一种定焦镜头的制作方法

1.本实用新型涉及光学镜头技术，尤其涉及一种定焦镜头。


背景技术：

2.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。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。目前现有的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英寸且无红外共焦功能。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。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例提供一种定焦镜头，以实现一种大靶面、大光圈且拥有红外共焦功能的4k高清超广角光学镜头。
4.第一方面，本实用新型实施例提供一种定焦镜头，包括沿光轴从物方指向像方方向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、第七透镜和第八透镜；
5.所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均具有负光焦度，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六透镜均具有正光焦度。
6.可选地，所述第一透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均为玻璃球面透镜；
7.所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为塑料非球面透镜。
8.可选地，所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜组成胶合透镜组。
9.可选地，还包括光阑，所述光阑位于所述第四透镜远离所述像方一侧。
10.可选地，所述第一透镜的光焦度为φ1，所述第二透镜的光焦度为φ2，所述第三透镜的光焦度为φ3，所述第四透镜的光焦度为φ4，所述第五透镜的光焦度为φ5，所述第六透镜的光焦度为φ6，所述第七透镜的光焦度为φ7，所述第八透镜的光焦度为φ8，所述定焦镜头的光焦度为φ，满足：
11.0.32≤|φ1/φ|≤1.20；
12.0.01≤|φ2/φ|≤0.35；
13.0.02≤|φ3/φ|≤0.67；
14.0.05≤|φ4/φ|≤0.78；
15.0.00≤|φ5/φ|≤0.65；
16.0.10≤|φ6/φ|≤0.70；
17.0.08≤|φ7/φ|≤0.85；
18.0.06≤|φ8/φ|≤0.62。
19.可选地，所述第一透镜的折射率为n1，所述第二透镜的折射率为n2，所述第三透镜的这折射率为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，所述第八透镜的折射率为n8，满足：
20.1.43≤n1≤1.80；
21.1.45≤n2≤1.78；
22.1.50≤n3≤1.90；
23.1.52≤n4≤1.88；
24.1.55≤n5≤1.92；
25.1.42≤n6≤1.75；
26.1.45≤n7≤1.86；
27.1.43≤n8≤2.01。
28.可选地，所述第一透镜的色散系数为v1，所述第二透镜的色散系数为v2，所述第三透镜的色散系数为v3，所述第四透镜的色散系数为v4，所述第五透镜的色散系数为v5，所述第六透镜的色散系数为v6，所述第七透镜的色散系数为 v7，所述第八透镜的色散系数为v8，满足：
29.40.0≤v1≤85.0；
30.20.0≤v2≤75.0；
31.20.0≤v3≤55.0；
32.44.0≤v4≤80.0；
33.23.0≤v5≤62.0；
34.45.0≤v6≤87.0；
35.20.0≤v7≤84.0；
36.20.0≤v8≤90.0。
37.可选地，所述定焦镜头的光圈为f，所述定焦镜头的入瞳直径为ep，满足：
38.1.20≤f/ep≤2.20。
39.可选地，所述定焦镜头的像面直径为ic，所述定焦镜头的光学后焦为bfl，满足：
40.1.44≤ic/bfl≤2.56。
41.可选地，所述定焦镜头的视场角为fov，所述定焦镜头的光学总长为ttl，满足：
42.3≤fov/ttl≤10。
43.本实用新型实施例提供的定焦镜头采用8个透镜，其中，第一透镜、第二透镜、第五透镜、第七透镜和第八透镜均具有负光焦度，第三透镜、第四透镜和第六透镜均具有正光焦度。本实用新型实施例提供一种定焦镜头，以实现一种大靶面、大光圈且拥有红外共焦功能的4k高清超广角光学镜头。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1.4＜f＜1.8，视场角满足120
°
～170
°
范围，具备红外共焦，且在-40℃～80℃环境下使用满足成像要求。
附图说明
44.图1为本实用新型实施例一提供的一种定焦镜头的结构示意图；
45.图2为实施例一中定焦镜头的球差曲线图；
46.图3-图8分别为实施例一中定焦镜头在像面0mm、1.9677mm、2.7828mm、 3.4082mm、3.9355mm和4.4mm处的光线光扇图；
47.图9-图14分别为实施例一中定焦镜头在像面0mm、1.968mm、2.783mm、 3.408mm、3.935mm和4.4mm处的点列图；
48.图15为本实施例一中定焦镜头的场曲图；
49.图16为本实施例一中定焦镜头的畸变图；
50.图17为本实用新型实施例二提供的一种定焦镜头的结构示意图；
51.图18为实施例二中定焦镜头的球差曲线图；
52.图19-图24分别为实施例二中定焦镜头在像面0mm、1.9677mm、2.7828mm、 3.4082mm、3.9355mm和4.4mm处的光线光扇图；
53.图25-图30分别为实施例二中定焦镜头在像面0mm、1.968mm、2.783mm、 3.408mm、3.935mm和4.4mm处的点列图；
54.图31为本实施例二中定焦镜头的场曲图；
55.图32为本实施例二中定焦镜头的畸变图；
56.图33为本实用新型实施例三提供的一种定焦镜头的结构示意图；
57.图34为实施例三中定焦镜头的球差曲线图；
58.图35-图40分别为实施例三中定焦镜头在像面0mm、1.9677mm、2.7828mm、 3.4082mm、3.9355mm和4.4mm处的光线光扇图；
59.图41-图46分别为实施例三中定焦镜头在像面0mm、1.968mm、2.783mm、 3.408mm、3.935mm和4.4mm处的点列图；
60.图47为本实施例三中定焦镜头的场曲图；
61.图48为本实施例三中定焦镜头的畸变图。
具体实施方式
62.下面结合附图和实施例对本实用新型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实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
63.实施例一
64.图1为本实用新型实施例一提供的一种定焦镜头的结构示意图，参考图1，定焦镜头包括沿光轴从物方指向像方方向依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8。第一透镜1、第二透镜2、第五透镜5、第七透镜7和第八透镜8均具有负光焦度，第三透镜3、第四透镜4和第六透镜6均具有正光焦度。
65.本实用新型实施例提供的定焦镜头采用8个透镜，其中，第一透镜1、第二透镜2、第五透镜5、第七透镜7和第八透镜8均具有负光焦度，第三透镜3、第四透镜4和第六透镜6均具有正光焦度。本实用新型实施例提供一种定焦镜头，以实现一种大靶面、大光圈且拥有红外共焦功能的4k高清超广角光学镜头。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1.4《f《1.8，视场角满足120
°
～170
°
范围，具备红外共焦，且在-40℃～80℃环境下使用满足成像要求。
66.可选地，第一透镜1、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6均为玻璃球面透镜，玻璃球面透镜指的是采用玻璃材料制作的球面透镜。玻璃球面透镜在不同的温度下具有较小的形变。第二透镜2、第三透镜3、第七透镜7和第八透镜 8均为塑料非球面透镜。塑料非球面透镜指的是采用塑料材料制作的非球面透镜。塑胶非球面透镜相对于玻璃球面透镜而言，具有更低的成本以及更小的重量。本实用新型实施例中，定焦透镜采用4个玻璃球面透镜与4个塑胶非球面透镜形成混合的光学结构。
67.可选地，第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6组成胶合透镜组。也就是说，第四透镜4朝向像方一侧的表面与第五透镜5朝向物方一侧的表面相互贴合，第五透镜5朝向像方一侧的表面与第六透镜6朝向物方一侧的表面相互贴合。
68.可选地，定焦镜头还包括光阑9，光阑9位于第四透镜4远离像方一侧。在第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6组成胶合透镜组时，光阑9位于第四透镜4远离像方一侧，即光阑9位于第四透镜4之前的光路上。
69.示例性地，光阑9位于第二透镜2与第三透镜3之间。
70.可选地，第一透镜1的光焦度为φ1，第二透镜2的光焦度为φ2，第三透镜3的光焦度为φ3，第四透镜4的光焦度为φ4，第五透镜5的光焦度为φ5，第六透镜6的光焦度为φ6，第七透镜7的光焦度为φ7，第八透镜8的光焦度为φ8，定焦镜头的光焦度为φ，第一透镜1至第八透镜8，以及定焦镜头的光焦度满足：0.32≤|φ1/φ|≤1.20，0.01≤|φ2/φ|≤0.35，0.02≤|φ3/ φ|≤0.67，0.05≤|φ4/φ|≤0.78，0.00≤|φ5/φ|≤0.65，0.10≤|φ6/φ |≤0.70，0.08≤|φ7/φ|≤0.85，0.06≤|φ8/φ|≤0.62。
71.可选地，第一透镜1的折射率为n1，第二透镜2的折射率为n2，第三透镜 3的这折射率为n3，第四透镜4的折射率为n4，第五透镜5的折射率为n5，第六透镜6的折射率为n6，第七透镜7的折射率为n7，第八透镜8的折射率为 n8，第一透镜1至第八透镜8的折射率满足：1.43≤n1≤1.80，1.45≤n2≤1.78， 1.50≤n3≤1.90，1.52≤n4≤1.88，1.55≤n5≤1.92，1.42≤n6≤1.75， 1.45≤n7≤1.86，1.43≤n8≤2.01。
72.可选地，第一透镜1的色散系数为v1，第二透镜2的色散系数为v2，第三透镜3的色散系数为v3，第四透镜4的色散系数为v4，第五透镜5的色散系数为v5，第六透镜6的色散系数为v6，第七透镜7的色散系数为v7，第八透镜8 的色散系数为v8，第一透镜1至第八透镜8的色散系数满足：40.0≤v1≤85.0， 20.0≤v2≤75.0，20.0≤v3≤55.0，44.0≤v4≤80.0，23.0≤v5≤62.0，45.0≤v6≤87.0，20.0≤v7≤84.0，20.0≤v8≤90.0。
73.可选地，定焦镜头的光圈为f，定焦镜头的入瞳直径为ep，满足： 1.20≤f/ep≤2.20。
74.可选地，定焦镜头的像面直径为ic，定焦镜头的光学后焦为bfl，满足： 1.44≤ic/bfl≤2.56。
75.可选地，定焦镜头的视场角为fov，定焦镜头的光学总长为ttl，满足： 3≤fov/ttl≤10。
76.表1实施例一中定焦镜头的一种设计值
77.面序号面型曲率半径(mm)厚度(mm)折射率色散系数1球面40.550.771.6260.42球面3.702.65
ꢀꢀ
3非球面-4.762.871.6423.94非球面-6.880.59
ꢀꢀ
stopplinfinity-0.38
ꢀꢀ
6非球面9.841.861.6620.47非球面323.250.10
ꢀꢀ
8球面6.832.751.6460.29球面-4.140.771.6931.210球面4.573.581.5968.611球面-5.310.10
ꢀꢀ
12非球面-9.310.801.6423.913非球面102.550.13
ꢀꢀ
14非球面6.591.311.6423.915非球面13.403.83
ꢀꢀ
78.表1示出了实施例一中定焦镜头的一种设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本实用新型实施例的限制。表1中示出的定焦镜头可以为图1中所示。一个透镜一般包括两个表面，每一个表面为一个折射面。表 1中的面序号根据各个透镜的表面来进行编号。其中，面序号“1”表示第一透镜1的前表面，面序号“2”表示第一透镜1的后表面，依次类推，在此不再赘述。需要注意的是，“面序号”一栏中的“stop”表示光阑9所在平面。“面型”一栏中的“pl”代表平面。曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正的曲率半径值表示曲率中心在表面靠近像方一侧，负的曲率半径值代表曲率中心在表面远离像方一侧。“厚度”一栏中的数值表示当前表面到下一个表面的轴向距离。“折射率”一栏表示当前表面到下一个表面之间介质的折射率。“折射率”一栏中的空格为空气的折射率，空气的折射率为1。色散系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，空格代表当前位置为空气。
79.可选地，非球面透镜的表面满足公式：
[0080][0081]
其中，z为表面z向的轴向矢高，r为非球面的高度，即，z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为拟合球面的曲率，数值上c为曲率半径的倒数，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、g为非球面系数，具体地，a、b、c、d、e、f、g分别为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶和16阶的系数。
[0082]
表2实施例一中定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值
[0083]
面序号abcdefg31.22e-031.84e-046.24e-06-2.71e-064.50e-07-3.27e-081.10e-0944.43e-03-4.53e-041.93e-057.13e-06-1.21e-066.01e-08-1.06e-1064.36e-03-4.69e-044.19e-051.24e-06-4.22e-071.96e-082.16e-1071.29e-032.39e-04-1.35e-056.72e-071.90e-07-1.06e-087.15e-1012-2.84e-03-2.06e-04-2.77e-06-3.15e-081.28e-083.62e-09-2.66e-1013-1.50e-03-7.04e-052.03e-073.81e-072.83e-08-2.08e-10-9.43e-11
14-5.40e-03-3.27e-068.54e-061.68e-07-2.80e-09-1.53e-10-1.85e-1115-5.86e-038.74e-053.97e-06-2.64e-076.50e-104.56e-10-1.89e-11
[0084]
表2为实施例一中定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值，其具体数值大小可根据产品需求进行调节，并非对本实用新型实施例的限制。表2中示出的定焦镜头可以为图1中所示。表2中“面序号”一栏与表1中“面序号”的含义相一致，例如面序号“1”也表示第一透镜1的前表面。本实用新型各实施例中的“e”表示以10为底的指数，例如1.22e-03的数值大小为0.00122。
[0085]
图3-图8分别为实施例一中定焦镜头在像面0mm、1.9677mm、2.7828mm、 3.4082mm、3.9355mm和4.4mm处的光线光扇图，参考图3-图8，选取的波长分别为0.435μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm。最大缩放比例为
±
30μm。缩放比越小，光线越平缓，代表镜头像差矫正的越好。
[0086]
图9-图14分别为实施例一中定焦镜头在像面0mm、1.968mm、2.783mm、 3.408mm、3.935mm和4.4mm处的点列图，参考图9-图14，单位是μm。缩放条(即缩放比例)是40。rms半径和geo半径均代表像差实力，rms半径和 geo半径的值越小越好。艾利斑半径为1.109μm。
[0087]
图15为本实施例一中定焦镜头的场曲图，图16为本实施例一中定焦镜头的畸变图，参考图15和图16，最大视场是72.51
°
。畸变采用的是f-tan(theta) 畸变。
[0088]
实施例二
[0089]
表3实施例二中定焦镜头的一种设计值
[0090][0091]
[0092]
表4实施例二中定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值
[0093]
面序号abcdefg31.90e-031.51e-044.04e-06-2.53e-064.47e-07-2.91e-087.09e-1044.82e-03-4.60e-041.62e-057.55e-06-1.16e-064.88e-085.46e-1064.09e-03-4.65e-044.39e-051.45e-06-4.09e-071.97e-083.43e-1077.89e-042.60e-04-1.54e-054.70e-072.52e-07-1.72e-09-8.23e-1112-2.00e-03-1.38e-04-1.05e-061.09e-074.87e-096.56e-10-1.78e-1013-1.11e-03-2.71e-052.41e-063.65e-071.84e-08-2.20e-10-7.28e-1114-4.53e-03-3.91e-055.60e-061.58e-075.14e-091.16e-101.41e-1215-5.37e-037.21e-052.50e-06-2.86e-075.35e-108.11e-10-3.41e-11
[0094]
表3和表4中示出的定焦镜头可以为图17中所示。
[0095]
图19-图24分别为实施例二中定焦镜头在像面0mm、1.9677mm、2.7828mm、 3.4082mm、3.9355mm和4.4mm处的光线光扇图，参考图19-图24，选取的波长分别为0.435μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm。最大缩放比例为
±
30μm。缩放比越小，光线越平缓，代表镜头像差矫正的越好。
[0096]
图25-图30分别为实施例二中定焦镜头在像面0mm、1.968mm、2.783mm、 3.408mm、3.935mm和4.4mm处的点列图，参考图25-图30，单位是μm。缩放条(即缩放比例)是40。rms半径和geo半径均代表像差实力，rms半径和geo半径的值越小越好。艾利斑半径为1.106μm。
[0097]
图31为本实施例二中定焦镜头的场曲图，图32为本实施例二中定焦镜头的畸变图，参考图31和图32，最大视场是72.049
°
。畸变采用的是f-tan(theta) 畸变。
[0098]
实施例三
[0099]
表5实施例三中定焦镜头的一种设计值
[0100]
面序号面型曲率半径(mm)厚度(mm)折射率色散系数1球面36.250.791.6970.02球面3.942.47
ꢀꢀ
3非球面-4.752.361.6841.04非球面-6.440.53
ꢀꢀ
stoplinfinity-0.38
ꢀꢀ
6非球面9.802.071.6831.37非球面258.211.261.6460.28球面7.602.611.6729.49球面-5.350.79
ꢀꢀ
10球面6.702.871.5968.611球面-5.850.11
ꢀꢀ
12非球面-8.350.841.5659.413非球面53.180.11
ꢀꢀ
14非球面6.530.992.080.215非球面9.800.79
ꢀꢀ
[0101]
表6实施例三中定焦镜头中透镜的非球面系数的一种设计值
[0102]
面序号abcdefg31.26e-032.44e-041.38e-06-2.89e-064.49e-07-2.72e-086.85e-1044.57e-03-4.10e-041.80e-057.29e-06-1.19e-064.79e-088.45e-1064.04e-03-4.94e-044.24e-051.38e-06-4.25e-071.70e-082.93e-1077.17e-042.50e-04-1.82e-051.44e-072.34e-07-7.78e-10-7.17e-1012-1.52e-03-1.62e-04-5.91e-065.61e-081.23e-086.95e-10-1.26e-1013-1.58e-03-5.22e-05-1.55e-062.85e-081.95e-09-3.90e-10-6.23e-1214-4.88e-03-4.78e-055.93e-062.04e-079.38e-092.87e-10-5.63e-1115-5.23e-037.32e-054.40e-06-1.05e-074.49e-095.63e-10-1.62e-11
[0103] 表5和表6中示出的定焦镜头可以为图33中所示。
[0104]
图35-图40分别为实施例三中定焦镜头在像面0mm、1.9677mm、2.7828mm、 3.4082mm、3.9355mm和4.4mm处的光线光扇图，参考图35-图40，选取的波长分别为0.435μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm。最大缩放比例为
±
30μm。缩放比越小，光线越平缓，代表镜头像差矫正的越好。
[0105]
图41-图46分别为实施例三中定焦镜头在像面0mm、1.968mm、2.783mm、 3.408mm、3.935mm和4.4mm处的点列图，参考图41-图46，单位是μm。缩放条(即缩放比例)是40。rms半径和geo半径均代表像差实力，rms半径和geo半径的值越小越好。艾利斑半径为1.028μm。
[0106]
图47为本实施例三中定焦镜头的场曲图，图48为本实施例三中定焦镜头的畸变图，参考图47和图48，最大视场是69.146
°
。畸变采用的是f-tan(theta) 畸变。
[0107]
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型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、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。