CN114167588B - 一种镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜头，由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第一透镜组、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面；所述镜头满足：

其中，f₅₆为所述第一透镜组的焦距，f为所述镜头***的焦距，FOV为所述镜头的视场角；所述第一透镜组由从物侧到像侧依次排列的第四负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成。实现了一种大光圈且兼顾小型化、高解像力、低成本、温度稳定性佳等特点的光学镜头。

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

得益于近年来安防监控领域的高速发展，光学镜头在安防领域得到越来越多的应用，尤其是在智能楼宇、智能交通等领域，光学成像镜头的像素要求越来越高。越来越多的企业开始在超高清上投入更多的研究，期望研发出像素更高，尺寸更小的产品。随着安防领域的快速发展，变焦镜头的使用量逐年上涨，变焦镜头的光学性能和产品稳定性的要求也越来越高。

但现在的光学成像镜头中仍然存在如下问题：1、F1.0镜头采用的波段为全都是430-650nm的彩色波段，650nm以上的波段成像效果极差。2、可见光与红外(850nm)波段成像效果较好的镜头，光圈普遍都控制在F1.4-1.6,通光量较小，不能满足超低照度下的监控需求。3、目前主流的日夜共焦镜头的光圈只能做到F1.6,仅能满足普通低照需求，使用上的局限性较大。4、目前主流的光圈为F1.6日夜共焦镜头的TTL是23mm左右，满足超小外形的前提下，光圈相对较大。

因此，目前市面上急需一款大光圈且兼顾红外共焦、小型化、高解像力、低成本、温度稳定性佳等特点的光学镜头。

发明内容

本发明实施例提供了一种镜头，用以提供一款大光圈且兼顾红外共焦、小型化、高解像力、低成本、温度稳定性佳等特点的光学镜头。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第一透镜组、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面；

所述镜头满足：

其中，f₅₆为所述第一透镜组的焦距，f为所述镜头***的焦距，FOV为所述镜头的视场角；

所述第一透镜组由从物侧到像侧依次排列的第四负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成。

进一步地，所述第一负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；

所述第二负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；

所述第三负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；

所述第一正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第四负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第四正光焦度透镜为双凸透镜。

进一步地，所述第四负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成胶合透镜组。

进一步地，所述第四负光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第三正光焦度透镜为球面或非球面透镜。

进一步地，所述第一正光焦度透镜为球面透镜。

进一步地，所述第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第四正光焦度透镜为塑料非球面透镜。

进一步地，所述第一负光焦度透镜的阿贝数Vd1，第三负光焦度透镜的阿贝数Vd3，第三正光焦度透镜的阿贝数Vd7满足：Vd1≥71；Vd3≥68；Vd7≥83。

进一步地，所述第一正光焦度透镜的折射率Nd4，第四负光焦度透镜的折射率Nd5满足：Nd4≥1.94；Nd5≥1.94。

进一步地，所述第一正光焦度透镜和第四负光焦度透镜之间设置有孔径光阑。

进一步地，所述第四正光焦度透镜和像面之间设置有滤光片。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第一透镜组、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面；所述镜头满足：

其中，f₅₆为所述第一透镜组的焦距，f为所述镜头***的焦距，FOV为所述镜头的视场角；所述第一透镜组由从物侧到像侧依次排列的第四负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成。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8个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：/>

实现了一种大光圈且兼顾红外共焦、小型化、高解像力、低成本、温度稳定性佳等特点的光学镜头。

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提供的镜头在红外波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

图4为本发明实施例2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5为本发明实施例2提供的镜头在红外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1提供的一种镜头示意图，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜L1、第二负光焦度透镜L2、第三负光焦度透镜L3、第一正光焦度透镜L4、第一透镜组G1、第三正光焦度透镜L7、第四正光焦度透镜L8和像面N；

所述镜头满足：

其中，f₅₆为所述第一透镜组的焦距，f为所述镜头***的焦距，FOV为所述镜头的视场角；

所述第一透镜组G1由从物侧到像侧依次排列的第四负光焦度透镜L5和第二正光焦度透镜L6构成。

所述第一正光焦度透镜L4和第四负光焦度透镜L5之间设置有孔径光阑P。

所述第四正光焦度透镜L8和像面N之间设置有滤光片M。

孔径光阑的口径大小决定了***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阑以实现通光口径可调，即有可变***光圈值和改变景深的目的。

滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件。通过设置滤光片，模拟安装有本发明实施例提供的镜头的成像***中的滤光片，这样将成像***中的滤光片的光程差考虑在镜头设计中，得到镜头满足：

镜头的性能更好。

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8个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：

实现了一种大光圈且兼顾红外共焦、小型化、高解像力、低成本、温度稳定性佳等特点的光学镜头。

为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；

所述第二负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；

所述第三负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；

所述第一正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第四负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第四正光焦度透镜为双凸透镜。

为了进一步使得***能够紧凑，在本发明实施例中，所述第四负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成胶合透镜组。

为了使得镜头加工性能较好，一种可选的实施例中，所述第四负光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第三正光焦度透镜为球面或非球面透镜。一种可选的实施例中，所述第一正光焦度透镜为球面透镜。一种可选的实施例中，所述第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第四正光焦度透镜为塑料非球面透镜。

在本发明实施例中，为了在镜头在较大的温度范围内都能清晰成像，在本发明实施例中，所述第一负光焦度透镜的阿贝数Vd1，第三负光焦度透镜的阿贝数Vd3，第三正光焦度透镜的阿贝数Vd7满足：Vd1≥71；Vd3≥68；Vd7≥83。另外，满足：Vd1≥71；Vd3≥68；Vd7≥83还可以降低图像的色差，从而提高成像质量。

为了提高镜头的成像质量，减小镜头的总长度，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜的折射率Nd4，第四负光焦度透镜的折射率Nd5满足：Nd4≥1.94；Nd5≥1.94。并且，满足：Nd4≥1.94；Nd5≥1.94还可以降低球差，提高成像质量。

本发明实施例提供的镜头所实现的光学性能如下：

光学镜头成像靶面可以最高支持1/2.7英寸，在有效实现红外共焦效果同时确保成像质量和高解像力，低成本、温度稳定性佳等特点。成像可最大支持靶面1/2.7英寸的sensor使用。光学总长不超过23.2mm，可满足小型化需求。可与500万像素高分辨率CCD或CMOS摄像机适配。支持波段为全都是430-850nm的彩色和红外波段，红外波段成像效果佳，可用于红外场景的控需求。光圈较大，F数为1.0，特别适用低照度条件下的监控需求。本发明实施例提供的镜头为玻塑混合镜头，成本相对较低。

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、阿贝常数Vd和圆锥系数k满足表1所列的条件：

表1

需要说明的是，表1中的镜面序号为图1所示的镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号；

其中，本发明实施例中的透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L8均为非球面透镜，可选的，透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L8可以为塑料非球面透镜，透镜L4、透镜L5、透镜L6、透镜L7均为球面透镜，可选的，透镜L4、透镜L5、透镜L6、透镜L7均为球面透镜可以为玻璃球面透镜。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

面序号

A

B

C

D

E

F

1

2.08E-03

-2.85E-04

1.28E-05

-1.76E-07

-8.45E-09

0.00E+00

2

3.15E-03

-3.60E-04

8.14E-06

4.55E-07

1.38E-16

0.00E+00

3

1.68E-02

-1.22E-03

1.47E-04

-6.80E-06

1.19E-07

-4.65E-16

4

6.64E-03

-7.58E-04

1.29E-04

-5.46E-06

1.41E-08

-4.69E-16

5

-6.57E-03

5.97E-04

2.68E-05

-2.01E-06

0.00E+00

0.00E+00

6

-2.98E-03

4.76E-04

-8.90E-06

1.32E-07

0.00E+00

0.00E+00

15

-3.35E-04

-1.15E-05

-4.57E-06

3.54E-07

-1.91E-08

-2.25E-17

16

1.04E-03

-4.16E-05

-3.85E-07

1.10E-07

-1.89E-08

5.48E-10

表2

本实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：

光学总长TTL≤23.19mm；

镜头焦距f：4.00mm；

镜头的视场角：97.2°；

镜头的光学畸变：≤-27.3％；

镜头***的光圈FNO.：1.0；

镜头像面尺寸：≥φ6.6mm。

实施例2：

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、阿贝常数Vd和圆锥系数k满足表4所列的条件：

表3

需要说明的是，表3中的镜面序号为图1所示的镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号；

其中，本发明实施例中的透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L5、透镜L6、透镜L7、透镜L8均为非球面透镜，可选的，透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L5、透镜L6、透镜L7、透镜L8可以为塑料非球面透镜，透镜L4为球面透镜，可选的，透镜L4可以为玻璃球面透镜。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

序号

A

B

C

D

E

F

1

2.24E-03

-2.63E-04

1.75E-05

-5.62E-07

7.48E-09

0.00E+00

2

2.78E-03

-5.35E-04

4.82E-05

-5.14E-06

1.98E-07

0.00E+00

3

1.35E-02

-8.08E-04

7.58E-05

-5.50E-06

2.14E-07

-4.70E-16

4

8.57E-03

-5.28E-04

5.86E-05

9.13E-08

-8.47E-08

-1.00E-09

5

-9.48E-03

7.63E-04

2.37E-05

-4.54E-06

0.00E+00

0.00E+00

6

-8.10E-03

1.29E-03

-7.70E-05

1.71E-06

0.00E+00

0.00E+00

10

1.09E-03

-6.05E-05

-5.54E-06

7.83E-08

0.00E+00

0.00E+00

11

3.34E-04

1.36E-04

1.20E-05

-1.88E-06

0.00E+00

0.00E+00

12

3.09E-03

1.72E-05

-6.37E-06

5.12E-08

0.00E+00

0.00E+00

13

-1.30E-05

1.30E-05

1.02E-06

2.47E-08

-1.61E-09

0.00E+00

14

2.06E-04

1.66E-05

5.48E-07

5.83E-08

6.86E-09

0.00E+00

15

-8.56E-04

-2.57E-05

-5.55E-06

8.57E-07

-4.28E-08

1.12E-09

16

-6.16E-04

-5.31E-05

1.20E-06

4.35E-07

-3.66E-08

1.39E-09

表4

本实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：

光学总长TTL≤23.2mm；

镜头焦距f：4.0mm；

镜头的视场角：92°；

镜头的光学畸变：≤-19％；

镜头***的光圈FNO.：1.0；

镜头像面尺寸：≥φ6.6mm。

下面通过对实施例进行详细的光学***分析，进一步介绍本实施例所提供的镜头。

光学传递函数是用来评价一个光学***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，对像差进行了很好的校正。

如图2所示，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；

如图3所示，为本发明实施例1提供的镜头在红外波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；

如图4所示，为本发明实施例2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；

如图5所示，为本发明实施例2提供的镜头在红外波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图。

如图2和4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；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、较为集中，而且全视场(半像高Y’＝3.3mm)MTF平均值达到0.5以上；可见本实施例提供的该成像***，能够达到较高的成像要求。

如图3和5所示，为该成像***在红外波段常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图；该成像***在红外部分常温状态的光学传递函数(MTF)曲线图平滑、且较为集中，而且全视场(半像高Y’＝4.4mm)MTF平均值达到0.4以上；可见本实施例提供的该成像***，能够达到较高的红外波段成像要求。

综上所述，本发明实施例提供了一种大光圈红外共焦且兼顾成像高清的光学镜头。采用8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特定的光焦度的分配及组合，使得该成像***的能够实现出色的可见光和红外光成像特性。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第一透镜组、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面；所述镜头满足：

其中，f₅₆为所述第一透镜组的焦距，f为所述镜头***的焦距，FOV为所述镜头的视场角；所述第一透镜组由从物侧到像侧依次排列的第四负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成。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8个特定光焦度的透镜，并且镜头满足：/>

实现了一种大光圈且兼顾小型化、高解像力、低成本、温度稳定性佳等特点的光学镜头。

本发明实施例提供的镜头，成像面尺寸最大支持φ6.6mm的sensor(CCD/CMOS)相机，满足设备高分辨率的需求；全视场MTF值在100lp/mm情况下，达到0.45以上，有出色的成像特性；镜头各透镜光焦度分布合理，镜片形状便于加工。镜头光圈大，F数为1.0，特别适用低照度条件下的监控需求。镜头总长短，TTL为23.2mm以内，实现了产品小型化的需求。该定焦镜头在不同波长(0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.850μm和0.436μm)均有较好的成像质量。

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，则可对这些实施例做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 (9)

1.一种镜头，其特征在于，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第一透镜组、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜和像面组成；

所述镜头满足：

其中，f₅₆为所述第一透镜组的焦距，f为所述镜头***的焦距，FOV为所述镜头的视场角；

所述第一透镜组由从物侧到像侧依次排列的第四负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成；

所述第一负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；

所述第二负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；

所述第三负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；

所述第一正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第四负光焦度透镜为双凹透镜；

所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；

所述第四正光焦度透镜为双凸透镜。

2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第四负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成胶合透镜组。

3.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第四负光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第三正光焦度透镜为球面或非球面透镜。

4.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜为球面透镜。

5.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一负光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第四正光焦度透镜为塑料非球面透镜。

6.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一负光焦度透镜的阿贝数Vd1，第三负光焦度透镜的阿贝数Vd3，第三正光焦度透镜的阿贝数Vd7满足：Vd1≥71；Vd3≥68；Vd7≥83。

7.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜的折射率Nd4，第四负光焦度透镜的折射率Nd5满足：Nd4≥1.94；Nd5≥1.94。

8.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一正光焦度透镜和第四负光焦度透镜之间设置有孔径光阑。

9.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第四正光焦度透镜和像面之间设置有滤光片。

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