CN105259638A - 一种大通光高清定焦非球面镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大通光高清定焦非球面镜头，包括镜片、光阑和滤光片，光阑位于镜头光路中段，光阑通光孔设于镜头中轴上，镜片数量为六，分别组成入瞳组和出瞳组；入瞳组位于光阑入瞳侧，其总体光焦度为负，入瞳组光路方向上顺序设置透镜（A1）、非球面透镜（A2）、透镜（A3），透镜（A3）紧贴光阑设置；出瞳组位于光阑出瞳侧，其总体光焦度为正，出瞳组光路方向上顺序设置非球面透镜（B1）、凸透镜（B2）和凹透镜（B3），其中凸透镜（B2）和凹透镜（B3）以其相对的凸面和凹面胶合固定为一体，滤光片位于出瞳组的光出射方向上。本发明通过在镜头内使用非球面镜片，能在加大镜头通光量的同时把镜片像差控制在可接受范围。

Description

一种大通光高清定焦非球面镜头

技术领域

本发明涉及光学成像设备，尤其是一种大通光高清定焦非球面镜头。

背景技术

网络摄像机是安防***中的常用设备，而镜头是网络摄像机的主要构成部分，镜头性能直接影响成像质量及成像视野，在镜头设计中，加大通光量是提高成像质量的有效方法，但加大通光量意味着透镜受光面积的增大，有可能增大镜片像差，当镜头的像差矫正能力不足时，很容易因镜片像差增大而引起图像劣化，因此，如何在加大通光量的同时，把镜头内的镜片像差控制在可接受范围，是一个研究方向。

发明内容

本发明提出一种大通光高清定焦非球面镜头，通过在镜头内使用非球面镜片，能在加大镜头通光量的同时把镜片像差控制在可接受范围。

本发明采用以下方案。

一种大通光高清定焦非球面镜头，所述镜头包括镜片、光阑和滤光片，所述光阑位于镜头光路中段，光阑通光孔设于镜头中轴上，所述镜片数量为六，分别组成入瞳组和出瞳组；所述入瞳组位于光阑入瞳侧，其总体光焦度为负，入瞳组光路方向上顺序设置透镜（A1）、非球面透镜（A2）、透镜（A3），透镜（A3）紧贴光阑设置；所述出瞳组位于光阑出瞳侧，其总体光焦度为正，出瞳组光路方向上顺序设置非球面透镜（B1）、凸透镜（B2）和凹透镜（B3），其中凸透镜（B2）和凹透镜（B3）以其相对的凸面和凹面胶合固定为一体，形成双胶合透镜结构，所述滤光片位于出瞳组的光出射方向上。

所述透镜（A1）为凸凹透镜，所述非球面透镜（A2）为负月牙形非球面透镜，所述透镜（A3）为负月牙形透镜，所述非球面透镜（B1）为双凸非球面透镜。

所述凸透镜（B2）以冕牌玻璃成型，凹透镜（B3）以火石玻璃成型。

所述凸透镜（B2）与凹透镜（B3）之间以特种树胶胶合。

沿光路方向上的各透镜光入射面及出射面，其规格尺寸分别为:

透镜（A1）光入射面曲率半径35mm，厚度0.7mm，半口径4.1mm。

透镜（A1）光出射面曲率半径3mm，厚度2.5mm，半口径2.6mm。

非球面透镜（A2）光入射面曲率半径-5mm，厚度2.2mm，半口径2.8mm。

非球面透镜（A2）光出射面曲率半径-7mm，厚度0.9mm，半口径2.8mm。

透镜（A3）光入射面曲率半径-14mm，厚度1.7mm，半口径3.1mm。

透镜（A3）光出射面曲率半径-6mm，厚度0.1mm，半口径3.4mm。

非球面透镜（B1）光入射面曲率半径18mm，厚度2.5mm，半口径3.9mm。

非球面透镜（B1）光出射面曲率半径-6mm，厚度0.1mm，半口径4mm。

凸透镜（B2）光入射面曲率半径36mm，厚度2.3mm，半口径3.75mm。

凸透镜（B2）和凹透镜（B3）胶合固定面曲率半径-7mm，厚度0.7mm，半口径3.75mm。

凹透镜（B3）光出射面曲率半径-30mm，厚度5.8mm，半口径4mm。

光路中光阑尺寸为厚度2.3mm，半口径3mm。

所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路相对孔径F=1.4。

当入射光光谱谱线在480nm～850nm时，所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路焦距f′=3.8mm。

所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路视场角2w≥140°，像方像视场2η′≥Ф6.6mm。

所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路总长∑≤22mm，光学后截距L’≥6mm。

本发明中，镜片数量为六，分别组成入瞳组和出瞳组；所述入瞳组位于光阑入瞳侧，其总体光焦度为负，入瞳组光路方向上顺序设置透镜（A1）、非球面透镜（A2）、透镜（A3），本发明在镜头光路的入瞳组中使用了非球面镜头，其位于接受外界光线的透镜（A1）后方，由于非球面镜头对镜片像差的矫正能力较强，因此可以较好地矫正外界光线经大通光透镜镜片进入光路时产生的球差。

本发明入瞳组中，透镜（A3）紧贴光阑设置，由于透镜（A3）为薄的凸透镜，该设计可以把经非球面透镜（A2）矫正的光线高效地传入光阑，而且不会产生倍率色差。

本发明中，出瞳组位于光阑出瞳侧，其总体光焦度为正，出瞳组光路方向上顺序设置非球面透镜（B1）、凸透镜（B2）和凹透镜（B3），本发明在镜头光路的出瞳组中使用了非球面透镜，其位于光阑出瞳处，由于由于非球面镜头对镜片像差的矫正能力较强，因此可以很好地矫正进入出瞳组的光线慧差，以及纠正像差中的高级量。

在本发明中，入瞳组非球面透镜主要矫正球差，出瞳组非球面透镜主要矫正慧差及高级量象差，这不仅能与入瞳组、出瞳组内的光路特征相匹配，而且由于可以针对不同像差来选用非球面镜，因此可以降低镜片生产难度，减少镜片成本。

本发明所述产品的出瞳组中，凸透镜（B2）和凹透镜（B3）以其相对的凹凸面胶合固定为一体，凸透镜（B2）以冕牌玻璃成型，凹透镜（B3）以火石玻璃成型。该结构由两块相互接触的薄透镜形成了消色差结构，结构中的凸透镜与凹透镜分别由阿贝数不同的冕牌玻璃和火石玻璃成型，而且令凸透镜第二个面与凹透镜第一个面有相同的曲率半径并胶合在一起，通过适当地分配两透镜光焦度，可以消除镜头的位置色差，提升镜头指标。

本发明中，入瞳组总体光焦度为负，出瞳组总体光焦度为正，且对球差、慧差、色差、像差高级量的矫正均有专属的镜片组合和光阑来实现，这提升了镜头对不同温度环境的适应能力，在不同温度下，各镜片的热胀冷缩效应近似，但由于光路矫正均由专属的镜片组合和光阑实现，使得热胀冷缩后的各镜片对光传输过程的矫正功能仍可以相互匹配，不会因温度的变化而影响镜头对球差、慧差、色差、CRA的矫正，镜头在高温或低温环境下仍能正常工作。

本发明的光路采用多个镜片，光路中各镜片的光焦度合理分配，且有专门用于消除色差的胶合镜片结构，这使得镜头在480～850nm的波长范围的像差得到合理的校正和平衡。使得镜头不仅能在白昼的光照环境下清晰成像，在夜间极低照度环境下，通过红外补光，也能清晰成像。

本发明中，在出瞳组内设置用于矫正色散的双胶合透镜结构，可以在光路整体上保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，从而降低镜头敏感性，降低镜头成本，便于生产。同时确保在不同工作光线波段中，入瞳组和出瞳组的光焦度仍保持反向，以提高镜头应用场合的广泛性。

由本发明所述方案中各透镜的尺寸特征可知，本发明采用的镜头镜片R值适中，在减轻镜片装配难度的同时，也降低了加工成本，而且有助于降低镜头的光学敏感度。

本发明中，滤光片位于出瞳组的光出射方向上，即位于光路末端，由于本镜头是大通光量镜头，通光面积较大，在光路末端设置滤光片，有助于过滤杂色，消除偏光（反射的杂光），从而进一步提升成像品质。

本发明中，入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路相对孔径F=1.4，拥有较大的通光量，使得镜头进光量充足，可在环境较昏暗下使用。

本发明中，所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路总长∑≤22mm，光学后截距L’≥6mm。光路总长较短，有助于镜头设计的小型化。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明；

附图1是本发明所述镜头的结构示意图；

附图2是本发明所述镜头在可见光下的MTF图；

附图3是本发明所述镜头在夜间红外补光时的MTF图；

图中：1-透镜（A1）；2-非球面透镜（A2）；3-透镜（A3），21-非球面透镜（B1），22-凸透镜（B2），23-凹透镜（B3），31-光阑，32-滤光片。

具体实施方式

如图1所示，一种大通光高清定焦非球面镜头，所述镜头包括镜片、光阑31和滤光片32，所述光阑31位于镜头光路中段，光阑31通光孔设于镜头中轴上，所述镜片数量为六，分别组成入瞳组和出瞳组；所述入瞳组位于光阑31入瞳侧，其总体光焦度为负，入瞳组光路方向上顺序设置透镜（A1）1、非球面透镜（A2）2、透镜（A3）3，透镜（A3）3紧贴光阑31设置；所述出瞳组位于光阑31出瞳侧，其总体光焦度为正，出瞳组光路方向上顺序设置非球面透镜（B1）21、凸透镜（B2）22和凹透镜（B3）23，其中凸透镜（B2）22和凹透镜（B3）23以其相对的凸面和凹面胶合固定为一体，形成双胶合透镜结构，所述滤光片32位于出瞳组的光出射方向上。

所述透镜（A1）1为凸凹透镜，所述非球面透镜（A2）2为负月牙形非球面透镜，所述透镜（A3）3为负月牙形透镜，所述非球面透镜（B1）21为双凸非球面透镜。

所述凸透镜（B2）22以冕牌玻璃成型，凹透镜（B3）23以火石玻璃成型。

所述凸透镜（B2）22与凹透镜（B3）23之间以特种树胶胶合。

沿光路方向上的各透镜光入射面及出射面，其规格尺寸分别为:

透镜（A1）1光入射面曲率半径35mm，厚度0.7mm，半口径4.1mm。

透镜（A1）1光出射面曲率半径3mm，厚度2.5mm，半口径2.6mm。

非球面透镜（A2）2光入射面曲率半径-5mm，厚度2.2mm，半口径2.8mm。

非球面透镜（A2）2光出射面曲率半径-7mm，厚度0.9mm，半口径2.8mm。

透镜（A3）3光入射面曲率半径-14mm，厚度1.7mm，半口径3.1mm。

透镜（A3）3光出射面曲率半径-6mm，厚度0.1mm，半口径3.4mm。

非球面透镜（B1）21光入射面曲率半径18mm，厚度2.5mm，半口径3.9mm。

非球面透镜（B1）21光出射面曲率半径-6mm，厚度0.1mm，半口径4mm。

凸透镜（B2）22光入射面曲率半径36mm，厚度2.3mm，半口径3.75mm。

凸透镜（B2）22和凹透镜（B3）23胶合固定面曲率半径-7mm，厚度0.7mm，半口径3.75mm。

凹透镜（B3）23光出射面曲率半径-30mm，厚度5.8mm，半口径4mm。

光路中光阑31尺寸为厚度2.3mm，半口径3mm。

所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路相对孔径F=1.4。

当入射光光谱谱线在480nm～850nm时，所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路焦距f′=3.8mm。

所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路视场角2w≥140°，像方像视场2η′≥Ф6.6mm。

所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路总长∑≤22mm，光学后截距L’≥6mm。

经装配后，该镜头可实现的技术指标如下：

焦距f′=3.8mm；相对孔径F=1.4；视场角2w≥120°(像方像视场2η′≥Ф6.6mm)；畸变＜-12%；分辨率可与300万像素高分辨率CCD或CMOS摄像机适配；光路总长∑≤22mm，光学后截距L’≥6mm；适用谱线范围：480nm～850nm。

当白天光照充足时，本镜头正常工作，其MTF如图2所示，当夜间时，以红外补光，其MTF如图3所示，从图2和图3可知，可见光和红外光透过镜头后焦面的距离相差很小，可见光成像时，中心视场120线对处大于0.6，边缘视场120线对处大于0.4；红外0.85mm波长成像时，中心视场120线对处大于0.6，边缘视场120线对处大于0.33，真正实现日夜共焦。在同一像面上能同时满足两种波段成像要求，也就是可以满足日夜两用摄像机的镜头要求。

Claims (9)

1.一种大通光高清定焦非球面镜头，其特征在于：所述镜头包括镜片、光阑和滤光片，所述光阑位于镜头光路中段，光阑通光孔设于镜头中轴上，所述镜片数量为六，分别组成入瞳组和出瞳组；所述入瞳组位于光阑入瞳侧，其总体光焦度为负，入瞳组光路方向上顺序设置透镜（A1）、非球面透镜（A2）、透镜（A3），透镜（A3）紧贴光阑设置；所述出瞳组位于光阑出瞳侧，其总体光焦度为正，出瞳组光路方向上顺序设置非球面透镜（B1）、凸透镜（B2）和凹透镜（B3），其中凸透镜（B2）和凹透镜（B3）以其相对的凸面和凹面胶合固定为一体，形成双胶合透镜结构，所述滤光片位于出瞳组的光出射方向上。

2.根据权利要求1所述的一种大通光高清定焦非球面镜头，其特征在于：所述透镜（A1）为凸凹透镜，所述非球面透镜（A2）为负月牙形非球面透镜，所述透镜（A3）为负月牙形透镜，所述非球面透镜（B1）为双凸非球面透镜。

3.根据权利要求1所述的一种大通光高清定焦非球面镜头，其特征在于：所述凸透镜（B2）以冕牌玻璃成型，凹透镜（B3）以火石玻璃成型。

4.根据权利要求1所述的一种大通光高清定焦非球面镜头，其特征在于：所述凸透镜（B2）与凹透镜（B3）之间以特种树胶胶合。

5.根据权利要求1所述的一种大通光高清定焦非球面镜头，其特征在于：沿光路方向上的各透镜光入射面及出射面，其规格尺寸分别为；

透镜（A1）光入射面曲率半径35mm，厚度0.7mm，半口径4.1mm；

透镜（A1）光出射面曲率半径3mm，厚度2.5mm，半口径2.6mm；

非球面透镜（A2）光入射面曲率半径-5mm，厚度2.2mm，半口径2.8mm；

非球面透镜（A2）光出射面曲率半径-7mm，厚度0.9mm，半口径2.8mm；

透镜（A3）光入射面曲率半径-14mm，厚度1.7mm，半口径3.1mm；

透镜（A3）光出射面曲率半径-6mm，厚度0.1mm，半口径3.4mm；

非球面透镜（B1）光入射面曲率半径18mm，厚度2.5mm，半口径3.9mm；

非球面透镜（B1）光出射面曲率半径-6mm，厚度0.1mm，半口径4mm；

凸透镜（B2）光入射面曲率半径36mm，厚度2.3mm，半口径3.75mm；

凸透镜（B2）和凹透镜（B3）胶合固定面曲率半径-7mm，厚度0.7mm，半口径3.75mm；

凹透镜（B3）光出射面曲率半径-30mm，厚度5.8mm，半口径4mm；

光路中光阑尺寸为厚度2.3mm，半口径3mm。

6.根据权利要求1所述的一种大靶面日夜共焦高清定焦镜头，其特征在于：所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路相对孔径F=1.4。

7.根据权利要求6所述的一种大靶面日夜共焦高清定焦镜头，其特征在于：当入射光光谱谱线在480nm～850nm时，所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路焦距f′=3.8mm。

8.根据权利要求7所述的一种大靶面日夜共焦高清定焦镜头，其特征在于：所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路视场角2w≥140°，像方像视场2η′≥Ф6.6mm。

9.根据权利要求8所述的一种大靶面日夜共焦高清定焦镜头，其特征在于：所述入瞳组、光阑和出瞳组所形成的光路总长∑≤22mm，光学后截距L’≥6mm。