CN111897099A - 一种定焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种定焦镜头。该定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度或负光焦度的第三透镜、光阑、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；其中，第一透镜和第三透镜均为球面透镜，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜均为非球面透镜。本发明实施例的技术方案，可以实现一种大靶面、超大光圈的4K广角光学镜头，该镜头在成本较低的情况下支持最大靶面1/1.8英寸，光圈数满足0.8<F<1.2，视场角大于120°，且在‑30℃～80℃环境下使用满足成像要求。

Description

一种定焦镜头

技术领域

本发明实施例涉及镜头技术，尤其涉及一种定焦镜头。

背景技术

随着科技的迅速发展，人们对安防也有了更高层次的认识，监控镜头随即诞生。近年来，监控镜头已经成为安防行业的一大主力军，推动着安防行业不断前进并且迅速发展。

随着安防监控系统的日益发展，对于安防镜头的要求越来越高，主要体现在更高的像质，更大的视场，更大的通光口径以及更大的靶面。目前现有超大光圈镜头往往视场角较小，一般小于120°，靶面一般为1/2.7英寸，但是在安防监控领域，更大的视场角意味着更广的监控范围，更大的靶面意味着更好的细节体现。因此针对于现有视场角较小、靶面较小的情况，开发一种大靶面超大光圈4K广角光学镜头是必要的。

发明内容

本发明实施例提供一种定焦镜头，以实现一种大靶面、超大光圈的4K广角光学镜头，该镜头在成本较低的情况下支持最大靶面1/1.8英寸，光圈数满足0.8<F<1.2，视场角大于120°，且在-30℃～80℃环境下使用满足成像要求。

本发明实施例提供一种定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度或负光焦度的第三透镜、光阑、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；

其中，所述第一透镜和所述第三透镜均为球面透镜，所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜均为非球面透镜。

可选的，所述第一透镜和所述第三透镜均为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜均为塑料非球面透镜。

可选的，所述第四透镜为玻璃非球面透镜或塑料非球面透镜。

可选的，所述第一透镜满足：

1.5<|f1/f|<4.0；

其中f1表示所述第一透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

可选的，所述第二透镜满足：

2.0<|f2/f|<5.0；

1.0<|ET2/CT2|<2.0；

其中f2表示所述第二透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距，ET2表示所述第二透镜的边缘沿轴方向的厚度或沿轴方向最厚位置的厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度。

可选的，所述第三透镜满足：

|f3/f|>5.0；

其中f3表示所述第三透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

可选的，所述第四透镜满足：

1.5<|f4/f|<4.0；

其中f4表示所述第四透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

可选的，所述第五透镜至所述第七透镜满足：

1.5<|f5/f|<4.0；

1.1<|f6/f|<3.0；

1.5<|f7/f|<4.0；

40<vd5<70；

20<vd6<40；

40<vd7<70；

其中f5、f6和f7分别表示所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距，vd5、vd6和vd7分别表示所述第五透镜、所述第六透镜和第七透镜的阿贝数。

可选的，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面或凸面；所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；所述第四透镜的物侧面为凸面，所述第四透镜的像侧面为凸面；所述第五透镜的物侧面为凸面，所述第五透镜的像侧面为凸面；所述第六透镜的物侧面为凹面，所述第六透镜的像侧面为凹面；所述第七透镜的物侧面为凸面，所述第七透镜的像侧面为凸面。

可选的，所述定焦镜头满足：

5.0<TTL/f<10.0；

其中TTL表示所述定焦镜头的光学总长，f表示所述定焦镜头的焦距。

本发明实施例提供的定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度或负光焦度的第三透镜、光阑、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；其中，第一透镜和第三透镜均为球面透镜，第二透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜均为非球面透镜。通过设置负光焦度的第一透镜和第二透镜，对于大视场光学系统起到收集光线的作用，且第二透镜收集光线的同时可以校正轴上像差；通过设置正光焦度或负光焦度的第三透镜，用于矫正轴外像差；通过设置正光焦度的第四透镜，有利于矫正球差及慧差，且有助于控制镜头体积，保证大光圈的需要；通过第五透镜至第七透镜的组合有利于系统色差的矫正；通过球面透镜和非球面透镜的搭配，从而实现一种适合复杂条件下监控需求的大通光定焦镜头，且可以达到光圈数0.8<F<1.2的大光圈，支持1/1.8英寸的靶面，视场角范围大于120°，且在-30℃～80℃环境下使用满足成像要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种定焦镜头的轴向像差曲线示意图；

图3是本发明实施例提供的一种定焦镜头的场曲曲线示意图；

图4是本发明实施例提供的一种定焦镜头的畸变曲线示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种定焦镜头的轴向像差曲线示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种定焦镜头的场曲曲线示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种定焦镜头的畸变曲线示意图；

图9是本发明实施例提供的又一种定焦镜头的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的又一种定焦镜头的轴向像差曲线示意图；

图11是本发明实施例提供的又一种定焦镜头的场曲曲线示意图；

图12是本发明实施例提供的又一种定焦镜头的畸变曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图。参考图1，本发明实施例提供的定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜10、负光焦度的第二透镜20、正光焦度或负光焦度的第三透镜30、光阑80、正光焦度的第四透镜40、正光焦度的第五透镜50、负光焦度的第六透镜60以及正光焦度的第七透镜70；其中，第一透镜10和第三透镜30均为球面透镜，第二透镜20、第四透镜40、第五透镜50、第六透镜60以及第七透镜70均为非球面透镜。

其中，可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。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系统(即透镜组)。在本实施例中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，通过合理分配透镜的光焦度和形状，例如设置负光焦度的第一透镜10和第二透镜20利于光线接收，增大视场角，正光焦度或负光焦度的第三透镜30矫正轴外像差，光阑80可以调节视场大小，遮挡远轴光线，避免远轴光线影响成像质量，提高像质，使镜头具有大通光量。可选的，本实施例提供的定焦镜头的光学总长TTL满足5.0<TTL/f<10.0，其中f表示定焦镜头的焦距，光圈F可以达到0.8～1.2，支持1/1.8英寸的像面，视场角FOV范围大于120°。

本实施例的技术方案，通过设置负光焦度的第一透镜和第二透镜，对于大视场光学系统起到收集光线的作用，且第二透镜收集光线的同时可以校正轴上像差；通过设置正光焦度或负光焦度的第三透镜，用于矫正轴外像差；通过设置正光焦度的第四透镜，有利于矫正球差及慧差，且有助于控制镜头体积，保证大光圈的需要；通过第五透镜至第七透镜的组合有利于系统色差的矫正；通过球面透镜和非球面透镜的搭配，从而实现一种适合复杂条件下监控需求的大通光定焦镜头，且可以达到光圈数0.8<F<1.2的大光圈，支持1/1.8英寸的靶面，视场角范围大于120°，且在-30℃～80℃环境下使用满足成像要求。

在上述技术方案的基础上，可选的，第一透镜10和第三透镜30均为玻璃球面透镜，第二透镜20、第五透镜50、第六透镜60以及第七透镜70均为塑料非球面透镜。可选的，第四透镜40为玻璃非球面透镜或塑料非球面透镜。

通过设置第一透镜10为玻璃球面透镜，玻璃球面透镜容易加工，而且具有良好的物理化学性质，对于环境的适应性更强；第三透镜30为玻璃透镜，可以根据需求设计为正光焦度或负光焦度，用于矫正轴外像差；第四透镜40设计为玻璃非球面透镜或塑料非球面透镜，该位置对矫正球差及彗差比较有利；其余透镜均为塑料非球面透镜，可以保证低成本的条件下具有良好的像差矫正能力。

可选的，第一透镜10满足：

1.5<|f1/f|<4.0；

其中f1表示第一透镜10的焦距，f表示定焦镜头的焦距。

可选的，第二透镜20满足：

2.0<|f2/f|<5.0；

1.0<|ET2/CT2|<2.0；

其中f2表示第二透镜20的焦距，f表示定焦镜头的焦距，ET2表示第二透镜20的边缘沿轴方向的厚度或沿轴方向最厚位置的厚度，CT2表示第二透镜20的中心厚度。

可选的，第三透镜30满足：

|f3/f|>5.0；

其中f3表示第三透镜30的焦距，f表示定焦镜头的焦距。

可选的，第四透镜40满足：

1.5<|f4/f|<4.0；

其中f4表示第四透镜40的焦距，f表示定焦镜头的焦距。

可选的，第五透镜50至第七透镜70满足：

1.5<|f5/f|<4.0；

1.1<|f6/f|<3.0；

1.5<|f7/f|<4.0；

40<vd5<70；

20<vd6<40；

40<vd7<70；

其中f5、f6和f7分别表示第五透镜50、第六透镜60和第七透镜70的焦距，f表示定焦镜头的焦距，vd5、vd6和vd7分别表示第五透镜50、第六透镜60和第七透镜70的阿贝数。

其中，设计第二透镜20满足1.0<|ET2/CT2|<2.0，可以保证第二透镜20具有较好的工艺性；设计第四透镜40的焦距范围，有助于控制镜头的体积，保证大光圈的需要；通过第五透镜50、第六透镜60、第七透镜70的阿贝数范围进行搭配，有利于矫正镜头的色差；通过综合设置第一透镜10至第七透镜70各光学参数，可以满足在-30℃～80℃条件下，光圈F可以达到0.8～1.2，支持1/1.8英寸的像面，视场角FOV范围大于120°的要求。

可选的，第一透镜10的物侧面为凸面，第一透镜10的像侧面为凹面；第二透镜20的物侧面为凹面，第一透镜20的像侧面为凹面或凸面；第三透镜30的物侧面为凸面，第三透镜30的像侧面为凹面；第四透镜40的物侧面为凸面，第四透镜40的像侧面为凸面；第五透镜50的物侧面为凸面，第五透镜50的像侧面为凸面；第六透镜60的物侧面为凹面，第六透镜60的像侧面为凹面；第七透镜70的物侧面为凸面，第七透镜70的像侧面为凸面。

可以理解的是，在具体实施时，具体透镜形状的可以根据光焦度的设计选择，以上仅是一个具体的示例，不是对本发明实施例的限制。

可选的，非球面透镜的面型满足公式：

其中，z表示非球面沿光轴方向的轴向矢高，r表示计算矢高的点到中心的距离，

R表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，A、B、C、D、E、F表示高次非球面系数。

示例性的，表1为图1所示的定焦镜头的一种具体实施例的参数设计值，该镜头的焦距f＝4.28mm，光圈数F＝1.0。

表1定焦镜头中透镜的一种设计值

表1中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“S1”代表第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“S2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推，“S16”和“S17”分别表示感光芯片前保护玻璃的前后表面；“STO”代表定焦镜头的光阑；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，其中“PL”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性；k值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

其中，表2所示为本实施例中非球面面型参数：

表2定焦镜头中非球面系数的一种设计值

其中，1.44E-003表示面序号为S3的系数A为1.44×10^-3。

图2所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的轴向像差曲线示意图，图3所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的场曲曲线示意图，图4所示为本发明实施例提供的一种定焦镜头的畸变曲线示意图，其中由图2～4可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。

图5所示为本发明实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图，该镜头的焦距f＝4.30mm，光圈数F＝1.0。表3为图5所示的定焦镜头的一种具体实施例的参数设计值：

表3定焦镜头中透镜的一种设计值

表3中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“S1”代表第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“S2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推，“S16”和“S17”分别表示感光芯片前保护玻璃的前后表面；“STO”代表定焦镜头的光阑；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，其中“PL”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性；k值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

其中，表4所示为本实施例中非球面面型参数：

表4定焦镜头中非球面系数的一种设计值

其中，1.25E-003表示面序号为S3的系数A为1.25×10^-3。

图6所示为本发明实施例提供的另一种定焦镜头的轴向像差曲线示意图，图7所示为本发明实施例提供的另一种定焦镜头的场曲曲线示意图，图8所示为本发明实施例提供的另一种定焦镜头的畸变曲线示意图，其中由图6～8可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。

图9所示为本发明实施例提供的又一种定焦镜头的结构示意图，该镜头的焦距f＝4.27mm，光圈数F＝1.0。表5为图9所示的定焦镜头的一种具体实施例的参数设计值：

表5定焦镜头中透镜的一种设计值

表5中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“S1”代表第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“S2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推，“S16”和“S17”分别表示感光芯片前保护玻璃的前后表面；“STO”代表定焦镜头的光阑；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，其中“PL”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性；k值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

其中，表6所示为本实施例中非球面面型参数：

表6定焦镜头中非球面系数的一种设计值

其中，1.49E-003表示面序号为S3的系数A为1.49×10^-3。

图10所示为本发明实施例提供的又一种定焦镜头的轴向像差曲线示意图，图11所示为本发明实施例提供的又一种定焦镜头的场曲曲线示意图，图12所示为本发明实施例提供的又一种定焦镜头的畸变曲线示意图，其中由图10～12可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。

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 (10)

1.一种定焦镜头，其特征在于，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度或负光焦度的第三透镜、光阑、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜以及正光焦度的第七透镜；

其中，所述第一透镜和所述第三透镜均为球面透镜，所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜均为非球面透镜。

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三透镜均为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜均为塑料非球面透镜。

3.根据权利要求2所述的定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜为玻璃非球面透镜或塑料非球面透镜。

4.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜满足：

1.5<|f1/f|<4.0；

其中f1表示所述第一透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

5.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜满足：

2.0<|f2/f|<5.0；

1.0<|ET2/CT2|<2.0；

其中f2表示所述第二透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距，ET2表示所述第二透镜的边缘沿轴方向的厚度或沿轴方向最厚位置的厚度，CT2表示所述第二透镜的中心厚度。

6.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜满足：

|f3/f|>5.0；

其中f3表示所述第三透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

7.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜满足：

1.5<|f4/f|<4.0；

其中f4表示所述第四透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距。

8.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜至所述第七透镜满足：

1.5<|f5/f|<4.0；

1.1<|f6/f|<3.0；

1.5<|f7/f|<4.0；

40<vd5<70；

20<vd6<40；

40<vd7<70；

其中f5、f6和f7分别表示所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜的焦距，f表示所述定焦镜头的焦距，vd5、vd6和vd7分别表示所述第五透镜、所述第六透镜和第七透镜的阿贝数。

9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面或凸面；所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凹面；所述第四透镜的物侧面为凸面，所述第四透镜的像侧面为凸面；所述第五透镜的物侧面为凸面，所述第五透镜的像侧面为凸面；所述第六透镜的物侧面为凹面，所述第六透镜的像侧面为凹面；所述第七透镜的物侧面为凸面，所述第七透镜的像侧面为凸面。

10.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述定焦镜头满足：

5.0<TTL/f<10.0；

其中TTL表示所述定焦镜头的光学总长，f表示所述定焦镜头的焦距。

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