一种玻塑混合透镜系统及光学装置的制作方法

本实用新型涉及光学
技术领域：
，更具体地说，是涉及一种玻塑混合透镜系统及光学装置。
背景技术：
：近年来，随着芯片处理数字图像的速度大幅提升及体积功耗缩小，机器视觉的应用也从传统大型工业设备领域转向民生消费领域，此时则需要体积相对较小、重量轻、成本低的光学镜头。一方面，现有的机器视觉系统通常采用带有工业相机镜头的工业相机，虽然工业相机镜头的成像质量好，但是其大量采用玻璃球面，从而存在透镜体积大、单价高、无法适用于便携装置的问题。另一方面，现有的普通镜头常采用全塑料透镜，而塑料透镜的耐受温度范围较窄，因而抗温度性能较低。以上不足，有待改进。技术实现要素：本实用新型的目的在于提供一种玻塑混合透镜系统，以解决现有技术中存在的透镜系统抗温度性能较低的技术问题。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种玻塑混合透镜系统，包括从物面到像面依次设置的：第一透镜，为塑胶非球面透镜，具有负折射力，所述第一透镜朝向所述物面的表面为凸面，所述第一透镜朝向所述像面的表面为凹面；第二透镜，为玻璃球面透镜，具有正折射力，所述第二透镜朝向所述物面的表面为凸面，所述第二透镜朝向所述像面的表面为凸面；第三透镜，为塑胶非球面透镜，具有正折射力，所述第三透镜朝向所述物面的表面为凸面，所述第三透镜朝向所述像面的表面为凸面；第四透镜，为塑胶非球面透镜，具有负折射力，所述第四透镜朝向所述物面的表面为凹面，所述第四透镜朝向所述像面的表面为凸面。在一个实施例中，所述玻塑混合透镜系统还包括：光阑，设于所述第二透镜和所述第三透镜之间。在一个实施例中，所述玻塑混合透镜系统还包括：滤光片，设于所述第四透镜和所述像面之间。在一个实施例中，可通过所述滤光片的波段为420nm～680nm；或者，可通过所述滤光片的波段为925nm～955nm。在一个实施例中，所述第三透镜和所述第四透镜胶合连接。在一个实施例中，所述第三透镜和所述第四透镜嵌合连接。在一个实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜满足如下条件：-0.75<f1/f12<-0.45；2.0<f12/f<3.0；2.0<f34/f<3.0；1.0<f3/f<1.5；其中，f表示所述玻塑混合透镜系统的有效焦距；f1表示所述第一透镜的有效焦距；f12表示所述第一透镜和所述第二透镜的合成焦距；f3表示所述第三透镜的有效焦距；f34表示所述第三透镜和所述第四透镜的合成焦距。在一个实施例中，所述第三透镜和所述第四透镜还满足如下条件：0.60<T3/T34<0.80；1.63<N4<1.67；20<V4<30；其中，T3表示所述第三透镜的中心厚度；T34表示光轴上由所述第三透镜朝向所述物面的表面至所述第四透镜朝向所述像面的表面的总厚度；N4表示所述第四透镜材料在d线的折射率；V4表示所述第四透镜材料的阿贝数。在一个实施例中，所述玻塑混合透镜系统还包括传感器，所述像面为所述传感器的感光面。本实用新型的目的还在于提供一种光学装置，包括上述的玻塑混合透镜系统。本实用新型提供的一种玻塑混合透镜系统的有益效果在于：(1)本实用新型提供的玻塑混合透镜系统中，第一透镜、第三透镜以及第四透镜均采用塑料透镜，和玻璃透镜相比，塑料透镜可以做到更小，因而可以有效减小玻塑混合透镜系统的体积，可应用于移动终端(例如手机、平板等)中，并且降低了制作成本；同时第二透镜采用玻璃透镜，具有良好的抗温度性能，从而使得玻塑混合透镜系统整体的耐受温度范围增大，从而具有更好的抗温度性能，有效保障了玻塑混合透镜系统的成像性能。(2)本实用新型提供的玻塑混合透镜系统采用依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，其折射力依次为负折射力、正折射力、正折射力以及负折射力，从而实现互补，可以校正玻塑混合透镜系统的像散、缩短玻塑混合透镜系统的总长度，同时视角更广，畸变也更小等，具有更好的成像性能。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的结构示意图一；图2为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的结构示意图二；图3为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的结构示意图三；图4为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的光路结构示意图；图5为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的组装结构示意图；图6为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的可见光波段各视场的MTF曲线图；图7为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的红外光波段各视场的MTF曲线图；图8为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的可见光波段的场曲和畸变的示意图；图9为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的红外光波段的场曲和畸变的示意图；图10为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的各视场的相对照度示意图；图11为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的主光线角示意图；图12为本实用新型实施例提供的玻塑混合透镜系统的各温度状态离焦曲线图。其中，图中各附图标记：L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；50-光阑；60-滤光片；70-传感器；700-玻璃盖板；100-像面；S1-第一表面；S2-第二表面；S3-第三表面；S4-第四表面；S5-第五表面；S6-第六表面；S7-第七表面；S8-第八表面；S9-第九表面；S10-第十表面；S11-第十一表面；S12-第十二表面。具体实施方式为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。需要说明的是，当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。请参阅图1，一种玻塑混合透镜系统，包括从物面到像面100依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4，物面为被摄物体，其视为位于无穷远处。第一透镜L1为塑胶非球面透镜，具有负折射力，第一透镜L1朝向物面的表面为第一表面S1，第一透镜L1朝向像面100的表面为第二表面S2，第一表面S1为凸面，第二表面S2为凹面。第二透镜L2为玻璃球面透镜，具有正折射力，第二透镜L2朝向物面的表面为第三表面S3，第二透镜L2朝向像面100的表面为第四表面S4，第三表面S3和第四表面S4均为凸面。第三透镜L3为塑胶非球面透镜，具有正折射力，第三透镜L3朝向物面的表面为第五表面S5，第三透镜L3朝向像面100的表面为第六表面S6，第五表面S5和第六表面S6均为凸面。第四透镜L4为塑胶非球面透镜，具有负折射力，第四透镜L4朝向物面的表面为第七表面S7，第四透镜L4朝向像面100的表面为第八表面S8，第七表面S7为凹面，第八表面S8为凸面。在一个实施例中，在最靠近物面的位置设置具有负折射力的第一透镜L1，有助于缩短玻塑混合透镜系统的总长度，从而可以在保证该玻塑混合透镜系统具有良好的光学性能的同时，减小整体体积。第一表面S1为凸面，第二表面S2为凹面，从而第一透镜L1为新月形透镜，有利于校正玻塑混合透镜系统的像散。在第一透镜L1的第二表面S2侧设置具有正折射力的第二透镜L2，且第三表面S3和第四表面S4均为凸面，可以有效分配第一透镜L1的折射力。在第二透镜L2的第四表面S4侧设置具有正折射力的第三透镜L3，且第五表面S5和第六表面S6均为凸面，可以有效分配第一透镜L1的折射力。在第三透镜L3的第六表面S6侧设置具有负折射力的第四透镜L4，且第七表面S7为凹面，第八表面S8为凸面，一方面第七表面S7和第六表面S6的面型相适应，便于二者相互配合，另一方面第四透镜L4能够使得视角更广，同时减小畸变。本实施例提供的一种玻塑混合透镜系统的有益效果至少包括：(1)现有的工业相机镜头由于大量采用玻璃球面透镜，由于玻璃透镜的体积较大，因而其透镜系统的体积较大，且单价高昂，无法适用于便携装置中；而采用全塑料透镜的普通镜头耐受温度范围为20℃～40℃，因而耐受温度范围窄，当温度超过上述温度范围时，透镜系统的焦点漂移严重，极大影响透镜系统的成像性能。而本申请提供的玻塑混合透镜系统中，第一透镜L1、第三透镜L3以及第四透镜L4均采用塑料透镜，塑料透镜可以做到更小，因而可以有效减小玻塑混合透镜系统的体积，可应用于移动终端(例如手机、平板等)中，降低了制作成本；同时第二透镜L2采用玻璃透镜，具有良好的抗温度性能，从而使得玻塑混合透镜系统整体的耐受温度范围为0℃～60℃(请参阅图12)，极大拓展了耐受温度范围，从而具有更好的抗温度性能，有效保障了玻塑混合透镜系统的成像性能。(2)本申请提供的玻塑混合透镜系统采用依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4，其折射力依次为负折射力、正折射力、正折射力以及负折射力，从而实现互补，可以校正玻塑混合透镜系统的像散、降低玻塑混合透镜系统的误差灵敏度，缩短玻塑混合透镜系统的总长度，同时视角更广，畸变也更小等，具有更好的成像性能。请参阅图2，进一步地，玻塑混合透镜系统还包括光阑50，光阑50设于第二透镜L2和第三透镜L3之间，不仅有利于增大视场角，而且可以限制光线中偏离理想位置的光线，从而改善玻塑混合透镜系统的成像质量。此时光阑50将四个透镜分成了两组，其中第一透镜L1和第二透镜L2构成一组，而第三透镜L3和第四透镜L4构成另一组，每组透镜的两个透镜折射力互补(即：第一透镜L1为负折射力，第二透镜L2为正折射力，两者互补；第三透镜L3为正折射力，第四透镜L4为负折射力，两者互补)。应当理解的是，光阑50的大小可以根据需要进行设置，此处不做限制。请参阅图3和图4，进一步地，玻塑混合透镜系统还包括滤光片60，滤光片60设于第四透镜L4和像面100之间，从而可以根据需要对光波段进行过滤，使得满足要求的波段才能通过滤光片，而不满足要求的波段则会被截止。滤光片60朝向物面的表面为第九表面S9，滤光片60朝向像面100的表面为第十表面S10，第九表面S9和第十表面S10均为平面。在一个实施例中，滤光片60的滤波范围为420nm～680nm，即波长为420nm～680nm的可见光可以通过滤光片60，而700nm～1100nm红外波段则会被截止，此时玻塑混合透镜系统可作为RGB成像镜头(即普通彩色相机)。在一个实施例中，滤光片60为红外窄带滤光片，其滤波范围为925nm～955nm，即波长为925nm～955nm的红外光可以通过滤光片60，而其他波段的光线则会被截止，此时玻塑混合透镜系统可作为3D感测镜头。应当理解的是，在其他实施例中，滤光片60的滤波范围也可以为其他值，并不仅限于上述的情形。请参阅图1至图4，进一步地，玻塑混合透镜系统还包括传感器70，像面100为传感器70的感光面。在一个实施例中，传感器70为CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，即互补性氧化金属半导体元件)图像传感器或者CCD(ChargeCoupledDevice)图像传感器，其尺寸为1/2.7英寸～1/3.2英寸、最大像高主光线角为0°～20°。传感器70的玻璃盖板700位于滤光片60和像面100之间，玻璃盖板700朝向物面的表面为第十一表面S11，玻璃盖板700朝向像面100的表面为第十二表面S12，第十一表面S11和第十二表面S12均为平面。在一个实施例中，玻塑混合透镜系统的各个表面的具体参数可如下：表面物件曲率半径(R)圆锥系数(K)厚度/距离折射率(Nd)阿贝数(Vd)焦距物面被摄物∞0∞S1第一透镜7.0670.6950.7001.54355.9-4.526S2第一透镜1.769-1.2144.645S3第二透镜7.13601.51.6260.45.975S4第二透镜-7.13600.02光阑∞02.285S5第三透镜4.3721.5011.8951.54355.93.308S6第三透镜-2.612-6.9470.129S7第四透镜-1.781-0.6630.71.65021.5-4.927S8第四透镜-4.5902.6020.25S9红外滤光片∞00.3001.51764.2S10红外滤光片∞02.2S11CMOS玻璃盖板∞00.4001.51764.2S12CMOS玻璃盖板∞00.57像面CMOS感光面∞00在一个实施例中，第三透镜L3和第四透镜L4胶合连接，由于第六表面S6和第七表面S7的面型相适应，当两者胶合连接时，可以起到消复色差的作用，同时结构更加紧凑。请参阅图5，在一个实施例中，第三透镜L3和第四透镜L4嵌合连接，由于第六表面S6和第七表面S7的面型相适应，当两者嵌合连接时，可以起到消复色差的作用，同时嵌合连接在组装时更加容易，降低了组装难度，整体结构更加紧凑。进一步地，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4满足如下条件：-0.75<f1/f12<-0.45；2.0<f12/f<3.0；2.0<f34/f<3.0；1.0<f3/f<1.5；其中，f表示玻塑混合透镜系统的有效焦距；f1表示第一透镜L1的有效焦距；f12表示第一透镜L1和第二透镜L2的合成焦距；f3表示第三透镜L3的有效焦距；f34表示第三透镜L3和第四透镜L4的合成焦距。进一步地，第三透镜L3和第四透镜L4还满足如下条件：0.60<T3/T34<0.80；1.63<N4<1.67；20<V4<30；其中，T3表示第三透镜L3的中心厚度；T34表示光轴上由第三透镜L3朝向物面的表面(即第五表面S5)至第四透镜L4朝向像面100的表面(即第八表面S8)的总厚度；N4表示第四透镜L4材料在d线的折射率；V4表示第四透镜L4材料的阿贝数。当第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4满足上述条件时，玻塑混合透镜系统具有良好的像差矫正以及像面照度，在保证整体结构紧凑的同时可以获得良好的画质。进一步地，第一透镜L1、第三透镜L3和第四透镜L4的表面均为非球面，非球面满足如下公式：其中，Z表示透镜表面各点的Z坐标值，Z方向为光轴方向；Y表示透镜表面上各点的Y坐标值，Y方向与光轴方向正交；R表示透镜表面曲率半径；K为圆锥系数；A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16表示高阶非球面系数。在一个实施例中，高阶非球面系数如下表所示：在一个实施例中，可见光波段中470nm～650nm波段和红外波段中925nm～955nm的调制解调函数(ModulationTransferFunction，简称MTF)分别如图6和图7所示。由图可知，玻塑混合透镜系统具有良好的分辨率。在一个实施例中，可见光波段中470nm～650nm波段和红外波段中925nm～955nm的畸变(Distortion)和场曲(FieldCurvature)分别如图8和图9所示。由图可知，玻塑混合透镜系统的畸变均小于0.65％。在一个实施例中，玻塑混合透镜系统各视场的相对照度(RelativeIllumination)如图10所示。由图可知，各视场的相对照度均大于48％。在一个实施例中，玻塑混合透镜系统各个像方视场和传感器的主光线角(ChiefRayAngle曲线)如图11所示。由图可知，主光线角的范围可为0°～20°。本实施例提供的玻塑混合透镜系统的最大视场角(FOV)为92°，最大像高为3.15mm，有效焦距f为3.0mm，光圈为2.4，畸变小于0.65％，最大像高与中心的相对照度大于48％，耐受温度范围为0℃～60℃，从而具有大视角、大光圈、大景深范围、低畸变、高画质、短长度、像差矫正良好等特性，同时具有良好的抗温度性能。本实施例的目的还在于提供一种光学装置，包括上述的玻塑混合透镜系统。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3