玻塑混合光学系统的制作方法

1.本发明涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种小体积、大角度和大光圈的玻塑混合光学系统。


背景技术：

2.光学镜头广泛用于安防监控、无人机拍摄、手机摄像、机器视觉等领域，同时随着科学技术的进步和经济的发展，无人机也逐渐普及应用到人们的日常生活当中。因此，人们对应用于无人机拍摄的光学镜头也逐步有了更进一步的要求。
3.对无人机而言，首先获得更广阔的视野是首要的。这就要求光学镜头需要有更大的视场角。其次，无人机主要工作在户外环境，因此需要保证光学镜头在不同温度环境中都能获得清晰的成像。同时，户外工作受天气和环境光线影响较大，为使无人机能适应外部环境的明暗变化，这类光学镜头还需要获得更大的通光量。市场上通常同时能满足上述性能要求的镜头普遍存在体积大、成本高的状况。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种玻塑混合光学系统，兼顾具有小体积、大角度、大光圈、低成本和在-20℃～60℃温度范围内不虚焦的优点。
5.为实现上述发明目的，本发明提供一种玻塑混合光学系统，包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、光阑、正光焦度的第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第五透镜和所述第六透镜的光焦度相反；
6.所述第一透镜为凸凹透镜，所述第二透镜的像侧面的近轴区的形状为凹，所述第三透镜为近轴区凹凸透镜或近轴区凸凹透镜，所述第四透镜和所述第六透镜的像侧面的近轴区的形状为凸，所述第五透镜的物侧面的近轴区的形状为凸。
7.根据本发明的一个方面，所述第一透镜为玻璃球面透镜；
8.所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均为塑胶非球面透镜。
9.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的焦距f1、所述第二透镜的焦距f2、所述第三透镜的焦距f3、所述第四透镜的焦距f4、所述第五透镜的焦距f5、所述第六透镜的焦距f6分别和所述玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：
[0010]-7.0≤f1/f≤-4.1；
[0011]-4.9≤f2/f≤-1.5；
[0012]
3.3≤f3/f≤10.0；
[0013]
2.0≤f4/f≤4.5；
[0014]-2.7≤f5/f≤2.1；
[0015]-3.1≤f6/f≤2.8。
[0016]
根据本发明的一个方面，所述玻塑混合光学系统的后焦bfl与所述玻塑混合光学系统的镜头总长ttl满足如下条件式：0.1≤bfl/ttl≤0.3。
[0017]
根据本发明的一个方面，所述第五透镜的焦距f5、所述第六透镜的焦距f6和所述玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：-1.6≤(f5/f6)/f≤-0.5。
[0018]
根据本发明的一个方面，所述玻塑混合光学系统的有效焦距f与所述玻塑混合光学系统的镜头总长ttl满足如下条件式：8.8≤ttl/f≤13.3。
[0019]
根据本发明的一个方面，所述第四透镜的物侧面到所述第六透镜的像侧面的距离d456与所述玻塑混合光学系统的镜头总长ttl满足如下条件式：0.1≤d456/ttl≤0.6。
[0020]
根据本发明的一个方面，所述第四透镜和所述第五透镜间的空气间隔d45与所述玻塑混合光学系统的镜头总长ttl满足如下条件式：0.001≤d45/ttl≤0.08。
[0021]
根据本发明的一个方面，所述玻塑混合光学系统的入瞳直径enpd与所述玻塑混合光学系统的镜头总长ttl满足如下条件式：0.02≤enpd/ttl≤0.09。
[0022]
根据本发明的一个方面，所述第五透镜的像侧面至所述第六透镜的物侧面在光轴上的间距d56与所述玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：0≤d56/f≤0.4。
[0023]
根据本发明的一个方面，所述第一透镜的物侧面的中心曲率半径r1与所述第一透镜的像侧面的中心曲率半径r2满足如下条件式：2.2≤r1/r2≤3.8。
[0024]
根据本发明的一个方面，所述玻塑混合光学系统的镜头总长ttl、所述玻塑混合光学系统的最大视场角对应的像高h和所述玻塑混合光学系统的最大视场角fov满足如下条件式：0.01≤ttl/h/fov≤0.03。
[0025]
根据本发明的一个方面，所述光阑的物侧的透镜的组合焦距fa和所述玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：1.3≤|fa/f|≤35。
[0026]
根据本发明的一个方面，所述光阑的像侧的透镜的组合焦距fb和所述玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：1.4≤|fb/f|≤3.0。
[0027]
根据本发明的方案，通过优化配置上述六枚透镜的光学结构及其满足的条件式，使得该玻塑混合光学系统的兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。具体可实现最大光圈fno1.8、镜头总长最小可达到8mm以及具有物方视场角195
°
～199
°
的图像捕捉能力。
附图说明
[0028]
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。
[0029]
图1示意性表示本发明实施例1的玻塑混合光学系统的结构示意图；
[0030]
图2示意性表示本发明实施例2的玻塑混合光学系统的结构示意图；
[0031]
图3示意性表示本发明实施例3的玻塑混合光学系统的结构示意图；
[0032]
图4示意性表示本发明实施例4的玻塑混合光学系统的结构示意图。
具体实施方式
[0033]
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。
[0034]
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。
[0035]
如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种玻塑混合光学系统，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l1、负光焦度的第二透镜l2、正光焦度的第三透镜l3、光阑sto、正光焦度的第四透镜l4，以及光焦度相反的第五透镜l5和第六透镜l6，也就是说，在某些实施例中，若第五透镜l5的光焦度为正，第六透镜l6的光焦度则为负；在某些实施例中，若第五透镜l5的光焦度为负，第六透镜l6的光焦度则为正。其中，第一透镜l1为凸凹透镜，第二透镜l2的像侧面的近轴区的形状为凹，第三透镜l3为近轴区凹凸透镜或近轴区凸凹透镜，第四透镜l4和第六透镜l6的像侧面的近轴区的形状均为凸，第五透镜l5的物侧面的近轴区的形状为凸。通过优化设置上述各透镜的形状，以及合理分配各镜片的光焦度，可使得该光学系统更好地接收和传递光线，有助于获得更大的视场角，使其具有大角度和大光圈的优势性能，具体可实现最大光圈fno1.8，实现物方视场角195
°
～199
°
的图像捕捉。
[0036]
本发明实施例中，第一透镜l1为玻璃球面透镜，其余透镜即第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5和第六透镜l6都是塑胶非球面透镜。通过使用一枚玻璃材质的透镜，以及玻璃透镜和塑胶材质透镜的混合，有利于具备小体积、成本低的优点，同时保证该镜头光学系统在-20℃～60℃温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。
[0037]
本发明实施例中，第一透镜l1的焦距f1、第二透镜l2的焦距f2、第三透镜l3的焦距f3、第四透镜l4的焦距f4、第五透镜l5的焦距f5、第六透镜l6的焦距f6分别和玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：-7.0≤f1/f≤-4.1；-4.9≤f2/f≤-1.5；3.3≤f3/f≤10.0；2.0≤f4/f≤4.5；-2.7≤f5/f≤2.1；以及-3.1≤f6/f≤2.8。本发明实施例中的有效焦距f是指该光学系统包含第一透镜l1至第六透镜l6的整个透镜组的焦距，也称整组焦距。通过合理设置各个透镜的焦距与该光学系统有效焦距的比值，有利于提高整个光学系统的性能。
[0038]
本发明实施例中，玻塑混合光学系统的后焦bfl与玻塑混合光学系统的镜头总长ttl满足如下条件式：0.1≤bfl/ttl≤0.3。通过合理控制该光学镜头的后焦长与光学镜头总长(即光学系统总长)的比例关系，有利于使该光学系统结构紧凑，降低透镜对mtf的敏感度，提高产品生产良率，降低生产成本、实现小体积。
[0039]
本发明实施例中，第五透镜l5的焦距f5、第六透镜l6的焦距f6和玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：-1.6≤(f5/f6)/f≤-0.5。通过合理设置第五透镜l5、第六透镜l6的焦距与光学系统整组焦距的比值，可有助于光线的平缓过渡，有效矫正色差。
[0040]
本发明实施例中，玻塑混合光学系统的有效焦距f与玻塑混合光学系统的镜头总
长ttl满足如下条件式：8.8≤ttl/f≤13.3。通过该条件式的优化配置，更加有利于实现小型化，使得光学系统的尺寸更小。
[0041]
本发明实施例中，第四透镜l4的物侧面到第六透镜l6的像侧面的距离d456与玻塑混合光学系统的镜头总长ttl满足如下条件式：0.1≤d456/ttl≤0.6。如此可降低第四、第五、第六透镜l6的公差，提高镜头的组装良率，使得镜头cra适配多款sensor，应用前景广阔，提升了市场竞争力。
[0042]
本发明实施例中，第四透镜l4和第五透镜l5间的空气间隔d45与玻塑混合光学系统的镜头总长ttl满足如下条件式：0.001≤d45/ttl≤0.08。通过合理设置第四透镜l4和第五透镜l5之间的空气间隔，有利于光线平缓过渡，提高镜头的成像质量。
[0043]
本发明实施例中，玻塑混合光学系统的入瞳直径enpd与玻塑混合光学系统的镜头总长ttl满足如下条件式：0.02≤enpd/ttl≤0.09。通过合理设置光学系统的入瞳直径与光学系统总长的比例关系，保证镜头具有较大的相对孔径，有利于在光线不足的环境下，进行高清成像。
[0044]
本发明实施例中，第五透镜l5的像侧面至第六透镜l6的物侧面在光轴上的间距d56与玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：0≤d56/f≤0.4。通过合理控制第五透镜l5和第六透镜l6之间的间距，有利于更多光线经过第六透镜l6，提高系统亮度，使其能很好地适应外部环境的明暗变化。
[0045]
本发明实施例中，第一透镜l1的物侧面的中心曲率半径r1与第一透镜l1的像侧面的中心曲率半径r2满足如下条件式：2.2≤r1/r2≤3.8。如此，第一透镜l1可收集大视场光线，有利于增加通光量。
[0046]
本发明实施例中，玻塑混合光学系统的镜头总长ttl、玻塑混合光学系统的最大视场角对应的像高h和玻塑混合光学系统的最大视场角fov满足如下条件式：0.01≤ttl/h/fov≤0.03。通过该条件的优化配置，有利于在相同成像面、相同像高情况下的该玻塑混合镜头的尺寸进一步更小，镜头总长ttl最小可达8mm。
[0047]
本发明实施例中，光阑sto的物侧的透镜的组合焦距fa和玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：1.3≤|fa/f|≤35；光阑sto的像侧的透镜的组合焦距fb和玻塑混合光学系统的有效焦距f满足如下条件式：1.4≤|fb/f|≤3.0。实质上，组合焦距fa是指第一透镜l1、第二透镜l2和第三透镜l3的组合焦距值，组合焦距fb是指第四透镜l1、第五透镜l5和第六透镜l6的组合焦距值。如此，利用光阑sto两侧透镜组的焦距和该玻塑混合光学系统的整组焦距(即有效焦距f)的比值关系，有利于提高该镜头光学系统的整体成像性能。
[0048]
综上所述，该玻塑混合光学系统采用上述技术方案的光学架构，使得该玻塑混合光学系统(或玻塑混合镜头)兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。具体可实现最大光圈fno1.8、镜头总长最小可达到8mm以及具有物方视场角195
°
～199
°
的图像捕捉能力。此外，该镜头cra可适配多款sensor，应用前景广阔，提升了市场竞争力。
[0049]
下面以4个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的玻塑混合光学系统。在下列各个实施例中，本发明将光阑sto记为一面，将像面ima记为一面。
[0050]
具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示：
[0051][0052][0053]
表1
[0054]
在本发明的实施例中，该玻塑混合光学系统的塑胶非球面透镜满足下列公式：
[0055][0056]
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。
[0057]
实施例1
[0058]
本实施例的玻塑混合光学系统的各参数如下所述：
[0059]
fno：1.80；镜头总长：9.27mm；视场角：195
°
。
[0060]
表2列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(r值)、厚度、材料的折射率和阿贝数。
[0061][0062][0063]
表2
[0064]
表3列出本实施例的玻塑混合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、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
。
[0065][0066]
表3
[0067]
如图1及上述表1至表3所示，在本实施例中，第五透镜l5为负光焦度透镜，第六透镜l6为正光焦度透镜；第二透镜l2为近轴区凸凹透镜，第三透镜l3为近轴区凹凸透镜，第四透镜l4为近轴区凸凸透镜，第五透镜l5为近轴区凸凹透镜，第六透镜l6为近轴区凸凸透镜。本实施例的玻塑混合光学系统兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。
[0068]
实施例2
[0069]
本实施例的玻塑混合光学系统的各参数如下所述：
[0070]
fno：1.78；镜头总长：8.11mm；视场角：195
°
。
[0071]
表4列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(r值)、厚度、材料的折射率和阿贝数。
[0072]
面序号表面类型r值厚度折射率阿贝数s1球面5.9040.5011.7452.68s2球面2.0511.243
ꢀꢀ
s3非球面-10.3710.3901.5455.99s4非球面1.0780.401
ꢀꢀ
s5非球面2.4371.3631.6620.38s6非球面7.9130.109
ꢀꢀ
s7(sto)球面infinity0.054
ꢀꢀ
s8非球面-4.7030.7421.5455.98s9非球面-1.2510.186
ꢀꢀ
s10非球面1.5231.2871.5455.98s11非球面-1.2530.048
ꢀꢀ
s12非球面-1.2080.7191.6620.38s13非球面-5.3840.360
ꢀꢀ
s14球面infinity0.2101.5264.20s15球面infinity0.500
ꢀꢀ
s16(ima)球面infinity
‑‑‑
[0073]
表4
[0074]
表5列出本实施例的玻塑混合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、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
。
[0075]
面序号ka4a6a8a
10a12
s30.00e+002.93e-02-2.84e-037.75e-055.18e-063.18e-07s42.30e-01-5.60e-02-1.06e-021.76e-02-3.93e-03-4.27e-03s5-3.58e-01-5.45e-02-5.85e-034.58e-03-2.74e-02-2.27e-03s60.00e+002.13e-015.56e-031.02e-01-9.80e-02-5.22e-02s80.00e+002.19e-014.56e-02-4.90e-015.97e-017.59e-02s9-4.48e-01-7.79e-03-1.11e-011.05e-01-1.26e-011.48e-02s10-2.95e-01-2.63e-02-2.60e-022.48e-02-1.29e-02-2.26e-05s11-2.46e-014.69e-026.67e-02-2.18e-024.86e-03-2.31e-05s12-4.28e-017.69e-023.14e-02-3.64e-031.96e-038.68e-05s130.00e+001.25e-01-3.43e-023.49e-02-1.29e-02-6.64e-05
[0076]
表5
[0077]
如图2及上述表1、表4和表5所示，在本实施例中，第五透镜l5为正光焦度透镜，第六透镜l6为负光焦度透镜；第二透镜l2为近轴区凹凹透镜，第三透镜l3为近轴区凸凹透镜，第四透镜l4为近轴区凹凸透镜，第五透镜l5为近轴区凸凸透镜，第六透镜l6为近轴区凹凸透镜。本实施例的玻塑混合光学系统兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。
[0078]
实施例3
[0079]
本实施例的玻塑混合光学系统的各参数如下所述：
[0080]
fno：1.79；镜头总长：8.00mm；视场角：199
°
。
[0081]
表6列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(r值)、厚度、材料的折射率和阿贝数。
[0082]
面序号表面类型r值厚度折射率阿贝数s1球面5.2760.5151.8840.81s2球面2.0001.255
ꢀꢀ
s3非球面-7.5810.2681.5455.99s4非球面1.0350.482
ꢀꢀ
s5非球面1.9761.2681.6620.38s6非球面13.7610.092
ꢀꢀ
s7(sto)球面infinity0.057
ꢀꢀ
s8非球面-3.0380.7301.5455.98s9非球面-1.2810.113
ꢀꢀ
s10非球面1.4521.4101.5455.98s11非球面-1.0000.7791.6620.38s12非球面-5.0440.360
ꢀꢀ
s14球面infinity0.2101.5264.20s15球面infinity0.463
ꢀꢀ
s16(ima)球面infinity
‑‑‑
[0083]
表6
[0084]
表7列出本实施例的玻塑混合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、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
。
[0085][0086][0087]
表7
[0088]
如图3及上述表1、表6和表7所示，在本实施例中，第五透镜l5为正光焦度透镜，第六透镜l6为负光焦度透镜；第二透镜l2为近轴区凹凹透镜，第三透镜l3为近轴区凸凹透镜，第四透镜l4为近轴区凹凸透镜，第五透镜l5为近轴区凸凸透镜，第六透镜l6为近轴区凹凸
透镜。本实施例的玻塑混合光学系统兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。
[0089]
实施例4
[0090]
本实施例的玻塑混合光学系统的各参数如下所述：
[0091]
fno：1.79；镜头总长：8.01mm；视场角：195
°
。
[0092]
表8列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(r值)、厚度、材料的折射率和阿贝数。
[0093][0094][0095]
表8
[0096]
表9列出本实施例的玻塑混合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、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
。
[0097][0098][0099]
表9
[0100]
如图4及上述表1、表8和表9所示，在本实施例中，第五透镜l5为正光焦度透镜，第六透镜l6为负光焦度透镜；第二透镜l2为近轴区凸凹透镜，第三透镜l3为近轴区凸凹透镜，第四透镜l4为近轴区凹凸透镜，第五透镜l5为近轴区凸凸透镜，第六透镜l6为近轴区凹凸透镜。本实施例的玻塑混合光学系统兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。
[0101]
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。