一种日夜两用广角定焦监控镜头

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种日夜两用广角定焦监控镜头。

背景技术

近年来，随着安防监控设施的日益普及，对监控镜头的使用需求也随之增加，同时，对于监控摄像头成像质量的要求也越来越高。目前，监控镜头的选择主要存在以下几点问题：

(1)在夜间监控环境下，低照度的照明环境会在镜头成像时降低成像清晰度，而使用光源进行补光，在一些特殊拍摄环境下又会出现补光反射导致的过曝，进而出现细节拍摄不清晰的问题；目前，可通过使用日夜可用的定焦监控镜满足日夜解像要求，但是，当下的定焦监控镜头常所采用透镜多采用玻璃镜片，对于需要多片透镜的定焦监控镜头而言，镜头成本较高；

(2)监控镜头属于精密仪器，其对温度的要求即为严苛，过高或过低的环境温度均会对其拍摄质量及本身性能带来极大影响。

因此，如何在保证监控镜头性能要求基础上有效降低成本，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种日夜两用广角定焦监控镜头，能够满足日夜解像及高低温环境下的使用需求，有效校正光学系统中的像差，同时，兼顾结构紧凑，成本低廉的优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种日夜两用广角定焦监控镜头，包括由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜和滤光片，第一透镜和第四透镜为负光焦度透镜，第二透镜和第三透镜为正光焦度透镜，滤光片采用日夜两用的双滤光片；

第一透镜的物侧面和像侧面分别为凸面和凹面，第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面，第四透镜的物侧面和像侧面分别为凹面和凸面；

第一透镜至第四透镜的焦距满足以下条件：

0.5＜∣f

0.8＜∣f

0.2＜∣f

0.3＜∣f

公式(1)至公式(4)中，f

进一步地，所述镜头光学系统焦距满足以下条件：

2＜∣f

2＜∣f

3＜∣f

公式(5)至公式(7)中，f为镜头光学系统焦距。

进一步地，所述∣f

进一步地，第一透镜至第四透镜的色差参数满足以下条件：

∣V

50＜∣V

30＜∣V

0.08＜∣N

公式(8)至公式(11)中，V

进一步地，所述V

进一步地，所述第一透镜、第二透镜和第四透镜均为塑胶非球面透镜，第二透镜为玻璃球面透镜。

进一步地，所述塑胶非球面透镜满足以下条件：

公式(12)中相关参数含义如下：

X-非球面的深度，单位为mm；

Y-从光轴到透镜面的距离，即高度，单位为mm；

C-镜片曲率半径﹐C＝1/R；

K-圆锥常数；

b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑h-非球面镜片系数。

进一步地，所述第二透镜至第四透镜的曲率半径满足以下条件：

∣R

∣R

公式(13)和公式(14)中，R

进一步地，所述∣R

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、通过由物侧至像侧依次设置的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜和滤光片，滤光片采用可日夜切换两用的双滤光片，实现同时满足日夜解像的使用需求；同时，通过对第一透镜至第四透镜的焦距进行约束，在满足广角监控镜头使用需求的同时，有效校正高低温解析变化量，提高本发明在不同温度条件下使用时的稳定可靠性，结构简单紧凑，性能优良；

2、通过对透镜色散系数和折射率取值进行条件限制，能够有效校正镜头色差，保障成像质量；

3、通过对透镜的曲率半径取值进行条件限制，能够有效控制镜头制造性；

4、通过玻璃镜面与塑胶镜面的组合使用，在保证本发明成像性能的前提下，有效降低制作成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为具体实施方式中镜头在常温下的球差示意图。

图3为具体实施方式中镜头在常温下的像散示意图。

图4为具体实施方式中镜头在常温下的畸变示意图。

图5为具体实施方式中镜头在常温下的Rayfan示意图。

图6为具体实施方式中镜头在80°时球差示意图。

图7为具体实施方式中镜头在80°时像散示意图。

图8为具体实施方式中镜头在80°时畸变示意图。

图9为具体实施方式中镜头在80°时Rayfan示意图。

图中标记：L1、第一透镜；L2、第二透镜；K、光阑；L3、第三透镜；L4、第四透镜；IR.滤光片IR。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

定义左侧为物侧，右侧为像侧，本发明包括自左至右依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、光阑K、第三透镜L3、第四透镜L4和滤光片IR。

滤光片IR右侧依次为像侧的保护玻璃及成像面，滤光片IR位于透镜组与成像面之间，主要用于滤除不需要的光线。为同时满足日夜使用需求，滤光片IR采用双滤光片，本实施例以IR-CUT双滤光片为例进行说明。当白天可见光较足时，400nm～700nm范围的可见光透过IR-CUT双滤光片的红外截止滤光片，同时过滤掉700nm以外的红外光线；当晚上可见光不足时，IR-CUT双滤光片的红外截止滤光片移开并切换至全透光谱滤光片，使让400nm～1000nm范围的光线均可以透过镜头成像。

通过双滤光片的使用，同时满足日夜不同光线环境下的使用需求，并使本发明具有优良的光学性能。

第一透镜L1为负光焦度透镜，第一透镜L1的物侧面和像侧面分别为凸面和凹面；第二透镜L2为正光焦度透镜，第二透镜L2的物侧面和像侧面均为凸面；第三透镜L3为正光焦度透镜，第三透镜L3的物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜L4为负光焦度透镜，第四透镜L4的物侧面和像侧面分别为凹面和凸面。

第一透镜L1至第四透镜L4的焦距及镜头光学系统焦距满足以下条件：

0.5＜∣f

0.8＜∣f

0.2＜∣f

0.3＜∣f

2＜∣f

2＜∣f

3＜∣f

公式(1)至公式(7)中，f

本实施例中，优选∣f

透镜的焦距由透镜的物侧及像侧两个表面的结构决定，透镜的焦距能够反映出透镜物侧及像侧两个表面组合后的整体情况，为透镜的一个结构参数。满足公式(1)至公式(7)中对于透镜焦距的限制条件后，本发明能够有效校正高低温解析的变化量，实现不同环境温度下的稳定、可靠成像。

为了消除镜头成像时的色散现象，本发明对第一透镜L1至第四透镜L4的色散系数及折射率进行以下条件：

∣V

50＜∣V

30＜∣V

0.08＜∣N

公式(8)至公式(11)中，V

本实施例中，优选V

通过公式(8)至公式(11)的条件约束，有效矫正监控镜头的色差，提高本发明的成像质量。

为提高透镜生产时的制造性，第二透镜L2至第四透镜L4的曲率半径满足以下条件：

∣R

∣R

公式(13)和公式(14)中，R

下面通过具体实验数据对本发明的技术效果进行验证：

本实施例采用的基本透镜数据如表1所示：

表1：

表1中，L1R1为第一透镜L1的物面，L1R2为第一透镜L1的像面，L2R1为第二透镜L2的物面，L2R2为第二透镜L2的像面，L3R1为第三透镜L3的物面，L3R2为第三透镜L3的像面，L4R1为第四透镜L4的物面，L4R2为第四透镜L4的像面；曲率半径R表示对应面的曲率半径值，面间隔D表示对应面的镜片肉厚或镜片之间的间隔数值，折射率N

第一透镜L1、第二透镜L2和第四透镜L4采用塑胶非球面透镜，第二透镜L2采用玻璃球面透镜，非球面透镜的系数是以透镜表面中心为原点，光轴为x轴。

塑胶透镜与玻璃透镜的组合使用，在保证成像性能的同时，有效降低设备成本。

其中，塑胶非球面透镜满足以下条件：

公式(12)中相关参数含义如下：

X-非球面的深度，单位为mm；

Y-从光轴到透镜面的距离，即高度，单位为mm；

C-镜片曲率半径﹐C＝1/R；

K-圆锥常数；

b﹑c﹑d﹑e﹑f﹑g﹑h-非球面镜片系数。

非球面镜片系数具体参数如表2所示：

表2：

采用表1及表2中参数在常温下对本实施例进行试验并记录其相差图，图2至图5依次为常温下的球差图、象散图、畸变图和Rayfan图。

由于环境温度会导致镜片的温度变低或变高，为了验证本实施例在不同环境温度下成像效果的稳定性，将本实施例在高温80℃环境下进行试验并记录像差图，图6至图9依次为高温80℃时广角端的球差图、象散图、畸变图和Rayfan图。

光学系统参数如表3所示：

表3：

表3中，f表示近轴焦距，单位为mm；FNO.表示镜头光圈值；2ω表示视角，ω表示半视角；TTL表示光学总长，单位为mm。

本发明采用了四片透镜结构，第一透镜L1、第三透镜L3、第四透镜L4均为塑胶非球面透镜，第二透镜L2为玻璃球面透镜，得到的定焦监控镜头具有超广角、结构紧凑、高低温-40～80℃、日夜可用的优点，可有效校正光学系统中的像差，同时，还比现有技术的定焦镜头成本更低，可适用于安防监控设备。

同时，由图2至图9的实验结果能够看出，本实施例各种像差均得到良好的校正，在不同环境温度下均能保证成像效果稳定性，市场前景优良，适于安防监控设备行业的广泛推广。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。