CN212905670U - 一种大光圈经济型定焦安防镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种大光圈经济型定焦安防镜头。该大光圈经济型定焦安防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、第三透镜、第四透镜、系统光阑、第五透镜、第六透镜及第七透镜；第一透镜、第二透镜和第六透镜的光焦度为负，第三透镜、第四透镜、第五透镜和第七透镜的光焦度为正；第一透镜和第四透镜为玻璃球面透镜，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为塑胶非球面透镜。本实用新型实施例采用两枚玻璃镜片和五枚塑料镜片混合构成定焦镜头，不仅能降低镜片的制造难度，改善生产成本，还能保证镜头的成像质量，确保镜头在‑40‑+80℃环境下使用解像力满足成像要求，实现像质在不同条件下的一致性。

Description

一种大光圈经济型定焦安防镜头

技术领域

本实用新型实施例涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种大光圈经济型定焦安防镜头。

背景技术

随着科技的不断发展，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，因此，高质量的镜头成为安防行业发展的主要趋势。

然而，现有用于安防的定焦镜头光圈较小，周边照度比较低；而设置较大光圈时，画面的畸变量比较大，像质较差，导致画面不够清晰。同时，现有的安防镜头多采用塑胶非球面透镜进行像差校正，导致在不同温度下形变较大，像质受温度影响严重；而采用玻璃透镜时，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

本实用新型提供一种大光圈经济型定焦安防镜头，以保证大通光量的同时，提升成像质量，降低成本，达到高低温共焦的安防环境要求。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种大光圈经济型定焦安防镜头，包括沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、系统光阑、第五透镜、第六透镜及第七透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜和所述第六透镜的光焦度为负，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜的光焦度为正；

所述第一透镜和所述第四透镜为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为塑胶非球面透镜。

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，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距为f14；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的焦距满足关系式：|(f1+f2)/f14|<0.45；0.05<|f3/f14|<0.5。

可选地，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4；所述第三透镜和所述第四透镜的焦距满足关系式：2.0<|f3/f4|<5.5。

可选地，所述第四透镜的折射率为ND4；所述第四透镜的折射率满足： ND4>1.6。

可选地，所述第五透镜的焦距为f5、所述第六透镜的焦距为f6，所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距为f56；所述第五透镜和所述第六透镜满足关系式：0.05<|f5/f56|<0.7，|f6/f56|>0.03。

可选地，所述第五透镜的折射率为ND5，阿贝数为VD5，所述第六透镜的折射率为ND6，阿贝数为VD6，所述第五透镜和所述第六透镜满足： 0.06<|ND6-ND5|<1.5，20<0.06|VD6-VD5|<30。

可选地，所述第五透镜和所述第六透镜胶合组成胶合透镜。

可选地，所述第七透镜的前表面S1的面曲率半径为R1，后表面S2的面曲率半径为R2，所述第七透镜的焦距为f7；所述第七透镜满足：0.5|(R1+R2)/f7|<1.8。

可选地，所述大光圈经济型定焦安防镜头的后焦距BFL和光学总长TTL 满足：0.12<BFL/TTL<0.25。

可选地，所述大光圈经济型定焦安防镜头的光学总长为TTL，系统焦距为f，所述大光圈经济型定焦安防镜头满足：5.0<TTL/f<9.2。

可选地，所述大光圈经济型定焦安防镜头的F数小于1.2。

本实用新型实施例提供的大光圈经济型定焦安防镜头，通过沿光轴由物侧到像侧依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜；且设置所述第一透镜、所述第二透镜和所述第六透镜的光焦度为负，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜的光焦度为正；所述第一透镜和所述第四透镜为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为塑胶非球面透镜，实现了玻塑混合的安防镜头结构。本实用新型实施例可实现采用两枚玻璃镜片和五枚塑料镜片混合构成的安防镜头，不仅能够减少透镜的数量，同时降低镜片的制造难度，有效改善生产成本，保证结构简单、最大限度降低镜头成本的同时，提高镜头的光圈，使F数小于1.2，视场角在120°-150°范围内，还能保证镜头的成像质量，确保镜头在-40-+80℃环境下使用解像力满足成像要求，实现像质在不同条件下的一致性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种大光圈经济型定焦安防镜头的结构示意图；

图2是图1所示大光圈经济型定焦安防镜头的球差曲线图；

图3是图1所示大光圈经济型定焦安防镜头的光线光扇图。

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大光圈经济型定焦安防镜头的结构示意图，参考图1，该大光圈经济型定焦安防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、第三透镜13、第四透镜14、系统光阑10、第五透镜15、第六透镜16及第七透镜17；第一透镜11、第二透镜12和第六透镜16的光焦度为负，第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15和第七透镜17 的光焦度为正；第一透镜11和第四透镜14为玻璃球面透镜，第二透镜12、第三透镜13、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17为塑胶非球面透镜。

在本实施例中，该大光圈经济型定焦安防镜头主要用于在室外场景下进行安防监控，是安防设备的主要取像结构。其中，可以理解的是，透镜的光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之比，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。第一透镜11和第二透镜12均设置为负光焦度透镜，即靠近物方的两个透镜均为负光焦度，有利于光学系统光线的收集，可有效扩大光学系统视场角的大小；而且，第二透镜12为非球面透镜，可以配合第一透镜11有效扩大光学系统视场角的同时，校正光学系统场曲、像散等轴外像差。第三透镜13设置为正光焦度，可以有效控制光学系统畸变；第四透镜14位于整个光学镜头的腰部位置，承担了系统较大的光焦度，将第四透镜14设置采用正光焦度，可以改变光线的传播方向，使光束成像在像面上。而第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17分别设置为正光焦度、负光焦度和正光焦度，能够利用第五透镜15有效改善光学系统场曲和像散，通过第六透镜16降低系统球差，同时，第七透镜17可以对系统残余像差进行补偿，还能对光路进行折转，降低光学系统的主光线入射角CRA。

在上述的基础上，将第二透镜12、第三透镜13、第五透镜15、第六透镜 16和第七透镜17设置采用塑料非球面镜片，而第一透镜11和第四透镜14设置采用玻璃球面镜片，可以利用两个玻璃镜片和五个塑料镜片，实现玻璃镜片和塑料镜片的混合以及相互补偿，即可通过塑料镜片制成非球面透镜，更好地校正各类像差，保证成像质量；还能利用塑料制备非球面能够缩减生成成本。此外，对于位于镜头前端的第一透镜11，设置采用玻璃球面透镜，可以避免装配时热熔等工序对镜片的损伤，保证镜头质量；而对于承担系统较大光焦度的第四透镜14，设置采用玻璃球面透镜，能够降低整个超广角镜头对温度的敏感度，保证镜头满足较高或较低温度下的稳定成像，在-40℃-+80℃环境下使用保证解像力满足成像要求，使该镜头满足安防镜头的环境要求。

本实用新型实施例提供的大光圈经济型定焦安防镜头，通过沿光轴由物侧到像侧依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜；且设置第一透镜、第二透镜和第六透镜的光焦度为负，第三透镜、第四透镜、第五透镜和第七透镜的光焦度为正；第一透镜和第四透镜为玻璃球面透镜，第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为塑胶非球面透镜，实现了玻塑混合的安防镜头结构。本实用新型实施例可实现采用两枚玻璃镜片和五枚塑料镜片混合构成大光圈经济型定焦安防镜头，不仅能够减少透镜的数量，降低镜片的制造难度，有效改善生产成本，保证结构简单、最大限度降低镜头成本的同时，扩大镜头的光圈，使F数小于1.2，视场角在 120°-150°范围内，还能保证镜头的成像质量，确保镜头在-40-+80℃环境下使用解像力满足成像要求，实现像质在不同条件下的一致性。

对于该大光圈经济型定焦安防镜头，本实用新型实施例提供了具体地实现方式。继续参考图1，具体地，可设置第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的组合焦距为f14；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的焦距满足关系式： |(f1+f2)/f14|<0.45；0.05<|f3/f14|<0.5。

其中，前四枚镜片为光阑前镜片，第一透镜11和第二透镜12的焦距与光阑前透镜组的焦距满足上述范围，实质是对第一透镜11和第二透镜12的光折射能力进行了限定，在此焦距范围内，第一透镜11和第二透镜12对外界光线的折射能力较强，更有利于大光学系统光线的收集。而第三透镜13与光阑前透镜组的焦距满足上述的范围，可对系统畸变以及场曲进行校正，在光阑前对像差进行适当优化。

进一步可选地，可设置第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4；第三透镜和第四透镜的焦距满足关系式：2.0<|f3/f4|<5.5。其中，第三透镜13和第四透镜14作为整个透镜的中间位置的透镜，其对光线成像其关键性作用，设置第三透镜13和第四透镜14的焦距满足上述范围，能够保证光学系统场曲、像散等轴外像差得到很好的校正。

在满足上述的焦距条件基础上，第四透镜14的玻璃透镜能够防止镜片受温度影响产生变形，从而满足高低温条件下的成像要求。而同时，可进一步设置第四透镜14的折射率ND4满足ND4>1.6。设置第四透镜14折射率满足上述要求，能够限定第四透镜14的折射率的下限，保证第四透镜14具有较强的光线折射能力，从而更有利于大视场光学系统的优化，同时更有利于承担系统较大光焦度。

对于光阑后的透镜，本实用新型实施例同样对各透镜进行了限定，以使各透镜在成像过程中对对应的像差进行优化校正。其中可选地，可设置第五透镜的焦距为f5、第六透镜的焦距为f6，第五透镜和第六透镜的组合焦距为f56；第五透镜和第六透镜满足关系式：0.05<|f5/f56|<0.7，|f6/f56|>0.03。其中，第五透镜15和第六透镜16分别为正光焦度和负光焦度的非球面透镜，在光束汇聚和扩散的过程中，可以利用非球面结构对像差进行一定地优化。具体地，可以有效改善场曲的大小，同时，还能有效改变光路的传播方向，使光线有效汇聚在像面上。同样可选地，可设置第五透镜的折射率为ND5，阿贝数为VD5，第六透镜的折射率为ND6，阿贝数为VD6，第五透镜和第六透镜满足： 0.06<|ND6-ND5|<1.5，20<0.06|VD6-VD5|<30。其中，第五透镜15和第六透镜 16的材料折射率和阿贝数满足上述要求，可有效降低光学系统色差的大小，实现像质在宽波段范围内的成像一致性。

进一步地，为了提高像差校正质量，可选将第五透镜15和第六透镜16胶合组成胶合透镜。本领域技术人员可以理解的是，第五透镜15和第六透镜16 分别为双凸透镜和弯月透镜，在此基础上，通过合理修正第五透镜15和第六透镜16的表面形状，例如曲率半径、非球面的参数等，可以使其相邻近的表面设置曲率一致然后胶合，同时保证第五透镜15和第六透镜16可以实现正负光焦度的配合，对场曲等像差进行校正。

在一较佳的实施例中，考虑到第七透镜为该大光圈经济型定焦安防镜头最后端的透镜，其表面形状一定程度上决定了该安防镜头的最终成像位置和质量。基于此，可选地，第七透镜的前表面S1的面曲率半径为R1，后表面S2的面曲率半径为R2，第七透镜的焦距为f7；可设置第七透镜满足：0.5|(R1+R2)/f7|<1.8。第七透镜17的曲率半径及焦距满足上述要求，可有效校正系统的残余像差，包括轴上像差及轴外像差，保证最终的成像质量。同时，还可利用第七透镜17的上述透镜参数，对最终出射的光线的角度等进行调节，适应降低整个镜头的主光线入射角CRA的大小，保证成像落入光学传感器中。

该大光圈经济型定焦安防镜头在设计时，可以根据实际镜头尺寸的需求来调节各透镜的相关参数，从而满足实际装配时的尺寸要求。在上述实施例提供的镜头的基础上，可设置大光圈经济型定焦安防镜头的后焦距BFL和光学总长 TTL满足：0.12<BFL/TTL<0.25；大光圈经济型定焦安防镜头的光学总长TTL 和系统焦距为f满足：5.0<TTL/f<9.2。此时通过限制后焦距、光学总长和系统焦距的比例关系，可以适当限制透镜尺寸，有助于实现镜头的小型化。

下面以一具体实施例对上述的大光圈经济型定焦安防镜头进行说明。如图 1所示，该大光圈经济型定焦安防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、第三透镜13、第四透镜14、系统光阑10、第五透镜 15、第六透镜16及第七透镜17；第一透镜11、第二透镜12和第六透镜16的光焦度为负，第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15和第七透镜17的光焦度为正；第一透镜11和第四透镜14为玻璃球面透镜，第二透镜12、第三透镜13、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17为塑胶非球面透镜。

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为所述大光圈经济型定焦安防镜头的一种设计值(f＝3.39mm；光圈F1.1；视场角FOV＝140°，光学系统总长TTL＝21.6mm)

面序号	面型	曲率半径(mm)	厚度(mm)	折射率	阿贝数	K值
							S1	球面	86.80	0.7	1.6968	55.53
S2	球面	4.21	2.558
							S3	非球面	10.386	1	1.535	55.71	-41.7
S4	非球面	3.13	0.266			-5.82
							S5	非球面	6.36	2.2	1.66	20.38	-15.97
S6	非球面	9.287	0.229			-40.17
							S7	球面	22	3	1.87	40.728
S8	球面	-8.39	0.0587
							S9	光阑	PL	0.05
S10	非球面	4.621	2.72	1.535	55.71	-0.930
							S11	非球面	-14.316	0.324			-78.56
S12	非球面	-4.72	0.89	1.66	20.38	0.391
							S13	非球面	15.82	0.833			-100
S14	非球面	4.44	2.22	1.535	56.07	-8.68
							S15	非球面	-8.45	2.3			-53.34
S16	球面	PL	0.7	1.517	64.2
							S17	球面	PL	1.5

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。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。需要说明的是，光阑设置在S8和S10之间，即光阑位于第四透镜的后表面和第五透镜的前表面之间。并且，S16和S17的曲率半径为PL，表示其为平面，S16和S17实质为滤光片。

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2：

表2为所述大光圈经济型定焦安防镜头中非球面系数的一种设计值

其中，-9.84E-03表示面序号为S1的系数A为-9.84*10^-3。

本实施例的大光圈经济型定焦安防镜头中各对应参数见表3：

表3为所述大光圈经济型定焦安防镜头中各对应参数的设计值

f1＝-6.379	|(f1+f2)/f12|＝0.034
		f2＝-8.793	|f3/f14|＝0.469
f3＝23.49	|f3/f4|＝3.212
		f4＝7.314	|f5/f56|＝0.073
f5＝6.868	|f6/f56|＝0.058
		f6＝-5.409	|(R1+R2)/f7|＝0.693
f7＝5.789
		f14＝452.593
f56＝93.704
		f＝3.389
R1＝4.441
		R2＝-8.451

图2是图1所示大光圈经济型定焦安防镜头的球差曲线图，图3是图1所示大光圈经济型定焦安防镜头的光线光扇图，参考图2，不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.588μm和0.656μm)在该大光圈经济型定焦安防镜头中的轴向色差均不大于0.02μm，从而可知，本实用新型实施例提供的大光圈经济型定焦安防镜头能够较好地校正色差。而由光扇图可知，不同视场角下不同波长(0.436μm、 0.486μm、0.588μm和0.656μm)的像差曲线均在±30μm的范围内，即说明了不同视场区域的像差相差较小，也即说明了该大光圈经济型定焦安防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安防设备。

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 (11)

1.一种大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，包括沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、系统光阑、第五透镜、第六透镜及第七透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜和所述第六透镜的光焦度为负，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第七透镜的光焦度为正；

所述第一透镜和所述第四透镜为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为塑胶非球面透镜。

2.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，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，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的组合焦距为f14；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的焦距满足关系式：|(f1+f2)/f14|<0.45；0.05<|f3/f14|<0.5。

3.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4；所述第三透镜和所述第四透镜的焦距满足关系式：2.0<|f3/f4|<5.5。

4.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，所述第四透镜的折射率为ND4；所述第四透镜的折射率满足：ND4>1.6。

5.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，所述第五透镜的焦距为f5、所述第六透镜的焦距为f6，所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距为f56；所述第五透镜和所述第六透镜满足关系式：0.05<|f5/f56|<0.7，|f6/f56|>0.03。

6.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，所述第五透镜的折射率为ND5，阿贝数为VD5，所述第六透镜的折射率为ND6，阿贝数为VD6，所述第五透镜和所述第六透镜满足：0.06<|ND6-ND5|<1.5，20<0.06|VD6-VD5|<30。

7.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，所述第五透镜和所述第六透镜胶合组成胶合透镜。

8.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，所述第七透镜的前表面S1的面曲率半径为R1，后表面S2的面曲率半径为R2，所述第七透镜的焦距为f7；所述第七透镜满足：0.5|(R1+R2)/f7|<1.8。

9.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，所述大光圈经济型定焦安防镜头的后焦距BFL和光学总长TTL满足：0.12<BFL/TTL<0.25。

10.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，所述大光圈经济型定焦安防镜头的光学总长为TTL，系统焦距为f，所述大光圈经济型定焦安防镜头满足：5.0<TTL/f<9.2。

11.根据权利要求1所述的大光圈经济型定焦安防镜头，其特征在于，所述大光圈经济型定焦安防镜头的F数小于1.2。

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