一种大光圈无热化5MP玻塑混合镜头的制作方法

一种大光圈无热化5mp玻塑混合镜头
技术领域
1.本发明涉及光学成像技术领域，具体为一种大光圈无热化5mp玻塑混合镜头。


背景技术：

2.随着现代经济的不断发展，人民生活水平奔向全面小康，对优质生活的定义不仅仅停留在吃喝穿方面，更对外界引起的自身安全和财产安全问题更加重视。
3.现在，除了银行，高速公路，酒店，政府机关等重要场所安装了监控镜头外，许多智能小区甚至马路边角落也可以看到监控镜头，这些都推动了安防监控领域的发展。近几年来，针对不同的使用目的或者环境，监控镜头已经推出很多系列产品，人们在追求镜头的高性能的同时，也在追求镜头的成本最低化。
4.传统的安防监控镜头通常采用全玻璃结构，如专利号cn 201464695 u、cn 103513400 a等，这类镜头价格高、体积大、重量较重、成像品质较差，已经不满足市场需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种大光圈无热化5mp玻塑混合镜头，以解决上述背景技术中提出传统的安防监控镜头通常采用全玻璃结构，这类镜头价格高、体积大、重量较重、成像品质较差，已经不满足市场需求的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大光圈无热化5mp玻塑混合镜头，定义透镜邻近物面一侧的表面为物侧面，透镜邻近像面一侧的表面为像侧面，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包括：第一透镜，为具有负光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜，为具有正光焦度的球面玻璃透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第三透镜，为具有正光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第四透镜，为具有负光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；孔径光阑；红色滤光片，红色滤光片由h
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k9l制成；保护玻璃，集成在sensor（图像传感器）上；图像采集元件；所述镜头，各个镜片与系统的总焦距的比值满足以下条件：1.20<|f1/f|<3.81；1.13<|f2/f|<4.48；0.55<|f3/f|<1.81；0.39<|f4/f|<5.91；关系式中，“f”为所述镜头光学系统的焦距，“f1”为第一透镜的焦距，“f2”为第二透镜的焦距，以此类推。
7.优选的，所述第一透镜至所述第四透镜的焦距、折射率及曲率半径分别满足以下
条件, 如图3所示，图3中，“f1”为第一透镜的焦距，“nd1”为第一透镜的折射率，“r11、r12”为第一透镜的前后表面曲率半径，
“‑”
号表示方向为负，以此类推。
8.优选的，dfov/ttl>4.59；cra/dfov <0.19；1.13<obfl/efl<2.03；ac3>0.01；ic/ttl>0.29；关系式中，所述镜头光学系统的焦距为efl；所述镜头光学系统的总长为ttl；镜头系统的光学后截距为obfl，即第四透镜像侧面离像面最近的一点到像面的距离；所述镜头系统的视场角为dfov、主光线入射角为cra、像面能接收的像高为ic。
9.优选的，所述光学镜头的光圈为f#，满足1.4≤f#≤2.5，所述光学镜头的总焦距为efl，满足2.0≤efl≤6.7，所述镜头光学系统的总长为ttl，满足ttl≤23mm。
10.优选的，所述第一透镜、第三透镜和第四透镜的非球面都可用以下偶次非球面的方程式进行限定：式中，式中k为二次曲面圆锥系数，为镜片高度，c为镜片曲率，a
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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。
11.优选的，所述第一透镜、第二透镜间距比较大，其最小间隔≥7.33mm；所述第三透镜和第四透镜比较靠近，为了保证其加工制造性，其最小间隔≥0.01mm。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该大光圈无热化5mp玻塑混合镜头，采用1片球面玻璃和3片非球面塑料混合组合，在达到业内同等品质下，其各透镜不敏感，镜片面型简单容易制造，具有很高的性价比，可实现小体积、重量轻、性能好和成本低的特点，而且本发明经过合理的镜片材料选择、光焦度分配和光学设计优化，可搭配5mp、1/2.7英寸的芯片，实现24小时全天候高清监控，在高温 80℃和低温
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40℃实拍画面清晰，其加工成本也相对市面上的低，性价比高。
附图说明
13.图1为本发明的光学结构示意图；图2为本发明的光路结构示意图；图3为本发明第一透镜至第四透镜的焦距、折射率及曲率半径的示意图；图4为本发明由物侧到像侧依序的数据表示意图；图5为本发明光学表面的非球面的各项系数示意图；图6为本发明可见光0.435
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0.656um的常温 20℃离焦曲线图；图7为本发明可见光0.435
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0.656um的低温
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40℃离焦曲线图；图8为本发明可见光0.435
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0.656um的高温 80℃离焦曲线图；图9为本发明可见光0.546um的场曲图；图10为本发明可见光0.546um畸变图；图11为本发明可见光0.546um的相对照度图。
14.图中：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、孔径光阑；6、红色滤光片；7、保护玻璃；8、图像采集元件。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
16.请参阅图1
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11，本发明提供一种技术方案：一种大光圈无热化5mp玻塑混合镜头，透镜邻近物面一侧的表面为物侧面，透镜邻近像面一侧的表面为像侧面，参照图1所示，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包含：具有负光焦度的第一非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第二球面玻璃透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有正光焦度的第三非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；具有负光焦度的第四非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第一透镜1和第二透镜2之间是孔径光阑5，后面依次是红色滤光片6、保护玻璃7、图像采集元件8。
17.为了让光学系统呈现更好的性能，我们在设计过程中，要合理选择镜片材料、合理分配各个镜片的焦距和合理优化光学系统，最终让光学系统的表现的性能最优化，通常光学系统像差的存在会影响光学系统的成像品质，校正像差是优化光学系统的重点，校正像差的方法有很多种，例如，在选择初始结构时可以选用相对于孔径光阑5前后近对称的结构，这样，系统的慧差、畸变、倍率色差可以左右对消，以降低垂轴像差，而光阑位置可以消除像散，选择折射率不同和阿贝数相差较大的镜片配合使用，可以一定程度的消除色差及球差，合理分配优化各个镜片的焦距及形状也可以校正系统的像差。参照图1所示，本发明实施例的第一透镜1的焦距为f1，第一透镜1的焦距为f1，第二透镜2的焦距为f2，第三透镜3的焦距为f3，第四透镜4的焦距为f4，整个镜头的焦距为f，各个镜片与系统的总焦距的比值满足以下条件：1.20 <|f1/f|<3.811.13<|f2/f|<4.480.55<|f3/f|<1.810.39<|f4/f|<5.91本发明其视场角度>110
°
，各个镜片的焦距、材料和镜片r值分别满足以下条件：如图3所示，图3中，“f1”为第一透镜的焦距，“nd1”为第一透镜的折射率，“r11、r12”为第一透镜的前后表面曲率半径，
“‑”
号表示方向为负，以此类推。
18.本发明整体光学系统的焦距为efl，镜头系统的光学总长为ttl，镜头系统的光学后截距为obfl，即第四透镜像侧面离像面最近的一点到像面的距离，镜头系统的视场角为dfov，主光线入射角为cra，像面能接收的像高为ic，它们满足如下关系：dfov/ttl>4.59cra/dfov <0.191.13<obfl/efl<2.03ac3>0.01
ic/ttl>0.29本发明光学镜头的光圈为f#，满足1.4≤f#≤2.5，光学镜头的总焦距为efl，满足2.0≤efl≤6.7，镜头光学系统的总长为ttl，满足ttl≤23mm。
19.实施例第一透镜1、第二透镜2间距比较大，其最小间隔≥7.33mm；实施例第三透镜3和第四透镜4比较靠近，为了保证其加工制造性，其最小间隔≥0.01mm。
20.请参考图1、图2所示，其分别是本发明的光学结构示意图和光路结构示意图，第二透镜2是玻璃球面，第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4是塑料非球面，系统的总焦距为3.94mm，光圈值为1.60。
21.图4中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号（surface number）、各透镜的曲率半径r（单位：mm）、各透镜的中心厚度d（单位：mm）、各透镜的折射率（nd）和阿贝常数（vd）、各透镜的非球面k值（conic）。
22.在图4中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜1的前表面，“2”代表第一透镜1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，其中“infinity”代表该表面为平面；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前透镜材料对光线的偏折能力，阿贝数代表当前透镜材料对光线的色散特性；k值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。
23.本发明实施例的第一透镜1、第三透镜3和第四透镜4的非球面都可用以下偶次非球面的方程式进行限定：式中，式中k为二次曲面圆锥系数，为镜片高度，c为镜片曲率，a
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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。
24.图5列有光学表面的非球面的各项系数。
25.综上所述：该大光圈无热化5mp玻塑混合镜头，采用1片球面玻璃和3片非球面塑料混合组合，在达到业内同等品质下，其各透镜不敏感，镜片面型简单容易制造，具有很高的性价比，可实现小体积、重量轻、性能好和成本低的特点，而且本发明经过合理的镜片材料选择、光焦度分配和光学设计优化，可搭配5mp、1/2.7英寸的芯片，实现24小时全天候高清监控，在高温 80℃和低温
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40℃实拍画面清晰，其加工成本也相对市面上的低，性价比高。
26.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
27.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。