一种镜头的制作方法

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：

随着社会的发展，人们的安全防范意识不断提高，安防监控行业也得到高速发展，监控发挥的作用也越来越大。变焦镜头在上个世纪就有实际的设计与使用，随着透镜设计技术发展，变焦镜头应用的场合逐渐增多。如今，变焦镜头已广泛应用于民用产品、安防监控等领域。但由于变焦镜头成像质量比普通固定焦距镜头差，所以变焦镜头的使用普及率不高。而且现在市面上的变焦镜头大部分结构简单，靶面尺寸较小，导致采集的图像分辨率较低，拍摄效果一般，图片价值不大。而且现在市面上的变焦镜头大部分光圈较小，导致镜头透光较少，在低照度场景下获取的图像较暗，难以保证图像质量。随着安防向高清化、小型化推进，需要镜头达到更高的性能与更小的体积。因此开发一款体积小、靶面尺寸大、光圈大等高性能的变焦镜头变的尤为重要。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种镜头，用以解决现有技术中的镜头靶面尺寸、光圈较小，并且分辨率较低的问题。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和成像面；

所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动；

透镜组满足以下条件：

-1.0≤f2/((fw’*ft’)^1/2)≤-0.5；

0.56≤f4/((fw’*ft’)^1/2)≤1.16；

0.2≤ttl/(bfl*fw’)≤0.5；

其中，f2为第二透镜组的焦距，f4为第四透镜组的焦距，fw’为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，ft’为所述镜头在长焦状态下的系统焦距，ttl为所述镜头的光学总长，bfl为所述镜头在长焦状态下第四透镜组与所述成像面之间的距离。

进一步地，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一子透镜组、第二正光焦度透镜；

所述第一子透镜组包括第一负光焦度透镜和第一正光焦度透镜；所述第一负光焦度透镜朝向像侧的表面和第一正光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；

所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；

所述第一正光焦度透镜包括凸透镜，其朝向物侧的表面为凸面；

所述第二正光焦度透镜包括凸透镜，其朝向物侧的表面为凸面。

进一步地，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜和第三正光焦度透镜；

所述第二负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第三负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第三正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面。

进一步地，所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第四正光焦度透镜、第二子透镜组和第五负光焦度透镜；

所述第二子透镜组包括第五正光焦度透镜和第四负光焦度透镜；所述第五正光焦度透镜朝向像侧的表面和第四负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；

所述第四正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第五正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第四负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第五负光焦度透镜包括弯月透镜。

进一步地，所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第六正光焦度透镜、第三子透镜组、第九正光焦度透镜和第四子透镜组；

所述第三子透镜组包括第七正光焦度透镜、第六负光焦度透镜和第八正光焦度透镜；所述第七正光焦度透镜朝向像侧的表面和第六负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；所述第六负光焦度透镜朝向像侧的表面和第八正光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；

所述第四子透镜组包括第七负光焦度透镜和第十正光焦度透镜；所述第七负光焦度透镜朝向像侧的表面和第十正光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；

所述第六正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第七正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第六负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第八正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；

所述第九正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第七负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第十正光焦度透镜包括双凸透镜。

进一步地，所述第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第六正光焦度透镜和第十正光焦度透镜的折射率均大于等于1.9。

进一步地，所述第一正光焦度透镜的阿贝数大于等于70；所述第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第五正光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于65。

进一步地，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间设置有孔径光栏。

进一步地，所述第四透镜组和所述成像面之间设置有滤光片。

进一步地，所述第四透镜组和所述滤光片之间设置有分光装置；

所述分光装置包括两个棱镜，所述两个棱镜的接合面设置有具有分光功能的膜层；每个棱镜的出光侧分别设有对应的滤光片和成像面；

每个接合面所反射出的光线与接收所述光线的成像面垂直。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和成像面；所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动；透镜组满足以下条件：-1.0≤f2/((fw’*ft’)^1/2)≤-0.5；0.56≤f4/((fw’*ft’)^1/2)≤1.16；0.2≤ttl/(bfl*fw’)≤0.5；其中，f2为第二透镜组的焦距，f4为第四透镜组的焦距，fw’为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，ft’为所述镜头在长焦状态下的系统焦距，ttl为所述镜头的光学总长，bfl为所述镜头在长焦状态下第四透镜组与所述成像面之间的距离。

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四个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：-1.0≤f2/((fw’*ft’)^1/2)≤-0.5；0.56≤f4/((fw’*ft’)^1/2)≤1.16；0.2≤ttl/(bfl*fw’)≤0.5；等条件，在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好，并且减小了镜头的光学总长。因此，本发明实施例提供了一种大靶面、超大光圈、高分辨率的连续变焦光学成像镜头。

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处于短焦状态的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的镜头处于长焦状态的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段广角状态的光学传递函数(mtf)曲线图；

图4为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段长焦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，所述镜头包括从物侧到像侧依次排列的第一透镜组g1、第二透镜组g2、第三透镜组g3、第四透镜组g4和成像面n；

所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动；

透镜组满足以下条件：

-1.0≤f2/((fw’*ft’)^1/2)≤-0.5；

0.56≤f4/((fw’*ft’)^1/2)≤1.16；

0.2≤ttl/(bfl*fw’)≤0.5；

其中，f2为第二透镜组的焦距，f4为第四透镜组的焦距，fw’为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，ft’为所述镜头在长焦状态下的系统焦距，ttl为所述镜头的光学总长，bfl为所述镜头在长焦状态下第四透镜组与所述成像面之间的距离。

该镜头可以通过改变透镜组的位置来实现变焦，在该镜头中，第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动实现变焦。也就是第二透镜组可以在第一透镜组与第三透镜组之间的位置中进行移动。第二透镜组可以靠近第一透镜组，远离第三透镜组；也可以远离第一透镜组，靠近第三透镜组。第四透镜组可以在第三透镜组与成像面之间的位置中进行移动。第二透镜组为变焦透镜组，第二透镜组的移动对镜头焦距影响大。第四透镜组为补偿透镜组，第四透镜组的移动实现对焦距的微调。通过将第二透镜组和第四透镜组设置为可沿光轴进行移动的透镜组，从而实现镜头变焦和聚焦。

本发明实施例提供的镜头中的每个透镜组有其对应的焦距f，镜头在长焦状态下有其对应的系统焦距ft’，在短焦状态下有其对应的系统焦距fw’。为了提供一种大靶面、超大光圈、高分辨率的镜头，所述透镜组满足以下关系式：

-1.0≤f2/((fw’*ft’)^1/2)≤-0.5；

0.56≤f4/((fw’*ft’)^1/2)≤1.16；

0.2≤ttl/(bfl*fw’)≤0.5。

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四个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：-1.0≤f2/((fw’*ft’)^1/2)≤-0.5；0.56≤f4/((fw’*ft’)^1/2)≤1.16；0.2≤ttl/(bfl*fw’)≤0.5；等条件，在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好，并且减小了镜头的光学总长。因此，本发明实施例提供了一种大靶面、超大光圈、高分辨率的连续变焦光学成像镜头。

一般球面镜片光线在进入镜片后到焦平面时在其边缘部份比中央部分容易产生严重的折射与弯曲，此现象会导致锐利度和对比度降低及光斑的产生，从而使得图像质量下降。而此种像差称为球面像差。在本发明实施例中，透镜组满足以下条件：-1.0≤f2/((fw’*ft’)^1/2)≤-0.5；0.56≤f4/((fw’*ft’)^1/2)≤1.16；0.2≤ttl/(bfl*fw’)≤0.5，还可以兼顾镜头长度以及镜头的球面像差和可制造性。

为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一子透镜组、第二正光焦度透镜l13；

所述第一子透镜组包括第一负光焦度透镜l11和第一正光焦度透镜l12；所述第一负光焦度透镜朝向像侧的表面和第一正光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；

所述第一负光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；

所述第一正光焦度透镜包括凸透镜，其朝向物侧的表面为凸面；

所述第二正光焦度透镜包括凸透镜，其朝向物侧的表面为凸面。

为了进一步使得系统能够紧凑，所述第一负光焦度透镜l11和第一正光焦度透镜l12可以胶合连接或者贴合连接。

所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜l21、第三负光焦度透镜l22和第三正光焦度透镜l23；

所述第二负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第三负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第三正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面。

所述第三透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第四正光焦度透镜l31、第二子透镜组和第五负光焦度透镜l34；

所述第二子透镜组包括第五正光焦度透镜l32和第四负光焦度透镜l33；所述第五正光焦度透镜朝向像侧的表面和第四负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；

所述第四正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第五正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第四负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第五负光焦度透镜包括弯月透镜。

为了进一步使得系统能够紧凑，所述第五正光焦度透镜和第四负光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。

所述第四透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第六正光焦度透镜l41、第三子透镜组、第九正光焦度透镜l45和第四子透镜组；

所述第三子透镜组包括第七正光焦度透镜l42、第六负光焦度透镜l43和第八正光焦度透镜l44；所述第七正光焦度透镜朝向像侧的表面和第六负光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；所述第六负光焦度透镜朝向像侧的表面和第八正光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；

所述第四子透镜组包括第七负光焦度透镜l46和第十正光焦度透镜l47；所述第七负光焦度透镜朝向像侧的表面和第十正光焦度透镜朝向物侧的表面曲率半径相同；

所述第六正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第七正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第六负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第八正光焦度透镜包括弯月透镜，其朝向物侧的表面为凸面；

所述第九正光焦度透镜包括双凸透镜；

所述第七负光焦度透镜包括双凹透镜；

所述第十正光焦度透镜包括双凸透镜。

为了进一步使得系统能够紧凑，所述第七正光焦度透镜、第六负光焦度透镜和第八正光焦度透镜可以胶合连接，组成三胶合透镜或者贴合连接。第七负光焦度透镜和第十正光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。

为了提高镜头的折射率，减小镜头总长度，在本发明实施例中，所述第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第六正光焦度透镜和第十正光焦度透镜的折射率均大于等于1.9。其中，第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第六正光焦度透镜和第十正光焦度透镜的折射率可以相同也可以不同。并且，第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第六正光焦度透镜和第十正光焦度透镜的折射率均大于等于1.9，还可以降低球面像差，提高图像质量。

在本发明实施例中，为了在镜头的全焦段内实现日夜共焦以及无热化，也就是在-40摄氏度至80摄氏度都能清晰成像，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜的阿贝数大于等于70；所述第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第五正光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于65。另外，所述第一正光焦度透镜的阿贝数大于等于70；所述第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第五正光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数均大于等于65，还可以降低图像的色差，从而提高图像质量。其中，所述第一正光焦度透镜、第二负光焦度透镜、第三负光焦度透镜、第五正光焦度透镜和第七正光焦度透镜的阿贝数可以相同也可以不同。

在本发明实施例中，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间设置有孔径光栏p。

其中，孔径光栏位于紧靠第三透镜组前面的位置，用于控制进入系统的光束口径及区域。

孔径光栏的口径大小决定了镜头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栏以实现通光口径可调，即有可变镜头光圈值和改变景深的目的。

在本发明实施例中，所述第四透镜组和所述成像面之间设置有滤光片m。滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件。

所述第四透镜组和所述滤光片之间设置有分光装置q；

所述分光装置包括两个棱镜，所述两个棱镜的接合面设置有具有分光功能的膜层；每个棱镜的出光侧分别设有对应的滤光片和成像面；

每个接合面所反射出的光线与接收所述光线的成像面垂直。

为了实现对可见光和红外光分别进行优化，所述镜头还包括分光装置，分光装置为由两个棱镜构成的棱镜组，两个棱镜的接合面设置有具有分光功能的膜层，该膜层可以根据用户要求进行设置，例如可以是反射可见光透过红外光的膜层、反射红外光透过可见光的膜层等等。棱镜组中的两个棱镜可以分别连接成像芯片，例如互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)芯片等。成像芯片分别接收可见光图像和红外光图像，然后通过图像融合算法可以将可见光图像和红外光图像进行融合处理。这样可以实现在低照度环境下，采用较弱的白光补光，结合适当的红外光补光，实现对场景的补光，从而保证融合后的图像质量。避免了现有技术中使用强白光爆闪灯对司机或行人所造成的眩目感。每个棱镜的出光侧分别设有对应的滤光片和成像面。为了进一步提高光线反射率和利用率，避免图像亮度较低，每个接合面所反射出的光线与接收所述光线的成像面垂直。

需要说明的是，图1为镜头处于短焦状态的结构示意图，图2为镜头处于长焦状态的结构示意图。

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、和阿贝常数vd满足表1所列的条件：

表1

实施例1所提供的镜头具有如下光学技术指标：

光学总长ttl≤119mm；

镜头焦距f’：16(w)—60(t)mm；

镜头的视场角：31.2°(w)—8.5°(t)；

镜头的光学畸变：-2.7％(w)—-0.43％(t)；

镜头系统的光圈f/#：f1.4；

镜头像面尺寸：1/1.8〞。

注：w表示短焦，t表示长焦。

下面通过对实施例进行详细的分析，进一步介绍本实施例所提供的成像系统。

光学传递函数是用来评价一个该成像系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对各种像差(如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等)进行了很好的校正。

如图3所示，为镜头在可见光波段广角状态的光学传递函数(mtf)曲线图；如图4所示，为镜头在可见光波段长焦状态的光学传递函数(mtf)曲线图。从图3和图4可知，镜头在可见光部分广角状态的光学传递函数(mtf)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高y’＝4.4mm)mtf平均值达到0.7以上；可见本实施例提供的该成像系统，能够达到很高的分辨率，满足1.1英寸1200万像素摄像机的成像要求；同时，在长焦状态时，本提案所提供的镜头的光学传递函数(mtf)曲线图较平滑、集中，而且全视场(半像高y’＝4.4mm)mtf平均值达到0.7以上，仍能够保持很高的成像质量，确保镜头适应复杂的环境，实现全天候的高清晰度视频监控。

综上所述，本发明实施例提供了一种大靶面、超大光圈、高分辨率的连续变焦光学成像镜头。采用17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光焦度的分配，使得该成像系统的结构形式，透镜的折射率、阿贝系数等参数与成像条件匹配；从而达到在像面更大的前提下，同时满足大光圈、高分辨率、中长焦距，进而实现更佳的低照成像性能、更佳的色彩还原性、更出色环境适应性；可广泛应用到安防监控领域。

本发明实施例提供的镜头可以实现光圈f1.4，同时最大成像靶面能够支持1/1.7”的图像传感器；焦距段优化设计，重点考虑中远距离的人脸、车牌识别所需的监控需求，满足新一代产品的监控需求；像素升级，满足1200万到1600万像素新一代sensor的分辨率要求。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和成像面；所述第一透镜组和第三透镜组的位置固定，第二透镜组和第四透镜组可沿光轴进行移动；透镜组满足以下条件：-1.0≤f2/((fw’*ft’)^1/2)≤-0.5；0.56≤f4/((fw’*ft’)^1/2)≤1.16；0.2≤ttl/(bfl*fw’)≤0.5；其中，f2为第二透镜组的焦距，f4为第四透镜组的焦距，fw’为所述镜头在短焦状态下的系统焦距，ft’为所述镜头在长焦状态下的系统焦距，ttl为所述镜头的光学总长，bfl为所述镜头在长焦状态下第四透镜组与所述成像面之间的距离。

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四个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：-1.0≤f2/((fw’*ft’)^1/2)≤-0.5；0.56≤f4/((fw’*ft’)^1/2)≤1.16；0.2≤ttl/(bfl*fw’)≤0.5；等条件，在一定程度上，增大了镜头靶面尺寸和光圈，因此采集的图像分辨率较高，而且在低照度场景下仍能保证镜头的透光量，使得获取的图像质量较好，并且减小了镜头的光学总长。因此，本发明实施例提供了一种大靶面、超大光圈、高分辨率的连续变焦光学成像镜头。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、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，则可对这些实施例作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。