CN212111951U

CN212111951U - 一种定焦镜头

Info

Publication number: CN212111951U
Application number: CN202020418332.2U
Authority: CN
Inventors: 刘峥嵘; 张磊; 何剑炜
Original assignee: Dongguan Yutong Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Dongguan Yutong Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2030-03-23

Abstract

本实用新型实施例公开了一种定焦镜头。该镜头包括沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜、系统光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；第一透镜为凸凹负光焦度透镜，第二透镜为凹凸负光焦度透镜，第三透镜为双凸正光焦度透镜，第四透镜为凹凸正光焦度透镜，第五透镜为双凸正光焦度透镜，第六透镜为双凹负光焦度透镜，第七透镜为双凸正光焦度透镜；第三透镜为玻璃球面透镜；定焦镜头的焦距F满足5＜F＜8；第三透镜的焦距F3满足0.35<|F3/F|<6。本实用新型实施例解决了现有的监控设备不能同时兼顾大光圈和高分辨率的问题，可以确保镜头在F1.6大通光的前提下，提升成像质量，更加有效地突出主体。

Description

一种定焦镜头

技术领域

本实用新型实施例涉及安防监控技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。

背景技术

随着安防监控设施的日益普及，监控设备对监控环境及画面要求越来越高，监控设备需要提供更高像素、更大通光量的监控画面。

在某些场合下，监控过程需要监控设施提供远距离的监控影像。目前，普通的焦距为4mm的镜头无法突出远距离处的对焦主体，画面畸变量也比较大，周边照度比较低，画面不清晰。而焦距为6mm的镜头，光圈一般较小(F＝2.0)，而当采用较大光圈时，像质较差，可见光和红外光的聚焦差别较大，不能满足日夜共焦的监控需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种定焦镜头，以保证大通光的同时，提升成像质量，达到日夜共焦的成像要求。

本实用新型实施例提供了一种定焦镜头，包括：

沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜、系统光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为凹凸负光焦度透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度透镜，所述第四透镜为凹凸正光焦度透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度透镜，所述第六透镜为双凹负光焦度透镜，所述第七透镜为双凸正光焦度透镜；其中，所述第三透镜为玻璃球面透镜；

所述定焦镜头的焦距F满足关系式：5＜F＜8；所述第三透镜的焦距F3满足关系式：0.35<|F3/F|<6。

可选地，所述第六透镜的焦距F6满足关系式：0.1<|F6/F|<4。

可选地，所述第五透镜的焦距F5和所述第六透镜的焦距F6满足关系式：0.5<|F5/F6|<4；

所述第七透镜F7和所述第六透镜的焦距F6满足关系式：0.5<|F7/F6|<4。

可选地，所述第四透镜的焦距F4满足关系式：1<|F4/F|<7。

可选地，所述第一透镜的焦距F1满足关系式：1.5<|F1/F|<4；

所述第二透镜的焦距F2满足关系式：50<|F2/F|<150。

可选地，所述第五透镜的焦距F5满足关系式：1<|F5/F|<5。

可选地，所述第一透镜F1和所述第三透镜的焦距F3满足关系式：0.5<|F1/F3|<5；

所述第二透镜的焦距F2和所述第三透镜的焦距F3满足关系式：10<|F2/F3|<70；

所述第四透镜的焦距F4和所述第三透镜的焦距F3满足关系式：0.5<|F4/F|<5；

所述第五透镜的焦距F5满足关系式：0.5<|F5/F|<5；

所述第六透镜的焦距F6满足关系式：0.5<|F6/F|<5；

所述第七透镜的焦距F7满足关系式：0.5<|F7/F|<5。

可选地，所述第六透镜和所述第七透镜相互胶合。

可选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。

可选地，所述第一透镜至第七透镜满足如下条件：

1.40<n1<1.60，50<v1<60；

1.40<n2<1.70，20<v2<60；

1.40<n3<1.60，70<v3<98；

1.55<n4<1.70，20<v4<38；

1.40<n5<1.60，50<v5<60；

1.55<n6<1.70，20<v6<38；

1.40<n7<1.60，50<v7<60；

其中，n1～n7依次为所述第一透镜至所述第七透镜的折射率，v1～v7依次为所述第一透镜至所述第七透镜的阿贝数。

可选地，所述定焦镜头满足BFL/TTL＞0.22，且D1/TTL＜0.55，其中，D1为所述第一透镜的最大通光口径，TTL为从所述第一透镜到像面的距离，BFL为从所述第七透镜到像面的距离。

本实用新型实施例提供的定焦镜头，通过沿光轴从物方至像方依次排列第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，第一透镜为凸凹负光焦度透镜，第二透镜为凹凸负光焦度透镜，第三透镜为双凸正光焦度透镜，第四透镜为凹凸正光焦度透镜，第五透镜为双凸正光焦度透镜，第六透镜为双凹负光焦度透镜，第七透镜为双凸正光焦度透镜；并将系统光阑设置在第二透镜和第三透镜之间，通过设置玻璃球面的第三透镜的焦距满足0.35<|F3/F|<6，实现了定焦镜头成像质量的提高。本实用新型实施例提供的定焦镜头，解决了现有的监控设备不能同时兼顾大光圈和高分辨率的问题，可以在确保镜头在F1.6大通光的前提下，提升成像质量，达到4K品质，另外，可用于远距离监控，更加有效地突出主体，在-40～80℃环境下使用也可保证解像力满足成像要求。

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是图1所示定焦镜头的轴上球差曲线图；

图3是图1所示定焦镜头的光线光扇图；

图4是图1所示定焦镜头的点列图；

图5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6是图5所示定焦镜头的轴上球差曲线图；

图7是图5所示定焦镜头的光线光扇图；

图8是图5所示定焦镜头的点列图。

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，参考图1，定焦镜头包括：沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜11、第二透镜12、系统光阑(图中未示出)、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17；第一透镜11为凸凹负光焦度透镜，第二透镜12为凹凸负光焦度透镜，第三透镜13为双凸正光焦度透镜，第四透镜14为凹凸正光焦度透镜，第五透镜15为双凸正光焦度透镜，第六透镜16为双凹负光焦度透镜，第七透镜17为双凸正光焦度透镜；其中，第三透镜13为玻璃球面透镜；定焦镜头的焦距F满足关系式：5＜F＜8；第三透镜13的焦距F3满足关系式：0.35<|F3/F|<6。

其中，本实用新型实施例提供的透镜的焦距和光焦度皆针对于587.56nm的波长而定。第一透镜11和第二透镜12均为负光焦度透镜，从而使得系统光阑之前的前组透镜为负光焦度，而第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17形成正光焦度，从而可以通过前组透镜负光焦度矫正后组透镜的正光焦度像差。示例性地，第一透镜11为负光焦度透镜，可以用来控制定焦镜头的光学系统入射角，并且降低光学畸变。第二透镜12为负光焦度透镜，可以进行轴外像差的校正。该定焦透镜光学系统的光焦度近似比例分配，保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，从而可以降低镜头的敏感性，提高生产的可能性。通过合理分配各镜片的焦距，可以使成像系统球差和场曲同时小，保证轴上和离轴视场像质。

另外，第三透镜是整个定焦镜头中汇聚轴上光线的主要元件，第三透镜13选择正光焦度透镜，可以对系统光阑前的透镜的光束进行聚焦。同时，第三透镜13采用玻璃球面透镜，在定焦镜头的焦距F满足5＜F＜8的前提下，通过设置第三透镜13的焦距F3满足0.35<|F3/F|<6，同时采用玻璃的透镜材质制成，减少了高低温对定焦镜头成像质量的影响，避免了定焦镜头在不同环境下产生虚焦，实现了-40℃到80℃不虚焦的特点。

在满足以上定焦镜头的参数要求的基础上，其他透镜的结构参数可以根据需要进行具体的调整，下面结合附图对本实用新型实施例作进一步详细描述。

在上述实施例提供的的基础上，参考图1，可选地，第六透镜16的焦距F6满足关系式：0.1<|F6/F|<4。其中，第六透镜16作为整个定焦镜头光学系统中负光焦度最大的元件，通过设置第六透镜和整个镜头的焦距比例为0.1<|F6/F|<4，其主要作用为校正倍率色差和轴向色差，从而保证高低温状态下镜头的成像平衡。

进一步可选地，第五透镜的焦距F5和第六透镜的焦距F6满足关系式：0.5<|F5/F6|<4；第七透镜F7和第六透镜的焦距F6满足关系式：0.5<|F7/F6|<4。其中，第五透,15和第七透镜17可以用于校正色差，合理设置第五透镜15以及第七透镜17和第六透镜16的焦距比，能够保证整个定焦镜头在红外光线下具有较优的成像质量，即实现红外光线的校正效果。

进一步地，对于后组透镜中的第四透镜14，其作用为校正场曲、倍率色差和轴向色差。基于此，可选地，可设置第四透镜14的焦距F4满足关系式：1<|F4/F|<7。此时，第四透镜14可起到收束光线降低光线高度的作用，同时校正高级球差，平衡各类像差，保证各波段光线的成像质量。

需要说明的是，在后组透镜进行倍率色差和轴向色差等像差的校正的同时，前组透镜也可对成像质量进行优化。其中，第一透镜和第二透镜可以进行场曲、像散和彗差的校正。因此，可选地，可设置第一透镜的焦距F1满足关系式：1.5<|F1/F|<4；第二透镜的焦距F2满足关系式：50<|F2/F|<150。此时，第一透镜11和第二透镜12的焦距，可以保证定焦镜头的光学系统具备较大的入射角，降低光学畸变，同时可以进行轴外像差的校正。需要说明的是，第一透镜11采用凸凹负光焦度透镜，且焦距在1.5<|F1/F|<4，可以保证第一透镜具备相对较小的尺寸大小，从而有助于减小整个定焦镜头的光学总长，使定焦镜头的尺寸减小。

在上述实施例的基础上，可选地，第五透镜15的焦距F5满足关系式：1<|F5/F|<5。此时，第五透镜15可参与校正球差和彗差及相关的高级像差，有助于改善和平衡成像质量。

进一步地，为了使各透镜更加合理地像差和色差校正，平衡整个镜头的像差，优化成像质量。可选地，第一透镜F1和第三透镜的焦距F3满足关系式：0.5<|F1/F3|<5；第二透镜的焦距F2和第三透镜的焦距F3满足关系式：10<|F2/F3|<70；第四透镜的焦距F4和第三透镜的焦距F3满足关系式：0.5<|F4/F|<5；第五透镜的焦距F5满足关系式：0.5<|F5/F|<5；第六透镜的焦距F6满足关系式：0.5<|F6/F|<5；第七透镜的焦距F7满足关系式：0.5<|F7/F|<5。此时，各透镜之间可实现相互配合，一方面通过各透镜焦距调节光束的光线线路，最终实现大光圈和大通光量；另一方面，通过各透镜的配合，可以对各类成像过程中产生的像差、色差进行校正、优化和平衡，从而保证成像质量，实现高分辨率的同时，实现日夜共焦，满足白天和黑夜的监控成像需求。

在一较佳的实施例中，考虑到第六透镜16和第七透镜17可以进行场曲和像散的校正，而为了在此基础上校正镜头的轴向色差，可以选择将第六透镜和第七透镜进行胶合，形成胶合透镜组。胶合的透镜组不仅能够实现轴向色差的校正，还能起到改善场曲和彗差的作用，从而进一步地优化定焦镜头的成像质量。

以上实施例提供的定焦镜头中，可选地，第一透镜11、第二透镜12、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17均为塑胶非球面透镜。一方面，非球面的透镜可以满足各透镜对于光焦度的要求的同时，还能进行适当地像差校正；另一方面，相比于玻璃透镜，塑胶透镜的制备难度和制备成本均较低，有利用制备非球面透镜，也有利于降低制造成本和量产化。

具体地，可设置第一透镜至第七透镜满足如下条件：

1.40<n1<1.60，50<v1<60；

1.40<n2<1.70，20<v2<60；

1.40<n3<1.60，70<v3<98；

1.55<n4<1.70，20<v4<38；

1.40<n5<1.60，50<v5<60；

1.55<n6<1.70，20<v6<38；

1.40<n7<1.60，50<v7<60；

其中，n1～n7依次为第一透镜至第七透镜的折射率，v1～v7依次为第一透镜至第七透镜的阿贝数。

可选地，该定焦镜头在设计时，可以根据实际镜头尺寸的需求来调节各透镜的相关参数，从而设置定焦镜头的有效像面IC和光学总长TTL的比值，使定焦镜头满足BFL/TTL＞0.22，且D1/TTL＜0.55，其中，D1为第一透镜的最大通光口径，TTL为从第一透镜到像面的距离，BFL为从第七透镜到像面的距离。

下面以两个具体实施例对上述的定焦镜头进行说明。如图1所示，定焦镜头包括：沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜11、第二透镜12、系统光阑、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17；第一透镜11为凸凹负光焦度透镜，第二透镜12为凹凸负光焦度透镜，第三透镜13为双凸正光焦度透镜，第四透镜14为凹凸正光焦度透镜，第五透镜15为双凸正光焦度透镜，第六透镜16为双凹负光焦度透镜，第七透镜17为双凸正光焦度透镜；其中，第三透镜13为玻璃球面透镜；定焦镜头的焦距F满足关系式：5＜F＜8；第三透镜13的焦距F3满足关系式：0.35<|F3/F|<6。

其中，在该实施例中，第一透镜11至第七透镜17的各个设计值如下表1所示。

表1为所述定焦镜头的一种设计值(f＝5.8mm；光圈F1.6)：

表1中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“S1”代表第一透镜的前表面，“S2”代表第一透镜的后表面，依次类推；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；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。需要说明的是，光阑设置在S4和S5之间。并且，S15和S16实质为平面透镜。

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-G为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶、16阶项系数。

本实施例中非球面面型参数见表2：

表2为所述定焦镜头中非球面系数的一种设计值

本实施例的光学系统达到了如下的技术指标：焦距：f＝5.8mm；相对孔径F＝1.6；视场角：2w≥69°(像方2η≥Φ6.9mm)；畸变：<-20％；分辨率：可与800万像素高分辨率CCD或CMOS摄像机适配；适用谱线范围：420～850nm。

图2是图1所示定焦镜头的轴上球差曲线图，图3是图1所示定焦镜头的光线光扇图，图4是图1所示定焦镜头的点列图，参考图2，不同波长光线(0.486μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm)在该定焦镜头中的轴向色差均不大于0.02μm，而且，0.850μm的红外光线与其他可见光的轴向色差相差不大，从而可知，本实用新型实施例提供的定焦镜头不仅能够较好地校正色差，还能保证红外光线和可见光的成像色差存在较小的区别，有利于实现日夜共焦。而由光扇图和点列图可知，不同视场角下不同波长的成像范围均在±10μm以内，保证了不同视场区域的像差相差较小，也即说明了该定焦镜头较好地校正了光学系统的像差，成像质量较优，有助于实现高分辨率的监控设备。

图5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，参考图5，该定焦镜头包括：沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜21、第二透镜22、系统光阑、第三透镜23、第四透镜24、第五透镜25、第六透镜26和第七透镜27；第一透镜21为凸凹负光焦度透镜，第二透镜22为凹凸负光焦度透镜，第三透镜23为双凸正光焦度透镜，第四透镜24为凹凸正光焦度透镜，第五透镜25为双凸正光焦度透镜，第六透镜26为双凹负光焦度透镜，第七透镜27为双凸正光焦度透镜；其中，第三透镜23为玻璃球面透镜；定焦镜头的焦距F满足关系式：5＜F＜8；第三透镜23的焦距F3满足关系式：0.35<|F3/F|<6。其中，第六透镜26和第七透镜27相互胶合。

其中，在该实施例中，第一透镜21至第七透镜27的各个设计值如下表3所示。

表3为所述定焦镜头的一种设计值(f＝6mm；光圈F1.6)：

需要说明的是，光阑设置在S4和S5之间。并且，S14和S15实质为平面透镜。

本实施例中非球面面型参数见表4：

表4为所述定焦镜头中非球面系数的一种设计值

本实施例的光学系统达到了如下的技术指标：焦距：f＝6mm；相对孔径F＝1.6；视场角：2w≥69°(像方2η≥Φ6.9mm)；畸变：<-20％；分辨率：可与800万像素高分辨率CCD或CMOS摄像机适配；适用谱线范围：420～850nm。

图6是图5所示定焦镜头的轴上球差曲线图，图7是图5所示定焦镜头的光线光扇图，图8是图5所示定焦镜头的点列图。参考图6，不同波长光线(0.486μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm)在该定焦镜头中的轴向色差均不大于0.02μm，而且，0.850μm的红外光线与其他可见光的轴向色差相差不大，从而可知，本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头也能够较好地校正色差，保证红外光线和可见光的成像色差存在较小的区别，有利于实现日夜共焦。同时，由光扇图和点列图可知，不同视场角下不同波长的成像范围均在±10μm以内，保证了不同视场区域的像差相差较小，也即说明了该定焦镜头较好地校正了光学系统的像差，成像质量较优，有助于实现高分辨率的监控设备。

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：

2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第六透镜的焦距F6满足关系式：0.1<|F6/F|<4。

3.根据权利要求2所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜的焦距F5和所述第六透镜的焦距F6满足关系式：0.5<|F5/F6|<4；

4.根据权利要求2所述的定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜的焦距F4满足关系式：1<|F4/F|<7。

5.根据权利要求4所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距F1满足关系式：1.5<|F1/F|<4；

所述第二透镜的焦距F2满足关系式：50<|F2/F|<150。

6.根据权利要求5所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜的焦距F5满足关系式：1<|F5/F|<5。

7.根据权利要求6所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜F1和所述第三透镜的焦距F3满足关系式：0.5<|F1/F3|<5；

所述第六透镜的焦距F6满足关系式：0.5<|F6/F|<4；

所述第七透镜的焦距F7满足关系式：0.5<|F7/F|<5。

8.根据权利要求6所述的定焦镜头，其特征在于，所述第六透镜和所述第七透镜相互胶合。

9.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、所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。

10.根据权利要求9所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜至第七透镜满足如下条件：

1.40<n1<1.60，50<v1<60；

1.40<n2<1.70，20<v2<60；

1.40<n3<1.60，70<v3<98；

1.55<n4<1.70，20<v4<38；

1.40<n5<1.60，50<v5<60；

1.55<n6<1.70，20<v6<38；

1.40<n7<1.60，50<v7<60；

11.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，

所述定焦镜头满足BFL/TTL＞0.22，且D1/TTL＜0.55，其中，D1为所述第一透镜的最大通光口径，TTL为从所述第一透镜到像面的距离，BFL为从所述第七透镜到像面的距离。