一种光学镜头及成像设备的制作方法

1.本技术涉及一种光学成像技术领域，尤其是涉及一种光学镜头及成像设备。


背景技术：

2.随着汽车驾驶辅助系统的快速发展，光学镜头在其中扮演着越来越重要的作用。尤其是车载镜头，安装在汽车驾驶室内或车外，透过镜头在sensor上成像的影像，对车辆行车前方状况做监控。车载镜头在自动驾驶系统中发挥重要作用。因安全性的考虑，车载应用的光学镜头对某些方面的光学参数要求更为严格，尤其是对光学镜头的解像力性能要求越来越高。
3.中国专利申请“一种超广角高清高速摄像镜头光学系统”，申请号： cn201420218382.0，公开了光学系统是由具有负光焦度的第一透镜(l1)、负光焦度的第二透镜(l2)、正光焦度的第三透镜(l3)、光阑、正光焦度的第四透镜(l4)、负光焦度的第五透镜(l5)、正光焦度的第六透镜(l6)和日夜两用光学滤光片(l7)组成，沿光轴从被摄物体向像平面侧的顺序排列，不同距离被摄物体可通过镜头整体移动实现在像面处清晰成像。该光学系统具有超广角、大光圈、可见光波段和近红外波段同时清晰成像的特点，光学系统透镜全采用球面透镜，使用常见冕玻璃或火石玻璃，成本比较低，适合批量生产。
4.中国专利申请“一种鱼眼镜头”，申请号：cn201821462930.9，公开了包括从物方到像方依次排列的凸凹负光焦度的第一透镜，双凹负光焦度的第二透镜，双凸正光焦度的第三透镜，双凸正光焦度的第四透镜，双凹负光焦度的第五透镜，双凸正光焦度的第六透镜，其中第一第二透镜为玻璃透镜，第三第五第六透镜为塑料非球面透镜。通过合理分配光焦度，本发明视场可达超广角，可见与红外共焦，并且实现4k成像，同时，在-40～85℃高低温环境下，解像力保持不变。
5.但是，上述光学镜头的解像力仍然存在提升的空间，畸变较大或者成本较高，体积较大。且外视场相对照度低，鬼像严重。


技术实现要素：

6.本技术的一目的在于提供一种光学镜头及成像设备，具有高解像力、较小的畸变、较高的相对照度。
7.本技术的另一目的在于提供一种光学镜头及成像设备，解决外视场相对照度较低、鬼像严重等问题。
8.本技术的另一目的在于提供一种光学镜头及成像设备，具有结构简单、成本低的优点。
9.本技术采用的技术方案为：一种光学镜头，包括沿光轴从物方至成像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜与滤光片；所述第三透镜为正光焦度玻璃球面镜片，其物面侧和像面侧均为凸面；所述第四透镜与第五透镜构成胶合镜片；第四透镜的物面侧和像面侧为凸面；所述第五透镜的物面侧和像面侧均为凹面。
10.与现有技术相比，本技术的优点在于第三透镜采用正光焦度玻璃球面镜片，高低温不离焦，在-40℃～85℃的高低温环境下仍然能保持其优良性能。第三透镜的物面侧和像面侧均为凸面，其可将发散的光线汇聚，并进行适当压缩，使光线走势平稳过渡，并顺利进入后方光学系统。该结构能够有效地控制鬼像的发生，使得镜头具有较少的鬼像。
11.而第四透镜与第五透镜构成胶合镜片，胶合透镜可用于最大限度地减少色差或消除色差。且使得光学系统整体结构紧凑，满足小型化要求，同时降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。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简化镜头制造过程中的装配程序。
12.本技术通过优化设置透镜形状，合理分配光焦度，适当设置球面和非球面镜面数量，能够实现高清成像。同时能够兼顾镜头小型化、小畸变、高解像、低成本、温度适应性能好等要求。满足车载侧视镜头小型化、高解像的应用要求。在此基础上，光学镜头中第三透镜和胶合镜片相互配合设置，有利于有效补偿温度变化对镜头焦距的影响，以进一步提升镜头解析力在不同温度下的稳定性。
13.在本技术的一些实施例中，本技术还包括第一透镜。
14.所述第一透镜为负光焦度的玻璃球面镜片，其物面侧为凸面，像面侧为凹面；
15.所述第一透镜的焦距值f1满足下列关系：-8≥f1≥-6；所述第一透镜的光折射率nd1 和阿贝常数vd1分别满足：2.0≥nd1≥1.75，40≥vd1≥35。
16.第一透镜设置为凸向物侧的弯月形状能够尽可能地收集大视场光线，使光线进入后方光学系统，增加通光量。在实际应用中，考虑到车载镜头室外安装使用环境，会处于雨雪等恶劣天气，这样的凸向物侧的弯月形状设计，有利于水滴的滑落，减小对成像的影响。
17.在本技术的一些实施例中，本技术还包括第二透镜。
18.所述第二透镜为负光焦度塑料非球面镜片，其物面侧和像面侧均为凹面；
19.所述第二透镜的焦距值满足下列关系：-4≥f2≥-3；
20.所述第二透镜的光折射率nd2和阿贝常数vd2满足下列关系：1.6≥nd2≥1.5，60≥ vd2≥50。
21.第二透镜具有较低折射率(相对于第三透镜)，高低折射率的搭配，有利于前方光线的快速过渡，增大光阑口径，满足夜视需求。第二透镜具有负光焦度，靠近像侧的第三透镜具有正光焦度，通过负片在前，正片在后的排布，可以将前方光线发散后经快速汇聚后再过渡到后方，更有利于减小后方光线光程，实现短ttl。
22.在本技术的一些实施例中，所述第三透镜(3)的焦距值f3满足下列关系：5≥f3≥3；所述第三透镜(3)的光折射率nd3和阿贝常数vd3分别满足：1.9≥nd3≥1.7，30≥vd3≥ 20。
23.在本技术的一些实施例中，所述的第三透镜的中心厚度h3与光学镜头的光学总长 ttl之间满足下列关系：h3/ttl《0.3。若第三透镜厚度大于该上限值，不利于加工和实现小ttl。
24.在本技术的一些实施例中，还包括一个光阑，所述光阑设于所述第三透镜与第四透镜之间；
25.设置用于限制光束的光阑，以进一步提高镜头的成像质量。当将光阑设置于第三
透镜与第四透镜之间时，可有效收束进入光学系统的光线，减小光学系统镜片的口径。
26.在本技术的一些实施例中，所述第四透镜为正光焦度塑料非球面镜片，所述第四透镜焦距值f4满足下列关系：4≥f4≥2；所述第四透镜的光折射率nd4和阿贝常数vd4满足下列关系：1.6≥nd4≥1.5，60≥vd4≥50。
27.在设置了孔径光阑之后使用一个具有正光焦度的第四透镜，可进一步矫正前方镜片组产生的像差，同时使光束再次汇聚，即可增大镜头的光圈，又可以缩短镜头总长，使光学系统更紧凑，使得该光学系统具有相对较短的镜头总长。
28.在本技术的一些实施例中，所述第五透镜为负光焦度塑料非球面镜片；所述第五透镜焦距值f5满足下列关系：-3≥f5≥-2；所述第五透镜的光折射率nd5和阿贝常数vd5 满足下列关系：1.7≥nd5≥1.6，25≥vd5≥20。
29.具有正光焦度的第四透镜在前，具有负光焦度的第五透镜在后，有利于将经过第三透镜的光线平缓过渡至第五透镜，减小光学系统总体长度。
30.在本技术的一些实施例中，所述第四透镜与第五透镜组成的胶合镜片的焦距值 f4&5满足下列关系：-15.5≥f4&5≥-16.5。
31.胶合透镜的采用，有效减小了系统色差，且使得光学系统整体结构紧凑，满足小型化要求，同时降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。因若离散的镜片位于光线转折处，容易因加工/组立误差造成敏感，所以胶合透镜组的设置有效降低了敏感度。
32.第四透镜和第五透镜组合而形成的焦距可以良好地提高光学镜头的解像力。采用该结构，通过各个透镜的光折射率以及配合对应的阿贝常数，可以进一步使得光学镜头具有较小的色差，从而具备良好的解像力，并且有效地控制了光学镜头中鬼像的发生。
33.在本技术的一些实施例中，本技术还包括第六透镜；所述第六透镜为正光焦度塑料非球面镜片，其物面侧和像面侧均为凸面。
34.所述第六透镜的焦距值满足下列关系：4≥f6≥3；
35.所述第六透镜的光折射率nd和阿贝常数vd满足下列关系：1.6≥nd6≥1.5，60≥vd6 ≥50；
36.第六透镜可为非球面镜片，以将经第五透镜的光线平缓过渡至成像面，减小系统总长；使光学系统的各种像差得到充分校正，在结构紧凑的前提下，可以提高分辨率，优化畸变、cra等光学性能。
37.在本技术的一些实施例中，本技术还包括滤光片，沿光轴从物方至成像方依次排列为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜，第五透镜、第六透镜以及滤光片；通过滤光片后的光线落在成像面。设置在第六透镜与成像面之间的滤光片，以对具有不同波长的光线进行过滤；以及还可包括设置在滤光片与成像面之间的保护玻璃，以防止光学镜头的内部元件(例如，芯片)被损坏。
38.通过两枚玻璃球面镜片与四枚塑料非球面镜片的组合，再配合各个透镜的结构，可以达到镜头解像力高、畸变小、提高外视场相对照度以及减少鬼像的目的；玻璃镜片和塑料镜片的位置使得光学镜头在温度变化时仍然具有较高的解像力，从而保证了光学镜头具有较高的温度适应性；第二透镜和第三透镜的结构能够有效地控制鬼像的发生，使得镜头具有较少的鬼像。通过该光学结构就能达到解像力高、畸变小、提高外视场相对照度以及减
少鬼像的目的，避免借助额外的光学元器件，进一步达到减小光学镜头体积的目的。
39.在本技术的一些实施例中，所述第一透镜、第三透镜为球面镜片。
40.在本技术的一些实施例中，所述第二透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜为塑料非球面镜片，且满足非球面定义方程式：
41.其中，z表示沿光轴(9) 方向的矢高，c表示透镜的半径对应的曲率，r表示透镜的径向坐标，k表示圆锥二次曲线常数，a、b、c、d、e、f、g表示非球面系数。
42.塑料材质的镜片热膨胀系数较大，当镜头所使用的环境温度变化较大时，塑料材质的透镜会引起镜头的光学后焦变化量较大。非球面透镜的特点是：从透镜中心到周边曲率是连续变化的。与从透镜中心到周边有恒定曲率的球面透镜不同，非球面透镜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。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量。非球面透镜的设置有助于矫正系统像差，提升解像力。
43.在本技术的一些实施例中，光学镜头的光学总长ttl与最大成像面圆直径d之间满足如下关系式：ttl/d《4.3。在本技术中，进一步限定了ttl的长度的阈值。本技术适合产品体积较小的光学镜头，采用本技术中的光学构架来实现高解像力、小畸变、高相对照度。对于体积更大的光学镜头，因其体积受到的限制小，可采用其他更有优势的光学架构实现。
44.一种成像设备，其特征在于：包括成像元件以及所述的光学镜头，所述成像元件用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号。
45.成像元件是接收光线的感光元件，称为sensor。光线入射到镜头，在镜头内形成折射。透过六个透镜再入射到的sensor传感器。使物方被摄物体在sensor成像。
附图说明
46.以下将结合附图和优选实施例来对本技术进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本技术范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
47.图1为本发明一种光学镜头的光学结构示意图；
48.图2为本发明中的光学镜头的相对照度曲线；
49.图3为本发明中的光学镜头在不同角度下的解像力曲线；
50.图4为本发明的光学镜头的场区变化曲线；
51.图5为本发明的光学镜头的f-θ畸变曲线；
52.如图所示：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、光阑；5、第四透镜；6、第五透镜；7、第六透镜；8、滤光片；9、光轴；10、成像面。
具体实施方式
53.下面结合附图，对本技术作详细的说明。
54.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本技术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技术，并不用于限定本技术。
55.实施例一：如图1所示：一种光学镜头，包括沿光轴9从物方至成像方依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7与滤光片8；所述第三透镜3为正光焦度玻璃球面镜片，其物面侧和像面侧均为凸面；第三透镜3采用正光焦度玻璃球面镜片，高低温不离焦，在-40℃～85℃的高低温环境下仍然能保持其优良性能。第三透镜3的物面侧和像面侧均为凸面，其可将发散的光线汇聚，并进行适当压缩，使光线走势平稳过渡，并顺利进入后方光学系统。
56.所述第四透镜5与第五透镜6构成胶合镜片；胶合透镜可用于最大限度地减少色差或消除色差。且使得光学系统整体结构紧凑，满足小型化要求，同时降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。第四透镜5的物面侧和像面侧为凸面；使用一个具有正光焦度的第四透镜5，可进一步矫正前方镜片组产生的像差，同时使光束再次汇聚。所述第五透镜6的物面侧和像面侧均为凹面；具有正光焦度的第四透镜5在前，具有负光焦度的第五透镜6在后，有利于将经过第三透镜3的光线平缓过渡至第五透镜6，减小光学系统总体长度。光线依次通过第三透镜3、第四透镜5与第五透镜6。光学镜头中第三透镜3和胶合镜片相互配合设置，有利于有效补偿温度变化对镜头焦距的影响，以进一步提升镜头解析力在不同温度下的稳定性。
57.本技术通过优化设置透镜形状，合理分配光焦度，适当设置球面和非球面镜面数量，能够实现高清成像。同时能够兼顾镜头小型化、小畸变、高解像、低成本、温度适应性能好等要求。满足车载侧视镜头小型化、高解像的应用要求。
58.实施例二：如图1所示，本技术还包括光阑4，所述光阑4设于所述第三透镜3与第四透镜5之间；沿光轴9从物方至成像方依次排列为：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑4、第四透镜5，第五透镜6、第六透镜7以及滤光片8；所述第一透镜1为玻璃球面镜片；所述第二透镜2为塑料非球面镜片；所述第六透镜7为塑料非球面镜片。设置用于限制光束的光阑4，以进一步提高镜头的成像质量。当将光阑4设置于第三透镜3与第四透镜5之间时，可有效收束进入光学系统的光线，减小光学系统镜片的口径。
59.通过滤光片8后的光线落在成像面10。设置在第六透镜7与成像面10之间的滤光片8，以对具有不同波长的光线进行过滤；以及还可包括设置在滤光片8与成像面10之间的保护玻璃，以防止光学镜头的内部元件(例如，芯片)被损坏。
60.通过两枚玻璃球面镜片与四枚塑料非球面镜片的组合，再配合各个透镜的结构，可以达到镜头解像力高、畸变小、提高外视场相对照度以及减少鬼像的目的；玻璃镜片和塑料镜片的位置使得光学镜头在温度变化时仍然具有较高的解像力，从而保证了光学镜头具有较高的温度适应性；第二透镜2和第三透镜3的结构能够有效地控制鬼像的发生，使得镜头具有较少的鬼像。通过该光学结构就能达到解像力高、畸变小、提高外视场相对照度以及减少鬼像的目的，避免借助额外的光学元器件，进一步达到减小光学镜头体积的目的。
61.实施例二的其它内容与实施例一相同。
62.实施例三：如图1所示，所述第一透镜为负光焦度的玻璃球面镜片，其物面侧为凸面，像面侧为凹面；所述第一透镜的焦距值f1满足下列关系：-8≥f1≥-6；所述第一透镜的光折射率nd1和阿贝常数vd1分别满足：2.0≥nd1≥1.75，40≥vd1≥35。
63.所述第二透镜为负光焦度塑料非球面镜片，其物面侧和像面侧均为凹面；所述第二透镜的焦距值满足下列关系：-4≥f2≥-3；所述第二透镜的光折射率nd2和阿贝常数vd2 满足下列关系：1.6≥nd2≥1.5，60≥vd2≥50。
64.所述第三透镜的焦距值f3满足下列关系：5≥f3≥3；所述第三透镜的光折射率nd3 和阿贝常数vd3分别满足：1.9≥nd3≥1.7，30≥vd3≥20。所述的第三透镜的中心厚度 h3与光学镜头的光学总长ttl之间满足下列关系：h3/ttl《0.3。
65.所述第四透镜为正光焦度塑料非球面镜片，所述第四透镜焦距值f4满足下列关系： 4≥f4≥2；所述第四透镜的光折射率nd4和阿贝常数vd4满足下列关系：1.6≥nd4≥1.5， 60≥vd4≥50。
66.所述第五透镜为负光焦度塑料非球面镜片；所述第五透镜焦距值f5满足下列关系：
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3≥f5≥-2；所述第五透镜的光折射率nd5和阿贝常数vd5满足下列关系：1.7≥nd5≥ 1.6，25≥vd5≥20。
67.所述第四透镜与第五透镜组成的胶合镜片的焦距值f4&5满足下列关系：-15.5≥ f4&5≥-16.5。
68.所述第六透镜为正光焦度塑料非球面镜片，其物面侧和像面侧均为凸面。
69.所述第六透镜的焦距值满足下列关系：4≥f6≥3；所述第六透镜的光折射率nd6和阿贝常数vd6满足下列关系：1.6≥nd6≥1.5，60≥vd6≥50；
70.取值在上述光学规格范围内的透镜结构，可以实现本技术的光学性能。而光学规格超出上述范围，存在本技术的光学性能无法实现的问题。
71.所述第一透镜、第三透镜为球面镜片。所述第二透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜为塑料非球面镜片，且满足非球面定义方程式：
72.其中，z表示沿光轴(9) 方向的矢高，c表示透镜的半径对应的曲率，r表示透镜的径向坐标，k表示圆锥二次曲线常数，a、b、c、d、e、f、g表示非球面系数。
73.塑料非球面镜片透镜表面满足：
74.表面ckabcdep2r1-0.0357135.1730-1.1238e-036.2053e-056.9410e-070.0000e+000.0000e+00p2r10.526316-0.87631.8832e-03-3.7065e-043.1577e-056.1943e-080.0000e+00p4r10.7142861.0672-3.7635e-03-2.6200e-042.4413e-041.4726e-05-3.3613e-06p4r2-0.454550.3382-1.5550e-023.8489e-02-2.1384e-023.8534e-03-8.8773e-05p5r1-0.454550.3382-1.5550e-023.8489e-02-2.1384e-023.8534e-03-8.8773e-05p5r20.25641-15.32602.1645e-021.3499e-03-1.2732e-031.8890e-04-1.5882e-06p6r10.285714-7.0701-8.3680e-041.2305e-03-6.3377e-056.0992e-06-4.4145e-08p6r2-0.27778-1.12181.0303e-033.6111e-041.1166e-052.2233e-052.7934e-07
75.其中：p2为第二透镜、p4为第4透镜、p5为第5透镜、p6为第6透镜；
76.g1 r1为第一透镜的玻璃球面的第一个面曲率半径、g1 r2为第一透镜的玻璃球面的第二个面曲率半径、p2 r1为第二透镜的塑料非球面的第一个面曲率半径、p2 r2为第二透镜的塑料非球面的第二个面曲率半径、g3 r1为第三透镜的玻璃球面的第一个面曲率半径、g3 r2为第三透镜的玻璃球面的第二个面曲率半径、p4 r1为第四透镜的塑料非球面的
第一个面曲率半径、p4 r2为第四透镜的塑料非球面的第二个面曲率半径、p5 r1为第五透镜的塑料非球面的第一个面曲率半径、p5 r2为第五透镜的塑料非球面的第二个面曲率半径、p 6r1为第六透镜的塑料非球面的第一个面曲率半径、p6 r2为第六透镜的塑料非球面的第二个面曲率半径
77.此外，ttl为成像镜头的总长,即第一透镜的玻璃球面镜片第一个面的曲率中心沿光轴方向到成像面的距离。
78.光学镜头的光学总长ttl与最大成像面圆直径d之间满足如下关系式：ttl/d《4.3。
79.实施例三的其它内容与实施例二相同。
80.实施例四：一种成像设备，包括成像元件以及所述的光学镜头，所述成像元件用于将光学镜头形成的光学图像转换为电信号。成像元件是接收光线的感光元件，称为 sensor。光线入射到镜头，在镜头内形成折射。透过六个透镜再入射到的sensor传感器。使物方被摄物体在sensor成像。
81.实施例四的其它内容可与上述任一实施例相同。
82.以上对本技术进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术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技术及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。