本發明涉及光學儀器領域，尤其涉及一種透鏡系統及定焦鏡頭。

背景技術：

在安防系統中，對用于監控的鏡頭的品質的要求越來越高，但是目前很多的鏡頭產品的光學性能指標較低，很難滿足大通光和高分辨率等需求。目前，大多數鏡頭的分辨率僅能滿足300萬像素以下攝像機的需求，無法滿足400萬像素、500萬像素等更高像素的超高清攝像機的需求，且在夜間低照度的環境下，需要通過紅外補光才能清晰成像。

技術實現要素：

本發明實施例的目的是提供一種透鏡系統及定焦鏡頭，用于實現大通光、高分辨率且低照度環境下無需紅外補光的成像。

本發明實施例的目的是通過以下技術方案實現的：

一種透鏡系統，包括：沿光軸從物側到像側依次設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：沿光軸從物側到像側依次設置的光焦度為負的第一透鏡，光焦度為負的第二透鏡，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：沿光軸從物側到像側依次設置的光焦度為負的第三子透鏡組，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、凸面朝向像側的彎月透鏡或者凸面朝向像側的平凸透鏡。

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的表面與所述第六透鏡朝向物側的表面的曲率一致。

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的阿貝數V_d1滿足條件：V_d1≥80。

較佳地，所述第五透鏡的玻璃材質的折射率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的平凸透鏡；所述第八透鏡為雙凸透鏡、凸面朝向物側的平凸透鏡或者凸面朝向物側的彎月透鏡；

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的彎月透鏡。

較佳地，所述第八透鏡的玻璃材質的阿貝數V_d2滿足條件：V_d2≥80。

一種定焦鏡頭，包括如以上任一項所述的透鏡系統。

本發明實施例的有益效果如下：

本發明實施例提供的透鏡系統及定焦鏡頭中，在各透鏡及透鏡組的結構、光焦度、焦距、排列順序的配合下，可以實現超大通光、500萬像素以上的高分辨率，并且在低照度環境下，無需紅外補光也可以實現全天候彩色視頻監控。

附圖說明

圖1a為本發明實施例提供的第一種透鏡系統的結構示意圖；

圖1b為本發明實施例提供的第二種透鏡系統的結構示意圖；

圖1c為本發明實施例提供的第三種透鏡系統的結構示意圖；

圖1d為本發明實施例提供的第四種透鏡系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的可見光波段的MTF曲線圖；

圖3為本發明實施例可見光波段的場曲圖；

圖4為本發明實施例可見光波段的軸向色差曲線圖；

圖5為本發明實施例可見光波段的垂軸色差曲線圖。

具體實施方式

為了實現大通光、高分辨率且低照度環境下無需紅外補光的成像，本發明實施例提供一種透鏡系統，包括：沿光軸從物側到像側依次設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：沿光軸從物側到像側依次設置的光焦度為負的第一透鏡，光焦度為負的第二透鏡，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：沿光軸從物側到像側依次設置的光焦度為負的第三子透鏡組，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。

本發明實施例中，在各透鏡及透鏡組的結構、光焦度、焦距、排列順序的配合下，可以實現超大通光、500萬像素以上的高分辨率，并且在低照度環境下，無需紅外補光也可以實現全天候彩色視頻監控。

在滿足以上光學系統的參數要求的基礎上，各透鏡組的結構可以根據需要進行具體的調整。下面對其中的一些透鏡組的具體結構進行舉例說明。

以上實施例中，第一子透鏡組的具體結構有多種，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、凸面朝向像側的彎月透鏡或者凸面朝向像側的平凸透鏡。

以上相關實施例中，第二子透鏡組的具體結構有多種，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或者朝向物側均可。

以上相關實施例中，第三子透鏡組的具體結構有多種，較佳地，第三子透鏡組包括光焦度為負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構中，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構中，第五透鏡為凹面朝向像側的平凹透鏡，并且第六透鏡為雙凸透鏡。

其中，第五透鏡朝向像側的表面與第六透鏡朝向物側的表面的曲率一致。基于此，較佳地，第五透鏡與第六透鏡膠合。兩個透鏡膠合在一起，有利于消除色差。

其中，第六透鏡的玻璃材質的阿貝數V_d1滿足條件：V_d1≥80。本實施例中，第六透鏡的材質的阿貝數較大，屬于低折射率低色散材料，產生的色差值小，并且一般為正的色差，同時可以靈活的補償其它色差大的鏡片所產生的負的色差，因此，利于進一步減少色差對成像的影響。

其中，上述第五透鏡的玻璃材質的折射率N_d滿足條件：N_d≥1.73。本實施例中，第五透鏡的玻璃材質為高折射高色散材料，對光線的轉折能力強，有利于增加系統的光圈，提高亮度，并且上述實施例中第六透鏡的玻璃材質為低色散低折射率材料，二者配合，有助于進一步消除系統色差。

其中，折射率N_d是由d光測得的材質的折射率，阿貝數V_d是根據d光測得的材質的折射率得到的阿貝數。

以上相關實施例中，第四子透鏡組的具體結構有多種，較佳地，在一種可能的結構中，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的平凸透鏡；第八透鏡為雙凸透鏡、凸面朝向物側的平凸透鏡或者凸面朝向物側的彎月透鏡。在另一種可能的結構中，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的彎月透鏡。在列舉的前一種結構中，由兩個透鏡構成第四子透鏡組，所需透鏡數量相對較少，結構簡單。

其中，第八透鏡的玻璃材質的阿貝數V_d2滿足條件：V_d2≥80。本實施例中，第八透鏡的玻璃材質的阿貝數較大，也利于進一步減少色差對成像的影響。

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

下面結合附圖對本發明提供的方案進行更詳細地說明。

如圖1a所示，本實施例提供的透鏡系統，包括沿光軸(圖中虛線所示)從物側到像側依次設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：沿光軸從物側到像側依次設置的光焦度為負的第一透鏡11，光焦度為負的第二透鏡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：沿光軸從物側到像側依次設置的光焦度為負的第五透鏡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的阿貝數V_d1滿足條件：V_d1≥80；第五透鏡的玻璃材質的折射率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的阿貝數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實施例所列的焦距條件。

另外，如圖1a所示，沿光軸像側還設置有濾光片4和IMA5。

如圖1b所示，基于圖1a所示的結構，第三透鏡13還可以是凸面朝向像側的平凸透鏡。

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。

以上僅僅是結合附圖列舉了其中幾種透鏡系統的結構，實施中，還可以對各透鏡及透鏡組合進行靈活調整設置，只要滿足以上透鏡系統對光焦度、焦距等光學參數的需求即可。

基于同樣的發明構思，本發明實施例還提供一種定焦鏡頭，包括如以上任意實施例所述的透鏡系統。

下面以圖1a所示的透鏡系統為例，對實際應用場景中的定焦鏡頭進行說明。該透鏡系統中各個透鏡的鏡面的參數包括曲率半徑R、光學玻璃材質相對于d光的折射率N_d、光學玻璃材質相對于d光的阿貝數V_d，以及中心厚度T_c(即相鄰鏡面中心點的距離)，沿光軸從物側到像側的各個鏡面滿足表1所列的范圍：

表1

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

表2

本實施例所提供的鏡頭具有如下光學技術指標：

光學總長TLT：32mm；

鏡頭焦距f’：4mm；

鏡頭的視場角：105°；

鏡頭的畸變：-21％；

鏡頭系統的光圈(F/#)：0.95；

鏡頭像面尺寸：1/2.7〞。

下面通過光學分析，對以上透鏡系統和鏡頭所達到的效果進行說明。

光學傳遞函數是用來評價一個光學系統的成像質量較準確、直觀和常見的方式，其曲線越高、越平滑，表明系統的成像質量越好，對各種像差(如：球差、慧差、象散、場曲、軸向色差、垂軸色差等)進行了很好的校正。如圖2所示，為定焦鏡頭在可見光波段的光學傳遞函數(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平均值達到0.7以上，可見本實施例提供的定焦鏡頭和鏡頭，可以達到很高的分辨率，滿足400萬及500萬像素攝像機的成像要求。

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

圖4為定焦鏡頭可見光波段對應的軸向色差曲線圖，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應的垂軸色差曲線圖，圖中曲線越接近y軸，說明定焦鏡頭成像品質越好，圖5中，其垂軸色差控制在-0.0005～+0.0015mm之間。

本實施例中，采用九個特定結構形狀的透鏡，并按照特定順序從物側至像側依次排列，以及通過各個透鏡或透鏡組的光焦度、焦距的分配，同時采用相適應光學玻璃材質，使得定焦鏡頭的結構形式，透鏡的折射率、阿貝數等參數與成像條件匹配，進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，從而達到更大的光圈、更高的分辨率(最高支持500萬像素攝像機)，進而實現更佳的低照環境下的成像性能，無需進行紅外補光，也能進行清晰成像；所有的透鏡均采用玻璃球面設計，冷加工工藝性能良好，生產成本低；可廣泛應用到安防監控領域，實現超高清的全天候的彩畫面顯示。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。