一种6mm大光圈无热化玻塑混合镜头的制作方法

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6mm大光圈无热化玻塑混合镜头。


背景技术：

2.随着社会的不断进步，镜头在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、无人机航拍等方面起到越来越重要的作用，这些都推动了镜头制造领域的发展。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，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6mm大光圈无热化玻塑混合镜头。


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6mm大光圈无热化玻塑混合镜头，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：
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），为具有正光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
8.第三透镜（3），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；
9.第四透镜（4），为具有负光焦度的非球面塑料透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
10.第五透镜（5），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；本实用新型共使用五个镜片，结构紧凑，保证了系统的小体积；
11.孔径光阑（9），位于第二透镜（2）和第三透镜（3）之间；
12.滤光片（6），滤光片（6）由h-k9l制成；
13.图像采集元件（8）；
14.保护玻璃（7），集成在图像采集元件（8）上；
15.镜头各个镜片焦距与系统的总焦距的比值满足以下条件：
16.1.83≤|f1/f|≤3.47；
17.2.08≤|f2/f|≤7.52；
18.1.35≤|f3/f|≤1.50；
19.0.72≤|f4/f|≤0.97；
20.0.86≤|f5/f|≤1.01；
21.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，以此类推。
22.在一个光学系统中，各个镜片的焦距分配很是重要，这决定了光学系统的整体性能，本实用新型将第三透镜（3）的焦距f3与光学系统的焦距f的比值控制在1.35至1.50之间，可保证系统的高低温性能得到最优化的表现。
23.优选的，镜头的第一透镜（1）、第二透镜（2）、第四透镜（4）和第五透镜（5）是非球面透镜，第三透镜（3）是玻璃透镜，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，所以第一透镜至第五透镜的焦距、折射率及曲率半径分别满足以下条件：
24.f1-21.34~-10.77nd11.50~1.55r11 2.67~ 3.41r12 1.78~ 1.93f2 12.56~ 45.00nd21.60~1.66r21-4.63~-4.38r22-4.67~-3.53f3 8.11~ 8.97nd31.49~1.60r31 10.81~ 13.60r32-9.21~-7.61f4-5.78~-4.26nd41.60~1.66r41 53.04~ 12.70e 5r42 2.74~ 3.43f5 5.15~ 6.19nd51.50~1.55r51 4.37~ 4.85r52-8.21~-6.42
25.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，“f5”为第五透镜（5）的焦距，“nd5”为第五透镜（5）的折射率，“r51、r52”为第五透镜（5）的前后表面曲率半径，
“‑”
号表示方向为负，以此类推。
26.优选的，ic/ttl≥0.29；
27.3.42≤ttl/f≤3.80；
28.0.31≤obfl/ttl≤0.35；
29.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，即第五透镜（5）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；镜头系统的光学后截距obfl与总长为ttl的比值在0.31-0.35之间，可见镜头拥有大的后截距。
30.优选的，f#为光学镜头的光圈，满足1.40≤f#≤1.65，f为光学镜头的焦距，满足5.85≤f≤6.15，可见，镜头焦距比较大，那么通光孔径就比较大，可保证系统的相对照度大，拍摄时画面无暗角，ttl为镜头光学系统的总长，满足ttl≤22.5mm，系统的总长小，保证了小的体积。
31.优选的，所述第一透镜（1）、第二透镜（2）、第四透镜（4）和第五透镜（5）的非球面都可用以下偶次非球面的方程式进行限定：
32.z=
33.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。
34.优选的，所述第一透镜（1）、第二透镜（2）其中心轴上最小间隔≥3.47mm。
35.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型6mm大光圈无热化玻塑混合镜头，该6mm大光圈无热化玻塑混合镜头，采用1片球面玻璃和4片非球面塑料混合组合，光学镜头的总焦距f满足5.85≤f≤6.15，光圈f#满足1.40≤f#≤1.65在大光圈大焦距下，通光孔径就比较大，可保证系统的相对照度高，拍摄时画面无暗角，同时系统像差得到很好校正，光学表现性能好，制造性上，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，可实现小体积、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。
36.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
37.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。
38.图1为本实用新型实施例一的光学结构示意图；
39.图2为本实用新型实施例一的光路结构示意图；
40.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；
41.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；
42.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；
43.图6为本实用新型实施例一可见光0.546um的场曲图；
44.图7为本实用新型实施例一可见光0.546um畸变图；
45.图8为本实用新型实施例一可见光0.546um的相对照度图；
46.图9为本实用新型实施例二的光学结构示意图；
47.图10为本实用新型实施例二的光路结构示意图；
48.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；
49.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；
50.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；
51.图14为本实用新型实施例二可见光0.546um的场曲图；
52.图15为本实用新型实施例二可见光0.546um畸变图；
53.图16为本实用新型实施例二可见光0.546um的相对照度图；
54.图中：第一透镜1；第二透镜2；第三透镜3；第四透镜4；第五透镜5；滤光片6；保护玻璃7；图像采集元件8；孔径光阑9。
具体实施方式
55.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。
56.请参阅图1～16，本实用新型实施例中，一种6mm大光圈无热化玻塑混合镜头，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；
57.参照图1所示，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包含：
58.具有负光焦度的第一非球面塑料透镜（1），其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
59.具有正光焦度的第二非球面塑料透镜（2），其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
60.具有正光焦度的第三球面玻璃透镜（3），其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
61.具有负光焦度的第四非球面塑料透镜（4），其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
62.具有正光焦度的第五非球面塑料透镜（5），其物侧面为凸面，像侧面为凸面；第二透镜（2）和第三透镜（3）之间是孔径光阑（9）。
63.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，以校正系统的像差，最终让光学系统的表现的性能最优化。
64.参照图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，第五透镜（5）的焦距为f5，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：
65.1.83≤|f1/f|≤3.47；
66.2.08≤|f2/f|≤7.52；
67.1.35≤|f3/f|≤1.50；
68.0.72≤|f4/f|≤0.97；
69.0.86≤|f5/f|≤1.01；
70.本实用新型实施例的其视场角度》67.2
°
，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）、第三透镜（3）和第五透镜（5）的阿贝数大于55.7，所述第二透镜（2）和第四透镜（4）的阿贝数小于24，这样的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.f1-21.34~-10.77nd11.50~1.55r11 2.67~ 3.41r12 1.78~ 1.93f2 12.56~ 45.00nd21.60~1.66r21-4.63~-4.38r22-4.67~-3.53f3 8.11~ 8.97nd31.49~1.60r31 10.81~ 13.60r32-9.21~-7.61f4-5.78~-4.26nd41.60~1.66r41 53.04~ 12.70e 5r42 2.74~ 3.43f5 5.15~ 6.19nd51.50~1.55r51 4.37~ 4.85r52-8.21~-6.42
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，“f5”为第五透镜（5）的焦距，“nd5”为第五透镜（5）的折射率，“r51、r52”为第五透镜（5）
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，即第五透镜像侧面离像面最近的一点到像面的距离，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；
75.3.42≤ttl/f≤3.80；
76.0.31≤obfl/ttl≤0.35；
77.本实用新型实施例的光圈为f#，满足1.40≤f#≤1.65，光学系统的焦距为f，满足5.85≤f≤6.15，镜头系统的光学总长为ttl，满足ttl≤22.5mm。
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≥3.47mm；所述第三透镜（3）、第四透镜（4）和第五透镜（5）比较靠近。
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，第三透镜（3）是玻璃球面，第一透镜（1）、第二透镜（2）、第四透镜（4）和第五透镜（5）是塑料非球面，系统的总焦距为6.0mm，光圈值为1.6。
80.下列表一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）。
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vdk13.131.201.5355.7-0.9521.894.06
ꢀꢀ‑
0.743-4.502.341.6422.50.624-4.24-0.88
ꢀꢀ‑
2.565（光阑）infinity2.12
ꢀꢀꢀ
611.572.431.5968.3 7-8.820.10
ꢀꢀꢀ
872.270.901.6323.911.3893.300.17
ꢀꢀ‑
4.56104.752.231.5355.70.5611-6.870.50
ꢀꢀ‑
7.5012infinity0.611.5164.2 13infinity6.46
ꢀꢀꢀ
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）、第二透镜（2）、第四透镜（4）和第五透镜（5）
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abcdefg1-1.87e-03-2.30e-04-5.15e-061.14e-06-2.52e-09-3.54e-091.08e-102-3.78e-03-6.86e-04-4.48e-05-9.88e-082.11e-06-3.27e-071.30e-0831.19e-037.92e-05-4.66e-051.89e-061.22e-06-2.90e-071.57e-084-2.25e-038.43e-06-1.66e-07-6.87e-07-1.31e-081.16e-08-7.85e-108-6.40e-036.88e-04-6.79e-055.12e-06-3.35e-071.70e-08-4.32e-1091.94e-03-5.14e-044.68e-051.43e-06-1.79e-07-6.26e-084.58e-0910-3.60e-032.78e-04-1.14e-042.24e-05-1.54e-06-1.68e-083.94e-0911-2.08e-032.63e-04-7.00e-06-2.27e-078.87e-083.14e-08-2.11e-09
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，第三透镜（3）是玻璃球面，第一透镜（1）、第二透镜（2）、第四透镜（4）和第五透镜（5）是塑料非球面，系统的总焦距为6.0mm，光圈值为1.6。
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vdk13.091.411.5355.7-0.7921.894.97
ꢀꢀ‑
0.723-4.582.381.6422.50.644-4.06-0.92
ꢀꢀ‑
2.835（光阑）infinity1.75
ꢀꢀꢀ
611.472.301.5968.3 7-8.520.10
ꢀꢀꢀ
8217.240.701.6323.92.4593.090.13
ꢀꢀ‑
4.16104.472.351.5355.70.4411-6.893.97
ꢀꢀ‑
6.6512infinity0.611.5164.2 13infinity2.60
ꢀꢀꢀ
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）、第二透镜（2）、第四透镜（4）和第五透镜（5）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， 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abcdefg1-9.88e-04-1.90e-04-6.90e-065.04e-072.76e-08-2.54e-094.95e-112-1.71e-03-7.99e-04-2.08e-051.34e-061.69e-07-1.55e-08-1.22e-0931.58e-032.39e-06-3.80e-057.39e-067.49e-07-5.91e-076.23e-084-2.13e-03-5.75e-06-5.59e-07-6.38e-07-8.74e-097.17e-09-3.46e-108-7.02e-036.61e-04-7.35e-054.99e-06-2.96e-071.97e-08-5.79e-1091.68e-03-6.01e-043.54e-056.85e-07-1.06e-07-3.55e-082.62e-0910-3.16e-032.25e-04-1.18e-042.27e-05-1.47e-064.43e-102.39e-0911-1.88e-032.97e-045.14e-07-9.62e-083.19e-072.98e-08-2.20e-09
101.参考图3-5、图11-13所示，本实用新型在高温 80℃和低温-40℃的离焦量均小于4um，这样小的离焦量保证了镜头在高温 80℃和低温-40℃都可以拍摄高清画面，参考图8和图16所示，本实用新型在最大视场处的相对照度都大于50%，进光量充足，保证了镜头即使在环境较昏暗下使用，实拍画面也不会有暗角。
102.综上所述：该6mm大光圈无热化玻塑混合镜头，采用1片球面玻璃和4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，其加工成本也相对市面上的低，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，在高温 80℃和低温-40℃实拍画面清晰。
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。