定焦镜头和监控设备的制作方法

1.本发明涉及光学技术领域，尤其涉及定焦镜头和监控设备。


背景技术：

2.安防监控系统在日常生活中越来越常见，其中定焦镜头是安防监控系统中必不可少的一部分，对监控定焦镜头的成本要求也越来越高。当前定焦镜头一般为含有胶合镜片的玻塑混合镜头，对胶合精度要求较高。并且对于监控镜头来说，在恶劣温度环境下胶合透镜对高低温下成像的稳定性影响较大，并且存在及胶合镜片开胶的风险，造成画面模糊不清。并且使用塑胶胶合镜片，制造和组装工艺要求高，加工困难，成本高，温度稳定性差，并且一般监控的镜头光圈小，导致细节不清晰和亮度不足，成像质量差。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种定焦镜头和监控设备，旨在提供一种低成本、温度稳定性好的高清的定焦镜头。
4.为实现上述目的，本发明提出的一种定焦镜头，所述定焦镜头具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述定焦镜头包括自物侧至像侧依次设置的光焦度为负的第一透镜、光焦度为正的第二透镜、光阑、光焦度为正的第三透镜、光焦度为负的第四透镜、光焦度为正的第五透镜，所述定焦镜头满足以下条件：
5.1.2＜|f1/f|＜2.0，且3＜|f2/f|＜10，1.2＜|f3/f|＜2.5，且0.8＜|f4/f|＜2.0，且0.8＜|f5/f|＜2.0；
6.其中，f为所述定焦镜头的总焦距，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距。
7.所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的材质为塑料；
8.所述第三透镜的材质为玻璃。
9.可选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为非球面透镜；
10.所述第三透镜为球面透镜。
11.可选地，所述光阑与所述定焦镜头满足以下条件：0.5＜sd/ttl＜0.8；
12.其中，sd为所述光阑与所述定焦镜头的成像面在所述光轴上之间的距离，ttl为所述定焦镜头的光学总长。
13.可选地，所述定焦镜头的光学总长13＜ttl＜30。
14.可选地，所述第四透镜的色散系数vd4满足：20＜vd4＜40。
15.可选地，所述第五透镜的色散系数vd5满足：40＜vd5＜70。
16.可选地，所述第一透镜的物侧面为凸面或者凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面；
17.所述第二透镜的物侧面为凹面，所述第二透镜的像侧面为凸面；
18.所述第三透镜的物侧面为凸面，所述第三透镜的像侧面为凸面；
19.所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凹面；
20.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。
21.可选地，所述定焦镜头自物侧到像侧依次还包括保护玻璃和感光芯片，所述保护玻璃和所述感光芯片设于所述第五透镜靠近像侧的一侧。
22.本发明还提供一种监控设备，所述监控设备包括上述的定焦镜头。
23.本发明提供的技术方案中，自物侧至像侧依次设置有光焦度为负的第一透镜、光焦度为正的第二透镜、光焦度为正的第三透镜、光焦度为负的第四透镜、光焦度为正的第五透镜，通过第一透镜具有的大口径，对同等焦距情况下可收集更多的光信息，达到弱光下清晰成像的效果，同时矫正轴向色差，通过所述第二透镜，减小镜头体积，矫正轴外像散，所述光阑用以根据实际情况调节光通量，可以提高成像质量，所述第三透镜能够矫正系统色差以及像面弯曲，增大系统光圈，并保证光学系统在高低温下的成像性能，所述第四透镜和第五透镜能够矫正系统色差和球差以及像面弯曲，所述定焦镜头满足以下条件：1.2＜|f1/f|＜2.0，且3＜|f2/f|＜10，1.2＜|f3/f|＜2.5，且0.8＜|f4/f|＜2.0，且0.8＜|f5/f|＜2.0，通过五个透镜的光焦度以及形状的合理设置，使得所述定焦镜头能够很好地控制光线走势，在引入更多的光线的同时使结构更加紧凑，使得所述定焦镜头的光圈值f满足1.6≤f≤2.2，所述定焦镜头在弱光下也可清晰成像，且通过合理设定焦距比使得镜头在-40℃～+80℃的环境条件下不离焦，工作性能更加稳定，视场角可达100
°
，视野较为广阔，获得更加充分的数据信息，并且无需使用胶合透镜，也能实现良好的色差矫正，避免胶合透镜受高低温下成像的稳定性影响较大，并且存在胶合镜片开胶时会造成画面模糊不清的问题，以提供一种低成本、温度稳定性好的高清的定焦镜头。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出的结构获得其他的附图。
25.图1为本发明提供的定焦镜头的结构示意图；
26.图2为图1中的定焦镜头的球差曲线示意图；
27.图3为图1中的定焦镜头的光线光扇示意图；
28.图4为图1中的定焦镜头的场区畸变/场曲示意图。
29.附图标号说明：
30.标号名称标号名称1第一透镜5第五透镜2第二透镜6光阑3第三透镜7保护玻璃4第四透镜8感光芯片
31.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
34.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
35.安防监控系统在日常生活中越来越常见，其中定焦镜头是安防监控系统中必不可少的一部分，对监控定焦镜头的成本要求也越来越高。当前定焦镜头一般为含有胶合镜片的玻塑混合镜头，对胶合精度要求较高。并且对于监控镜头来说，在恶劣温度环境下胶合透镜对高低温下成像的稳定性影响较大，并且存在及胶合镜片开胶的风险，造成画面模糊不清。并且使用塑胶胶合镜片，制造和组装工艺要求高，加工困难，成本高，温度稳定性差，并且一般监控的镜头光圈小，导致细节不清晰和亮度不足，成像质量差。
36.为了解决上述问题，本发明提供一种定焦镜头，图1至图4为本发明提供的定焦镜头的具体实施例。
37.请参阅图1，所述定焦镜头具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述定焦镜头包括自物侧至像侧依次设置的光焦度为负的第一透镜1、光焦度为正的第二透镜2、光阑6、光焦度为正的第三透镜3、光焦度为负的第四透镜4、光焦度为正的第五透镜5，所述定焦镜头满足以下条件：1.2＜|f1/f|＜2.0，且3＜|f2/f|＜10，1.2＜|f3/f|＜2.5，且0.8＜|f4/f|＜2.0，且0.8＜|f5/f|＜2.0；其中，f为所述定焦镜头的总焦距，f1为所述第一透镜1的焦距，f2为所述第二透镜2的焦距，f3为所述第三透镜3的焦距，f4为所述第四透镜4的焦距，f5为所述第五透镜5的焦距。
38.本发明提供的技术方案中，自物侧至像侧依次设置有光焦度为负的第一透镜1、光焦度为正的第二透镜2、光焦度为正的第三透镜3、光焦度为负的第四透镜4、光焦度为正的第五透镜5，通过第一透镜1具有的大口径，对同等焦距情况下可收集更多的光信息，达到弱光下清晰成像的效果，同时矫正轴向色差，通过所述第二透镜2，减小镜头体积，矫正轴外像散，所述光阑6用以根据实际情况调节光通量，可以提高成像质量，所述第三透镜3能够矫正系统色差以及像面弯曲，增大系统光圈，并保证光学系统在高低温下的成像性能，所述第四透镜4和第五透镜5能够矫正系统色差和球差以及像面弯曲，所述定焦镜头满足以下条件：1.2＜|f1/f|＜2.0，且3＜|f2/f|＜10，1.2＜|f3/f|＜2.5，且0.8＜|f4/f|＜2.0，且0.8＜|f5/f|＜2.0，通过五个透镜的光焦度以及形状的合理设置，使得所述定焦镜头能够很好地
控制光线走势，在引入更多的光线的同时使结构更加紧凑，使得所述定焦镜头的光圈值f满足1.6≤f≤2.2，所述定焦镜头在弱光下也可清晰成像，且通过合理设定焦距比使得镜头在-40℃～+80℃的环境条件下不离焦，工作性能更加稳定，视场角可达100
°
，视野较为广阔，获得更加充分的数据信息，并且无需使用胶合透镜，也能实现良好的色差矫正，避免胶合透镜受高低温下成像的稳定性影响较大，并且存在胶合镜片开胶时会造成画面模糊不清的问题，以提供一种低成本、温度稳定性好的高清的定焦镜头。
39.具体地，因树脂镜头的抗冲击能力较强，重量较轻，同时成本也低，在本实施例中，所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第四透镜4和所述第五透镜5的材质为塑料，通过采用塑料非球面透镜有效地控制成本。但是因塑胶材料受环境温度影响的化学特性较为不稳定，其折射率相较全玻璃镜头较弱，导致画面还原度上差于全玻璃镜头，为了保证所述视讯镜头受温度变化的稳定性，在本实施例中，所述第三透镜3为玻璃球面透镜。因玻璃透镜不容易受热胀冷缩的影响出现跑焦现象，因此玻璃透镜可以很好的抵抗镜头受热变形的问题，长时间保持镜头的高精度。能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量，可减小温度对镜头光学性能的影响。
40.所述定焦镜头采用玻塑混合材质，不仅节省成本，抗冲击能力也较强，还保证了系统的稳定性和高低温的适用性。
41.具体地，在本实施例中，所述光阑6与所述定焦镜头满足以下条件：0.5＜sd/ttl＜0.8；其中，sd为所述光阑6与所述定焦镜头的成像面在所述光轴上之间的距离，ttl为所述定焦镜头的光学总长。
42.具体地，在本实施例中，所述定焦镜头的光学总长13＜ttl＜30。如此，在引入更多的光线的同时使得所述定焦镜头结构紧凑，能够具有较小的体积，符合监控设备的小型化特点。
43.具体地，在本实施例中，所述第四透镜4的色散系数vd4满足：20＜vd4＜40。
44.具体地，在本实施例中，所述第五透镜5的色散系数vd5满足：40＜vd5＜70。色散系数(阿贝数)越大，色散越不明显，镜片的成像品质越好，在本实施例中的各透镜将色散系数控制在较高值，使得所述定焦镜头的色散不明显，镜头的成像品质好。
45.具体地，所述第一透镜1的物侧面为凸面或者凹面，所述第一透镜1的像侧面为凹面；所述第二透镜2的物侧面为凹面，所述第二透镜2的像侧面为凸面；所述第三透镜3的物侧面为凸面，所述第三透镜3的像侧面为凸面；所述第四透镜4的物侧面为凹面，所述第四透镜4的像侧面为凹面；所述第五透镜5的物侧面为凸面，所述第五透镜5的像侧面为凸面。
46.进一步地，在本实施例中，所述定焦镜头自物侧到像侧依次还包括保护玻璃7和感光芯片8，所述保护玻璃7和所述感光芯片8设于所述第五透镜5靠近像侧的一侧。所述保护玻璃7可为感光芯片8image提供有效保护，所述保护玻璃7可以设置为滤光片，滤光片可有效滤掉非工作波段的杂光，以减小光噪声，为后续的光电模块处理部分减小困难，从而提高成像质量。可以理解的是，所述感光芯片8朝向所述物侧的表面为成像面。
47.具体地，所述成像面可以理解为所述感光芯片8朝向所述物侧的表面，即可以为ccd或者cmos等摄像元件的表面，可以理解的是，携带被摄物体信息的光线能够依次经过所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4和所述第五透镜5并最终成像于所述成像面上。
48.具体地，本实施例中，镜片的材质折射率，曲率半径，厚度间隔如下表1所示：
49.表1
[0050][0051]
具体地，在本实施例中，在本实施例中，所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第四透镜4和所述第五透镜5为非球面透镜。非球面镜片的特点是：从镜片中心到镜片周边，曲率是连续变化的，与从镜片中心到镜片周边具有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。且通过非球面透镜可以很好的矫正镜头色差，在保证镜头紫边控制情况下，同时矫正高倍位置的球差和正弦差。
[0052]
进一步地，在本实施例中，非球面透镜的非球面表面形状满足以下条件：
[0053][0054]
其中，c为半径所对应的曲率，y为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)，k为圆锥二次曲线系数，(当k系数小于-1时面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时为抛物线，当k系数介于-1到0之间时为椭圆，当k系数等于0时为圆形，当k系数大于0时为扁圆形)，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7为高次非球面系数(请参照下表2)，通过以上参数即可设定透镜物侧面和像侧面非球面的形状尺寸。
[0055]
表2非球面镜片对应的圆锥系数和非球面系数：
[0056]
序号ka1a2a3a4a5a6a7s1-0.99-7.993e-042.189e-063.331e-07-2.330e-10-1.124e-11-1.273e-138.806e-14s2-0.843.796e-035.569e-04-1.051e-042.077e-05-1.372e-06-4.187e-10-1.096e-10s35.442.289e-032.922e-051.335e-05-2.973e-062.785e-07-2.892e-10-2.158e-10
s4-0.513.460e-04-6.288e-05-1.256e-062.505e-08-8.491e-09-1.040e-12-5.665e-12s8-99.00-3.842e-034.725e-05-2.598e-06-1.374e-068.631e-086.094e-123.751e-12s9-2.936.134e-04-3.702e-046.747e-05-6.894e-061.306e-073.706e-114.466e-12s10-2.12-2.593e-032.588e-041.014e-05-1.202e-068.220e-082.008e-118.494e-12s11-1.45-9.341e-041.257e-04-1.802e-07-1.554e-064.813e-07-4.716e-12-5.119e-14
[0057]
图2为本发明提供的一种定焦镜头一实施例的球差曲线示意图，图3为本发明提供的一种定焦镜头一实施例的光线光扇示意图，图4为本发明提供的一种定焦镜头一实施例的场区畸变/场曲示意图。
[0058]
由上述图可知，本实施例中的所述定焦镜头的球面像差、场曲以及畸变均能够获得良好的校正。
[0059]
综上所述，所述定焦镜头的光圈值f满足1.6≤f≤2.2，且在-40℃～+80℃的环境条件下不离焦，视场角可达100
°
。
[0060]
本发明还提供一种监控设备，所述监控设备包括上述技术方案所述的定焦镜头，该定焦镜头的具体结构参照上述实施例，由于本定焦镜头的定焦镜头采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0061]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。