一种光学成像镜头的制作方法

1.本实用新型属于镜头技术领域，具体地涉及一种光学成像镜头。


背景技术：

2.随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，光学成像镜头被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、无人机航拍、机器视觉系统、激光切割机等各个领域，因此，对于光学成像镜头的要求也越来越高。
3.但现有的用于激光切割导向的光学成像镜头还存在许多不足，如光学系统总长过大，安装使用具有局限性；镜片数量过多，使得镜头整体成本过高；边缘畸变管控差，使拍摄画面具有明显变形，影响后期图像处理；视场角小，镜头捕捉画幅不足，难以满足所需画幅需求；分辨率低，成像质量差等，因此，有必要对其进行改进，以满足消费者日益提高的要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种光学成像镜头用以解决上述存在的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第五透镜；第一透镜至第五透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
6.第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
7.第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；
8.第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；
9.第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凸面；
10.第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凹面；
11.第一透镜和第三透镜均采用玻璃材料制成，第二透镜、第四透镜和第五透镜均采用塑料材质制成，第二透镜、第四透镜和第五透镜的物侧面和像侧面均为非球面；
12.该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第五透镜。
13.进一步的，该光学成像镜头还满足：
‑
7.5mm<f1<
‑
5mm，
‑
2.5mm<f2<
‑
1.5mm，4.5 mm<f3<5.7mm，1.4mm<f4<2mm，
‑
7mm<f5<9mm，其中，f1、f2、f3、f4和f5分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的焦距。
14.进一步的，该第四透镜的折射率温度系数为负值。
15.进一步的，该第二透镜、第四透镜和第五透镜的物侧面和像侧面均为高阶偶次非球面。
16.进一步的，还包括光阑，光阑设置在第三透镜与第四透镜之间。
17.进一步的，该光学成像镜头还满足：d11/r11≤1.2，1≤d12/r12≤1.83，d21/r21≤1.2， d31/r31≤1.6，d32/r32≤1.0，d41/r41≤1.0，0.7≤∣d42/r42∣≤1.8，0.2≤d51/r51
≤1.5， d52/r52≤1.0，其中，d11、d12、d21、d31、d32、d41、d42、d51和d52分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面、第四透镜的像侧面、第五透镜的物侧面和第五透镜的像侧面的直径，r11、 r12、r21、r31、r32、r41、r42、r51和r52分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面、第四透镜的像侧面、第五透镜的物侧面和第五透镜的像侧面的曲率半径。
18.进一步的，该第三透镜采用h
‑
zf88材料制成。
19.进一步的，该光学成像镜头还满足：ttl≤10.00mm，其中，ttl为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。
20.本实用新型的有益技术效果：
21.本实用新型采用五片透镜，玻塑混合设计，并通过对各个透镜进行相应设计，具有光学系统总长短，质量轻，实用性强；成本低，具有工业量产可行性；畸变管控完善，所摄画面边缘变形小，利于后期图像处理；视场角大，所摄画幅范围大，且图像分辨率高，成像质量好的优点。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型实施例一的结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例一的可见光470
‑
659nm的mtf图；
25.图3为本实用新型实施例一的可见光470
‑
659nm在60lp/mm的离焦曲线图；
26.图4为本实用新型实施例一的横向色差曲线示意图；
27.图5为本实用新型实施例一的场曲和畸变曲线图；
28.图6为本实用新型实施例一的点列图；
29.图7为本实用新型实施例二的结构示意图；
30.图8为本实用新型实施例二的可见光470
‑
659nm的mtf图；
31.图9为本实用新型实施例二的可见光470
‑
659nm在60lp/mm的离焦曲线图；
32.图10为本实用新型实施例二的横向色差曲线示意图；
33.图11为本实用新型实施例二的场曲和畸变曲线图；
34.图12为本实用新型实施例二的点列图；
35.图13为本实用新型实施例三的结构示意图；
36.图14为本实用新型实施例三的可见光470
‑
659nm的mtf图；
37.图15为本实用新型实施例三的可见光470
‑
659nm在60lp/mm的离焦曲线图；
38.图16为本实用新型实施例三的横向色差曲线示意图；
39.图17为本实用新型实施例三的场曲和畸变曲线图；
40.图18为本实用新型实施例三的点列图；
41.图19为本实用新型实施例四的结构示意图；
42.图20为本实用新型实施例四的可见光470
‑
659nm的mtf图；
43.图21为本实用新型实施例四的可见光470
‑
659nm在60lp/mm的离焦曲线图；
44.图22为本实用新型实施例四的横向色差曲线示意图；
45.图23为本实用新型实施例四的场曲和畸变曲线图；
46.图24为本实用新型实施例四的点列图；
47.图25为本实用新型实施例五的结构示意图；
48.图26为本实用新型实施例五的可见光470
‑
659nm的mtf图；
49.图27为本实用新型实施例五的可见光470
‑
659nm在60lp/mm的离焦曲线图；
50.图28为本实用新型实施例五的横向色差曲线示意图；
51.图29为本实用新型实施例五的场曲和畸变曲线图；
52.图30为本实用新型实施例五的点列图。
具体实施方式
53.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
54.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
55.所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为r值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。r值可常见被使用于光学设计软件中，例如zemax或codev。r值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当r值为正时，判定为物侧面为凸面；当r值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当r值为正时，判定像侧面为凹面；当r值为负时，判定像侧面为凸面。
56.本实用新型公开了一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第五透镜；第一透镜至第五透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。
57.第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面。
58.第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面。
59.第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面。
60.第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凸面。
61.第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凹面。
62.第一透镜和第三透镜均采用玻璃材料制成，第二透镜、第四透镜和第五透镜均采用塑料材质制成，第二透镜、第四透镜和第五透镜的物侧面和像侧面均为非球面；第二透镜、第四透镜和第五透镜采用塑料非球面透镜，能更好的矫正高级像差，降低图像噪点值，提升像质，同时塑料非球面均摊制造成本，使得成本低廉，易于大规模量产使用，提升产品竞争力。
63.该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第五透镜，本实用新型
采用五片透镜，玻塑混合设计，并通过对各个透镜进行相应设计，具有光学系统总长短，质量轻，实用性强；成本低，具有工业量产可行性；畸变管控完善，所摄画面边缘变形小，利于后期图像处理；视场角大，所摄画幅范围大，且图像分辨率高，成像质量好的优点。
64.优选的，该光学成像镜头还满足：
‑
7.5mm<f1<
‑
5mm，
‑
2.5mm<f2<
‑
1.5mm，4.5mm<f3<5.7 mm，1.4mm<f4<2mm，
‑
7mm<f5<9mm，其中，f1、f2、f3、f4和f5分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的焦距，降低工艺敏感性，提升产品良率，同时合理分配光焦度，提升光学性能。
65.优选的，该第四透镜的折射率温度系数为负值，更好地管控因外界温度变化而产生的温漂，可以保证该光学成像镜头在
‑
20℃至70℃温度区间内使用时，画面清晰不失焦。
66.优选的，该第二透镜、第四透镜和第五透镜的物侧面和像侧面均为高阶偶次非球面，有利于矫正二级光谱及高级像差，提高成像质量。
67.优选的，还包括光阑，光阑设置在第三透镜与第四透镜之间，进一步提高成像质量。
68.优选的，该光学成像镜头还满足：d11/r11≤1.2，1≤d12/r12≤1.83，d21/r21≤1.2， d31/r31≤1.6，d32/r32≤1.0，d41/r41≤1.0，0.7≤∣d42/r42∣≤1.8，0.2≤d51/r51≤1.5， d52/r52≤1.0，其中，d11、d12、d21、d31、d32、d41、d42、d51和d52分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面、第四透镜的像侧面、第五透镜的物侧面和第五透镜的像侧面的直径，r11、 r12、r21、r31、r32、r41、r42、r51和r52分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面、第四透镜的像侧面、第五透镜的物侧面和第五透镜的像侧面的曲率半径，使得透镜易于加工，降低成本。
69.优选的，该第三透镜采用h
‑
zf88材料制成，此材料的相对部分色散相对“常规线”的偏离大0.039，对优化色差起到很大作用。
70.优选的，该光学成像镜头还满足：ttl≤10.00mm，其中，ttl为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，进一步缩短光学系统总长。
71.下面将以具体实施例对本实用新型的光学成像镜头进行详细说明。
72.实施例一
73.如图1所示，一种光学成像镜头，从物侧a1至像侧a2沿一光轴i依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑6、第四透镜4、第五透镜5、滤光片7和成像面8；该第一透镜1至第五透镜5各自包括一朝向物侧a1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧a2且使成像光线通过的像侧面。
74.第一透镜1具负屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凹面。
75.第二透镜2具负屈光率，第二透镜2的物侧面21为凸面，第二透镜2的像侧面22为凹面。
76.第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面31为凸面，第三透镜3的像侧面32为凹面。
77.第四透镜4具正屈光率，第四透镜4的物侧面41为凸面，第四透镜4的像侧面42为凸面。
78.第五透镜5具正屈光率，第五透镜5的物侧面51为凸面，第五透镜5的像侧面52为凹面。
79.第一透镜1和第三透镜3均采用玻璃材料制成，第二透镜2、第四透镜4和第五透镜5 均采用塑料材质制成，第二透镜2、第四透镜4和第五透镜5的物侧面和像侧面均为非球面。
80.本具体实施例中，第四透镜4的折射率温度系数为
‑
100，但并不限于此。
81.本具体实施例中，光阑6设置在第三透镜3与第三透镜4之间，提升整体性能，当然，在其它实施例中，光阑6也可以设置在其它合适位置。
82.滤光片7用于滤除不想要的波长的光，避免其到达成像面8影响成像质量，如可以是红外滤光片。
83.本具体实施例的详细光学数据如表1
‑
1所示。
84.表1
‑
1 实施例一的详细光学数据
[0085][0086]
本具体实施例中，物侧面21、物侧面41、物侧面51、像侧面22、像侧面42和像侧面 52依下列非球面曲线公式定义：
[0087][0088]
其中：
[0089]
r为光学表面上一点到光轴的距离。
[0090]
z为该点沿光轴方向的矢高。
[0091]
c为该表面的曲率。
[0092]
k为该表面的二次曲面常数。
[0093]
a2、a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
分别为：二阶、四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数。
[0094]
各个非球面的参数详细数据请参考下表：
[0095]
表面ka4a6a8a
10
a
12
a
14
a
16
21
‑
2.891.823e
‑
02
‑
4.443e
‑
033.320e
‑
044.362e
‑
07
‑
7.237e
‑
08
‑
1.701e
‑
073.396e
‑
09
22
‑
1.022.652e
‑
025.173e
‑
02
‑
4.784e
‑
021.117e
‑
023.064e
‑
05
‑
3.361e
‑
040.000e 0041
‑
2.512.050e
‑
01
‑
3.434e 003.643e 01
‑
1.392e 020.000e 000.000e 000.000e 00420.29
‑
5.088e
‑
02
‑
1.712e
‑
023.607e
‑
01
‑
6.401e
‑
020.000e 000.000e 000.000e 0051
‑
5.17
‑
7.592e
‑
03
‑
1.418e
‑
011.256e
‑
01
‑
1.813e
‑
02
‑
4.216e
‑
03
‑
7.906e
‑
034.420e
‑
035225.331.584e
‑
01
‑
2.299e
‑
011.081e
‑
01
‑
2.064e
‑
02
‑
1.339e
‑
04
‑
9.251e
‑
050.000e 00
[0096]
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
[0097]
本具体实施例的mtf传递函数曲线图详见图2，离焦曲线图详见图3，可以看出分辨率高， 250lp/mm空间频率的中心mtf值大于0.35，边缘mtf值大于0.18，成像质量好；横向色差图详见图4，点列图详见图6，可以看出色差和像差优化较好；场曲及畸变图请参阅图5的(a) 和(b)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正，整体f
‑
tan(theta)畸变小于
‑
54％。
[0098]
本实施例在设计上考虑温度补偿，在
‑
20℃
‑
70℃的温度区间内使用时，画面清晰不失焦。
[0099]
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝0.8mm；光圈值fno＝3.0；视场角fov＝154.0
°
；第一透镜1的物侧面11至成像面8在光轴i上的距离ttl＝9.99mm。
[0100]
实施例二
[0101]
如图7所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0102]
本具体实施例的详细光学数据如表2
‑
1所示。
[0103]
表2
‑
1 实施例二的详细光学数据
[0104][0105][0106]
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
[0107]
表面ka4a6a8a
10
a
12
a
14
a
16
21
‑
1.721.330e
‑
02
‑
4.590e
‑
033.748e
‑
04
‑
1.572e
‑
057.669e
‑
070.000e 000.000e 0022
‑
0.972.427e
‑
021.055e
‑
02
‑
2.749e
‑
026.119e
‑
030.000e 000.000e 000.000e 00416.52
‑
4.466e
‑
01
‑
2.063e 00
‑
2.714e 00
‑
1.853e 000.000e 000.000e 000.000e 00420.00
‑
1.967e
‑
015.375e
‑
02
‑
7.370e
‑
023.722e
‑
014.452e
‑
01
‑
7.472e
‑
010.000e 0051
‑
3.90
‑
2.633e
‑
013.879e
‑
02
‑
8.113e
‑
017.685e
‑
016.588e
‑
01
‑
1.236e 000.000e 005246.461.762e
‑
01
‑
3.978e
‑
012.400e
‑
01
‑
6.414e
‑
020.000e 000.000e 000.000e 00
17的(a)和(b)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正，整体f
‑
tan(theta)畸变小于
‑
54％。
[0122]
本实施例在设计上考虑温度补偿，在
‑
20℃
‑
70℃的温度区间内使用时，画面清晰不失焦。
[0123]
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝0.8mm；光圈值fno＝3.0；视场角fov＝154.0
°
；第一透镜1的物侧面11至成像面8在光轴i上的距离ttl＝9.99mm。
[0124]
实施例四
[0125]
如图19所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0126]
本具体实施例的详细光学数据如表4
‑
1所示。
[0127]
表4
‑
1 实施例四的详细光学数据
[0128][0129][0130]
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
[0131]
表面ka4a6a8a
10
a
12
a
14
a
16
21
‑
3.231.266e
‑
02
‑
4.666e
‑
033.967e
‑
04
‑
7.923e
‑
066.996e
‑
080.000e 000.000e 0022
‑
0.991.572e
‑
021.553e
‑
02
‑
2.719e
‑
026.131e
‑
030.000e 000.000e 000.000e 00415.99
‑
4.475e
‑
01
‑
1.874e 008.133e 00
‑
4.819e 010.000e 000.000e 000.000e 00420.00
‑
1.290e
‑
01
‑
2.626e
‑
03
‑
3.157e
‑
023.751e
‑
013.740e
‑
01
‑
7.067e
‑
010.000e 00510.88
‑
2.409e
‑
019.045e
‑
02
‑
8.540e
‑
016.615e
‑
017.765e
‑
01
‑
1.065e 000.000e 005246.461.937e
‑
01
‑
4.060e
‑
012.364e
‑
01
‑
5.896e
‑
020.000e 000.000e 000.000e 00
[0132]
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
[0133]
本具体实施例的mtf传递函数曲线图详见图20，离焦曲线图详见图21，可以看出分辨率高，250lp/mm空间频率的中心mtf值大于0.35，边缘mtf值大于0.18，成像质量好；横向色差图详见图22，点列图详见图24，可以看出色差和像差优化较好；场曲及畸变图请参阅图 23的(a)和(b)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正，整体f
‑
tan(theta)畸变小于
‑
54％。
[0134]
本实施例在设计上考虑温度补偿，在
‑
20℃
‑
70℃的温度区间内使用时，画面清晰不失焦。
[0135]
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝0.8mm；光圈值fno＝3.0；视场角fov
＝154.0
°
；第一透镜1的物侧面11至成像面8在光轴i上的距离ttl＝9.99mm。
[0136]
实施例五
[0137]
如图25所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第五透镜5为负屈光率，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也有所不同。
[0138]
本具体实施例的详细光学数据如表5
‑
1所示。
[0139]
表5
‑
1 实施例五的详细光学数据
[0140][0141][0142]
本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：
[0143]
表面ka4a6a8a
10
a
12
a
14
a
16
210.001.274e
‑
02
‑
2.834e
‑
031.338e
‑
041.290e
‑
070.000e 000.000e 000.000e 0022
‑
0.71
‑
2.479e
‑
021.842e
‑
02
‑
1.539e
‑
02
‑
3.844e
‑
040.000e 000.000e 000.000e 0041
‑
2.24
‑
6.047e
‑
021.569e
‑
01
‑
2.757e
‑
012.449e 000.000e 000.000e 000.000e 00420.002.865e
‑
01
‑
7.876e
‑
011.483e 00
‑
9.063e
‑
012.789e
‑
01
‑
7.325e
‑
020.000e 005130.041.262e
‑
02
‑
5.393e
‑
015.179e
‑
01
‑
1.777e
‑
016.444e
‑
02
‑
8.117e
‑
020.000e 00523.37
‑
2.264e
‑
02
‑
1.876e
‑
011.267e
‑
01
‑
3.462e
‑
020.000e 000.000e 000.000e 00
[0144]
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
[0145]
本具体实施例的mtf传递函数曲线图详见图26，离焦曲线图详见图27，可以看出分辨率高，250lp/mm空间频率的中心mtf值大于0.35，边缘mtf值大于0.18，成像质量好；横向色差图详见图28，点列图详见图30，可以看出色差和像差优化较好；场曲及畸变图请参阅图 29的(a)和(b)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正，整体f
‑
tan(theta)畸变小于
‑
54％。
[0146]
本实施例在设计上考虑温度补偿，在
‑
20℃
‑
70℃的温度区间内使用时，画面清晰不失焦。
[0147]
本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝0.8mm；光圈值fno＝3.0；视场角fov＝154.0
°
；第一透镜1的物侧面11至成像面8在光轴i上的距离ttl＝9.99mm。
[0148]
表6 本实用新型五个实施例的相关重要参数的数值
[0149][0150][0151]
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。