CN107422461B - 监控镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种监控镜头包括第一透镜组、第二透镜组和光阑，第一透镜组从物侧到成像面依序包括具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有负光焦度的第三透镜；第二透镜组从物侧到成像面包括具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜和具有负光焦度的第六透镜；第一透镜、第二透镜、第五透镜均采用玻璃球面镜片，第三透镜、第四透镜和第六透镜均采用塑胶非球面镜片，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。本发明通过采用3片塑胶非球面镜片，减少了透镜数量，降低了镜头长度、重量以及制造成本低；通过不同材质镜片的匹配组合、合理的光焦度及空气间隔分配，使镜头的像差得到有效矫正且具有高低温度产生焦点漂移量小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及摄像镜头技术领域，特别涉及一种监控镜头。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展，人们对安防也有了更高层次的认识，监控镜头随即诞生。近年来，监控镜头已经成为安防行业的一大主力军，推动着安防行业不断的前进并且迅速发展，监控镜头的种类也随着安防市场的不断壮阔而日益丰富，但随着监控镜头的广泛使用，人们对其成像效果的优劣、视场角度的大小等性能问题越来越重视。
现有的监控镜头沿光轴从物侧到成像面依序包括第一透镜组、光阑和第二透镜组，通过第一透镜组、光阑和第二透镜组中不同镜片的光学组合，以使达到不同的成像显示效果。
现有的监控镜头普遍存在总长大、视角小、温度影响大、解像品质低、靶面小、成本高等缺陷。如专利文献CN105301739A的日夜共焦镜头使用三片塑料材料非球面镜片以及2片玻璃镜片，其视场角度过小、总长过长；如专利文献CN105388591A的大靶面日夜共焦监控镜头是用的镜片数量多达12片，增加了成本，且视场角度过小，解像品质差；如专利文献CN102323657A安防日夜两用镜头，虽然通过使用多片非球面塑料材料镜片提高镜头分辨率、降低总长，但镜头视场角度不够大、靶面过小。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种视场角大且成像质量高的监控镜头。
一种监控镜头，沿光轴从物侧到成像面包括第一透镜组、第二透镜组和设于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的光阑；
所述第一透镜组从物侧到所述成像面依序包括具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有负光焦度的第三透镜；
所述第二透镜组从物侧到所述成像面依序包括具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜和具有负光焦度的第六透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜均采用玻璃球面镜片，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜均采用塑胶非球面镜片，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。
上述监控镜头为日夜两用广角监控镜头，通过采用三片塑胶非球面镜片的设计，可以减少透镜数量，有效的降低了镜头总长度、重量以及制造成本，进而使得所述监控镜头使用寿命长、稳定性高，同时通过不同材质镜片的匹配组合、合理的光焦度及空气间隔分配，使镜头的像差得到有效矫正且具有高低温度产生焦点漂移量小等优点，所述监控镜头通过所述第一透镜组和所述第二透镜组的组合设计，以使所述监控镜头具有不小于137°视场角和靶面大于1/2.7"的高成像质量效果，所述监控镜头成像清晰、锐利度高、大靶面且可匹配1/2.7"的CMOS芯片。
进一步地，所述第一透镜采用凹面朝向所述成像面的弯月型透镜，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均采用双凸型透镜，所述第三透镜采用双凹型透镜，所述第六透镜采用凸面朝向所述成像面的弯月型透镜。
进一步地，所述监控镜头满足条件式：
其中
表示所述第一透镜光焦度，
表示所述监控镜头的光焦度，
表示所述第一透镜组的组合光焦度，
表示所述第二透镜组的组合光焦度。
进一步地，所述监控镜头满足关系式：3.5<TL/IH<8.5，其中TL表示所述监控镜头的光学总长，IH表示所述监控镜头的半像高。
进一步地，所述监控镜头满足条件式：35＜|V5-V6|＜60，其中V5表示所述第五透镜的阿贝数，V6表示所述第六透镜的阿贝数。
进一步地，所述监控镜头满足条件式：-0.7＜(R61-R62)/(R61+R62)＜-0.2，其中R61表示所述第六透镜物侧面的顶点曲率半径，R62表示所述第六透镜像侧面的顶点曲率半径。
进一步地，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第六透镜的非球面表面形状均满足下列方程：
其中z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c为半径所对应的曲率，h为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)，K为圆锥二次曲线系数，B、C、D、E分别表示四阶、六阶、八阶、十阶径向坐标所对应的系数。
进一步地，所述监控镜头还包括一滤光片，所述滤光片设于所述第六透镜后侧。
进一步地，所述滤光片采用可见光波段滤光片或红外滤光片中的任意一种。
进一步地，所述光阑采用遮光纸制成，且所述光阑的中部设有通光孔，所述通光孔采用圆形的通孔结构。
附图说明
图1为本发明实施例中监控镜头的截面结构示意图；
图2为本发明第一实施例中监控镜头的场曲曲线图；
图3为本发明第一实施例中监控镜头的畸变曲线图；
图4为本发明第一实施例中监控镜头的轴上点球差色差示意图；
图5为本发明第一实施例中监控镜头的MTF曲线；
图6为本发明第一实施例中监控镜头的80℃的解析图；
图7为本发明第一实施例中监控镜头的-20℃的解析图；
图8为本发明第二实施例中监控镜头的场曲曲线图；
图9为本发明第二实施例中监控镜头的畸变曲线图；
图10为本发明第二实施例中监控镜头的轴上点球差色差示意图；
图11为本发明第二实施例中监控镜头的MTF曲线；
图12为本发明第三实施例中监控镜头的场曲曲线图；
图13为本发明第三实施例中监控镜头的畸变曲线图；
图14为本发明第三实施例中监控镜头的轴上点球差色差示意图；
图15为本发明第三实施例中监控镜头的MTF曲线；
主要元素符号说明
| 监控镜头 | 100 | 第一透镜组 | 10 |
| 第一透镜 | 11 | 第二透镜 | 12 |
| 第三透镜 | 13 | 第二透镜组 | 20 |
| 第四透镜 | 21 | 第五透镜 | 22 |
| 第六透镜 | 23 | 光阑 | 30 |
| 滤光片 | 31 | 盖玻璃 | 32 |
| 成像面 | 33 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于更好地理解本发明，下面将结合相关实施例附图对本发明进行进一步地解释。附图中给出了本发明的实施例，但本发明并不仅限于上述的优选实施例。相反，提供这些实施例的目的是为了使本发明的公开面更加的充分。
请参阅图1，为本发明实施例中监控镜头100的截面结构示意图，所述监控镜头100沿光轴从物侧到成像面33包括第一透镜组10、第二透镜组20和设于所述第一透镜组10和所述第二透镜组20之间的光阑30；
所述第一透镜组10从物侧到所述成像面33依序包括具有负光焦度的第一透镜11、具有正光焦度的第二透镜12和具有负光焦度的第三透镜13；
所述第二透镜组20从物侧到所述成像面33依序包括具有正光焦度的第四透镜21、具有正光焦度的第五透镜22和具有负光焦度的第六透镜23；
所述第一透镜11、所述第二透镜12、所述第五透镜22均采用玻璃球面镜片，所述第三透镜13、所述第四透镜21和所述第六透镜23均采用塑胶非球面镜片，且各个透镜的光学中心位于同一直线上。
所述第一透镜11采用凹面朝向所述成像面33的弯月型透镜，所述第二透镜12、所述第四透镜21和所述第五透镜22均采用双凸型透镜，所述第三透镜13采用双凹型透镜，所述第六透镜23采用凸面朝向所述成像面33的弯月型透镜。
所述第三透镜13、所述第四透镜21、所述第六透镜23的非球面表面形状均满足下列方程：
其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c为半径所对应的曲率，h为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)，K为圆锥二次曲线系数，B、C、D、E分别表示四阶、六阶、八阶、十阶径向坐标所对应的系数。当K小于-1时面形曲线为双曲线，等于-1时为抛物线，介于-1到0之间时为椭圆，等于0时为圆形，大于0时为扁圆形。通过以上参数可以精确设定透镜前后两面非球面的面型尺寸。非球面形状满足偶次非球面方程，利用不同的非球面系数，使非球面在***中的作用发挥到最大，得到更加完善的解像力，优选的，通过上述曲面方程可以精确设定所述第三透镜13、所述第四透镜21以及所述第六镜片23非球面的面型，利用非球面对像差的强大校正功能，从而大大提高所述监控镜头100的成像清晰度及锐利度。
所述监控镜头100还包括一滤光片31，所述滤光片31设于所述第六透镜23后侧。
所述滤光片31采用可见光波段滤光片或红外滤光片中的任意一种，可见光与近红外光分别为昼与夜工作波段，通过所述滤光片31的设计，进而抑制非工作波段光透过，可以有效减少光学***的色差和杂光，提升成像效果。
所述光阑30采用遮光纸制成，所述光阑30的作用在于精确调整通光量。为了在光线较暗的场景下拍到清晰的图片，需要较大的光通量镜头，因此通过设置所述光阑30，有利于控制到达所述成像面33的主光线入射角度(CRA)，可将CRA有效的控制在27±3度以内，更符合芯片的入射要求，且利用遮光纸做所述光阑30，进而最大程度的保证了加工的精确性，减少加工误差，便于调整，所述光阑30的中部设有通光孔，所述通光孔用于方便所述光阑30对光线的调节，所述通光孔采用圆形的通孔结构。
具体的，所述光阑30设于所述第三透镜13后侧，可以提高视场角并能更好的配合芯片的入射角度，通过采用遮光纸制作所述光阑30，对镜筒通光孔要求降低，使成型难度下降，提高了生产率且降低了生产成本。
本发明中通过所述第一透镜组10与所述第二透镜组20的组合设计，以达到具有可见光与近红外光不焦面漂移的效果，优选的，所述监控镜头100采用低色散玻璃材料，进而有效的减小了色差，最大程度地减少了紫边现象。
在本发明的所有实施例中，所述监控镜头100的截面结构均如图1所示，所述监控镜头100为日夜两用广角监控镜头，通过采用三片塑胶非球面镜片的设计，可以减少透镜数量，有效的降低了镜头总长度、重量以及制造成本，进而使得所述监控镜头100使用寿命长、稳定性高，同时通过不同材质镜片的匹配组合、合理的光焦度及空气间隔分配，使镜头的像差得到有效矫正且具有高低温度产生焦点漂移量小等优点，所述监控镜头100通过所述第一透镜组10和所述第二透镜组20的组合设计，以使所述监控镜头100具有不小于137°视场角和靶面大于1/2.7"的高成像质量效果，所述监控镜头100成像清晰、锐利度高、大靶面且可匹配1/2.7"的CMOS芯片。
在以下不同的实施例中，所述监控镜头100中各个镜片的相关参数参见各实施例的参数表。
实施例1
请参阅图1，为本发明第一实施例提供的监控镜头100的截面结构示意图，其中本实施例提供的所述监控镜头100中的各个镜片的相关参数请参阅表1。
表1
本实施例中的所述第三透镜13、所述第四透镜21、所述第六透镜23的非球面参数如表2所示。
表2
| 表面序号 | K | B | C | D | E |
| 5 | 3.70E+00 | -6.20E-03 | 2.00E-02 | -6.64E-03 | 1.20E-03 |
| 6 | -8.30E+01 | -2.54E-02 | 2.95E-02 | -1.01E-02 | 1.94E-03 |
| 8 | -2.80E+01 | -2.71E-04 | -1.37E-03 | 2.81E-04 | -3.99E-05 |
| 9 | -1.75E+01 | -3.95E-02 | 8.48E-03 | -2.22E-03 | 1.17E-04 |
| 12 | -3.13E+00 | -2.96E-02 | 6.19E-03 | -9.09E-04 | 5.51E-05 |
| 13 | -1.36E+01 | -9.12E-03 | 3.84E-03 | -4.46E-04 | 2.20E-05 |
请参阅图2和图3，分别为实施例1中的所述监控镜头100的场曲与畸变曲线图，其视场端的轴上点球差色差曲线如图4所示，由图2至图4可以看出：场曲、畸变和轴上点球差色差都被良好矫正。其MTF曲线为图5，体现出镜头良好的分辨率及解像能力。图6与图7为环境温度在80℃与-20℃的解析图，体现出镜头高低温解析良好以及环境温度大幅度变化是焦点漂移量在5um左右。
实施例2
本实施例提供的监控镜头100与第一实施例大抵相同，不同之处在于，本实施当中监控镜头的各个镜片的相关参数与第一实施例当中的各个镜片的相关参数存在差异。请参阅表3，为本实施例当中的所述监控镜头100的各个镜片的相关参数。
表3
本实施例中的所述第三透镜13、所述第四透镜21、所述第六透镜23的非球面参数如表4所示。
表4
| 表面序号 | K | B | C | D | E |
| 5 | 3.71E+00 | -1.25E-02 | 1.95E-02 | -6.26E-03 | 1.15E-03 |
| 6 | -6.32E+01 | -2.76E-02 | 2.76E-02 | -1.01E-02 | 2.07E-03 |
| 8 | -2.28E+01 | -4.88E-04 | -1.30E-03 | 6.11E-05 | 1.04E-05 |
| 9 | -1.36E+01 | -3.66E-02 | 7.84E-03 | -2.53E-03 | 1.43E-04 |
| 12 | -2.85E+00 | -2.75E-02 | 6.08E-03 | -1.05E-03 | 7.38E-05 |
| 13 | -1.17E+01 | -6.18E-03 | 3.41E-03 | -4.28E-04 | 2.36E-05 |
请参阅图8和图9，为实施例2提供的所述监控镜头100的场曲与畸变曲线，其视场端的轴上点球差色差曲线如图10所示，其MTF曲线如图11所示，根据图8至图11可以看出，所述监控镜头100的场曲、畸变和轴上点球差色差都被良好矫正，同时具有良好的解像能力。
实施例3
本实施例提供的监控镜头100与第一实施例大抵相同，不同之处在于，本实施当中所述监控镜头100的各个镜片的相关参数与第一实施例当中的各个镜片的相关参数存在差异。请参阅表5，为本实施例当中的所述监控镜头100的各个镜片的相关参数。
表5
本实施例的所述第三透镜13、所述第四透镜21、所述第六透镜23的非球面参数如表6所示。
表6
| 表面序号 | K | B | C | D | E |
| 5 | 3.66E+00 | -1.00E-02 | 1.95E-02 | -6.52E-03 | 1.26E-03 |
| 6 | -1.61E+02 | -2.72E-02 | 2.81E-02 | -1.04E-02 | 2.09E-03 |
| 8 | -2.92E+01 | 1.99E-04 | -1.07E-03 | 2.90E-04 | -6.54E-05 |
| 9 | -1.43E+01 | -3.82E-02 | 8.36E-03 | -2.37E-03 | 9.91E-05 |
| 12 | -3.20E+00 | -2.88E-02 | 6.05E-03 | -9.67E-04 | 6.15E-05 |
| 13 | -1.51E+01 | -7.73E-03 | 3.66E-03 | -4.64E-04 | 2.44E-05 |
请参阅图12和13，为实施例3提供的所述监控镜头100的场曲与畸变曲线，其视场端的轴上点球差色差曲线如图14所示，其MTF曲线如图15所示，根据图12至图15可以看出，所述监控镜头100的场曲、畸变和轴上点球差色差都被良好矫正，同时具有良好的解像能力。
请参阅表7，所述为上述3个实施例当中各实施例对应的光学特性，包括***焦距f、光圈数F#、***总长TL、视场角2θ，以及与前面每个条件式对应的数值。
表7
为限制***的总长，并确保***具有足够好的成像品质，所述监控镜头100满足关系式：3.5<TL/IH<8.5；
其中，TL表示所述监控镜头100的光学总长，IH表示所述监控镜头100的半像高。当TL/IH的值超过上限时，整体所述监控镜头100的总长过长，或者说如果整体缩短***总长的情况下，像高会不足；当TL/IH的值超过下限时，由于各透镜的光焦度过大，镜头像差矫正困难，解像能力显著下降。
本发明中，为在良好的矫正像差的同时提供合适的镜头尺寸，所述监控镜头100满足条件式：
其中
表示所述第一透镜11的光焦度，
表示所述监控镜头100的光焦度，
表示所述第一透镜组10的组合光焦度，
表示所述第二透镜组20的组合光焦度。
当
的值超过上限时，所述第一透镜11的光焦度过强，虽然能够达到快速收光的目的，使***总长变小，但其产生的象散、场曲、畸变过大，很难矫正，同时其镜片的曲率半径会缩小，提高加工难度，并增大***误差；当
的值超过下限时，所述第一透镜11的光焦度减弱，上述各种像差相对减小，但其屈光能力下降导致***加长。
条件式
定义了所述第一透镜组10和整个透镜***的光焦度之比，可有效的将宽视场角物面光汇聚进入所述监控镜头100内，且面产生较大像差。当
的值超过上限时，所述第一透镜组10的光焦度过强，虽然能够使***总长变小，但其产生的球差过大，很难矫正；当
的值超过下限时，所述第三透镜13的光焦度减弱，球差相对减小，但其屈光能力下降导致***总长加长。
条件式
定义了所述第二透镜组20和整个透镜组的光焦度之比，所述第二透镜组20的组合光焦度与所述第一透镜组10形成呼应，可有效的配合所述第一透镜组10，并合理去除像差。当
的值超过上限时，所述第六透镜23的光焦度过强，能够使***总长变小，但其产生的球差、象散、场曲过大，很难矫正；当
的值超过下限时，所述第六透镜23的光焦度减弱，上述像差相对减小，但其屈光能力下降导致***加长。
为矫正色差，所述监控镜头100满足条件式：35＜|V5-V6|＜60，其中V5表示所述第五透镜22的阿贝数，V6表示所述第六透镜23的阿贝数；
其中V5表示所述第五透镜22的阿贝数，V6表示所述第六透镜23的阿贝数。当|V5-V6|的值超过下限时，色差的矫正不足；当|V5-V6|的值超过上限时，则材料选择困难。
为矫正场曲和畸变，所述监控镜头100满足条件式：-0.7＜(R61-R62)/(R61+R62)＜-0.2；
其中，R61表示所述第六透镜23物侧面的顶点曲率半径，R62表示所述第六透镜23像侧面的顶点曲率半径。上述关系式定义了具有负光焦度的所述第六透镜23的形状，当(R61-R62)/(R61+R62)的值超过上限时，其畸变会减小，但场曲矫正困难；当(R61-R62)/(R61+R62)的值超过下限时，其场曲会减小，但畸变矫正困难。
综上，本发明与现有技术相比具有以下的优点：
(1)本发明的镜头采用3片塑胶非球面镜片，可以减少透镜数量，有效降低镜头长度、重量以及制造成本低；同时通过不同材质镜片的匹配组合、合理的光焦度及空气间隔分配，使镜头的像差得到有效矫正成像效果好且具有高低温度产生焦点漂移量小等优点；
(2)本发明的镜头为具有可见光与近红外光不焦面漂移；
(3)本发明的镜头成像清晰、锐利度高、大靶面等优点，可匹配1/2.7"的CMOS芯片；
(4)本发明的镜头可达到137°以上的大视场角；
(5)本发明的镜头采用了低色散玻璃材料，有效减小色差，最大程度地减少紫边现象。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种监控镜头，由六片透镜组成，沿光轴从物侧到成像面包括第一透镜组、第二透镜组和设于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的光阑，其特征在于：
所述第一透镜组从物侧到所述成像面依序包括具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有负光焦度的第三透镜；
所述第二透镜组从物侧到所述成像面依序包括具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜和具有负光焦度的第六透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜均采用玻璃球面镜片，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜均采用塑胶非球面镜片，且各个透镜的光学中心位于同一直线上；
所述第一透镜采用凹面朝向所述成像面的弯月型透镜，所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均采用双凸型透镜，所述第三透镜采用双凹型透镜，所述第六透镜采用凸面朝向所述成像面的弯月型透镜；
所述监控镜头满足关系式：3.5<TL/IH<8.5，其中TL表示所述监控镜头的光学总长，IH表示所述监控镜头的半像高。
2.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，所述监控镜头满足条件式：
-1.50＜φ11/φ＜-0.5；
-1.70＜φ1/φ＜-0.7；
0.6＜φ2/φ＜1.6；
其中φ11表示所述第一透镜光焦度，φ表示所述监控镜头的光焦度，φ1表示所述第一透镜组的组合光焦度，φ2表示所述第二透镜组的组合光焦度。
3.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，所述监控镜头满足条件式：35＜|V5-V6|＜60，其中V5表示所述第五透镜的阿贝数，V6表示所述第六透镜的阿贝数。
4.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，所述监控镜头满足条件式：-0.7＜(R61-R62）/(R61+R62)＜-0.2，其中R61表示所述第六透镜物侧面的顶点曲率半径，R62表示所述第六透镜像侧面的顶点曲率半径。
5.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第六透镜的非球面表面形状均满足下列方程：
其中z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c为半径所对应的曲率，h为径向坐标，K为圆锥二次曲线系数，B、C、D、E分别表示四阶、六阶、八阶、十阶径向坐标所对应的系数。
6.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，所述监控镜头还包括一滤光片，所述滤光片设于所述第六透镜后侧。
7.根据权利要求6所述的监控镜头，其特征在于，所述滤光片采用可见光波段滤光片或红外滤光片中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的监控镜头，其特征在于，所述光阑采用遮光纸制成，且所述光阑的中部设有通光孔，所述通光孔采用圆形的通孔结构。
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