一种定焦镜头的制作方法

1.本实用新型涉及镜头技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。


背景技术：

2.随着社会的发展，智能家居的应用范围和场景也在逐步拓展，家庭安防正在成为智能家居产品中日益崛起的一部分。家庭安防设备的核心部件为光学镜头，大光圈、小体积、高性价比、日夜共焦的要求，成为主流发展趋势，为满足趋势要求，因此如何提供一种日夜共焦、大光圈、小体积镜头是本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例提供了一种定焦镜头，以实现一种大光圈、小体积日夜共焦的光学镜头，该镜头满足光圈f≤1.6，光学总长ttl≤18.8mm，具有日夜共焦的优点。
4.本实用新型实施例提供一种定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、负光焦度的第四透镜和正光焦度的第五透镜；
5.其中，所述第四透镜和所述第五透镜为胶合透镜，所述定焦镜头的光焦度满足：
[0006][0007][0008][0009][0010]
其中，和分别为所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的光焦度，为所述定焦镜头的光焦度，为所述胶合透镜的光焦度。
[0011]
可选的，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第五透镜的折射率满足：
[0012]
1.54≤n2≤1.66；
[0013]
1.50≤n3≤1.65；
[0014]
1.51≤n5≤1.56；
[0015]
所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的阿贝数满足：
[0016]
23.5≤v2≤60.0；
[0017]
55.0≤v3≤85.0；
[0018]
20.0≤v4≤27.0；
[0019]
其中，n2表示所述第二透镜的折射率，n3表示所述第三透镜的折射率， n5表示所述第五透镜的折射率，v2表示所述第二透镜的阿贝数，v3表示所述第三透镜的阿贝数，v4表示所述第四透镜的阿贝数。
[0020]
可选的，所述定焦镜头的像面直径ic与所述定焦镜头的总长ttl满足：
[0021]
ic/ttl≥0.370。
[0022]
可选的，所述定焦镜头的像面直径ic与入瞳直径epd满足：
[0023]
2.30≤ic/epd≤2.59。
[0024]
可选的，所述定焦镜头的总长ttl《18.8mm。
[0025]
可选的，所述定焦镜头的后焦bfl与总长ttl满足：
[0026]
bfl/ttl≥0.19。
[0027]
可选的，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均包括非球面透镜；所述第三透镜包括球面透镜透镜。
[0028]
可选的，所述第一透镜为凹凸塑料非球面透镜，所述第二透镜为凹凸塑料非球面透镜，所述第三透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第四透镜为双凹塑料非球面透镜或凸凹塑料非球面透镜，所述第五透镜为双凸塑料非球面透镜。
[0029]
可选的，还包括光阑，所述光阑位于所述第二透镜与所述第三透镜之间。
[0030]
本实用新型实施例提供的定焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、负光焦度的第四透镜和正光焦度的第五透镜；其中，第四透镜和第五透镜为胶合透镜，定焦镜头的光焦度满足：度的第五透镜；其中，第四透镜和第五透镜为胶合透镜，定焦镜头的光焦度满足：其中，和分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的光焦度，为定焦镜头的光焦度，为胶合透镜的光焦度。通过采用总共五枚镜片，能够有利于色差、球差、场曲等像差的矫正，从而实现解像要求。通过合理的光焦度搭配，有利于实现小体积、大光圈及广角的镜头设计，该镜头满足光圈f≤1.6，光学总长ttl≤18.8mm，具有日夜共焦的优点。
[0031]
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0032]
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。
[0033]
图1为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图；
[0034]
图2为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线示意图；
[0035]
图3为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的垂轴色差示意图；
[0036]
图4为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的场曲畸变示意图；
[0037]
图5为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图；
[0038]
图6为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的球差曲线示意图；
[0039]
图7为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的垂轴色差示意图；
[0040]
图8为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的场曲畸变示意图；
[0041]
图9为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的结构示意图；
[0042]
图10为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的球差曲线示意图；
[0043]
图11为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的垂轴色差示意图；
[0044]
图12为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的场曲畸变示意图。
具体实施方式
[0045]
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
[0046]
需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0047]
图1为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的结构示意图，参考图 1，该定焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜 10、正光焦度的第二透镜20、正光焦度的第三透镜30、负光焦度的第四透镜40和正光焦度的第五透镜50；其中，第四透镜40和第五透镜50为胶合透镜，定焦镜头的光焦度满足：
[0048][0049][0050][0051][0052]
其中，和分别为第一透镜10、第二透镜20、第三透镜 30和第四透镜40的光焦度，为定焦镜头的光焦度，为胶合透镜的光焦度。
[0053]
可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。在本实施例中，可以将各个透镜组固定于一个镜筒(图1中未示出)内，通过设计负光焦度的第一透镜，可以使镜头具有大通光量，光圈f≤1.6。可选的，定焦镜头的总长ttl《18.8mm。通过限定第一透镜10、第三透镜30、第四透镜40与胶合透镜光焦度的关系，第二透镜20与整个光学镜头光焦度的关系，满足以上关系有利于实现小体积、大光圈、及广角这些
参数。
[0054]
本实用新型实施例的技术方案，通过采用总共五枚镜片，能够有利于色差、球差、场曲等像差的矫正，从而实现解像要求。通过合理的光焦度搭配，有利于实现小体积、大光圈及广角的镜头设计，该镜头满足视场角约118
°
，光圈f≤1.6，光学总长ttl≤18.8mm，具有日夜共焦的优点。
[0055]
在上述实施例的基础上，继续参考图1，可选的，该定焦镜头还包括光阑60，光阑60位于第二透镜20与第三透镜30之间。通过增设光阑60，可以调节光束的传播方向，有利于提高成像质量。
[0056]
可选的，第二透镜20、第三透镜30和第五透镜50的折射率满足：
[0057]
1.54≤n2≤1.66；
[0058]
1.50≤n3≤1.65；
[0059]
1.51≤n5≤1.56；
[0060]
第二透镜20、第三透镜30和第四透镜40的阿贝数满足：
[0061]
23.5≤v2≤60.0；
[0062]
55.0≤v3≤85.0；
[0063]
20.0≤v4≤27.0；
[0064]
其中，n2表示第二透镜20的折射率，n3表示第三透镜30的折射率， n5表示第五透镜50的折射率，v2表示第二透镜20的阿贝数，v3表示第三透镜30的阿贝数，v4表示第四透镜40的阿贝数。
[0065]
其中，材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。阿贝常数表示介质色散能力的指数，阿贝常数越大，则代表色散越轻微。采用上述搭配，有利于轴向色差及垂轴色差的矫正，从而达到解像要求及日夜共焦的性能。
[0066]
可选的，定焦镜头的像面直径ic与定焦镜头的总长ttl满足：
[0067]
ic/ttl≥0.370。
[0068]
其中，满足ic/ttl≥0.370表明定焦镜头具有较大像面和较小体积，能够保证光学系统具有更好的成像质量、画面更加清晰的同时，具有较小的体积。
[0069]
可选的，定焦镜头的像面直径ic与入瞳直径epd满足：
[0070]
2.30≤ic/epd≤2.59。
[0071]
其中，满足2.30≤ic/epd≤2.59，能使镜头在满足大像面、高品质成像的同时，控制镜头的入瞳直径，保证大像面成像系统在相同的焦距情况下拥有更大的通光量，从而拥有更大的光圈。
[0072]
可选的，定焦镜头的后焦bfl与总长ttl满足：
[0073]
bfl/ttl≥0.19。
[0074]
其中，满足bfl/ttl≥0.19，能够保证成像传感器和平板滤光片有足够的安装空间。
[0075]
可选的，第一透镜10、第二透镜20、第四透镜40和第五透镜50均包括非球面透镜；第三透镜30包括球面透镜透镜。
[0076]
可选的，第一透镜10为凹凸塑料非球面透镜，第二透镜20为凹凸塑料非球面透镜，第三透镜30为双凸玻璃球面透镜，第四透镜40为双凹塑料非球面透镜或凸凹塑料非球面透
镜，第五透镜50为双凸塑料非球面透镜。
[0077]
其中，塑料材质的透镜成本远低于玻璃材质的透镜成本，第一透镜10、第二透镜20、第四透镜40和第五透镜50采用塑料非球面透镜可降低定焦镜头的成本；玻璃材质的透镜的光线转折能力较强，通过设置第三透镜30 为玻璃球面透镜，有助于减少透镜数量，从而降低镜头体积。同时，玻璃和塑料这两类材质还可以起到互相补偿作用，可以平衡高低温，使得定焦镜头具有高低温性能稳定的特点，有助于提高定焦镜头的环境适应性。
[0078]
具体实施时，塑料非球面透镜的材质可为本领域技术人员可知的各种塑胶，玻璃球面透镜的材质为本领域技术人员可知的各种类型的玻璃，本实用新型实施例对此不作限定。
[0079]
可选的，非球面透镜的面型公式如下所示：
[0080][0081]
其中，z为非球面的矢高，c为顶点处的基本曲率，k为圆锥曲线常数， r为垂直光轴方向的径向坐标，ai为高次项系数，a
ir2i
为非球面的高次项。
[0082]
图1所示定焦镜头达到了如下的技术指标：
[0083]
焦距：f＝4.51mm；
[0084]
光圈值：f＝1.6；
[0085]
ttl：18.8mm。
[0086]
表1为图1提供的定焦镜头的一种光学物理参数设计值：
[0087]
表1定焦镜头的一种光学物理参数设计值
[0088]
面序号表面类型曲率半径厚度材料(nd)材料(vd)半直径1非球面2.69161.2881.5158.53.9772非球面1.46662.582
ꢀꢀ
2.4653非球面-3.81082.5601.6623.51.7004非球面-4.6540-0.500
ꢀꢀ
2.321光阑平面无限0.570
ꢀꢀ
2.1706球面5.66643.9031.5084.54.2007球面-6.84420.070
ꢀꢀ
4.2008非球面27.70000.6001.6220.02.0009非球面4.51873.1601.5159.02.42810非球面-8.69490.000
ꢀꢀ
2.95811平面无限3.273
ꢀꢀ
3.04612平面无限0.7001.5264.23.51713平面无限0.592
ꢀꢀ
3.58414像面无限
ꢀꢀꢀ
3.533
[0089]
表1中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”表示第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中表面为平面时曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中
心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性，空格代表当前位置为空气。
[0090]
其中，表2为本实施例中非球面面型参数：
[0091]
表2定焦镜头中非球面参数的一种设计值
[0092][0093]
其中，-4.991177e-3表示面序号为表面1的系数a2为-4.991177
×
10-3
。
[0094]
图2为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的球差曲线示意图，图中纵轴为无量纲量，表示的是归一化入瞳半径，横坐标表示从图像传感器表面到各个波长轴上焦点的距离。所有波长的横坐标值均在
±
0.1mm这个范围内，表明该光学系统轴向色差矫正良好。546nm与850nm的横坐标差值均在0.015mm左右，满足日夜共焦的性能。图3为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的垂轴色差示意图，垂轴色差图表示的是不同视场的垂轴色差，图示曲线表示的是最短波长和最长波长光线的差值。由图3中可以看出，曲线值均在15μm以内，表示各视场的色差矫正效果良好。图4 为本实用新型实施例提供的一种定焦镜头的场曲畸变示意图，图中左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中t表示子午，s表示弧失；由图4可以看出，本实施例提供的镜头从波长为436nm的光到850nm的光，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图4可以看出，本实施例提供的镜头的畸变符合安防监控中广角镜头的畸变要求。
[0095]
图5为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的结构示意图，图5 所示的定焦镜头达到了如下的技术指标：
[0096]
焦距：f＝4.7mm；
[0097]
光圈值：f＝1.6；
[0098]
ttl：18.7mm。
[0099]
表3为图5提供的定焦镜头的一种光学物理参数设计值：
[0100]
表3定焦镜头的一种光学物理参数设计值
[0101][0102][0103]
表3中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”表示第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中表面为平面时曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性，空格代表当前位置为空气。
[0104]
其中，表4为本实施例中非球面面型参数：
[0105]
表4定焦镜头中非球面参数的一种设计值
[0106][0107][0108]
其中，-7.35671e-3表示面序号为表面1的系数a2为-7.35671
×
10-3
。
[0109]
图6为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的球差曲线示意图，图中纵轴为无量纲量，表示的是归一化入瞳半径，横坐标表示从图像传感器表面到各个波长轴上焦点的距离。所有波长的横坐标值均在
±
0.1mm这个范围内，表明该光学系统轴向色差矫正良好。546nm与850nm的横坐标差值均在0.015mm左右，满足日夜共焦的性能。图7为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的垂轴色差示意图，垂轴色差图表示的是不同视场的垂轴色差，图示曲线表示的是最短波长和最长波长光线的差值。由图中可以看出，曲线值均在15μm以内，表示各视场的色差矫正效果良好。图 8为本实用新型实施例提供的另一种定焦镜头的场曲畸变示意图，图中左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中t表示子午，s表示弧失；由图8可以看出，本实施例提供的镜头从波长为436nm的光到850nm的光，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图8可以看出，本实施例提供的镜头的畸变符合安防监控中广角镜头的畸变要求。
[0110]
图9为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的结构示意图，图9 所示的定焦镜头达到了如下的技术指标：
[0111]
焦距：f＝4.6mm；
[0112]
光圈值：f＝1.6；
[0113]
ttl：18.7mm。
[0114]
表5为图9提供的定焦镜头的一种光学物理参数设计值：
[0115]
表5定焦镜头的一种光学物理参数设计值
[0116]
面序号表面类型曲率半径厚度材料(nd)材料(vd)半直径1非球面2.77721.2931.5260.03.8572非球面1.48782.314
ꢀꢀ
2.3043非球面-4.46662.7161.5560.01.7004非球面-4.0189-0.600
ꢀꢀ
2.319光阑平面无限1.606
ꢀꢀ
2.1686球面5.73703.6481.5475.14.2007球面-10.09610.070
ꢀꢀ
4.2008非球面66.96090.6001.6222.42.0009非球面4.16942.7581.5650.02.43910非球面-11.73570.000
ꢀꢀ
2.85311平面无限3.2731.5264.22.92812平面无限0.700
ꢀꢀ
3.51413平面无限0.377
ꢀꢀ
3.59714像面无限
ꢀꢀꢀ
3.514
[0117]
表5中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”表示第一透镜10的前表面(靠近物方一侧的表面)，“2”代表第一透镜10的后表面(靠近像方一侧的表面)，依次类推。曲率半径代表透镜表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中表面为平面时曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性，空格代表当前位置为空气。
[0118]
其中，表6为本实施例中非球面面型参数：
[0119]
表6定焦镜头中非球面参数的一种设计值
[0120]
[0121][0122]
其中，-6.385723e-3表示面序号为表面1的系数a2为-6.385723
×
10-3
。
[0123]
图10为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的球差曲线示意图，图中纵轴为无量纲量，表示的是归一化入瞳半径，横坐标表示从图像传感器表面到各个波长轴上焦点的距离。所有波长的横坐标值均在
±
0.1mm这个范围内，表明该光学系统轴向色差矫正良好。546nm与850nm的横坐标差值均在0.015mm左右，满足日夜共焦的性能。图11为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的垂轴色差示意图，垂轴色差图表示的是不同视场的垂轴色差，图示曲线表示的是最短波长和最长波长光线的差值。由图中可以看出，曲线值均在15μm以内，表示各视场的色差矫正效果良好。图12为本实用新型实施例提供的又一种定焦镜头的场曲畸变示意图，图中左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中t表示子午，s表示弧失；由图12可以看出，本实施例提供的镜头从波长为436nm的光到850nm的光，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图12可以看出，本实施例提供的镜头的畸变符合安防监控中广角镜头的畸变要求。
[0124]
上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。