定焦镜头的制作方法

1.本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。


背景技术：

2.随着安防和公共安全领域工作的迅速发展，监控定焦镜头的需求也在逐步上升。为了在夜晚状态具有更高的通光量，超大光圈镜头更符合市场的需求，所以超大光圈镜头的研发设计十分必要。然而，镜头市场中大部分镜头都是首先保证了白天的成像质量，夜晚的成像质量在实际使用的光圈中会有明显的降低。因此，针对以上现有技术的不足，需要一种大靶面、低成本、且在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的超大光圈安防镜头。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种大靶面、低成本、且在-40℃～80℃温度范围内不虚焦的超大光圈的定焦镜头。
4.为实现上述发明目的，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：负光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、光阑、正光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜和负光焦度的第八透镜。
5.根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，
6.所述第一透镜为近轴区凸凹透镜；
7.所述第二透镜为凹凸透镜；
8.所述第三透镜的物侧面的近轴区形状为凸；
9.所述第四透镜的像侧面的形状为凸；
10.所述第五透镜的物侧面的形状为凹；
11.所述第六透镜为凸凸透镜；
12.所述第七透镜为凸凸透镜；
13.所述第八透镜为近轴区凹凸透镜。
14.根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜和所述第八透镜为非球面透镜；
15.所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为球面透镜。
16.根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第七透镜和所述第八透镜为塑胶透镜；
17.所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为玻璃透镜。
18.根据本发明的一个方面，所述第四透镜和所述第五透镜胶合组成一个胶合镜组。
19.根据本发明的一个方面，所述胶合镜组的焦距f45和所述定焦镜头的有效焦距f满足：-4.0≤f45/f≤16.5。
20.根据本发明的一个方面，所述胶合镜组的焦距f45和所述定焦镜头的后群焦距fb
满足：-2.2≤f45/fb≤10.5。
21.根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的光学总长ttl和所述定焦镜头的后焦长度bfl满足：5.8≤ttl/bfl≤8.0。
22.根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的有效焦距f和所述定焦镜头的后焦长度bfl满足：1.0≤f/bfl≤1.5。
23.根据本发明的一个方面，所述定焦镜头的有效焦距f和所述定焦镜头的最大像高ih满足：0.4≤f/ih≤0.8。
24.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的焦距f1和所述定焦镜头的有效焦距f满足：-2.2≤f1/f≤-1.6。
25.根据本发明的一个方面，所述第一透镜到所述第二透镜在光轴上的中心距离d12和所述定焦镜头的光学总长ttl满足：0.1≤d12/ttl≤0.3。
26.根据本发明的一个方面，所述第三透镜的折射率nd3和阿贝数vd3分别满足：1.6≤nd3≤1.7；20≤vd3≤30。
27.根据本发明的一个方面，所述第四透镜的折射率nd4和阿贝数vd4分别满足：1.70≤nd4≤1.8；50≤vd4≤60；
28.所述第五透镜的折射率nd5和阿贝数vd5分别满足：1.70≤nd5≤1.9；20≤vd5≤30。
29.根据本发明的一个方面，所述第六透镜的折射率nd6和阿贝数vd6分别满足：1.40≤nd6≤1.5；90≤vd6≤95。
30.根据本发明的一个方面，所述第六透镜的焦距f6和所述定焦镜头的有效焦距f满足：2.6≤f6/f≤4.5。
31.根据本发明的一个方面，所述第八透镜的边缘厚度et8和所述第八透镜的中心厚度ct8满足：1.6≤et8/ct8≤2.6。
32.根据本发明的一个方面，所述第八透镜的焦距f8和所述定焦镜头的有效焦距f满足：-5.6≤f8/f≤-2.6。
33.根据本发明的一个方面，所述定焦镜头还包括滤光片，
34.所述滤光片的光学有效口径sdf和所述第一透镜的光学有效半口径sd1满足：0.6≤sdf/sd1≤0.9。
35.根据本发明的一个方面，所述光阑的光学有效直径sds和所述第一透镜的光学有效半口径sd1满足：0.5≤sds/sd1≤0.9。
36.根据本发明的方案，采用上述排列方式的八枚透镜并且优化配置、搭配各透镜的光焦度和不同形状、具体材料、焦距关系以及镜头各项参数指标，可使得该定焦镜头具备高质量的成像性能，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰，兼具大靶面、超大光圈、大通光量、低成本和小型化，具体可适用于1/1.8’的大靶面芯片。再者，通过两档式可变光阑的设计，该定焦镜头可见光下可支持f1.0/f1.6两档，在f1.6的档位下实现日夜共焦的功能。
附图说明
37.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。
38.图1示意性表示本发明实施例一的定焦镜头的结构示意图；
39.图2示意性表示本发明实施例一的定焦镜头的光线光扇示意图；
40.图3示意性表示本发明实施例二的定焦镜头的结构示意图；
41.图4示意性表示本发明实施例二的定焦镜头的光线光扇示意图；
42.图5示意性表示本发明实施例三的定焦镜头的结构示意图；
43.图6示意性表示本发明实施例三的定焦镜头的光线光扇示意图；
44.图7示意性表示本发明实施例四的定焦镜头的结构示意图；
45.图8示意性表示本发明实施例四的定焦镜头的光线光扇示意图。
具体实施例
46.此说明书实施例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。
47.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。以下对于优选实施例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例。本发明的范围由权利要求书所界定。
48.如图1所示，本发明实施例提供一种定焦镜头，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、第三透镜l3、光阑sto、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7和第八透镜l8。其中，第一透镜l1、第五透镜l5和第八透镜l8都是负光焦度透镜，第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第六透镜l6和第七透镜l7都是正光焦度透镜。
49.沿光轴从物侧至像侧的方向，第一透镜l1为近轴区凸凹透镜，第二透镜l2为凹凸透镜，第三透镜l3的物侧面的近轴区形状为凸，第四透镜l4的像侧面的形状为凸，第五透镜l5的物侧面的形状为凹，第六透镜l6和第七透镜l7均为凸凸透镜，第八透镜l8为近轴区凹凸透镜。
50.根据上述技术方案，采用上述排列方式的八枚透镜并且优化配置各透镜的光焦度和物侧、像侧面不同形状，可使得该定焦镜头具备高质量的成像性能，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰，实现大靶面、超大光圈，可适用于1/1.8’的大靶面芯片。再者，通过两档式可变光阑sto的设计，可见光下该定焦镜头可支持f1.0/f1.6两档，在f1.6的档位下，镜头可实现日夜共焦的功能。
51.本发明实施例中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第七透镜l7和第八透镜l8均为非球面透镜，第四透镜l4、第五透镜l5和第六透镜l6均为球面透镜。采用上述非球面透镜及其组合，可以高效地调整该定焦镜头光学系统的像差，进而提高镜头性能。
52.本发明实施例中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第七透镜l7和第八透镜l8均为塑胶透镜，第四透镜l4、第五透镜l5和第六透镜l6均为玻璃透镜。通过上述各透镜玻璃和塑料材质的优化的混合设置，可以实现高低温成像的不稳定的校正和温度漂移的补
偿，从而降低镜头的成本，实现镜头低成本化。
53.本发明实施例中，第四透镜l4和第五透镜l5胶合组成一个胶合镜组。设置该胶合透镜，可以矫正场曲、慧差、像散等轴外像差，进一步提高镜头的成像性能。优选地，该胶合镜组的焦距f45和定焦镜头的有效焦距f满足：-4.0≤f45/f≤16.5。优选地，在该胶合镜组中，第四透镜l4的折射率nd4和阿贝数vd4分别满足以下条件式：1.70≤nd4≤1.8；50≤vd4≤60。第五透镜l5的折射率nd5和阿贝数vd5分别满足以下条件式：1.70≤nd5≤1.9；20≤vd5≤30。如此，通过合理地搭配设置双胶合镜片，并对其中第四透镜l4和第五透镜l5的折射率和色散系数进行设计，能够有效减小镜头光学系统中的像差。
54.优选地，胶合镜组的焦距f45和定焦镜头的后群焦距fb满足：-2.2≤f45/fb≤10.5。这里的后群焦距fb指的是从物侧至像侧，第四透镜l4至第八透镜l8的组合焦距。通过对上述胶合镜组和镜头后群的焦距比值进行设计，有利于平衡入射光线进入光学系统时的像差。
55.本发明实施例中，定焦镜头的光学总长ttl、定焦镜头的有效焦距f分别和定焦镜头的后焦长度bfl满足以下条件式：5.8≤ttl/bfl≤8.0；1.0≤f/bfl≤1.5。通过合理并优化设计镜头的光学总长、焦距和后焦长度的参数指标，可实现小型化，满足小体积的性能要求。需要注意的是，本发明实施例中定焦镜头的后焦长度bfl是指最后一枚透镜，即第八透镜l8的像侧面至像面ima的距离。
56.本发明实施例中，定焦镜头的有效焦距f和定焦镜头的最大像高ih满足：0.4≤f/ih≤0.8，有利于提高定焦镜头的解像力，降低镜头敏感性。
57.本发明实施例中，第一透镜l1的焦距f1和定焦镜头的有效焦距f满足：-2.2≤f1/f≤-1.6，可使光线正确平稳地进入该镜头的后方光学结构，增加通光量，提高解像性能。
58.本发明实施例中，第一透镜l1到第二透镜l2在光轴上的中心距离d12和定焦镜头的光学总长ttl满足：0.1≤d12/ttl≤0.3，可有效控制光线从第一透镜l1的像侧面出射的偏折角，从而可有效控制镜头主光角cra。
59.本发明实施例中，第三透镜l3的折射率nd3和阿贝数vd3分别满足以下条件式：1.6≤nd3≤1.7；20≤vd3≤30。通过对塑胶镜片的折射率和色散系数进行如此设置，既能够降低成本，又有利于提升镜头高低温状态下的解像质量。
60.本发明实施例中，第六透镜l6的折射率nd6和阿贝数vd6分别满足以下条件式：1.40≤nd6≤1.5；90≤vd6≤95。第六透镜l6的焦距f6和定焦镜头的有效焦距f满足：2.6≤f6/f≤4.5。通过满足上述两个条件式，有利于平衡镜头可见光与红外状态下的共焦。
61.本发明实施例中，第八透镜l8的边缘厚度et8和第八透镜l8的中心厚度ct8满足：1.6≤et8/ct8≤2.6。通过对第八透镜l8的厚度指标进行合理设置，可以降低塑胶镜片的生产难度。第八透镜l8的焦距f8和定焦镜头的有效焦距f满足：-5.6≤f8/f≤-2.6，有利于使光线平稳进入像面ima，使离焦曲线集中，有助于提高镜头的解像性能。
62.本发明实施例中，定焦镜头还包括滤光片(图1至图4中，将滤光片记为一面s13)，滤光片的光学有效口径sdf和第一透镜l1的光学有效半口径sd1满足：0.6≤sdf/sd1≤0.9，可以对光线进行滤除，进一步提升解像性能，同时保证最大通光量。
63.本发明实施例中，光阑sto的光学有效直径sds和第一透镜l1的光学有效半口径sd1满足：0.5≤sds/sd1≤0.9，使得光圈口径足够大，通过改变口径大小，实现镜头红外状
态的超大光圈功能。
64.综上，通过采用上述技术方案，获得大靶面、超大光圈、低成本、小型化和高成像性能的定焦镜头，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰，可适用于1/1.8’的大靶面芯片。同时，该镜头可见光下可支持f1.0/f1.6两档，在f1.6的档位下实现日夜共焦的功能。
65.下面以四个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的定焦镜头。在下列各个实施例中，本发明将光阑sto记为一面，将胶合镜组的胶合面记为一面，将滤光片记为一面，将平行平板cg记为两面，将像面ima记为一面。
66.具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示：
[0067][0068][0069]
表1
[0070]
在本发明的实施例中，该定焦镜头的非球面透镜满足下列公式：
[0071][0072]
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。
[0073]
实施例一
[0074]
参见图1，本实施例的定焦镜头各参数如下所述：
[0075]
fno：1.09；光学总长ttl：30.30mm。第三透镜l3为近轴区凸凹透镜，第四透镜l4为凹凸透镜，第五透镜l5为凹凹透镜。
[0076]
本实施例的定焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表2所示。
[0077][0078][0079]
表2
[0080]
本实施例的定焦镜头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、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
、十二阶非球面系数a
12
、十四阶非球面系数a
14
和十六阶非球面系数a
16
，如下表3所示。
[0081][0082][0083]
表3
[0084]
结合图1、图2及上述表1至表3所示，本实施例的定焦镜头具有大靶面、超大光圈、低成本、小型化和高成像性能的特点，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰，可适用于1/1.8’的大靶面芯片。同时，该镜头可见光下可支持f1.0/f1.6两档，在f1.6的档位下实现日夜共焦的功能。
[0085]
实施例二
[0086]
参见图3，本实施例的定焦镜头各参数如下所述：
[0087]
fno：1.10；光学总长ttl：30.30mm。第三透镜l3为近轴区凸凹透镜，第四透镜l4为凹凸透镜，第五透镜l5为凹凹透镜。
[0088]
本实施例的定焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表4所示。
[0089][0090][0091]
表4
[0092]
本实施例的定焦镜头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、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
、十二阶非球面系数a
12
、十四阶非球面系数a
14
和十六阶非球面系数a
16
，如下表5所示。
[0093][0094][0095]
表5
[0096]
结合图3、图4及上述表1、表4和表5所示，本实施例的定焦镜头具有大靶面、超大光圈、低成本、小型化和高成像性能的特点，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰，可适用于1/1.8’的大靶面芯片。同时，该镜头可见光下可支持f1.0/f1.6两档，在f1.6的档位下实现日夜共焦的功能。
[0097]
实施例三
[0098]
参见图5，本实施例的定焦镜头各参数如下所述：
[0099]
fno：1.07；光学总长ttl：28.51mm。第三透镜l3为近轴区凸凹透镜，第四透镜l4为凹凸透镜，第五透镜l5为凹凹透镜。
[0100]
本实施例的定焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表6所示。
[0101][0102][0103]
表6
[0104]
本实施例的定焦镜头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、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
、十二阶非球面系数a
12
、十四阶非球面系数a
14
和十六阶非球面系数a
16
，如下表7所示。
[0105][0106]
表7
[0107]
结合图5、图6及上述表1、表6和表7所示，本实施例的定焦镜头具有大靶面、超大光圈、低成本、小型化和高成像性能的特点，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰，可适用于1/1.8’的大靶面芯片。同时，该镜头可见光下可支持f1.0/f1.6两档，在f1.6的档位下实现日夜共焦的功能。
[0108]
实施例四
[0109]
参见图7，本实施例的定焦镜头各参数如下所述：
[0110]
fno：1.07；光学总长ttl：30.30mm。第三透镜l3为近轴区凸凹透镜，第四透镜l4为凸凸透镜，第五透镜l5为凹凸透镜。
[0111]
本实施例的定焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数，如下表8所示。
[0112][0113][0114]
表8
[0115]
本实施例的定焦镜头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、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
、十二阶非球面系数a
12
、十四阶非球面系数a
14
和十六阶非球面系数a
16
，如下表9所示。
[0116][0117]
表9
[0118]
结合图7、图8及上述表1、表8和表9所示，本实施例的定焦镜头具有大靶面、超大光圈、低成本、小型化和高成像性能的特点，在-40℃～+80℃温度范围内成像清晰，可适用于1/1.8’的大靶面芯片。同时，该镜头可见光下可支持f1.0/f1.6两档，在f1.6的档位下实现日夜共焦的功能。
[0119]
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。