定焦镜头的制作方法

1.本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种定焦镜头。


背景技术：

2.目前安防镜头市场上小体积的定焦镜头，因其成像高清、监控视野广、低照度条件下成像清晰的优点被广泛应用于各个领域。传统安防监控镜头多采用全玻璃或玻塑混合，全玻璃镜头成本高，而传统玻塑混合镜头解像低，体积大，不能满足日益发展的安防监控需求。因此，设计一种大光圈、像素高、体积小、成本低的定焦镜头成为市场发展趋势。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决上述问题，提供大光圈、高像素、小体积、低成本、在-40℃～80℃温度范围内不虚焦兼顾红外的日夜两用的定焦镜头。
4.为实现上述目的，本发明提供一种定焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：光焦度为负的第一透镜、光焦度为正的第二透镜、光阑、光焦度为正的第三透镜、光焦度为负的第四透镜和光焦度为正的第五透镜；
5.所述第一透镜为近轴区凸-凹透镜，所述第二透镜为近轴区凹-凸透镜，所述第三透镜为凸-凸透镜，所述第四透镜为近轴区凹-凹透镜，所述第五透镜为近轴区凸-凸透镜；
6.所述第四透镜和所述第五透镜组成胶合透镜；
7.所述胶合透镜的焦距f45与所述定焦镜头的有效焦距f满足如下关系：
8.4.5≤f45/f≤5.0。
9.根据本发明的一个方面，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为非球面透镜，所述第三透镜为球面透镜。
10.根据本发明的一个方面，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为塑胶透镜。
11.根据本发明的一个方面，所述第三透镜为玻璃透镜，阿贝数vd3满足如下关系：
12.vd3≥65。
13.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的物侧面的曲率半径r1与所述第一透镜的像侧面的曲率半径r2满足如下关系：
14.5.8≤r1/r2≤8.8。
15.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的中心厚度d1、所述第二透镜的中心厚度d2与所述第一透镜的物侧面到所述第二透镜的像侧面的距离d12满足如下关系：
16.0.54≤(d1+d2)/d12≤0.60。
17.根据本发明的一个方面，所述第二透镜的中心厚度d2与所述定焦镜头的光学总长ttl满足如下关系：
18.0.16≤d2/ttl≤0.17。
19.根据本发明的一个方面，所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距f12与所述定
焦镜头的有效焦距f满足如下关系：
[0020]-5.1≤f12/f≤-3.4。
[0021]
根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的有效焦距f与所述第一透镜的焦距f1、所述第三透镜的焦距f3分别满足如下关系：
[0022]-1.8≤f1/f≤-1.5；2.2≤f3/f≤2.5。
[0023]
根据本发明的一个方面，所述第三透镜的物侧面的曲率半径r6、所述第三透镜的像侧面的曲率半径r7与所述第三透镜的中心厚度d3满足如下关系：
[0024]-0.45≤(r6-d3)/r7≤-0.36。
[0025]
根据本发明的一个方面，所述第二透镜的折射率nd2和阿贝数vd2满足如下关系：
[0026]
1.4≤nd2≤1.6；45≤vd2≤95。
[0027]
根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的有效焦距f与所述定焦镜头的光学总长ttl满足如下关系：
[0028]
5.7≤ttl/f≤6.4。
[0029]
根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的有效焦距f与所述定焦镜头的光学后焦bfl满足如下关系：
[0030]
0.62≤f/bfl≤0.71。
[0031]
根据本发明的构思，提供一种大光圈、高像素、小体积、低成本、在-40℃～80℃温度范围内不虚焦兼顾红外的日夜两用定焦镜头，fno数可达到小于或等于1.65，在保证成像质量的情况下进光量足够多，满足明暗环境的成像需求，且最大视场角可以达到104
°
。
[0032]
根据本发明的一个方案，本发明通过合理设置定焦镜头中各个透镜的光焦度及面型，使得定焦镜头的像差得到有效的校正，进一步提升系统性能。
[0033]
根据本发明的一个方案，本发明的定焦镜头通过合理配置定焦镜头的有效焦距与所述定焦镜头的光学后焦的比值关系，其光学总长小于或等于22.5mm(带保护平板玻璃)，保证小体积，使得定焦镜头更加小型化，并合理设置第二透镜的中心厚度，有利于减小像差，提高解像力。另外，定焦镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
[0034]
根据本发明的一个方案，合理配置透镜材质，降低了生产成本，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，可适用于不同环境。
[0035]
根据本发明的一个方案，通过在定焦镜头内配置一枚玻璃透镜，有利于实现可见光与红外光共焦。
附图说明
[0036]
图1是示意性表示根据本发明的实施例一的定焦镜头结构图；
[0037]
图2是示意性表示根据本发明的实施例二的定焦镜头结构图；
[0038]
图3是示意性表示根据本发明的实施例三的定焦镜头结构图；
[0039]
图4是示意性表示根据本发明的实施例四的定焦镜头结构图；
[0040]
图5是示意性表示根据本发明的实施例五的定焦镜头结构图。
具体实施方式
[0041]
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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。
[0042]
在针对本发明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发明和简化描述，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发明的限制。
[0043]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0044]
图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的定焦镜头结构图。如图1所示，本发明的定焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：第一透镜l1、第二透镜l2、光阑sto、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5；所述第一透镜l1为负光焦度透镜，所述第二透镜l2为正光焦度透镜，所述第三透镜l3为正光焦度透镜，所述第四透镜l4为负光焦度透镜，所述第五透镜l5为正光焦度透镜；
[0045]
所述第一透镜l1为近轴区凸凹透镜，所述第二透镜l2为近轴区凹凸透镜，所述第三透镜l3为凸凸透镜，所述第四透镜l4为近轴区凹凹透镜，所述第五透镜l5为近轴区凸凸透镜；
[0046]
所述第四透镜l4和所述第五透镜l5组成胶合透镜；
[0047]
所述胶合透镜的焦距f45与所述定焦镜头的有效焦距f满足如下关系：
[0048]
4.5≤f45/f≤5.0。
[0049]
通过合理设置定焦镜头中各个透镜的光焦度，物侧面、像侧面的凹凸形状，有利于调整光线，校正色差，校正场曲、像散等像差，同时可以使光线走势平稳，有利于实现高像质，第四透镜l4和所述第五透镜l5组成胶合透镜，合理配置胶合透镜的焦距f45与所述定焦镜头的有效焦距f的比例关系，提升了镜头的成像性能，消除成像部分的色差，可以进一步提升光学系统的解像力。
[0050]
本发明中，所述第一透镜l1、所述第二透镜l2、所述第四透镜l4和所述第五透镜l5为非球面透镜，所述第三透镜l3为球面透镜。且非球面满足下列公式：
[0051][0052]
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、a10、a12、a14、a16
……
分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶
……
的非球面系数。
[0053]
通过合理配置各透镜的光焦度和面型，有利于调整光线，校正色差，校正场曲、像散等像差，同时可以使光线走势平稳，有利于实现高像质。
[0054]
本发明中，所述第一透镜l1、所述第二透镜l2、所述第四透镜l4和所述第五透镜l5为塑胶透镜。
[0055]
通过合理设置塑胶透镜，有利于降低成本的同时校正高低温成像，实现在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。
[0056]
本发明中，第三透镜l3为玻璃透镜，其阿贝数vd3满足如下关系：vd3≥65；有利于实现可见光与红外光共焦。
[0057]
本发明中，所述第一透镜l1物侧面的曲率半径r1与其像侧面的曲率半径r2满足如下关系：
[0058]
5.8≤r1/r2≤8.8。
[0059]
在第一透镜l1物侧面的曲率半径r1与其像侧面的曲率半径r2满足上述关系时，有利于收集更大角度的光线进入后方光学镜头，提高系统照度，保证成像质量。
[0060]
本发明中，所述第一透镜l1的中心厚度d1和所述第二透镜l2的中心厚度d2与所述第一透镜l1物侧面到所述第二透镜l2像侧面的距离d12满足如下关系：
[0061]
0.54≤(d1+d2)/d12≤0.60。
[0062]
通过合理设置第一透镜l1和第二透镜l2之间的空气间隔，有利于光线平缓过渡，提高成像质量。
[0063]
本发明中，所述第二透镜l2的中心厚度d2与所述定焦镜头的光学总长ttl满足如下关系：
[0064]
0.16≤d2/ttl≤0.17。
[0065]
在第二透镜l2的中心厚度d2与所述定焦镜头的光学总长ttl满足上述关系时，有利于减小像差，提高解像力。
[0066]
本发明中，所述第一透镜l1和所述第二透镜l2的组合焦距f12与所述定焦镜头的有效焦距f满足：
[0067]-5.1≤f12/f≤-3.4。
[0068]
本发明中，所述定焦镜头的有效焦距f与所述第一透镜l1的焦距f1、所述第三透镜l3的焦距f3分别满足如下关系：
[0069]-1.8≤f1/f≤-1.5；2.2≤f3/f≤2.5。
[0070]
通过合理分配透镜的焦距，有利于在增大镜头视场角度的基础上，降低镜头的敏感性，以提升镜头的成像质量。
[0071]
本发明中，所述第三透镜l3物侧面的曲率半径r6及其像侧面的曲率半径r7与所述第三透镜l3的中心厚度d3满足如下关系：
[0072]-0.45≤(r6-d3)/r7≤-0.36。
[0073]
将第三透镜l3布置为双凸形状的正透镜，有利于对经过第二透镜l2出射的光线进行适当会聚，减小后端透镜口径，同时，第三透镜l3能够起到调整光线的作用，使光学走势平稳地过渡到第四透镜l4。
[0074]
本发明中，所述第二透镜l2的折射率nd2和阿贝数vd2满足如下关系：
[0075]
1.4≤nd2≤1.6；45≤vd2≤95。
[0076]
本发明中，所述定焦镜头的有效焦距f与所述定焦镜头的光学总长ttl满足如下关系：
[0077]
5.7≤ttl/f≤6.4。
[0078]
本发明中，所述定焦镜头的有效焦距f与所述定焦镜头的光学后焦bfl满足如下关
系：
[0079]
0.62≤f/bfl≤0.71。
[0080]
通过合理配置定焦镜头的有效焦距与所述定焦镜头的光学后焦的比值关系，以及定焦镜头的有效焦距f与所述定焦镜头的光学总长ttl的比值关系，使得光学总长小于或等于22.5mm(带保护平板玻璃)，保证小体积，使得定焦镜头更加小型化，有利于实现整个光学系统的小型化。
[0081]
以下根据本发明的上述设置给出五组具体实施方式来具体说明根据本发明的定焦镜头。因为根据本发明的定焦镜头共有五片透镜，光阑sto记为一面，将像面ima记为一面image，将胶合透镜的胶合面记为一面，例如由2枚透镜胶合组成的一个双胶合透镜共有3面。其中，第四透镜和第五透镜组成胶合透镜，再加上光阑sto、保护玻璃一共13个面。为了便于叙述说明，将除像面以外的各个面编号按为s1、s2至s12。
[0082]
具体符合上述条件式的五组实施方式数据如下表1中数据所示：
[0083]
条件式实施案例1实施案例2实施案例3实施案例4实施案例55.8≤r1/r2≤8.85.875.916.677.628.790.54≤(d1+d2)/d12≤0.600.600.540.590.580.590.16≤d2/ttl≤0.170.160.170.170.160.16-5.1≤f12/f≤-3.4-3.96-5.10-3.49-3.59-3.807.2≤f2/f≤8.67.447.288.587.277.57-1.8≤f1/f≤-1.5-1.63-1.73-1.61-1.57-1.622.2≤f3/f≤2.52.342.502.472.202.35-0.45≤(r6-d3)/r7≤-0.36-0.42-0.37-0.45-0.43-0.444.5≤f45/f≤5.04.965.004.594.814.955.7≤ttl/f≤6.46.056.406.235.866.090.62≤f/bfl≤0.710.670.650.620.680.67
[0084]
表1
[0085]
实施例一
[0086]
参见图1，在本实施例中，定焦镜头的fno数为1.65。
[0087]
本实施案例的定焦镜头透镜各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率nd和阿贝数vd，s1至s12表示定焦镜头中各枚透镜、胶合透镜、光阑sto的每一个面，如下表2所示：
[0088]
[0089][0090]
表2
[0091]
表3列出的是本实施案例中各非球面透镜的非球面系数，k为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数。
[0092]
面序号ka4a6a8a10a12a14a16s1-1.39-1.11e-032.63e-05-4.37e-071.24e-080.00e+000.00e+000.00e+00s2-0.31-8.95e-04-1.42e-043.11e-06-1.76e-060.00e+000.00e+000.00e+00s31.697.44e-05-1.47e-041.95e-05-1.35e-060.00e+000.00e+000.00e+00s40.192.98e-044.39e-061.43e-06-5.88e-080.00e+000.00e+000.00e+00s817.01-2.15e-03-8.98e-051.20e-061.35e-070.00e+000.00e+000.00e+00s9-0.26-3.52e-03-2.00e-042.89e-063.45e-070.00e+000.00e+000.00e+00s10-7.28-2.72e-039.96e-05-4.34e-061.58e-070.00e+000.00e+000.00e+00
[0093]
表3
[0094]
根据图1以及表2-3，本实施例能够对像差进行有效的校正，进一步提升系统性能，具有高像素、大光圈、小体积、低成本的特点，且通光量多，整体照度均匀，亮度较好，同时也实现了可见光与红外光共焦。
[0095]
实施例二
[0096]
参见图2，在本实施例中，定焦镜头的fno数为1.65。
[0097]
本实施案例的定焦镜头透镜各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率nd和阿贝数vd，s1至s12表示定焦镜头中各枚透镜、胶合透镜、光阑sto的每一个面，如下表4所示：
[0098]
[0099][0100]
表4
[0101]
表5列出的是本实施案例中各非球面透镜的非球面系数，k为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数。
[0102]
面序号ka4a6a8a10a12a14a16s1-12.89-1.28e-032.56e-05-5.62e-072.50e-080.00e+000.00e+000.00e+00s2-4.06-1.45e-03-1.69e-04-4.04e-06-2.90e-060.00e+000.00e+000.00e+00s31.672.50e-05-2.16e-04-7.27e-061.28e-060.00e+000.00e+000.00e+00s41.712.82e-042.09e-051.41e-06-4.87e-070.00e+000.00e+000.00e+00s817.01-2.17e-03-8.28e-055.38e-06-1.54e-070.00e+000.00e+000.00e+00s9-1.23-3.81e-03-1.17e-043.78e-06-9.74e-070.00e+000.00e+000.00e+00s10-5.07-3.01e-031.02e-04-5.09e-064.17e-070.00e+000.00e+000.00e+00
[0103]
表5
[0104]
根据图2以及表4-5，本实施例能够对像差进行有效的校正，进一步提升系统性能，具有高像素、大光圈、小体积、低成本的特点，且通光量多，整体照度均匀，亮度较好，同时也实现了可见光与红外光共焦。
[0105]
实施例三
[0106]
参见图3，在本实施例中，定焦镜头的fno数为1.65。
[0107]
本实施案例的定焦镜头透镜各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率nd和阿贝数vd，s1至s12表示定焦镜头中各枚透镜、胶合透镜、光阑sto的每一个面，如下表6所示：
[0108]
[0109][0110]
表6
[0111]
表7列出的是本实施案例中各非球面透镜的非球面系数，k为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数。
[0112]
面序号ka4a6a8a10a12a14a16s1-4.74-1.19e-033.14e-05-1.85e-071.02e-080.00e+000.00e+000.00e+00s2-0.29-1.04e-03-1.49e-04-4.45e-06-2.02e-060.00e+000.00e+000.00e+00s31.732.00e-05-1.86e-041.46e-05-8.27e-070.00e+000.00e+000.00e+00s40.192.63e-048.23e-061.20e-06-2.86e-070.00e+000.00e+000.00e+00s817.01-2.21e-03-8.79e-052.21e-06-5.47e-080.00e+000.00e+000.00e+00s9-0.17-3.01e-03-1.95e-042.52e-094.06e-070.00e+000.00e+000.00e+00s10-6.82-2.76e-039.90e-05-4.60e-061.60e-070.00e+000.00e+000.00e+00
[0113]
表7
[0114]
根据图3以及表6-7，本实施例能够对像差进行有效的校正，进一步提升系统性能，具有高像素、大光圈、小体积、低成本的特点，且通光量多，整体照度均匀，亮度较好，同时也实现了可见光与红外光共焦。
[0115]
实施例四
[0116]
参见图4，在本实施例中，定焦镜头的fno数为1.65。
[0117]
本实施案例的定焦镜头透镜各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率nd和阿贝数vd，s1至s12表示定焦镜头中各枚透镜、胶合透镜、光阑sto的每一个面，如下表8所示：
[0118]
[0119][0120]
表8
[0121]
表9列出的是本实施案例中各非球面透镜的非球面系数，k为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数。
[0122]
面序号ka4a6a8a10a12a14a16s1-7.11-1.14e-033.64e-05-8.98e-083.45e-090.00e+000.00e+000.00e+00s2-2.80-1.24e-03-1.71e-04-3.09e-06-2.49e-060.00e+000.00e+000.00e+00s31.84-9.55e-05-2.27e-041.39e-05-1.10e-060.00e+000.00e+000.00e+00s42.401.98e-042.62e-061.08e-06-1.04e-070.00e+000.00e+000.00e+00s817.01-2.24e-03-8.29e-052.96e-063.98e-080.00e+000.00e+000.00e+00s9-1.50-3.15e-03-1.50e-049.16e-062.73e-070.00e+000.00e+000.00e+00s10-6.18-2.64e-031.11e-04-4.06e-067.66e-080.00e+000.00e+000.00e+00
[0123]
表9
[0124]
根据图4以及表8-9，本实施例能够对像差进行有效的校正，进一步提升系统性能，具有高像素、大光圈、小体积、低成本的特点，且通光量多，整体照度均匀，亮度较好，同时也实现了可见光与红外光共焦。
[0125]
实施例五
[0126]
参见图5，在本实施例中，定焦镜头的fno数为1.65。
[0127]
本实施案例的定焦镜头透镜各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径r值、厚度、材料的折射率nd和阿贝数vd，s1至s12表示定焦镜头中各枚透镜、胶合透镜、光阑sto的每一个面，如下表10所示：
[0128]
[0129][0130]
表10
[0131]
表11列出的是本实施案例中各非球面透镜的非球面系数，k为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
、a
16
分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶的非球面系数。
[0132]
面序号ka4a6a8a10a12a14a16s1-2.58-1.11e-033.09e-05-2.99e-076.98e-090.00e+000.00e+000.00e+00s2-0.30-7.77e-04-1.74e-043.95e-06-2.70e-060.00e+000.00e+000.00e+00s31.781.72e-05-2.10e-041.13e-05-1.35e-060.00e+000.00e+000.00e+00s40.203.01e-043.52e-065.74e-07-2.85e-070.00e+000.00e+000.00e+00s817.01-2.28e-03-8.88e-052.24e-063.09e-070.00e+000.00e+000.00e+00s9-0.26-3.63e-03-1.87e-049.16e-065.53e-070.00e+000.00e+000.00e+00s10-7.83-2.58e-031.02e-04-4.02e-061.04e-070.00e+000.00e+000.00e+00
[0133]
表11
[0134]
根据图5以及表10-11，本实施例能够对像差进行有效的校正，进一步提升系统性能，具有高像素、大光圈、小体积、低成本的特点，且通光量多，整体照度均匀，亮度较好，同时也实现了可见光与红外光共焦。
[0135]
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。