CN113219633A - 一种日夜两用广角定焦监控镜头 - Google Patents

一种日夜两用广角定焦监控镜头 Download PDF

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CN113219633A CN202110575995.4A CN202110575995A CN113219633A CN 113219633 A CN113219633 A CN 113219633A CN 202110575995 A CN202110575995 A CN 202110575995A CN 113219633 A CN113219633 A CN 113219633A
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Abstract

本发明公开了一种日夜两用广角定焦监控镜头，由物侧至像侧依次设置有第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜和滤光片，第一透镜和第四透镜为负光焦度透镜，第二透镜和第三透镜为正光焦度透镜，滤光片采用日夜两用的双滤光片，第一透镜的物侧面和像侧面分别为凸面和凹面，第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第四透镜的物侧面和像侧面分别为凹面和凸面；本发明通过采用可日夜切换两用的双滤光片，实现同时满足日夜解像的使用需求，并通过对第一透镜至第四透镜的结构布置及光学参数的约束，满足广角监控需求并有效校正高低温解析变化量，满足不同温度条件下稳定可靠的使用需求。

Description

一种日夜两用广角定焦监控镜头
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种日夜两用广角定焦监控镜头。
背景技术
近年来，随着安防监控设施的日益普及，对监控镜头的使用需求也随之增加，同时，对于监控摄像头成像质量的要求也越来越高。目前，监控镜头的选择主要存在以下几点问题：
(1)在夜间监控环境下，低照度的照明环境会在镜头成像时降低成像清晰度，而使用光源进行补光，在一些特殊拍摄环境下又会出现补光反射导致的过曝，进而出现细节拍摄不清晰的问题；目前，可通过使用日夜可用的定焦监控镜满足日夜解像要求，但是，当下的定焦监控镜头常所采用透镜多采用玻璃镜片，对于需要多片透镜的定焦监控镜头而言，镜头成本较高；
(2)监控镜头属于精密仪器，其对温度的要求即为严苛，过高或过低的环境温度均会对其拍摄质量及本身性能带来极大影响。
因此，如何在保证监控镜头性能要求基础上有效降低成本，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种日夜两用广角定焦监控镜头，能够满足日夜解像及高低温环境下的使用需求，有效校正光学***中的像差，同时，兼顾结构紧凑，成本低廉的优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种日夜两用广角定焦监控镜头，包括由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜和滤光片，第一透镜和第四透镜为负光焦度透镜，第二透镜和第三透镜为正光焦度透镜，滤光片采用日夜两用的双滤光片；
第一透镜的物侧面和像侧面分别为凸面和凹面，第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第四透镜的物侧面和像侧面分别为凹面和凸面；
第一透镜至第四透镜的焦距满足以下条件：
0.5＜∣f1/f12∣＜1 (1)；
0.8＜∣f2/f12∣＜1.2 (2)；
0.2＜∣f3/f34∣＜0.5 (3)；
0.3＜∣f4/f34∣＜0.6 (4)；
公式(1)至公式(4)中，f1为第一透镜焦距，f2为第二透镜焦距，f3为第三透镜焦距，f4为第四透镜焦距，f12为第一透镜和第二透镜的组合焦距，f34为第三透镜和第四透镜的组合焦距。
进一步地，所述镜头光学***焦距满足以下条件：
2＜∣f12/f∣＜3 (5)；
2＜∣f2/f∣＜3 (6)；
3＜∣f34/f∣＜4 (7)；
公式(5)至公式(7)中，f为镜头光学***焦距。
进一步地，所述∣f1/f12∣取值为0.65,∣f2/f12∣取值为1.05，∣f3/f34∣取值为0.33，∣f4/f34∣取值为0.44，∣f12/f∣取值为2.45，∣f2/f∣取值为2.57，∣f34/f∣取值为3.7。
进一步地，第一透镜至第四透镜的色差参数满足以下条件：
∣Vd1∣>50 (8)；
50＜∣Vd2∣＜65 (9)；
30＜∣Vd3-Vd4∣＜40 (10)；
0.08＜∣Nd3-Nd4∣＜0.2 (11)；
公式(8)至公式(11)中，Vd1为第一透镜色散系数，Vd2为第二透镜色散系数，Vd3为第三透镜色散系数，Vd4为第四透镜色散系数，Nd3为第三透镜折射率，Nd4为第四透镜折射率。
进一步地，所述Vd1取值为55.7，Vd2取值为56.1，∣Vd3-Vd4∣取值为34.2，∣Nd3-Nd4∣取值为0.11。
进一步地，所述第一透镜、第二透镜和第四透镜均为塑胶非球面透镜，第二透镜为玻璃球面透镜。
进一步地，所述塑胶非球面透镜满足以下条件：
Figure BDA0003083639560000021
公式(12)中相关参数含义如下：
X-非球面的深度，单位为mm；
Y-从光轴到透镜面的距离，即高度，单位为mm；
C-镜片曲率半径﹐C＝1/R；
K-圆锥常数；
b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑h-非球面镜片系数。
进一步地，所述第二透镜至第四透镜的曲率半径满足以下条件：
∣R2∣<3 (13)；
∣R6-R7∣＜0.4 (14)；
公式(13)和公式(14)中，R2为第二透镜的像方曲率半径，R6为第三透镜的像方曲率半径，R7为第四透镜L4物方曲率半径。
进一步地，所述∣R2∣取值为2.18，∣R6-R7∣取值为0.25。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、通过由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜和滤光片，滤光片采用可日夜切换两用的双滤光片，实现同时满足日夜解像的使用需求；同时，通过对第一透镜至第四透镜的焦距进行约束，在满足广角监控镜头使用需求的同时，有效校正高低温解析变化量，提高本发明在不同温度条件下使用时的稳定可靠性，结构简单紧凑，性能优良；
2、通过对透镜色散系数和折射率取值进行条件限制，能够有效校正镜头色差，保障成像质量；
3、通过对透镜的曲率半径取值进行条件限制，能够有效控制镜头制造性；
4、通过玻璃镜面与塑胶镜面的组合使用，在保证本发明成像性能的前提下，有效降低制作成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为具体实施方式中镜头在常温下的球差示意图。
图3为具体实施方式中镜头在常温下的像散示意图。
图4为具体实施方式中镜头在常温下的畸变示意图。
图5为具体实施方式中镜头在常温下的Rayfan示意图。
图6为具体实施方式中镜头在80°时球差示意图。
图7为具体实施方式中镜头在80°时像散示意图。
图8为具体实施方式中镜头在80°时畸变示意图。
图9为具体实施方式中镜头在80°时Rayfan示意图。
图中标记：L1、第一透镜；L2、第二透镜；K、光阑；L3、第三透镜；L4、第四透镜；IR.滤光片IR。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
定义左侧为物侧，右侧为像侧，本发明包括自左至右依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、光阑K、第三透镜L3、第四透镜L4和滤光片IR。
滤光片IR右侧依次为像侧的保护玻璃及成像面，滤光片IR位于透镜组与成像面之间，主要用于滤除不需要的光线。为同时满足日夜使用需求，滤光片IR采用双滤光片，本实施例以IR-CUT双滤光片为例进行说明。当白天可见光较足时，400nm～700nm范围的可见光透过IR-CUT双滤光片的红外截止滤光片，同时过滤掉700nm以外的红外光线；当晚上可见光不足时，IR-CUT双滤光片的红外截止滤光片移开并切换至全透光谱滤光片，使让400nm～1000nm范围的光线均可以透过镜头成像。
通过双滤光片的使用，同时满足日夜不同光线环境下的使用需求，并使本发明具有优良的光学性能。
第一透镜L1为负光焦度透镜，第一透镜L1的物侧面和像侧面分别为凸面和凹面；第二透镜L2为正光焦度透镜，第二透镜L2的物侧面和像侧面均为凸面；第三透镜L3为正光焦度透镜，第三透镜L3的物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜L4为负光焦度透镜，第四透镜L4的物侧面和像侧面分别为凹面和凸面。
第一透镜L1至第四透镜L4的焦距及镜头光学***焦距满足以下条件：
0.5＜∣f1/f12∣＜1 (1)；
0.8＜∣f2/f12∣＜1.2 (2)；
0.2＜∣f3/f34∣＜0.5 (3)；
0.3＜∣f4/f34∣＜0.6 (4)；
2＜∣f12/f∣＜3 (5)；
2＜∣f2/f∣＜3 (6)；
3＜∣f34/f∣＜4 (7)；
公式(1)至公式(7)中，f1为第一透镜L1焦距，f2为第二透镜L2焦距，f3为第三透镜L3焦距，f4为第四透镜L4焦距，f12为第一透镜L1和第二透镜L2的组合焦距，f34为第三透镜L3和第四透镜L4的组合焦距，f为镜头光学***焦距。
本实施例中，优选∣f1/f12∣取值为0.65,∣f2/f12∣取值为1.05，∣f3/f34∣取值为0.33，∣f4/f34∣取值为0.44，∣f12/f∣取值为2.45，∣f2/f∣取值为2.57，∣f34/f∣取值为3.7。
透镜的焦距由透镜的物侧及像侧两个表面的结构决定，透镜的焦距能够反映出透镜物侧及像侧两个表面组合后的整体情况，为透镜的一个结构参数。满足公式(1)至公式(7)中对于透镜焦距的限制条件后，本发明能够有效校正高低温解析的变化量，实现不同环境温度下的稳定、可靠成像。
为了消除镜头成像时的色散现象，本发明对第一透镜L1至第四透镜L4的色散系数及折射率进行以下条件：
∣Vd1∣>50 (8)；
50＜∣Vd2∣＜65 (9)；
30＜∣Vd3-Vd4∣＜40 (10)；
0.08＜∣Nd3-Nd4∣＜0.2 (11)；
公式(8)至公式(11)中，Vd1为第一透镜L1色散系数，Vd2为第二透镜L2色散系数，Vd3为第三透镜L3色散系数，Vd4为第四透镜L4色散系数，Nd3为第三透镜L3折射率，Nd4为第四透镜L4折射率。
本实施例中，优选Vd1取值为55.7，Vd2取值为56.1，∣Vd3-Vd4∣取值为34.2，∣Nd3-Nd4∣取值为0.11。
通过公式(8)至公式(11)的条件约束，有效矫正监控镜头的色差，提高本发明的成像质量。
为提高透镜生产时的制造性，第二透镜L2至第四透镜L4的曲率半径满足以下条件：
∣R2∣<3 (13)；
∣R6-R7∣＜0.4 (14)；
公式(13)和公式(14)中，R2为第二透镜L2的像方曲率半径，R6为第三透镜L3的像方曲率半径，R7为第四透镜L4的物方曲率半径。本实施例优选∣R2∣取值为2.18，∣R6-R7∣取值为0.25。
下面通过具体实验数据对本发明的技术效果进行验证：
本实施例采用的基本透镜数据如表1所示：
表1：
Figure BDA0003083639560000051
表1中，L1R1为第一透镜L1的物面，L1R2为第一透镜L1的像面，L2R1为第二透镜L2的物面，L2R2为第二透镜L2的像面，L3R1为第三透镜L3的物面，L3R2为第三透镜L3的像面，L4R1为第四透镜L4的物面，L4R2为第四透镜L4的像面；曲率半径R表示对应面的曲率半径值，面间隔D表示对应面的镜片肉厚或镜片之间的间隔数值，折射率Nd表示透镜相对于d光(波长为587.6nm)的折射率，阿贝常数Vd表示透镜相对于d光的阿贝常数。
第一透镜L1、第二透镜L2和第四透镜L4采用塑胶非球面透镜，第二透镜L2采用玻璃球面透镜，非球面透镜的系数是以透镜表面中心为原点，光轴为x轴。
塑胶透镜与玻璃透镜的组合使用，在保证成像性能的同时，有效降低设备成本。
其中，塑胶非球面透镜满足以下条件：
Figure BDA0003083639560000061
公式(12)中相关参数含义如下：
X-非球面的深度，单位为mm；
Y-从光轴到透镜面的距离，即高度，单位为mm；
C-镜片曲率半径﹐C＝1/R；
K-圆锥常数；
b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑h-非球面镜片系数。
非球面镜片系数具体参数如表2所示：
表2：
K b c d
L1R1 0.597220042867282 -0.001689001018993 0.000021806616369 0.000000000609716
L1R2 -0.840850976092939 0.001470295616537 0.000083336652987 -0.000025357250158
L3R1 8.056760369753440 -0.006673363718930 -0.001265 0.000032850436933
L3R2 -1.031703738984840 0.004368325298727 -0.001063 0.000054101924366
L4R1 -2.180973074455550 0.019596189320481 -0.005455 0.001071472936760
L4R2 -24.309121520048200 0.019196774003023 -0.00387 0.000641902654563
e f g h
L1R1 -0.000000000943379 -0.000000000031715 0 0
L1R2 0.000001328629593 0.000000036644801 0 0
L3R1 -0.000073961511072 0.000001868952051 0.000000600614343 -0.000000450087488
L3R2 -0.000014544603372 0.000000389963011 -0.000000631686595 0.000000082751368
L4R1 -0.000085029264545 -0.000002669906212 0.000000128410526 0.000000069667489
L4R2 -0.000063146620766 0.000002406527809 0.000000245279401 -0.000000053100949
采用表1及表2中参数在常温下对本实施例进行试验并记录其相差图，图2至图5依次为常温下的球差图、象散图、畸变图和Rayfan图。
由于环境温度会导致镜片的温度变低或变高，为了验证本实施例在不同环境温度下成像效果的稳定性，将本实施例在高温80℃环境下进行试验并记录像差图，图6至图9依次为高温80℃时广角端的球差图、象散图、畸变图和Rayfan图。
光学***参数如表3所示：
表3：
f FNO. 2ω TTL
3.14 2.1 130° 22.3
表3中，f表示近轴焦距，单位为mm；FNO.表示镜头光圈值；2ω表示视角，ω表示半视角；TTL表示光学总长，单位为mm。
本发明采用了四片透镜结构，第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4均为塑胶非球面透镜，第二透镜L2为玻璃球面透镜，得到的定焦监控镜头具有超广角、结构紧凑、高低温-40～80℃、日夜可用的优点，可有效校正光学***中的像差，同时，还比现有技术的定焦镜头成本更低，可适用于安防监控设备。
同时，由图2至图9的实验结果能够看出，本实施例各种像差均得到良好的校正，在不同环境温度下均能保证成像效果稳定性，市场前景优良，适于安防监控设备行业的广泛推广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种日夜两用广角定焦监控镜头，其特征在于：包括由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜和滤光片，第一透镜和第四透镜为负光焦度透镜，第二透镜和第三透镜为正光焦度透镜，滤光片采用日夜两用的双滤光片；
第一透镜的物侧面和像侧面分别为凸面和凹面，第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第四透镜的物侧面和像侧面分别为凹面和凸面；
第一透镜至第四透镜的焦距满足以下条件：
0.5＜∣f1/f12∣＜1 (1)；
0.8＜∣f2/f12∣＜1.2 (2)；
0.2＜∣f3/f34∣＜0.5 (3)；
0.3＜∣f4/f34∣＜0.6 (4)；
公式(1)至公式(4)中，f1为第一透镜焦距，f2为第二透镜焦距，f3为第三透镜焦距，f4为第四透镜焦距，f12为第一透镜和第二透镜的组合焦距，f34为第三透镜和第四透镜的组合焦距。
2.根据权利要求1所述的日夜两用广角定焦监控镜头，其特征在于：所述镜头光学***焦距满足以下条件：
2＜∣f12/f∣＜3 (5)；
2＜∣f2/f∣＜3 (6)；
3＜∣f34/f∣＜4 (7)；
公式(5)至公式(7)中，f为镜头光学***焦距。
3.根据权利要求2所述的日夜两用广角定焦监控镜头，其特征在于：所述∣f1/f12∣取值为0.65,∣f2/f12∣取值为1.05，∣f3/f34∣取值为0.33，∣f4/f34∣取值为0.44，∣f12/f∣取值为2.45，∣f2/f∣取值为2.57，∣f34/f∣取值为3.7。
4.根据权利要求1所述的日夜两用广角定焦监控镜头，其特征在于：第一透镜至第四透镜的色差参数满足以下条件：
∣Vd1∣>50 (8)；
50＜∣Vd2∣＜65 (9)；
30＜∣Vd3-Vd4∣＜40 (10)；
0.08＜∣Nd3-Nd4∣＜0.2 (11)；
公式(8)至公式(11)中，Vd1为第一透镜色散系数，Vd2为第二透镜色散系数，Vd3为第三透镜色散系数，Vd4为第四透镜色散系数，Nd3为第三透镜折射率，Nd4为第四透镜折射率。
5.根据权利要求4所述的日夜两用广角定焦监控镜头，其特征在于：所述Vd1取值为55.7，Vd2取值为56.1，∣Vd3-Vd4∣取值为34.2，∣Nd3-Nd4∣取值为0.11。
6.根据权利要求1所述的日夜两用广角定焦监控镜头，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜和第四透镜均为塑胶非球面透镜，第二透镜为玻璃球面透镜。
7.根据权利要求6所述的日夜两用广角定焦监控镜头，其特征在于：所述塑胶非球面透镜满足以下条件：
Figure FDA0003083639550000021
公式(12)中相关参数含义如下：
X-非球面的深度，单位为mm；
Y-从光轴到透镜面的距离，即高度，单位为mm；
C-镜片曲率半径﹐C＝1/R；
K-圆锥常数；
b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑h-非球面镜片系数。
8.根据权利要求1所述的日夜两用广角定焦监控镜头，其特征在于：所述第二透镜至第四透镜的曲率半径满足以下条件：
∣R2∣<3 (13)；
∣R6-R7∣＜0.4 (14)；
公式(13)和公式(14)中，R2为第二透镜的像方曲率半径，R6为第三透镜的像方曲率半径，R7为第四透镜L4物方曲率半径。
9.根据权利要求8所述的日夜两用广角定焦监控镜头，其特征在于：所述∣R2∣取值为2.18，∣R6-R7∣取值为0.25。
CN202110575995.4A 2021-05-25 2021-05-25 一种日夜两用广角定焦监控镜头 Pending CN113219633A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114355559A (zh) * 2021-12-29 2022-04-15 福建福光股份有限公司 一种大孔径高解析力光学镜头
CN114415341A (zh) * 2022-03-08 2022-04-29 惠州市星聚宇光学有限公司 监控镜头以及监控镜头模组
CN114609761A (zh) * 2022-02-23 2022-06-10 广东弘景光电科技股份有限公司 高像素大靶面大光圈广角监控光学***及其应用的摄像模组

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