一种超大光圈广角的日夜两用共焦监控镜头及监控装置的制作方法

1.本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种超大光圈广角的日夜两用共焦监控镜头及监控装置。


背景技术：

2.随着社会的不断进步和科学技术的发展，人们对安防监控镜头有了更高的技术要求。目前市场上流行的大部分的定焦监控镜头存在分辨率偏低、光圈较小、日夜共焦性较差、监控范围小等一系列问题，且市场上流行的镜头要在白天成像的基础上实现夜晚红外光较清晰成像，就会有清晰度低、黑白影像等问题。对于一些环境严格，温度变化大的场所，镜片材料的热膨胀会给镜头带来致命的影响，所以，对于高成像质量、大监控范围、夜晚成像全彩清晰、受温度变化影响小的监控镜头的需求也越来越迫切。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供了一种超大光圈广角的日夜两用共焦监控镜头及监控装置。针对夜晚成像不清晰、黑白的问题，本技术通过增大镜头的光圈来增大进光量，从而实现夜晚全彩画面。针对环境问题，本技术通过搭配合理的常用玻璃和塑胶，在不影响成像质量的前提下实现了
‑
40℃～80℃低温度漂移，能适应温度变化大的环境，使其能在视野暗、范围广、温度变化大的环境中具有高成像质量。其具有结构简单、成本低、经济性高、超大光圈、监控范围广、日夜共焦性好、成像质量高、低温漂的优点。沿着光轴由物侧至像侧依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；
4.所述第一透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
5.所述第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
6.所述第三透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
7.所述第四透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
8.所述第五透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
9.所述第六透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
10.所述第七透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
11.所述第八透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
12.其中，该日夜两用共焦监控镜头光学镜头的光圈数f#满足：1.2≤f#≤1.3。
13.进一步的，还包括光阑和滤色片，所述光阑设置于所述第四透镜与所述第五透镜之间，所述滤色片设置于所述第八透镜的像面侧。
14.进一步的，所述第四透镜、第八透镜均为塑胶非球面透镜。
15.进一步的，所述第五透镜和所述第六透镜相互胶合形成一组胶合透镜。
16.进一步的，所述第五透镜和所述第六透镜相互胶合形成一组胶合透镜。
17.进一步的，所述超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的至少两片相邻的透镜的阿
贝数v1和v2的差值满足：10＜|v1
‑
v2|＜50，其中v1其中一片透镜的阿贝数，v2为其中另一片透镜的阿贝数。
18.进一步的，所述日夜两用共焦监控镜头满足条件：
19.所述第一透镜还满足以下条件：1.4＜nd1＜1.7，65＜vd1＜80；其中，所述nd1为第一透镜的光折射率，所述vd1为第一透镜的阿贝常数；
20.所述第二透镜还满足以下条件：1.4＜nd2＜1.7，50＜vd2＜90；其中，所述nd2为第二透镜的光折射率，所述vd2为第二透镜的阿贝常数；
21.所述第三透镜还满足以下条件：1.6＜nd3＜1.9，40＜vd3＜60；其中，所述nd3为第三透镜的光折射率，所述vd3为第三透镜的阿贝常数；
22.所述第四透镜还满足以下条件：1.4＜nd4＜1.6，30＜vd4＜60；其中，所述nd4为第四透镜的光折射率，所述vd4为第四透镜的阿贝常数；
23.所述第五透镜还满足以下条件：1.6＜nd5＜1.9，20＜vd5＜50；其中，所述nd5为第五透镜的光折射率，所述vd5为第五透镜的阿贝常数；
24.所述第六透镜还满足以下条件：1.7＜nd6＜2.0，20＜vd6＜60；其中，所述nd6为第六透镜的光折射率，所述vd6为第六透镜的阿贝常数；
25.所述第七透镜还满足以下条件：1.4＜nd7＜1.8，60＜vd7＜90；其中，所述nd7为第七透镜的光折射率，所述vd7为第五透镜的阿贝常数；
26.所述第八透镜还满足以下条件：1.4＜nd8＜1.8，20＜vd8＜60；其中，所述nd8为第八透镜的光折射率，所述vd8为第八透镜的阿贝常数。
27.进一步地，所述日夜两用共焦监控镜头满足条件：d/h/fov≤0.04，其中，fov为该日夜两用共焦监控镜头的最大视场角；d为该日夜两用共焦监控镜头最大视场角所对应的所述第一透镜物侧面的最大通光口径；h为该日夜两用共焦监控镜头最大视场角所对应的像高。
28.进一步地，所述日夜两用共焦监控镜头还满足：ttl/f≤(fov
×
f)/h≥5，其中，ttl为所述第一透镜的物侧面中心至该日夜两用共焦监控镜头的成像面在所述光轴上的距离，f为该日夜两用共焦监控镜头的总焦距值，fov为该日夜两用共焦监控镜头的最大视场角度，h为最大视场角所对应的像高。
29.一种监控装置，采用上述的超大光圈广角的日夜两用共焦监控镜头。
30.本发明提供的技术方案带来的有益效果是：技术方面，达到了超高的1.2光圈、120
°
的广角视野、
‑
40
°
～80
°
低漂移；成本方面，只用了6块常用的玻璃球面透镜和两块常用的塑胶非球面透镜，成本很低，经济性高；加工方面，所有镜片形状合理，公差要求满足现代加工水平，易于加工、装调；环境方面，该光圈、视场和温度漂移可以适应极其复杂的环境，在同时符合视野暗、监控范围要求大、温度变化大的环境下依然可以保证镜头成像质量不变。总而言之，其具有结构简单、镜片易于加工装调、成本低、实用性高、经济性高、超大光圈、监控范围广、日夜共焦性好、成像质量高、低温漂的优点。
附图说明
31.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
32.图1是本发明实施例中一种超大光圈广角的日夜两用共焦监控镜头的结构组合
图。
33.图2是本发明实施例中超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的mtf曲线图。
34.图3是本发明实施例中超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头在20℃下的离焦曲线图。
35.图4是本发明实施例中超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头在
‑
40℃下的离焦曲线图。
36.图5是本发明实施例中超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头在80℃下的离焦曲线图。
具体实施方式
37.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
38.本发明的实施例提供了一种超大光圈广角的日夜两用共焦监控镜头及监控装置，该日夜两用共焦监控镜头是由6片玻璃镜片与2片塑料非球面组成的光学系统，该监控装置，采用所述的超大光圈广角的日夜两用共焦监控镜头。
39.请参考图1，图1是本发明实施例中一种超大光圈广角的日夜两用共焦监控镜头的结构组合图，沿着光轴由物侧至像侧依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，在图1中，物侧位于图中的左侧，像侧位于图中的右侧，从图中的左侧到右侧即为从物侧至像侧，具体的：
40.所述第一透镜1具有负光焦度，其物侧面s1为凹面，像侧面s2为凹面；由图1可知，物侧面s1为微凹面；
41.所述第二透镜2具有负光焦度，其物侧面s3为凹面，像侧面s4为凹面；
42.所述第三透镜3具有正光焦度，其物侧面s5为凸面，像侧面s6为凸面；
43.所述第四透镜4具有正光焦度，其物侧面s7为凸面，像侧面s8为凹面；
44.所述第五透镜5具有负光焦度，其物侧面s10为凹面，像侧面s11为凹面；
45.所述第六透镜6具有正光焦度，其物侧面s11为凸面，像侧面s12为凸面；
46.所述第七透镜7具有负光焦度，其物侧面s13为凸面，像侧面s14为凸面；
47.所述第八透镜8具有负光焦度，其物侧面s15为凹面，像侧面s16为凹面；
48.其中，该日夜两用共焦监控镜头光学镜头的光圈数f#满足：1.2≤f#≤1.3。
49.在本实施例中，日夜两用共焦监控镜头的光圈达到f1.2，优于市面上多数为f2.0的产品，能够实现超大光圈，且同时能达到120
°
的大范围广角监控，
‑
40℃～80℃温度漂移低，在夜间、大场景、大温差等复杂环境下能有更好的成像表现。
50.为了进一步优化光学镜头的性能，本实施方式的日夜两用共焦监控镜头还包括光阑9和滤色片10，光阑9设置于第四透镜4与第五透镜5之间，滤色片10设置于第八透镜8的像面侧，滤波片10的主要作用是在白天，用红外滤波片滤除红外光，让可见光成像；在晚上，可见光微弱，则切换成白片，让红外光成像。
51.在本实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7均为玻璃球面透镜，第四透镜4、第八透镜8均为塑胶非球面透镜，由于塑胶非球面透镜的可优化空间较大，因此相较于现有技术中的全玻璃架构，能够使镜头结构更紧凑，通过采
用非球面的镜片设计，从而有效地修正了成型影像，解决视界歪曲等问题，同时，使镜片更轻、更薄、更平，另外，非球面镜片具有优异的抗冲击性能，确保其使用寿命，采用不同的材料，提高了镜头的综合性能并节约了成本。
52.在本实施例中，第五透镜5和第六透镜6相互胶合形成一组胶合透镜，可以降低系统色差。
53.在本实施例中，超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的至少两片相邻的透镜的阿贝数v1和v2的差值满足：10＜|v1
‑
v2|＜50，其中，v1为其中一片透镜的阿贝数，v2为其中另一片透镜的阿贝数。
54.第一透镜还满足以下条件：1.4＜nd1＜1.7，65＜vd1＜80；其中，所述nd1为第一透镜的光折射率，所述vd1为第一透镜的阿贝常数；
55.第二透镜还满足以下条件：1.4＜nd2＜1.7，50＜vd2＜90；其中，所述nd2为第二透镜的光折射率，所述vd2为第二透镜的阿贝常数；
56.第三透镜还满足以下条件：1.6＜nd3＜1.9，40＜vd3＜60；其中，所述nd3为第三透镜的光折射率，所述vd3为第三透镜的阿贝常数；
57.第四透镜还满足以下条件：1.4＜nd4＜1.6，30＜vd4＜60；其中，所述nd4为第四透镜的光折射率，所述vd4为第四透镜的阿贝常数；
58.第五透镜还满足以下条件：1.6＜nd5＜1.9，20＜vd5＜50；其中，所述nd5为第五透镜的光折射率，所述vd5为第五透镜的阿贝常数；
59.第六透镜还满足以下条件：1.7＜nd6＜2.0，20＜vd6＜60；其中，所述nd6为第六透镜的光折射率，所述vd6为第六透镜的阿贝常数；
60.第七透镜还满足以下条件：1.4＜nd7＜1.8，60＜vd7＜90；其中，所述nd7为第七透镜的光折射率，所述vd7为第五透镜的阿贝常数；
61.第八透镜还满足以下条件：1.4＜nd8＜1.8，20＜vd8＜60；其中，所述nd8为第八透镜的光折射率，所述vd8为第八透镜的阿贝常数。
62.通过透镜的合理搭配，采用高阿贝数的透镜，能够实现色差矫正、温度漂移矫正和红外成像矫正等功能，合理引入塑胶非球面透镜能够矫正高级球差、高级慧差、高级场曲等高级像差，两块塑胶非球面透镜能与其他六块玻璃球面透镜的高级像差相互补偿，尤其是补偿了第三块玻璃球面透镜的高级球差和高级场曲，引入fk系玻璃和h
‑
zlaf系玻璃能够矫正高级垂轴色差，利用塑胶透镜和玻璃透镜不同的温度特性进行补偿设计实现了大温度范围下的焦点温漂校正，使镜头可适应复杂的温度环境，能在不同环境条件下使用，具有广阔市场价值。
63.另外具体在本实施中，日夜两用共焦监控镜头满足条件：
64.0.14≤bfl/ttl≤0.34
65.其中，bfl为所述超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的第八透镜像侧面中心至所述超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的成像面在光轴上的距离；ttl为所述第一透镜的物侧面的中心至所述超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的成像面在光轴上的距离。
66.具体在本实施中，日夜两用共焦监控镜头满足条件：
67.d/h/fov≤0.04
68.其中，fov为日夜两用共焦监控镜头的最大视场角；d为日夜两用共焦监控镜头最
大视场角所对应的第一透镜物侧面的最大通光口径；h为日夜两用共焦监控镜头最大视场角所对应的像高。
69.具体在本实施中，日夜两用共焦监控镜头满足：
70.ttl/f≤7.0
71.(fov
×
f)/h≥60
72.其中，ttl为所述第一透镜的物侧面中心至所述超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的成像面在所述光轴上的距离，f为所述超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的总焦距值，fov为所述超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的最大视场角度，h为最大视场角所对应的像高。如此一来，通过控制光学镜头的焦距以及材料折射率、阿贝数等参数，使其在成像过程中具有相对较小的垂轴色差，确保成像品质，利于后续对其成像细节的识别与判定，为安防监控提供良好采像辅助。
73.基于以上阐述，本发明提供一种高像素能达到200万像素以上、大光圈能达到fno1.2、日夜共焦性好、低温漂的监控镜头，通过玻璃透镜和塑胶透镜的组合以及各透镜材质的匹配，采用6g2p的简单结构形式有效解决了镜头夜晚成像清晰度低、黑白影像和影像不一致的问题，实现日夜共焦。在保证高分辨率的前提下，该镜头使用了六片玻璃透镜和两片非球面塑胶透镜，所以该镜头具有结构简单、成本低、体积小、重量轻、成像质量高的优势，且该镜头所有镜片形状合理，具备易于加工和装调的优势。
74.本实施例的日夜两用共焦监控镜头的光学参数具体如表1：
75.表1该日夜两用共焦监控镜头的光学参数表
76.77.表1中，光阑、ir滤光片的曲率半径是infinity，表示此面是平面。
78.本实施例的日夜两用共焦监控镜头的光学性能参数具体如表2所示：
79.表2该日夜两用共焦监控镜头的光学性能参数表
80.参数bflttl(mm)fov(
°
)d(mm)h(mm)f(mm)cra数值6.279321204.29.255.0513.648
°
81.在本实施例中，超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头的最大视场角度fov、光学镜头最大视场角所对应的第一透镜1的物侧面s1的最大通光口径d以及光学镜头最大视场角所对应的像高h之间满足d/h/fov＝0.0038；光学镜头的光学后焦bfl与光学镜头的光学总长度ttl之间满足bfl/ttl＝0.196；以及光学镜头的光学总长度ttl、光学镜头的最大视场角度fov与光学镜头最大视场角所对应的像高h之间满足：ttl/h/fov＝0.029。
82.在本实施例中，第四透镜4和第八透镜8均为非球面透镜，各非球面面型描述如下：
[0083][0084]
其中，z(h)为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c＝1/r,r表示非球面镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，a、b、c、d、e为非球面高次项系数。
[0085]
非球面系数具体如表3所示：
[0086]
表3非球面系数表
[0087]
面序号kabcdes7
‑
3.2110
‑
1.992e
‑4‑
6.547e
‑6‑
8.831e
‑
82.377e
‑
8s8
‑
99.3540
‑
1.028e
‑4‑
1.388e
‑6‑
4.648e
‑
82.006e
‑
8s16
‑
89.2340
‑
1.206e
‑3‑
6.253e
‑
53.069e
‑
63.728e
‑
8s17
‑
14.0790
‑
6.363e
‑4‑
9.936e
‑
62.556e
‑
63.722e
‑8[0088]
对上述实施例中的超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头进行光学测试，图2为上述实施例中的日夜两用共焦监控镜头的mtf曲线图，图2中横坐标为空间频率，纵坐标为对比度；ts diff.limit为子午和弧矢方向的衍射极限，ts 0.00(deg)表示在像面0.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲线；mtf是目前使用比较普遍的一种像质评价指标，称为光学振幅调制传递函数。调制传递函数mtf：一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。能反映不同空间频率、不同对比度的传递能力。调制传递函数mtf可用于表示光学系统的特征，mtf越大，表示系统的成像质量越好，由图2可见，本实施例中的日夜两用共焦监控镜头的成像特性，足以满足图像清晰度要求，且具有良好的成像稳定性。
[0089]
图3为本发明的超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头在20℃下的离焦曲线图；其中，横坐标为离焦量，以毫米为单位，纵坐标为对比度；ts 0.00(deg)表示在像面0.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲线。
[0090]
图4为本发明的超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头在
‑
40℃下的离焦曲线图；其中，横坐标为离焦量，以毫米为单位，纵坐标为对比度；ts 0.00(deg)表示在像面0.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲线。；
[0091]
图5为本发明的超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头在80℃下的离焦曲线图；其中，横坐标为离焦量，以毫米为单位，纵坐标为对比度；ts 0.00(deg)表示在像面0.00视场
上子午和弧矢方向的衍射曲线。
[0092]
由图3
‑
5可知，本发明实施例中的超大光圈广角日夜两用共焦监控镜头离焦曲线集中，可知其共焦程度较好，意味着该镜头具有良好的解像能力，且具有低温漂的优势，保证了
‑
40℃～+80℃温度范围内镜头的高清像质不变。
[0093]
本发明的有益效果是：使用六片玻璃球面透镜和两片非球面塑胶透镜，结构紧凑，结构体积小，通过合理设计各透镜的结构以及对其正负光焦度分布、胶合状态、折射率、阿贝系数等参数的优选，使得本技术的日夜两用共焦监控镜头的光圈达到f1.2，优于市面上多数为f2.0的产品，且监控范围可达全视场120
°
、
‑
40℃～80℃温度漂移低，在夜间、大场景、大温差等复杂环境下能有更好的成像表现，同时通过增大镜头的光圈增加进光量、降低系统的轴向色差，实现可见光和红外光的日夜共焦功能，此外还具有实现了易于加工、低成本、高像素、成像质量高、低温漂的优点。
[0094]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。