CN112526728A - 一种定焦镜头 - Google Patents

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CN112526728A CN202011577389.8A CN202011577389A CN112526728A CN 112526728 A CN112526728 A CN 112526728A CN 202011577389 A CN202011577389 A CN 202011577389A CN 112526728 A CN112526728 A CN 112526728A
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张磊
何剑炜
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Abstract

本发明实施例公开了一种定焦镜头，包括：沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；第一透镜具有负光焦度，第二透镜具有正光焦度，第三透镜具有负光焦度，第四透镜具有正光焦度，第五透镜具有正光焦度，第六透镜具有负光焦度和第七透镜具有正光焦度；第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，第五透镜的焦距为f5，第六透镜的焦距为f6，第七透镜的焦距为f7，光学***的焦距为f；其中，‑1.91<f1/f<‑1.10，f2/f＞1.8，f3/f＞‑3.40，1.70<f4/f<2.63，1.78<f5/f<3.20，‑1.88<f6/f<‑1.01，1.16<f7/f<2.33。在保证定焦镜头的超大通光量、低成本的前提下，提高成像质量，实现低照度条件下的监控需求。

Description

一种定焦镜头
技术领域
本发明实施例涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。
背景技术
目前安防相机夜间拍摄的解决方案为双波段共焦技术，即在白天光线充足时，相机采用可见光接收模式；当处于夜晚微光环境中，相机采用可见光与红外(850nm)共同接收的模式进行监控，以保障更大的进光量；为了实现这一功能，要求镜头具备可见光波段与红外波段共焦点的特性，即可见光与红外光焦点的偏移量在红外光的焦深范围内。在夜晚和黄昏时，更大的通光意味着更好的拍摄效果，目前主流的镜头光圈为F2.0，且第一枚镜片大都为塑胶材质，不能完全满足客户对于镜头外观的要求，同时，很多安防相机在使用的过程中，会出现紫边现象，即短波处的成像质量较差，造成拍摄效果不佳。
因此开发一款日夜共焦、超大通光量、广角同时紫边较好的镜头显得很有必要。
发明内容
本发明实施例提供一种定焦镜头，保证超大通光量，提高成像质量，实现低照度条件下的监控需求。
本发明实施例提供一种定焦镜头，该定焦镜头包括：沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有正光焦度，所述第三透镜具有负光焦度，所述第四透镜具有正光焦度，所述第五透镜具有正光焦度，所述第六透镜具有负光焦度和所述第七透镜具有正光焦度；
所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4，所述第五透镜的焦距为f5，所述第六透镜的焦距为f6，所述第七透镜的焦距为f7，光学***的焦距为f；
其中，-1.91<f1/f<-1.10，f2/f＞1.8，f3/f＞-3.40，1.70<f4/f<2.63，1.78<f5/f<3.20，-1.88<f6/f<-1.01，1.16<f7/f<2.33。
可选的，所述第一透镜和所述第四透镜均为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。
可选的，透镜邻近所述物面一侧的表面为物方表面，透镜邻近所述像面一侧的表面为像方表面；
所述第一透镜的物方表面朝向所述物面凸起，所述第一透镜的像方表面朝向所述物面凸起；所述第二透镜的物方表面朝向所述像面凸起，所述第二透镜的像方表面朝向所述像面凸起；所述第四透镜的物方表面朝向所述物面凸起，所述第四透镜的像方表面朝向所述像面凸起；所述第五透镜的物方表面朝向所述物面凸起，所述第五透镜的像方表面朝向所述像面凸起；所述第六透镜的物方表面朝向所述像面凸起，所述第六透镜的像方表面朝向所述物面凸起；所述第七透镜的物方表面朝向所述物面凸起，所述第七透镜的像方表面朝向所述像面凸起。
可选的，所述第二透镜的折射率为n2；所述第三透镜的折射率为n3；所述第四透镜的折射率为n4；所述第五透镜的折射率为n5；所述第六透镜的折射率为n6；所述第七透镜的折射率为n7；
其中，1.57<n2<1.68，1.50<n3<1.55，1.40<n4<1.64，1.50<n5<1.55，1.57<n6<1.68，1.50<n7<1.55。
可选的，所述第二透镜的阿贝数为v2；所述第三透镜的阿贝数为v3；所述第四透镜的阿贝数为v4；所述第五透镜的阿贝数为v5；所述第六透镜的阿贝数为v6；所述第七透镜的阿贝数为v7；
其中，19.1<v2<30.4，55.0<v3<57.1，67.1<v4<97.0，55.0<v5<57.1，19.1<v6<30.4，55.0<v7<57.1。
可选的，所述定焦镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第四透镜和所述第五透镜之间的光路中。
可选的，所述第七透镜像方表面的光轴中心至像面的距离为BFL，所述第一透镜物方表面至像面的距离为TTL，其中，BFL/TTL≥0.17。
可选的，所述定焦镜头的光圈数F满足1.4≤F≤1.6。
可选的，所述定焦镜头的视场角为FOV，其中，FOV≥144°。
本发明通过提供一种定焦镜头，通过合理设置定焦镜头中的透镜数量、各透镜的光焦度以及各个透镜焦距之间的相对关系，在低成本的前提下，保证定焦镜头前后组镜片的入射角大小的均衡性，降低镜头的敏感性，提高生产的可能性，保证定焦镜头具有较高的解像力，满足-40℃～80℃摄氏度下正常使用，且拍摄画面无紫边，实现超大通光量，提高成像质量，满足高清像质需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。
图1为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的球差曲线图；
图3为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的色差曲线图；
图4为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的场曲畸变曲线图；
图5为本发明实施例二提供的一种定焦镜头的结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的一种定焦镜头的球差曲线图；
图7为本发明实施例二提供的一种定焦镜头的色差曲线图；
图8为本发明实施例二提供的一种定焦镜头的场曲畸变曲线图；
图9为本发明实施例三提供的一种定焦镜头的结构示意图；
图10为本发明实施例三提供的一种定焦镜头的球差曲线图；
图11为本发明实施例三提供的一种定焦镜头的色差曲线图；
图12为本发明实施例三提供的一种定焦镜头的场曲畸变曲线图；
图13为本发明实施例四提供的一种定焦镜头的结构示意图；
图14为本发明实施例四提供的一种定焦镜头的球差曲线图；
图15为本发明实施例四提供的一种定焦镜头的色差曲线图；
图16为本发明实施例四提供的一种定焦镜头的场曲畸变曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例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所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的包括：沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103、第四透镜104、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107；
第一透镜101具有负光焦度，第二透镜102具有正光焦度，第三透镜103具有负光焦度，第四透镜104具有正光焦度，第五透镜105具有正光焦度，第六透镜106具有负光焦度和第七透镜107具有正光焦度；
第一透镜101的焦距为f1，第二透镜102的焦距为f2，第三透镜103的焦距为f3，第四透镜104的焦距为f4，第五透镜105的焦距为f5，第六透镜106的焦距为f6，第七透镜107的焦距为f7，光学***的焦距为f；
其中，-1.91<f1/f<-1.10，f2/f＞1.8，f3/f＞-3.40，1.70<f4/f<2.63，1.78<f5/f<3.20，-1.88<f6/f<-1.01，1.16<f7/f<2.33。
示例性的，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学***偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的***(即透镜组)。在本实施例提供的定焦镜头中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，设置第一透镜101为负光焦度透镜，用于控制光学***光线入射角；第二透镜102为正焦距透镜，第三透镜103为负焦距透镜，通过第二透镜102与第三透镜103采用正负焦距组合的形式，有利于分担整个***的光焦度，从而有利于整个结构的公差，降低了装配的敏感度；第四透镜104为正光焦度透镜，用于聚焦光束；第三透镜103和第六透镜106为负光焦度透镜，第二透镜102、第五透镜105和第七透镜107均为正光焦度透镜，用于矫正高级像差，包括场曲、慧差、像散等像差。整个定焦镜头的光焦度按照一定比例分配，保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，以降低镜头的敏感性，提高生产的可能性。同时合理分配各个透镜间的焦距，使成像***球差和场曲同时小，保证轴上和离轴视场像质，且在可见光聚焦清晰的情况下，无需调焦即可对红外也成清晰像。
可选的，第一透镜101和第四透镜104均为玻璃球面透镜，第二透镜102、第三透镜103、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107均为塑胶非球面透镜。
其中，非球面透镜起到矫正场曲、像散、球差、慧差等像差的作用。由于塑料材质的透镜成本远低于玻璃材质的透镜成本，本发明实施例提供的定焦镜头中，通过设置5片塑胶非球面镜片，像质好，成本低。且因两类材质具有互相补偿作用，可保证定焦镜头在高低温环境下仍可正常使用。
可选的，定焦镜头还包括光阑，光阑设置在第四透镜104和第五透105镜之间的光路中。
其中，通过将光阑设置在第四透镜104和第五透镜105之间的光路中，可以调节光束的传播方向，调整光线入射角，有利于进一步提高成像质量。
可选的，透镜邻近物面一侧的表面为物方表面，透镜邻近像面一侧的表面为像方表面；
第一透镜的物方表面朝向物面凸起，第一透镜的像方表面朝向物面凸起；第二透镜的物方表面朝向像面凸起，第二透镜的像方表面朝向像面凸起；第四透镜的物方表面朝向物面凸起，第四透镜的像方表面朝向像面凸起；第五透镜的物方表面朝向物面凸起，第五透镜的像方表面朝向像面凸起；第六透镜的物方表面朝向像面凸起，第六透镜的像方表面朝向物面凸起；第七透镜的物方表面朝向物面凸起，第七透镜的像方表面朝向像面凸起。
进一步的，通过合理设置各个透镜的面型，保证各个透镜的光焦度和焦距满足上述实施例中光焦度和焦距要求的同时，还可以保证整个定焦镜头结构紧凑。
可选的，第二透镜102的折射率为n2；第三透镜103的折射率为n3；第四透镜104的折射率为n4；第五透镜105的折射率为n5；第六透镜106的折射率为n6；第七透镜107的折射率为n7；
其中，1.57<n2<1.68，1.50<n3<1.55，1.40<n4<1.64，1.50<n5<1.55，1.57<n6<1.68，1.50<n7<1.55。
可选的，第二透镜102的阿贝数为v2；第三透镜103的阿贝数为v3；第四透镜104的阿贝数为v4；第五透镜105的阿贝数为v5；第六透镜106的阿贝数为v6；第七透镜107的阿贝数为v7；
其中，19.1<v2<30.4，55.0<v3<57.1，67.1<v4<97.0，55.0<v5<57.1，19.1<v6<30.4，55.0<v7<57.1。
具体的，折射率是光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，主要用来描述材料对光的折射能力，不同的材料的折射率不同。阿贝数是用以表示透明介质色散能力的指数，介质色散越严重，阿贝数越小；反之，介质的色散越轻微，阿贝数越大。如此，通过搭配设置定焦镜头中各透镜的折射率和阿贝数，有利于实现定焦镜头的小型化设计；同时，有利于实现较高的像素分辨率与较大的光圈。
可选的，第七透镜像方表面的光轴中心至像面的距离为BFL，第一透镜物方表面至像面的距离为TTL，其中，BFL/TTL≥0.17。
其中，第七透镜107像方表面的光轴中心至像面的距离可以理解为定焦镜头的后焦，通过合理设置定焦镜头的后焦距离，可以保证整个定焦镜头结构紧凑。
可选的，定焦镜头的光圈数F满足1.4≤F≤1.6。本发明实施例提供的定焦镜头为一种大光圈定焦镜头，满足超大通过量，适用于低照度条件下的监控需求。
可选的，定焦镜头的视场角为FOV，其中，FOV≥144°。
本发明实施例提供的定焦镜头为一种超大视场角定焦镜头，满足大视场要求。
示例性的，表1以一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例一提供的定焦镜头中各个透镜的具体设置参数，表1中的定焦镜头对应图1所述的定焦镜头。
表1定焦镜头的光学参数的设计值
Figure BDA0002864328770000091
继续参考图1，本发明实施例提供的定焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜101、第二透镜102、第三透镜103、第四透镜104、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107。表1示出了实施例提供的定焦镜头中各透镜的曲率半径、厚度及材料等光学物理参数。其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，“1”代表第一透镜101的物面表面，“2”代表第一透镜101的像面表面，“STO/9”代表第五透镜105的物面表面，“10”代表第五透镜105的像面表面，依次类推；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
在上述实施的基础上，可选的，第一透镜101和第四透镜104均为玻璃球面透镜，第二透镜102、第三透镜103、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107均为塑胶非球面透镜。本发明实施例提供的定焦镜头还包括光阑(STO)，通过增设光阑可以调节光束的传播方向，有利于提高成像质量。光阑可以位于第四透镜104和第五透镜105之间的光路中，但本发明实施例对光阑的具体设置位置不进行限定，通过将光阑设置在合适的位置处，有助于提高相对照度。
第二透镜102、第三透镜103、第五透镜105、第六透镜106和第七透镜107的非球面表面形状方程Z满足：
Figure BDA0002864328770000101
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D、E、F为高次非球面系数，其中，Z、R和y的单位均为mm。
示例性的，表2以一种可行的实施方式详细说明了本实施例一中非球面面型参数。
表2定焦镜头中非球面系数的一种设计值
Figure BDA0002864328770000111
其中，-2.1642E-03表示面序号为3的系数A为-2.1642E*10-3，依此类推。
本实施例一的定焦镜头达到了如下的技术指标：
焦距：f＝3.3mm；
光圈数：F＝1.6；
视场角：2w≥144.5°(像方2η≥Φ7mm)；
分辨率：最高可与800万像素分辨率CCD或CMOS摄像机适配。
图2为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的球差曲线图，如图2所示，该定焦镜头在不同波长(0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.850μm和0.436μm)下的球差均在0.05mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该定焦镜头的轴向像差很小，从而可知，本发明实施例提供的定焦镜头能够较好地校正像差。
图3为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的色差曲线图，如图3所示，垂直方向表示视场，0表示在光轴上，垂直方向顶点表示最大的视场半径；水平方向为在像平面上最短波长主光线的交点到最长波长主光线的交点的距离，单位μm。由图3可以看出，垂轴色差得到了较好的矫正。
图4为本发明实施例一提供的一种定焦镜头的场曲畸变曲线图，如图4所示，左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧矢；由图4可以看出，本实施例提供的定焦镜头从波长为436nm的光到850nm的光，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图4可以看出，本实施例提供的定焦镜头的场曲得到了很好的矫正，有效提高成像质量。
综上所述，本实施例提供的定焦镜头，在微光条件下，具有超大视场角，高清像质且体积小的优势，设计采用7片式结构，在成本较低的情况下，在不同光焦度的搭配下，达到8MP像质需求，采用玻塑混合的结构能够满足-40℃-80℃环境下的使用需求。
实施例二
图5本发明实施例二提供的一种定焦镜头的结构示意图，如图5所示，本发明实施例二提供的定焦镜头，包括：沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜201、第二透镜202、第三透镜203、第四透镜204、第五透镜205、第六透镜206和第七透镜207；
第一透镜201具有负光焦度，第二透镜202具有正光焦度，第三透镜203具有负光焦度，第四透镜204具有正光焦度，第五透镜205具有正光焦度，第六透镜206具有负光焦度和第七透镜207具有正光焦度；
第一透镜201的焦距为f1，第二透镜202的焦距为f2，第三透镜203的焦距为f3，第四透镜204的焦距为f4，第五透镜205的焦距为f5，第六透镜206的焦距为f6，第七透镜207的焦距为f7，光学***的焦距为f；
其中，-1.91<f1/f<-1.10，f2/f＞1.8，f3/f＞-3.40，1.70<f4/f<2.63，1.78<f5/f<3.20，-1.88<f6/f<-1.01，1.16<f7/f<2.33。
其中，各个透镜的光焦度、折射率、阿贝数、面型、材料以及定焦镜头光阑位置设置与实施例一相同，这里不再赘述。
表3以另一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例二提供的定焦镜头中各个透镜的具体设置参数，表3中的黑光镜头对应图5所述的定焦镜头。
表3定焦镜头的光学参数的设计值
Figure BDA0002864328770000131
继续参考图5，本发明实施例提供的定焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜201、第二透镜202、第三透镜203、第四透镜204、第五透镜205、第六透镜206和第七透镜207。表3示出了实施例提供的定焦镜头中各透镜的曲率半径、厚度及材料等光学物理参数。其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，“1”代表第一透镜201的物面表面，“2”代表第一透镜201的像面表面，“STO/9”代表第五透镜205的物面表面，“10”代表第五透镜205的像面表面，依次类推；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
在上述实施的基础上，可选的，第一透镜201和第四透镜204均为玻璃球面透镜，第二透镜202、第三透镜203、第五透镜205、第六透镜206和第七透镜207均为塑胶非球面透镜。本发明实施例提供的定焦镜头还包括光阑(STO)，通过增设光阑可以调节光束的传播方向，有利于提高成像质量。光阑可以位于第四透镜204和第五透镜205之间的光路中，但本发明实施例对光阑的具体设置位置不进行限定，通过将光阑设置在合适的位置处，有助于提高相对照度。
第二透镜202、第三透镜203、第五透镜205、第六透镜206和第七透镜207的非球面表面形状方程Z满足：
Figure BDA0002864328770000141
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D、E、F为高次非球面系数，其中，Z、R和y的单位均为mm。
示例性的，表4以一种可行的实施方式详细说明了本实施例二中非球面面型参数。
表4定焦镜头中非球面系数的一种设计值
Figure BDA0002864328770000151
其中，-6.3366E-03表示面序号为3的系数A为-6.3366E*10-3，依此类推。
本实施例二的定焦镜头达到了如下的技术指标：
焦距：f＝3.3mm；
光圈数：F＝1.6；
视场角：2w≥144.3°(像方2η≥Φ7mm)；
分辨率：最高可与800万像素分辨率CCD或CMOS摄像机适配。
图6为本发明实施例二提供的一种定焦镜头的球差曲线图，如图6所示，该定焦镜头在不同波长(0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.850μm和0.436μm)下的球差均在0.05mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该定焦镜头的轴向像差很小，从而可知，本发明实施例提供的定焦镜头能够较好地校正像差。
图7为本发明实施例二提供的一种定焦镜头的色差曲线图，如图7所示，垂直方向表示视场，0表示在光轴上，垂直方向顶点表示最大的视场半径；水平方向为在像平面上最短波长主光线的交点到最长波长主光线的交点的距离，单位μm。由图7可以看出，垂轴色差得到了较好的矫正。
图8为本发明实施例二提供的一种定焦镜头的场曲畸变曲线图，如图8所示，左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧矢；由图8可以看出，本实施例提供的定焦镜头从波长为436nm的光到850nm的光，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图8可以看出，本实施例提供的定焦镜头的场曲得到了很好的矫正，有效提高成像质量。
综上所述，本实施例提供的定焦镜头，在微光条件下，具有超大视场角，高清像质且体积小的优势，设计采用7片式结构，在成本较低的情况下，在不同光焦度的搭配下，达到8MP像质需求，采用玻塑混合的结构能够满足-40℃-80℃环境下的使用需求。
实施例三
图9本发明实施例三提供的一种定焦镜头的结构示意图，如图9所示，本发明实施例三提供的定焦镜头，包括：沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜301、第二透镜302、第三透镜303、第四透镜304、第五透镜305、第六透镜306和第七透镜307；
第一透镜301具有负光焦度，第二透镜302具有正光焦度，第三透镜303具有负光焦度，第四透镜304具有正光焦度，第五透镜305具有正光焦度，第六透镜306具有负光焦度和第七透镜307具有正光焦度；
第一透镜301的焦距为f1，第二透镜302的焦距为f2，第三透镜303的焦距为f3，第四透镜304的焦距为f4，第五透镜305的焦距为f5，第六透镜306的焦距为f6，第七透镜307的焦距为f7，光学***的焦距为f；
其中，-1.91<f1/f<-1.10，f2/f＞1.8，f3/f＞-3.40，1.70<f4/f<2.63，1.78<f5/f<3.20，-1.88<f6/f<-1.01，1.16<f7/f<2.33。
其中，各个透镜的光焦度、折射率、阿贝数、面型、材料以及定焦镜头光阑位置设置与实施例一相同，这里不再赘述。
表5以另一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例三提供的定焦镜头中各个透镜的具体设置参数，表5中的黑光镜头对应图9所述的定焦镜头。
表5定焦镜头的光学参数的设计值
Figure BDA0002864328770000171
Figure BDA0002864328770000181
继续参考图9，本发明实施例提供的定焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜301、第二透镜302、第三透镜303、第四透镜304、第五透镜305、第六透镜306和第七透镜307。表5示出了实施例提供的定焦镜头中各透镜的曲率半径、厚度及材料等光学物理参数。其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，“1”代表第一透镜301的物面表面，“2”代表第一透镜301的像面表面，“STO/9”代表第五透镜305的物面表面，“10”代表第五透镜305的像面表面，依次类推；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
在上述实施的基础上，可选的，第一透镜301和第四透镜304均为玻璃球面透镜，第二透镜302、第三透镜303、第五透镜305、第六透镜306和第七透镜307均为塑胶非球面透镜。本发明实施例提供的定焦镜头还包括光阑(STO)，通过增设光阑可以调节光束的传播方向，有利于提高成像质量。光阑可以位于第四透镜304和第五透镜305之间的光路中，但本发明实施例对光阑的具体设置位置不进行限定，通过将光阑设置在合适的位置处，有助于提高相对照度。
第二透镜302、第三透镜303、第五透镜305、第六透镜306和第七透镜307的非球面表面形状方程Z满足：
Figure BDA0002864328770000191
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D、E、F为高次非球面系数，其中，Z、R和y的单位均为mm。
示例性的，表6以一种可行的实施方式详细说明了本实施例三中非球面面型参数。
表6定焦镜头中非球面系数的一种设计值
Figure BDA0002864328770000192
其中，-2.4159E-03表示面序号为3的系数A为-2.4159E*10-3，依此类推。
本实施例三的定焦镜头达到了如下的技术指标：
焦距：f＝3.3mm；
光圈数：F＝1.6；
视场角：2w≥144.3°(像方2η≥Φ7mm)；
分辨率：最高可与800万像素分辨率CCD或CMOS摄像机适配。
图10为本发明实施例三提供的一种定焦镜头的球差曲线图，如图10所示，该定焦镜头在不同波长(0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.850μm和0.436μm)下的球差均在0.05mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该定焦镜头的轴向像差很小，从而可知，本发明实施例提供的定焦镜头能够较好地校正像差。
图11为本发明实施例三提供的一种定焦镜头的色差曲线图，如图11所示，垂直方向表示视场，0表示在光轴上，垂直方向顶点表示最大的视场半径；水平方向为在像平面上最短波长主光线的交点到最长波长主光线的交点的距离，单位μm。由图11可以看出，垂轴色差得到了较好的矫正。
图12为本发明实施例三提供的一种定焦镜头的场曲畸变曲线图，如图12所示，左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧矢；由图12可以看出，本实施例提供的定焦镜头从波长为436nm的光到850nm的光，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图12可以看出，本实施例提供的定焦镜头的场曲得到了很好的矫正，有效提高成像质量。
综上所述，本实施例提供的定焦镜头，在微光条件下，具有超大视场角，高清像质且体积小的优势，设计采用7片式结构，在成本较低的情况下，在不同光焦度的搭配下，达到8MP像质需求，采用玻塑混合的结构能够满足-40℃-80℃环境下的使用需求。
实施例四
图13本发明实施例四提供的一种定焦镜头的结构示意图，如图13所示，本发明实施例四提供的定焦镜头，包括：沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜401、第二透镜402、第三透镜403、第四透镜404、第五透镜405、第六透镜406和第七透镜407；
第一透镜401具有负光焦度，第二透镜402具有正光焦度，第三透镜403具有负光焦度，第四透镜404具有正光焦度，第五透镜405具有正光焦度，第六透镜406具有负光焦度和第七透镜407具有正光焦度；
第一透镜401的焦距为f1，第二透镜402的焦距为f2，第三透镜403的焦距为f3，第四透镜404的焦距为f4，第五透镜405的焦距为f5，第六透镜406的焦距为f6，第七透镜407的焦距为f7，光学***的焦距为f；
其中，-1.91<f1/f<-1.10，f2/f＞1.8，f3/f＞-3.40，1.70<f4/f<2.63，1.78<f5/f<3.20，-1.88<f6/f<-1.01，1.16<f7/f<2.33。
其中，各个透镜的光焦度、折射率、阿贝数、面型、材料以及定焦镜头光阑位置设置与实施例一相同，这里不再赘述。
表7以另一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例四提供的定焦镜头中各个透镜的具体设置参数，表7中的黑光镜头对应图13所述的定焦镜头。
表7定焦镜头的光学参数的设计值
Figure BDA0002864328770000221
继续参考图13，本发明实施例提供的定焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜401、第二透镜402、第三透镜403、第四透镜404、第五透镜405、第六透镜406和第七透镜407。表7示出了实施例提供的定焦镜头中各透镜的曲率半径、厚度及材料等光学物理参数。其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，“1”代表第一透镜401的物面表面，“2”代表第一透镜401的像面表面，“STO/9”代表第五透镜405的物面表面，“10”代表第五透镜405的像面表面，依次类推；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。
在上述实施的基础上，可选的，第一透镜401和第四透镜404均为玻璃球面透镜，第二透镜402、第三透镜403、第五透镜405、第六透镜406和第七透镜407均为塑胶非球面透镜。本发明实施例提供的定焦镜头还包括光阑(STO)，通过增设光阑可以调节光束的传播方向，有利于提高成像质量。光阑可以位于第四透镜404和第五透镜405之间的光路中，但本发明实施例对光阑的具体设置位置不进行限定，通过将光阑设置在合适的位置处，有助于提高相对照度。
第二透镜402、第三透镜403、第五透镜405、第六透镜406和第七透镜407的非球面表面形状方程Z满足：
Figure BDA0002864328770000231
式中，Z为非球面沿光轴方向在高度为y的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c＝1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D、E、F为高次非球面系数，其中，Z、R和y的单位均为mm。
示例性的，表8以一种可行的实施方式详细说明了本实施例四中非球面面型参数。
表8定焦镜头中非球面系数的一种设计值
Figure BDA0002864328770000232
Figure BDA0002864328770000241
其中，-4.48E-03表示面序号为3的系数A为-4.48E*10-3，依此类推。
本实施例四的定焦镜头达到了如下的技术指标：
焦距：f＝3.3mm；
光圈数：F＝1.4；
视场角：2w≥144.7°(像方2η≥Φ7mm)；
分辨率：最高可与800万像素分辨率CCD或CMOS摄像机适配。
图14为本发明实施例四提供的一种定焦镜头的球差曲线图，如图14所示，该定焦镜头在不同波长(0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.850μm和0.436μm)下的球差均在0.05mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该定焦镜头的轴向像差很小，从而可知，本发明实施例提供的定焦镜头能够较好地校正像差。
图15为本发明实施例四提供的一种定焦镜头的色差曲线图，如图15所示，垂直方向表示视场，0表示在光轴上，垂直方向顶点表示最大的视场半径；水平方向为在像平面上最短波长主光线的交点到最长波长主光线的交点的距离，单位μm。由图15可以看出，垂轴色差得到了较好的矫正。
图16为本发明实施例四提供的一种定焦镜头的场曲畸变曲线图，如图16所示，左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧矢；由图16可以看出，本实施例提供的定焦镜头从波长为436nm的光到850nm的光，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图16可以看出，本实施例提供的定焦镜头的场曲得到了很好的矫正，有效提高成像质量。
综上所述，本实施例提供的定焦镜头，在微光条件下，具有超大视场角，高清像质且体积小的优势，设计采用7片式结构，在成本较低的情况下，在不同光焦度的搭配下，达到8MP像质需求，采用玻塑混合的结构能够满足-40℃-80℃环境下的使用需求。
表9实施例参数汇总表
Figure BDA0002864328770000251
由表9所给实施例参数可看出，第一透镜既可为高折射率材料，也可为低折射率材料，因此第一透镜的折射率与阿贝数并未做范围界定。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互组合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种定焦镜头，其特征在于，包括：沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有正光焦度，所述第三透镜具有负光焦度，所述第四透镜具有正光焦度，所述第五透镜具有正光焦度，所述第六透镜具有负光焦度和所述第七透镜具有正光焦度；
所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，所述第四透镜的焦距为f4，所述第五透镜的焦距为f5，所述第六透镜的焦距为f6，所述第七透镜的焦距为f7，光学***的焦距为f；
其中，-1.91<f1/f<-1.10，f2/f＞1.8，f3/f＞-3.40，1.70<f4/f<2.63，1.78<f5/f<3.20，-1.88<f6/f<-1.01，1.16<f7/f<2.33。
2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第四透镜均为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。
3.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，透镜邻近所述物面一侧的表面为物方表面，透镜邻近所述像面一侧的表面为像方表面；
所述第一透镜的物方表面朝向所述物面凸起，所述第一透镜的像方表面朝向所述物面凸起；所述第二透镜的物方表面朝向所述像面凸起，所述第二透镜的像方表面朝向所述像面凸起；所述第四透镜的物方表面朝向所述物面凸起，所述第四透镜的像方表面朝向所述像面凸起；所述第五透镜的物方表面朝向所述物面凸起，所述第五透镜的像方表面朝向所述像面凸起；所述第六透镜的物方表面朝向所述像面凸起，所述第六透镜的像方表面朝向所述物面凸起；所述第七透镜的物方表面朝向所述物面凸起，所述第七透镜的像方表面朝向所述像面凸起。
4.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜的折射率为n2；所述第三透镜的折射率为n3；所述第四透镜的折射率为n4；所述第五透镜的折射率为n5；所述第六透镜的折射率为n6；所述第七透镜的折射率为n7；
其中，1.57<n2<1.68，1.50<n3<1.55，1.40<n4<1.64，1.50<n5<1.55，1.57<n6<1.68，1.50<n7<1.55。
5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜的阿贝数为v2；所述第三透镜的阿贝数为v3；所述第四透镜的阿贝数为v4；所述第五透镜的阿贝数为v5；所述第六透镜的阿贝数为v6；所述第七透镜的阿贝数为v7；
其中，19.1<v2<30.4，55.0<v3<57.1，67.1<v4<97.0，55.0<v5<57.1，19.1<v6<30.4，55.0<v7<57.1。
6.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第四透镜和所述第五透镜之间的光路中。
7.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第七透镜像方表面的光轴中心至像面的距离为BFL，所述第一透镜物方表面至像面的距离为TTL，其中，BFL/TTL≥0.17。
8.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的光圈数F满足1.4≤F≤1.6。
9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头的视场角为FOV，其中，FOV≥144°。
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