CN210427928U - 一种大光圈定焦镜头和拍摄装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大光圈定焦镜头和拍摄装置，大光圈定焦镜头包括：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、第四透镜、第五透镜和第六透镜；其中，第一透镜为凸凹负光焦度非球面透镜；第二透镜为凹凸负光焦度非球面透镜；第三透镜为物侧面为凸面的正光焦度非球面透镜；第四透镜为像侧面为凹面的球面镜；第五透镜为凸凸球面镜，第四透镜与第五透镜构成胶合透镜，第五透镜与第四透镜的光焦度不同；第六透镜为物侧面为凸面正光焦度非球面镜。该镜头具有小体积、大通光量的特点，具备在F数小于1.2的同时，光学系统总长TTL同光学系统焦距f的比TTL/f<4，特别适用于低照度条件下的监控需求。

Description

一种大光圈定焦镜头和拍摄装置

技术领域

本实用新型实施例涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种大光圈定焦镜头和拍摄装置。

背景技术

随着安防监控设施的不断普及，市场上对于应用的安防监控镜头的要求越来越高，目前大光圈镜头(Fno.＜F1.2)往往光学总长难以控制。并且往往因为总长过长难以与常见的微型安防镜头进行互换，同时市场上对镜头小型化的需求越来越强烈，因此亟需开发一款小型化的，同时具备相同光学性能的光学镜头。

实用新型内容

本实用新型提供一种大光圈定焦镜头和拍摄装置，可实现在光圈F数小于 1.2的同时，光学系统总长TTL同光学系统焦距f的比TTL/f<4，满足超大通光量，适用于低照度条件下的监控需求。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种大光圈定焦镜头，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、第四透镜、第五透镜和第六透镜；其中，所述第一透镜为凸凹负光焦度非球面透镜；所述第二透镜为凹凸负光焦度非球面透镜；所述第三透镜为物侧面为凸面的正光焦度非球面透镜；所述第四透镜为像侧面为凹面的球面镜；所述第五透镜为凸凸球面镜，所述第四透镜与所述第五透镜构成胶合透镜，所述第五透镜与所述第四透镜的光焦度不同；所述第六透镜为物侧面为凸面正光焦度非球面镜。

可选地，所述第一透镜的材质为塑胶，所述第二透镜的材质为塑胶，所述第三透镜的材质为玻璃，所述第四透镜的材质为玻璃，所述第五透镜的材质为玻璃，所述第六透镜的材质为塑胶。

可选地，所述第四透镜的光焦度为负，所述第五透镜的光焦度为正。

可选地，所述第一透镜和所述大光圈定焦镜头满足如下关系式： 1.5<|f1/f|<4.0，其中，所述f1为所述第一透镜的焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

可选地，所述第一透镜、所述第二透镜和所述大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.3<|f12/f|<1.9，其中，所述f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

可选地，所述第三透镜和所述大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.2<|f3/f|<2，其中，所述f3为所述第三透镜的焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

可选地，所述第四透镜、所述第五透镜和所述大光圈定焦镜头满足如下关系式：|f45/f|>5.0，1.0<|f4/f|<2.0、1.0<|f5/f|<2.0，其中，所述f45为所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距，所述f4为所述第四透镜的焦距，所述f5为所述第五透镜的焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

可选地，所述第六透镜与所述大光圈定焦镜头满足如下关系式： 1.2<|f6/f|<2.0，其中，所述f6为所述第六透镜的焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

可选地，所述第一透镜的阿贝数大于50，所述第二透镜的折射率大于1.6，所述第三透镜的折射率大于1.6，所述第四透镜的折射率大于1.65，所述第五透镜的阿贝数大于40，所述第六透镜的阿贝数大于50。

为实现上述目的，本实用新型另一方面实施例还提出了一种拍摄装置，包括所述的大光圈定焦镜头。

本实用新型的大光圈定焦镜头的光学系统通过采用玻璃球面镜、玻璃非球面镜及塑胶非球面镜混合的方法，通过材料的合理搭配和优化可以使F数小于 1.2的同时，光学系统总长TTL同光学系统焦距f的比TTL/f<4，较现有技术中的大光圈定焦镜头光学总长减小了30％；并可在-40～70℃环境下使用保证解像力满足成像要求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的大光圈定焦镜头的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头的轴向像差图；

图3是为本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头半视场角为0°的光扇图；

图4是为本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头半视场角为10°的光扇图；

图5是为本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头半视场角为20°的光扇图；

图6是为本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头半视场角为30°的光扇图；

图7是为本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头半视场角为37°的光扇图；

图8是本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头的垂轴色差图。

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为本实用新型实施例的大光圈定焦镜头的结构示意图。如图1所示，该大光圈定焦镜头，包括：沿光轴从物方到像方依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6；其中，第一透镜 1为凸凹负光焦度非球面透镜；第二透镜2为凹凸负光焦度非球面透镜；第三透镜3为物侧面为凸面的正光焦度非球面透镜；第四透镜4为像侧面为凹面的球面镜；第五透镜5为凸凸球面镜，第四透镜4与第五透镜5构成胶合透镜，第五透镜5与第四透镜4的光焦度不同；第六透镜6为物侧面为凸面正光焦度非球面镜。

可选地，第一透镜1的材质为塑胶，第二透镜2的材质为塑胶，第三透镜 3的材质为玻璃，第四透镜4的材质为玻璃，第五透镜5的材质为玻璃，第六透镜6的材质为塑胶。

需要说明的是，第三透镜3的像侧面可以为凹面或者凸面，第四透镜4的物侧面可以为凹面、凸面或者平面，第六透镜6的像侧面可以为凸面或者凹面。第四透镜4与第五透镜5的光焦度不同，当第四透镜4的光焦度为正时，第五透镜5的光焦度为负；当第四透镜4的光焦度为负时，第五透镜5的光焦度为正。

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，使得大光圈定焦镜头成像效果更好。

优选地，为了保证成像效果，第四透镜4的光焦度为负，第五透镜5的光焦度为正。

可以理解的是，在第三透镜3的像侧面与第四透镜4的物侧面之间还设置有光阑7。

可选地，第一透镜1和大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.5<|f1/f|<4.0，其中，f1为第一透镜1的焦距，f为大光圈定焦镜头的光学系统焦距，其中，第一透镜1用于收集光线，并且适合视场角比较大的镜头，同时，由于镜片的形状对畸变及成像效果有重要的影响，因此，为了使得成像效果更好，第一透镜1 的设计工艺需满足1.0<|ET1/CT1|<2.2，其中，ET1为第一透镜1的边缘沿轴方向厚度(或沿轴方向最厚位置的厚度)，CT1为第一透镜1的中心厚度。

可选地，第一透镜1、第二透镜2和大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.3<|f12/f|<1.9，其中，f12为第一透镜1和第二透镜2的组合焦距，f为大光圈定焦镜头的光学系统焦距，在此范围内，可以良好的矫正彗差、像散、场曲等像差，第二透镜2为塑胶非球面镜，为了保证第二透镜2有较好的工艺性，要求1<|ET2/CT2|<2.0，其中，ET2为第二透镜2的边缘沿轴方向厚度(或沿轴方向最厚位置的厚度)，CT2为第二透镜2的中心厚度。

可选地，第三透镜3和大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.2<|f3/f|<2，其中，f3为第三透镜3的焦距，f为大光圈定焦镜头的光学系统焦距，以更好的矫正球差及彗差，并且可较好的控制镜头的体积，保证大光圈的需要。

可选地，第四透镜4、第五透镜5和大光圈定焦镜头满足如下关系式： |f45/f|>5.0、1.0<|f4/f|<2.0、1.0<|f5/f|<2.0，其中，f45为第四透镜4和第五透镜5 的组合焦距，f4为第四透镜4的焦距，f5为第五透镜5的焦距，f为大光圈定焦镜头的光学系统焦距，以保证大光圈的色差校正效果。

可选地，第六透镜6与大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.2<|f6/f|<2.0，其中，f6为第六透镜6的焦距，f为大光圈定焦镜头的光学系统焦距，用以补正残余像差。

第一透镜、第二透镜、第六透镜为塑胶材料，可选地，第一透镜1和第六透镜6的阿贝数大于50；第二透镜2的折射率大于1.6。

第三透镜、第四透镜、第五透镜为玻璃材料，可选地，第三透镜3的折射率大于1.6；第四透镜4的折射率大于1.65；第五透镜5的阿贝数大于40。

下面以一个具体的实施例来说明。

如图1所示，该大光圈定焦镜头，包括：沿光轴从物方到像方依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6；其中，第一透镜1为凸凹负光焦度塑胶非球面透镜；第二透镜2为凹凸负光焦度塑胶非球面透镜；第三透镜3为凸凹正光焦度玻璃非球面透镜；第四透镜4 为凸凹负光焦度玻璃球面镜；第五透镜5为凸凸正光焦度玻璃球面镜，第四透镜4与第五透镜5构成胶合透镜；第六透镜6为凸凸正光焦度塑胶非球面镜。

其中，通过将第三透镜3设置为玻璃非球面镜，使得第三透镜3的折射率增大，进而对光线的弯折程度增大，从而使得大光圈定焦镜头的光学总长变短。并合理搭配设置第一、第二和第六透镜为塑胶非球面镜，以及第四和第五透镜为玻璃球面镜，确保光学系统性能的同时有效地控制了成本。各镜片形状厚薄均匀，充分保证了镜片加工性。

进一步地，第一透镜1至第六透镜6的焦距满足如下条件：

表1

f1＝-15.8	|f1/f|＝2.8
		f12＝-8.0	|f12/f|＝1.4
f3＝9.0	|f3/f|＝1.6
		f45＝-30.9	|f45/f|＝5.5
f6＝10.4	|f6/f|＝1.9
		ET1＝2.6，CT1＝1.5	ET1/CT1＝1.7
ET2＝1.85，CT2＝1.5	ET2/CT2＝1.2

其中，f1代表第一透镜1的焦距，f12代表第一透镜1和第二透镜2的组合焦距，f3代表第三透镜3的焦距，f45代表第四透镜4和第五透镜5的组合焦距， f6代表第六透镜6的焦距，f代表该大光圈定焦镜头的焦距，ET1代表第一透镜 1的边缘沿轴方向厚度(或沿轴方向最厚位置的厚度)，CT1为第一透镜1的中心厚度；ET2代表第二透镜2的边缘沿轴方向厚度(或沿轴方向最厚位置的厚度)，CT2为第二透镜2的中心厚度。其中，f优选为5.6mm，光圈F＝1.05，视场角FOV＝74°，光学系统总长TTL＝22.2mm。

表2大光圈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“S1”代表第一透镜1的前表面，“S2”代表第一透镜1的后表面，依次类推，其中，“S9”为第四透镜4与第五透镜5的胶合面；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，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“PL”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；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性，空格代表当前位置为空气；K值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

其中，非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4 阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

本实施例中非球面面型参数见表3：

表3大光圈定焦镜头中非球面系数的一种设计值

面序号

A

B

C

D

E

F

S1

-3.60E-05

-3.06E-04

1.71E-05

-8.82E-07

4.14E-08

-6.97E-10

S2

1.09E-03

4.22E-04

-4.20E-04

9.40E-05

-9.73E-06

4.15E-07

S3

2.49E-03

-2.14E-03

4.45E-04

-5.86E-05

4.59E-06

-1.59E-07

S4

-5.69E-04

-2.03E-04

6.29E-05

-8.10E-06

5.55E-07

-1.62E-08

S5

-2.27E-03

3.30E-04

-2.15E-05

1.01E-06

-2.15E-08

1.18E-10

S6

-2.48E-03

7.34E-05

3.20E-06

-4.03E-07

3.18E-08

-7.74E-10

S11

-1.49E-03

2.19E-04

-4.54E-05

4.90E-06

-2.73E-07

6.11E-09

S12

1.38E-03

-3.89E-04

9.08E-05

-1.08E-05

6.64E-07

-1.59E-08

其中，-3.60E-05表示面序号为S1的系数A为-3.60*10^-5。

图2所示为本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头的轴向像差图。水平坐标表示光线与光轴交点到像平面的距离，单位为mm；垂直坐标表示最大入瞳半径归一化，没有单位；五种波长随入瞳位置的偏移变化量通过线的虚实来区分，其中，光线的五种波长分别为0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587 μm、0.656μm，由图2可以看出，本实施例提供的大光圈定焦镜头从波长为436nm的光到656nm的光，在球差轴上色差，二级光谱等像差均被有效地控制。

图3至图7所示为本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头的不同视场角的光扇图。图3至图7分别展示了五个视场的光扇图，按照半视场角 Semi-FOV分别为0°、10°、20°、30°、37°进行划分；垂轴的范围为50 μm。每个视场角下的图形表示的是不同波长光线与像面交点的坐标和主光线与像面交点的坐标之差；每个曲线图的横轴范围是归一化的入瞳坐标Px或Py，由图3至图7可以看出，所列视场的像差均得到有效的控制。

图8所示为本实用新型实施例提供的一种大光圈定焦镜头的垂轴色差图。垂直方向表示视场角的归一化，0表示在光轴上，垂直方向顶点表示最大的视场半径；水平方向为以0.546μm为基准子午范围的偏移量，单位μm。图中曲线上的数字表示了该曲线表示的波长，单位μm，由图8可以看出，显示垂轴色差可控制在(-1.6μm,3.3μm)范围内。

基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提出了一种拍摄装置，包括前述的大光圈定焦镜头。

其中，拍摄装置可以为照相机或摄像机。

综上所述，本实用新型实施例提出的大光圈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、第四透镜、第五透镜和第六透镜；其中，第一透镜为凸凹负光焦度非球面透镜；第二透镜为凹凸负光焦度非球面透镜；第三透镜为物侧面为凸面的正光焦度非球面透镜；第四透镜为像侧面为凹面的球面镜；第五透镜为凸凸球面镜，第四透镜与第五透镜构成胶合透镜，第五透镜与第四透镜的光焦度不同；第六透镜为物侧面为凸面正光焦度非球面镜。该镜头具有超大通光量的特点，具备在F数小于1.2的同时，光学系统总长TTL同光学系统焦距f的比TTL/f<4，特别适用于低照度条件下的监控需求。

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)

1.一种大光圈定焦镜头，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、第四透镜、第五透镜和第六透镜；

其中，所述第一透镜为凸凹负光焦度非球面透镜；所述第二透镜为凹凸负光焦度非球面透镜；所述第三透镜为物侧面为凸面的正光焦度非球面透镜；所述第四透镜为像侧面为凹面的球面镜；所述第五透镜为凸凸球面镜，所述第四透镜与所述第五透镜构成胶合透镜，所述第五透镜与所述第四透镜的光焦度不同；所述第六透镜为物侧面为凸面正光焦度非球面镜。

2.根据权利要求1所述的大光圈定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的材质为塑胶，所述第二透镜的材质为塑胶，所述第三透镜的材质为玻璃，所述第四透镜的材质为玻璃，所述第五透镜的材质为玻璃，所述第六透镜的材质为塑胶。

3.根据权利要求1所述的大光圈定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜的光焦度为负，所述第五透镜的光焦度为正。

4.根据权利要求1所述的大光圈定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.5<|f1/f|<4.0，其中，所述f1为所述第一透镜的焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

5.根据权利要求1所述的大光圈定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.3<|f12/f|<1.9，其中，所述f12为所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

6.根据权利要求1所述的大光圈定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜和所述大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.2<|f3/f|<2，其中，所述f3为所述第三透镜的焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

7.根据权利要求1所述的大光圈定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜和所述第五透镜与所述大光圈定焦镜头满足如下关系式：|f45/f|>5.0，1.0<|f4/f|<2.0，1.0<|f5/f|<2.0，其中，所述f45为所述第四透镜和所述第五透镜的组合焦距，所述f4为所述第四透镜的焦距，所述f5为所述第五透镜的焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

8.根据权利要求1所述的大光圈定焦镜头，其特征在于，所述第六透镜与所述大光圈定焦镜头满足如下关系式：1.2<|f6/f|<2.0，其中，所述f6为所述第六透镜的焦距，所述f为所述大光圈定焦镜头的光学系统焦距。

9.根据权利要求1所述的大光圈定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的阿贝数大于50，所述第二透镜的折射率大于1.6，所述第三透镜的折射率大于1.6，所述第四透镜的折射率大于1.65，所述第五透镜的阿贝数大于40，所述第六透镜的阿贝数大于50。

10.一种拍摄装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的大光圈定焦镜头。

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