CN103558677B - 一种无热化监控镜头 - Google Patents

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本发明公开了一种无热化监控镜头，从物侧开始起顺序包括有：具有正光焦度的第一透镜；正光焦度的第二透镜与负光焦度的第三透镜胶合形成的正光焦度的第一胶合镜片；光阑元件；负光焦度的第四透镜,与正光焦度的第五透镜胶合形成正光焦度的第二胶合镜片；负光焦度的第六透镜与正光焦度、折射率与温度正相关的第七透镜胶合形成的正光焦度的第三胶合镜片；具有正光焦度的曲率相同的、折射率与温度正相关的第八透镜。本发明通过第一透镜至第八透镜及光阑的配置，能够在-45℃～+85℃的温度范围内校正球差、像散、彗差、色差，保持清晰成像，并且保证像质稳定。

Description

一种无热化监控镜头
【技术领域】
本发明涉及一种监控镜头，更具体地说是一种应用于工作环境温度变化较大的无热化监控镜头。
【背景技术】
随着安防监控镜头应用领域的不断拓展与延伸，越来越多的镜头用于各种场合，各种工作环镜，因而对镜头的工作环镜温度、像素分辨率等方面也提出了越来越严格的要求。作为安防监控领域的一个重要分支——道路监控，其对镜头的要求异常严格，要求镜头在-45℃～+85℃的温度范围内保证无离焦(即成像清晰)。但是传统的安防监控镜头在-45℃～+85℃的温度范围内却无法保持清晰的成像，画质不稳定，不能满足用户的需求。
因此，本发明正是基于传统的监控镜头以上的不足而产生的。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种重量轻、结构紧凑、成像清晰、具有宽的工作温度范围的广角安防监控无热化镜头。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无热化监控镜头，其特征在于：从物侧开始起顺序包括有：
具有正的光焦度的第一透镜,所述的第一透镜为弯月型凸透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方；
第二透镜、第三透镜,所述的第二透镜为正光焦度的凸透镜，所述的第三透镜为负光焦度的凹透镜，所述的第二透镜与所述的第三透镜胶合形成正光焦度的第一胶合镜片，所述的第一胶合镜片的凸面朝向物方,凹面朝向像方；
光阑元件；
第四透镜、第五透镜,所述的第四透镜为负光焦度的双凹面透镜,所述的第五透镜为正光焦度的双凸面透镜，所述的第四透镜与所述的第五透镜胶合形成正光焦度的第二胶合镜片，所述的第二胶合镜片的凹面朝向物方，凸面朝向像方；
第六透镜、第七透镜,所述的第六透镜为负光焦度的凹透镜，所述的第七透镜L7为正光焦度、并且所述的第七透镜L7为折射率与温度正相关的玻璃凸透镜，所述的第六透镜与所述的第七透镜胶合形成正光焦度的第三胶合镜片，所述的第三胶合镜片的凹面朝向物方,凸面朝向像方；
具有正光焦度的第八透镜，所述的第八透镜的物方表面和像方表面具有相同大小的曲率半径,所述的第八透镜为折射率与温度正相关的玻璃双凸面透镜；
如上所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第一透镜满足下面的条件：1.85≥Nd1≥1.7，35≥Vd1≥23.5，其中Nd1表示第一透镜材料的d光折射率，Vd1表示第一透镜材料的d光阿贝常数。
如上所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第一透镜焦距fL1与所述的无热化监控镜头总焦距ff0之间满足：1.2ff0≥fL1≥0.8ff0。
如上所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第二透镜满足下面的条件：1.7≥Nd2≥1.6，64≥Vd2≥50，其中Nd2表示第二透镜材料的d光折射率，Vd2表示第二透镜材料的d光阿贝常数。
如上所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第三透镜满足下面的条件：1.85≥Nd3≥1.6，35≥Vd3≥23.5，其中Nd3表示第三透镜材料的d光折射率，Vd3表示第三透镜材料的d光阿贝常数。
如上所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第四透镜焦距fL4与所述的第五透镜焦距fL5之间满足：-0.4≥fL4/fL5≥-1.2。
如上所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第六透镜焦距fL6与所述的第七透镜焦距fL7之间满足：-0.5≥fL6/fL7≥-1.4。
如上所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第八透镜满足下面的条件：1.93≥Nd8≥1.85，45≥Vd8≥25，其中Nd8表示第八透镜材料的d光折射率，Vd8表示第八透镜材料的d光阿贝常数。
如上所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜组成的透镜组的焦距fL1L2L3与第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜组成的透镜组的焦距fL4L5L6L7L8满足以下公式：2≤fL1L2L3/fL4L5L6L7L8≤2.5。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明通过第一透镜至第八透镜及光阑的配置，能够在-45℃～+85℃的温度范围内校正球差、像散、彗差、色差，并能够校正与补偿镜头中金属隔圈由于温度变化而引起的的空气间隔变化，从而实现后焦零位移，在较大温度范围(-45℃～+85℃)内保持像质的稳定，使镜头在-45℃～+85℃的温度范围内保持清晰成像，并且保证像质稳定。
2、本发明无热化监控镜头可靠性高，结构紧凑，重量轻。
3、本发明无热化监控镜头手动调焦，无需供电，节约成本。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图(物侧位于镜头左侧)；
图2是本发明在25℃时MTF(调制传递函数)曲线图；
图3是本发明在25℃时离焦曲线图；
图4是本发明在-45℃时离焦曲线图；
图5是本发明在85℃时离焦曲线图；
图6是本发明的场曲曲线图；
图7是本发明的畸变曲线图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步描述：
本发明的实施案例如图1所示，使用于户外道路监控。该镜头从物侧起依次包括有：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、光阑元件r8、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、滤光片IR-CUT、成像面IMA。
第一透镜L1是具有正光焦度的弯月型凸透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方，能够校正球差与像散。
第二透镜L2为正光焦度的凸透镜，第三透镜L3为负光焦度的凹透镜，第二透镜L2与第三透镜L3胶合形成正的光焦度的第一胶合镜片J1，第一胶合镜片J1的凸面朝向物方,凹面朝向像方。第一胶合镜片J1能够校正第一透镜L1产生的色差。
第四透镜L4为负光焦度的双凹面透镜,第五透镜L5为正光焦度的双凸面透镜，第四透镜L4与第五透镜L5胶合形成正的光焦度的第二胶合镜片J2，第二胶合镜片J2的凹面朝向物方，凸面朝向像方。第二胶合镜片J2能够校正彗差与像散。
第六透镜L6为负光焦度的凹透镜，第七透镜L7为正光焦度、折射率与温度正相关的凸透镜，第六透镜L6与第七透镜L7胶合形成正的光焦度的第三胶合镜片J3，第三胶合镜片J3的凹面朝向物方,凸面朝向像方。第三胶合镜片J3能够校正***色差。
第八透镜L8为具有正光焦度、折射率与温度正相关、曲率相同的玻璃双凸面透镜，能够校正球差、像散与场曲。第八透镜L8具有相同曲率半径，加工制造简单，能够降低生产成本。
所述的第七透镜L7和第八透镜L8为折射率与温度正相关的玻璃镜片，能够校正与补偿镜头中金属隔圈(GQ1、GQ2、GQ3、GQ4)由于温度变化而引起的的空气间隔变化，从而实现后焦零位移，在较大温度范围(-45℃～+85℃)内保持像质的稳定。
光阑元件r8设于第三透镜L3与第四透镜L4之间，第三透镜L3和第四透镜L4间的大空气间隔适合于在其内自由选择设置自动光阑元件或手动可变光阑元件。
作为本实施例的优选方式：
第一透镜L1满足下面的条件：1.85≥Nd1≥1.7，35≥Vd1≥23.5，其中Nd1表示第一透镜L1材料的d光折射率，Vd1表示第一透镜L1材料的d光阿贝常数。
第一透镜L1焦距fL1与无热化镜头总焦距ff0之间满足：1.2ff0≥fL1≥0.8ff0。
第二透镜L2满足下面的条件：1.7≥Nd2≥1.6，64≥Vd2≥50，其中Nd2表示第二透镜L2材料的d光折射率，Vd2表示第二透镜L2材料的d光阿贝常数。
所述的第三透镜L3满足下面的条件：1.85≥Nd3≥1.6，35≥Vd3≥23.5，其中Nd3表示第三透镜L3材料的d光折射率，Vd3表示第三透镜L3材料的d光阿贝常数。
第四透镜L4焦距fL4与第五透镜L5焦距fL5之间满足：-0.4≥fL4/fL5≥-1.2。
第六透镜L6焦距fL6与第七透镜L7焦距fL7之间满足：-0.5≥fL6/fL7≥-1.4。
第八透镜L8满足下面的条件：1.93≥Nd8≥1.85，45≥Vd8≥25，其中Nd8表示第八透镜L8材料的d光折射率，Vd8表示第八透镜L8材料的d光阿贝常数。
第二透镜L2与第三透镜L3的胶合面为平面，这样的结构适合镜片的多片加工，大大降低了生产的成本。
第一透镜L1采用高折射、高色散材料制成，高折射有利于大孔径产生的球差，高色散有利于平衡光阑元件r8前面的透镜组和后面的透镜组产生的色差。
所述的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3组成的透镜组的焦距fL1L2L3与第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8组成的透镜组的焦距fL4L5L6L7L8满足以下公式：2≤fL1L2L3/fL4L5L6L7L8≤2.5。
图2至图7为相应于实施例的光学性能曲线图。图2是本发明在25℃时MTF(调制传递函数)曲线图，调制传递函数(MTF)是一定空间频率下，实际像与理想像之间调制度之比相对空间频率的函数。MTF曲线横坐标是空间频率lp/mm(每毫米线对)，纵坐标是对比度(％)。曲线越高，表明成像质量越好。不同的曲线表示不同的像高，T和S分别表示子午和弧矢方向的MTF。由图2知，全视场内，解像力达到90lp/mm>45％，完全满足镜头800万像素要求；图3是本发明在25℃时离焦曲线图，离焦曲线表明对设定空间频率不同视场的子午、弧矢MTF与离焦量的关系，图中横坐标是离焦量，纵坐标是对比度，通过此图可以看出各视场的最佳焦面是否比较一致，MTF是否对离焦比较敏感。由图3可知各视场最佳焦面基本一致，各视场像质均匀清晰；图4是本发明在-45℃时离焦曲线图，由图4可知在低温-45℃时，与25℃离焦曲线相比，无明显离焦，像质清晰；图5是本发明在85℃时离焦曲线图，由图5可知在高温85℃时，与25℃离焦曲线相比，无明显离焦，像质清晰；图6是本发明的场曲曲线图，由常用的F、d、C(F＝0.486um，d＝0.588um，C＝0.656um)三色光的波长来表示，T和S分别表示子午和弧矢量，纵坐标为视场，单位为角度，横坐标为场曲，单位为毫米(mm)；图7是本发明的畸变曲线图，纵坐标为视场，横坐标为畸变的百分比值。畸变曲线图表示不同视场角情况下的畸变大小值，单位为％，由图7可知***的光学畸变∣TVdistortion∣≤5％，属于小畸变，满足道路监控对畸变的设计要求。所以，由图2至图7可知，该光学镜头已将各种像差校正到一个较好的水平。
在本实施案例中，光学***优选参数值如下表：
有效焦距 40mm
F/#(光圈) 1.9
光学后焦 21.6mm
视场角 33°
相对应的各元件的取值如下表
上表中，曲率半径是指每个表面的曲率半径，间距是指两相邻表面间的距离，举例来说，表面1的间距，即表面1与表面2之间的距离。折射率和阿贝数是相对应的元件的折射率和阿贝数，举例来说，第二透镜L2的折射率为63.4、阿贝数为1.62；第三透镜L3的折射率为27.5、阿贝数为1.77。

Claims (8)

1.一种无热化监控镜头，其特征在于：从物侧开始起顺序包括有：
具有正的光焦度的第一透镜(L1),所述的第一透镜(L1)为弯月型凸透镜，凸面朝向物方，凹面朝向像方；
第二透镜(L2)、第三透镜(L3),所述的第二透镜(L2)为正光焦度的凸透镜，所述的第三透镜(L3)为负光焦度的凹透镜，所述的第二透镜(L2)与所述的第三透镜(L3)胶合形成正光焦度的第一胶合镜片(J1)，所述的第一胶合镜片(J1)的凸面朝向物方,凹面朝向像方；
光阑元件(r8)；
第四透镜(L4)、第五透镜(L5),所述的第四透镜(L4)为负光焦度的双凹面透镜,所述的第五透镜(L5)为正光焦度的双凸面透镜，所述的第四透镜(L4)与所述的第五透镜(L5)胶合形成正光焦度的第二胶合镜片(J2)，所述的第二胶合镜片(J2)的凹面朝向物方，凸面朝向像方；
第六透镜(L6)、第七透镜(L7),所述的第六透镜(L6)为负光焦度的凹透镜，所述的第七透镜(L7)为正光焦度、并且所述的第七透镜(L7)为折射率与温度正相关的玻璃凸透镜，所述的第六透镜(L6)与所述的第七透镜(L7)胶合形成正光焦度的第三胶合镜片(J3)，所述的第三胶合镜片(J3)的凹面朝向物方,凸面朝向像方；
具有正光焦度的第八透镜(L8)，所述的第八透镜(L8)的物方表面和像方表面具有相同大小的曲率半径,所述的第八透镜(L8)为折射率与温度正相关的玻璃双凸面透镜；
所述的第一透镜(L1)满足下面的条件：1.85≥Nd1≥1.7，35≥Vd1≥23.5，其中Nd1表示第一透镜(L1)材料的d光折射率，Vd1表示第一透镜(L1)材料的d光阿贝常数。
2.根据权利要求1所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第一透镜(L1)焦距fL1与所述的无热化监控镜头总焦距ff0之间满足：1.2ff0≥fL1≥0.8ff0。
3.根据权利要求1所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第二透镜(L2)满足下面的条件：1.7≥Nd2≥1.6，64≥Vd2≥50，其中Nd2表示第二透镜(L2)材料的d光折射率，Vd2表示第二透镜(L2)材料的d光阿贝常数。
4.根据权利要求1所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第三透镜(L3)满足下面的条件：1.85≥Nd3≥1.6，35≥Vd3≥23.5，其中Nd3表示第三透镜(L3)材料的d光折射率，Vd3表示第三透镜(L3)材料的d光阿贝常数。
5.根据权利要求1所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第四透镜(L4)焦距fL4与所述的第五透镜(L5)焦距fL5之间满足：-0.4≥fL4/fL5≥-1.2。
6.根据权利要求1所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第六透镜(L6)焦距fL6与所述的第七透镜(L7)焦距fL7之间满足：-0.5≥fL6/fL7≥-1.4。
7.根据权利要求1所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第八透镜(L8)满足下面的条件：1.93≥Nd8≥1.85，45≥Vd8≥25，其中Nd8表示第八透镜(L8)材料的d光折射率，Vd8表示第八透镜(L8)材料的d光阿贝常数。
8.根据权利要求1所述的一种无热化监控镜头，其特征在于：所述的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)组成的透镜组的焦距fL1L2L3与第四透镜(L4)、第五透镜(L5)、第六透镜(L6)、第七透镜(L7)、第八透镜(L8)组成的透镜组的焦距fL4L5L6L7L8满足以下公式：2≤fL1L2L3/fL4L5L6L7L8≤2.5。
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