E-007	1.024E-05	1.054E-006
α7	0	0	0
				α8	0	0	0

由此，图1示出的定焦镜头10通过合理使用玻璃镜片与塑料胶合非球面镜片组合，在可见光与红外均达到两百万像素分辨率，实现光圈F2.0，成像质量良好，并使得光学总长小于20mm，即使在夜晚黑暗环境下也能实现清晰明亮的监控画面，同时能够在-30℃～+80℃环境下使用不跑焦。

下面结合图2示例性的说明另一种定焦镜头10。

示例性的，参照图2，第一透镜110可以采用双凹形状设计，且为塑料透镜；第二透镜120可以采用双凸形状设计，且为玻璃透镜；第三透镜130可以采用双凸形状设计，且为塑料透镜；第四透镜140可以采用凹平形状设计，且为塑料透镜。

示例性的，表3示出的为图2中示出的定焦镜头10的光学物理参数，表4示出的为表3中非球面透镜的非球面参数。

表3图2中示出的定焦镜头10的光学物理参数

面序号	面型	R	D	N(d)	k
						S1	非球面	167.197	0.63	1.53	-188.64
S2	非球面	3.28	5.78		-0.28
						光阑	平面	PL	0.41
S3	球面	11.78	3.84	1.81
						S4	球面	-8.46	2.02
S5	非球面	6.92	3.22	1.55	1.45
						S6	非平面	-2.49	0.6	1.64	-0.77
S7	非球面	-37.13			-200

其中，表3中各参数的含义与表1中相同，可参照上文理解，此处不赘述。其中，面序号为S1、S2、S5、S6以及S7的面为非球面，其参数可参见表4。

表4非球面透镜的非球面参数

面序号	S1	S2	S5	S6	S7
						α2	-3.136E-004	3.195E-004	-3.821E-004	-1.735E-003	9.821E-004
α3	-5.634E-006	3.482E-005	-1.171E-004	4.982E-004	9.171E-005
						α4	-1.206E-007	-1.273E-006	2.403E-005	7.173E-005	1.403E-005
α5	1.271E-009	-1.294E-007	-1.634E-006	-1.294E-008	-1.034E-007
						α6	2.473E-010	-5.824E-008	2.054E-007	-1.824E-006	-1.154E-007
α7	0	0	0	0
						α8	0	0	0	0

由此，图2示出的定焦镜头10通过合理使用玻璃镜片与塑料胶合非球面镜片组合，在可见光与红外均达到两百万像素分辨率，实现光圈F2.0，成像质量良好，并使得光学总长小于20mm，即使在夜晚黑暗环境下也能实现清晰明亮的监控画面，同时能够在-30℃～+80℃环境下使用不跑焦。

本文中，图1和图2仅示例性的示出了两种透镜形状搭配方式，表1-表4仅示例性的示出了两个定焦镜头10中各透镜的可选参数，在其他实施方式中，还可根据定焦镜头10的实际需求，设置各透镜采用其他形状搭配方式以及其他本文中限定的参数范围中的参数，本实用新型实施例对此不作限定。

下面结合图3-图6，示例性的说明本实用新型实施例提供的定焦镜头10的成像效果。

示例性的，图3、图4和图5分别示出了温度为25℃、-30℃以及80℃时，定焦镜头10的调制传递函数(MTF)解析图。由图3-图5可知，定焦镜头的光学系统在常温25℃下，调制传递函数(MTF)在125lp/mm时，中心视场调制度>0.62，最大视场调制度>0.29；定焦镜头的光学系统在低温-30℃时，中心视场调制度>0.57，最大视场调制度>0.3；定焦镜头的光学系统在高温80℃时，中心视场调制度>0.59，最大视场调制度>0.27。由此，该定焦镜头满足两百万像素要求。同时，定焦镜头的光学系统在低温-30℃和高温+80℃下，125lp/mm中心及最大视场MTF调制度下降均不超过5％。由此可见，通过塑胶非球面镜片和玻璃球面镜片的合理搭配，有效的保证了镜头的高解析力，同时具备温度补偿功能，在高温或低温环境下使用不跑焦，保证了镜头像面清晰，即不失真。

图6示出了定焦镜头的横向色差图，横坐标表示横向色差大小，单位为μm，纵坐标表示视场大小。由图6可知，波长在0.436μm、0.656μm和0.85μm时，光谱的最大视场横向色差分别为4μm、2μm和5.8μm，由此可见，通过使用塑胶非球面胶合镜片，有效的减少了436nm～850nm较长波段光谱的横向色差，有利于消除镜头使用过程中的紫边现象并使红外共焦，在夜晚环境下也能实现清晰成像。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型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实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

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第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

所述第一透镜为负光焦度透镜，所述第二透镜为正光焦度透镜，所述第三透镜为正光焦度透镜，所述第四透镜为负光焦度透镜；

至少所述第三透镜和所述第四透镜均为塑料透镜，且所述第三透镜与所述第四透镜胶合设置，构成双胶合镜片；

所述双胶合镜片的焦距为fe，所述定焦镜头的焦距为f；

其中，3.05<│fe/f│<13.1。

2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4；

1.2<│f1/f│<4.8；

1.5<│f2/f│<8.2；

1.5<│f3/f│<11.5；

11.0<│f4/f│<33.0。

3.根据权利要求2所述的定焦镜头，其特征在于：

-29.1≤f1≤-6.9；

3.9≤f2≤33.2；

7.3≤f3≤41.7；

-134≤f4≤-19.5。

4.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于：

所述第一透镜的折射率为n1，1.41≤n1≤1.95；

所述第二透镜的折射率为n2，1.79≤n2≤2.11；

所述第三透镜的折射率为n3，1.43≤n3≤1.75；

所述第四透镜的折射率为n4，1.43≤n4≤1.75。

5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于：

所述第一透镜为平凹透镜、凸凹透镜或双凹透镜；所述第二透镜为双凸透镜；所述第三透镜为双凸透镜、凸凹透镜、凸平透镜或凹凸透镜；所述第四透镜为双凹透镜、凸凹透镜、平凹透镜、凹凸透镜或凹平透镜。

6.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的光学长度为L，L≤20mm。

7.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的光圈为F，1.6≤F≤2.0。

8.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的视场角为FOV，FOV≥102°。

9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，还包括光阑；

所述光阑位于所述第一透镜与所述第二透镜之间的光路中。

10.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，至少所述第三透镜与所述第四透镜均包括非球面面型，所述非球面面型满足公式：

其中，Z表示非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，

R表示面型中心的曲率半径，k表示非球面的圆锥系数，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇和α₈表示高次非球面系数。

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