1.本发明属于光学镜头技术领域，具体涉及一种低成本日夜高低温共焦镜头。


背景技术：

2.随着科技的发展，智能高清摄像机在各个领域得到了广泛应用，对光学镜头提出了更高的要求。目前国内的监控设备都在朝小型化、多功能化、多场景应用发展，在某些环境复杂的应用场景，就需要监控设备具有较强的环境适应能力。监控设备应用在高低温温差较大的场景时，需要安防镜头在高低温环境中不离焦。同时，监控设备日夜都会工作，需要安防镜头不仅在白天成像清晰，夜晚在红外补光下也要同样成像清晰，并且亮度高。不仅如此，在国内安防镜头竞争非常激烈的形势下，控制镜头成本也同样重要。为此，提出一种低成本、适用于不同温度场景、在日夜均成像清晰的安防镜头十分必要。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对上述问题，提出一种低成本日夜高低温共焦镜头，该镜头具有大光圈，在弱光下可清晰成像，并满足日夜共用需求，畸变低，成像效果达500万像素，在-40℃～+80℃的环境下工作性能稳定，成本低，适用范围广。
4.为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
5.本发明提出的一种低成本日夜高低温共焦镜头，包括沿光轴由物方至像方依次设置的第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5和滤光片，其中：
6.第一透镜l1为具有正光焦度的凸凹非球面塑胶透镜；
7.第二透镜l2为具有负光焦度的凹凸非球面塑胶透镜；
8.第三透镜l3为具有正光焦度的双凸球面玻璃透镜；
9.第四透镜l4为具有正光焦度的双凸非球面塑胶透镜；
10.第五透镜l5为具有负光焦度的凹凸非球面塑胶透镜。
11.优选地，第二透镜l2和第三透镜l3之间设有光阑stop。
12.优选地，低成本日夜高低温共焦镜头满足以下条件：
13.f1/f0》1
14.其中，f1为第一透镜l1的有效焦距，f0为镜头的有效焦距。
15.优选地，低成本日夜高低温共焦镜头还满足以下条件：
16.5《|f1/f3|《15
17.其中，f1为第一透镜l1的有效焦距，f3为第三透镜l3的有效焦距。
18.优选地，低成本日夜高低温共焦镜头还满足以下条件：
19.0.1《f0/ttl《1.5
20.其中，f0为镜头的有效焦距，ttl为镜头的光学总长。
21.优选地，低成本日夜高低温共焦镜头的工作波段为可见光波长436n～656nm和红外波长830nm～870nm。
22.优选地，非球面透镜的镜面满足如下公式：
[0023][0024]
其中，z为矢高，c＝1/r，r为表面曲率半径，h为径向坐标，k为圆锥系数，a为第四阶系数，b为第六阶系数，c为第八阶系数，d为第十阶系数，e为第十二阶系数，f为第十四阶系数。
[0025]
优选地，第一透镜l1、第二透镜l2、第四透镜l4和第五透镜l5上由物方至像方依次设置的镜面，k依次对应为-1.21、0.21、-0.95、-0.87、3.25、-8.32、-6.8、-12.6，a依次对应为1.1e-3、3.3e-3、0.011、0.022、6.5e-3、1.1e-3、-3.4e-3、9.3e-4，b依次对应为-6.8e-5、-2.5e-4、-6.2e-4、2.8e-4、-8.8e-4、-8.6e-4、6.7e-4、2.4e-4，c依次对应为1.9e-5、6.3e-5、-9.8e-5、-2.3e-4、6.6e-5、5.2e-5、-3.8e-4、2.1e-5，d依次对应为-1.1e-6、-4.3e-5、2.5e-5、1.2e-5、-8.4e-6、-4.2e-6、3.9e-6、-5.1e-6，e依次对应为5.5e-8、7.2e-7、1.4e-8、-2.3e-7、1.9e-7、2.4e-7、-2.2e-8、1.5e-7，f依次对应为-3.7e-9、-6.3e-10、-8.8e-9、-3.6e-9、-1.8e-9、-7.6e-9、-6.9e-9、-3.9e-10。
[0026]
优选地，第一透镜l1、第二透镜l2、第四透镜l4和第五透镜l5上由物方至像方依次设置的镜面，k依次对应为-0.54、0.83、-1.12、-0.98、5.45、-10.65、-4.56、-9.21，a依次对应为1.6e-3、3.1e-3、0.019、0.012、5.3e-3、1.4e-3、-2.4e-3、5.9e-4，b依次对应为-5.1e-5、-2.3e-4、-9.8e-4、1.3e-4、-9.1e-4、-5.6e-4、1.1e-3、3.6e-4，c依次对应为1.5e-5、9.3e-5、-1.1e-4、-1.5e-4、7.9e-5、4.8e-5、-1.5e-4、5.5e-6，d依次对应为-1.4e-6、-1.5e-5、1.1e-5、1.2e-5、-6.4e-6、-3.4e-6、5.7e-6、-1.6e-6，e依次对应为4.4e-8、6.1e-7、-6.3e-8、-2.5e-7、1.9e-7、1.1e-7、-1.2e-7、4.8e-8，f依次对应为-2.7e-9、-2.3e-10、-1.2e-9、-4.2e-9、-1.2e-9、-9.2e-10、-5.2e-9、-3.1e-10。
[0027]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：该镜头具有大光圈，#f≤1.6，相对照度大于50％，在弱光下也可清晰成像，并在可见光波长与红外波长范围内共焦，满足日夜共用需求；通过合理采用非球面透镜校正各种像差，大大提升成像质量，成像效果可达500万像素；通过合理分配焦距使得该镜头在-40℃～+80℃的环境下不离焦，满足不同温度环境下的应用，成像质量良好，工作性能稳定；采用1g4p玻塑混合结构，结构简单，成本低，可用于智慧交通、智能安防等领域。
附图说明
[0028]
图1是本发明的低成本日夜高低温共焦镜头结构示意图；
[0029]
图2是本发明实施例一的可见光mtf曲线图；
[0030]
图3是本发明实施例一的红外光mtf曲线图；
[0031]
图4是本发明实施例一在低温-40℃的mtf曲线图；
[0032]
图5是本发明实施例一在高温+80℃的mtf曲线图；
[0033]
图6是本发明实施例二的可见光mtf曲线图；
[0034]
图7是本发明实施例二的红外光mtf曲线图；
[0035]
图8是本发明实施例二在低温-40℃的mtf曲线图；
[0036]
图9是本发明实施例二在高温+80℃的mtf曲线图。
具体实施方式
[0037]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0038]
需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本技术。
[0039]
如图1所示，一种低成本日夜高低温共焦镜头，包括沿光轴由物方至像方依次设置的第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5和滤光片，其中：
[0040]
第一透镜l1为具有正光焦度的凸凹非球面塑胶透镜；
[0041]
第二透镜l2为具有负光焦度的凹凸非球面塑胶透镜；
[0042]
第三透镜l3为具有正光焦度的双凸球面玻璃透镜；
[0043]
第四透镜l4为具有正光焦度的双凸非球面塑胶透镜；
[0044]
第五透镜l5为具有负光焦度的凹凸非球面塑胶透镜。
[0045]
其中，该镜头的第三透镜l3为玻璃球面透镜，第一透镜l1、第二透镜l2、第四透镜l4和第五透镜l5均为塑胶非球面透镜，第一透镜l1具有收光的作用，第二透镜l2的设置可以减小光线的偏转角，第三透镜l3可以很好的校正轴上像差，并且有助于补偿高低温离焦，第四透镜l4用于补偿畸变，第五透镜l5能有效的校正场曲，还可减小主光线角(cra)，以匹配感光芯片来提高感光芯片的光能接收效率。滤光片可滤除非工作波段的其他杂光，提高镜头成像分辨率。该镜头具有大光圈，#f≤1.6，相对照度大于50％，在弱光下也可清晰成像；通过合理采用非球面透镜校正各种像差，畸变低，使镜头的成像质量大大提升，成像效果可达500万像素；通过合理分配焦距，使得该镜头在-40℃～+80℃的环境下不离焦，满足不同温度环境下的应用，成像质量良好，工作性能稳定；采用1g4p玻塑混合结构，合理选用玻璃材料，使该镜头在可见光波长与红外波长范围内共焦，满足日夜共用需求，结构简单，成本低，可用于智慧交通、智能安防等领域。
[0046]
在一实施例中，第二透镜l2和第三透镜l3之间设有光阑stop。用来限制轴上光束通光口径并有助于提升像质。
[0047]
在一实施例中，低成本日夜高低温共焦镜头满足以下条件：
[0048]
f1/f0》1
[0049]
其中，f1为第一透镜l1的有效焦距，f0为镜头的有效焦距。
[0050]
在一实施例中，低成本日夜高低温共焦镜头还满足以下条件：
[0051]
5《|f1/f3|《15
[0052]
其中，f1为第一透镜l1的有效焦距，f3为第三透镜l3的有效焦距。
[0053]
通过限定f1/f0》1，5《|f1/f3|《15，可以很好的校正该像差，提高成像质量，并且使镜头组装公差不敏感。
[0054]
在一实施例中，低成本日夜高低温共焦镜头还满足以下条件：
[0055]
0.1《f0/ttl《1.5
[0056]
其中，f0为镜头的有效焦距，ttl为镜头的光学总长。
[0057]
通过限定0.1《f0/ttl《1.5，可以限定镜头的总长，有助于镜头小型化。
[0058]
在一实施例中，低成本日夜高低温共焦镜头的工作波段为可见光波长436n～656nm和红外波长830nm～870nm。满足监控设备日夜共用的需求。
[0059]
在一实施例中，非球面透镜的镜面满足如下公式：
[0060][0061]
其中，z为矢高，c＝1/r，r为表面曲率半径，h为径向坐标，k为圆锥系数，a为第四阶系数，b为第六阶系数，c为第八阶系数，d为第十阶系数，e为第十二阶系数，f为第十四阶系数。
[0062]
以下通过具体实施方式进行详细描述，进一步公开了镜头的具体参数。
[0063]
实施例1：
[0064]
本实施例中，各个透镜的相关参数如表1所示：
[0065]
表1
[0066]
表面序号表面类型曲率半径厚度折射率阿贝数物面球面无穷远
ꢀꢀꢀ
s1非球面6.52.21.5850.2s2非球面7.81.8
ꢀꢀ
s3非球面-2.31.61.561.5s4非球面-2.5-0.5
ꢀꢀ
stop球面无穷远3.1
ꢀꢀ
s6球面10.22.81.4595s7球面-15.20.4
ꢀꢀ
s8非球面-23.42.81.561.5s9非球面-2.71.1
ꢀꢀ
s10非球面-2.63.11.6728.5s11非球面-6.31
ꢀꢀ
s12球面无穷远0.81.5264.2s13球面无穷远3.2
ꢀꢀ
像面(ima)球面无穷远
ꢀꢀꢀ
[0067]
表1中，s1和s2分别对应为第一透镜l1的物侧面和像侧面，s3和s4分别对应为第二透镜l2的物侧面和像侧面，s6和s7分别对应为第三透镜l3的物侧面和像侧面，s8和s9分别对应为第四透镜l4的物侧面和像侧面，s10和s11分别对应为第五透镜l5的物侧面和像侧面，s12和s13分别对应为滤光片的物侧面和像侧面。
[0068]
本实施例的各透镜非球面系数如表2所示：
[0069]
表2
[0070][0071][0072]
本实施例，第一透镜l1的有效焦距f1＝-85.3mm，第三透镜l3的有效焦距f3＝14.5mm，镜头实现的技术指标如下：
[0073]
1.焦距：f0＝9mm；
[0074]
2.光圈数#f＝1.6；
[0075]
3.工作波长：436～656nm/830～870nm；
[0076]
4.视场角2ω：40
°
；
[0077]
5.光学畸变：《2％；
[0078]
6.相对照度：》53％；
[0079]
7.光学总长：《30mm。
[0080]
根据上述数据，本实施例镜头最终的成像效果通过图2的mtf曲线来评价，图2中各视场下的mtf曲线都平缓下降，表示该镜头在全视场内都具有较好的成像效果与分辨率。图3在红外波段各视场下的mtf曲线同样都平缓下降，表示该镜头在红外波段同样具有较好的成像质量。图4和图5分别为低温-40℃和高温+80℃的mtf曲线，可以看出该镜头在-40℃～+80℃的温度环境下依然能保持较好的像质。
[0081]
实施例2：
[0082]
本实施例中，各个透镜的相关参数如表3所示：
[0083]
表3
[0084][0085][0086]
表3中，s1和s2分别对应为第一透镜l1的物侧面和像侧面，s3和s4分别对应为第二透镜l2的物侧面和像侧面，s6和s7分别对应为第三透镜l3的物侧面和像侧面，s8和s9分别对应为第四透镜l4的物侧面和像侧面，s10和s11分别对应为第五透镜l5的物侧面和像侧面，s12和s13分别对应为滤光片的物侧面和像侧面。
[0087]
本实施例的各透镜非球面系数如表4所示：
[0088]
表5
[0089][0090]
本实施例，第一透镜l1的有效焦距f1＝-57.6mm，第三透镜l3的有效焦距f3＝
12.1mm，镜头实现的技术指标如下：
[0091]
1.焦距：f0＝9mm；
[0092]
2.光圈数#f＝1.61；
[0093]
3.工作波长：436～656nm/830～870nm；
[0094]
4.视场角2ω：35
°
；
[0095]
5.光学畸变：《2％；
[0096]
6.相对照度：》58％；
[0097]
7.光学总长：《26mm。
[0098]
根据上述数据，本实施例镜头的最终成像效果通过图6的mtf曲线来评价，各视场下的mtf曲线都平缓下降，表示该镜头在全视场内都具有很好的成像效果与分辨率。图7在红外波段各视场下的mtf曲线同样都平缓下降，表示该镜头在红外波段同样具有较好的成像质量。图8和图9分别为低温-40℃和高温+80℃的mtf曲线，可以看出该镜头在-40℃～+80℃的温度环境下依然能保持较好的像质。
[0099]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0100]
以上所述实施例仅表达了本技术描述较为具体和详细的实施例，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。