CN211528807U

CN211528807U - 一种定焦镜头

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Publication number: CN211528807U
Application number: CN202020418759.2U
Authority: CN
Inventors: 王丹艺; 张磊; 米士隆; 何剑炜
Original assignee: Dongguan Yutong Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Dongguan Yutong Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2030-03-27
Also published as: WO2021189644A1

Abstract

本实用新型实施例提供一种定焦镜头，包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为双凸正光焦度透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度透镜，所述第四透镜为凹凸负光焦度透镜；所述第一透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均为塑胶非球面透镜；所述第二透镜为玻璃球面透镜。本实用新型实施例提供一种定焦镜头，以保证定焦镜头结构简单、最大限度降低镜头成本的同时确保镜头的成像质量，确保镜头‑40～80℃环境下使用解像力满足成像要求，保证镜头在夜间环境下的成像能力，实现像质在不同条件下的一致性。

Description

一种定焦镜头

技术领域

本实用新型涉及镜头技术，尤其涉及一种定焦镜头。

背景技术

随着科技的不断发展，模具加工技术的不断提高，低成本，高质量的镜头成为安防行业发展的主要趋势。目前市面上已经推出的大多数安防镜头为了平衡高低温及红外光条件下的像质，不得不提高玻璃镜片的使用比例。然而，保证了像质的同时，镜头成本难以得到有效的控制，不利于促进安防镜头在市场上的使用。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种定焦镜头，以保证定焦镜头结构简单、最大限度降低镜头成本的同时确保镜头的成像质量，确保镜头-40～80℃环境下使用解像力满足成像要求，保证镜头在夜间环境下的成像能力，实现像质在不同条件下的一致性。

本实用新型实施例提供一种定焦镜头，包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；

所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为双凸正光焦度透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度透镜，所述第四透镜为凹凸负光焦度透镜；

所述第一透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均为塑胶非球面透镜；

所述第二透镜为玻璃球面透镜。

可选地，所述塑胶非球面透镜的两个表面均为非球面。

可选地，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，所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距为f12，所述第三透镜与所述第四透镜的组合焦距为f34；

0.05＜∣f1/f12∣＜0.45；0.12＜∣f2/f12∣＜0.56；

0.09＜∣f3/f34∣＜0.51；0.25＜∣f4/f34∣＜0.75。

可选地，所述定焦镜头的光学系统焦距为f；

4.5＜∣f12/f∣＜6.8；1.8＜∣f34/f∣＜3.5。

可选地，所述第二透镜的折射率为Nd2，所述第二透镜的阿贝数为Vd2，所述第三透镜的折射率为Nd3，所述第三透镜的阿贝数为Vd3，所述第四透镜的折射率为Nd4，所述第四透镜的阿贝数为Vd4；

1.43＜Nd2＜1.71；50＜Vd2＜82；

0.06＜∣Nd4-Nd3∣＜1.5；20＜∣Vd4-Vd3∣＜30。

可选地，所述定焦镜头的系统总长为TTL，所述定焦镜头的光学系统焦距为f；4.2＜TTL/f＜6.5。

可选地，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。

可选地，还包括平板滤光片，所述平板滤光片位于所述第四透镜远离所述第三透镜一侧。

本实用新型实施例提供的定焦镜头采用4个透镜，一个玻璃球面透镜与三个塑胶非球面透镜形成混合的光学结构，塑胶非球面透镜相对于玻璃球面透镜而言，具有更低的成本以及更小的重量。玻璃球面透镜在不同的温度下具有较小的形变。一个玻璃球面透镜与三个塑胶非球面透镜形成混合的光学结构，保证了定焦镜头在较大温差范围(例如-40℃～+80℃)下的正常工作。保证了日夜共焦，定焦镜头结构简单、最大限度降低镜头成本的同时确保镜头的成像质量，确保镜头-40℃～80℃环境下使用解像力满足成像要求，保证镜头在夜间环境下的成像能力，实现像质在不同条件下的一致性。

附图说明

图1为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为图1中所示定焦镜头的球差示意图；

图3为图1中所示定焦镜头的场曲示意图；

图4为图1中所示定焦镜头的畸变示意图。

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提供的一种定焦镜头的结构示意图，参考图1，定焦镜头包括沿物面OB指向像面IM方向依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4。第一透镜1为凸凹负光焦度透镜，第二透镜2为双凸正光焦度透镜，第三透镜3为双凸正光焦度透镜，第四透镜4为凹凸负光焦度透镜。也就是说，第一透镜1具有负光焦度，第二透镜2具有正光焦度，第三透镜3具有正光焦度，第四透镜4具有负光焦度。第一透镜1为凸凹透镜，第一透镜1的前表面朝向物面OB凸起，第一透镜1的后表面朝向物面OB凸起。第二透镜2为双凸透镜，第二透镜2的前表面朝向物面OB凸起，第二透镜2的后表面朝向像面IM凸起。第三透镜3为双凸透镜，第三透镜3的前表面朝向物面OB凸起，第三透镜3的后表面朝向像面IM凸起。第四透镜4为凹凸透镜，第四透镜4的前表面朝向像面IM凸起，第四透镜4的后表面朝向像面IM凸起。第一透镜1、第三透镜3和第四透镜4均为塑胶非球面透镜，塑胶非球面透镜指的是采用塑胶材料制作的非球面透镜。第二透镜2为玻璃球面透镜，玻璃球面透镜指的是采用玻璃材料制作的球面透镜。

需要说明的是，上述有益效果并非仅在“一个玻璃球面透镜与三个塑胶非球面透镜形成混合的光学结构”条件下实现的，而是还要结合第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4的光焦度、表面凹凸性，以及玻璃球面透镜的位置等因素共同实现的。进一步地，第一透镜1为凸凹负光焦度透镜，对于大视场光学系统起到收集光线的作用；第二透镜2采用双凸正光焦度透镜，用于承担系统较大光焦度的同时起到校正场曲的作用；第三透镜3采用双凸正光焦度透镜，改变光路的传播方向，有效降低系统主光线角(chief ray angle，简称为CRA)的大小；第四透镜4采用凹凸负光焦度透镜，主要是对光线经过前面三枚透镜后残余像差的校正。第三透镜3和第四透镜4采用正负光焦度相结合的方式，有效补偿系统轴外像差的同时校正系统球差。

示例性地，本实用新型实施例提供的定焦镜头的光学系统F数小于2.4， 1/2.7"的像面，支持视场角80°～120°，例如视场角为112°。其中，F数也叫做光圈数，F数为相对孔径的倒数。

可选地，参考图1，塑胶非球面透镜的两个表面均为非球面。也就是说，第一透镜1、第三透镜3和第四透镜4的前表面以及后表面均为非球面。

可选地，参考图1，第一透镜1的焦距为f1，第二透镜2的焦距为f2，第三透镜3的焦距为f3，第四透镜4的焦距为f4，第一透镜1和第二透镜2的组合焦距为f12，第三透镜3与第四透镜4的组合焦距为f34。 0.05＜∣f1/f12∣＜0.45，0.12＜∣f2/f12∣＜0.56，0.09＜∣f3/f34∣＜ 0.51，0.25＜∣f4/f34∣＜0.75。

可选地，参考图1，定焦镜头的光学系统焦距为f。4.5＜∣f12/f∣＜6.8， 1.8＜∣f34/f∣＜3.5。

可以理解的是，光学设计中，透镜的焦距由透镜的前、后两个表面的结构决定，透镜的焦距反映了透镜的前、后两个表面组合后的整体情况，为透镜的一个结构参数。

可选地，参考图1，第二透镜2的折射率为Nd2，第二透镜2的阿贝数为 Vd2，第三透镜3的折射率为Nd3，第三透镜3的阿贝数为Vd3，第四透镜4的折射率为Nd4，第四透镜4的阿贝数为Vd4。1.43＜Nd2＜1.71，50＜Vd2＜82。即，第二透镜2的折射率大于1.43且小于1.71，第二透镜2的阿贝数大于50 且小于82。0.06＜∣Nd4-Nd3∣＜1.5，20＜∣Vd4-Vd3∣＜30。即，第三透镜3 与第四透镜4的折射率差的绝对值大于0.06且小于1.5，第三透镜3与第四透镜4的阿贝数差的绝对值大于20且小于30。校正定焦镜头的系统色差。

可选地，参考图1，定焦镜头的系统总长为TTL，定焦镜头的光学系统焦距为f，4.2＜TTL/f＜6.5。即，定焦镜头的系统总长与系统焦距之比大于4.2且小于6.5。本实用新型实施例中，通过设置4.2＜TTL/f＜6.5保证了定焦镜头的小型化。

可选地，参考图1，定焦镜头还包括光阑5，光阑5位于第一透镜1与第二透镜2之间。光阑5是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。光阑5例如可以为带孔屏。在其他实施方式中，光阑5还可以位于其他位置，本实用新型实施例对于光阑5的位置不做限定。

可选地，参考图1，定焦镜头还包括平板滤光片6，平板滤光片6位于第四透镜4远离第三透镜3一侧。示例性地，平板滤光片6包括第一滤光片和第二滤光片，第一滤光片和第二滤光片可以通过特定的机械结构进行切换。在白天时，通过第一滤光片滤除掉红外光并通过可见光，以实现日间的画面拍摄；在夜晚时，第二滤光片通过可见光和红外光，以实现夜间的画面拍摄。

示例性地，在一可行的实施方式中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3 和第四透镜4满足：f1＝-5.11，f2＝8.34，f12＝17.76，f3＝3.75，f4＝-5.75， f34＝9.23，f＝3.89。∣f1/f12∣＝0.288，∣f2/f12∣＝0.469，∣f3/f34∣＝0.407，∣f4/f34∣＝0.623，∣f12/f∣＝4.57，∣f34/f∣＝2.37。光圈F＝2.3，即F数为2.3。视场角FOV＝112°，光学系统总长TTL＝20.9mm。

表1定焦镜头的一种设计值

面序号	面型	曲率半径(mm)	厚度(mm)	折射率	阿贝数	K值
							S1	非球面	6.565	1.352	1.535	55.7	1.079
S2	非球面	1.793	4.611			-3.979
							光阑	PL		0.3
S4	球面	3.047	3.29	1.516	64.2
							S5	球面	2.670	2.35
S6	非球面	5.345	2.324	1.535	55.7	2.468
							S7	非球面	-2.735	0.177			-1.080
S8	非球面	-1.856	0.793	1.634	23.2	-0.777
							S9	非球面	-4.406	4.300			-15.579

表1示出了定焦镜头的一种设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本实用新型实施例的限制。表1中示出的定焦镜头可以为图1中所示。一个透镜一般包括两个表面，每一个表面为一个折射面。表1中的面序号根据各个透镜的表面来进行编号。其中，面序号“S1”表示第一透镜1的前表面，面序号“S2”表示第一透镜1的后表面，依次类推，在此不再赘述。需要注意的是，“面序号”一栏中的“光阑”表示光阑所在平面。“面型”一栏中的“PL”代表平面。曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正的曲率半径值表示曲率中心在表面靠近像面IM一侧，负的曲率半径值代表曲率中心在表面远离像面IM一侧。“厚度”一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴向距离。“折射率”一栏表示当前表面到下一个表面之间介质的折射率。“折射率”一栏中的空格为空气的折射率，空气的折射率为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”一栏示出了非球面的圆锥系数的数值大小。

可选地，非球面透镜的表面满足公式：

其中，z为表面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c为曲率半径的倒数，k为圆锥系数，A,B,C,D,E,F为非球面系数，具体地，A,B,C,D,E,F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶和14阶项系数。

表2定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值

面序号

A

B

C

D

E

F

S1

-6.15E-03

-1.64E-04

5.73E-05

-5.57E-06

2.45E-07

-4.31E-09

S2

5.67E-02

-1.94E-02

5.10E-03

-8.48E-04

7.78E-05

-2.96E-06

S6

-1.98E-03

-6.71E-04

2.27E-04

-8.31E-05

1.68E-05

-1.50E-06

S7

9.30E-03

1.42E-03

-1.19E-03

2.60E-04

-2.44E-05

1.12E-06

S8

5.02E-02

-9.90E-03

1.50E-03

-1.53E-04

1.25E-05

-1.75E-07

S9

1.23E-02

-2.11E-03

1.94E-04

-2.82E-07

-2.36E-06

2.84E-07

表2为定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本实用新型实施例的限制。表2中示出的定焦镜头可以为图1中所示。表2中“面序号”一栏与表1中“面序号”的含义相一致，例如面序号“S1”也表示第一透镜1的前表面。本实用新型各实施例中的“E”表示以10为底的指数，例如-6.15E-03的数值大小为-0.00615。

图2为图1中所示定焦镜头的球差示意图，参考图2，球差是由于透镜中心区域和边缘区域对光波会聚能力不同而造成的，因而由同一物点散射的光波经过透镜后不交在一点上，而是在透镜像平面上变成了一个漫射圆斑。由图2 可见，本实用新型实施例提供的定焦镜头球差较小。

图3为图1中所示定焦镜头的场曲示意图，参考图3，场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。T代表子午场曲，S代表弧矢场曲。场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，子午场曲数据是沿着Z轴测量的从当前所确定的聚焦面到近轴焦面的距离，并且是在子午(YZ面)上测量的。弧矢场曲数据测量的是在与子午面垂直的平面上测量的距离，示意图中的基线是在光轴上，曲线顶部代表最大视场(角度或高度)，在纵轴上不设置单位，这是因为曲线总是用最大的径向视场来归一化的。由图3可见，本实用新型实施例提供的定焦镜头场曲较小。

图4为图1中所示定焦镜头的畸变示意图，参考图4，多个波长(0.486mm、 0.588mm、0.656mm、0.436mm和0.850mm)的曲线在图4中发生了重合。一般来说，镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，毕竟摄影的目的是为了再现，而非夸张，但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。由图4可见，本实用新型实施例提供的定焦镜头畸变将近40％，这样设置畸变是为了平衡焦距，视场角及对应相机靶面的大小，畸变造成的形变可以通过后期图像处理对其进行校正。

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、相互结合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

1.一种定焦镜头，其特征在于，包括沿物面指向像面方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；

所述第二透镜为玻璃球面透镜。

2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述塑胶非球面透镜的两个表面均为非球面。

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，所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距为f12，所述第三透镜与所述第四透镜的组合焦距为f34；

0.05＜∣f1/f12∣＜0.45；0.12＜∣f2/f12∣＜0.56；

0.09＜∣f3/f34∣＜0.51；0.25＜∣f4/f34∣＜0.75。

4.根据权利要求3所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的光学系统焦距为f；

4.5＜∣f12/f∣＜6.8；1.8＜∣f34/f∣＜3.5。

5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜的折射率为Nd2，所述第二透镜的阿贝数为Vd2，所述第三透镜的折射率为Nd3，所述第三透镜的阿贝数为Vd3，所述第四透镜的折射率为Nd4，所述第四透镜的阿贝数为Vd4；

1.43＜Nd2＜1.71；50＜Vd2＜82；

0.06＜∣Nd4-Nd3∣＜1.5；20＜∣Vd4-Vd3∣＜30。

6.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的系统总长为TTL，所述定焦镜头的光学系统焦距为f；4.2＜TTL/f＜6.5。

7.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。

8.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，还包括平板滤光片，所述平板滤光片位于所述第四透镜远离所述第三透镜一侧。