CN213182175U - 一种黑光镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种黑光镜头，该黑光镜头包括：沿光轴从物面至像面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、第六透镜、第七透镜和第八透镜；第一透镜具有负光焦度，第二透镜具有负光焦度，第三透镜具有负光焦度，第四透镜具有正光焦度，第五透镜具有正光焦度，第六透镜具有正光焦度，第七透镜具有负光焦度，第八透镜具有正光焦度；第一透镜为玻璃球面透镜，第四透镜为玻璃非球面透镜，第二透镜、所述第三透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为塑料非球面透镜。本实用新型提供的黑光镜头，在保证高性能、低成本的情况下，以提高成像质量，满足高清像质需求。

Description

一种黑光镜头

技术领域

本实用新型实施例涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种黑光镜头。

背景技术

随着生活水平的提高，人们在安防方面也有了更强的意识，监控镜头随即诞生。与变焦镜头相比，黑光镜头设计简单，拍摄运动物体时图像更清晰稳定，使之在安防监控领域更具竞争力。而镜头的视场和分辨率是决定产品质量的关键因素，好的镜头具有视场大、分辨率好等特性，更容易受到市场的欢迎，但目前市面上的镜头还是存在靶面较小的缺点，不利于获取有效信息，影响产品的推广使用。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种黑光镜头，以提高成像质量，满足高清像质需求。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种黑光镜头，包括：沿光轴从物面至像面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、第六透镜、第七透镜和第八透镜；

所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有负光焦度，所述第四透镜具有正光焦度，所述第五透镜具有正光焦度，所述第六透镜具有正光焦度，所述第七透镜具有负光焦度，所述第八透镜具有正光焦度；

所述第一透镜为玻璃球面透镜，所述第四透镜为玻璃非球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为塑料非球面透镜。

可选的，所述黑光镜头还包括光阑；

所述光阑位于所述第五透镜与所述第六透镜之间的光路中。

可选的，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，所述第五透镜的焦距为f5，所述第六透镜的焦距为f6，所述第七透镜的焦距为f7，所述第八透镜的焦距为f8；其中，0.2≤|f1/f4|≤4.5；0.6≤|f2/f4|≤6.4；2.5≤|f3/f4|；f4≥1.8；2.2≤|f5/f4|；0.1≤|f6/f4|≤4.8；|f7/f4|≤10；|f8/f4|≤8。

可选的，所述第一透镜的折射率为n1，阿贝数为v1；所述第二透镜的折射率为n2，阿贝数为v2；所述第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3；所述第四透镜的折射率为n4，阿贝数为v4；所述第五透镜的折射率为n5，阿贝数为v5；其中，0.015≤n1/v1≤0.12；0.02≤n2/v2；1.50≤n3；v3≤45；0.02≤n4/v4≤0.1；1.55≤n5≤1.72，v5≤23。

可选的，所述第一透镜的通光口径为D1，所述黑光镜头的光学后焦为BFL，其中，0.18≤|BFL/D1|≤0.5。

可选的，所述第二透镜的近物面曲率半径为R21，所述第三透镜的近物面曲率半径为R31，其中，|R21/R31|≤5.5。

可选的，所述第四透镜的中心厚度为TH4，所述第一透镜物方表面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，TH4/TTL≤0.22。

可选的，所述第六透镜和所述第七透镜的空气间隔为TH67，其中，TH67≥0。

可选的，所述第八透镜的近像面曲率半径为R82，所述黑光镜头的像面光线入射角为CRA，其中，0.13≤|R82/CRA|≤3.3。

可选的，所述黑光镜头的光圈数为F，视场角为FOV，其中，F≤1.1；FOV≥100°。

本实用新型实施例的技术方案，通过合理分配黑光镜头中的透镜数量、各透镜的光焦度以及各个透镜焦距之间的相对关系，在低成本的前提下，保证黑光镜头前后组镜片的入射角大小的均衡性，有利于像差的矫正，降低镜头的敏感性，提高生产的可能性，保证黑光镜头具有较高的解像力，提高成像质量，满足高清像质需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的球差曲线图；

图3为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的光线光扇图；

图4为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的5波长点列图；

图5为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的场曲畸变图；

图6为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的MTF图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型实施例为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清除、完整地描述。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置器件结构的示意图并非按照一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度以及高度的三维空间尺寸。

图1为本实用新型实施例提供的一种黑光的结构示意图。如图1所示，该黑光镜头包括：沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180；第一透镜110具有负光焦度，第二透镜120具有负光焦度，第三透镜130具有负光焦度，第四透镜140具有正光焦度，第五透镜150具有正光焦度，第六透镜160具有正光焦度，第七透镜170具有负光焦度，第八透镜180具有正光焦度；第一透镜110为玻璃球面透镜，第四透镜140为玻璃非球面透镜，第二透镜120、第三透镜130、第五透镜150、第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180均为塑料非球面透镜。

示例性的，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)。在本实施例提供的黑光镜头中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，设置第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130和第七透镜170为负光焦度透镜，第一透镜110、第二透镜120和第三透镜130用于控制光学系统光线入射角，保证大的视场角；第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160和第八透镜180为正光焦度透镜，第四透镜140可以采用高折射异常色散材料，承担较大的光焦度，起到缓解光线入射角平衡公差的作用；第五透镜150可以为弯月形透镜，弯月形透镜由两个曲率半径较小，数值相差也很少的球面构成，通过设置第五透镜150为弯月透镜，能够起到校正场曲的作用；第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180以正负正的光焦度进行搭配，有助于消整个光学系统的色差。整个黑光镜头的光焦度按照一定比例分配，保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，以降低镜头的敏感性，提高生产的可能性。

进一步的，第一透镜110为玻璃球面透镜，第四透镜140为玻璃非球面透镜，第二透镜120、第三透镜130、第五透镜150、第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180均为塑料非球面透镜，塑料非球面透镜的材质可为本领域技术人员可知的各种塑料，玻璃球面透镜的材质为本领域技术人员可知的各种类型的玻璃，本实用新型实施例对此不赘述也不作限定。由于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黑光镜头中，采用了玻璃透镜与塑料透镜混合搭配的方式，通过设置6片塑料非球面镜片，可使得在确保黑光镜头的光学性能的同时能够有效地控制黑光镜头的成本，同时所有非球面透镜起到矫正场曲、像散、球差、慧差等像差的作用。且因两类材质具有互相补偿作用，可保证黑光镜头在高低温环境下仍可正常使用。

可选的，黑光镜头还包括光阑190；

光阑190位于第五透镜150与第六透镜160之间的光路中。

其中，通过将光阑190设置在第五透镜150和第六透镜160之间的光路中，可以调节光束的传播方向，调整光线入射角，有利于进一步提高成像质量。

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，第五透镜150的焦距为f5，第六透镜160的焦距为f6，第七透镜170的焦距为f7，第八透镜180的焦距为f8；

其中，0.2≤|f1/f4|≤4.5；0.6≤|f2/f4|≤6.4；2.5≤|f3/f4|；f4≥1.8；2.2≤|f5/f4|；0.1≤|f6/f4|≤4.8；|f7/f4|≤10；|f8/f4|≤8。

通过合理分配各镜片焦距，有利于像差的矫正，保证黑光镜头具有较高的解像力。

可选的，第一透镜110的折射率为n1，阿贝数为v1；第二透镜120的折射率为n2，阿贝数为v2；第三透镜130的折射率为n3，阿贝数为v3；第四透镜140的折射率为n4，阿贝数为v4；第五透镜150的折射率为n5，阿贝数为v5；

其中，0.015≤n1/v1≤0.12；0.02≤n2/v2；1.50≤n3；v3≤45；0.02≤n4/v4≤0.1；1.55≤n5≤1.72，v5≤23。

具体的，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。阿贝数是用以表示透明介质色散能力的指数，介质色散越严重，阿贝数越小；反之，介质的色散越轻微，阿贝数越大。如此，通过搭配设置黑光镜头中各透镜的折射率和阿贝数，保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，以降低镜头的敏感性，提高生产的可能性。

可选的，第一透镜110的通光口径为D1，黑光镜头的光学后焦为BFL，其中，0.18≤|BFL/D1|≤0.5。

其中，第八透镜180的像方表面的光轴中心至像面的距离可以理解为黑光镜头的后焦，通过合理设置第一透镜110的最大通光口径D1与黑光镜头的后焦BFL满足0.18≤|BFL/D1|≤0.5，在满足黑光镜头进光量的同时保证整个黑光镜头小巧。

可选的，第二透镜120的近物面曲率半径为R21，第三透镜130的近物面曲率半径为R31，其中，|R21/R31|≤5.5。

具体的，曲率半径直接反映它透镜的弯曲程度，曲率半径的单位均为毫米(mm)，通过设置第二透镜120近物面曲率半径为R21，第三透镜130的近物面曲率半径为R31，满足|R21/R31|≤5.5；优化第二透镜120、第三透镜130的形状，进而控制透镜之间的焦距，有利于提升黑光镜头的成像质量。

可选的，第四透镜140的中心厚度为TH4，第一透镜110物方表面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，TH4/TTL≤0.22。

其中，第四透镜140的中心厚度可以理解为第四透镜140作为凸透镜，透镜越厚，焦距越短，第一透镜110物方表面的光轴中心至像面的距离TTL可以理解为黑光镜头的总长，通过合理设置透镜的中心厚度与黑光镜头的总长之间的关系，可以保证整个黑光镜头结构紧凑，黑光镜头集成度高。

可选的，第六透镜160和第七透镜170的空气间隔为TH67，其中，TH67≥0。

示例性的，设置TH67＝0，可通过将第六透镜160的像方表面与第七透镜170的物方表面胶合，从而能够将第六透镜160和第七透镜170组合成胶合透镜；采用胶合透镜可有效减小第六透镜160和第七透镜170间的空气间隔，从而减小镜头总长。此外，胶合透镜可用于最大限度地减少色差或消除色差，使得黑光镜头的各种像差可得到充分校正，在结构紧凑的前提下，可提高分辨率，优化畸变、CRA等光学性能；并可减少镜片间反射引起光量损失，提升照度，从而改善像质、提升镜头成像的清晰度。另外，胶合透镜的使用还可减少两个镜片之间的组立部件，简化镜头制造过程中的装配程序，降低成本，并降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。

可选的，第八透镜180的近像面曲率半径为R82，黑光镜头的像面光线入射角为CRA，其中，0.13≤|R82/CRA|≤3.3。

其中，通过限制第八透镜180的近像面曲率半径和黑光镜头的最大视场角所对应的主光线在像面的入射角CRA的比值关系，可有效压制系统中光线入射于感光元件上的角度，以提高该黑光镜头于感光元件上的灵敏度。

可选的，黑光镜头的光圈数为F，视场角为FOV，其中，F≤1.1；FOV≥100°。

其中，黑光镜头的光圈设置可满足较大光通过量，从而满足低照度条件下的监控需求。同时黑光镜头为一种超大视场角的黑光镜头，满足超大视场要求。

本实用新型实施例提供的黑光镜头，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、折射率、阿贝数、焦距等，在低成本的前提下，保证黑光镜头前后组镜片的入射角大小的均衡性，降低镜头的敏感性，保证黑光镜头具有较高的解像力，提高成像质量，满足高清像质需求，同时保证黑光镜头在-30～80℃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。

作为一种可行的实施方式，下面对黑光镜头中各个透镜表面的曲率半径、厚度、材料和K系数进行说明。

表1黑光镜头的曲率半径、厚度、材料和K系数的设计值

面序号	表面类型	曲率半径	厚度	材料(nd)	K系数
						1	球面	41.33	0.76	1.61
2	球面	8.17	5.27
						3	非球面	19.45	3.99	1.53	1.31
4	非球面	8.36	1.40		-0.68
						5	非球面	-30.22	3.29	1.63	-18.68
6	非球面	-35.99	0.09		-42.00
						7	非球面	25.27	7.56	1.65	0
8	非球面	-17.58	7.25		0
						9	非球面	-8.55	2.32		-7.62
10	非球面	-9.00	2.54	1.67	-2.26
						STO	PL	Infinity	-2.5
12	非球面	8.20	5.88	1.53	-4.50
						13	非球面	-18.33	0.19		-7.35
14	非球面	-13.66	2.15	1.63	-1.27
						15	非球面	7.71	0.45		-8.09
16	非球面	9.16	4.17	1.53	-9.90
						17	非球面	-18.20	4.84		0.46

继续参考图1，本实用新型实施例提供的黑光镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180。表1示出了实施例提供的黑光镜头中各透镜的曲率半径、厚度及材料等光学物理参数。其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，“1”代表第一透镜110的物面表面，“2”代表第一透镜110的像面表面，“10”代表第五透镜150的物面表面，“11”代表第五透镜150的像面表面，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，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。

在上述实施例的基础上，可选的，第一透镜110、第四透镜140为玻璃球面透镜，第二透镜120、第三透镜130、第五透镜150、第六透镜160、第七透镜170、第八透镜180为塑料非球面透镜。本实用新型实施例提供的黑光镜头还包括光阑190(STO)，通过增设光阑190可以调节光束的传播方向，有利于提高成像质量。光阑190可以位于第五透镜150和第六透镜160之间的光路中，但本实用新型实施例对光阑190的具体设置位置不进行限定，通过将光阑设置在合适的位置处，有助于提高相对照度，并减小CRA。

第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180的非球面表面形状方程Z满足：

式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D、E、F为高次非球面系数，其中，Z、R和y的单位均为mm。

示例性的，表2以一种可行的实施方式详细说明了本实施例中各透镜的非球面系数。

表2黑光镜头中非球面系数

其中，-6.30E-04表示面序号为3的系数A为-6.30*10^-4，依此类推。

进一步的，图2为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的球差曲线图，如图2所示，该黑光镜头在不同波长(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)下的球差均在0.05mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该黑光镜头的轴向像差很小，从而可知，本实用新型实施例提供的黑光镜头能够较好地校正像差。

图3为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的光线光扇图，如图3所示，不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)在该黑光镜头的不同视场角下的成像范围均在50μm以内且曲线非常集中，保证了不同视场区域的像差较小，也即说明了该黑光镜头较好地校正了光学系统的像差。

图4为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的5波长点列图，其中，点列图是现代光学设计中最常用的评价方法之一。点列图是指由一点光源发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形。如图4所示，本实用新型实施例提供的黑光镜头，五种不同波长的可见光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)在各个视场下的弥散图形比较集中，分布也比较均匀，没有出现某个视场下的弥散图形随波长而上下分离得很开的现象，说明无明显紫边。同时，五种不同波长的可见光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)在该黑光镜头的各视场位置处的均方根半径值(RMS radius)分别为3.098μm、2.846μm、3.359μm、3.899μm、4.761μm、5.189μm，表明各视场的RMS半径均小于6μm，也即说明了该黑光镜头在全视场下具有较低的色差和像差，解决了可见光波段成像的紫边问题，能够实现高分辨率的成像。

图5为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的场曲畸变图，如图5所示，左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧失；由图5可以看出，本实施例提供的黑光镜头从波长为436nm的光到656nm的光，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图5可以看出，本实施例提供的黑光镜头的畸变得到了较好地矫正，成像畸变较小，满足低畸变的要求。

图6为本实用新型实施例提供的一种黑光镜头的MTF图，如图6所示，MTF图显示的是镜头对比度的忠实再现情况，纵轴表示对比度的优劣，横轴表示与成像中心的距离。MTF曲线中的160线对/mm时传递函数基本都在0.2以上，能够满足8MP像质需求。

综上所述，本实施例提供的黑光镜头，具有超大视场角，高清像质且体积小的优势，设计采用8片式结构，在成本较低的情况下，达到8MP像质需求，采用玻塑混合的结构能够满足-30℃-80℃环境下的使用需求。

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、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 (10)

1.一种黑光镜头，其特征在于，包括：沿光轴从物面至像面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、第六透镜、第七透镜和第八透镜；

所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第三透镜具有负光焦度，所述第四透镜具有正光焦度，所述第五透镜具有正光焦度，所述第六透镜具有正光焦度，所述第七透镜具有负光焦度，所述第八透镜具有正光焦度；

所述第一透镜为玻璃球面透镜，所述第四透镜为玻璃非球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为塑料非球面透镜。

2.根据权利要求1所述的黑光镜头，其特征在于，所述黑光镜头还包括光阑；

所述光阑位于所述第五透镜与所述第六透镜之间的光路中。

3.根据权利要求1所述的黑光镜头，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，所述第五透镜的焦距为f5，所述第六透镜的焦距为f6，所述第七透镜的焦距为f7，所述第八透镜的焦距为f8；

其中，0.2≤|f1/f4|≤4.5；0.6≤|f2/f4|≤6.4；2.5≤|f3/f4|；f4≥1.8；2.2≤|f5/f4|；0.1≤|f6/f4|≤4.8；|f7/f4|≤10；|f8/f4|≤8。

4.根据权利要求1所述的黑光镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率为n1，阿贝数为v1；所述第二透镜的折射率为n2，阿贝数为v2；所述第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3；所述第四透镜的折射率为n4，阿贝数为v4；所述第五透镜的折射率为n5，阿贝数为v5；

其中，0.015≤n1/v1≤0.12；0.02≤n2/v2；1.50≤n3；v3≤45；0.02≤n4/v4≤0.1；1.55≤n5≤1.72，v5≤23。

5.根据权利要求1所述的黑光镜头，其特征在于，所述第一透镜的通光口径为D1，所述黑光镜头的光学后焦为BFL，其中，0.18≤|BFL/D1|≤0.5。

6.根据权利要求1所述的黑光镜头，其特征在于，所述第二透镜的近物面曲率半径为R21，所述第三透镜的近物面曲率半径为R31，其中，|R21/R31|≤5.5。

7.根据权利要求1所述的黑光镜头，其特征在于，所述第四透镜的中心厚度为TH4，所述第一透镜物方表面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，TH4/TTL≤0.22。

8.根据权利要求1所述的黑光镜头，其特征在于，所述第六透镜和所述第七透镜的空气间隔为TH67，其中，TH67≥0。

9.根据权利要求1所述的黑光镜头，其特征在于，所述第八透镜的近像面曲率半径为R82，所述黑光镜头的像面光线入射角为CRA，其中，0.13≤|R82/CRA|≤3.3。

10.根据权利要求1所述的黑光镜头，其特征在于，所述黑光镜头的光圈数为F，视场角为FOV，

其中，F≤1.1；

FOV≥100°。

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