一种实现温度补偿的光学镜头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种实现温度补偿的光学镜头，包括有镜头外壳，所述镜头外壳内从物方到像方设有由光学玻璃和/或光学树脂制成的透镜，依次包括：第一透镜，其具有负光焦度的草帽型透镜；第二透镜，其具有正光焦度的双凸型透镜；第三透镜，其具有正光焦度的双凸型透镜；第四透镜，其具有负光焦度的双凹型透镜；所述第一透镜与第二透镜之间设有光阑元件，所述第四透镜光连接有滤色片，所述镜头导入的可见光波段与近红外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
【专利说明】一种实现温度补偿的光学镜头
[【技术领域】]
[0001 ] 本发明涉及一种实现温度补偿的光学镜头。
[【背景技术】]
[0002]随着今年安防监控市场的迅速崛起、数码处理及网络传输速度的优化提升，对安防监控镜头的品质要求大大提高，从普通的监视需求到高清的鉴别，从机关单位单点小范围应用到普通民用市场里的成本控制，及其严格、复杂多变的环境，对摄像镜头的要求越来越闻。
[0003]目前安防监控镜头一般采用4片至6片镜片组成，全部为球面玻璃。随着原材料价格的飙升，成品玻璃镜片的价格也是越来越高，从而导致摄像镜头的成本居高不下，很难再普及型的应用到民用和玩具市场。
[0004]从成本考量出发，就要减少玻璃镜片使用数量，但是减少镜片数量，带来的就成像分辨率的严重下降，是不能被市场接受的。只有借助球面技术来减少镜片元件的使用数量，玻璃非球面价格昂贵，不能使用。塑料非球面镜片以其成本低廉，成型工艺成熟，生产效率高有利于大批大量生产的优势被广泛应用。
[0005]但是受塑料材料本身物理特性所限，受温度变化引起的热胀冷缩对成像的影响非常大，温度补偿性能不佳，无法满足在_30°C?+70°C的温度范围内保持较完美的成像清晰度。
[
【发明内容】
]
[0006]本发明克服了上述技术的不足，提供了一种实现温度补偿的光学镜头，是一种同时满足可见光谱和近红外光谱波段成像焦面不离焦的耐温近红外全高清镜头系统，通过采用塑料非球面技术实现温度补偿，极大的降低了镜头生产成本和提高了生产效率，可应用在民用、安防、玩具市场的摄影相机，能实现全天候不间断清晰成像，能满足适用不同地区温度变化的环境条件。
[0007]为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案:
[0008]一种实现温度补偿的光学镜头，包括有镜头外壳，所述镜头外壳内从物方到像方设有由光学玻璃和/或光学树脂制成的透镜，依次包括:
[0009]第一透镜1，其具有负光焦度的草帽型透镜；
[0010]第二透镜3，其具有正光焦度的双凸型透镜；
[0011]第三透镜4，其具有正光焦度的双凸型透镜；
[0012]第四透镜5，其具有负光焦度的双凹型透镜；
[0013]所述第一透镜I与第二透镜3之间设有光阑元件2，所述第四透镜5光连接有滤色片6，所述镜头导入的可见光波段与近红外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
[0014]所述镜头至少包含两个高次非球面树脂透镜。[0015]所述高次非球面树脂透镜的非球面次数为16次。
[0016]所述第一透镜I为玻璃透镜，所述第一透镜I的折射率nd < 1.5，阿贝数vd < 70，所述第一透镜I朝向物面的一面rl为凸面镜，所述第一透镜I与光阑元件2光连接的一面r2为凹面镜。
[0017]所述第二透镜3为高次非球面树脂透镜，第二透镜3的折射率nd < 1.54，阿贝数vd < 55，所述第二透镜3与光阑元件2光连接的一面r3为凸面镜，所述第二透镜3与第三透镜4光连接的一面r4为凸面镜。
[0018]所述第三透镜4为玻璃透镜，所述第三透镜4的折射率nd > 1.75，阿贝数vd >50，所述第三透镜4与第二透镜3光连接的一面r5为凸面镜，所述第三透镜4与第四透镜5光连接的一面r6为凸面镜。
[0019]所述第四透镜5为高次非球面透镜，所述第四透镜5的折射率nd > 1.63，阿贝数vd > 24，所述第四透镜5与第三透镜4光连接的一面r7为凹面镜，所述第四透镜5与滤色片6光连接的一面r8为凹面镜。
[0020]所述镜头的光圈值为Fl.6以上。
[0021]所述第一透镜I焦距ff与第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5组合焦距fb的比值范围为-1.8≤ff/fb≤-1.4。
[0022]本发明的有益效果是:
[0023]1、本发明采用玻璃镜片和塑胶镜片混合配置，解决了可见光和近红外光脚面漂移的问题，实现了可见光和近红外光线高分辨率。
[0024]2、本发明第二凸面透镜和第四凹面透镜采用了温度补偿技术，解决了外面环境温度对镜头冲击的影响，保证镜头在高低温(_30°C到70°C )环境下都能清晰成像。
[0025]3、本发明采用四片光学镜片的光学结构，大大降低了镜头的生产成本以及提高了
生产效率。
[【专利附图】
【附图说明】]
[0026]图1为本发明结构示意图；
[0027]图2为本发明可见光部分的轴向色差曲线图；
[0028]图3为本发明红外光部分的轴向色差曲线图；
[0029]图4为本发明可见光部分的垂轴色差曲线图；
[0030]图5为本发明红外光部分的垂轴色差曲线图；
[0031]图6为本发明可见光部分的像散和畸变曲线图；
[0032]图7为本发明红外光部分的像散和畸变曲线图；
[0033]图8为本发明可见光部分的MTF曲线图；
[0034]图9为本发明红外光部分的MTF曲线图；
[0035]图10为本发明可见光部分的-30度低温下MTF曲线图；
[0036]图11为本发明可见光部分的70度高温下MTF曲线图。
[【具体实施方式】]
[0037]下面结合附图与本发明的实施方式作进一步详细的描述:[0038]如图1所不,一种实现温度补偿的光学镜头,包括有镜头外壳,所述镜头外壳内从物方到像方设有由光学玻璃和/或光学树脂制成的透镜，依次包括:
[0039]第一透镜1，其具有负光焦度的草帽型透镜；
[0040]第二透镜3，其具有正光焦度的双凸型透镜；
[0041]第三透镜4，其具有正光焦度的双凸型透镜；
[0042]第四透镜5，其具有负光焦度的双凹型透镜；
[0043]所述第一透镜I与第二透镜3之间设有光阑元件2，所述第四透镜5光连接有滤色片6，所述镜头导入的可见光波段与近红外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
[0044]其中，所述镜头至少包含两个高次非球面树脂透镜；所述高次非球面树脂透镜的非球面次数为16次，本光学镜头由四片玻璃镜片或塑胶镜片混合配置而成，大大降低了生产成本。
[0045]所述第一透镜I朝向物面的一面rl为凸面镜，用于降低光学系统畸变，畸变是物体和像失去相似性，对大视场镜头来说控制畸变非常重要；所述第一透镜I与光阑元件2连接的一面r2为凹面镜。
[0046]其中，所述第一透镜I折射率为nd < 1.5，阿贝数为vd < 70，能有效地降低大视场角的入射光线带来的色差影响。
[0047]所述第二透镜3与光阑元件2光连接的一面r3为凸面镜，所述第二透镜3与第三透镜4光连接的一面r4为凸面镜，第二透镜3可以快速汇聚第一透镜I导入光学系统的光线，由于非球面的高阶项系数变量多，让残余像差的校正地更加完善；并且第二透镜3具有一定的厚度，可以减少大入射角度光线的场曲像差，因为当一个系统存在场曲时，不可能得到一整个像面都清晰的平面像(或视场中间清晰、视场边缘清晰或视场中心清晰，即中心和周边不同步)，避免了由于第二透镜3过于薄，使匹兹万场曲和系统的累积场曲难以校正。
[0048]其中，所述第二透镜3的折射率为nd < 1.54，阿贝数为vd < 55。
[0049]所述第三透镜4与第二透镜3光连接的一面r5为凸面镜；所述第三透镜4与第四透镜5光连接的一面r6为凸面镜。
[0050]其中，所述第三透镜4的折射率nd > 1.75，阿贝数vd > 50，所述第三透镜4汇聚经过第一透镜1、第二透镜3的光线，且第三透镜4为低色散材料，能有效补偿光学系统中的
色差值。
[0051]所述第四透镜5与第三透镜4光连接的一面r7为凹面镜；所述第四透镜5与滤色片6光连接的一面r8为凹面镜，由于第四透镜5为非球面，高阶项系数变量多，让残余像差的校正得更加完善。
[0052]其中，所述第四透镜5的折射率nd > 1.63，阿贝数vd > 24。
[0053]第二透镜3和第四透镜5进行合理的镜片分配，保证产品能达到较好的性能，合理的温度补偿技术，保证镜头在高低温(_30°C到70°C )环境下都能具备优良的性能。
[0054]所述光阑兀件2的光圈值大于Fl.6,实现大光圈高速捕捉成像信息。
[0055]镜头以光阑元件2为界把镜头划分成前后两组，其中前组镜片(即第一透镜I)的组合焦距用ff表示，后组镜片(即第二透镜3、第三透镜4以及第四透镜5)的组合焦距用fb表示，满足条件:-1.8 ( ff/fb^-l.4 ;限制了系统必须具有相互补偿的正负光焦度组合，当ff/fb小于下限-1.8时，光学系统总长会增大，不利于小型化结构紧凑的要求；当ff/fb大于上限-1.4时，系统的视场角无法保证。
[0056]因此，本发明运用塑料非球面技术解决了可见光和近红外光焦面漂移以及外界环境温度变化对镜头冲击的影响补偿的技术难题，实现了低成本，F2.0以上大相对孔径，百万像素以上高分辨率和较长的后工作距离小型化的低成本方案。
[0057]图2至图9为本发明应于实施案例的光学性能曲线图，其中
[0058]图2为可见光部分轴向色差曲线图(也可叫球差曲线图)，由常用的F、d、C(F =
0.486um, d = 0.588um, C = 0.656um)三色光的波长来表示，单位为毫米mm。
[0059]图3为红外光部分轴向色差曲线图(也可叫球差曲线图)，由常用的近红外光波三色光的波长来表示，单位为毫米mm。
[0060]图4为可见光部分垂轴色差曲线，由常用的F、d、C三色光的波长来表示，单位为微米um。
[0061]图5为红外光垂轴色差曲线，由常用的近红外三色光的波长来表示，单位为微米um。
[0062]图6为可见光部分像散和畸变曲线图，由常用的F、d、C三色光的波长来表示，单位为_，畸变曲线图表示不同视场角情况下的畸变大小值，单位为％。
[0063]图7为红外光部分像散和畸变曲线图，由常用的近红外三色光的波长来表示，单位为_，畸变曲线图表示不同视场角情况下的畸变大小值，单位为％。
[0064]图8为可见光部分MTF曲线图，代表了一个光学系统的综合解像水平。由图可知，该光学镜头已将各种像差校正到一个较好的水平。
[0065]图9为红外光部分MTF曲线图，代表了一个光学系统的综合解像水平。由图可知，该光学镜头已将各种像差校正到一个较好的水平。
[0066]在本发明实施案例中，该光学镜头的整体焦距值为EFL，光圈值为FN0，视场角为F0V，镜头总长TTL，并由物方侧开始，将各个镜面依次编号，第一透镜I的镜面为rl、r2，第二透镜3的镜面为r3、r4,第三透镜4的镜面为r5、r6,第四透镜5的镜面为r7、r8,滤色片。
[0067]本发明优选参数 值(表一)
[0068]EFL = 4mm，FNO = 2.2，FOV = 95°，TTL = 22.2mm
[0069]
【权利要求】
1.一种实现温度补偿的光学镜头，其特征在于:包括有镜头外壳，所述镜头外壳内从物方到像方设有由光学玻璃和/或光学树脂制成的透镜，依次包括: 第一透镜(I)，其具有负光焦度的草帽型透镜； 第二透镜(3)，其具有正光焦度的双凸型透镜； 第三透镜(4)，其具有正光焦度的双凸型透镜； 第四透镜(5)，其具有负光焦度的双凹型透镜； 所述第一透镜(I)与第二透镜(3)之间设有光阑元件(2)，所述第四透镜(5)光连接有滤色片(6)，所述镜头导入的可见光波段与近红外波段在同一焦面聚焦，使其在白天和夜晚模式下均能清晰成像。
2.根据权利要求1所述的一种实现温度补偿的光学镜头，其特征在于:所述镜头至少包含两个高次非球面树脂透镜。
3.根据权利要求2所述的一种实现温度补偿的光学镜头，其特征在于:所述高次非球面树脂透镜的非球面次数为16次。
4.根据权利要求1所述的一种实现温度补偿的光学镜头，其特征在于:所述第一透镜(I)为玻璃透镜，所述第一透镜(I)的折射率nd< 1.5，阿贝数vd <70，所述第一透镜(I)朝向物面的一面rl为凸 面镜，所述第一透镜(I)与光阑元件(2)光连接的一面r2为凹面镜。
5.根据权利要求1所述的一种实现温度补偿的光学镜头，其特征在于:所述第二透镜(3)为高次非球面树脂透镜，第二透镜(3)的折射率nd< 1.54，阿贝数vd < 55，所述第二透镜(3)与光阑元件(2)光连接的一面r3为凸面镜，所述第二透镜(3)与第三透镜(4)光连接的一面r4为凸面镜。
6.根据权利要求1所述的一种实现温度补偿的光学镜头，其特征在于:所述第三透镜(4)为玻璃透镜，所述第三透镜⑷的折射率nd>1.75，阿贝数vd >50，所述第三透镜(4)与第二透镜(3)光连接的一面r5为凸面镜，所述第三透镜(4)与第四透镜(5)光连接的一面r6为凸面镜。
7.根据权利要求1所述的一种实现温度补偿的光学镜头，其特征在于:所述第四透镜(5)为高次非球面透镜，所述第四透镜(5)的折射率nd>1.63，阿贝数“>24，所述第四透镜(5)与第三透镜(4)光连接的一面r7为凹面镜，所述第四透镜(5)与滤色片(6)光连接的一面r8为凹面镜。
8.根据权利要求1所述的一种实现温度补偿的光学镜头，其特征在于:所述镜头的光圈值为Fl.6以上。
9.根据权利要求3所述的一种实现温度补偿的光学镜头，其特征在于:所述第一透镜⑴焦距ff与第二透镜(3)、第三透镜(4)、第四透镜(5)组合焦距fb的比值范围为-1.8 < ff/fb ( -1.4。
【文档编号】G02B13/14GK104007542SQ201410255268
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】高屹东, 白兴安, 梁伟朝, 范家永, 陈鹏, 翟林燕, 赵会堂, 吴正香, 付湘发, 蔡维展, 靳明生, 吴振 申请人:舜宇光学(中山)有限公司