光学镜头及监控摄像机的制作方法

1.本技术涉及光学领域，特别是一种光学镜头及应用这种光学镜头的监控摄像机。


背景技术：

2.近几年，伴随着汽车行业的蓬勃发展，自动化以及车内监控和感应系统都开始快速发展起来，而车载镜头作为自动驾驶辅助系统的关键部件也迎来了较快发展，车载镜头的成像质量和可靠性越来越被汽车厂家所考虑。
3.由于汽车的应用环境复杂多变且安全性能要求较高，对搭载在车内驾驶辅助系统中的摄像镜头的可靠性要求会比普通的光学镜头更高，要有高清晰的成像质量。在生产制造过程中，其镜片多使用全玻璃镜片，价格相对较高，且现有的镜头的成像质量低。


技术实现要素：

4.本技术提供一种光学镜头及应用这种光学镜头的监控摄像机，以解决相关技术中，光学镜头的成像质量低及其镜片使用全玻璃镜片导致的成本较高的问题。
5.为解决上述技术问题，本技术的一方面，提供了一种光学镜头，沿光轴从物侧到成像侧，其依次包括具有负焦距的第一透镜，第一透镜面向物侧的为第一凸面，第一透镜面向成像侧的为第一凹面；具有正焦距的第二透镜，第二透镜面向物侧的为第二凹面，第二透镜面向成像侧的为第三凹面；具有正焦距的第三透镜，第三透镜面向物侧的为第四凹面，第三透镜面向成像侧的为第五凹面；光阑；具有正焦距的第四透镜，第四透镜面向物侧的为第二凸面，第四透镜面向成像侧的为第三凸面；具有负焦距的第五透镜，第五透镜面向物侧的为第六凹面，第五透镜面向成像侧的为第七凹面；具有正焦距的第六透镜，第六透镜面向物侧的为第四凸面，第六透镜面向成像侧的为第五凸面；其中，第四透镜为玻璃球面透镜，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜及第六透镜均为塑料非球面透镜。
6.具体地，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的焦距范围分别为：5.056
±
5％、24.857
±
5％、41.985
±
5％、7.158
±
5％、5.548
±
5％、5.513
±
5％。
7.具体地，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的折射率范围分别为：1.54
±
5％，1.63
±
5％，1.54
±
5％，1.50
±
5％，1.63
±
5％，1.54
±
5％。
8.具体地，第一凹面至第七凹面及第一凸面至第五凸面的任一点的曲率半径范围分别为：-3.012
±
5％、-8.775
±
5％、-6.753
±
5％、-4.538
±
5％、-4.202
±
5％、-17.837
±
5％、4.3468
±
5％、40.857
±
5％、6.611
±
5％、-6.611
±
5％、4.753
±
5％、-6.008
±
5％，其中，
“‑”
表示方向为负方向。
9.具体地，第一凹面至第七凹面及第一凸面至第五凸面的表面形状满足以下方程：
[0010][0011]
其中，z是矢高，c为曲率半径，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，α4、α6、α8和α
10
为非球面高阶系数。
[0012]
具体地，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜及第六透镜的焦距关系如下：
[0013][0014]
其中，f1、f2、f3、f5、f6分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜及第六透镜的焦距，单位均为mm。
[0015]
具体地，所述镜头的光圈值满足以下范围：
[0016][0017]
其中，f为系统焦距，d为入瞳直径。
[0018]
本技术的另一方面，提供了一种监控摄像机，其包括上述所述的光学镜头。
[0019]
本技术的有益效果是：相较于相关技术中的光学镜头，本技术提供的光学镜头，沿光轴从物侧到成像侧，其依次包括具有负焦距的第一透镜，第一透镜面向物侧的为第一凸面，第一透镜面向成像侧的为第一凹面；具有正焦距的第二透镜，第二透镜面向物侧的为第二凹面，第二透镜面向成像侧的为第三凹面；具有正焦距的第三透镜，第三透镜面向物侧的为第四凹面，第三透镜面向成像侧的为第五凹面；光阑；具有正焦距的第四透镜，第四透镜面向物侧的为第二凸面，第四透镜面向成像侧的为第三凸面；具有负焦距的第五透镜，第五透镜面向物侧的为第六凹面，第五透镜面向成像侧的为第七凹面；具有正焦距的第六透镜，第六透镜面向物侧的为第四凸面，第六透镜面向成像侧的为第五凸面；其中，第四透镜为玻璃球面透镜，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜及第六透镜均为塑料非球面透镜。因此，由于采用了5个塑胶透镜，降低了重量和成本。并且，沿着该光学镜头的光轴从物侧到成像侧，将第四透镜设置为玻璃球面透镜，而将第四透镜物侧处的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜成像侧处的第五透镜及第六透镜设置成塑料非球面透镜，合理地使用塑胶非球面镜片使得像差得到很好的修正，提升了成像质量。更进一步地，光阑设置在第三透镜和第四透镜之间，用来调整入射光束的大小，进一步改善成像质量，从而达到良好的成像效果。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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，其中：
[0021]
图1是本技术提供的光学镜头一实施例的结构示意图；
[0022]
图2是图1中实施例的光通路示意图；
[0023]
图3是图1中光学镜头一个具体实施例在-20℃环境下的mtf曲线示意图；
[0024]
图4是图3中实施例在红外波段830nm-870nm环境下的mtf曲线示意图；
[0025]
图5是图3中实施例在-40℃环境下的离焦图；
[0026]
图6是图3中实施例在80℃环境下的离焦图。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0028]
在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
[0029]
在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0030]
请参照图1及图2，图1是本技术提供的光学镜头一实施例的内部镜片结构示意图；图2是图1中实施例的光通路示意图。本技术的一个方面，提供了一个光学镜头。在一个实施例中，请见图1，其中沿着直线a的箭头方向，即表示的是从物侧到成像侧，沿着该光学镜头的光轴从物侧到成像侧，该光学镜头依次包括具有负焦距的第一透镜1、具有正焦距的第二透镜2、具有正焦距的第三透镜3、光阑7、具有正焦距的第四透镜4、具有负焦距的第五透镜5及具有正焦距的第六透镜6。其中，第一透镜1面向物侧的为第一凸面11，第一透镜1面向成像侧的为第一凹面12。第二透镜2面向物侧的为第二凹面21，第二透镜2面向成像侧的为第三凹面22。第三透镜3面向物侧的为第四凹面31，第三透镜3面向成像侧的为第五凹面32。第四透镜4面向物侧的为第二凸面41，第四透镜4面向成像侧的为第三凸面42。第五透镜5面向物侧的为第六凹面51，第五透镜5面向成像侧的为第七凹面52。第六透镜6面向物侧的为第四凸面61，第六透镜6面向成像侧的为第五凸面62。第四透镜4为玻璃球面透镜，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5及第六透镜6均为塑料非球面透镜。
[0031]
本技术的光学镜头采用1个玻璃透镜和5个塑料透镜，即第四透镜4为玻璃球面透镜，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5及第六透镜6均为塑料非球面透镜。因此，采用5个塑料透镜能够降低镜头的重量和生产成本。并且，沿着该光学镜头的光轴从物侧到成像侧，将第四透镜4设置为玻璃球面透镜，而将第四透镜4物侧处的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3及第四透镜4成像侧处的第五透镜5及第六透镜6设置成塑胶非球面透镜，合理地使用塑胶非球面镜片使得相差得到很好的修正，提升了成像质量。更进一步地，光阑7设置在第三透镜3和第四透镜4之间，用来调整入射光束的大小，进一步改善成像质量，从而达到良好的成像效果。
[0032]
在一个实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的焦距范围分别为：5.056
±
5％、24.857
±
5％、41.985
±
5％、7.158
±
5％、5.548
±
5％、5.513
±
5％。通过将第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的焦距进行上述合理设置，能够弥补在光束通过透镜成像时产生的像差，从而提高镜
头的成像质量，从而大大降低了镜头的公差敏感度。合理分配各个镜片的焦距比使得该光学镜头可以在-40℃～+80℃的环境条件下不离焦，且在在红外波长830nm-870nm范围内也不离焦，成像质量良好。值得注意的是，除特殊说明，本技术中所提到的数值范围均包括端值。
[0033]
为了改善透镜过高折射率带来的色散问题，需要对各个透镜的折射率有一定的限制。具体的，在一个实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的折射率范围分别为：1.54
±
5％，1.63
±
5％，1.54
±
5％，1.50
±
5％，1.63
±
5％，1.54
±
5％。通过将第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的折射率进行上述合理配置，可以降低镜头的色散和修正其畸变，进而提高镜头的成像质量，使镜头能够获得更好的成像效果。
[0034]
更为具体地，在一个实施例中，为了进一步保证第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的成像质量，本技术的光学镜头的第一凹面12至第七凹面52及第一凸面11至第五凸面62的任一点的曲率半径范围分别为：-3.012
±
5％、-8.775
±
5％、-6.753
±
5％、-4.538
±
5％、-4.202
±
5％、-17.837
±
5％、4.3468
±
5％、40.857
±
5％、6.611
±
5％、-6.611
±
5％、4.753
±
5％、-6.008
±
5％，其中，
“‑”
表示方向为负方向。不同的曲率半径能够影响透镜的焦距，通过控制第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的曲率半径，可以影响其焦距，使得各透镜的焦距可以根据实际情况配置，从而提高光学镜头的成像质量。
[0035]
在一实施例中，光学镜头的第一凹面12至第七凹面52及第一凸面11至第五凸面62的表面形状满足以下方程：
[0036][0037]
其中，z是矢高，c为曲率半径，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，α4、α6、α8和α
10
为非球面高阶系数。
[0038]
举例来说，在一些具体的实施例中，上述第一凹面12至第七凹面52及第一凸面11至第五凸面62的参数如下表所示：
[0039][0040]
k15.85-1.005-4.3290.251a4-2.72e-03-5.94e-03-2.05e-031.62e-05a
6-2.54e-044.35e-042.61e-04-9.76e-05a82.62e-05-3.79e-063.92e-055.01e-05a
10-3.24e-06-2.08e-06-4.90e-06-5.66e-06
[0041]
表1
[0042]
具体地，由于塑料镜片容易带来高低温环境条件下的焦点漂移问题，因此，在一些实施例中，可以进一步的调整塑料非球面透镜之间的参数关系，具体的，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5及第六透镜6的焦距关系如下：
[0043][0044]
其中，f1至f6分别为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5及第六透镜6的焦距，单位均为mm。
[0045]
由于进一步限定了第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5及第六透镜6的焦距之间的关系，使得该光学镜头可以在-40℃～+80℃的环境条件下不离焦，且在在红外波长830nm-870nm范围内也不离焦，提高镜头在恶劣环境下的成像质量。
[0046]
在一些实施例中，更为具体地，该光学镜头的光圈值满足以下范围：
[0047][0048]
其中，f为系统焦距，d为入瞳直径。在该光学镜头进行成像时，同样的光强入射下，较小的光圈值会使得像面更亮度更高，从而使得镜头的成像更清晰，具有更优良的成像质量。
[0049]
为了说明书本技术的光学镜头的效果，举例来说，在一个具体实施例，本技术的光学镜头具有如下参数：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5、第六透镜6的焦距分别为：5.056mm、24.857mm、41.985mm、7.158mm、5.548mm、5.513mm，镜头的系统焦距f＝3.1mm，光圈值＝1.6，光学总长ttl＝22mm，视场角fov＝70.54
°
，靶面尺寸为三分一英寸，像元大小为2μm。
[0050]
将上述具体的光学镜头进行鲜锐度测试，以便于检测光学镜头的成像效果。其中，本技术的鲜锐度测试是采用行业现有鲜锐度测试的常规测试装置及方法，在此不再赘述。请参阅图3-6，图3是图1中实施例在-20℃环境下的mtf曲线示意图；图4是图3中实施例在红外波段830nm-870nm环境下的mtf曲线示意图；图5是图3中实施例在-40℃环境下的离焦图；图6是图3中实施例在80℃环境下的离焦图。其中，mtf曲线是指以反差的概念来检定镜头的鲜锐度，横坐标表示到画面为中心的距离(越往右越接近画面的边缘)，纵坐标表示反差大小。由图3可知，ts diff.limit线的中心视场在200lp/mm以内的大于50％，即视场边缘的曲线较集中，其反差特性良好，镜头的分辨率较好，成像清晰。由图4可知，在红外光中，mtf曲线中心视场在200lp/mm大于30％，边缘成像质量即可满足使用需求。因此，结合图3和图4可得，该光学镜头的分辨率高，成像清晰，能够满足使用的需求。进一步地，由图5和图6可知，在-40℃的低温和80℃的高温环境下，镜头的焦点偏离小于5μm，可以实现高低温共焦，减少了高低温下塑胶透镜发生形变导致的焦点偏离，从而减少了像差以获得更好的成像质量。
[0051]
本技术的又一方面，提供了一种监控摄像机，其包括上述所述的光学镜头。该监控
摄像机采用了上述光学镜头，光学镜头在上述已做了详细的描述，因此不再赘述。本技术的监控摄像机，具有成本低且高低温共焦等特征，可以产生良好的成像效果。
[0052]
在本技术的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、机构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、机构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0053]
以上仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。