一种日夜两用高清玻塑混合定焦镜头的制作方法

1.本实用新型涉及光学成像技术领域，本实用新型具体涉及一种日夜两用高清玻塑混合定焦镜头。


背景技术：

2.随着社会的不断进步，人们安全意识不断提高，大街小巷都随处可见监控镜头，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，人们对镜头的要求也越来越高，整体趋势走向于高性能低成本，所以未来拥有高清像素和低成本的监控摄像头会逐渐占据市场。目前市场上的镜头还存在像质不良及成本高的问题，例如，恶劣天气像质差，白天黑夜成像难共焦，镜头性能及成本都有待提高。
3.因此本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种日夜两用高清玻塑混合定焦镜头。


技术实现要素：

4.本实用新型为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述至少一种问题的技术方案。
5.一种日夜两用高清玻塑混合定焦镜头，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面到像侧面依序包括：
6.第一透镜（1），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；
7.第二透镜（2），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；
8.第三透镜（3），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；
9.第四透镜（4），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；
10.孔径光阑（8），位于第一透镜（1）和第二透镜（2）之间；
11.滤光片（5），滤光片（5）由h-k9l制成；
12.图像采集元件（7）；
13.保护玻璃（6），集成在sensor即图像采集元件（7）上；
14.镜头各个镜片焦距与系统的总焦距的比值满足以下条件：
15.1.21≤|f1/f|≤2.13；
16.1.68≤|f2/f|≤3.74；
17.0.85≤|f3/f|≤1.07；
18.0.93≤|f4/f|≤1.25；
19.1.86≤|f12/f|≤118.94；
20.关系式中，“f”为镜头光学系统的焦距，“f1”为第一透镜（1）的焦距，“f2”为第二透
镜（2）的焦距，“f3”为第三透镜（3）的焦距，“f4”为第四透镜（4）的焦距，“f12”为第一透镜（1）和第二透镜（2）的焦距，通过合理的搭配各透镜的光焦度，有利于降低系统的像差，提升系统的解像能力。
21.优选的，所述第一透镜（1）至所述第四透镜（4）的焦距、折射率及曲率半径分别满足以下条件：
22.f1-9.57~-4.68nd11.52~1.56r11 4.80~ 9.21r12 1.84~ 2.39f2 7.56~ 16.48nd21.58~1.64r21 7.82~ 23.52r22-15.66~-6.38f3 3.55~ 4.84nd31.52~1.56r31 4.16~ 6.65r32-3.56~-2.82f4-5.57~-3.87nd41.60~1.66r41-2.67~-2.23r42-27.96~-9.68
23.上表中，“f1”为第一透镜（1）的焦距，“nd1”为第一透镜（1）的折射率，“r11、r12”为第一透镜（1）的前后表面曲率半径，“f2”为第二透镜（2）的焦距，“nd2”为第二透镜（2）的折射率，“r21、r22”为第二透镜（2）的前后表面曲率半径，“f3”为第三透镜（3）的焦距，“nd3”为第三透镜（3）的折射率，“r31、r32”为第三透镜（3）的前后表面曲率半径，“f4”为第四透镜（4）的焦距，“nd4”为第四透镜（4）的折射率，“r41、r42”为第四透镜（4）的前后表面曲率半径，
“‑”
号表示方向为负，以此类推。
24.优选的，ic/ttl≥0.29；
25.3.96≤ttl/f≤5.72；
26.0.16≤obfl/ttl≤0.30；
27.关系式中，f为镜头光学系统的焦距；ttl为镜头光学系统的总长；obfl为镜头系统的光学后截距，即第四透镜（4）像侧面离像面最近的一点到像面的距离；ic为镜头系统所搭配的1/2.7”芯片的全像高。
28.优选的，光学镜头的光圈为f#，满足1.90≤f#≤2.40，光学镜头的焦距为f，满足3.85≤f≤4.50，镜头光学系统的总长为ttl，满足ttl≤22.50mm。
29.优选的，所述第一透镜（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：
30.z=
31.式中，k为二次曲面圆锥系数，r为镜片高度，c为镜片曲率，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。
32.优选的，所述第一透镜（1）与第二透镜（2）其中心轴上最小间隔≥5.38mm；所述第三透镜（3）、第四透镜（4）其中心轴上最大间隔≤0.27mm；通过合理分配各透镜中心轴上间隔，有利于降低光学镜头的敏感度，提升光学解析能力。
33.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型日夜两用高清玻塑混合定焦镜头，该日夜两用高清玻塑混合定焦镜头，采用1片球面玻璃和3片非球面塑料混合组合，这样系统的高低温漂可以得很好的矫正，本实用新型的第一透镜至第四透镜的材料分别采用正材料、正材料、正材料及负材料，第一透镜至第四透镜分别为负光焦度、正光焦度、正光焦度、负光焦度，不同材料和光焦度透镜的分配组合，系统像差得到很好校正，光学表现性能好，各个镜片的形状和肉厚比正常，各透镜不敏感，保证了在制造性上镜片面型简单容易制造，本实用新型在玻璃的选材上，选择折射率1.58~1.64之间的低价格的玻璃材料，
保证其加工成本相对市面上的低，使其具有很高的性价比，具有重量轻、性能好和成本低的特点，而且本实用新型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的芯片，实现24小时全天候高清监控，日夜成像共焦，在高温 80℃和低温-40℃实拍画面清晰。
34.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本实用新型实施例一的光学结构示意图；
37.图2为本实用新型实施例一的光路结构示意图；
38.图3为本实用新型实施例一可见光0.435-0.656um的常温 20℃离焦曲线图；
39.图4为本实用新型实施例一可见光0.435-0.656um的低温-40℃离焦曲线图；
40.图5为本实用新型实施例一可见光0.435-0.656um的高温 80℃离焦曲线图；
41.图6为本实用新型实施例一可见光0.546um的场曲图；
42.图7为本实用新型实施例一可见光0.546um畸变图；
43.图8为本实用新型实施例一可见光0.546um的相对照度图；
44.图9为本实用新型实施例二的光学结构示意图；
45.图10为本实用新型实施例二的光路结构示意图；
46.图11为本实用新型实施例二可见光0.435-0.656um的常温 20℃离焦曲线图；
47.图12为本实用新型实施例二可见光0.435-0.656um的低温-40℃离焦曲线图；
48.图13为本实用新型实施例二可见光0.435-0.656um的高温 80℃离焦曲线图；
49.图14为本实用新型实施例二可见光0.546um的场曲图；
50.图15为本实用新型实施例二可见光0.546um畸变图；
51.图16为本实用新型实施例二可见光0.546um的相对照度图；
52.图中：第一透镜1；第二透镜2；第三透镜3；第四透镜4；滤光片5；保护玻璃6；图像采集元件7；孔径光阑8。
具体实施方式
53.下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
54.请参阅图1～16，本实用新型实施例中，一种日夜两用高清玻塑混合定焦镜头，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面到像侧面依序包括：
55.第一透镜1，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；
56.第二透镜2，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；
57.第三透镜3，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；
58.第四透镜4，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；
59.孔径光阑8，位于第一透镜1和第二透镜2之间；
60.滤光片5，滤光片5由h-k9l制成；
61.图像采集元件7；
62.保护玻璃6，集成在sensor即图像采集元件7上；
63.为了让光学系统呈现更好的性能，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，以校正系统的像差，最终让光学系统的表现的性能最优化。参照图1所示，本实用新型实施例的第一透镜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，第一透镜1和第二透镜2的焦距为f12，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：
64.1.21≤|f1/f|≤2.13；
65.1.68≤|f2/f|≤3.74；
66.0.85≤|f3/f|≤1.07；
67.0.93≤|f4/f|≤1.25；
68.1.86≤|f12/f|≤118.94；
69.关系式中，“f”为镜头光学系统的焦距，“f1”为第一透镜1的焦距，“f2”为第二透镜2的焦距，“f3”为第三透镜3的焦距，“f4”为第四透镜4的焦距，“f12”为第一透镜1和第二透镜2的焦距，通过合理的搭配各透镜的光焦度，有利于降低系统的像差，提升系统的解像能力。
70.本实用新型实施例其视场角度》103.6
°
，所以第一个镜片采用凸面朝向物方的弯月形负光焦度的镜片，其作用是快速汇聚光线，所述第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的阿贝数大于55.5，所述第四透镜4的阿贝数小于24，如此搭配可以减小系统的色差，考虑到光学系统的像差、平衡温漂及日夜共焦等问题，各个镜片的焦距、材料和镜片r值分别满足以下条件：
71.f1-9.57~-4.68nd11.52~1.56r11 4.80~ 9.21r12 1.84~ 2.39f2 7.56~ 16.48nd21.58~1.64r21 7.82~ 23.52r22-15.66~-6.38f3 3.55~ 4.84nd31.52~1.56r31 4.16~ 6.65r32-3.56~-2.82f4-5.57~-3.87nd41.60~1.66r41-2.67~-2.23r42-27.96~-9.68
72.上表中，“f1”为第一透镜1的焦距，“nd1”为第一透镜1的折射率，“r11、r12”为第一透镜1的前后表面曲率半径，“f2”为第二透镜2的焦距，“nd2”为第二透镜2的折射率，“r21、r22”为第二透镜2的前后表面曲率半径，“f3”为第三透镜3的焦距，“nd3”为第三透镜3的折射率，“r31、r32”为第三透镜3的前后表面曲率半径，“f4”为第四透镜4的焦距，“nd4”为第四透镜4的折射率，“r41、r42”为第四透镜4的前后表面曲率半径，
“‑”
号表示方向为负，以此类推。
73.本实用新型实施例整体光学系统的焦距为f，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4像侧面离像面最近的一点到像侧面的距离，所述镜头
系统所搭配的1/2.7”芯片的全像高为ic，它们满足如下关系：
74.ic/ttl≥0.29；
75.3.96≤ttl/f≤5.72；
76.0.16≤obfl/ttl≤0.30；
77.本实用新型实施例的光圈为f#，满足1.90≤f#≤2.40，光学系统的焦距为f，满足3.85≤f≤4.50，镜头系统的光学总长为ttl，满足ttl≤22.50mm。
78.本实用新型实施例的第一透镜1、第二透镜2间距比较大，其中心轴上最小间隔≥5.38mm；所述第三透镜3、第四透镜4比较靠近，其中心轴上最大间隔≤0.27mm。
79.参考图1、图2所示，其分别是本实用新型实施例一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和第四透镜4是塑料非球面，系统的总焦距为4.0mm，光圈值为2.0。
80.下列表一中分别列有由物侧到像侧依序的光学面序号（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）。
81.表 一
82.面序号曲率半径r中心厚度d折射率nd阿贝常数vdk15.981.791.5355.7-2.0121.976.60
ꢀꢀ‑
1.763（光阑）infinity0.16
ꢀꢀꢀ
410.783.281.6455.5 5-10.781.47
ꢀꢀꢀ
64.842.251.5355.71.437-2.850.10
ꢀꢀ‑
1.538-2.231.041.6323.9-2.79-10.492.42
ꢀꢀ‑
92.2710infinity0.611.5164.2 11infinity2.60
ꢀꢀꢀ
83.在表一中，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。
84.本实用新型实施例一的第一透镜1、第三透镜3、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：
85.z=
86.式中，式中k为二次曲面圆锥系数，r为镜片高度，c为镜片曲率，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。
87.下列表二列有各光学表面的非球面的各项系数：
88.表 二
89.面序号abcdefg1-4.16e-035.14e-053.77e-06-1.22e-07-2.38e-091.69e-10-2.28e-1227.71e-03-6.74e-04-3.29e-051.96e-05-2.27e-061.37e-07-3.77e-096-1.99e-03-2.60e-05-1.07e-046.19e-06-1.47e-061.25e-07-4.67e-0871.77e-033.78e-045.30e-05-2.94e-05-2.97e-067.93e-07-3.39e-0883.82e-03-1.38e-054.21e-051.64e-05-5.57e-06-3.40e-071.30e-0799.54e-032.23e-04-1.28e-041.64e-053.77e-06-1.21e-069.70e-08
90.参考图9、图10所示，其分别是本实用新型实施例二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和第四透镜4是塑料非球面，系统的总焦距为4.0mm，光圈值为2.0。
91.下列表三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）。
92.表 三
93.面序号曲率半径r中心厚度d折射率nd阿贝常数vdk15.791.741.5355.7-1.4721.977.02
ꢀꢀ‑
1.483（光阑）infinity0.21
ꢀꢀꢀ
410.132.711.5861.2 5-10.131.88
ꢀꢀꢀ
64.542.251.5355.71.037-2.930.12
ꢀꢀ‑
1.538-2.241.081.6323.9-2.739-12.242.11
ꢀꢀ‑
100.9410infinity0.611.5164.2 11infinity2.60
ꢀꢀꢀ
94.在表三中，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。
95.本实用新型实施例二的第一透镜1、第三透镜3、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：
96.z=
97.式中，式中k为二次曲面圆锥系数，r为镜片高度，c为镜片曲率，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。
98.下列表四列有各光学表面的非球面的各项系数：
99.表 四
100.面序号abcdefg1-4.28e-034.99e-053.84e-06-1.37e-07-1.33e-091.42e-10-2.05e-1223.93e-03-2.17e-04-3.09e-059.36e-06-7.96e-074.87e-08-1.86e-096-2.09e-03-2.30e-05-1.21e-049.08e-06-3.98e-061.24e-06-1.73e-0772.08e-037.01e-043.62e-05-4.63e-052.64e-06-1.95e-072.24e-0885.03e-034.08e-04-4.54e-052.15e-05-5.22e-06-5.56e-071.30e-0791.32e-02-2.99e-04-9.83e-052.92e-053.46e-06-1.88e-061.67e-07
101.综上所述：参考图1-16所示，该日夜两用高清玻塑混合定焦镜头，采用1片球面玻璃和3片非球面塑料混合组合，系统像差得到很好校正，光学表现性能好，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，其加工成本也相对市面上的低，具有很高的性价比，可实现性能好和成本低的特点，而且本实用新型全面考虑了光学系统的像差、平衡温漂及日夜共焦等问题，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，日夜成像共焦，保证了镜头在夜间拍摄清晰，在恶劣的环境，如高温 80℃和低温-40℃实拍画面都清晰，设计上高低温离焦量小于3um，实现了像质在不同条件下的一致性。
102.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。
103.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。