一种高性能的红外共焦超清安防镜头

技术领域

本发明涉及镜头技术领域，具体涉及一种高性能的红外共焦超清安防镜头。

背景技术

安防镜头一般是指监控摄像机的监控镜头，安防镜头因具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点而被广泛应用。现有的安防镜头还存在很多不足，如：该焦距段变焦镜头，通光都比较小，光圈数值短焦距一般大于2.2，长焦为3，甚至更大，并且在成像面边缘相对照度偏低；该焦距段变焦镜头能够支持的工作温度范围很小，在高低温环境使用下时，失焦非常严重；镜头普遍色差优化不足，容易出现蓝紫边现象；该焦距段变焦镜头，TTL比较大，结构总长也比较长；该焦距段变焦镜头，分辨率不高，边缘成像不清晰；该焦距段变焦镜头，可见对焦情况，红外成像效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能的红外共焦超清安防镜头，用以解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高性能的红外共焦超清安防镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十五透镜；所述第一透镜至第十五透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

所述第一透镜具负屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第二透镜具正屈光率，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第三透镜具正屈光率，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第一透镜至第三透镜为固定透镜组；

所述第四透镜具负屈光率，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第五透镜具负屈光率，所述第五透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第六透镜具正屈光率，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第四透镜至第六透镜为变倍透镜组；

所述第七透镜具正屈光率，所述第七透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第八透镜具正屈光率，所述第八透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第九透镜具负屈光率，所述第九透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第七透镜至第九透镜为固定透镜组；

所述第十透镜具正屈光率，所述第十透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第十一透镜具正屈光率，所述第十一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第十二透镜具负屈光率，所述第十二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第十三透镜具正屈光率，所述第十三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第十四透镜具正屈光率，所述第十四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第十五透镜具负屈光率，所述第十五透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；所述第十透镜至第十五透镜为补偿透镜组；

该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十五片。

优选地，所述第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面相互胶合，所述第五透镜的像侧面与第六透镜的物侧面相互胶合，所述第八透镜的像侧面与第九透镜的物侧面相互胶合，所述第十二透镜的像侧面与第十三透镜的物侧面相互胶合。

优选地，所述第十一透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

优选地，符合下列条件式：∣vd1-vd2∣＞30，其中，vd1为第一透镜的色散系数，vd2为第二透镜的色散系数。

优选地，符合下列条件式：∣vd5-vd6∣＞30，其中，vd5为第五透镜的色散系数，vd6为第六透镜的色散系数。

优选地，符合下列条件式：∣vd8-vd9∣＞30，其中，vd8为第八透镜的色散系数，vd9为第九透镜的色散系数。

优选地，符合下列条件式：∣vd12-vd13∣＞30，其中，vd12为第十二透镜的色散系数，vd13为第十三透镜的色散系数。

优选地，符合下列条件式：1.55＜fw/BFLw＜1.68，3.91＜ft/BFLt＜4.03，其中，fw为该镜头的最短焦距，BFLw为最短焦距时的后焦距，ft为该镜头的最长焦距，BFLt为最长焦距时的后焦距。

优选地，还包括光阑，所述光阑设置在所述第七透镜与第八透镜之间。

优选地，符合下列条件式：TTL＜64mm，其中，TTL为所述第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

本发明采用大通光设计，长短焦两端相对照度在边缘视场能够大于50％，保证成像面边缘相对照度均匀；整个系统采用无热化优化，在常温对焦的情况下，高低温也不是失焦，可在-30℃-70℃环境下工作；色差优化很好，具有良好的图像色彩还原性,无蓝紫边现象；TTL很短，结构总长短；分辨率高，边缘成像清晰，可满足4K要求，像质清晰稳定；具有红外共焦性好，在夜晚模式也能保证成像清晰。

附图说明

图1为实施例一处于最短焦距时镜头的光路图；

图2为实施例一中镜头处于最短焦距时在可见光下的MTF图；

图3为实施例一中镜头处于最短焦距时在可见光下的离焦曲线图；

图4为实施例一中镜头处于最短焦距时在可见光下的相对照度曲线图；

图5为实施例一中镜头处于最短焦距时的轴向色差曲线图；

图6为实施例一中镜头处于最短焦距时在红外0.850μm下的离焦曲线图；

图7为实施例一处于最长焦距时的光路图；

图8为实施例一中镜头处于最长焦距时在可见光下的MTF图；

图9为实施例一中镜头处于最长焦距时在可见光下的离焦曲线图；

图10为实施例一中镜头处于最长焦距时在可见光下的相对照度曲线图；

图11为实施例一中镜头处于最长焦距时在红外0.850μm下的离焦曲线图；

图12为实施例二处于最短焦距时镜头的光路图；

图13为实施例二中镜头处于最短焦距时在可见光下的MTF图；

图14为实施例二中镜头处于最短焦距时在可见光下的离焦曲线图；

图15为实施例二中镜头处于最短焦距时在可见光下的相对照度曲线图；

图16为实施例二中镜头处于最短焦距时的轴向色差曲线图；

图17为实施例二中镜头处于最短焦距时在红外0.850μm下的离焦曲线图；

图18为实施例二处于最长焦距时镜头的光路图；

图19为实施例二中镜头处于最长焦距时在可见光下的MTF图；

图20为实施例二中镜头处于最长焦距时在可见光下的离焦曲线图；

图21为实施例二中镜头处于最长焦距时在可见光下的相对照度曲线图；

图22为实施例二中镜头处于最长焦距时在红外0.850μm下的离焦曲线图；

图23为实施例三处于最短焦距时镜头的光路图；

图24为实施例三中镜头处于最短焦距时在可见光下的MTF图；

图25为实施例三中镜头处于最短焦距时在可见光下的离焦曲线图；

图26为实施例三中镜头处于最短焦距时在可见光下的相对照度曲线图；

图27为实施例三中镜头处于最短焦距时的轴向色差曲线图；

图28为实施例三中镜头处于最短焦距时在红外0.850μm下的离焦曲线图；

图29为实施例三处于最长焦距时镜头的光路图；

图30为实施例三中镜头处于最长焦距时在可见光下的MTF图；

图31为实施例三中镜头处于最长焦距时在可见光下的离焦曲线图；

图32为实施例三中镜头处于最长焦距时在可见光下的相对照度曲线图；

图33为实施例三中镜头处于最长焦距时在红外0.850μm下的离焦曲线图；

图34为实施例四处于最短焦距时镜头的光路图；

图35为实施例四中镜头处于最短焦距时在可见光下的MTF图；

图36为实施例四中镜头处于最短焦距时在可见光下的离焦曲线图；

图37为实施例四中镜头处于最短焦距时在可见光下的相对照度曲线图；

图38为实施例四中镜头处于最短焦距时的轴向色差曲线图；

图39为实施例四中镜头处于最短焦距时在红外0.850μm下的离焦曲线图；

图40为实施例四处于最长焦距时镜头的光路图；

图41为实施例四中镜头处于最长焦距时在可见光下的MTF图；

图42为实施例四中镜头处于最长焦距时在可见光下的离焦曲线图；

图43为实施例四中镜头处于最长焦距时在可见光下的相对照度曲线图；

图44为实施例四中镜头处于最长焦距时在红外0.850μm下的离焦曲线图。

附图标记说明：

第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13、第十四透镜14、第十五透镜15、光阑16、保护玻璃17。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

在本说明书中所说的「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lensdatasheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。

本发明公开了一种高性能的红外共焦超清安防镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十五透镜；所述第一透镜至第十五透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

所述第一透镜具负屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第二透镜具正屈光率，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第三透镜具正屈光率，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第一透镜至第三透镜为固定透镜组；

所述第四透镜具负屈光率，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第五透镜具负屈光率，所述第五透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第六透镜具正屈光率，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第四透镜至第六透镜为变倍透镜组；

所述第七透镜具正屈光率，所述第七透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第八透镜具正屈光率，所述第八透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第九透镜具负屈光率，所述第九透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第七透镜至第九透镜为固定透镜组；

所述第十透镜具正屈光率，所述第十透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第十一透镜具正屈光率，所述第十一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第十二透镜具负屈光率，所述第十二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第十三透镜具正屈光率，所述第十三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第十四透镜具正屈光率，所述第十四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第十五透镜具负屈光率，所述第十五透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；所述第十透镜至第十五透镜为补偿透镜组；

该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十五片。

优选地，所述第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面相互胶合，所述第五透镜的像侧面与第六透镜的物侧面相互胶合，所述第八透镜的像侧面与第九透镜的物侧面相互胶合，所述第十二透镜的像侧面与第十三透镜的物侧面相互胶合。

优选地，所述第十一透镜的物侧面和像侧面均为非球面，可以更好的校正球差和高级像差，对成像的相对照度有比较好的提升。

优选地，符合下列条件式：∣vd1-vd2∣＞30，其中，vd1为第一透镜的色散系数，vd2为第二透镜的色散系数，能够比较好的优化色差。

优选地，符合下列条件式：∣vd5-vd6∣＞30，其中，vd5为第五透镜的色散系数，vd6为第六透镜的色散系数，能够比较好的优化色差。

优选地，符合下列条件式：∣vd8-vd9∣＞30，其中，vd8为第八透镜的色散系数，vd9为第九透镜的色散系数，能够比较好的优化色差。

优选地，符合下列条件式：∣vd12-vd13∣＞30，其中，vd12为第十二透镜的色散系数，vd13为第十三透镜的色散系数，能够比较好的优化色差。

优选地，符合下列条件式：1.55＜fw/BFLw＜1.68，3.91＜ft/BFLt＜4.03，其中，fw为该镜头的最短焦距，BFLw为最短焦距时的后焦距，ft为该镜头的最长焦距，BFLt为最长焦距时的后焦距，进一步实现大焦距段跨度。

优选地，还包括光阑，所述光阑设置在所述第七透镜与第八透镜之间。

优选地，符合下列条件式：TTL＜64mm，其中，TTL为所述第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，镜头的结构紧凑，适用于更多的场景。

下面将以具体实施例对本发明的安防镜头进行详细说明。

实施例一

参考图1所示，本实施例公开了一种高性能的红外共焦超清安防镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴依次包括第一透镜至第十五透镜；第一透镜至第十五透镜各自包括一朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面；

第一透镜1具负屈光率，第一透镜1的物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜2具正屈光率，第二透镜2的物侧面为凸面、像侧面为凸面；第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面为凸面、像侧面为凹面；第一透镜1至第三透镜3为固定透镜组，在光轴上相对于光阑16相对固定；

第四透镜4具负屈光率，第四透镜4的物侧面为凹面、像侧面为凹面；第五透镜5具负屈光率，第五透镜5的物侧面为凹面、像侧面为凹面；第六透镜6具正屈光率，第六透镜6的物侧面为凸面、像侧面为凹面；第四透镜4至第六透镜6为变倍透镜组，可在光轴上相对于光阑16相对移动，起承担变焦距变倍的功能；

第七透镜7具正屈光率，第七透镜7的物侧面为凸面、像侧面为凸面；第八透镜8具正屈光率，第八透镜8的物侧面为凸面、像侧面为凸面；第九透镜9具负屈光率，第九透镜9的物侧面为凹面、像侧面为凹面；第七透镜7至第九透镜为固定透镜组，在光轴上相对于光阑16相对固定；

第十透镜10具正屈光率，第十透镜10的物侧面为凸面、像侧面为凹面；第十一透镜11具正屈光率，所述第十一透镜11的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第十二透镜12具负屈光率，第十二透镜12的物侧面为凹面、像侧面为凹面；第十三透镜13具正屈光率，第十三透镜13的物侧面为凸面、像侧面为凹面；第十四透镜14具正屈光率，第十四透镜14的物侧面为凸面、像侧面为凸面；第十五透镜15具负屈光率，第十五透镜15的物侧面为凹面、像侧面为凸面；第十透镜10至第十五透镜15为补偿透镜组，可在光轴上相对于光阑16相对移动，起承担重新对焦的功能；

该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述十五片。

在本实施例中，光阑16设置在第七透镜7与第八透镜8之间，第一透镜1的像侧面与第二透镜2的物侧面相互胶合，第五透镜5的像侧面与第六透镜6的物侧面相互胶合，第八透镜8的像侧面与第九透镜9的物侧面相互胶合，第十二透镜12的像侧面与第十三透镜13的物侧面相互胶合。

本具体实施例的详细光学数据如表1所示。

表1实施例一的详细光学数据

在本具体实施例中，第十一透镜11采用非球面透镜，第十一透镜11的物侧面和像侧面曲线的方程式表示如下：

其中：

z：非球面之深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；

c：非球面顶点之曲率(the vertex curvature)；

K：锥面系数(Conic Constant)；

r

u：r/r

am：第m阶Q

Q

第十一透镜11非球面的参数详细数据请参考下表：

本具体实施例中，变焦镜头短焦时的焦距fw＝12.5014mm、短焦时的焦距ft＝38.0093；光圈值FNO＝1.89-2.04；在短焦时，TTLw＝63.850mm，在长焦时，TTLt＝63.850mm；fw/BFLw＝1.590744887，ft/BFLt＝3.918758041；像面尺寸大小为1.8英寸。

本具体实施例的解像力请参阅图2和图8，从图上可以看出对传函管控好，解析度高，在使用时的空间频率200lp/mm的MTF值仍大于0.2，满足画面清晰度的需求；可见光与红外共焦性请参阅图3、图6、图9和图11，可以看出可见光与红外共焦性好，红外离焦量(IRshift)小于10μm，在夜晚模式也能保证成像清晰；轴向色差请参阅图5，轴向色差小于±0.03mm，对色彩的还原好，不会出现蓝紫边现象；相对照度曲线图请参阅图4和10，可以看出，相对照度较高，在正常使用时，相对照度大于50％。

实施例二

配合图12至图22所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。

本具体实施例的详细光学数据如表2所示。

表2实施例二的详细光学数据

本具体实施例中第十一透镜11非球面的参数详细数据请参考下表：

本具体实施例中，变焦镜头短焦时的焦距fw＝12.4555mm、短焦时的焦距ft＝38.0196；光圈值FNO＝1.89-2.02；在短焦时，TTLw＝63.850mm，在长焦时，TTLt＝63.850mm；fw/BFLw＝1.681123342，ft/BFLt＝4.267692899；像面尺寸大小为1.8英寸。

本具体实施例的解像力请参阅图13和图19，从图上可以看出对传函管控好，解析度高，在使用时的空间频率200lp/mm的MTF值仍大于0.2，满足画面清晰度的需求；可见光与红外共焦性请参阅图14、图17、图20和图22，可以看出可见光与红外共焦性好，红外离焦量(IR shift)小于10μm，在夜晚模式也能保证成像清晰；轴向色差请参阅图16，轴向色差小于±0.03mm，对色彩的还原好，不会出现蓝紫边现象；相对照度曲线图请参阅图15和21，可以看出，相对照度较高，在正常使用时，相对照度大于50％。

实施例三

配合图23至图33所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。

本具体实施例的详细光学数据如表3所示。

表3实施例三的详细光学数据

本具体实施例中第十一透镜11非球面的参数详细数据请参考下表：

本具体实施例中，变焦镜头短焦时的焦距fw＝12.5017mm、短焦时的焦距ft＝38.0037；光圈值FNO＝1.89-2.00；在短焦时，TTLw＝63.950mm，在长焦时，TTLt＝63.950mm；fw/BFLw＝1.595614266，ft/BFLt＝3.942555504；像面尺寸大小为1.8英寸。

本具体实施例的解像力请参阅图24和图30，从图上可以看出对传函管控好，解析度高，在使用时的空间频率200lp/mm的MTF值仍大于0.2，满足画面清晰度的需求；可见光与红外共焦性请参阅图25、图28、图31和图33，可以看出可见光与红外共焦性好，红外离焦量(IR shift)小于10μm，在夜晚模式也能保证成像清晰；轴向色差请参阅图27，轴向色差小于±0.03mm，对色彩的还原好，不会出现蓝紫边现象；相对照度曲线图请参阅图26和32，可以看出，相对照度较高，在正常使用时，相对照度大于55％。

实施例四

配合图34至图44所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。

本具体实施例的详细光学数据如表4所示。

表4实施例四的详细光学数据

本具体实施例中第十一透镜11非球面的参数详细数据请参考下表：

本具体实施例中，变焦镜头短焦时的焦距fw＝12.5016mm、短焦时的焦距ft＝38.0058；光圈值FNO＝1.89-2.01；在短焦时，TTLw＝63.941mm，在长焦时，TTLt＝63.941mm；fw/BFLw＝1.601286193，ft/BFLt＝4.034208262；像面尺寸大小为1.8英寸。

本具体实施例的解像力请参阅图33和图41，从图上可以看出对传函管控好，解析度高，在使用时的空间频率200lp/mm的MTF值大于0.2，满足画面清晰度的需求；可见光与红外共焦性请参阅图36、图39、图42和图44，可以看出可见光与红外共焦性好，红外离焦量(IRshift)小于10μm，在夜晚模式也能保证成像清晰；轴向色差请参阅图38，轴向色差小于±0.03mm，对色彩的还原好，不会出现蓝紫边现象；相对照度曲线图请参阅图37和43，可以看出，相对照度较高，在正常使用时，相对照度大于50％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。