本发明实施例涉及安防监控技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。
背景技术：
随着安防监控设施的日益普及，监控设备对监控环境及画面要求越来越高，监控设备需要提供更高像素、更大通光量的监控画面。
在某些场合下，监控过程需要监控设施提供远距离的监控影像。目前，普通的焦距为4mm的镜头无法突出远距离处的对焦主体，画面畸变量也比较大，周边照度比较低，画面不清晰。而焦距为6mm的镜头，光圈一般较小(f＝2.0)，而当采用较大光圈时，像质较差，可见光和红外光的聚焦差别较大，不能满足日夜共焦的监控需求。
技术实现要素：
本发明提供一种定焦镜头，以保证大通光的同时，提升成像质量，达到日夜共焦的成像要求。
本发明实施例提供了一种定焦镜头，包括：
沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜、系统光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为凹凸负光焦度透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度透镜，所述第四透镜为凹凸正光焦度透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度透镜，所述第六透镜为双凹负光焦度透镜，所述第七透镜为双凸正光焦度透镜；其中，所述第三透镜为玻璃球面透镜；
所述定焦镜头的焦距f满足关系式：5＜f＜8；所述第三透镜的焦距f3满足关系式：0.35<|f3/f|<6。
可选地，所述第六透镜的焦距f6满足关系式：0.1<|f6/f|<4。
可选地，所述第五透镜的焦距f5和所述第六透镜的焦距f6满足关系式：0.5<|f5/f6|<4；
所述第七透镜f7和所述第六透镜的焦距f6满足关系式：0.5<|f7/f6|<4。
可选地，所述第四透镜的焦距f4满足关系式：1<|f4/f|<7。
可选地，所述第一透镜的焦距f1满足关系式：1.5<|f1/f|<4；
所述第二透镜的焦距f2满足关系式：50<|f2/f|<150。
可选地，所述第五透镜的焦距f5满足关系式：1<|f5/f|<5。
可选地，所述第一透镜f1和所述第三透镜的焦距f3满足关系式：0.5<|f1/f3|<5；
所述第二透镜的焦距f2和所述第三透镜的焦距f3满足关系式：10<|f2/f3|<70；
所述第四透镜的焦距f4和所述第三透镜的焦距f3满足关系式：0.5<|f4/f|<5；
所述第五透镜的焦距f5满足关系式：0.5<|f5/f|<5；
所述第六透镜的焦距f6满足关系式：0.5<|f6/f|<5；
所述第七透镜的焦距f7满足关系式：0.5<|f7/f|<5。
可选地，所述第六透镜和所述第七透镜相互胶合。
可选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。
可选地，所述第一透镜至第七透镜满足如下条件：
1.40<n1<1.60，50<v1<60；
1.40<n2<1.70，20<v2<60；
1.40<n3<1.60，70<v3<98；
1.55<n4<1.70，20<v4<38；
1.40<n5<1.60，50<v5<60；
1.55<n6<1.70，20<v6<38；
1.40<n7<1.60，50<v7<60；
其中，n1～n7依次为所述第一透镜至所述第七透镜的折射率，v1～v7依次为所述第一透镜至所述第七透镜的阿贝数。
可选地，所述定焦镜头满足bfl/ttl＞0.22，且d1/ttl＜0.55，其中，d1为所述第一透镜的最大通光口径，ttl为从所述第一透镜到像面的距离，bfl为从所述第七透镜到像面的距离。
本发明实施例提供的定焦镜头，通过沿光轴从物方至像方依次排列第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，第一透镜为凸凹负光焦度透镜，第二透镜为凹凸负光焦度透镜，第三透镜为双凸正光焦度透镜，第四透镜为凹凸正光焦度透镜，第五透镜为双凸正光焦度透镜，第六透镜为双凹负光焦度透镜，第七透镜为双凸正光焦度透镜；并将系统光阑设置在第二透镜和第三透镜之间，通过设置玻璃球面的第三透镜的焦距满足0.35<|f3/f|<6，实现了定焦镜头成像质量的提高。本发明实施例提供的定焦镜头，解决了现有的监控设备不能同时兼顾大光圈和高分辨率的问题，可以在确保镜头在f1.6大通光的前提下，提升成像质量，达到4k品质，另外，可用于远距离监控，更加有效地突出主体，在-40～80℃环境下使用也可保证解像力满足成像要求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图；
图2是图1所示定焦镜头的轴上球差曲线图；
图3是图1所示定焦镜头的光线光扇图；
图4是图1所示定焦镜头的点列图；
图5是本发明实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图；
图6是图5所示定焦镜头的轴上球差曲线图；
图7是图5所示定焦镜头的光线光扇图；
图8是图5所示定焦镜头的点列图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图，参考图1，定焦镜头包括：沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜11、第二透镜12、系统光阑(图中未示出)、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17；第一透镜11为凸凹负光焦度透镜，第二透镜12为凹凸负光焦度透镜，第三透镜13为双凸正光焦度透镜，第四透镜14为凹凸正光焦度透镜，第五透镜15为双凸正光焦度透镜，第六透镜16为双凹负光焦度透镜，第七透镜17为双凸正光焦度透镜；其中，第三透镜13为玻璃球面透镜；定焦镜头的焦距f满足关系式：5＜f＜8；第三透镜13的焦距f3满足关系式：0.35<|f3/f|<6。
其中，本发明实施例提供的透镜的焦距和光焦度皆针对于587.56nm的波长而定。第一透镜11和第二透镜12均为负光焦度透镜，从而使得系统光阑之前的前组透镜为负光焦度，而第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17形成正光焦度，从而可以通过前组透镜负光焦度矫正后组透镜的正光焦度像差。示例性地，第一透镜11为负光焦度透镜，可以用来控制定焦镜头的光学系统入射角，并且降低光学畸变。第二透镜12为负光焦度透镜，可以进行轴外像差的校正。该定焦透镜光学系统的光焦度近似比例分配，保证前后组镜片的入射角大小的均衡性，从而可以降低镜头的敏感性，提高生产的可能性。通过合理分配各镜片的焦距，可以使成像系统球差和场曲同时小，保证轴上和离轴视场像质。
另外，第三透镜是整个定焦镜头中汇聚轴上光线的主要元件，第三透镜13选择正光焦度透镜，可以对系统光阑前的透镜的光束进行聚焦。同时，第三透镜13采用玻璃球面透镜，在定焦镜头的焦距f满足5＜f＜8的前提下，通过设置第三透镜13的焦距f3满足0.35<|f3/f|<6，同时采用玻璃的透镜材质制成，减少了高低温对定焦镜头成像质量的影响，避免了定焦镜头在不同环境下产生虚焦，实现了-40℃到80℃不虚焦的特点。
本发明实施例提供的定焦镜头，通过沿光轴从物方至像方依次排列第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，第一透镜为凸凹负光焦度透镜，第二透镜为凹凸负光焦度透镜，第三透镜为双凸正光焦度透镜，第四透镜为凹凸正光焦度透镜，第五透镜为双凸正光焦度透镜，第六透镜为双凹负光焦度透镜，第七透镜为双凸正光焦度透镜；并将系统光阑设置在第二透镜和第三透镜之间，通过设置玻璃球面的第三透镜的焦距满足0.35<|f3/f|<6，实现了定焦镜头成像质量的提高。本发明实施例提供的定焦镜头，解决了现有的监控设备不能同时兼顾大光圈和高分辨率的问题，可以在确保镜头在f1.6大通光的前提下，提升成像质量，达到4k品质，另外，可用于远距离监控，更加有效地突出主体，在-40～80℃环境下使用也可保证解像力满足成像要求。
在满足以上定焦镜头的参数要求的基础上，其他透镜的结构参数可以根据需要进行具体的调整，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细描述。
在上述实施例提供的的基础上，参考图1，可选地，第六透镜16的焦距f6满足关系式：0.1<|f6/f|<4。其中，第六透镜16作为整个定焦镜头光学系统中负光焦度最大的元件，通过设置第六透镜和整个镜头的焦距比例为0.1<|f6/f|<4，其主要作用为校正倍率色差和轴向色差，从而保证高低温状态下镜头的成像平衡。
进一步可选地，第五透镜的焦距f5和第六透镜的焦距f6满足关系式：0.5<|f5/f6|<4；第七透镜f7和第六透镜的焦距f6满足关系式：0.5<|f7/f6|<4。其中，第五透,15和第七透镜17可以用于校正色差，合理设置第五透镜15以及第七透镜17和第六透镜16的焦距比，能够保证整个定焦镜头在红外光线下具有较优的成像质量，即实现红外光线的校正效果。
进一步地，对于后组透镜中的第四透镜14，其作用为校正场曲、倍率色差和轴向色差。基于此，可选地，可设置第四透镜14的焦距f4满足关系式：1<|f4/f|<7。此时，第四透镜14可起到收束光线降低光线高度的作用，同时校正高级球差，平衡各类像差，保证各波段光线的成像质量。
需要说明的是，在后组透镜进行倍率色差和轴向色差等像差的校正的同时，前组透镜也可对成像质量进行优化。其中，第一透镜和第二透镜可以进行场曲、像散和彗差的校正。因此，可选地，可设置第一透镜的焦距f1满足关系式：1.5<|f1/f|<4；第二透镜的焦距f2满足关系式：50<|f2/f|<150。此时，第一透镜11和第二透镜12的焦距，可以保证定焦镜头的光学系统具备较大的入射角，降低光学畸变，同时可以进行轴外像差的校正。需要说明的是，第一透镜11采用凸凹负光焦度透镜，且焦距在1.5<|f1/f|<4，可以保证第一透镜具备相对较小的尺寸大小，从而有助于减小整个定焦镜头的光学总长，使定焦镜头的尺寸减小。
在上述实施例的基础上，可选地，第五透镜15的焦距f5满足关系式：1<|f5/f|<5。此时，第五透镜15可参与校正球差和彗差及相关的高级像差，有助于改善和平衡成像质量。
进一步地，为了使各透镜更加合理地像差和色差校正，平衡整个镜头的像差，优化成像质量。可选地，第一透镜f1和第三透镜的焦距f3满足关系式：0.5<|f1/f3|<5；第二透镜的焦距f2和第三透镜的焦距f3满足关系式：10<|f2/f3|<70；第四透镜的焦距f4和第三透镜的焦距f3满足关系式：0.5<|f4/f|<5；第五透镜的焦距f5满足关系式：0.5<|f5/f|<5；第六透镜的焦距f6满足关系式：0.5<|f6/f|<5；第七透镜的焦距f7满足关系式：0.5<|f7/f|<5。此时，各透镜之间可实现相互配合，一方面通过各透镜焦距调节光束的光线线路，最终实现大光圈和大通光量；另一方面，通过各透镜的配合，可以对各类成像过程中产生的像差、色差进行校正、优化和平衡，从而保证成像质量，实现高分辨率的同时，实现日夜共焦，满足白天和黑夜的监控成像需求。
在一较佳的实施例中，考虑到第六透镜16和第七透镜17可以进行场曲和像散的校正，而为了在此基础上校正镜头的轴向色差，可以选择将第六透镜和第七透镜进行胶合，形成胶合透镜组。胶合的透镜组不仅能够实现轴向色差的校正，还能起到改善场曲和彗差的作用，从而进一步地优化定焦镜头的成像质量。
以上实施例提供的定焦镜头中，可选地，第一透镜11、第二透镜12、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17均为塑胶非球面透镜。一方面，非球面的透镜可以满足各透镜对于光焦度的要求的同时，还能进行适当地像差校正；另一方面，相比于玻璃透镜，塑胶透镜的制备难度和制备成本均较低，有利用制备非球面透镜，也有利于降低制造成本和量产化。
具体地，可设置第一透镜至第七透镜满足如下条件：
1.40<n1<1.60，50<v1<60；
1.40<n2<1.70，20<v2<60；
1.40<n3<1.60，70<v3<98；
1.55<n4<1.70，20<v4<38；
1.40<n5<1.60，50<v5<60；
1.55<n6<1.70，20<v6<38；
1.40<n7<1.60，50<v7<60；
其中，n1～n7依次为第一透镜至第七透镜的折射率，v1～v7依次为第一透镜至第七透镜的阿贝数。
可选地，该定焦镜头在设计时，可以根据实际镜头尺寸的需求来调节各透镜的相关参数，从而设置定焦镜头的有效像面ic和光学总长ttl的比值，使定焦镜头满足bfl/ttl＞0.22，且d1/ttl＜0.55，其中，d1为第一透镜的最大通光口径，ttl为从第一透镜到像面的距离，bfl为从第七透镜到像面的距离。
下面以两个具体实施例对上述的定焦镜头进行说明。如图1所示，定焦镜头包括：沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜11、第二透镜12、系统光阑、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17；第一透镜11为凸凹负光焦度透镜，第二透镜12为凹凸负光焦度透镜，第三透镜13为双凸正光焦度透镜，第四透镜14为凹凸正光焦度透镜，第五透镜15为双凸正光焦度透镜，第六透镜16为双凹负光焦度透镜，第七透镜17为双凸正光焦度透镜；其中，第三透镜13为玻璃球面透镜；定焦镜头的焦距f满足关系式：5＜f＜8；第三透镜13的焦距f3满足关系式：0.35<|f3/f|<6。
其中，在该实施例中，第一透镜11至第七透镜17的各个设计值如下表1所示。
表1为所述定焦镜头的一种设计值(f＝5.8mm；光圈f1.6)：
表1中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“s1”代表第一透镜的前表面，“s2”代表第一透镜的后表面，依次类推；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1。需要说明的是，光阑设置在s4和s5之间。并且，s15和s16实质为平面透镜。
非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：
其中，z为非球面z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；a-g为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶、16阶项系数。
本实施例中非球面面型参数见表2：
表2为所述定焦镜头中非球面系数的一种设计值
本实施例的光学系统达到了如下的技术指标：焦距：f＝5.8mm；相对孔径f＝1.6；视场角：2w≥69°(像方2η≥φ6.9mm)；畸变：<-20％；分辨率：可与800万像素高分辨率ccd或cmos摄像机适配；适用谱线范围：420～850nm。
图2是图1所示定焦镜头的轴上球差曲线图，图3是图1所示定焦镜头的光线光扇图，图4是图1所示定焦镜头的点列图，参考图2，不同波长光线(0.486μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm)在该定焦镜头中的轴向色差均不大于0.02μm，而且，0.850μm的红外光线与其他可见光的轴向色差相差不大，从而可知，本发明实施例提供的定焦镜头不仅能够较好地校正色差，还能保证红外光线和可见光的成像色差存在较小的区别，有利于实现日夜共焦。而由光扇图和点列图可知，不同视场角下不同波长的成像范围均在±10μm以内，保证了不同视场区域的像差相差较小，也即说明了该定焦镜头较好地校正了光学系统的像差，成像质量较优，有助于实现高分辨率的监控设备。
图5是本发明实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图，参考图5，该定焦镜头包括：沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜21、第二透镜22、系统光阑、第三透镜23、第四透镜24、第五透镜25、第六透镜26和第七透镜27；第一透镜21为凸凹负光焦度透镜，第二透镜22为凹凸负光焦度透镜，第三透镜23为双凸正光焦度透镜，第四透镜24为凹凸正光焦度透镜，第五透镜25为双凸正光焦度透镜，第六透镜26为双凹负光焦度透镜，第七透镜27为双凸正光焦度透镜；其中，第三透镜23为玻璃球面透镜；定焦镜头的焦距f满足关系式：5＜f＜8；第三透镜23的焦距f3满足关系式：0.35<|f3/f|<6。其中，第六透镜26和第七透镜27相互胶合。
其中，在该实施例中，第一透镜21至第七透镜27的各个设计值如下表3所示。
表3为所述定焦镜头的一种设计值(f＝6mm；光圈f1.6)：
需要说明的是，光阑设置在s4和s5之间。并且，s14和s15实质为平面透镜。
本实施例中非球面面型参数见表4：
表4为所述定焦镜头中非球面系数的一种设计值
本实施例的光学系统达到了如下的技术指标：焦距：f＝6mm；相对孔径f＝1.6；视场角：2w≥69°(像方2η≥φ6.9mm)；畸变：<-20％；分辨率：可与800万像素高分辨率ccd或cmos摄像机适配；适用谱线范围：420～850nm。
图6是图5所示定焦镜头的轴上球差曲线图，图7是图5所示定焦镜头的光线光扇图，图8是图5所示定焦镜头的点列图。参考图6，不同波长光线(0.486μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm)在该定焦镜头中的轴向色差均不大于0.02μm，而且，0.850μm的红外光线与其他可见光的轴向色差相差不大，从而可知，本发明实施例提供的另一种定焦镜头也能够较好地校正色差，保证红外光线和可见光的成像色差存在较小的区别，有利于实现日夜共焦。同时，由光扇图和点列图可知，不同视场角下不同波长的成像范围均在±10μm以内，保证了不同视场区域的像差相差较小，也即说明了该定焦镜头较好地校正了光学系统的像差，成像质量较优，有助于实现高分辨率的监控设备。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
1.一种定焦镜头，其特征在于，包括：
沿光轴从物方至像方依次排列的第一透镜、第二透镜、系统光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为凹凸负光焦度透镜，所述第三透镜为双凸正光焦度透镜，所述第四透镜为凹凸正光焦度透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度透镜，所述第六透镜为双凹负光焦度透镜，所述第七透镜为双凸正光焦度透镜；其中，所述第三透镜为玻璃球面透镜；
所述定焦镜头的焦距f满足关系式：5＜f＜8；所述第三透镜的焦距f3满足关系式：0.35<|f3/f|<6。
2.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第六透镜的焦距f6满足关系式：0.1<|f6/f|<4。
3.根据权利要求2所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜的焦距f5和所述第六透镜的焦距f6满足关系式：0.5<|f5/f6|<4；
所述第七透镜f7和所述第六透镜的焦距f6满足关系式：0.5<|f7/f6|<4。
4.根据权利要求2所述的定焦镜头，其特征在于，所述第四透镜的焦距f4满足关系式：1<|f4/f|<7。
5.根据权利要求4所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f1满足关系式：1.5<|f1/f|<4；
所述第二透镜的焦距f2满足关系式：50<|f2/f|<150。
6.根据权利要求5所述的定焦镜头，其特征在于，所述第五透镜的焦距f5满足关系式：1<|f5/f|<5。
7.根据权利要求6所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜f1和所述第三透镜的焦距f3满足关系式：0.5<|f1/f3|<5；
所述第二透镜的焦距f2和所述第三透镜的焦距f3满足关系式：10<|f2/f3|<70；
所述第四透镜的焦距f4和所述第三透镜的焦距f3满足关系式：0.5<|f4/f|<5；
所述第五透镜的焦距f5满足关系式：0.5<|f5/f|<5；
所述第六透镜的焦距f6满足关系式：0.5<|f6/f|<5；
所述第七透镜的焦距f7满足关系式：0.5<|f7/f|<5。
8.根据权利要求6所述的定焦镜头，其特征在于，所述第六透镜和所述第七透镜相互胶合。
9.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为塑胶非球面透镜。
10.根据权利要求9所述的定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜至第七透镜满足如下条件：
1.40<n1<1.60，50<v1<60；
1.40<n2<1.70，20<v2<60；
1.40<n3<1.60，70<v3<98；
1.55<n4<1.70，20<v4<38；
1.40<n5<1.60，50<v5<60；
1.55<n6<1.70，20<v6<38；
1.40<n7<1.60，50<v7<60；
其中，n1～n7依次为所述第一透镜至所述第七透镜的折射率，v1～v7依次为所述第一透镜至所述第七透镜的阿贝数。
11.根据权利要求1所述的定焦镜头，其特征在于，
所述定焦镜头满足bfl/ttl＞0.22，且d1/ttl＜0.55，其中，d1为所述第一透镜的最大通光口径，ttl为从所述第一透镜到像面的距离，bfl为从所述第七透镜到像面的距离。
技术总结