CN115016104B - 一种镜头及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镜头及摄像装置，由物侧至像侧依次排列第一负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、透镜组、孔径光阑、第四正光焦度透镜、第三负光焦度透镜和像面；所述镜头满足以下条件：
Figure 451016DEST_PATH_IMAGE001
其中，fG1为所述透镜组的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。实现了一种高解像力兼顾大靶面、低畸变、小型化和低成本等特点的全画幅光学镜头。

Description

一种镜头及摄像装置
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种镜头及摄像装置。
背景技术
近年来安防监控领域迎来了高速的发展，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。而且随着道路上车道的数量逐渐从2车道升级到3车道、4车道甚至是5车道，需要监控的视场范围越来越大，因此传感器的像面也向着大靶面不断升级。现在市面上逐步出现了全画幅大靶面相机，但能够满足全画幅像面的镜头确较少。而且大靶面引入了较大的畸变，因此市面上急需一种满足全画幅靶面成像要求，同时要求低畸变的镜头。
随着安防领域的快速发展，定焦镜头相比变焦镜头而言，有更加稳定的光学性能，其需求量也是最高的。但现在的光学成像镜头中仍然存在如下问题：1、现有的镜头，成像靶面尺寸小，采集的图像分辨率低。2、镜头畸变大，无法满足对于畸变要求低的场景需求。3、镜片数量使用较多，镜头尺寸较大，使得整个摄像机无法实现小型化的设计。4、镜头解像力不高，成像质量一般。5、高低温情况下性能的稳定性不佳。
因此，目前市面上急需一款高解像力兼顾大靶面、低畸变、小型化和低成本等特点的全画幅光学镜头。
发明内容
本发明实施例提供了一种镜头及摄像装置，用以提供一种高解像力兼顾大靶面、低畸变、小型化和低成本等特点的全画幅光学镜头。
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、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、透镜组、孔径光阑、第四正光焦度透镜、第三负光焦度透镜和像面；
所述镜头满足以下条件：
Figure 754737DEST_PATH_IMAGE001
其中，fG1为所述透镜组的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角；
所述透镜组由从物侧到像侧依次排列的第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜构成。
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；
所述第一正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第二正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；
所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；
所述第四正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。
进一步地，所述第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜构成胶合透镜组。
进一步地，所述第二负光焦度透镜像侧面的中心曲率半径R9与所述第四正光焦度 透镜的物侧面的中心曲率半径R11之间满足：
Figure 108358DEST_PATH_IMAGE002
进一步地，所述第一负光焦度透镜物面侧到所述像面的距离TTL与所述第一正光 焦度透镜的焦距f2之间满足：
Figure 906550DEST_PATH_IMAGE003
进一步地，所述第一正光焦度透镜的焦距的f2, 第二正光焦度透镜的焦距的f3，第三正光焦度透镜的焦距的f4满足：f2≤152；f3≤75；f4≤25。
进一步地，所述第一负光焦度透镜的玻璃材质的阿贝数Vd1，第二正光焦度透镜的玻璃材质的阿贝数Vd3，第三正光焦度透镜的玻璃材质的阿贝数Vd4满足：Vd1≤64；Vd3≤68；Vd4≤83。
进一步地，所述第二正光焦度透镜的玻璃材质的折射率Nd3，第三正光焦度透镜的玻璃材质的折射率Nd4，第四正光焦度透镜的玻璃材质的折射率Nd6满足：Nd3≤1.65；Nd4≥1.48；Nd6≤1.86。
进一步地，所述第三负光焦度透镜和像面之间设置有滤光片。
另一方面，本发明实施例提供了一种摄像装置，所述摄像装置具备：采用上述任一项所述的镜头进行成像。
本发明实施例提供了一种镜头及摄像装置，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一 负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、透镜组、孔径光阑、第四正光焦度透 镜、第三负光焦度透镜和像面；所述镜头满足以下条件：
Figure 636609DEST_PATH_IMAGE004
其中， fG1为所述透镜组的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。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7个特定光焦度的透镜，并且镜头满 足：
Figure 633383DEST_PATH_IMAGE005
实现了一种高解像力兼顾大靶面、低畸变、小型化和低成本 等特点的全画幅光学镜头。
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提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；
图4为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；
图5为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的点列图；
图6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7为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；
图8为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；
图9为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的点列图。
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、第一正光焦度透镜L2、第二正光焦度透镜L3、透镜组G1、孔径光阑P、第四正光焦度透镜L6、第三负光焦度透镜L7和像面N；
所述镜头满足以下条件：
Figure 157906DEST_PATH_IMAGE004
其中，fG1为所述透镜组的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角；
所述透镜组G1由从物侧到像侧依次排列的第三正光焦度透镜L4和第二负光焦度透镜L5构成。
所述第三负光焦度透镜L7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：
Figure 446323DEST_PATH_IMAGE005
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7个特 定光焦度的透镜，并且镜头满足：
Figure 714494DEST_PATH_IMAGE005
实现了一种高解像力兼顾大 靶面、低畸变、小型化和低成本等特点的全画幅光学镜头。
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；
所述第一正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第二正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；
所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；
所述第四正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。
为了进一步使得***能够紧凑，在本发明实施例中，所述第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜构成胶合透镜组。
为了进一步提高镜头的成像质量，并且提高镜头的加工性能，在本发明实施例中， 所述第二负光焦度透镜像侧面的中心曲率半径R9与所述第四正光焦度透镜的物侧面的中 心曲率半径R11之间满足：
Figure 769037DEST_PATH_IMAGE006
为了进一步使得***能够紧凑，在本发明实施例中，所述第一负光焦度透镜物面 侧到所述像面的距离TTL与所述第一正光焦度透镜的焦距f2之间满足：
Figure 464461DEST_PATH_IMAGE007
为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜的焦距的f2, 第二正光焦度透镜的焦距的f3，第三正光焦度透镜的焦距的f4满足：f2≤152；f3≤75；f4≤25。
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玻璃材质的阿贝数Vd1，第二正光焦度透镜的玻璃材质的阿贝数Vd3，第三正光焦度透镜的玻璃材质的阿贝数Vd4满足：Vd1≤64；Vd3≤68；Vd4≤83。另外，满足：Vd1≤64；Vd3≤68；Vd4≤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，所述第二正光焦度透镜的玻璃材质的折射率Nd3，第三正光焦度透镜的玻璃材质的折射率Nd4，第四正光焦度透镜的玻璃材质的折射率Nd6满足：Nd3≤1.65；Nd4≥1.48；Nd6≤1.86。并且，满足：Nd3≤1.65；Nd4≥1.48；Nd6≤1.86还可以降低球差，提高成像质量。
另一方面，本发明实施例提供了一种摄像装置，所述摄像装置具备：采用上述镜头进行成像。
本发明实施例提供的镜头所实现的光学性能如下：
镜头成像靶面可以最高支持全画幅尺寸，在有效实现镜头结构小型化同时确保成像质量。成像可最高可最大支持靶面全画幅尺寸的传感器使用，镜头机械总长不超过100mm；全视场MTF值在80lp/mm情况下，达到0.4以上；镜头的镜片数量较少，并且加工性好，成本控制较低；畸变很小，在2%以内，满足高精度成像的要求；光学性能稳定，满足-30~+70℃的高低温工作状态下的需求。
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：
Figure 237245DEST_PATH_IMAGE008
表1
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≤95 mm；
镜头焦距f：30.5mm；
镜头的视场角：66.4°；
镜头的光学畸变：-1.0%；
镜头***的光圈F.NO：4.0；
镜头像面尺寸：Φ45mm。
在本发明实施例中，透镜L4和透镜L5构成透镜组G1，透镜组G1的焦距为fG1；镜头的 焦距为f，视场角为FOV；满足下面关系式：
Figure 840264DEST_PATH_IMAGE009
光学镜头的透镜L5像侧 面的中心曲率半径R9与透镜L6的物侧面的中心曲率半径R11之间满足：
Figure 749314DEST_PATH_IMAGE010
光学 镜头中透镜L2的焦距为f2与光学镜头的光学总长TTL之间满足：
Figure 615639DEST_PATH_IMAGE011
；光学镜头的 透镜L2的焦距的f2=121.46, 透镜L3的焦距的f3=68.20，透镜L4的焦距的f4=24.09；光学镜 头的透镜L1的玻璃材质的阿贝数Vd1=60.37，透镜L3的玻璃材质的阿贝数Vd3=63.40,透镜 L4的玻璃材质的阿贝数Vd4=81.59；光学镜头的透镜L3的玻璃材质的折射率Nd3=1.61，透镜 L4的玻璃材质的折射率Nd4=1.49，透镜L6的玻璃材质的折射率Nd6=1.84。
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2所列的条件：
Figure 875719DEST_PATH_IMAGE012
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≤92 mm；
镜头焦距f：30.0mm；
镜头的视场角：69.0°；
镜头的光学畸变：-1.0%；
镜头***的光圈F.NO：4.0；
镜头像面尺寸：Φ45mm。
在本发明实施例中，透镜L4和透镜L5构成透镜组G1，透镜组G1的焦距为fG1；镜头的 焦距为f，视场角为FOV；满足下面关系式：
Figure 485692DEST_PATH_IMAGE013
光学镜头的透镜L5像侧面 的中心曲率半径R9与透镜L6的物侧面的中心曲率半径R11之间满足：
Figure 45987DEST_PATH_IMAGE014
光学 镜头中透镜L2的焦距为
Figure 348792DEST_PATH_IMAGE015
与光学镜头的光学总长TTL之间满足：
Figure 830589DEST_PATH_IMAGE016
；光学镜头的 透镜L2的焦距的f2=113.23, 透镜L3的焦距的f3=73.67，透镜L4的焦距的f4=21.45；光学镜 头的透镜L1的玻璃材质的阿贝数Vd1=56.72，透镜L3的玻璃材质的阿贝数Vd3=65.45,透镜 L4的玻璃材质的阿贝数Vd4=68.62；光学镜头的透镜L3的玻璃材质的折射率Nd3=1.60，透镜 L4的玻璃材质的折射率Nd4=1.59，透镜L6的玻璃材质的折射率Nd6=1.74。
综上，实施例1至实施例2分别满足以下表3所示的关系。
Figure 43920DEST_PATH_IMAGE017
表3
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提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；
如图4所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；
如图5所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的点列图。
如图6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7所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；
如图8所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；
如图9所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的点列图。
从图2中可知，镜头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’=22.5mm）MTF平均值达到0.5以上；可见本发明实施例提供的镜头能够达到较高的成像要求。
从图6中可知，镜头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’=22.5mm）MTF平均值达到0.5以上；可见本发明实施例提供的镜头能够达到较高的成像要求。
从图3和图7中可以看到，镜头的场曲控制在±0.5mm以内。场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。T代表子午场曲，S代表弧矢场曲。场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，子午场曲数据是沿着Z轴测量的从当前所确定的聚焦面到近轴焦面的距离，并且是在子午(YZ面)上测量的。弧矢场曲数据测量的是在与子午面垂直的平面上测量的距离，示意图中的基线是在光轴上，曲线顶部代表最大视场(角度或高度)，在纵轴上不设置单位，这是因为曲线总是用最大的径向视场来归一化的。
从图3和图7中可知，镜头畸变控制较好，在-1.0%以内。图4参考多个波长(0.436um、 0 .486um、0 .546um、0 .587um和0.656um)的曲线在图4中发生了重合。一般来说，镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，毕竟摄影的目的是为了再现，而非夸张，但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。从图3和图7中可知，本发明实施例1提供的镜头的畸变为-0.9％；本发明实施例2提供的镜头的畸变为-1.0％；这样设置畸变是为了平衡焦距，视场角及对应相机靶面的大小，畸变造成的形变可以通过后期图像处理对其进行校正。
从图4和图8中可知，光扇图中曲线较为集中，镜头的球差及色散也控制较好。从图5和图9中可知，镜头光斑半径较小，也比较集中，对应的像差和彗差也很好。
其中图4和图8中，EX表示X方向像差，EY表示Y方向像差，PX表示归一化X方向光瞳坐标，PY表示归一化Y方向光瞳坐标。
综上所述，本发明实施例提供了一种全画幅大靶面、低畸变、低成本的成像高清的光学镜头。采用7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***的能够实现较好的畸变控制及出色的成像特性。
本发明实施例提供了一种镜头及摄像装置，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一 负光焦度透镜、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、透镜组、孔径光阑、第四正光焦度透 镜、第三负光焦度透镜和像面；所述镜头满足以下条件：
Figure 927562DEST_PATH_IMAGE001
其中， fG1为所述透镜组的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角。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7个特定光焦度的透镜，并且镜头满 足：
Figure 135690DEST_PATH_IMAGE018
实现了一种高解像力兼顾大靶面、低畸变、小型化和低成本 等特点的全画幅光学镜头。
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 (10)

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、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、透镜组、孔径光阑、第四正光焦度透镜、第三负光焦度透镜和像面；
所述镜头满足以下条件：
Figure 758169DEST_PATH_IMAGE001
其中，fG1为所述透镜组的焦距，f为所述镜头的焦距，FOV为所述镜头的视场角；
所述透镜组由从物侧到像侧依次排列的第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜构成；
所述第一正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第二正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凹面；
所述第四正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。
2.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为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；
所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；
所述第二负光焦度透镜为双凹透镜。
3.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜构成胶合透镜组。
4.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二负光焦度透镜像侧面的中心曲率半 径R9与所述第四正光焦度透镜的物侧面的中心曲率半径R11之间满足：
Figure 290782DEST_PATH_IMAGE002
。
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物面侧到所述像面的 距离TTL与所述第一正光焦度透镜的焦距f2之间满足：
Figure 958523DEST_PATH_IMAGE003
。
6.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焦距的f2, 第二正光焦度透镜的焦距的f3，第三正光焦度透镜的焦距的f4满足：f2≤152；f3≤75；f4≤25。
7.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玻璃材质的阿贝数Vd1，第二正光焦度透镜的玻璃材质的阿贝数Vd3，第三正光焦度透镜的玻璃材质的阿贝数Vd4满足：Vd1≤64；Vd3≤68；Vd4≤83。
8.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二正光焦度透镜的玻璃材质的折射率Nd3，第三正光焦度透镜的玻璃材质的折射率Nd4，第四正光焦度透镜的玻璃材质的折射率Nd6满足：Nd3≤1.65；Nd4≥1.48；Nd6≤1.86。
9.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第三负光焦度透镜和像面之间设置有滤光片。
10.一种摄像装置，其特征在于，所述摄像装置具备：采用上述权利要求1至9中的任一项所述的镜头进行成像。
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