一种光学定焦镜头的制作方法

本发明涉及透镜显示技术领域，特别是涉及一种光学定焦镜头。

背景技术：

智能交通光学镜头的发展趋势为高清、大像面、低成本、大视场，大景深。随着平安城市、道路监控等不断发展，电警、测速仪等智能交通领域更加青睐1/1”、4/3”英寸等大尺寸CCD/CMOS的光学镜头，以实现3个车道以上停车车牌及红绿灯等视场范围的高清晰监控。目前智能交通安防监控光学镜头市场上，能够同时满足4/3”英寸成像、视场角60°左右的产品相当稀少，且价格也相对比较昂贵。

另外，智能交通电子警察、测速仪的成像像素质量逐渐提高，优于500万，甚至高达800万以上，是市场的必然要求，而能够同时达到800万像素且像面满足4/3”英寸、视场角在60°以上的镜头在市面上鲜有出售。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种光学定焦镜头，用以解决现有技术中的光学定焦镜头无法满足大像面大光圈的的问题。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种光学定焦镜头，从物侧到像侧依次排列包括：第一透镜组、第二透镜组、光阑以及第三透镜组；

其中，所述第一透镜组的光焦度为负，所述第二透镜组的光焦度为正，所述第三透镜组的光焦度为正，所述光阑位于所述第二透镜组与所述第三透镜组之间，其中，所述第一透镜组包括：光焦度为正的双凸型第一透镜、光焦度为 负的双凹型第二透镜、光焦度为负的双凹型第三透镜、光焦度为正的双凸型第四透镜。

因此，能够实现高清成像的需求，并扩大了光学定焦镜头的像面和视场、以及提高了光学定焦镜头的分辨率。

可选的，所述第二透镜组包括：光焦度为正的双凸型第五透镜、光焦度为负的双凹型第六透镜，光焦度为正的双凸型第七透镜。

可选的，所述第三透镜组包括：光焦度为正，凹面朝向物侧的凹凸型第八透镜、光焦度为负的双凹型第九透镜、光焦度为正的双凸型第十透镜、光焦度为正的双凸型第十一透镜、光焦度为负的双凹型第十二透镜、光焦度为正的双凸型第十三透镜。

可选的，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述光阑以及所述第三透镜组构成反远距结构。

可选的，

在所述第一透镜组中，所述第一透镜与所述第二透镜胶合而成第一组双胶合透镜，所述第三透镜与所述第四透镜胶合而成第二组双胶合透镜。

可选的，

在所述第二透镜组中，所述第六透镜与所述第七透镜胶合而成第三组双胶合透镜。

可选的，

在所述第三透镜组中，所述第八透镜、所述第九透镜与所述第十透镜胶合而成三胶合透镜，所述第十二透镜与所述第十三透镜胶合而成第四组双胶合透镜。

可选的，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组中的各透镜均为球面透镜。

可选的，所述第一透镜组的有效焦距与所述光学定焦镜头的有效焦距满足第一设定关系，所述第二透镜组的有效焦距与所述光学定焦镜头的有效焦距满 足第二设定关系；

其中，所述第一设定关系为：0.8<|F₁/F_eff|<2.2，所述第二设定关系为：0.8<F₂/F_eff<1.9，其中F_eff为所述光学定焦镜头的有效焦距，F₁为所述第一透镜组的有效焦距，F₂为所述第二透镜组的有效焦距。

可选的，所述光学定焦镜头为成像物镜，所述光学定焦镜头的像面为电荷耦合器件CCD或互补式金属氧化物半导体传感器CMOS中的一种。

附图说明

图1为本发明实施例中光学定焦镜头的结构示意图；

图2为本发明实施例中光学定焦镜头的球面像差图；

图3为本发明实施例中光学定焦镜头的横向色差图；

图4A为本发明实施例中光学定焦镜头的场曲图；

图4B为本发明实施例中光学定焦镜头的畸变图；

图5A-图5E为本发明实施例中光学定焦镜头的成像影像的光线扇形图。

具体实施方式

为了解决现有技术中的光学定焦镜头无法满足大像面大光圈的的问题，本发明提供了一种光学定焦镜头，该光学定焦镜头从物侧到像侧依次排列包括：第一透镜组、第二透镜组、光阑以及第三透镜组；其中，第一透镜组的光焦度为负，第二透镜组的光焦度为正，第三透镜组的光焦度为正，光阑位于第二透镜组与第三透镜组之间，其中，第一透镜组包括：光焦度为正的双凸型第一透镜、光焦度为负的双凹型第二透镜、光焦度为负的双凹型第三透镜、光焦度为正的双凸型第四透镜。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

参阅图1所示，为本发明中一种光学定焦镜头的结构示意图。

以下实施例中所提到的方向用于，例如：上、下、左、右、前或后等，仅 是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

一种光学定焦镜头，从物侧到像侧依次排列包括：第一透镜组A、第二透镜组B、光阑ST以及第三透镜组C。

其中，第一透镜组A的光焦度为负，第二透镜组B的光焦度为正，第三透镜组C的光焦度为正，光阑ST位于第二透镜组B与第三透镜组C之间，其中，第一透镜组A包括：光焦度为正的双凸型第一透镜1、光焦度为负的双凹型第二透镜2、光焦度为负的双凹型第三透镜3、光焦度为正的双凸型第四透镜4。

这里只要第一透镜组满足光焦度为负且符合上述的构成关系即可有效保证高清成像的需求，并有助于扩大光学定焦镜头的像面和视场、以及提高光学定焦镜头的分辨率。

可选的，第二透镜组B包括：光焦度为正的双凸型第五透镜5、光焦度为负的双凹型第六透镜6，光焦度为正的双凸型第七透镜7。

第三透镜组C包括：光焦度为正，凹面朝向物侧的凹凸型第八透镜8、光焦度为负的双凹型第九透镜9、光焦度为正的双凸型第十透镜10、光焦度为正的双凸型第十一透镜11、光焦度为负的双凹型第十二透镜12、光焦度为正的双凸型第十三透镜13。

这里的第一透镜组A、第二透镜组B、光阑ST以及第三透镜组C构成反远距结构。

事实上，反远距结构形式比较适合用来实现大像面和大视场的规格要求。而本发明正是通过在光焦度分配上采用了前负后正的反远距结构形式，以及合理的镜片面型和镜面选材，在满足规格需求的同时比较好的实现了对像差控制。

第一透镜组A、第二透镜组B、第三透镜组C中的各透镜均为球面透镜。由于球面透镜具有较低的成本，因此可降低本实施例的定焦镜头的制造成本。此外，采用球面透镜也可以降低制造公差敏感度和检验物料的难度，有利于大 量生产。

在本实施例中，为减小色差，减小镜片表面反射数量，在第一透镜组A中，第一透镜1与第二透镜2胶合而成第一组双胶合透镜，第三透镜3与第四透镜4胶合而成第二组双胶合透镜。

在第二透镜组B中，第六透镜6与第七透镜7胶合而成第三组双胶合透镜。

在第三透镜组C中，第八透镜8、第九透镜9与第十透镜10胶合而成三胶合透镜，第十二透镜12与第十三透镜13胶合而成第四组双胶合透镜。

需要指出，本发明并不以上述胶合为限。此处的胶合方案主要从装配的便捷、透过率的提高等方面考虑而提出的优选方案。一般地，胶合方案改成密接方案也是可行的。

在本实施例中，优选的在第二透镜组B和第三透镜组C之间配置孔径光阑ST。通过如此配置，使光阑ST前后正负光焦度适当分散对称，容易进行诸像差的修正。若孔径光阑ST配置在比第二透镜组B更靠近物侧，则出射光瞳口径变大，不得不增加第三透镜组C的口径，透镜重量也增大，因此不为优选。

此外，本发明实施例中，第一透镜组A的有效焦距与光学定焦镜头的有效焦距满足第一设定关系，第二透镜组B的有效焦距与光学定焦镜头的有效焦距满足第二设定关系，第一设定关系为：0.8<|F₁/F_eff|<2.2，第二设定关系为：0.8<F₂/F_eff<1.9，其中F_eff为光学定焦镜头的有效焦距，F₁为第一透镜组的有效焦距，F₂为第二透镜组的有效焦距。

具体的，针对第一设定关系，当|F₁/F_eff|超过上限时，负光焦度过弱，系统长度较大。当|F₁/F_eff|超过下限时，负光焦度过强，高阶像差增加，畸变亦难以矫正。因此，本实施例中的定焦镜头符合0.8<|F₁/F_eff|<2.2时，有较佳的成像质量和合理的结构空间形式。

针对第二设定关系，当F₂/F_eff超过下限0.8时，F₂相对变小，即光焦度相对变大，如此会造成高级慧差、象散增大。当F₂/F_eff超过上限1.9时，F₂相对变大，即光焦度相对变小，如此会造成光学系统过长，第三透镜组口径加大， 无法满足市场对光学系统紧凑化的要求。

上述两个设定条件，主要体现在对像差的控制、平衡，以及对整个光学系统尺寸的控制。通过对两个设定条件的控制，提高光学定焦镜头的性能。

本发明实施例中，光学定焦镜头为成像物镜，光学定焦镜头的像面为电荷耦合器件CCD或互补式金属氧化物半导体传感器CMOS中的一种。

以下内容将为本发明中光学定焦镜头的一个实施例。需要注意的是，下述的表1与所列的数据并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的变动，其仍应属于本发明的范畴内。

表1

在该表1中，分别列出了13个透镜的各个面的半径、相邻面之间的间隔，以及各个透镜的折射率和阿贝系数。当间隔为0时，表示两个透镜的面相重叠。

图2，图3，图4A和图4B，图5A至图5E均为本发明中光学定焦镜头的成像光学仿真数据图。图2为光学定焦镜头的球面像差(spherical aberration)图，其中纵坐标轴代表光束口径，横坐标表示了球差及轴向色差大小。由图2可知，本发明中光学定焦镜头的球差大小控制在-0.03mm～0.1mm之间。图3为光学定焦镜头的横向色差(lateral color)图，其中纵坐标轴代表光束口径，横坐标表示了像面上横向色差大小。由图3可知，光学定焦镜头的横向色差控制在-0.005mm～0.001mm之间。图4A和图4B分别为定焦镜头的场曲(field curve)图及畸变(distortinon)图，其中纵坐标均代表视场大小，场曲图的横坐标以毫米为量纲表示镜头的场曲值，畸变图的横坐标以百分比为量纲表示镜头的畸变大小。由图4A可知，子午场曲控制在0.1mm左右，弧矢场曲控制在0.008mm左右，由图4B可知，最大畸变空载在-5％左右。图5A至图5E为光学定焦镜头的成像影像的光线扇形图(ray fan plot)，其是以波长为486纳米、588纳米及656纳米的光为例生成仿真数据图，横坐标表示为归一化后的光束口径，纵坐标为光线与像面的相交高度值。图2，图3，图4A和图4B，图5A至图5E所显示的图形均在标准的范围内，由此可以验证本实施例的定焦镜头确实具有良好的光学成像质量。

综上所述，在本发明中，光学定焦镜头从物侧到像侧依次排列包括：第一透镜组、第二透镜组、光阑以及第三透镜组；其中，第一透镜组的光焦度为负，第二透镜组的光焦度为正，第三透镜组的光焦度为正，光阑位于第二透镜组与第三透镜组之间，其中，第一透镜组包括：光焦度为正的双凸型第一透镜、光焦度为负的双凹型第二透镜、光焦度为负的双凹型第三透镜、光焦度为正的双凸型第四透镜，因此，能够实现高清成像的需求，扩大了光学定焦镜头的像面和视场、并提高了光学定焦镜头的分辨率。

此外，本发明提供的实施例光学系统中，第一透镜组、第二透镜组、和第三透镜组形成反远距结构，能够实现大视场的需求。合理的光焦度分配及光阑位置，使镜头体积比较紧凑。胶合部件的大量运用提升光学系统的光通量，减少光机配合公差累计量，并降低了公差敏感性、装配难度，最终提升装配良率。合理的玻璃组合及优化，保证了高清的成像需求，最终实现了超大像面、高分辨率、大视场的效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。