一种定焦镜头的制作方法

1.本实用新型实施例涉及镜头技术，尤其涉及一种定焦镜头。


背景技术：

2.随着社会的发展，智能家居的应用范围和场景也在逐步拓展，对应的应用在智能家居上的镜头要求也越来越高，主要体现在更高的像质、更大的视场、更大的靶面及更小的体积。目前现有的超广角镜头往往像质较低，且靶面较小，体积较大。
3.因此，针对此现象，开发一款高像素、大靶面、小体积的光学镜头是有必要的。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种定焦镜头，以在成本较低的情况下，实现定焦镜头的高像素、低色差、大靶面、小体积，同时满足较大的视场角的要求。
5.本实用新型实施例提供一种定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方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，正光焦度的第四透镜，正光焦度的第五透镜，正光焦度的第六透镜，正光焦度的第七透镜，以及滤光片；
6.所述第一透镜为凸凹的玻璃球面透镜，所述第二透镜为凸凹的塑料非球面透镜，所述第三透镜为凸凹塑料非球面透镜，所述第四透镜为双凸的玻璃球面透镜，所述第五透镜为凹凸或双凹的玻璃球面透镜，所述第六透镜为双凸的塑料非球面透镜，所述第七透镜为双凸的塑料非球面透镜。
7.可选的，所述定焦镜头还包括：光阑，所述光阑位于所述第三透镜和所述第四透镜之间。
8.可选的，所述定焦镜头还包括：感光芯片，所述感光芯片位于所述滤光片靠近像方的一侧，或者，位于所述滤光片与所述第七透镜之间。
9.可选的，所述第一透镜至所述第七透镜的光焦度满足：
[0010][0011][0012][0013][0014][0015][0016][0017]
其中，和分别代表所述第一透镜至所述第七透镜的光焦度，代表所述定焦镜头的光焦度。
[0018]
可选的，所述第四透镜和第五透镜组成胶合透镜；所述胶合透镜的光焦度与所述第五透镜的光焦度满足：
[0019][0020]
可选的，所述第一透镜至所述第七透镜的折射率和阿贝常数满足：
[0021]
1.70≤n1≤1.90；36.6≤v1≤56.6；
[0022]
1.44≤n2≤1.76；44.2≤v2≤68.0；
[0023]
1.56≤n3≤1.80；10.0≤v3≤30.0；
[0024]
1.73≤n4≤1.93；32.7≤v4≤52.7；
[0025]
1.85≤n5≤2.05；10.0≤v5≤27.9；
[0026]
1.50≤n6≤1.72；40.3≤v6≤68.0；
[0027]
1.45≤n7≤1.80；48.0≤v7≤68.0；
[0028]
其中，n1、n2、n3、n4、n5、n6和n7依顺序分别代表所述第一透镜至所述第七透镜的折射率，v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7依顺序分别代表所述第一透镜至所述第七透镜的阿贝常数。
[0029]
可选的，所述定焦镜头的像面直径ic与所述定焦镜头的焦距f满足：
[0030]
0.18≤f/ic≤0.30。
[0031]
可选的，所述定焦镜头的像面直径ic和所述定焦镜头的镜头总长ttl满足：
[0032]
0.41≤ic/ttl≤0.51。
[0033]
可选的，所述定焦镜头的像面直径ic与所述定焦镜头的入瞳直径epd满足：
[0034]
7.48≤ic/epd≤9.10。
[0035]
可选的，所述定焦镜头的后焦bfl与所述定焦镜头的镜头总长ttl满足：
[0036]
bfl/ttl≥0.16。
[0037]
本实用新型实施例提供的定焦镜头，通过设置负光焦度的第一透镜，有利于光学系统光线的收集，可具有较大的视场范围；通过采用七个透镜和一个滤光片，并对各透镜组成玻塑混合的结构，在进行合理的光焦度分配后，实现定焦镜头的小型化和低成本，同时还能够使得该定焦镜头具有高像素、低色差、大靶面的特点。
附图说明
[0038]
图1为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图；
[0039]
图2为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线图；
[0040]
图3为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的光线光扇图；
[0041]
图4为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的opd光扇图；
[0042]
图5为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图；
[0043]
图6为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的球差曲线图；
[0044]
图7为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的光线光扇图；
[0045]
图8为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的opd光扇图；
[0046]
图9为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的结构示意图；
[0047]
图10为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的球差曲线图；
[0048]
图11为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的光线光扇图；
[0049]
图12为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的opd光扇图。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
[0051]
在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0052]
图1为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图。参考图1，本实用新型实施例提供的定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜10，负光焦度的第二透镜20，正光焦度的第三透镜30，正光焦度的第四透镜40，正光焦度的第五透镜50，正光焦度的第六透镜60，正光焦度的第七透镜70，以及滤光片80；第一透镜10为凸凹的玻璃球面透镜，第二透镜20为凸凹的塑料非球面透镜，第三透镜30为凸凹塑料非球面透镜，第四透镜40为双凸的玻璃球面透镜，第五透镜50为凹凸或双凹的玻璃球面透镜，第六透镜60为双凸的塑料非球面透镜，第七透镜70为双凸的塑料非球面透镜。
[0053]
其中，可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。在本实施例中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，通过合理分配透镜的光焦度，可以使定焦镜头具有大靶面、大光圈的特点，且视场角fov大于210
°
；第一透镜10至第七透镜70采用玻塑混合的结构，能够在满足定焦镜头的小型化的同时，使得定焦镜头具有较低的成本；同时，在第七透镜的像方侧设置滤光片80能够滤除杂光，使得像面整体均匀、明亮，同时像面色彩亮丽，具有良好的色彩还原性，使得定焦镜头具有较高的像素和较低的色差。
[0054]
本实施例的技术方案，通过设置负光焦度的第一透镜，有利于光学系统光线的收集，可具有较大的视场范围；通过采用七个透镜和一个滤光片，并对各透镜组成玻塑混合的结构，在进行合理的光焦度分配后，实现定焦镜头的小型化和低成本，同时还能够使得该定焦镜头具有高像素、低色差、大靶面的特点。
[0055]
在上述技术方案的基础上，继续参考图1，可选的，定焦镜头还包括光阑90，光阑90位于第三透镜30和第四透镜40之间。
[0056]
其中，通过将光阑90设置在第三透镜30和第四透镜40之间的光路中，可以调节光束的传播方向，调整光线入射角，有利于进一步提高成像质量。
[0057]
可选的，定焦镜头还包括感光芯片100，感光芯片100位于滤光片80靠近像方的一侧。该感光芯片100能够将光信号转换为电信号，以便于后续的处理分析。
[0058]
在一可选的实施例中，感光芯片还能够位于滤光片80与第七透镜70之间，其同样能够满足相应的功能作用。
[0059]
可选的，第一透镜10至第七透镜70的光焦度满足：
[0060][0061][0062][0063][0064][0065][0066][0067]
其中，和分别代表第一透镜10至第七透镜70的光焦度，代表定焦镜头的光焦度。通过设置各透镜的光焦度满足上述关系，可以保证定焦镜头达到清晰的成像效果。
[0068]
可选的，第四透镜40和第五透镜50组成胶合透镜；该胶合透镜的光焦度与第五透镜的光焦度满足：
[0069]
具体的，胶合透镜可用于最大限度地减少色差或者消除色差。在光学镜头中使用胶合透镜能够改善像质、减少光能量的反射损失，从而提升镜头成像的清晰度。另外，胶合透镜的使用还可以简化镜头制造过程中的装配程序，提升装备效率。通过引入由第四透镜40和第五透镜50组成的胶合透镜，可有助于消除色差影响，减小公差敏感度；同时，胶合透镜还可以平衡光学系统的整体色差。镜片的胶合省略了两镜片之间的空气间隔，使得光学系统整体紧凑，满足系统小型化需求。并且，镜片的胶合会降低镜片单元在组装过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。此外，通过合理设置第四透镜40和第五透镜50组成胶合透镜的光焦度与第五透镜的光焦度之间的满足上述关系，能够使正负透镜的光焦度合理搭配，有利于像差和色差的矫正。
[0070]
可选的，第一透镜10至所述第七透镜70的折射率和阿贝常数满足：
[0071]
1.70≤n1≤1.90；36.6≤v1≤56.6；
[0072]
1.44≤n2≤1.76；44.2≤v2≤68.0；
[0073]
1.56≤n3≤1.80；10.0≤v3≤30.0；
[0074]
1.73≤n4≤1.93；32.7≤v4≤52.7；
[0075]
1.85≤n5≤2.05；10.0≤v5≤27.9；
[0076]
1.50≤n6≤1.72；40.3≤v6≤68.0；
[0077]
1.45≤n7≤1.80；48.0≤v7≤68.0；
[0078]
其中，n1、n2、n3、n4、n5、n6和n7依顺序分别代表第一透镜10至第七透镜70的折射率，v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7依顺序分别代表第一透镜10至第七透镜70的阿贝常数。
[0079]
其中，折射率是光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，主要用来描述材料对光的折射能力，不同的材料的折射率不同。阿贝常数是用以表示透明介质色散能力的指数，介质色散越严重，阿贝常数越小；反之，介质的色散越轻微，阿贝常数越大。如此，通过搭配设置定焦镜头中各透镜的折射率和阿贝常数，有利于实现定焦镜头的小型化设计；同时，有利于实现较高的像素分辨率与较大的光圈。
[0080]
可选的，定焦镜头的像面直径ic与定焦镜头的焦距f满足：0.18≤f/ic≤0.30。如此，定焦镜头具有广角性能，能保证定焦镜头的拍摄范围，使系统具有较大的视野。
[0081]
可选的，定焦镜头的像面直径ic和定焦镜头的镜头总长ttl满足：0.41≤ic/ttl≤0.51。如此，在能够具有较小的体积的同时，满足大靶面，高成像清晰度的要求，提高光学系统的成像质量。
[0082]
可选的，定焦镜头的像面直径ic与定焦镜头的入瞳直径epd满足：7.48≤ic/epd≤9.10。如此，光学系统在满足大像面、高品质成像的同时，控制光学系统的入瞳直径，保证大像面、超广角成像系统边缘视场光线充足，提升像面亮度。
[0083]
可选的，定焦镜头的后焦bfl与定焦镜头的镜头总长ttl满足：bfl/ttl≥0.16。如此，能够保证成像传感器和平板滤光片有足够的安装空间。
[0084]
本实施例提供的定焦镜头，采用玻璃球面透镜和塑料非球面透镜的混合结构，能够有利于降低成本；同时，通过合理设置各透镜的光焦度、折射率和阿贝常数，以及定焦镜头的像面直径、焦距、镜头总长、入瞳直径和后焦等参数，使得定焦镜头满足高像素、大靶面、小体积等要求的前提下，能够具有超广角、大光圈的优点。
[0085]
其中，塑料非球面透镜的特点是从镜片中心到镜片周边，曲率是连续变化的。与从镜片中心到镜片周边具有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。
[0086]
可选的，非球面透镜的面型满足公式：
[0087][0088]
其中，z为非球面矢高；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数，k表示圆锥系数，r垂直光轴方向的径向坐标；ai(i为2、3、4、5、6、7、8)为高次项系数，a
ir2i
为非球面的高次项。
[0089]
作为一种可行的实施方式，下面对定焦镜头中各个透镜表面的表面类型、曲率半径、厚度、折射率和阿贝数等进行实施例性的说明。
[0090]
示例性的，图1作为实施例一的定焦镜头结构示意图，表1为与图1对应的定焦镜头的具体参数：
[0091]
表1定焦镜头的具体参数
[0092][0093]
本实施例的定焦镜头的焦距f＝1.39mm，像面直径ic＝6.2mm，对角视场角fov＝220
°
，镜头总长ttl＝13.0mm。
[0094]
表2为表1提供的定焦镜头的一种设计值：
[0095]
表2定焦镜头的一种设计值
[0096]
面序号表面类型曲率半径厚度材料(nd)材料(vd)半直径1球面10.09550.8991.80446.65.032球面3.61591.394
ꢀꢀ
2.943非球面8.35600.9771.53854.22.404非球面1.21801.056
ꢀꢀ
1.275非球面4.20811.0491.65820.01.186非球面-249.29770.161
ꢀꢀ
0.84光阑平面无限0.378
ꢀꢀ
0.728球面4.98091.6731.83542.71.059球面-2.16620.6491.94617.91.32
10球面-20.00000.040
ꢀꢀ
1.6011非球面-65.44620.9841.60450.31.7012非球面-5.42330.048
ꢀꢀ
1.8013非球面5.37500.9731.70058.01.9714非球面-6.96920.745
ꢀꢀ
2.1015平面无限0.7001.51764.22.4616平面无限1.274
ꢀꢀ
2.6317像面无限
ꢀꢀꢀ
3.13
[0097]
表2中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“无限”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离。
[0098]
其中，表3为本实施例中非球面面型参数：
[0099]
表3定焦镜头中非球面系数的一种设计值
[0100][0101]
其中，4.695946e-03表示面序号为3的系数a2为4.695946
×
10-3
。
[0102]
图2为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线图；图3为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的光线光扇图；图4为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的opd光扇图；其中由图2～图4可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。
[0103]
图5为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图，与上述实施例类似，表4为图5对应的定焦镜头的具体参数：
[0104]
表4定焦镜头的具体参数
[0105][0106]
本实施例的定焦镜头的焦距f＝1.49mm，像面直径ic＝6.0mm，对角视场角fov＝210
°
，镜头总长ttl＝13.0mm。
[0107]
表5为表4提供的定焦镜头的一种设计值：
[0108]
表5定焦镜头的一种设计值
[0109]
面序号表面类型曲率半径厚度材料(nd)材料(vd)半直径1球面10.00000.9321.80446.65.212球面3.16421.505
ꢀꢀ
2.823非球面3.07350.8151.58858.02.354非球面1.00751.528
ꢀꢀ
1.395非球面3.53990.9951.66120.01.206非球面-22.11320.071
ꢀꢀ
0.91光阑平面无限0.241
ꢀꢀ
0.868球面4.64121.1581.83542.71.12
9球面-3.00120.6501.94617.91.2610球面6.21510.091
ꢀꢀ
1.5011非球面11.19421.1071.61458.01.6012非球面-3.18610.046
ꢀꢀ
1.7613非球面7.31651.1071.54758.01.9614非球面-7.02080.745
ꢀꢀ
2.0815平面无限0.7001.51764.22.4316平面无限1.310
ꢀꢀ
2.5817像面无限
ꢀꢀꢀ
3.01
[0110]
表5中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“无限”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离。
[0111]
其中，表6为本实施例中非球面面型参数：
[0112]
表6定焦镜头中非球面系数的一种设计值
[0113][0114]
其中，-5.612028e-03表示面序号为3的系数a2为-5.612028
×
10-3
。
[0115]
图6为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的球差曲线示意图，图7为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的光线光扇示意图，图8为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的opd光扇图；其中由图6～图8可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。
[0116]
图9为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的结构示意图，与上述实施例类似，表7为图9对应的定焦镜头的具体参数：
[0117]
表7定焦镜头的具体参数
[0118][0119]
本实施例的定焦镜头的焦距f＝1.50mm，像面直径ic＝6.0mm，对角视场角fov＝210
°
，镜头总长ttl＝13.0mm。
[0120]
表8为表7提供的定焦镜头的一种设计值：
[0121]
表8定焦镜头的一种设计值
[0122]
面序号表面类型曲率半径厚度材料(nd)材料(vd)半直径1球面9.37210.6101.80446.66.002球面3.62301.796
ꢀꢀ
3.253非球面3.29960.8591.66257.42.504非球面1.05261.402
ꢀꢀ
1.435非球面3.31151.1071.70020.01.226非球面30.80900.081
ꢀꢀ
0.86
光阑平面无限0.104
ꢀꢀ
0.828球面4.66061.4521.83542.71.009球面-2.28190.6491.94617.91.2310球面23.34260.082
ꢀꢀ
1.5111非球面-36.16081.0141.61958.01.6012非球面-2.95820.048
ꢀꢀ
1.7513非球面6.30681.0271.69958.01.9114非球面-17.40590.745
ꢀꢀ
2.1215平面无限0.7001.51764.22.4516平面无限1.328
ꢀꢀ
2.6017像面无限
ꢀꢀꢀ
3.05
[0123]
表8中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“无限”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离。
[0124]
其中，表9为本实施例中非球面面型参数：
[0125]
表9定焦镜头中非球面系数的一种设计值
[0126][0127]
其中，-5.971738e-03表示面序号为3的系数a2为-5.971738
×
10-3
。
[0128]
图10为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的球差曲线示意图，图11为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的光线光扇示意图，图12为本实用新型实施例提供的
又一种定焦镜头的opd光扇图；其中由图10～图12可知，本实施例提供的定焦镜头具有良好的成像能力。
[0129]
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。