一种小畸变、耐高低温的定焦镜头的制作方法

本发明涉及定焦镜头领域，特别是涉及一种小畸变、耐高低温的定焦镜头。

背景技术

近年来，安防领域方面，市场对安防监控镜头的要求是越来越高，比如成像要求高清晰、消紫边、杂光少、尺寸要求短小、能够适应苛刻的高低温环境、防水防刮擦等等。其中，焦距8mm左右的镜头，因其观察的范围比较适中而被广泛应用于各种场合。现有的大光圈、焦距8mm左右的镜头为满足高清晰度、低畸变等要求，使用的镜片数量比较多，造成镜头结构复杂、体积大；为适应苛刻的高低温环境，镜座采用金属材料加工而成，镜片采用非球面，成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种小畸变、耐高低温的定焦镜头，解决了光学总长偏大、不能适应苛刻的高低温环境的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种小畸变、耐高低温的定焦镜头，包括：第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和滤光片。

从物体发出的光线依次通过所述第一透镜、所述光阑、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述滤光片后，在成像设备上成像。

所述第一透镜为具有负光焦度的双凹形玻璃透镜。

所述第二透镜为具有正光焦度的双凸形玻璃透镜。

所述第三透镜为具有正光焦度的双凸形玻璃透镜。

所述第四透镜为具有负光焦度的双凹形玻璃透镜。

所述第三透镜的出射面与所述第四透镜的入射面胶合在一起。

所述第五透镜为具有正光焦度的弯月形玻璃透镜，所述第五透镜的入射面为所述弯月形玻璃透镜的凹面，所述第五透镜的出射面为所述弯月形玻璃透镜的凸面。

所述第六透镜为具有正光焦度的弯月形玻璃透镜，所述第六透镜的入射面为所述弯月形玻璃透镜的凸面，所述第六透镜的出射面为所述弯月形玻璃透镜的凹面。

可选的，定焦镜头还包括：

镜筒和端盖。

所述端盖设置在所述镜筒一端，所述滤光片胶合在所述镜筒的另一端，所述第一透镜、所述光阑、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依次安装于所述端盖、所述镜筒和所述滤光片内。

可选的，定焦镜头还包括：多个隔圈；

所述隔圈分别设置在所述第一透镜与第二透镜之间，所述第二透镜和所述第三透镜之间，所述第四透镜和所述第五透镜之间，所述第五透镜和所述第六透镜之间以及所述端盖和所述镜筒之间。

可选的，所述第一透镜与第二透镜之间的所述隔圈采用因瓦合金或超因瓦合金材料加工制成，再经电化学方法进行表面处理。

可选的，所述第一透镜的折射率≤1.70，所述第一透镜的阿贝数≤35；

所述第二透镜的折射率≥1.90，所述第二透镜的阿贝数≤40；

所述第三透镜的折射率≤1.65，所述第三透镜的阿贝数≥60；

所述第四透镜的折射率≥1.80，所述第四透镜的阿贝数≤30；

所述第五透镜的折射率≥1.75，所述第五透镜的阿贝数≤50；

所述第六透镜的折射率≥1.80，所述第六透镜的阿贝数≤45；

且所述第四透镜的折射率与所述第三透镜的折射率的差值≥0.20，所述第三透镜的阿贝数与所述第四透镜的阿贝数的差值≥30。

可选的，所述第一透镜为前组透镜，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组成后组透镜组。

可选的，所述前组透镜的焦距与所述后组透镜组的组合焦距的比值大于-1且小于0。

可选的，所述滤光片为使436nm至656nm波段的可见光通过的光学组件。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种小畸变、耐高低温的定焦镜头，包括第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、滤光片及成像设备，从物体发出的光线依次经过第一透镜、光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和滤光片后，在成像设备上成像。本发明的定焦镜头有优良的透过性，且进行了像差、色差校正，解决了可见光波段成像的紫边问题。本发明的全玻璃定焦镜头在对应芯片尺寸为1/2.9英寸时，具有畸变小、光圈大、结构紧凑、像平面主光线入射角小的特点，还可以让镜头在高低温(-40℃至105℃)环境下都能保持优良的性能，可靠性好。

附图说明

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来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头的结构示意图；

图2为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头的光路示意图；

图3为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的点列图；

图4为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm、20℃下的mtf曲线图；

图5为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的场曲和畸变图；

图6为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的相对照度曲线图；

图7为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的离焦mtf曲线图；

图8为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的倍率色差曲线图；

图9为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm、-40℃下的mtf曲线图；

图10为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm、105℃下的mtf曲线图。

其中，1、第一透镜；2、光阑；3、第二透镜；4、第三透镜；5、第四透镜；6、第五透镜；7、第六透镜；8、滤光片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头的结构示意图；图2为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头的光路示意图。

参见图1及图2，本发明实施例提供的一种小畸变、耐高低温的定焦镜头，包括：第一透镜1、光阑2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7和滤光片8。

从物体发出的光线依次通过第一透镜1、光阑2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7和滤光片8后，在成像设备上成像。

第一透镜1为具有负光焦度的双凹形玻璃透镜。

第二透镜3为具有正光焦度的双凸形玻璃透镜。

第三透镜4为具有正光焦度的双凸形玻璃透镜。

第四透镜5为具有负光焦度的双凹形玻璃透镜。

第三透镜4的出射面与第四透镜5的入射面胶合在一起；

第五透镜6为具有正光焦度的弯月形玻璃透镜，第五透镜6的入射面为弯月形玻璃透镜的凹面，第五透镜6的出射面为弯月形玻璃透镜的凸面。

第六透镜7为具有正光焦度的弯月形玻璃透镜，第六透镜7的入射面为弯月形玻璃透镜的凸面，第六透镜7的出射面为弯月形玻璃透镜的凹面。

优选的，本发明实施例提供的定焦镜头还包括：

镜筒和端盖；端盖设置在镜筒一端，滤光片8胶合在镜筒的另一端，第一透镜1、光阑2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6和第六透镜7依次安装于端盖、镜筒和滤光片8内。

优选的，本发明实施例提供的定焦镜头还包括：多个隔圈；隔圈分别设置在第一透镜1与第二透镜3之间，第二透镜3和第三透镜4之间，第四透镜5和第五透镜6之间，第五透镜6和第六透镜7之间以及端盖和镜筒之间，防止镜片相碰。

第一透镜1与第二透镜3的隔圈首先采用因瓦合金或超因瓦合金材料加工制成，然后经电化学方法进行表面处理以减少杂散光。

镜座由热膨胀系数在50×10^(-6)/℃左右的材质制成，材质优选玻璃纤维lcp(lcp：增强液晶高分子聚合物)或聚碳酸酯(pc)。镜头搭配镜座，可导入436nm至656nm的可见光波段，应用于安防监控摄像，在对应芯片尺寸为1/2.9英寸时，具有小畸变(畸变低于1.6％)、耐高低温(-40℃～105℃)、光圈大(f/#＝1.8)、结构紧凑合理(光学总长totaltracklength，ttl≤24mm)、消紫边、像平面主光线入射角(cra，chiefrayangle)小(cra＜12.5°)等特点。

第一透镜1为低折射率、高色散的双凹形玻璃透镜，第一透镜1朝向物方的一面为凹面，第一透镜1朝向像方的另一面也为凹面，第一透镜1的折射率(nd1)≤1.70，阿贝数(vd1)≤35。

第二透镜3为高折射率、高色散的双凸形玻璃透镜，第二透镜3朝向物方的一面为凸面，第二透镜3朝向像方的另一面也为凸面，第二透镜3的折射率(nd2)≥1.90，阿贝数(vd2)≤40。

第三透镜4为低折射率、低色散的双凸形玻璃透镜，第三透镜4朝向物方的一面为凸面，第三透镜4朝向像方的另一面也为凸面，第三透镜4的折射率(nd3)≤1.65，阿贝数(vd3)≥60。

第四透镜5为高折射率、高色散的双凹形玻璃透镜，第四透镜5朝向物方的一面为凹面，第四透镜5朝向像方的另一面也为凹面，第四透镜5的折射率(nd4)≥1.80，阿贝数(vd4)≤30。

第五透镜6为高折射率、高色散的弯月形玻璃透镜，第五透镜6朝向物方的一面为凹面，第五透镜6朝向像方的另一面为凸面，第五透镜6的折射率(nd5)≥1.75，阿贝数(vd5)≤50。

第六透镜7为高折射率、高色散的弯月形玻璃透镜，第六透镜7朝向物方的一面为凸面，第六透镜7朝向像方的另一面为凹面，第六透镜7的折射率(nd6)≥1.80，阿贝数(vd6)≤45。

第三透镜4与第四透镜5进行胶合，组成负光焦度的胶合透镜，第三透镜4朝向像方的凸面和第四透镜5朝向物方的凹面为胶合面。第四透镜5的折射率(nd4)与第三透镜4的折射率(nd3)，两者之间的差值范围为nd4–nd3≥0.20，第三透镜4的阿贝数(vd3)与第四透镜5的阿贝数(vd4)，两者之间的差值范围为vd3–vd4≥30。

镜头以光阑为界把镜头划分成前后两组，其中第一透镜1为前组透镜，第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7组成后组透镜组，前组透镜的焦距记为ff，后组透镜组的组合焦距记为fb，前组透镜的焦距ff与所述后组透镜组的组合焦距fb的比值为-1<fb/ff<0。

滤光片8为红外截止滤光片或蓝玻璃，滤光片8的可见光波段的光谱反射率低，其余波段截止。

图3为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的点列图。参见图3，波长取g光、f光、e光，d光及c光五个波长，g光为436nm的可见光，f光为486nm的可见光，e光为546nm的可见光，d光为588nm的可见光，c光为656nm的可见光，权重比为3:7:10:8:3。由图3可知，各个视场下的弥散斑比较集中，分布也比较均匀。同时，没有出现某个视场下的弥散斑随波长而上下分离得很开的现象，说明紫边消得较好。本发明仅使用6片透镜，镜片数量较少，镜头结构简单、体积小。

本发明的定焦镜头在光谱透过率方面，对g光(436nm)、f光(486nm)、e光(546nm)，d光(588nm)及c光(656nm)五个波长均有优良的透过性，且进行了像差、色差校正，解决了可见光波段成像的紫边问题。

图4为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm、20℃下的mtf(调制传递函数：modulationtransferfunction)曲线图。mtf曲线图代表了一个光学系统的综合解像水平，由图4可知，150lp/mm处全视场mtf值≥0.2，成像比较清晰。

图5为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的场曲和畸变图。畸变曲线图表示不同视场角情况下的常规的光学畸变(f-tan(theta))畸变大小值，单位为％。由图5可见，光学畸变为桶形畸变，其绝对值≤1.60％。

图6为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的相对照度曲线图。由图6可知，曲线下降平滑，最大视场下的相对照度值＞0.548，成像画面比较明亮。

图7为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的离焦mtf曲线图，空间频率取的是75lp/mm，离焦范围为-0.03mm至0.03mm。图7可以反映场曲校正的程度，当一个系统存在场曲，其结果是中心和周边不能够同步清晰，即视场中心调至最清晰时，边缘却不够清晰；需要通过回调降低视场中心的清晰度来让视场边缘清晰一些。由图7可见，本发明定焦镜头的场曲校正的较好。

图8为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm下的倍率色差曲线图，通过图8结合像素颗粒的大小可以知道倍率色差校正的程度。由图8可知，本发明定焦镜头的倍率色差校正得较好，紫边有消除。

图9为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头在可见光436-656nm、-40℃下的mtf曲线图，图10为本发明实施例小畸变、耐高低温定焦镜头可见光436-656nm、105℃下的mtf曲线图。其中，镜座的热膨胀系数设为50×10^(-6)/℃，第一透镜1与第二透镜3之间的隔圈的热膨胀系数设为0.9×10^(-6)/℃，镜筒及其他隔圈的热膨胀系数设为23.2×10^(-6)/℃。由图9、图10可知，高低温环境下150lp/mm处全视场的mtf值基本上≥0.2，清晰度比较稳定。

在本发明实施案例中，由物方侧开始，将各个镜面依次编号，第一透镜1朝向物方的凹面为r1，第一透镜1朝向像方的凹面r2，光阑2孔径光阑的序号stop，第二透镜3朝向物方的凸面为r4，第二透镜3朝向像方的凸面为r5，第三透镜4朝向物方的凸面为r6，第三透镜4与第四透镜5的胶合面为r7，第四透镜5朝向像方的凹面为r8，第五透镜6朝向物方的凹面为r9，第五透镜6朝向像方的凸面为r10，第六透镜7朝向物方的凸面为r11，第六透镜7朝向像方的凹面为r12，滤光片8朝向物方一个面为13，滤光片8朝向像方一个面为14，图像传感器表面保护玻璃朝向物方一个面为15，图像传感器表面保护玻璃朝向像方一个面为16。ima表示的最终的像平面imageplane，也就是图像传感器的接收面。

本发明优选参数值如下：

efl＝8.16mm，fno＝1.8，fov＝42°，ttl＝24.00mm，cra≤11.21°，其中efl为光学镜头的整体焦距值，fno为光圈值，fov为视场角，ttl为镜头光学总长，cra为像面主光线入射角。感光成像芯片为omnivision的ov2718，单位：mm。

表1镜头参数示例表

第一透镜与第二透镜之间的隔圈采用超因瓦合金4j32加工而成，然后用电化学方法进行表面处理；镜筒及其余隔圈采用金属铝加工而成，然后阳极氧化发黑处理；搭配的镜座采用玻璃纤维增强lcp或pc加工而成，减降低了成本。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。