CN111610618A - 一种镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镜头，由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列四个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：1.21≤f1/f’≤1.41；2.25≤TTL/((BFL*f’)1/2)≤2.65；其中，f1为第一透镜组的焦距，f’为所述镜头的焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第四透镜组与所述像面之间的距离。在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好，并且减小了镜头的光学总长。因此，本发明实施例提供了一种体积小、靶面尺寸大、光圈大的镜头。

Description

一种镜头
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种镜头。
背景技术
随着社会的发展，人们的安全防范意识不断提高，安防监控行业也得到高速发展，监控发挥的作用也越来越大。目前监控定焦镜头广泛应用到人们的日常生活中，但是常规的安防监控、路况监控镜头存在如下缺点：
镜头大部分结构简单，靶面尺寸较小，导致采集的图像分辨率较低，拍摄效果一般，图片价值不大。而且现在市面上的变焦镜头大部分光圈较小，导致镜头透光较少，在低照度场景下获取的图像较暗，难以保证图像质量。随着安防向高清化、小型化推进，需要镜头达到更高的性能与更小的体积。因此开发一款体积小、靶面尺寸大、光圈大的镜头变的尤为重要。
发明内容
本发明实施例提供了一种镜头，用以提供一种体积小、靶面尺寸大、光圈大的镜头。
本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和像面；
透镜组满足以下条件：
1.21≤f1/f’≤1.41；
2.25≤TTL/((BFL*f’)1/2)≤2.65；
其中，f1为第一透镜组的焦距，f’为所述镜头的焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第四透镜组与所述像面之间的距离。
进一步地，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二正光焦度透镜和第二负光焦度透镜；
所述第二正光焦度透镜朝向像侧的表面和第二负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；
所述第一正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；
所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；
所述第二正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第二负光焦度透镜包括双凹透镜。
进一步地，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第三正光焦度透镜和第三负光焦度透镜；
所述第三正光焦度透镜朝向像侧的表面和第三负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；
所述第三正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第三负光焦度透镜包括双凹透镜。
进一步地，所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第四正光焦度透镜和第四负光焦度透镜；
所述第四正光焦度透镜朝向像侧的表面和第四负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；
所述第四正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的表面为凸面；
所述第四负光焦度透镜包括双凹透镜。
进一步地，所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第五正光焦度透镜和第六正光焦度透镜；
所述第五正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第六正光焦度透镜包括凸透镜，其朝向物侧的表面为凸面。
进一步地，所述第二正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数均大于等于63。
进一步地，所述第三正光焦度透镜的折射率大于等于1.88。
进一步地，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间设置有孔径光栏。
进一步地，所述第四透镜组和所述像面之间设置有分光装置；
所述分光装置包括两个棱镜，所述两个棱镜的接合面设置有具有分光功能的膜层；每个棱镜的出光侧分别设有对应的像面；
所述接合面所反射出的光线与接收所述光线的像面垂直。
进一步地，所述分光装置的光线入射面与所述接合面的夹角范围为30度至46度。
本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和像面；透镜组满足以下条件：1.21≤f1/f’≤1.41；2.25≤TTL/(BFL*f’)1/2≤2.65；其中，f1为第一透镜组的焦距，f’为所述镜头的焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第四透镜组与所述像面之间的距离。
由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列四个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：1.21≤f1/f’≤1.41；2.25≤TTL/((BFL*f’)1/2)≤2.65；在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好，并且减小了镜头的光学总长。因此，本发明实施例提供了一种体积小、靶面尺寸大、光圈大的镜头。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的镜头结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；
图3为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段-30℃状态的光学传递函数(MTF)曲线图；
图4为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段+70℃状态的光学传递函数(MTF)曲线图；
图5为本发明实施例1提供的镜头在近红外光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种镜头示意图，所述镜头包括从物侧到像侧依次排列的第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4和像面N；
透镜组满足以下条件：
1.21≤f1/f’≤1.41；
2.25≤TTL/((BFL*f’)1/2)≤2.65；
其中，f1为第一透镜组的焦距，f’为所述镜头的焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第四透镜组与所述像面之间的距离。
本发明实施例提供的镜头中的每个透镜组有其对应的焦距f，镜头的焦距为f’，第一透镜组的焦距为f1。为了提供一种大靶面、大光圈的镜头，所述透镜组满足以下关系式：
1.21≤f1/f’≤1.41；
2.25≤TTL/((BFL*f’)1/2)≤2.65；
其中，f1为第一透镜组的焦距，f’为所述镜头的焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第四透镜组与所述像面之间的距离。
由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列四个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：1.21≤f1/f’≤1.41；2.25≤TTL/((BFL*f’)1/2)≤2.65；在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好，并且减小了镜头的光学总长。因此，本发明实施例提供了一种体积小、靶面尺寸大、光圈大的镜头。
一般球面镜片光线在进入镜片后到焦平面时在其边缘部份比中央部分容易产生严重的折射与弯曲，此现象会导致锐利度和对比度降低及光斑的产生，从而使得图像质量下降，此种像差称为球面像差。在本发明实施例中，透镜组满足以下条件：1.21≤f1/f’≤1.41；2.25≤TTL/((BFL*f’)1/2)≤2.65，还可以兼顾镜头长度以及镜头的球面像差和可制造性。
为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一正光焦度透镜L1、第一负光焦度透镜L2、第二正光焦度透镜L3和第二负光焦度透镜L4；
所述第二正光焦度透镜朝向像侧的表面和第二负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；
所述第一正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；
所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；
所述第二正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第二负光焦度透镜包括双凹透镜。
为了进一步使得***能够紧凑，所述第二正光焦度透镜和第二负光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。
所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第三正光焦度透镜L5和第三负光焦度透镜L6；
所述第三正光焦度透镜朝向像侧的表面和第三负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；
所述第三正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第三负光焦度透镜包括双凹透镜。
为了进一步使得***能够紧凑，所述第三正光焦度透镜和第三负光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。
所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第四正光焦度透镜L7和第四负光焦度透镜L8；
所述第四正光焦度透镜朝向像侧的表面和第四负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；
所述第四正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的表面为凸面；
所述第四负光焦度透镜包括双凹透镜。
为了进一步使得***能够紧凑，所述第四正光焦度透镜和第四负光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。
所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第五正光焦度透镜L9和第六正光焦度透镜L10；
所述第五正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第六正光焦度透镜包括凸透镜，其朝向物侧的表面为凸面。
为了提高镜头的折射率，减小镜头总长度，在本发明实施例中，所述第三正光焦度透镜的折射率大于等于1.88。并且，第三正光焦度透镜的折射率大于等于1.88，还可以降低球面像差，提高图像质量。
在本发明实施例中，为了在镜头的全焦段内实现日夜共焦以及无热化，也就是在-30摄氏度至70摄氏度都能清晰成像，在本发明实施例中，所述第二正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数均大于等于63。另外，所述第二正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数均大于等于63，还可以降低图像的色差，从而提高图像质量。其中，第二正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数可以相同也可以不同。
在本发明实施例中，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间设置有孔径光栏P。
其中，孔径光栏位于紧靠第三透镜组前面的位置，用于控制进入***的光束口径及区域。
孔径光栏的口径大小决定了镜头的光圈值以及拍摄时的景深大小，其口径大小可以固定不变，或者根据需要放置可调整口径的孔径光栏以实现通光口径可调，即有可变镜头光圈值和改变景深的目的。
在本发明实施例中，所述第四透镜组和所述像面之间设置有分光装置Q；
所述分光装置包括两个棱镜，所述两个棱镜的接合面设置有具有分光功能的膜层；每个棱镜的出光侧分别设有对应的像面；
所述接合面所反射出的光线与接收所述光线的像面垂直。
为了实现对可见光和红外光分别进行优化，所述镜头还包括分光装置，分光装置为由两个棱镜构成的棱镜组，两个棱镜的接合面设置有具有分光功能的膜层，该膜层可以根据用户要求进行设置，例如可以是反射可见光透过红外光的膜层、反射红外光透过可见光的膜层等等。棱镜组中的两个棱镜可以分别连接成像芯片，例如互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)芯片等。成像芯片分别接收可见光图像和红外光图像，然后通过图像融合算法可以将可见光图像和红外光图像进行融合处理。这样可以实现在低照度环境下，采用较弱的白光补光，结合适当的红外光补光，实现对场景的补光，从而保证融合后的图像质量。避免了现有技术中使用强白光爆闪灯对司机或行人所造成的眩目感。每个棱镜的出光侧分别设有对应的滤光片和像面。为了进一步提高光线反射率和利用率，避免图像亮度较低，接合面所反射出的光线与接收所述光线的像面垂直。
所述分光装置的光线入射面S1面与所述接合面的夹角范围为30度至46度。
在本发明实施例中，分光装置的光线入射面S1面与所述接合面的夹角范围为30度至46度。可以保证接合面反射出的光线能够进入对应的像面，从而保证成像。
本发明实施例采用如上技术方案，实现了一种超大靶面、大光圈、消热差、高分辨率的分光成像***。
下面针对本发明实施例提供的镜头参数进行举例说明。
实施例1：
在具体实施过程中，所述镜头的各个透镜的曲率半径R、中心厚度Tc、折射率Nd、和阿贝常数Vd满足表1所列的条件：
Figure BDA0002563649000000081
Figure BDA0002563649000000091
表1
实施例1所提供的镜头具有如下光学技术指标：
光学总长TTL≤115mm；
镜头焦距f’：55mm；
镜头的视场角：18.2°；
镜头的光学畸变：-0.6％；
镜头***的光圈FNO.：F1.3；
镜头像面尺寸：1.1〞(≥Φ17.6mm)。
下面通过对实施例进行详细的分析，进一步介绍本实施例所提供的成像***。
光学传递函数是用来评价一个该成像***的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明***的成像质量越好，对各种像差(如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等)进行了很好的校正。
如图2所示，为该成像***在可见光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；如图3所示，为该成像***在可见光波段-30℃状态的光学传递函数(MTF)曲线图；如图4所示，为该成像***在可见光波段+70℃状态的光学传递函数(MTF)曲线图；如图5所示，为该成像***在近红外光波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图。从图2—5中可知，该成像***在可见光部分常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高Y’＝8.8mm)MTF平均值达到0.5以上；可见本实施例提供的该成像***，能够达到很高的分辨率，满足1.1英寸1200万像素摄像机的成像要求；同时，在-30℃和+70℃时，本提案所提供的镜头的光学传递函数(MTF)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高Y’＝8.8mm)MTF平均值达到0.45以上，仍能够保持很高的成像质量，确保镜头适应复杂的环境，实现全天候的高清晰度视频监控。
综上所述，本发明实施例提供了一种超大靶面、大光圈、消热差、高分辨率的镜头。采用10个特定结构形状的光学透镜，并按照特定顺序从物侧至像侧依次排列，以及通过各个光学透镜的光焦度的分配，使得该成像***的结构形式，透镜的折射率、阿贝系数等参数与成像条件匹配；从而达到在像面更大的前提下，同时满足超大靶面、大光圈、消热差、高分辨率的需求，具有出色环境适应性；可广泛应用到安防监控领域，尤其是智能交通、道路监控领域。
本提案提出的大靶面镜头，同时满足大光圈、高分辨率成像，且考虑了消热差问题及日夜共焦需求。像面尺寸满足1.1”Sensor要求，光圈达到F1.3，低照效果好；光学设计阶段进行了温度补偿设计，能够使镜头在-30℃——+70℃环境中，成像清晰度几乎不下降；后截距长，能够满足双路sensor(CCD/CMOS)成像时，所需要的硬件及结构设计空间；全视场MTF值在100lp/mm情况下，平均值达到0.5以上，满足目前1200万像素摄相机的分辨率要求。
本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和像面；透镜组满足以下条件：1.21≤f1/f’≤1.41；2.25≤TTL/(BFL*f’)1/2≤2.65；其中，f1为第一透镜组的焦距，f’为所述镜头的焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第四透镜组与所述像面之间的距离。
由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列四个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：1.21≤f1/f’≤1.41；2.25≤TTL/((BFL*f’)1/2)≤2.65；在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好，并且减小了镜头的光学总长。因此，本发明实施例提供了一种体积小、靶面尺寸大、光圈大的镜头。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种镜头，其特征在于，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和像面；
透镜组满足以下条件：
1.21≤f1/f’≤1.41；
2.25≤TTL/((BFL*f’)1/2)≤2.65；
其中，f1为第一透镜组的焦距，f’为所述镜头的焦距，TTL为所述镜头的光学总长，BFL为所述第四透镜组与所述像面之间的距离。
2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一正光焦度透镜、第一负光焦度透镜、第二正光焦度透镜和第二负光焦度透镜；
所述第二正光焦度透镜朝向像侧的表面和第二负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；
所述第一正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；
所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；
所述第二正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第二负光焦度透镜包括双凹透镜。
3.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第三正光焦度透镜和第三负光焦度透镜；
所述第三正光焦度透镜朝向像侧的表面和第三负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；
所述第三正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第三负光焦度透镜包括双凹透镜。
4.如权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第四正光焦度透镜和第四负光焦度透镜；
所述第四正光焦度透镜朝向像侧的表面和第四负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；
所述第四正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向像侧的表面为凸面；
所述第四负光焦度透镜包括双凹透镜。
5.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第五正光焦度透镜和第六正光焦度透镜；
所述第五正光焦度透镜包括双凸透镜；
所述第六正光焦度透镜包括凸透镜，其朝向物侧的表面为凸面。
6.如权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述第二正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数均大于等于63。
7.如权利要求3所述的镜头，其特征在于，所述第三正光焦度透镜的折射率大于等于1.88。
8.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间设置有孔径光栏。
9.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第四透镜组和所述像面之间设置有分光装置；
所述分光装置包括两个棱镜，所述两个棱镜的接合面设置有具有分光功能的膜层；每个棱镜的出光侧分别设有对应的像面；
所述接合面所反射出的光线与接收所述光线的像面垂直。
10.如权利要求9所述的镜头，其特征在于，所述分光装置的光线入射面与所述接合面的夹角范围为30度至46度。
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