本發(fā)明涉及光學(xué)儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種透鏡系統(tǒng)及定焦鏡頭。

背景技術(shù)：

在安防系統(tǒng)中，對(duì)用于監(jiān)控的鏡頭的品質(zhì)的要求越來越高，但是目前很多的鏡頭產(chǎn)品的光學(xué)性能指標(biāo)較低，很難滿足大通光和高分辨率等需求。目前，大多數(shù)鏡頭的分辨率僅能滿足300萬像素以下攝像機(jī)的需求，無法滿足400萬像素、500萬像素等更高像素的超高清攝像機(jī)的需求，且在夜間低照度的環(huán)境下，需要通過紅外補(bǔ)光才能清晰成像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種透鏡系統(tǒng)及定焦鏡頭，用于實(shí)現(xiàn)大通光、高分辨率且低照度環(huán)境下無需紅外補(bǔ)光的成像。

本發(fā)明實(shí)施例的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種透鏡系統(tǒng)，包括：沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置的光焦度為正的第一透鏡組，孔徑光闌，光焦度為正的第二透鏡組；

其中，所述第一透鏡組，包括：沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置的光焦度為負(fù)的第一透鏡，光焦度為負(fù)的第二透鏡，光焦度為正的第一子透鏡組，光焦度為正的第二子透鏡組；其中，所述第一透鏡為凸面朝向物側(cè)的彎月透鏡，所述第二透鏡為雙凹透鏡；

所述第二透鏡組，包括：沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置的光焦度為負(fù)的第三子透鏡組，光焦度為正的第四子透鏡組；

并且，各透鏡及透鏡組的焦距滿足以下條件：

4.32≤f₁/f’≤5.32；0.22≤f₁/f₂≤0.62；

-2.66≤f₁₁/f’≤-2.12；-2.15≤f₁₂/f’≤-1.64；3.30≤f₁₃/f’≤4.86；1.98≤f₁₄/f’≤2.78；

-7.88≤f₂₁/f’≤-3.55；1.71≤f₂₂/f’≤1.95；

其中，f₁表示所述第一透鏡組的焦距；f₂表示所述第二透鏡組的焦距；f’表示所述透鏡系統(tǒng)的焦距；f₁₁表示所述第一透鏡的焦距；f₁₂表示所述第二透鏡的焦距；f₁₃表示所述第一子透鏡組的焦距；f₁₄表示所述第二子透鏡組的焦距；f₂₁表示所述第三子透鏡組的焦距；f₂₂表示所述第四子透鏡組的焦距。

較佳地，所述第一子透鏡組包括光焦度為正的第三透鏡；所述第三透鏡為雙凸透鏡、凸面朝向像側(cè)的彎月透鏡或者凸面朝向像側(cè)的平凸透鏡。

較佳地，所述第二子透鏡組包括光焦度為正的第四透鏡；所述第四透鏡為雙凸透鏡或者平凸透鏡。

較佳地，所述第三子透鏡組包括光焦度為負(fù)的第五透鏡和光焦度為正的第六透鏡；

其中，所述第五透鏡為雙凹透鏡，并且所述第六透鏡為雙凸透鏡；或者，所述第五透鏡為凹面朝向像側(cè)的平凹透鏡，并且所述第六透鏡為雙凸透鏡。

較佳地，所述第五透鏡朝向像側(cè)的表面與所述第六透鏡朝向物側(cè)的表面的曲率一致。

較佳地，所述第五透鏡與所述第六透鏡膠合。

較佳地，所述第六透鏡的玻璃材質(zhì)的阿貝數(shù)V_d1滿足條件：V_d1≥80。

較佳地，所述第五透鏡的玻璃材質(zhì)的折射率N_d滿足條件：N_d≥1.73。

較佳地，所述第四子透鏡組包括光焦度為正的第七透鏡，光焦度為正的第八透鏡；其中，所述第七透鏡為雙凸透鏡或者凸面朝向像側(cè)的平凸透鏡；所述第八透鏡為雙凸透鏡、凸面朝向物側(cè)的平凸透鏡或者凸面朝向物側(cè)的彎月透鏡；

或者，所述第四子透鏡組包括光焦度為正的第七透鏡和光焦度為正的第八透鏡和光焦度為正的第九透鏡；其中，所述第七透鏡、第八透鏡均為雙凸透鏡；所述第九透鏡為凸面朝向物側(cè)的彎月透鏡。

較佳地，所述第八透鏡的玻璃材質(zhì)的阿貝數(shù)V_d2滿足條件：V_d2≥80。

一種定焦鏡頭，包括如以上任一項(xiàng)所述的透鏡系統(tǒng)。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果如下：

本發(fā)明實(shí)施例提供的透鏡系統(tǒng)及定焦鏡頭中，在各透鏡及透鏡組的結(jié)構(gòu)、光焦度、焦距、排列順序的配合下，可以實(shí)現(xiàn)超大通光、500萬像素以上的高分辨率，并且在低照度環(huán)境下，無需紅外補(bǔ)光也可以實(shí)現(xiàn)全天候彩色視頻監(jiān)控。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一種透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1b為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1c為本發(fā)明實(shí)施例提供的第三種透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1d為本發(fā)明實(shí)施例提供的第四種透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的可見光波段的MTF曲線圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例可見光波段的場曲圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例可見光波段的軸向色差曲線圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例可見光波段的垂軸色差曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了實(shí)現(xiàn)大通光、高分辨率且低照度環(huán)境下無需紅外補(bǔ)光的成像，本發(fā)明實(shí)施例提供一種透鏡系統(tǒng)，包括：沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置的光焦度為正的第一透鏡組，孔徑光闌，光焦度為正的第二透鏡組；

其中，第一透鏡組，包括：沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置的光焦度為負(fù)的第一透鏡，光焦度為負(fù)的第二透鏡，光焦度為正的第一子透鏡組，光焦度為正的第二子透鏡組；其中，第一透鏡為凸面朝向物側(cè)的彎月透鏡，第二透鏡為雙凹透鏡；

第二透鏡組，包括：沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置的光焦度為負(fù)的第三子透鏡組，光焦度為正的第四子透鏡組；并且，各透鏡及透鏡組的焦距滿足以下條件：

4.32≤f₁/f’≤5.32；

0.22≤f₁/f₂≤0.62；

-2.66≤f₁₁/f’≤-2.12；

-2.15≤f₁₂/f’≤-1.64；

3.30≤f₁₃/f’≤4.86；

1.98≤f₁₄/f’≤2.78；

-7.88≤f₂₁/f’≤-3.55；

1.71≤f₂₂/f’≤1.95；

其中，f₁表示第一透鏡組的焦距；f₂表示第二透鏡組的焦距；f’表示透鏡系統(tǒng)的焦距；f₁₁表示第一透鏡的焦距；f₁₂表示第二透鏡的焦距；f₁₃表示第一子透鏡組的焦距；f₁₄表示第二子透鏡組的焦距；f₂₁表示第三子透鏡組的焦距；f₂₂表示第四子透鏡組的焦距。

本發(fā)明實(shí)施例中，在各透鏡及透鏡組的結(jié)構(gòu)、光焦度、焦距、排列順序的配合下，可以實(shí)現(xiàn)超大通光、500萬像素以上的高分辨率，并且在低照度環(huán)境下，無需紅外補(bǔ)光也可以實(shí)現(xiàn)全天候彩色視頻監(jiān)控。

在滿足以上光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)要求的基礎(chǔ)上，各透鏡組的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要進(jìn)行具體的調(diào)整。下面對(duì)其中的一些透鏡組的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行舉例說明。

以上實(shí)施例中，第一子透鏡組的具體結(jié)構(gòu)有多種，較佳地，第一子透鏡組包括光焦度為正的第三透鏡；第三透鏡為雙凸透鏡、凸面朝向像側(cè)的彎月透鏡或者凸面朝向像側(cè)的平凸透鏡。

以上相關(guān)實(shí)施例中，第二子透鏡組的具體結(jié)構(gòu)有多種，較佳地，第二子透鏡組包括光焦度為正的第四透鏡；第四透鏡為雙凸透鏡或者平凸透鏡。其中，平凸透鏡的凸面朝向像側(cè)或者朝向物側(cè)均可。

以上相關(guān)實(shí)施例中，第三子透鏡組的具體結(jié)構(gòu)有多種，較佳地，第三子透鏡組包括光焦度為負(fù)的第五透鏡和光焦度為正的第六透鏡；在一種可能的第三子透鏡組的結(jié)構(gòu)中，第五透鏡為雙凹透鏡，并且第六透鏡為雙凸透鏡；在另一種可能的第三子透鏡的結(jié)構(gòu)中，第五透鏡為凹面朝向像側(cè)的平凹透鏡，并且第六透鏡為雙凸透鏡。

其中，第五透鏡朝向像側(cè)的表面與第六透鏡朝向物側(cè)的表面的曲率一致?；诖?，較佳地，第五透鏡與第六透鏡膠合。兩個(gè)透鏡膠合在一起，有利于消除色差。

其中，第六透鏡的玻璃材質(zhì)的阿貝數(shù)V_d1滿足條件：V_d1≥80。本實(shí)施例中，第六透鏡的材質(zhì)的阿貝數(shù)較大，屬于低折射率低色散材料，產(chǎn)生的色差值小，并且一般為正的色差，同時(shí)可以靈活的補(bǔ)償其它色差大的鏡片所產(chǎn)生的負(fù)的色差，因此，利于進(jìn)一步減少色差對(duì)成像的影響。

其中，上述第五透鏡的玻璃材質(zhì)的折射率N_d滿足條件：N_d≥1.73。本實(shí)施例中，第五透鏡的玻璃材質(zhì)為高折射高色散材料，對(duì)光線的轉(zhuǎn)折能力強(qiáng)，有利于增加系統(tǒng)的光圈，提高亮度，并且上述實(shí)施例中第六透鏡的玻璃材質(zhì)為低色散低折射率材料，二者配合，有助于進(jìn)一步消除系統(tǒng)色差。

其中，折射率N_d是由d光測得的材質(zhì)的折射率，阿貝數(shù)V_d是根據(jù)d光測得的材質(zhì)的折射率得到的阿貝數(shù)。

以上相關(guān)實(shí)施例中，第四子透鏡組的具體結(jié)構(gòu)有多種，較佳地，在一種可能的結(jié)構(gòu)中，第四子透鏡組包括光焦度為正的第七透鏡和光焦度為正的第八透鏡；其中，第七透鏡為雙凸透鏡或者凸面朝向像側(cè)的平凸透鏡；第八透鏡為雙凸透鏡、凸面朝向物側(cè)的平凸透鏡或者凸面朝向物側(cè)的彎月透鏡。在另一種可能的結(jié)構(gòu)中，第四子透鏡組包括光焦度為正的第七透鏡，光焦度為正的第八透鏡和光焦度為正的第九透鏡；其中，第七透鏡、第八透鏡均為雙凸透鏡；第九透鏡為凸面朝向物側(cè)的彎月透鏡。在列舉的前一種結(jié)構(gòu)中，由兩個(gè)透鏡構(gòu)成第四子透鏡組，所需透鏡數(shù)量相對(duì)較少，結(jié)構(gòu)簡單。

其中，第八透鏡的玻璃材質(zhì)的阿貝數(shù)V_d2滿足條件：V_d2≥80。本實(shí)施例中，第八透鏡的玻璃材質(zhì)的阿貝數(shù)較大，也利于進(jìn)一步減少色差對(duì)成像的影響。

基于以上任意實(shí)施例，較佳地，上述透鏡系統(tǒng)沿光軸方向從物側(cè)到像側(cè)除依次設(shè)置的第一透鏡組、孔徑光闌、第二透鏡組外，還設(shè)置有濾光片、成像面(the Image surface，IMA)。其中，濾光片的設(shè)置，可以防止太陽光中的紅外光進(jìn)入透鏡系統(tǒng)造成偏色，尤其是對(duì)于電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)或者互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)這樣的圖像傳感器來說，是會(huì)感受到紅外光的，本實(shí)施例中，可以避免這一問題的發(fā)生。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的方案進(jìn)行更詳細(xì)地說明。

如圖1a所示，本實(shí)施例提供的透鏡系統(tǒng)，包括沿光軸(圖中虛線所示)從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置的光焦度為正的第一透鏡組1，孔徑光闌(Stop，STO)3，光焦度為正的第二透鏡組2；

其中，第一透鏡組1，包括：沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置的光焦度為負(fù)的第一透鏡11，光焦度為負(fù)的第二透鏡12，光焦度為正的第三透鏡13，光焦度為正的第四透鏡14；第二透鏡組2，包括：沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置的光焦度為負(fù)的第五透鏡21，光焦度為正的第六透鏡22，光焦度為正的第七透鏡23，光焦度為正的第八透鏡24和光焦度為正的第九透鏡25。

其中，第一透鏡11為凸面朝向物側(cè)的彎月透鏡；第二透鏡12為雙凹透鏡；第三透鏡13為凸面朝向像側(cè)的彎月透鏡；第四透鏡14為雙凸透鏡；第五透鏡21為雙凹透鏡；第六透鏡22為雙凸透鏡；第七透鏡23為雙凸透鏡；第八透鏡24為雙凸透鏡；第九透鏡25為凸面朝向物側(cè)的彎月透鏡。

其中，第三透鏡13即為上述第一子透鏡組。

其中，第四透鏡14即為上述第二子透鏡組。

其中，第五透鏡21和第六透鏡22組成上述第三子透鏡組，第五透鏡21和第六透鏡22膠合。第六透鏡的玻璃材質(zhì)的阿貝數(shù)V_d1滿足條件：V_d1≥80；第五透鏡的玻璃材質(zhì)的折射率N_d滿足條件：N_d≥1.73。

其中，第七透鏡23，第八透鏡24和第九透鏡25組成上述第四子透鏡組。第八透鏡的玻璃材質(zhì)的阿貝數(shù)V_d2滿足條件：V_d2≥80。

其中，各透鏡及透鏡組的焦距滿足以上相關(guān)實(shí)施例所列的焦距條件。

另外，如圖1a所示，沿光軸像側(cè)還設(shè)置有濾光片4和IMA5。

如圖1b所示，基于圖1a所示的結(jié)構(gòu)，第三透鏡13還可以是凸面朝向像側(cè)的平凸透鏡。

如圖1c所示，第四透鏡14還可以是凸面朝向像側(cè)的平凸透鏡。

如圖1d所示，第五透鏡21還可以是雙凹透鏡。

以上僅僅是結(jié)合附圖列舉了其中幾種透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)施中，還可以對(duì)各透鏡及透鏡組合進(jìn)行靈活調(diào)整設(shè)置，只要滿足以上透鏡系統(tǒng)對(duì)光焦度、焦距等光學(xué)參數(shù)的需求即可。

基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種定焦鏡頭，包括如以上任意實(shí)施例所述的透鏡系統(tǒng)。

下面以圖1a所示的透鏡系統(tǒng)為例，對(duì)實(shí)際應(yīng)用場景中的定焦鏡頭進(jìn)行說明。該透鏡系統(tǒng)中各個(gè)透鏡的鏡面的參數(shù)包括曲率半徑R、光學(xué)玻璃材質(zhì)相對(duì)于d光的折射率N_d、光學(xué)玻璃材質(zhì)相對(duì)于d光的阿貝數(shù)V_d，以及中心厚度T_c(即相鄰鏡面中心點(diǎn)的距離)，沿光軸從物側(cè)到像側(cè)的各個(gè)鏡面滿足表1所列的范圍：

表1

其中，鏡面1和鏡面2為第一透鏡11的兩個(gè)鏡面，鏡面3和鏡面4為第二透鏡12的兩個(gè)鏡面，鏡面5和鏡面6為第三透鏡13的兩個(gè)鏡面，鏡面7和鏡面8為第四透鏡14的兩個(gè)鏡面，鏡面10和鏡面11為第五透鏡21的兩個(gè)鏡面，鏡面12和鏡面13為第六透鏡22的兩個(gè)鏡面，鏡面14和鏡面15為第七透鏡23的兩個(gè)鏡面，鏡面16和鏡面17為第八透鏡24的兩個(gè)鏡面，鏡面19和鏡面20為第九透鏡25的兩個(gè)鏡面。下面結(jié)合以上表2所示的參數(shù)范圍，以一組具體的參數(shù)為例，參見表2，對(duì)本實(shí)施例提供的透鏡系統(tǒng)進(jìn)行說明。

表2

本實(shí)施例所提供的鏡頭具有如下光學(xué)技術(shù)指標(biāo)：

光學(xué)總長TLT：32mm；

鏡頭焦距f’：4mm；

鏡頭的視場角：105°；

鏡頭的畸變：-21％；

鏡頭系統(tǒng)的光圈(F/#)：0.95；

鏡頭像面尺寸：1/2.7〞。

下面通過光學(xué)分析，對(duì)以上透鏡系統(tǒng)和鏡頭所達(dá)到的效果進(jìn)行說明。

光學(xué)傳遞函數(shù)是用來評(píng)價(jià)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量較準(zhǔn)確、直觀和常見的方式，其曲線越高、越平滑，表明系統(tǒng)的成像質(zhì)量越好，對(duì)各種像差(如：球差、慧差、象散、場曲、軸向色差、垂軸色差等)進(jìn)行了很好的校正。如圖2所示，為定焦鏡頭在可見光波段的光學(xué)傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function，MTF)曲線圖，從圖2中可知，該定焦鏡頭可見光波段的MTF曲線圖較平滑、集中，而且全視場MTF平均值達(dá)到0.7以上，可見本實(shí)施例提供的定焦鏡頭和鏡頭，可以達(dá)到很高的分辨率，滿足400萬及500萬像素?cái)z像機(jī)的成像要求。

圖3為定焦鏡頭可見光波段對(duì)應(yīng)的場曲圖，由三條曲線T和三條曲線S構(gòu)成；其中，三條曲線T分別表示三種波長(486nm、587nm和656nm)對(duì)應(yīng)的子午光束(Tangential Rays)的像差，三條曲線S分別表示三種波長(486nm、587nm和656nm)對(duì)應(yīng)的弧矢光束(Sagittial Rays)的像差，子午場曲值和弧矢場曲值越小，說明成像品質(zhì)越好；圖3中，子午場曲值控制在-0.005～0.025mm范圍內(nèi)，弧矢場曲值控制在-0.015～0.025mm范圍以內(nèi)，成像品質(zhì)較好。

圖4為定焦鏡頭可見光波段對(duì)應(yīng)的軸向色差曲線圖，圖中曲線在y軸附近變化，越靠近y軸，說明定焦鏡頭成像品質(zhì)越好，圖4中，其軸向色差控制在-0.01～+0.025mm之間。

圖5為定焦鏡頭可見光波段對(duì)應(yīng)的垂軸色差曲線圖，圖中曲線越接近y軸，說明定焦鏡頭成像品質(zhì)越好，圖5中，其垂軸色差控制在-0.0005～+0.0015mm之間。

本實(shí)施例中，采用九個(gè)特定結(jié)構(gòu)形狀的透鏡，并按照特定順序從物側(cè)至像側(cè)依次排列，以及通過各個(gè)透鏡或透鏡組的光焦度、焦距的分配，同時(shí)采用相適應(yīng)光學(xué)玻璃材質(zhì)，使得定焦鏡頭的結(jié)構(gòu)形式，透鏡的折射率、阿貝數(shù)等參數(shù)與成像條件匹配，進(jìn)而使定焦鏡頭的球差、慧差、象散、場曲、垂軸色差、軸向色差得到很好的校正，從而達(dá)到更大的光圈、更高的分辨率(最高支持500萬像素?cái)z像機(jī))，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更佳的低照環(huán)境下的成像性能，無需進(jìn)行紅外補(bǔ)光，也能進(jìn)行清晰成像；所有的透鏡均采用玻璃球面設(shè)計(jì)，冷加工工藝性能良好，生產(chǎn)成本低；可廣泛應(yīng)用到安防監(jiān)控領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)超高清的全天候的彩畫面顯示。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。