大光圈镜头

技术领域

本发明涉及成像光学系统技术领域，尤其涉及一种大光圈镜头。

背景技术

随着科技的快速发展，对光学镜头要求越来越高。市面上现有的镜头最大光圈可以达到F1.0左右，其成像效果尚可满足常见的微光环境。但是对于环境光亮极其微弱的场景，其通光能力依然不能让人满意。为了满足更高的像素以及更加强大的微光成像效果，光圈更大、分辨力更高的成像镜头的研究方向成为了新的热点。当前有少数镜头的光圈可以达到F0.8，但其体积巨大，镜头总长可达120mm以上，且应用场合通常是红外领域，而对于安防监控来说，此类镜头并不具备实用价值。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低成本、能够在-40℃～+80℃正常工作的大光圈镜头，可实现最大光圈F0.7，同时兼顾5M像素，并且能够实现F0.7/F1.6任意切换，满足不同场景的需求。

为实现上述发明目的，本发明提供一种大光圈镜头，包括：沿光轴从物侧至像侧的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、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜，

所述第一透镜和所述第二透镜的光焦度为负，所述第三透镜、所述第七透镜和所述第十一透镜的光焦度为正；

所述第一透镜的像侧面为凹形，所述第三透镜为双凸透镜，所述第七透镜和所述第十一透镜的物侧面为凸形，所述第十二透镜的像侧面为凸形。

根据本发明的一个方面，所述大光圈镜头还包括第十三透镜，所述第十三透镜位于所述第十二透镜的像侧。

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述第十三透镜为凸凹透镜。

根据本发明的一个方面，所述大光圈镜头还包括光阑，所述光阑位于所述第三透镜和所述第四透镜之间、所述第四透镜和所述第五透镜之间或者所述第六透镜和所述第七透镜之间。

根据本发明的一个方面，所述光阑与所述光阑的像侧面相邻的透镜间的中心距离D1和与所述光阑相邻的两枚透镜间的中心距离D满足关系式：0≤D1/D≤0.5。

根据本发明的一个方面，所述大光圈镜头包含一个双胶合透镜组和一个三胶合透镜组。

根据本发明的一个方面，所述双胶合透镜组的焦距Fa和所述大光圈镜头的有效焦距F满足关系式：11≤|Fa/F|≤28。

根据本发明的一个方面，所述三胶合透镜组的焦距Fb和所述大光圈镜头的有效焦距F满足关系式：4≤|Fb/F|≤9。

根据本发明的一个方面，胶合组成所述双胶合透镜组的两枚透镜的阿贝数值的差Vd2满足关系式：30≤|Vd2|≤40。

根据本发明的一个方面，胶合组成所述三胶合透镜组的三枚透镜的阿贝数的最大数值和最小数值的差Vd3满足关系式：15≤|Vd3|≤50。

根据本发明的一个方面，所述大光圈镜头至少包含七枚光焦度为正的透镜和四枚光焦度为负的透镜。

根据本发明的一个方面，所述大光圈镜头至少包含五枚塑胶非球面透镜。

根据本发明的一个方面，所述第三透镜的物侧面的曲率半径R1和所述第三透镜的像侧面的曲率半径R2满足关系式：0.1≤(R1+R2)/(R1-R2)≤0.6。

根据本发明的一个方面，所述大光圈镜头中从物侧起，由前三枚透镜组成的透镜前组的组合焦距FG1和所述大光圈镜头的有效焦距F满足关系式：-5≤FG1/F≤-2。

根据本发明的一个方面，所述大光圈镜头中从物侧起，由最后三枚透镜组成的透镜后组的组合焦距FG2和所述大光圈镜头的有效焦距F满足关系式：2≤FG2/F≤9。

根据本发明的一个方面，所述大光圈镜头的光学总长TTL和所述大光圈镜头的入瞳直径ENPD满足关系式：7≤TTL/ENPD≤10。

根据本发明的一个方面，所述大光圈镜头的半像高IH和所述大光圈镜头的光学总长TTL满足关系式：11≤|TTL/IH|≤17。

根据本发明的方案，采用由十二枚透镜或十三枚透镜的光学架构，合理分布各透镜的正负光焦度、物侧面和像侧面的凹凸不同形状、面型以及材料等，可以使得该镜头具有超大光圈、解像力高和成像质量优等性能，最大光圈FNO＝0.7，同时解像力达到5M像素要求，即在大光圈下保证具有极高的分辨率。

根据本发明的一个方案，塑胶非球面透镜和玻璃球面透镜的混合优化设计，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大，容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难，使该镜头能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。此外，将玻璃和塑胶材料的透镜进行混合的方案成功应用于具备上述成像性能的大光圈镜头中，有利于有效地降低其成本。

附图说明

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而言，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示意性表示本发明实施例一的大光圈镜头的光学系统结构示意图；

图2示意性表示本发明实施例二的大光圈镜头的光学系统结构示意图；

图3示意性表示本发明实施例三的大光圈镜头的光学系统结构示意图；

图4示意性表示本发明实施例四的大光圈镜头的光学系统结构示意图。

具体实施例

此说明书实施例的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施例的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施例。本发明的范围由权利要求书所界定。

如图1至图4所示，本发明实施例公开的一种大光圈镜头，包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11和第十二透镜L12。其中，所述第一透镜L1和所述第二透镜L2都具有负光焦度，所述第三透镜L3、所述第七透镜L7和所述第十一透镜L11都具有正光焦度。

进一步地，所述大光圈镜头至少包含七枚具有正光焦度的透镜和四枚具有负光焦度的透镜。所述大光圈镜头至少包含五枚塑胶非球面透镜。

关于透镜形状，所述第一透镜L1的像侧面为凹形，所述第三透镜L3为双凸透镜，所述第七透镜L7和所述第十一透镜L11的物侧面为凸形，所述第十二透镜L12的像侧面为凸形。

本发明的一个实施例中，如图1、图2或图4所示，所述大光圈镜头在上述实施例中十二透镜的基础上，还包括第十三透镜L13，所述第十三透镜L13位于所述第十二透镜L12的像侧且与所述第十二透镜L12相邻。针对该透镜的形状，所述第十三透镜L13的物侧面为凸形，其像侧面为凹形。

进一步地，所述大光圈镜头至少包含七枚具有正光焦度的透镜和四枚具有负光焦度的透镜。所述大光圈镜头至少包含五枚塑胶非球面透镜。

本发明的一个实施例中，所述大光圈镜头还包括光阑STOP，所述光阑STOP位于所述第三透镜L3和所述第四透镜L4之间，如图4所示。或者所述光阑STOP位于所述第四透镜L4和所述第五透镜L5之间，如图3所示。又或者位于所述第六透镜L6和所述第七透镜L7之间，如图1或图2所示。

本发明的一个实施例中，所述光阑STOP与所述光阑STOP的像侧面相邻的透镜间的中心距离D1和与所述光阑STOP相邻的两枚透镜间的中心距离D满足关系式：0≤D1/D≤0.5。示例性的，如图1所示，光阑STOP与第七透镜L7间的中心距离D1和第六透镜L6与第七透镜L7间的中心距离D满足关系式：0≤D1/D≤0.5。如此设计使得该镜头有足够的空间实现可变光阑F/1.6至F/0.7两档光圈的任意切换。

根据本发明实施例的上述方案，采用由十二枚透镜或十三枚透镜的光学架构，合理分布各透镜的正负光焦度、物侧面和像侧面的凹凸不同形状、面型以及材料等，可以使得该镜头具有超大光圈、解像力高和成像质量优等有益效果，最大光圈FNO＝0.7，同时解像力达到5M les要求(5M像素要求)，即在大光圈下保证具有极高的分辨率。塑胶非球面透镜和玻璃球面透镜的混合优化设计，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大，容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难，使该镜头能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。此外，将玻璃和塑胶材料的透镜进行混合的方案成功应用于具备上述成像性能的大光圈镜头中，有利于有效地降低其成本。

本发明的一个实施例中，所述大光圈镜头包含一个双胶合透镜组和一个三胶合透镜组。优选地，所述双胶合透镜组的焦距Fa和所述大光圈镜头的有效焦距F满足关系式：11≤|Fa/F|≤28。通过胶合透镜的使用，并合理地设置双胶合透镜组和三胶合透镜组，能够最大限度地减少镜头的色差、甚至消除色差。同时，优化配置双胶合透镜组的焦距段及其与镜头焦距的关系，减少光能量反射损失，提升照度，还可以进一步改善像质，提高镜头成像的清晰度。

优选地，所述三胶合透镜组的焦距Fb和所述大光圈镜头的有效焦距F满足关系式：4≤|Fb/F|≤9。通过优化配置三胶合透镜组的焦距段及其与镜头焦距的关系，进一步确保镜头光学系统的大光圈，并且在增大进光量的同时缩短光学系统的光学总长TTL，从而使该光学总长TTL满足TTL≤64.5mm的大小性能要求。

优选地，胶合组成所述双胶合透镜组的两枚透镜的阿贝数值的差Vd2满足关系式：30≤|Vd2|≤40，可以尽可能消除在镜头成像的时候出现的色差，从而提升镜头的解像力。

优选地，胶合组成所述三胶合透镜组的三枚透镜的阿贝数的最大数值和最小数值的差Vd3满足关系式：15≤|Vd3|≤50，可以尽可能消除在镜头成像的时候出现的色差，从而提升镜头的解像力。

本发明的一个实施例中，所述第三透镜L3的物侧面的曲率半径R1和所述第三透镜L3的像侧面的曲率半径R2满足关系式：0.1≤(R1+R2)/(R1-R2)≤0.6。通过控制第三透镜L3的曲率半径，可改善镜头成像的球差，降低中心视场区域的敏感性，进而提高成像分辨率。

本发明的一个实施例中，在所述大光圈镜头的十二枚透镜或十三枚透镜的光学架构中，从物侧起，由前三枚透镜组成的透镜前组G1的组合焦距FG1和所述大光圈镜头的有效焦距F满足关系式：-5≤FG1/F≤-2。无论是对于由十二枚透镜构成的光学架构，还是对于由十三枚透镜构成的光学架构，所述透镜前组G1都包括第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。这样既可以合理地分配镜头中上述透镜前组G1的光焦度，避免光焦度过度集中，有利于提高镜头的成像质量，降低镜头的敏感度，又可以使镜头在高低温度下均具有良好的成像效果。

本发明的一个实施例中，所述大光圈镜头的十二枚透镜或十三枚透镜的光学架构中，从物侧起，由最后三枚透镜组成的透镜后组G2的组合焦距FG2和所述大光圈镜头的有效焦距F满足关系式：2≤FG2/F≤9。对于由十二枚透镜构成的光学架构，所述透镜后组G2包括包括第十透镜L10、第十一透镜L11和第十二透镜L12。对于由十三枚透镜构成的光学架构，所述透镜后组G2包括第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13。如此设置可以控制光线的走势，将前方光线平稳过渡到后方，增加通光量，规避暗角的出现。还有利于改善边缘光线的像差，提升光学成像透镜的像质，降低公差敏感性。

本发明的一个实施例中，所述大光圈镜头的光学总长TTL和所述大光圈镜头的入瞳直径ENPD满足关系式：7≤TTL/ENPD≤10，既有利于将该镜头的光学总长TTL控制在合适的范围内，即光学总长TTL≤64.5mm，又有利于避免出现入瞳直径ENPD过小而导致镜头通光量不足等问题或缺陷。

本发明的一个实施例中，所述大光圈镜头的半像高IH和所述大光圈镜头的光学总长TTL满足关系式：12≤|TTL/IH|≤17，保证镜头小型化，同时使光学成像镜头兼顾良好的成像质量。

综上所述，本发明实施例的大光圈镜头具有在大光圈下保证具有极高的分辨率、低成本，以及同时能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的高成像性能。具体是，最大光圈FNO＝0.7，同时解像力达到5M像素要求，光学总长TTL≤64.5mm，并且有足够的空间实现可变光阑F/1.6至F/0.7两档光圈的任意切换。

下面以四个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的大光圈镜头。在下列各个实施例中，本发明将光阑STOP(含物侧面和像侧面)记为一面，将胶合透镜组的胶合面记为一面，将平行平板CG和滤光片IR均记为两面，将像面IMA记为一面。

具体符合上述关系式的各个实施例的参数如下表1所示：

表1

在本发明的实施例中，该大光圈镜头的非球面透镜满足下列公式：

在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；A

实施例一

参见图1，本实施例的大光圈镜头各参数如下所述：

像高IH＝6.6mm；光圈FNO＝0.7/FNO＝1.6；

本实施例中，第四透镜L4、第六透镜L6、第八透镜L8、第十透镜L10和第十三透镜L13都具有正光焦度，第五透镜L5、第九透镜L9和第十二透镜L12都具有负光焦度。关于各透镜的形状，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一透镜L1为平凹透镜，第二透镜L2和第十二透镜L12为凹凸透镜，第三透镜L3、第四透镜L4、第六透镜L6、第八透镜L8和第十透镜L10为凸凸透镜，第五透镜L5和第九透镜L9为凹凹透镜，第七透镜L7、第十一透镜L11和第十三透镜L13为凸凹透镜。

其中，第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6胶合组成三胶合透镜组，第九透镜L9和第十透镜L10胶合组成双胶合透镜组。

本实施例的大光圈镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表2所示。

表2

本实施例的大光圈镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A

表3

结合图1及上述表1至表3所示，本实施例的大光圈镜头具有在大光圈下保证具有极高的分辨率、低成本，以及同时能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的高成像性能。具体是，最大光圈FNO＝0.7，同时解像力达到5M像素要求，光学总长TTL≤64.5mm，并且有足够的空间实现可变光阑F/1.6至F/0.7两档光圈的任意切换。

实施例二

参见图2，本实施例的大光圈镜头各参数如下所述：

像高IH＝8.8mm；光圈FNO＝0.7/FNO＝1.6；

本实施例中，第四透镜L4、第六透镜L6、第八透镜L8、第十透镜L10和第十三透镜L13都具有正光焦度，第五透镜L5、第九透镜L9和第十二透镜L12都具有负光焦度。关于各透镜的形状，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一透镜L1、第七透镜L7、第十一透镜L11和第十三透镜L13为凸凹透镜，第二透镜L2和第十二透镜L12为凹凸透镜，第三透镜L3、第四透镜L4、第六透镜L6、第八透镜L8和第十透镜L10为凸凸透镜，第五透镜L5和第九透镜L9为凹凹透镜。

其中，第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6胶合组成三胶合透镜组，第九透镜L9和第十透镜L10胶合组成双胶合透镜组。

本实施例的大光圈镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表4所示。

表4

本实施例的大光圈镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A

表5

结合图2及上述表1、表4和表5所示，本实施例的大光圈镜头具有在大光圈下保证具有极高的分辨率、低成本，以及同时能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的高成像性能。具体是，最大光圈FNO＝0.7，同时解像力达到5M像素要求，光学总长TTL≤64.5mm，并且有足够的空间实现可变光阑F/1.6至F/0.7两档光圈的任意切换。

实施例三

参见图3，本实施例的大光圈镜头各参数如下所述：

像高IH＝8.8mm；光圈FNO＝0.7/FNO＝1.6；

本实施例中，第四透镜L4、第五透镜L5、第九透镜L9、第十透镜L10和第十二透镜L12都具有正光焦度，第六透镜L6和第八透镜L8都具有负光焦度。关于各透镜的形状，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一透镜L1和第十二透镜L12为凸凹透镜，第二透镜L2、第六透镜L6和第八透镜L8为凹凹透镜，第三透镜L3、第五透镜L5、第七透镜L7、第九透镜L9和第十一透镜L11为凸凸透镜，第四透镜L4和第十透镜L10为凹凸透镜。

其中，第七透镜L7、第八透镜L8和第九透镜L9胶合组成三胶合透镜组，第二透镜L2和第三透镜L3胶合组成双胶合透镜组。

本实施例的大光圈镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表6所示。

表6

本实施例的大光圈镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A

表7

结合图3及上述表1、表6和表7所示，本实施例的大光圈镜头具有在大光圈下保证具有极高的分辨率、低成本，以及同时能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的高成像性能。具体是，最大光圈FNO＝0.7，同时解像力达到5M像素要求，光学总长TTL≤64.5mm，并且有足够的空间实现可变光阑F/1.6至F/0.7两档光圈的任意切换。

实施例四

参见图4，本实施例的大光圈镜头各参数如下所述：

像高IH＝8.8mm；光圈FNO＝0.7/FNO＝1.6；

本实施例中，第四透镜L4、第五透镜L5、第九透镜L9和第十二透镜L12都具有负光焦度，第六透镜L6、第八透镜L8、第十透镜L10和第十三透镜L13都具有正光焦度。关于各透镜的形状，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一透镜L1、第四透镜L4、第五透镜L5、第七透镜L7、第十一透镜L11和第十三透镜L13为凸凹透镜，第二透镜L2和第十二透镜L12为凹凸透镜，第三透镜L3、第六透镜L6、第八透镜L8和第十透镜L10为凸凸透镜，第九透镜L9为凹凹透镜。

其中，第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6胶合组成三胶合透镜组，第九透镜L9和第十透镜L10胶合组成双胶合透镜组。

本实施例的大光圈镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表8所示。

表8

本实施例的大光圈镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A

表9

结合图4及上述表1、表8和表9所示，本实施例的大光圈镜头具有在大光圈下保证具有极高的分辨率、低成本，以及同时能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的高成像性能。具体是，最大光圈FNO＝0.7，同时解像力达到5M像素要求，光学总长TTL≤64.5mm，并且有足够的空间实现可变光阑F/1.6至F/0.7两档光圈的任意切换。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。