一种紧凑型可见波段广角消热镜头

技术领域

本发明涉及一种紧凑型可见波段广角消热镜头，属于光学镜头技术领域。

背景技术

随着对安防的需求增加，监控镜头也越来越多的出现在人们的视野中。随着科学技术的快速发展以及监控镜头的广泛使用，使得市场对监控镜头的要求也日益提高。结构紧凑，温度性能好，消色差，以及可以使用压模技术大批量生产的广角监控镜头成为市场的迫切需求。

现有的监控镜头虽然已经有了不同程度的改进，但尚存在没有消热功能或者无法满足视场要求的缺陷，不能跟好滴满足客户要求的小尺寸、高性能的要求，如申请号为201110307278X的专利公开了一种监控镜头，整体视场为121°，整体长度也比较长，达到了22.5mm。申请号为202210226947 9的专利公开了一种监控镜头以及监控镜头模组，视场仅为78°，总长度达到了19.7mm，并且不具有消热功能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种紧凑型可见波段广角消热镜头，长度仅为13.4mm，全视场角为155°，像面直径为6.5mm，在-20度到+60度的温差范围内不需要调焦而能够保持像面稳定，使得日间和夜晚的图片具有良好的共焦性，可以通过压模实现大批量生产。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种紧凑型可见波段广角消热镜头，沿光路传播方向包括依次相接的第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜和第五透镜；

第一透镜为负的弯月的塑料透镜，两个面都为偶数非球面；第二透镜为正的弯月的塑料透镜，两个面都为偶数非球面；第三透镜为正屈光度的玻璃透镜，两个面都为标准球面；第四透镜为负屈光度的塑料透镜，两个面都为偶数非球面；第五透镜为正屈光度的塑料透镜，两个面都为偶数非球面。

上述镜头，包括五片镜片，包括四片非球面塑料镜片和一片标准玻璃镜片，第一透镜、第二透镜、第四透镜和第五透镜所用材料均为塑料、面型均为偶数非球面；第三透镜所用材料为玻璃、面型均为标准球面。

本发明为视场和焦距介于标准镜头与鱼眼镜头的消热广角镜头，可以满足目前市场上对监控镜头的需要。

上述镜头具有被动消热的功能，在-20度到60度的温度变化范围内可以不需要调焦而保持成像质量不变。

为了提高成像质量，第一透镜所用材料为T62R_2017；第二透镜所用材料为E48R；第三透镜所用材料为H-FK61；第四透镜用材料为EP9000；第五透镜用材料为E48R。

为了兼顾小型化和成像质量，第一透镜与第二透镜之间的中心间隔为2.2±0.2mm，第二透镜与第三透镜之间的中心间隔为0.2±0.2mm，第三透镜与第四透镜之间的中心间隔为1.8±0.2mm，第四透镜与第五透镜之间的中心间隔为0.1±0.2mm。第一透镜的中心厚度为0.8±0.2mm，第二透镜的中心厚度为1.6±0.2mm，第三透镜的中心厚度为1.2±0.2mm，第四透镜的中心厚度为0.6±0.2mm，第五透镜的中心厚度为1.5±0.2mm。

沿光路传播方向，第一透镜的两面依次为第一入射面和第一出射面，第二透镜的两面依次为第二入射面和第二出射面，第三透镜的两面依次为第三入射面和第三出射面，第四透镜的两面依次为第四入射面和第四出射面，第五透镜的两面依次为第五入射面和第五出射面；

为了进一步提高成像质量，第一入射面为凸面，曲率半径为106.478±0.002mm；第一出射面为凹面，曲率半径为1.754±0.002mm；第二入射面为凹面，曲率半径为-4.943±0.002mm；第二出射面为凸面，曲率半径为-4.468±0.002mm；第三入射面为凸面，曲率半径为7.668±0.002mm；第三出射面为凸面，曲率半径为-2.745±0.002mm；第四入射面为凹面，曲率半径为23.772±0.002mm；第四出射面为凹面，曲率半径为3.296±0.002mm；第五入射面为凸面，曲率半径为6.334±0.002mm；第五出射面为凸面，曲率半径为-3.261±0.002mm。

第四入射面中心为凸，球面曲率为正，有非球面系数，整体为凹。

作为其中一种优选的实现方案，第一入射面的光学通光口径为7.6±0.1mm，第一出射面的光学通光口径为3.4±0.1mm；第二入射面的光学通光口径为3.1±0.1mm，第二出射面的光学通光口径为2.7±0.1mm；第三入射面的光学通光口径为2.2±0.1mm，第三出射面的光学通光口径为3.0±0.1mm；第四入射面的光学通光口径为4.0±0.1mm，第四出射面的光学通光口径为4.6±0.1mm；第五入射面的光学通光口径为4.6±0.1mm，第五出射面的光学通光口径为4.8±0.1mm。

上述镜头的焦距为2.4mm，F数为2.5，视场为155°；整体长度小于13.4mm，光学整体直径小于8mm，在-20度到60度的温度变化范围内可以不需要调焦而保持成像质量不变。

上述镜头相对照明在整个视场大于等于0.5，主光线与探测器的夹角在整个视场小于20度。其RMS光斑大小在整个视场小于10um，MTF整个视场在83.5每毫米线对时大于0.48，MTF整个视场在167每毫米线对时大于0.09。

上述镜头的光学部分重量仅为0.18克，实现了轻量化。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明紧凑型可见波段广角消热镜头，由四片塑料材料的镜片及一片玻璃材料镜片组成，长度短而轻，整体长度小于13.4mm，光学整体直径小于8mm，全视视场为155°，像面直径为6.5mm，视场和焦距属于介于标准镜头与鱼眼镜头的广角镜头，可以在-20度与60度的温差范围内，不需要调焦而保持像面稳定，日间和夜晚的图片具有良好的共焦性，可以满足目前市场上对监控镜头的需要；可以对塑料镜片实现批量化压模，减少成本。

附图说明

图1本发紧凑型可见波段广角消热镜头的组成和光线图；

图2本发明紧凑型可见波段广角消热镜头的镜片标注和表面标注；

图3本发明紧凑型可见波段广角消热镜头的相对照明曲线；

图4本发明紧凑型可见波段广角消热镜头温度为-20度时的MTF曲线；

图5本发明紧凑型可见波段广角消热镜头温度为20度时的MTF曲线；

图6本发明紧凑型可见波段广角消热镜头温度为60度时的MTF曲线；

图7本发明紧凑型可见波段广角消热镜头温度为-20度时的光斑点阵图；

图8本发明紧凑型可见波段广角消热镜头温度为20度时的光斑点阵图；

图9本发明紧凑型可见波段广角消热镜头温度为60度时的光斑点阵图；

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

如图1所示，一种紧凑型可见波段广角消热镜头，沿光路传播方向包括依次相接的第一透镜1、第二透镜2、孔径光阑P、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5；第一透镜1为负的弯月的塑料透镜，两个面都为偶数非球面；第二透镜2为正的弯月的塑料透镜，两个面都为偶数非球面；第三透镜3为正屈光度的玻璃透镜，两个面都为标准球面；第四透镜4为负屈光度的塑料透镜，两个面都为偶数非球面；第五透镜5为正屈光度的塑料透镜，两个面都为偶数非球面；

上述镜头的第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4和第五透镜5所用材料均为塑料、面型均为偶数非球面；第三透镜3所用材料为玻璃，面形为标准球面，且光阑P在第三片镜片3上；光学部分重量仅为0.18克；

输入光由第一透镜1进入镜头，依次经过第二透镜2至第五透镜5，到达相机窗口6以及相机滤波片7，最后聚焦的光束进入到像面8中。镜头所用镜座材料为塑料。

如图2所示，沿光路入射方向，第一透镜1的两面依次为第一入射面11和第一出射面12，第二透镜2的两面依次为第二入射面21和第二出射面22，第三透镜3的两面依次为第三入射面31和第三出射面32，第四透镜4的两面依次为第四入射面41和第四出射面42，第五透镜5的两面依次为第五入射面51和第五出射面52；相机窗口6的两面依次为相机入射面61和相机出射面62；相机滤波片7两面依次为滤波入射面71和滤波入出射面72，各镜片的参数如表1所示。

第一透镜与第二透镜之间的中心间隔为2.2mm，第二透镜与第三透镜之间的中心间隔为0.2mm，第三透镜与第四透镜之间的中心间隔为1.8mm，第四透镜与第五透镜之间的中心间隔为0.1mm。第一透镜的中心厚度为0.8mm，第二透镜的中心厚度为1.6mm，第三透镜的中心厚度为1.2mm，第四透镜的中心厚度为0.6mm，第五透镜的中心厚度为1.5mm。

第一入射面为凸面，曲率半径为106.478mm；第一出射面为凹面，曲率半径为1.754mm；第二入射面为凹面，曲率半径为-4.943mm；第二出射面为凸面，曲率半径为-4.468mm；第三入射面为凸面，曲率半径为7.668mm；第三出射面为凸面，曲率半径为-2.745mm；第四入射面为凹面，曲率半径为23.772mm；第四出射面为凹面，曲率半径为3.296mm；第五入射面为凸面，曲率半径为6.334mm；第五出射面为凸面，曲率半径为-3.261mm。

上述镜头，焦距为2.4mm，F数为2.5，视场为155°，整体长度为于13.4mm，光学整体直径小于8mm，像面直径为6.5mm，具有被动消热的功能，在-20度到60度的温度变化范围内可以不需要调焦而保持成像质量不变。

表1镜头中各镜片的参数

表1中，在表面类型栏，第一透镜1到第五透镜5有两个面型：偶数非球面和标准球面。偶数非球面和标准球面的表达式为：

其中，Z(r)为表面沿光轴方向在高度为r的位置时，距球面顶点的距离矢高，c＝1/r，r表示透镜面在光轴上的曲率半径，k为圆锥系数conic，α1到α8为非球面高次项系数。对于标准球面，k及α1到α8的值都为0。各镜片非球面高次项系数如表2所示。

表2镜头中各镜片的非球面高次项系数(k及α1均为0)

图3为上述镜头的相对照明曲线，由图3可看出本设计照明优良，在整个视场内保持了大于等于0.5的相对照明度。图4到图6为镜头在环境温度分别为-20摄氏度，+20摄氏度和+60摄氏度时的MTF曲线。由图4到图6可以看出，本系统在至少从-20摄氏度到+60摄氏度的温度范围内，光学性能良好，几乎不受温度的影响；图7到图9为上述镜头在环境温度分别为-20摄氏度，+20摄氏度和+60摄氏度时的光斑分布图。由这三个图可以看出，本系统在至少从-20摄氏度到+60摄氏度的温度范围内，光斑的RMS直径小于5微米，并且受温度的影响可以忽略。由图4到图9可以看出，本系统在至少-20摄氏度到+60摄氏度的温度范围内实现了消热，并且具有良好的光学性能。