玻塑混合定焦光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及光学元件、系统或仪器技术领域，尤其涉及一种玻塑混合定焦光学系统。


背景技术：

2.安防监控镜头能够做到全天候多方位进行监控，大量节省人力物力。传统的定焦镜头采用全玻璃设计的较多，不仅不利于小型化，而且还带来了成本的上升。在科学技术高速发展的当今社会，对于定焦监控镜头的要求趋于成像更高清、小型化、低照度条件下成像保持清晰。市场上大多数玻塑混合定焦镜头，虽然成本大幅降低，却难以在低成本的条件下同时兼顾大光圈、高低温不虚焦、日夜共焦等优异属性。
3.基于上述问题，需要提出一种兼顾低成本、小型化、高低温状态下不虚焦、大光圈和日夜共焦的成像镜头，提高其成像性能。


技术实现要素：

4.为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种玻塑混合定焦光学系统，兼顾低成本、小型化、高低温状态下不虚焦、日夜共焦、大光圈(fno1.7)、无热化、8mp图像输出要求的高质量成像性能。
5.为实现上述发明目的，本实用新型提供一种玻塑混合定焦光学系统，包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜，所述第四透镜像侧面到所述第五透镜物侧面的距离d45与所述第三透镜像侧面到所述第四透镜物侧面的距离d34之间满足关系式：0.85≤d45/(d34 d45)≤0.92。
6.根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为塑胶非球面透镜；
7.所述第三透镜为玻璃球面透镜。
8.根据本实用新型的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，
9.所述第一透镜为凸凹透镜；
10.所述第二透镜为凹凸透镜；
11.所述第三透镜和所述第五透镜均为凸凸透镜；
12.所述第四透镜在近轴区处的形状为凹凹型或凸凹型。
13.根据本实用新型的一个方面，所述光学系统还包括光阑，所述光阑位于所述第一透镜和所述第二透镜之间。
14.根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜的焦距f1与所述光阑朝向像面一侧的透镜组的焦距fii之间满足关系式：-6.53≤f1/fii≤-3.8。
15.根据本实用新型的一个方面，所述第五透镜像侧面的中心距所述光阑面的距离d2与所述光学系统的光学总长ttl之间满足关系式：0.54≤d2/ttl≤0.58。
16.根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜物侧面最大光学有效径的矢高sag11与所述第一透镜物侧面的曲率半径r1之间满足关系式：1.68≤r1/sag11≤1.96。
17.根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜像侧面最大光学有效径的矢高sag12与所述第一透镜像侧面的曲率半径r2之间满足关系式：1.36≤r2/sag12≤1.73。
18.根据本实用新型的一个方面，所述第二透镜物侧面的曲率半径r3与所述第一透镜像侧面的曲率半径r2之间满足关系式：-1.85≤r3/r2≤-1.8。
19.根据本实用新型的一个方面，所述光学系统的有效焦距f与所述光学系统的光学后焦bfl之间满足关系式：1.18≤f/bfl≤1.28。
20.根据本实用新型的一个方面，所述第三透镜的焦距f3与所述光学系统的有效焦距f之间满足关系式：1.07≤f3/f≤1.22。
21.根据本实用新型的一个方面，所述第五透镜的焦距f5与所述光学系统的有效焦距f之间满足关系式：0.80≤f5/f≤0.90。
22.根据本实用新型的一个方面，所述光学系统至少包含一枚低色散材料的透镜，且所述透镜的阿贝数vd≥65。
23.根据本实用新型的方案，该光学系统共采用五枚透镜，通过合理设置各个透镜的凹凸性以及材质、光焦度分配，有利于提高光线的传递性，可以很好地校正光学系统的各类像差，还使其实现了低成本、小型化(含保护平板玻璃的光学系统总长ttl≤22.45mm)、结构简单、高低温下不虚焦、日夜共焦、大光圈(fno1.7)、无热化性能的兼顾，8mp图像输出要求，且整体照度均匀，亮度高。同时，本实用新型的光学系统像面高度可达φ7.0mm，且cra≤12
°
，可适配多款传感器(sensor)。
24.根据本实用新型的一个方案，通过合理搭配球面透镜和非球面透镜，其中塑胶非球面透镜多达四枚，充分利用非球面透镜强大的校正像差能力，极大消除了透镜折射率随温度变化带来的后焦漂移，使得该玻塑混合定焦光学系统在高低温下仍具有良好的分辨率，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，日夜共焦。
25.根据本实用新型的一个方案，通过对光学系统的有效焦距与光学后焦进行设置，还可实现结构组装工艺的多样性，单部品及组装公差较好、有良好的制造性，进而提高产品的竞争力。
26.根据本实用新型的一个方案，通过设置第一透镜中物侧面、像侧面曲率半径与矢高的关系，可以控制第一透镜的相对孔径大小，在保证透镜加工性的同时还可以降低光线进入光学系统的入射高度，有利于校正畸变以及轴外像差。此外，搭配第一透镜的像侧面和第二透镜的物侧面曲率半径之间的关系有利于提高光线的汇聚效果，使光学系统的前端结构更加紧凑。
27.根据本实用新型的一个方案，通过设置低色散材料的透镜，可进一步矫正光学系统的色差，平衡蓝光以及近红外光的高质量成像，可以保证在红外离焦较小的情况下紫边风险较低。
附图说明
28.图1示意性表示本实用新型实施例一的玻塑混合定焦光学系统的结构示意图；
29.图2示意性表示本实用新型实施例二的玻塑混合定焦光学系统的结构示意图；
30.图3示意性表示本实用新型实施例三的玻塑混合定焦光学系统的结构示意图。
具体实施方式
31.为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
32.在针对本实用新型的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
33.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
34.参见图1，本实用新型的玻塑混合定焦光学系统包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的光焦度为负的第一透镜l1、光焦度为正的第二透镜l2、光焦度为正的第三透镜l3、光焦度为负的第四透镜l4和光焦度为正的第五透镜l5。该光学系统还包括位于第一透镜l1和第二透镜l2之间的光阑sto。该光学系统的有效焦距f与其光学后焦bfl之间满足关系式：1.18≤f/bfl≤1.28。其中，第一透镜l1、第二透镜l2、第四透镜l4和第五透镜l5均为塑胶非球面透镜，第三透镜l3为玻璃球面透镜。第一透镜l1的物侧面的形状为凸，像侧面的形状为凹。第二透镜l2的物侧面的形状为凹，像侧面的形状为凸。第三透镜l3和第五透镜l5的物侧面和像侧面的形状均为凸。第四透镜l4的物侧面在近轴区处的形状为凹或凸，像侧面在近轴区处的形状为凹。该玻塑混合定焦光学系统共采用五枚透镜，通过合理搭配球面透镜和非球面透镜，其中塑胶非球面透镜多达四枚，充分利用非球面透镜强大的校正像差能力，极大消除了透镜折射率随温度变化带来的后焦漂移，使得该玻塑混合定焦光学系统在高低温下仍具有良好的分辨率，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，日夜共焦。上述光学系统通过合理设置各个透镜的凹凸性以及材质、光焦度分配，有利于提高光线的传递性，可以很好地校正光学系统的各类像差，还使其实现了低成本、小型化、结构简单、高低温下不虚焦、日夜共焦、大光圈(fno1.7)、无热化性能的兼顾，8mp图像输出要求，且整体照度均匀，亮度高，提高性能的同时大大降低了成本和体积。同时，本实用新型的光学系统像面高度可达φ7.0mm，且cra≤12
°
，可适配多款传感器(sensor)。通过对光学系统的有效焦距与光学后焦进行设置，还可实现结构组装工艺的多样性，单部品及组装公差较好、有良好的制造性，进而提高产品的竞争力。
35.在本实用新型中，第一透镜l1的焦距f1与光阑sto朝向像面ima一侧的透镜组的焦距fii之间满足关系式：-6.53≤f1/fii≤-3.8。如此的光焦度的合理搭配，使该玻塑混合定焦光学系统具有大光圈、高分辨率的优越性能。
36.在本实用新型中，第一透镜l1物侧面最大光学有效径的矢高sag11与第一透镜l1物侧面的曲率半径r1之间满足关系式：1.68≤r1/sag11≤1.96。第一透镜l1像侧面最大光学有效径的矢高sag12与第一透镜l1像侧面的曲率半径r2之间满足关系式：1.36≤r2/
sag12≤1.73。如此设置第一透镜l1中物侧面、像侧面曲率半径与矢高的关系，可以控制第一透镜l1的相对孔径大小，在保证透镜加工性的同时还可以降低光线进入该玻塑混合定焦光学系统的入射高度，有利于校正畸变以及轴外像差。
37.在本实用新型中，第二透镜l2物侧面的曲率半径r3与第一透镜l1像侧面的曲率半径r2之间满足关系式：-1.85≤r3/r2≤-1.8。如此搭配第一透镜l1的像侧面和第二透镜l2的物侧面曲率半径之间的关系有利于提高光线的汇聚效果，使该玻塑混合定焦光学系统的前端结构更加紧凑。
38.在本实用新型中，第四透镜l4像侧面到第五透镜l5物侧面的距离d45与第三透镜l3像侧面到第四透镜l4物侧面的距离d34之间满足关系式：0.85≤d45/(d34 d45)≤0.92。通过合理控制第四透镜l4到第三透镜l3或第五透镜l5的空气间隔，有利于提高传递性，降低空气间隔敏感度，以及透镜公差。
39.在本实用新型中，第五透镜l5靠近像方面(像侧面)上的中心距光阑sto面的距离d2与该光学系统的光学总长ttl之间满足关系式：0.54≤d2/ttl≤0.58。上述位置关系使得该玻塑混合定焦光学系统整体更加紧凑，实现体积的小巧化，使得光学系统在包含保护平板玻璃cg的情况下其总长ttl≤22.45mm。
40.在本实用新型中，第三透镜l3的焦距f3与该光学系统的有效焦距f之间满足关系式：1.07≤f3/f≤1.22。第五透镜l5的焦距f5与该光学系统的有效焦距f之间满足关系式：0.80≤f5/f≤0.90。通过上述透镜光焦度的合理搭配，可以校正该玻塑混合定焦光学系统的色差，提高系统的分辨率。
41.该光学系统至少包含一枚低色散材料的透镜，且该透镜的阿贝数vd≥65。如此设置可进一步矫正该玻塑混合定焦光学系统的色差，平衡蓝光以及近红外光的高质量成像，可以保证在红外离焦较小的情况下紫边风险较低。
42.综上所述，参见图1，本实用新型的玻塑混合定焦光学系统采用5枚透镜、位于第一透镜l1和第二透镜l2之间的光阑sto，还包括一个保护平板玻璃cg，且该5枚透镜从物侧至像侧依次为“负-正-正-负-正”的光学架构，通过合理设置各个透镜的凹凸性以及材质、光焦度分配，有利于提高光线的传递性，可以很好地校正光学系统的各类像差，从而可实现大光圈(fno1.7)、8mp图像输出要求，且整体照度均匀，亮度高。通过巧妙地搭配玻塑混合材料以及正负光焦度，完美地补偿了镜头高低温下的后焦漂移，保证了光学系统在极限温度条件下的清晰成像，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，日夜共焦。其中，塑胶非球面透镜多达4枚，在提升光学系统性能的同时使得成本大大降低，提高了产品竞争力。同时，本实用新型的光学系统像面高度可达φ7.0mm，且cra≤12
°
，可适配多款传感器(sensor)，应用前景广阔，提高了市场竞争力。光学系统总长ttl≤22.45mm(含保护平板玻璃)，体积小，单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
43.下面以3个实施例结合附图和表格来具体说明本实用新型的玻塑混合定焦光学系统。在下列各个实施例中，本实用新型将光阑sto记为一面，将像面ima记为一面。
44.具体符合上述关系式的各个实施例的参数如下表1所示：
45.条件式实施例一实施例二实施例三1.68≤r1/sag11≤1.961.961.91.841.36≤r2/sag12≤1.731.651.671.73-1.85≤r3/r2≤-1.8-1.85-1.83-1.8-6.53≤f1/fii≤-3.8-5-6.53-61.18≤f/bfl≤1.281.251.21.280.85≤d45/(d34 d45)≤0.920.920.890.850.54≤d2/ttl≤0.580.550.540.581.07≤f3/f≤1.221.221.181.100.80≤f5/f≤0.900.870.820.90
46.表1
47.在本实用新型的各个实施例中，该玻塑混合定焦光学系统的塑胶非球面透镜满足以下公式：
[0048][0049]
在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
···
分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶
···
非球面系数。
[0050]
实施例一
[0051]
参见图1，在本实施例中，玻塑混合定焦光学系统各参数如下所述：
[0052]
ttl＝21.56mm，fno＝1.7。
[0053]
本实施例的玻塑混合定焦光学系统的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率和阿贝数，s1至s13表示定焦镜头中各枚透镜、光阑sto和保护平板玻璃cg的每一个表面，如下表2所示。
[0054]
面序号表面类型r值厚度折射率阿贝数s1非球面31.411.5455.98s2非球面2.1511.99
ꢀꢀ
s3(sto)球面infinity1.09
ꢀꢀ
s4非球面-3.9792.471.6423.53s5非球面-3.6760.07
ꢀꢀ
s6球面7.912.791.4495.10s7球面-7.920.07
ꢀꢀ
s8非球面66.1430.81.6423.53s9非球面3.4430.77
ꢀꢀ
s10非球面4.5843.81.5455.71s11非球面-12.7375.3
ꢀꢀ
s12球面infinity0.81.5264.20s13球面infinity0.2
ꢀꢀ
s14(ima)球面infinity
ꢀꢀꢀ
[0055]
表2
[0056]
本实施例的玻塑混合定焦光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括该表面的二次曲面常数k值、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
和十二阶非球面系数a
12
，如下表3所示。
[0057]
面序号ka4a6a8a
10a12
s1-1.3851e 002.979e-003-1.468e-004-4.761e-006-7.264e-007-4.761e-008s2-0.4395e 00-3.759e-003-8.852e-004-1.988e-005-2.466e-0051.109e-006s4-0.3315e 009.974e-004-3.927e-0048.729e-007-7.172e-006-6.821e-008s5-2.9033e 00-2.237e-003-4.316e-005-3.320e-006-5.202e-0074.463e-008s8-2.5984e 02-8.088e-004-1.485e-004-1.964e-005-6.146e-004-5.794e-007s9-5.3858e 00-7.013e-004-1.210e-0042.739e-0061.008e-0061.263e-008s10-6.7666e 00-9.463e-0057.479e-005-2.899e-0061.463e-006-2.361e-007s11-59.187e 01-3.961e-0034.838e-004-3.217e-005-2.165e-0074.125e-007
[0058]
表3
[0059]
参见图1，结合上述表1至表3，本实施例的光学系统实现了低成本、小型化(含保护平板玻璃的光学系统总长ttl＝21.56mm)、结构简单、高低温下仍有良好的分辨率、在-40℃～80℃温度范围内不虚焦、日夜共焦、大光圈(fno1.7)、无热化性能的兼顾，8mp图像输出要求，且整体照度均匀，亮度高。同时，本实用新型的光学系统像面高度可达φ7.0mm，且cra≤12
°
，可适配多款传感器(sensor)。单部品及组装公差较好、有良好的制造性。
[0060]
实施例二
[0061]
参见图2，在本实施例中，玻塑混合定焦光学系统各参数如下所述：
[0062]
ttl＝21.97mm，fno＝1.8。
[0063]
本实施例的玻塑混合定焦光学系统的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率和阿贝数，s1至s13表示定焦镜头中各枚透镜、光阑sto和保护平板玻璃cg的每一个表面，如下表4所示。
[0064]
面序号表面类型r值厚度折射率阿贝数s1非球面3.0211.551.5455.98s2非球面2.152.06
ꢀꢀ
s3(sto)球面infinity1.3
ꢀꢀ
s4非球面-3.9342.191.6620.37s5非球面-3.8250.07
ꢀꢀ
s6球面7.5442.841.4495.1s7球面-7.6440.1
ꢀꢀ
s8非球面40.790.81.6423.53s9非球面3.3110.78
ꢀꢀ
s10非球面4.3823.81.5455.71s11非球面-10.635.49
ꢀꢀ
s12球面infinity0.81.5264.2s13球面infinity0.2
ꢀꢀ
s14(ima)球面infinity
ꢀꢀꢀ
[0065]
表4
[0066]
本实施例的玻塑混合定焦光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括该表面的二次曲面常数k值、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
和十二阶非球面系数a
12
，下表5所示。
[0067][0068][0069]
表5
[0070]
参见图2，结合上述表1、表4至表5，本实施例的光学系统实现了低成本、小型化(含保护平板玻璃的光学系统总长ttl＝21.97mm)、结构简单、高低温下仍有良好的分辨率、在-40℃～80℃温度范围内不虚焦、日夜共焦、大光圈(fno1.8)、无热化性能的兼顾，8mp图像输出要求，且整体照度均匀，亮度高。同时，本实用新型的光学系统像面高度可达φ7.0mm，且cra≤12
°
，可适配多款传感器(sensor)。单部品及组装公差较好、有良好的制造性。
[0071]
实施例三
[0072]
参见图3，本实施例的玻塑混合定焦光学系统各参数如下所述：
[0073]
ttl＝22.45mm，fno＝1.7。
[0074]
本实施例的玻塑混合定焦光学系统的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率和阿贝数，s1至s13表示该光学系统中各枚透镜、光阑sto和保护平板玻璃cg的每一个表面，如下表6所示。
[0075]
[0076][0077]
表6
[0078]
本实施例的玻塑混合定焦光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括该表面的二次曲面常数k值、四阶非球面系数a4、六阶非球面系数a6、八阶非球面系数a8、十阶非球面系数a
10
和十二阶非球面系数a
12
，如下表7所示。
[0079]
面序号ka4a6a8a
10a12
s1-1.3329e 002.841e-003-1.126e-004-1.365e-0051.077e-006-2.210e-007s2-0.3734e 00-5.508e-003-1.306e-0035.657e-005-4.309e-005-1.008e-006s41.2131e 003.745e-003-2.061e-0041.103e-0052.145e-006-6.758e-007s5-2.7264e 00-1.892e-003-6.581e-005-6.728e-0067.253e-007-1.074e-007s8-8.2395e 01-1.822e-003-3.362e-0042.685e-0063.406e-006-4.589e-007s9-5.3332e 00-5.520e-004-4.064e-0042.495e-005-3.084e-007-1.866e-008s10-5.0850e 00-1.941e-0031.894e-004-1.477e-0051.028e-006-8.809e-008s11-53.285e 01-3.962e-0031.753e-0041.796e-005-4.789e-0065.318e-007
[0080]
表7
[0081]
参见图3，结合上述表1、表6至表7，本实施例的光学系统实现了低成本、小型化(含保护平板玻璃的光学系统总长ttl＝22.45mm)、结构简单、高低温下仍有良好的分辨率、在-40℃～80℃温度范围内不虚焦、日夜共焦、大光圈(fno1.7)、无热化性能的兼顾，8mp图像输出要求，且整体照度均匀，亮度高。同时，本实用新型的光学系统像面高度可达φ7.0mm，且cra≤12
°
，可适配多款传感器(sensor)。单部品及组装公差较好、有良好的制造性。
[0082]
以上所述仅为本实用新型的一个实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。