大光圈镜头的制作方法

1.本发明涉及光学镜头领域，具体设计一种大光圈镜头。


背景技术：

2.随着视频监控向高清方向发展，对安防监控镜头的要求越来越高。安防监控系统作为视频监控的一个重要发展领域正在被越来越广泛地应用于各个场所。然而目前市面上监控镜头难以兼具大光圈、大像面，尤其是在亮度较低的夜晚，镜头难以获得清晰的成像效果。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明旨在提出一种大光圈镜头，通过合理的分配各透镜的光焦度及形状，可以获得更大的光圈范围，可以有效提高成像清晰度，尤其是在亮度较低的夜晚也可以获得较好的成像效果。
4.本发明实施例提供一种大光圈镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括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、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜，所述第三透镜为凸凹透镜，所述第七透镜为凹凹透镜，光阑设置在所述第二透镜和所述第三透镜之间；所述第一透镜的物侧面至所述第七透镜的像侧面之间的距离tl与所述大光圈镜头的后焦bfl满足如下关系：3.8≤tl/bfl≤4.2。
5.优选地，所述第一透镜为凸凹透镜，所述第四透镜为凸凹透镜，所述第二透镜为凹凸透镜，所述第五透镜为凸凸透镜，所述第六透镜为凸凸透镜。
6.优选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为非球面透镜，所述第四透镜和所述第五透镜为球面透镜。
7.优选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为塑胶透镜，所述第四透镜和所述第五透镜为玻璃透镜。
8.优选地，所述第一透镜的焦距f1与所述第二透镜的焦距f2满足如下关系：-0.7≤f1/f2≤-0.2。
9.优选地，所述第三透镜的焦距f3与所述大光圈镜头的有效焦距f满足如下关系：10≤f3/f≤33。
10.优选地，所述第四透镜和所述第五透镜的组成焦距f45与所述大光圈镜头的有效焦距f满足如下关系：1.6≤|f45/f|≤2.5。
11.优选地，所述第六透镜的焦距f6与所述大光圈镜头的有效焦距f满足如下关系：1.4≤f6/f≤1.6；所述第七透镜的焦距f7与所述大光圈镜头的有效焦距f满足如下关系：-3.0≤f7/f≤-2.0。
12.优选地，所述第四透镜的阿贝数vd4满足如下关系：18≤vd4≤30；所述第四透镜的折射率nd4满足如下关系：1.82≤nd4≤1.95；所述第五透镜的阿贝数vd5满足如下关系：45
≤vd5≤60；所述第五透镜的折射率nd5满足如下关系：1.72≤nd5≤1.80。
13.优选地，所述大光圈镜头的有效焦距f与所述大光圈镜头的最大像高ih满足如下关系：0.8≤f/ih≤1.0。
14.优选地，所述光阑为可变光阑，可实现光圈在2.0-1.0之间可变。
15.根据本发明的一个方面，通过合理的透镜配置及分布，可实现fno1.0大光圈，同时解像力达到5m，在大光圈下保证高分辨率。
16.根据本发明的一个方面，光学系统采用2g5p的玻塑混合架构，降低了生产成本。
17.根据本发明的一个方面，光学系统有足够的空间可实现光圈在2.0-1.0之间可变。
18.根据本发明的一个方面，镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大，在高低温环境下容易焦点漂移的问题。
19.根据本发明的一个方面，通过合理的配置透镜的正负光焦度和凹凸形状，可以有效校正镜头的像差。
20.根据本发明的一个方面，通过光学系统整体合理的透镜布置，镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例一的大光圈镜头的光学结构示意图；
23.图2为本发明实施例一的ray fan图；
24.图3为本发明实施例二的大光圈镜头的光学结构示意图；
25.图4为本发明实施例二的ray fan图；
26.图5为本发明实施例三的大光圈镜头的光学结构示意图；
27.图6为本发明实施例三的ray fan图。
28.附图标记说明：
29.第一透镜-l1，第二透镜-l2，第三透镜-l3，第四透镜-l4，第五透镜-l5，第六透镜-l6，第七透镜-l7，光阑-stop，像面ima，平板cg。
具体实施方式
30.此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。
31.此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。
32.如图1所示，是本发明实施例的大光圈镜头的光学结构示意图。所述大光圈镜头沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括具有负光焦度的第一透镜l1、具有正光焦度的第二透镜l2、具有正光焦度的第三透镜l3、具有负光焦度的第四透镜l4、具有正光焦度的第五透镜l5、具有正光焦度的第六透镜l6和具有负光焦度的第七透镜l7。其中，第三透镜l3为凸凹透镜，第七透镜l7为凹凹透镜，第二透镜l2和第三透镜l3之间具有光阑stop。第一透镜l1的物侧面至第七透镜l7的像侧面之间的距离(即透镜组的长度)tl与大光圈镜头的后焦bfl满足如下关系：3.8≤tl/bfl≤4.2。
33.本实施例通过合理的分配各透镜的光焦度及形状，可以获得更大的光圈范围，可以有效提高成像清晰度，尤其是在亮度较低的夜晚也可以获得较好的成像效果，且合理控制透镜组的长度与后焦的比值，使得镜头结构更加紧凑，后焦足够长，有利于光学镜头的组装。
34.如图1所示，在本实施例中，第一透镜l1是凸凹型的塑胶非球面透镜，第二透镜l2是凹凸型的塑胶非球面透镜、第三透镜l3是凸凹型的塑胶非球面透镜，第四透镜l4是凸凹型的玻璃球面透镜，第五透镜l5是凸凸型的玻璃球面透镜，第六透镜l6是凸凸型的塑胶非球面透镜，第七透镜l7是凹凹型的塑胶非球面透镜。由此，通过非球面透镜的设置可以消除镜头在成像时出现的色差，提高光学系统的解像质量，以及通过塑胶透镜的设置可以减少生产成本，并实现-40℃～80℃温度范围内不虚焦。
35.如图1所示，在本实施例中，光阑stop位于第二透镜l2和第三透镜l3之间。通过在上述位置设置光阑stop，有利于限制光束，降低镜头的组立敏感度。
36.如图1所示，在本实施例中，第一透镜l1的焦距f1与第二透镜l2的焦距f2满足如下关系：-0.7≤f1/f2≤-0.2。控制第一透镜l1和第二透镜l2之间的光线走势，减小由于经第一透镜l1进入的光线引起的像差，有利于镜头矫正色差。
37.如图1所示，在本实施例中，第三透镜l3的焦距f3与大光圈镜头的有效焦距f满足如下关系：10≤f3/f≤33。有利于使光线在第三透镜l3处平稳过渡，有利于提高镜头的解像质量。
38.如图1所示，在本实施例中，第四透镜l4和第五透镜l5的组成焦距f45与大光圈镜头的有效焦距f满足如下关系：1.6≤|f45/f|≤2.5。通过上述设置可以最大限度地减少色差或消除色差，改善成像质量，减少光能量的反射损失，从而实现高解像，提升镜头成像的清晰度。
39.如图1所示，在本实施例中，第六透镜l6的焦距f6与大光圈镜头的有效焦距f满足如下关系：1.4≤f6/f≤1.6。第七透镜l7的焦距f7与大光圈镜头的有效焦距f满足如下关系：-3.0≤f7/f≤-2.0。通过合理设置第六透镜l6和第七透镜l7的焦距范围，有利于降低公差敏感度。
40.如图1所示，在本实施例中，第四透镜l4的阿贝数vd4和折射率nd4满足如下关系：18≤vd4≤30，1.82≤nd4≤1.95。第五透镜l5的阿贝数vd5和折射率nd5满足如下关系：45≤vd5≤60，1.72≤nd5≤1.80。通过设置玻璃材质的第四透镜l4和第五透镜l5并结合上述参数的设置，可避免因使用环境中高、低温温度变化造成的镜头成像模糊，影响镜头的正常使用。
41.如图1所示，在本实施例中，大光圈镜头的有效焦距f与大光圈镜头的最大像高ih
满足如下关系：0.8≤f/ih≤1.0。通过上述设置，有利于降低镜头的光学畸变。
42.如图1所示，在本实施例中，所述大光圈镜头的最大视场角fov与所述大光圈镜头的最大像高ih满足如下关系：10≤fov/ih≤12。通过上述设置，使镜头在具有一定的像高时，可以具有较大的放大倍率。
43.如图1所示，在本实施例中，光阑stop是可变光阑，可实现光圈在2.0-1.0之间可变，有利于对进入镜头的光线进行有效的收束，增加通光量，实现小fno。
44.综上，本发明实施例的大光圈镜头具有以下有益效果：
45.本发明实施例的镜头采用2g5p的玻塑混合架构，降低了生产成本；
46.本发明实施例的镜头可实现fno1.0大光圈，同时解像力达到5m lens要求，在大光圈下保证高分辨率；
47.本发明实施例的镜头有足够的空间可实现光圈在2.0-1.0之间可变；
48.本发明实施例的镜头能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大，容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难；
49.本发明实施例的镜头通过优化配置各个透镜的正负光焦度以及凸凹形状，使像差得到有效的校正；
50.本发明实施例的镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
51.下面以三个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的大光圈镜头。在下面的各个实施例中，本发明将光阑stop记为一面，将像面ima记为一面。
52.具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示：
53.条件式实施例一实施例二实施例三-0.7≤f1/f2≤-0.2-0.34-0.38-0.6810≤f3/f≤3311.3910.7332.31.6≤|f45/f|≤2.51.861.682.171.4≤f6/f≤1.61.551.481.49-3.0≤f7/f≤-2.0-2.52-2.16-2.873.8≤tl/bfl≤4.24.014.034.070.8≤f/ih≤1.00.890.960.8210≤fov/ih≤1211.7210.1511.11
54.表1在本发明的实施例中，该大光圈镜头的非球面透镜满足下列公式：
55.在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为y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。
56.实施例一
57.如图1和图2所示，在实施例一中，大光圈镜头的像高ih＝6.4mm，光圈系数fno＝1.0，大光圈镜头的各面的曲率半径r、厚度d、折射率nd以及阿贝数vd参见下表(表2)：
58.面序号表面类型曲率半径r厚度d折射率nd阿贝数vds1非球面3.7381.651.5456.0s2非球面2.2384.16
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s3非球面-3.6951.791.5456.0s4非球面3.8020.05
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s5(stop)非球面5.1601.551.6423.5s6非球面5.1852.16
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s7球面12.3071.1651.8421.2s8球面4.9302.921.7548.2s9球面-15.5870.06
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s10非球面8.1891.661.5456.0s11非球面-10.7560.07
ꢀꢀ
s12非球面34.2730.971.6423.5s13非球面7.2383.54
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s14球面infinity0.801.5264.2s15球面infinity0.20
ꢀꢀ
s16(ima)球面infinity
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59.表2
60.表2中，面序号指的是，大光圈镜头由物侧至像侧各透镜的面，例如，面序号s1、s2代表第一透镜l1的两面，面序号s3、s4代表第二透镜l2的两面，以此类推；stop为光阑，ima为像面ima。
61.在实施例一中，大光圈镜头的k值与非球面系数参见下表(表3)：
62.面序号k值a4a6a8a10a12a14a16s1-0.64-1.817e-003-1.459e-0047.735e-007-2.415e-0074.688e-008-2.135e-0093.103e-011s2-0.91-6.526e-004-4.301e-0041.255e-005-3.524e-0067.319e-007-5.189e-0081.298e-009s30.361.427e-002-1.643e-0032.476e-004-2.985e-0052.764e-006-1.567e-0074.267e-009s4-0.769.282e-003-1.038e-0031.1806e-004-1.055e-0056.598e-007-2.381e-0083.486e-010s6-4.19-2.343e-0037.421e-0051.196e-007-1.113e-0073.214e-009-1.040e-010-4.295e-012s7-1.48-2.137e-003-1.389e-0055.528e-006-3.235e-0076.130e-009-3.389e-011-2.196e-012s11-1.062.448e-003-1.320e-0042.866e-0061.019e-006-8.162e-0085.222e-0106.627e-011s12-6.30-8.203e-0044.404e-004-2.987e-0051.487e-006-1.086e-0076.403e-009-1.160e-010s134.78-4.111e-0031.211e-0048.512e-005-1.692e-0051.405e-006-5.465e-0088.236e-010s140.23-9.125e-0037.516e-004-3.305e-005-3.844e-0067.045e-007-4.240e-0089.375e-010
63.表3
64.结合图1-2以及上述表1-3所示，本实施例的大光圈镜头可实现fno1.0大光圈，同时解像力达到5mlens(500万像素)要求，在大光圈下保证高分辨率。并且，镜头能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大、容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难。
65.实施例二
66.如图3和图4所示，在实施例二中，大光圈镜头的像高ih＝6.6mm，光圈系数fno＝1.1，大光圈镜头的各面的曲率半径r、厚度d、折射率nd以及阿贝数vd参见下表(表4)：
67.面序号表面类型曲率半径r厚度d折射率nd阿贝数vds1非球面3.7461.631.5456.2s2非球面2.3283.80
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s3非球面-3.6971.691.5456.2s4非球面-3.7690.03
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s5(stop)非球面5.2161.611.6423.5s6非球面5.1892.10
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s7球面12.3311.151.8424.6s8球面4.8683.361.7553.3s9球面-15.620.06
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s10非球面8.7021.731.5456.2s11非球面-11.650.08
ꢀꢀ
s12非球面34.8851.101.6423.5s13非球面7.073.55
ꢀꢀ
s14球面infinity0.801.5264.2s15球面infinity0.20
ꢀꢀ
s16(ima)球面
ꢀꢀꢀꢀ
68.表4
69.表4中，面序号指的是，大光圈镜头由物侧至像侧各透镜的面，例如，面序号s1、s2代表第一透镜l1的两面，面序号s3、s4代表第二透镜l2的两面，以此类推；stop为光阑，ima为像面ima。
70.在实施例二中，大光圈镜头的k值与非球面系数参见下表(表5)：
71.面序号k值a4a6a8a10a12a14a16s1-0.63-1.72e-003-1.479e-0047.242e-007-2.41e-0074.704e-008-2.128e-0093.112e-011s2-0.91-7.240e-004-4.199e-0041.264e-005-3.568e-0067.142e-007-5.130e-0081.355e-009s30.371.429e-002-1.649e-0032.471e-004-2.987e-0052.768e-006-1.564e-0074.282e-009s4-0.769.302e-003-1.037e-0031.180e-004-1.054e-0056.611e-007-2.355e-0083.360e-010s5-4.23-2.336e-0037.548e-0051.361e-007-1.098e-0073.179e-009-1.097e-010-4.576e-012s6-1.44-2.110e-003-1.408e-0055.498e-006-3.217e-0076.176e-009-3.280e-011-2.311e-012s10-1.142.423e-003-1.241e-0042.871e-0069.952e-007-8.222e-0086.805e-0101.007e-010s11-7.42-7.755e-0044.363e-004-2.972e-0051.496e-006-1.075e-0076.351e-009-1.178e-010s124.77-4.141e-0031.201e-0048.498e-005-1.695e-0051.404e-006-5.495e-0087.662e-010s130.21-9.034e-0037.492e-004-3.306e-005-3.889e-0066.986e-007-4.251e-0089.448e-010
72.表5
73.结合图3-4以及上述表1、4-5所示，本实施例的大光圈镜头可实现fno1.1大光圈，同时解像力达到5mlens(500万像素)要求，在大光圈下保证高分辨率。并且，镜头能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大、容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难。
74.实施例三
75.如图5和图6所示，在实施例三中，大光圈镜头的像高ih＝7.2mm，光圈系数fno＝1.15，大光圈镜头的各面的曲率半径r、厚度d、折射率nd以及阿贝数vd参见下表(表6)：
[0076][0077][0078]
表6
[0079]
表6中，面序号指的是，大光圈镜头由物侧至像侧各透镜的面，例如，面序号s1、s2代表第一透镜l1的两面，面序号s3、s4代表第二透镜l2的两面，以此类推；stop为光阑，ima为像面ima。
[0080]
在实施例三中，大光圈镜头的k值与非球面系数参见下表(表7)：
[0081]
面序号k值a4a6a8a10a12a14a16s1-0.65-1.019e-003-1.317e-0047.644e-008-3.026e-0074.743e-008-1.966e-0092.699e-011s2-0.82-3.689e-004-4.632e-0049.528e-006-2.843e-0066.428e-007-4.640e-0081.410e-009s30.689.881e-003-1.364e-0032.523e-004-3.036e-0052.765e-006-1.502e-0074.129e-009s4-0.557.720e-003-9.325e-0041.251e-004-1.089e-0056.39e-007-2.218e-0083.255e-010s5-4.82-2.096e-0036.651e-005-5.731e-007-8.920e-008-1.597e-009-7.104e-0103.731e-011s6-10.40-2.492e-003-1.096e-0065.721e-006-3.787e-0079.494e-010-9.991e-0111.966e-011s10-1.122.745e-003-1.068e-0042.451e-0069.426e-007-8.556e-0088.536e-0101.322e-010s11-3.44-1.536e-0033.888e-004-3.386e-0051.327e-006-1.087e-0076.971e-009-5.342e-011s12-6.70-4.664e-0037.059e-0058.200e-005-1.707e-0051.393e-006-5.448e-0089.443e-010s130.40-9.201e-0037.987e-004-3.223e-005-4.047e-0066.922e-007-4.209e-0081.0585e-009
[0082]
表7
[0083]
结合图5-6以及上述表1、6-7所示，本实施例的大光圈镜头可实现fno1.15大光圈，同时解像力达到5mlens(500万像素)要求，在大光圈下保证高分辨率。并且，镜头能够实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，克服了塑胶非球面透镜由于膨胀系数大、容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难。
[0084]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。