TWI676834B - 一種大光圈超廣角超高清變焦鏡頭 - Google Patents

一種大光圈超廣角超高清變焦鏡頭 Download PDF

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Abstract

本發明公開了一種大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，包括總光焦度為負補償鏡組和總光焦度為正的變倍鏡組，補償鏡組包括從物方到像方依次設置的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡，變倍鏡組包括從物方到像方依次設置的第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡以及第九透鏡，第一透鏡和第六透鏡均為凸凹負光焦度透鏡，第二透鏡和第九透鏡均為雙凹負光焦度透鏡，第三透鏡為凸凹正光焦度透鏡，第四透鏡和第七透鏡為雙凸正光焦度透鏡，第五透鏡為雙凸正光焦度透鏡，第八透鏡為凹凸負光焦度透鏡。本發明的變焦比大於4，在-40℃～+80℃的環境下使用不跑焦，可達到可見光與紅外光共焦且解析度在4K以上，最大光圈可達到F1.3。

Description

一種大光圈超廣角超高清變焦鏡頭
本發明創作是有關於一種鏡頭技術領域，且特別是有關於一種大光圈超廣角超高清變焦鏡頭。
隨著安防行業的發展，諸如超高清、星光級低照度等概念逐漸深入人心，顧名思義所謂超高清指的是具備超高清晰度的攝像機，擁有數倍於傳統1080P相機的有效像素，而星光級低照度等概念則需要鏡頭具備大光圈大通光量。目前，常見的廣角變焦鏡頭通常具備F1.6~1.8的光圈，解析度能夠滿足3百萬像素的要求，但是對於超高清以及星光級的概念來說這仍然不夠，因此，需要研發一種廣角變焦鏡頭使其能夠滿足超高清以及星光級的要求。
在廣角變焦鏡頭領域，超高清或者大光圈通常都意味著更大的研發及生產難度，而將超高清與大光圈結合起來的鏡頭難度將會成倍提升，同時這將會給視頻監控帶來更加優良的效果。通常來說，使用更多的玻璃球面鏡片可以更好的矯正像差，使得鏡頭的解析度提高、光圈增大，然而更多的鏡片會使得鏡頭體積加大，成本大幅度提高，這樣，如果使用玻璃球面鏡片很難將鏡 頭性能與成本達到合理的平衡。
本發明的目的在於，針對現有技術的上述不足，提供一種大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，變焦比大於4，在-40℃~+80℃的環境下使用不跑焦，視場角變化範圍廣，可達到可見光與紅外光共焦且成像清晰度與解析度均在4K以上，最大光圈可達到F1.3，綜合性能優異。
本發明為達到上述目的所採用的技術方案是：
一種大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，包括總光焦度為負補償鏡組和總光焦度為正的變倍鏡組，所述補償鏡組包括從物方到像方依次順序排列設置的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡，所述第一透鏡為凸凹負光焦度透鏡，所述第二透鏡為雙凹負光焦度透鏡，所述第三透鏡為凸凹正光焦度透鏡，所述變倍鏡組包括從物方到像方依次順序排列設置的第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡以及第九透鏡，所述第四透鏡為雙凸正光焦度透鏡，所述第五透鏡為雙凸正光焦度透鏡，所述第六透鏡為凸凹負光焦度透鏡，所述第七透鏡為雙凸正光焦度透鏡，所述第八透鏡為凹凸負光焦度透鏡，所述第九透鏡為雙凹負光焦度透鏡，所述補償鏡組的焦距與變倍鏡組焦距滿足如下關係式：0.7<｜Ff'/Bf'｜<1.1；所述的第五透鏡、第六透鏡以及第九透鏡的焦距與變倍鏡組的焦 距之間滿足如下關係：0.7<｜f5/Bf'｜<1.8；0.9<｜f6/Bf'｜<2.5；15<｜f9/Bf'｜<35；0.7<｜f5/f6｜<1.8；其中，f5、f6、f9分別對應為第五透鏡、第六透鏡、第九透鏡的焦距，Ff'對應為補償鏡組的焦距，Bf'對應為變倍鏡組的焦距。
優選地，所述的第五透鏡、第六透鏡以及第九透鏡的焦距與鏡頭處廣角端時的焦距之間滿足如下關係：5<f5/fw<10；-8<f6/fw<-2；-36<f9/fw<-28；所述的第五透鏡、第六透鏡以及第九透鏡的焦距與鏡頭處望遠端時的焦距之間滿足如下關係：-2<f5/ft<3；-1<f6/ft<4；5<f9/ft<12；其中，“-”號表示方向為負，f5、f6、f9分別對應為第五透鏡、第六透鏡、第九透鏡的焦距，fw對應為鏡頭處廣角端時的焦距，ft對應為鏡頭處望遠端時的焦距。
優選地，所述的第一透鏡至第九透鏡的各個焦距、折射率以及共十八個面的曲率半徑滿足以下條件： 其中，“-”號表示方向為負；f1至f9分別對應於第一透鏡至第九透鏡的焦距；n1至n9分別對應於第一透鏡至第九透鏡的折射率；R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17分別對應於第一透鏡至第九透鏡的靠近物方的一面的曲率半徑，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16、R18分別對應於第一透鏡至第九透鏡的遠離物方的一面的曲率半徑。
優選地，根據非球面方程式：
Figure TWI676834B_D0002
 其中：c=1/R，R表示非球面透鏡面型中心的曲率半徑，z為透鏡沿光軸方向在高度為r的位置時，距非球面透鏡頂點的距離矢高，k表示圓錐係數，參數α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8為高次非球面係數，r和R的單位均為mm；所述的第五透鏡、第六透鏡、第九透鏡滿足如下關係：
優選地，所述的第二透鏡與第三透鏡之間、第四透鏡與第五透鏡之間、第六透鏡與第七透鏡之間以及第八透鏡與第九透鏡之間均通過間隔圈承靠緊配。
優選地，所述的第七透鏡與第八透鏡通過光學膠粘合。
優選地，所述的第三透鏡和第四透鏡之間設有光闌。
優選地，所述的第五透鏡、第六透鏡以及第九透鏡均為塑膠非球面鏡片。
優選地，所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第七透鏡以及第八透鏡均為玻璃球面鏡片。
與現有技術相比，本發明提供的大光圈超廣角超高清變 焦鏡頭，採用玻璃球面鏡片與塑膠非球面鏡片混合的光學結構，有效地降低了鏡頭的成本，玻璃鏡片易於加工，塑膠非球面鏡片可以較好的矯正像差，鏡頭具備較高的成像性能，而且鏡頭具備總光焦度為正的變倍鏡組與總光焦度為負的補償鏡組，通過改變變倍鏡組和補償鏡組的間隔可以實現變焦的功能，變焦比大於4，通過合理搭配塑膠非球面鏡片的材質，使得鏡頭可以在-40℃~+80℃的環境下使用不跑焦，視場角變化範圍廣，視場角變化範圍為32度以下到155度以上，也可以達到可見光與紅外光共焦且成像清晰度、解析度均在4K以上，最大光圈達到F1.3，整個鏡頭將性能與成本完美的結合具備廣闊的市場前景。
上述是發明技術方案的概述，以下結合附圖與具體實施方式，對本發明做進一步說明。
1‧‧‧第一透鏡
2‧‧‧第二透鏡
3‧‧‧第三透鏡
4‧‧‧第四透鏡
5‧‧‧第五透鏡
6‧‧‧第六透鏡
7‧‧‧第七透鏡
8‧‧‧第八透鏡
9‧‧‧第九透鏡
10‧‧‧光闌
圖1為本發明的鏡頭處望遠端時的結構示意圖。
圖2為本發明的鏡頭處廣角端時的結構示意圖。
為了使本發明的目的和技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例作詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本實施例提供的一種大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，結合圖1和圖2，包括總光焦度為負補償鏡組和總光焦度為正的變倍鏡組，補償鏡組包括從物方到像方依次順序排列設置的第一透鏡1、第二透鏡2以及第三透鏡3，第一透鏡為凸凹負光焦度透鏡，第二透鏡為雙凹負光焦度透鏡，第三透鏡為凸凹正光焦度透鏡，變倍鏡組包括從物方到像方依次順序排列設置的第四透鏡4、第五透鏡5、第六透鏡6、第七透鏡7、第八透鏡8以及第九透鏡9，第四透鏡為雙凸正光焦度透鏡，第五透鏡為雙凸正光焦度透鏡，第六透鏡為凸凹負光焦度透鏡，第七透鏡為雙凸正光焦度透鏡，第八透鏡為凹凸負光焦度透鏡，第九透鏡為雙凹負光焦度透鏡，補償鏡組的焦距與變倍鏡組焦距滿足如下關係式：0.7<｜Ff'/Bf'｜<1.1。
本發明的鏡頭具備總光焦度為正的變倍組與總光焦度為負的補償組，通過改變兩組的間隔來實現變焦的功能，變焦比大於4，視場角變化範圍廣，為32度以下到145度以上，同時擁有4K以上的解析度和F1.3以下的大光圈，整個鏡頭將性能與成本完美的結合具備廣闊的市場前景。
為了達到小型化，高性能的目的，第五透鏡、第六透鏡以及第九透鏡的焦距與變倍鏡組的焦距之間滿足如下關係：0.7<｜f5/Bf'｜<1.8；0.9<｜f6/Bf'｜<2.5；15<｜f9/Bf'｜<35； 0.7<｜f5/f6｜<1.8；其中，f5、f6、f9分別對應為第五透鏡、第六透鏡、第九透鏡的焦距，Ff'對應為補償鏡組的焦距，Bf'對應為變倍鏡組的焦距。
第五透鏡、第六透鏡以及第九透鏡的焦距與鏡頭處廣角端時的焦距之間滿足如下關係：5<f5/fw<10；-8<f6/fw<-2；-36<f9/fw<-28。
第五透鏡、第六透鏡以及第九透鏡的焦距與鏡頭處望遠端時的焦距之間滿足如下關係：-2<f5/ft<3；-1<f6/ft<4；5<f9/ft<12；其中，“-”號表示方向為負，f5、f6、f9分別對應為第五透鏡、第六透鏡、第九透鏡的焦距，fw對應為鏡頭處廣角端時的焦距，ft對應為鏡頭處望遠端時的焦距。
第一透鏡至第九透鏡的各個焦距、折射率以及共十八個面的曲率半徑滿足以下條件： 其中，“-”號表示方向為負；f1至f9分別對應於第一透鏡至第九透鏡的焦距；n1至n9分別對應於第一透鏡至第九透鏡的折射率；R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17分別對應於第一透鏡至第九透鏡的靠近物方的一面的曲率半徑，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16、R18分別對應於第一透鏡至第九透鏡的遠離物方的一面的曲率半徑。
進一步，根據非球面方程式：
Figure TWI676834B_D0006
 其中：c=1/R，R表示非球面透鏡面型中心的曲率半徑，z為透鏡沿光軸方向在高度為r的位置時，距非球面透鏡頂點的距離矢高，k表示圓錐係數，參數α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8為高次非球面係數，r和R的單位均為mm；第五透鏡、第六透鏡、第九透鏡滿足如下關係： 第二透鏡與第三透鏡之間、第四透鏡與第五透鏡之間、第六透鏡與第七透鏡之間以及第八透鏡與第九透鏡之間均通過間隔圈承靠緊配。第七透鏡與第八透鏡通過光學膠粘合。第三透鏡和第四透鏡之間設有光闌10。當變焦鏡頭變焦時，孔徑光欄位置固定不動，而補償鏡組與變倍鏡組可選擇性移動。
第五透鏡、第六透鏡以及第九透鏡均為塑膠非球面鏡片。第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第七透鏡以及第八透鏡均為玻璃球面鏡片。本發明採用玻塑混合的光學結構， 玻璃鏡片易於加工，塑膠非球面鏡片可以較好的矯正像差，使得鏡頭的解析度提高，光圈增大。
本發明的大光圈超廣角超高清變焦鏡頭的九片透鏡的共十八個面的面型、曲率半徑、鏡片厚度、鏡片間距、鏡片折射率和K值分別滿足以下條件，如表1所示：
根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護範圍內。
雖然本發明創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

  1. 一種大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，所述大光圈超廣角超高清變焦鏡頭包括總光焦度為負補償鏡組和總光焦度為正的變倍鏡組，所述補償鏡組包括從物方到像方依次順序排列設置的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡，所述第一透鏡為凸凹負光焦度透鏡，所述第二透鏡為雙凹負光焦度透鏡，所述第三透鏡為凸凹正光焦度透鏡，所述變倍鏡組包括從物方到像方依次順序排列設置的第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡以及第九透鏡，所述第四透鏡為雙凸正光焦度透鏡，所述第五透鏡為雙凸正光焦度透鏡，所述第六透鏡為凸凹負光焦度透鏡，所述第七透鏡為雙凸正光焦度透鏡，所述第八透鏡為凹凸負光焦度透鏡，所述第九透鏡為雙凹負光焦度透鏡，所述補償鏡組的焦距與所述變倍鏡組焦距滿足如下關係式：0.7<｜Ff'/Bf'｜<1.1；所述第五透鏡、所述第六透鏡以及所述第九透鏡的焦距與變倍鏡組的焦距之間滿足如下關係：0.7<｜f5/Bf'｜<1.8；0.9<｜f6/Bf'｜<2.5；15<｜f9/Bf'｜<35；0.7<｜f5/f6｜<1.8；其中，f5、f6、f9分別對應為所述第五透鏡、所述第六透鏡、所述第九透鏡的焦距，Ff'對應為所述補償鏡組的焦距，Bf'對應為所述變倍鏡組的焦距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，其中所述第五透鏡、所述第六透鏡以及所述第九透鏡的焦距與鏡頭處廣角端時的焦距之間滿足如下關係：5<f5/fw<10；-8<f6/fw<-2；-36<f9/fw<-28；所述第五透鏡、所述第六透鏡以及所述第九透鏡的焦距與鏡頭處望遠端時的焦距之間滿足如下關係：-2<f5/ft<3；-1<f6/ft<4；5<f9/ft<12；其中，“-”號表示方向為負，f5、f6、f9分別對應為所述第五透鏡、所述第六透鏡、所述第九透鏡的焦距，fw對應為所述鏡頭處廣角端時的焦距，ft對應為所述鏡頭處望遠端時的焦距。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，其中所述第一透鏡至所述第九透鏡的各個焦距、折射率以及共十八個面的曲率半徑滿足以下條件： 其中，“-”號表示方向為負；f1至f9分別對應於所述第一透鏡至所述第九透鏡的焦距；n1至n9分別對應於所述第一透鏡至所述第九透鏡的折射率；R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17分別對應於所述第一透鏡至所述第九透鏡的靠近物方的一面的曲率半徑，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16、R18分別對應於所述第一透鏡至所述第九透鏡的遠離物方的一面的曲率半徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，其中根據非球面方程式：其中：c=1/R，R表示非球面透鏡面型中心的曲率半徑，z為透鏡沿光軸方向在高度為r的位置時，距非球面透鏡頂點的距離矢高，k表示圓錐係數，參數α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8為高次非球面係數，r和R的單位均為mm；所述第五透鏡、所述第六透鏡、所述第九透鏡滿足如下關係：。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，其中所述第二透鏡與所述第三透鏡之間、所述第四透鏡與所述第五透鏡之間、所述第六透鏡與所述第七透鏡之間以及所述第八透鏡與所述第九透鏡之間均通過間隔圈承靠緊配。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，其中所述第七透鏡與所述第八透鏡通過光學膠粘合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，其中所述第三透鏡和所述第四透鏡之間設有光闌。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，其中所述第五透鏡、所述第六透鏡以及所述第九透鏡均為塑膠非球面鏡片。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的大光圈超廣角超高清變焦鏡頭，其中所述第一透鏡、所述第二透鏡、所述第三透鏡、所述第四透鏡、所述第七透鏡以及所述第八透鏡均為玻璃球面鏡片。
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