一种镜头及摄像装置的制作方法

1.本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种镜头及摄像装置。


背景技术：

2.得益于近年来安防监控领域的高速发展，光学镜头在安防领域得到越来越多的应用，尤其是在智能楼宇、智能交通等领域，光学成像镜头的像素要求越来越高。同时得益于双感光元器件技术的平台使用越来越成熟，镜头也向着双光路的方向发展开来。
3.随着安防领域的快速发展，定焦镜头相比变焦镜头而言，有更加稳定的光学性能，其需求量也是最高的。但现在的光学成像镜头中仍然存在如下问题：1、现有的镜头，成像靶面尺寸小，采集的图像分辨率低。2、镜头光圈较小，在低照度的情况下，摄像机图像很暗，使得产品适应性降低。3、镜片数量使用较多，镜头尺寸较大，使得整个摄像机无法实现小型化的设计。4、镜头解像力不高，成像质量一般。5、高低温情况下性能的稳定性不佳。
4.因此，目前市面上急需一款高解像力兼顾大靶面、大光圈、小型化和低成本等特点的光学镜头。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种镜头及摄像装置，用以提供一种高解像力兼顾大靶面、大光圈、小型化和低成本等特点的光学镜头。
6.本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一透镜组、第二透镜组、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第三透镜组、孔径光阑、第四负光焦度透镜、第四透镜组、第八正光焦度透镜、第九正光焦度透镜和分光装置构成；所述分光装置的每个出光侧依次包括滤光片和像面；透镜组满足以下条件：；其中，f
g2
为所述第二透镜组的焦距，f
g3
为所述第三透镜组的焦距，f为所述镜头的焦距， fov为所述镜头的视场角；所述第一透镜组由从物侧到像侧依次排列的第一正光焦度透镜和第一负光焦度透镜构成；所述第二透镜组由从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成；所述第三透镜组由从物侧到像侧依次排列的第五正光焦度透镜和第三负光焦度透镜构成；所述第四透镜组由从物侧到像侧依次排列的第六正光焦度透镜、第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜构成。
7.进一步地，所述第一正光焦度透镜为双凸透镜；
所述第一负光焦度透镜为双凹透镜；所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；所述第四正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；所述第五正光焦度透镜为双凸透镜；所述第三负光焦度透镜为双凹透镜；所述第四负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；所述第六正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向像侧的一面为凸面；所述第五负光焦度透镜为双凹透镜；所述第七正光焦度透镜为双凸透镜；所述第八正光焦度透镜为双凸透镜；所述第九正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。
8.进一步地，所述第一正光焦度透镜和第一负光焦度透镜构成胶合透镜组；所述第二负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成胶合透镜组；所述第五正光焦度透镜和第三负光焦度透镜构成胶合透镜组；所述第六正光焦度透镜、第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜构成胶合透镜组。
9.进一步地，所述第四正光焦度透镜像侧面的中心曲率半径r10与所述第五正光焦度透镜的物侧面的中心曲率半径r11之间满足：。
10.进一步地，所述第一正光焦度透镜物面侧到像面的距离ttl与所述镜头的焦距f之间满足：。
11.进一步地，所述第二正光焦度透镜的焦距的f4, 第三正光焦度透镜的焦距的f5，第九正光焦度透镜的焦距的f14满足：f4≤58；f5≤42；f14≤96。
12.进一步地，所述第四正光焦度透镜的阿贝数vd6，第四负光焦度透镜的阿贝数vd9，第六正光焦度透镜的阿贝数vd10满足：vd6≤69；vd9≤82；vd10≤69。
13.进一步地，所述第五正光焦度透镜的折射率nd7，第三负光焦度透镜的折射率nd8，第五负光焦度透镜的折射率nd11满足：nd7≤1.95；nd8≤1.54；nd11≤1.85。
14.进一步地，所述分光装置包括两个棱镜，所述两个棱镜的接合面设置有具有分光功能的膜层。
15.另一方面，本发明实施例提供了一种摄像装置，所述摄像装置具备：采用上述任一项所述的镜头进行成像。
16.本发明实施例提供了一种镜头及摄像装置，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一透镜组、第二透镜组、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第三透镜组、孔径光阑、第四负光焦度透镜、第四透镜组、第八正光焦度透镜、第九正光焦度透镜和分光装置构成；所述分光装置的每个出光侧依次包括滤光片和像面；透镜组满足以下条件：
；其中，f
g2
为所述第二透镜组的焦距，f
g3
为所述第三透镜组的焦距，f为所述镜头的焦距， fov为所述镜头的视场角。由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列14个特定光焦度的透镜，并且镜头中的透镜组满足：；实现了一种高解像力兼顾大靶面、大光圈、小型化和低成本等特点的光学镜头。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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。
18.图1为本发明实施例提供的镜头结构示意图；图2为本发明实施例1提供的镜头在第一组态可见光波段的光学传递函数（mtf）曲线图；图3为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；图4为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；图5为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的点列图；图6为本发明实施例1提供的镜头在第二组态近红外光波段的光学传递函数（mtf）曲线图；图7为本发明实施例2提供的镜头在第一组态可见光波段的光学传递函数（mtf）曲线图；图8为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；图9为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；图10为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的点列图；图11为本发明实施例2提供的镜头在第二组态近红外光波段的光学传递函数（mtf）曲线图。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
20.图1为本发明实施例1提供的一种镜头示意图，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一透镜组g1、第二透镜组g2、第三正光焦度透镜l5、第四正光焦度透镜l6、第三透镜组g3、孔径光阑p、第四负光焦度透镜l9、第四透镜组g4、第八正光焦度透镜l13、第九正光焦度透镜l14和分光装置q构成；所述分光装置q的每个出光侧依次包括滤光片m和像面n；透镜组满足以下条件：
；其中，f
g2
为所述第二透镜组的焦距，f
g3
为所述第三透镜组的焦距，f为所述镜头的焦距， fov为所述镜头的视场角；所述第一透镜组g1由从物侧到像侧依次排列的第一正光焦度透镜l1和第一负光焦度透镜l2构成；所述第二透镜组g2由从物侧到像侧依次排列的第二负光焦度透镜l3和第二正光焦度透镜l4构成；所述第三透镜组g3由从物侧到像侧依次排列的第五正光焦度透镜l7和第三负光焦度透镜l8构成；所述第四透镜组g4由从物侧到像侧依次排列的第六正光焦度透镜l10、第五负光焦度透镜l11和第七正光焦度透镜l12构成。
21.所述分光装置包括两个棱镜，所述两个棱镜的接合面l设置有具有分光功能的膜层。
22.孔径光阑的口径大小决定了系统的光圈值以及拍摄时的景深大小，其口径大小可以固定不变，或者根据需要放置可调整口径的孔径光阑以实现通光口径可调，即有可变系统光圈值和改变景深的目的。
23.由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列14个特定光焦度的透镜，并且镜头中的透镜组满足：；实现了一种高解像力兼顾大靶面、大光圈、小型化和低成本等特点的光学镜头。
24.为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜为双凸透镜；所述第一负光焦度透镜为双凹透镜；所述第二负光焦度透镜为双凹透镜；所述第二正光焦度透镜为双凸透镜；所述第三正光焦度透镜为双凸透镜；所述第四正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；所述第五正光焦度透镜为双凸透镜；所述第三负光焦度透镜为双凹透镜；所述第四负光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面；所述第六正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向像侧的一面为凸面；所述第五负光焦度透镜为双凹透镜；所述第七正光焦度透镜为双凸透镜；所述第八正光焦度透镜为双凸透镜；所述第九正光焦度透镜为弯月透镜，其朝向物侧的一面为凸面。
25.为了进一步使得系统能够紧凑，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜和第一负光焦度透镜构成胶合透镜组；
所述第二负光焦度透镜和第二正光焦度透镜构成胶合透镜组；所述第五正光焦度透镜和第三负光焦度透镜构成胶合透镜组；所述第六正光焦度透镜、第五负光焦度透镜和第七正光焦度透镜构成胶合透镜组。
26.为了进一步提高镜头的成像质量，并且提高镜头的加工性能，在本发明实施例中，所述第四正光焦度透镜像侧面的中心曲率半径r10与所述第五正光焦度透镜的物侧面的中心曲率半径r11之间满足：。
27.为了进一步使得系统能够紧凑，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜物面侧到像面的距离ttl与所述镜头的焦距f之间满足：。
28.为了进一步提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第二正光焦度透镜的焦距的f4, 第三正光焦度透镜的焦距的f5，第九正光焦度透镜的焦距的f14满足：f4≤58；f5≤42；f14≤96。
29.在本发明实施例中，为了在镜头在较大的温度范围内都能清晰成像，在本发明实施例中，所述第四正光焦度透镜的阿贝数vd6，第四负光焦度透镜的阿贝数vd9，第六正光焦度透镜的阿贝数vd10满足：vd6≤69；vd9≤82；vd10≤69。另外，满足：vd6≤69；vd9≤82；vd10≤69还可以降低图像的色差，从而提高成像质量。
30.为了提高镜头的成像质量，减小镜头的总长度，在本发明实施例中，所述第五正光焦度透镜的折射率nd7，第三负光焦度透镜的折射率nd8，第五负光焦度透镜的折射率nd11满足：nd7≤1.95；nd8≤1.54；nd11≤1.85。并且，满足：nd7≤1.95；nd8≤1.54；nd11≤1.85还可以降低球差，提高成像质量。
31.另一方面，本发明实施例提供了一种摄像装置，所述摄像装置具备：采用上述镜头进行成像。
32.本发明实施例提供的镜头所实现的光学性能如下：镜头成像靶面可以最高支持1.1英寸，采用双光路的设计方案，在有效实现镜头结构小型化同时确保成像质量。 成像可最高可最大支持靶面1.1英寸的传感器使用，镜头机械总长不超过124.5mm；可见光波段全视场mtf值在100lp/mm情况下，达到0.6以上；镜头的镜片数量较少，并且加工性好，成本控制较低；光圈较大，f数为1.4，特别适用低照度条件下的监控需求；光学性能稳定，满足-30~+70℃的高低温工作状态下的需求。
33.下面针对本发明实施例提供的镜头参数进行举例说明。
34.实施例1：在具体实施过程中，所述镜头的各个透镜的曲率半径r、中心厚度tc、折射率nd、阿贝常数vd和圆锥系数k满足表1所列的条件：
表1需要说明的是，表1中的镜面序号为图1所示的镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号。
35.本实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：光学总长ttl≤121.5 mm；镜头的焦距f：20.8mm；镜头的视场角：48
°
；镜头的光学畸变：-4.61%；镜头的光圈fno.：1.44；镜头的像面尺寸：1.1〞。
36.在本发明实施例1中，光学镜头的第二透镜组g2的焦距为f
g2
；第三透镜组g3的焦距为f
g3
；镜头的焦距为f，视场角为fov；满足：；光学镜头的透镜l6像侧面的中心曲率半径r10与所述透镜l7的物侧面的中心曲率半径r11之间满足：；光学镜头的焦距f与光学镜头的光学总长ttl之间满足：；光学镜头的透镜l4的焦距的f4=37.02, 透镜l5的焦距的f5=41.13，透镜l14的焦距的f14=95.43；光学镜头的透镜l6的阿贝数vd6=17.98，透镜l9的阿贝数vd9=81.60，透镜l10的阿贝数vd10=63.40；光学镜头的透镜l7的折射率nd7=1.59，透镜l8的折射率nd8=1.53，透镜l11的折射率nd11=1.80。
37.实施例2：在具体实施过程中，所述镜头的各个透镜的曲率半径r、中心厚度tc、折射率nd、阿贝常数vd和圆锥系数k满足表2所列的条件：
表2需要说明的是，表2中的镜面序号为图1所示的镜头结构示意图中，由左到右的透镜的面号。
38.本实施例所提供的镜头具有如下光学技术指标：光学总长ttl≤124.5 mm；镜头的焦距f：20.8mm；镜头的视场角：48.0
°
；镜头的光学畸变：-4.6%；镜头的光圈fno.：1.44；镜头的像面尺寸：1.1〞。
39.在本发明实施例2中，光学镜头的第二透镜组g2的焦距为f
g2
；第三透镜组g3的焦距为f
g3
；镜头的焦距为f，视场角为fov；满足：；光学镜头的透镜l6像侧面的中心曲率半径r10与所述透镜l7的物侧面的中心曲率半径r11之间满足：；光学镜头的焦距f与所述光学镜头的光学总长ttl之间满足：；光学镜头的透镜l4的焦距的f4=57.75, 透镜l5的焦距的f5=37.21，透镜l14的焦距的f14=73.37；光学镜头的透镜l6的阿贝数vd6=68.62，透镜l9的阿贝数vd9=70.41，透镜l10的阿贝数vd10=68.62；光学镜头的透镜l7的折射率nd7=1.94，透镜l8的折射率nd8=
1.51，透镜l11的折射率nd11=1.84。
40.综上，实施例1至实施例2分别满足以下表3所示的关系。
41.表3下面通过对实施例进行详细的光学系统分析，进一步介绍本实施例所提供的镜头。
42.光学传递函数是用来评价一个光学系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对像差进行了很好的校正。
43.如图1所示，为本发明实施例提供的镜头结构示意图；如图2所示，为本发明实施例1提供的镜头在第一组态可见光波段的光学传递函数（mtf）曲线图；如图3所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；如图4所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；如图5所示，为本发明实施例1提供的镜头在可见光波段的点列图；如图6所示，为本发明实施例1提供的镜头在第二组态近红外光波段的光学传递函数（mtf）曲线图；如图7所示，为本发明实施例2提供的镜头在第一组态可见光波段的光学传递函数（mtf）曲线图；如图8所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的场曲和畸变图；如图9所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的横向光扇图；如图10所示，为本发明实施例2提供的镜头在可见光波段的点列图；如图11所示，为本发明实施例2提供的镜头在第二组态近红外光波段的光学传递
函数（mtf）曲线图。
44.从图2中可知，镜头在可见光部分常温状态的光学传递函数（mtf）曲线图较平滑、较为集中，而且全视场（半像高y’=8.8mm）mtf平均值达到0.6以上；可见本发明实施例提供的镜头能够达到较高的成像要求。
45.从图6中可知，镜头在近红外光部分常温状态的光学传递函数（mtf）曲线图较平滑、较为集中，而且全视场（半像高y’=8.8mm）mtf平均值达到0.4以上；可见本发明实施例提供的镜头能够达到较高的成像要求。
46.从图7中可知，镜头在可见光部分常温状态的光学传递函数（mtf）曲线图较平滑、较为集中，而且全视场（半像高y’=8.8mm）mtf平均值达到0.6以上；可见本发明实施例提供的镜头能够达到较高的成像要求。
47.从图11中可知，镜头在近红外光部分常温状态的光学传递函数（mtf）曲线图较平滑、较为集中，而且全视场（半像高y’=8.8mm）mtf平均值达到0.4以上；可见本发明实施例提供的镜头能够达到较高的成像要求。
48.从图3和图8中可以看到，镜头的场曲控制在
±
0.03mm以内。场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。t代表子午场曲，s代表弧矢场曲。场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，子午场曲数据是沿着z轴测量的从当前所确定的聚焦面到近轴焦面的距离，并且是在子午(yz面)上测量的。弧矢场曲数据测量的是在与子午面垂直的平面上测量的距离，示意图中的基线是在光轴上，曲线顶部代表最大视场(角度或高度)，在纵轴上不设置单位，这是因为曲线总是用最大的径向视场来归一化的。
49.从图3和图8中可知，镜头畸变控制较好，在-5.0%以内。图3参考多个波长(0 .436um、 0 .486um、0 .546um、0 .587um和0.656um)的曲线在图3中发生了重合。一般来说，镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，毕竟摄影的目的是为了再现，而非夸张，但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。由图8可见，本发明实施例1提供的镜头的畸变为-4.6％；本发明实施例2提供的镜头的畸变为-4.6％；这样设置畸变是为了平衡焦距，视场角及对应相机靶面的大小，畸变造成的形变可以通过后期图像处理对其进行校正。
50.从图4和图9中可知，光扇图中曲线较为集中，镜头的球差及色散也控制较好。图4和图9中，ex表示x方向像差，ey表示y方向像差，px表示归一化x方向光瞳坐标，py表示归一化y方向光瞳坐标。从图5和图10中可知，镜头光斑半径较小，也比较集中，对应的像差和慧差也很好。
51.本发明实施例提供了一种镜头及摄像装置，所述镜头由物侧至像侧依次排列第一透镜组、第二透镜组、第三正光焦度透镜、第四正光焦度透镜、第三透镜组、孔径光阑、第四负光焦度透镜、第四透镜组、第八正光焦度透镜、第九正光焦度透镜和分光装置构成；所述分光装置的每个出光侧依次包括滤光片和像面；透镜组满足以下条件：；其中，f
g2
为所述第二透镜组的焦距，f
g3
为所述第三透
镜组的焦距，f为所述镜头的焦距， fov为所述镜头的视场角。由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列14个特定光焦度的透镜，并且镜头中的透镜组满足：；实现了一种高解像力兼顾大靶面、大光圈、小型化和低成本等特点的光学镜头。
52.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
53.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
54.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
55.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，则可对这些实施例做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。
56.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明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。