一种玻璃非球面智能家居成像镜头的制作方法

1.本实用新型涉及成像镜头领域，具体是指一种玻璃非球面智能家居成像镜头。


背景技术：

2.光学成像镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果，被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、安防监控、机器视觉、车载监控辅助驾驶、无人机航拍、智能家居等各个领域。
3.现有的智能家居光学成像镜头为了提升光学指标参数通常会采用塑料非球面透镜，例如名称为一种超广角低畸变的光学成像镜头，申请号为202221510778.3的中国专利申请，其将第二透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜设为塑料非球面透镜从而优化光学结构；但该方案在长时间暴露于高低温冷热冲击环境下时，容易造成塑料镜片的提前老化，影响成像性能，同时，温漂受温度变化不确定因素高，温漂性能表现差，无法保证光学成像镜头在-40℃至+85℃温度区间内使用时，成像良好稳定，画面清晰不失焦，从而影响了智能家居后端计算机的自动跟踪与自动报警提醒。
4.针对上述现有技术存在的问题设计一种玻璃非球面智能家居成像镜头是本实用新型研究的目的。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种玻璃非球面智能家居成像镜头，能够有效解决上述现有技术存在的问题。
6.本实用新型的技术方案是：
7.一种玻璃非球面智能家居成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括：
8.第一透镜，具有负屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；
9.第二透镜，具有负屈光率，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；
10.第三透镜，具有正屈光率，所述第三透镜的物侧面为凸面；
11.第四透镜，具有正屈光率，所述第四透镜的物侧面为凹面，所述第四透镜的像侧面为凸面，所述第四透镜设为玻璃非球面透镜，所述第四透镜的折射率温度系数dn/dt＜0；
12.第五透镜，具有正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面，所述第五透镜的像侧面为凸面；
13.第六透镜，具有负屈光率，所述第六透镜的物侧面为凹面，所述第六透镜的像侧面为凸面。
14.进一步地，所述第四透镜包括非球面镜片，所述非球面镜片的外周呈环柱型设为平台部，所述平台部的外周侧壁部分设为呈直线型的基准面。
15.进一步地，所述基准面的长度大于所述平台部外径的八分之一，且小于所述平台
部外径的五分之一。
16.进一步地，所述平台部的物侧面或像侧面凹陷或凸起设置有标识部，所述标识部上设有标识符。
17.进一步地，所述镜片的外径值d1、芯厚值d2、物侧面的整平面起点外径值d3以及像侧面的整平面起点外径值d4之间的比值满足以下关系：
18.2.3《d1/d2《3.2；
19.0.56《d3/d1《0.76；
20.0.63《d4/d1《0.83。
21.进一步地，所述第五透镜的像侧面与第六透镜的物侧面相互胶合。
22.进一步地，所述第五透镜的色散系数vd5和第六透镜的色散系数vd6之间满足vd5-vd6＞34，且所述第五透镜的折射率系数n5和第六透镜的折射率系数n6的差值满足0.05＜n6-n5＜0.3。
23.进一步地于，所述第一透镜的焦距f1与镜头整体焦距f满足1.5《|(f1/f)|《3，所述第二透镜的焦距f2与镜头整体焦距f满足2.5《|(f2/f)|《3.6，所述第三透镜的焦距f3与镜头整体焦距f满足2.8《|(f3/f)|《4，所述第四透镜的焦距f4与镜头整体焦距f满足1.5《|(f4/f)|《2.7，所述第五透镜的焦距f5与镜头整体焦距f满足1.3《|(f5/f)|《2.5，所述第六透镜的焦距f6与镜头整体焦距f满足1.4《|(f6/f)|《3。
24.进一步地，第一透镜的物侧面至成像面于光轴上的间距ttl与所述第六透镜的像侧面至成像面于光轴上的间距bfl的比值满足3＜ttl/bfl＜4
25.进一步地，还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜与第四透镜之间。
26.因此，本实用新型提供以下的效果和/或优点：
27.本实用新型提供的玻璃非球面智能家居成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括具有负屈光率的第一透镜、第二透镜、第六透镜，第一透镜的物侧面为凸面且像侧面为凹面，第二透镜的物侧面为凸面且像侧面为凹面，第六透镜的物侧面为凹面且像侧面为凸面；具有正屈光率的第三透镜、第四透镜、第五透镜，第三透镜的物侧面为凸面，第四透镜的物侧面为凹面且像侧面为凸面，第四透镜设为玻璃非球面透镜，且第四透镜的折射率温度系数dn/dt＜0，第五透镜的物侧面为凸面且像侧面为凸面。上述结构的设置，将现有的塑料非球面透镜替换为玻璃非球面透镜，从而可以降低第四透镜在长时间暴露于高低温冷热冲击环境下时，受环境温度变化影响导致成像性能降低。
28.同时，通过将第四透镜的折射率温度系数dn/dt控制为负值，用以抵消温度变化对于镜头后焦偏移产生的影响，可与镜头内部每个机械件隔圈温漂量的相互补偿，以及与镜头底座的温漂量相互补偿，从而当镜头使用的外界温度变化时，可以保证成像镜头在-40℃至+85℃温度区间内使用时，成像良好稳定，画面清晰不失焦，进而使智能家居后端计算机可稳定进行自动跟踪与自动报警提醒，提高成像镜头的实用性。
29.应当明白，本实用新型的上文的概述和下面的详细说明是示例性和解释性的，并且意在提供对如要求保护的本实用新型的进一步的解释。
附图说明
30.图1为本实用新型提供的实施例一的成像镜头的结构示意图。
31.图2为本实用新型提供的实施例一的第四镜片的剖视结构示意图。
32.图3为本实用新型提供的实施例一的第四镜片的物侧面结构示意图。
33.图4为本实用新型提供的实施例一的第四镜片的物侧面立体示意图，其中标识部凹陷设置。
34.图5为本实用新型提供的实施例一的第四镜片的物侧面立体示意图，其中标识部凸起设置。
35.图6(a)和图6(b)分别为本实用新型提供的实施例一的第四镜片组装后的轴向剖视图和径向剖视图。
36.图7为本实用新型提供的实施例一的可见光mtf图。
37.图8为本实用新型提供的实施例一的红外光波段ir850nm mtf图。
38.图9为本实用新型提供的实施例一的畸变图。
39.图10为本实用新型提供的实施例二的第四镜片的物侧面立体示意图，其中标识部凹陷设置。
40.图11为本实用新型提供的实施例二的第四镜片的物侧面立体示意图，其中标识部凸起设置。
41.图12为本实用新型提供的实施例二的可见光mtf图。
42.图13为本实用新型提供的实施例二的红外光波段ir850nm mtf图。
43.图14为本实用新型提供的实施例二的畸变图。
44.图15为本实用新型提供的实施例三的第四镜片的立体示意图。
45.图16为本实用新型提供的实施例三的可见光mtf图。
46.图17为本实用新型提供的实施例三的红外光波段ir850nm mtf图。
47.图18为本实用新型提供的实施例三的畸变图。
48.图19为本实用新型提供的实施例四的可见光mtf图。
49.图20为本实用新型提供的实施例四的红外光波段ir850nm mtf图。
50.图21为本实用新型提供的实施例四的畸变图。
具体实施方式
51.为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本实用新型的结构作进一步详细描述：
52.本实施方式中，镜头整体焦距f设为2.3mm，对角线视场角dfov可支持到180
°
，第一透镜1的物侧面至成像面10于光轴上的间距ttl＜16mm，口径比为f/edp＝2.0，红外成像质量良好，使整体方案的镜头具有实用性强、设备紧凑小巧等优点，在光线条件比较差的阴天或者夜间仍然能够正常使用；
53.参考图1-21，一种玻璃非球面智能家居成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜1至第六透镜6；所述第一透镜1至第六透镜6各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
54.第一透镜1，具有负屈光率，所述第一透镜1的物侧面为凸面，所述第一透镜1的像侧面为凹面；
55.第二透镜2，具有负屈光率，所述第二透镜2的物侧面为凸面，所述第二透镜2的像
侧面为凹面；
56.第三透镜3，具有正屈光率，所述第三透镜3的物侧面为凸面；
57.第四透镜4，具有正屈光率，所述第四透镜4的物侧面为凹面，所述第四透镜4的像侧面为凸面，所述第四透镜4设为玻璃非球面透镜，所述第四透镜4的折射率温度系数dn/dt＜0；具体地，本实施方式中，所述第四透镜4由具有高色散系数(vd)及负折射率温度系数(dn/dt)的材料制成，例如m-pcd4材质等，所述第四透镜4的折射率温度系数dn/dt可根据具体情况进行调整；
58.第五透镜5，具有正屈光率，所述第五透镜5的物侧面为凸面，所述第五透镜5的像侧面为凸面；
59.第六透镜6，具有负屈光率，所述第六透镜6的物侧面为凹面，所述第六透镜6的像侧面为凸面；
60.所述第六透镜6的像侧面依次还设有保护玻璃9和成像面10；
61.优选地，本实施方式中，所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5和第六透镜6均设为玻璃球面透镜，但不限于此；
62.该成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜1至第六透镜6。上述正屈光率或负屈光率，是指透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正或为负，透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为r值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。r值可常见被使用于光学设计软件中，例如zemax或codev。r值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当r值为正时，判定为物侧面为凸面；当r值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当r值为正时，判定像侧面为凹面；当r值为负时，判定像侧面为凸面。
63.上述结构的设置，将现有的塑料非球面透镜替换为玻璃非球面透镜，从而可以降低第四透镜4在长时间暴露于高低温冷热冲击环境下时，受环境温度变化影响导致成像性能降低；同时，通过将第四透镜4的折射率温度系数dn/dt控制为负值，用以抵消温度变化对于镜头后焦偏移产生的影响，可与镜头内部每个机械件隔圈温漂量的相互补偿，以及与镜头底座的温漂量相互补偿，从而当镜头使用的外界温度变化时，可以保证成像镜头在-40℃至+85℃温度区间内使用时，成像良好稳定，画面清晰不失焦，进而使智能家居后端计算机可稳定进行自动跟踪与自动报警提醒，提高成像镜头的实用性。
64.参考图3和图6，为了在将第四透镜4安装至镜框8内并进行调芯的过程中，确保第四透镜4可以以偏芯相对最小的方向进行组装，所述第四透镜4包括非球面镜片41，所述非球面镜片41的外周呈环柱型设为平台部42，所述平台部42的外周侧壁部分设为呈直线型的基准面421。从而在组装调芯所述第四透镜4时，可利用所述基准面421作为基准进行调芯(即，旋转)，降低所述第四透镜4的调芯难度，在组装期间，可选择相对偏芯最小的方向进行组装，从而使得镜头偏芯的一致性更好，且能够提高组装镜头的良品率。
65.通常，所述基准面421不宜过大，基准面421长度越大，透镜圆周与镜框8接触周长越短，且所述基准面421的长度越小，膜压成型良率越高，出现破裂导致影响实际使用的情况越少，故，本实施方式中，所述基准面421的长度大于所述平台部42外径的八分之一，且小于所述平台部42外径的五分之一，具体地，所述基准面421的长度设为0.92mm，所述平台部42的外径设为5.2mm，在其他实施方式中，所述基准面421的长度可根据具体情况做适应性
调整。
66.为了进一步降低组装调芯所述第四透镜4的难度，参考图3-5，通过热压模制成型工艺在所述平台部42的物侧面凹陷或凸起设置有标识部422，从而增加所述第四透镜4进行组装调芯时可做参考基准的位置，所述标识部422上设有标识符423，从而在非球面镜片41出现质量问题等情况时，可通过所述标识符423对所述第四透镜4进行追溯，所述标识符423可以为各种符号，例如但不限于，形状、图案、文字、字母、数字及其组合等。
67.为了提高热压成型生产所述第四透镜4的良品率，所述非球面镜片41的外径值d1、芯厚值d2、物侧面的整平面起点外径值d3以及像侧面的整平面起点外径值d4之间的比值满足以下关系：
68.2.3《d1/d2《3.2；
69.0.56《d3/d1《0.76；
70.0.63《d4/d1《0.83。
71.为了校正色差,提升像质，所述第五透镜5的像侧面与第六透镜6的物侧面相互胶合。
72.具体地，所述第五透镜5的色散系数vd5和第六透镜6的色散系数vd6之间满足vd5-vd6＞34，且所述第五透镜5的折射率系数n5和第六透镜6的折射率系数n6的差值满足0.05＜n6-n5＜0.3，从而可以很好的校正色差以及提高红外共焦，提升了成像镜头在可见光和红外波段的共焦表现能力，在校正其他像差的同时良好的校正了光学系统的色差，能够获得无紫边和红外离焦小的优点，使得成像镜头在光线条件比较差的阴天或者夜间仍然可以正常使用，若vd5-vd6＜34，则第五透镜5色散系数变得过小，第六透镜6的色散系数变得过大，色差校正变得困难，光学系统的色差变得较大，容易出现紫边现象，并且红外离焦大，红外成像难以获得具有良好的成像效果。
73.具体地，所述第一透镜1的焦距f1与镜头整体焦距f满足1.5《|(f1/f)|《3，所述第二透镜2的焦距f2与镜头整体焦距f满足2.5《|(f2/f)|《3.6，所述第三透镜3的焦距f3与镜头整体焦距f满足2.8《|(f3/f)|《4，所述第四透镜4的焦距f4与镜头整体焦距f满足1.5《|(f4/f)|《2.7，所述第五透镜5的焦距f5与镜头整体焦距f满足1.3《|(f5/f)|《2.5，所述第六透镜6的焦距f6与镜头整体焦距f满足1.4《|(f6/f)|《3。从而通过对镜头光焦度的合理分配，使像差得到合理的平衡，成像质量高，镜片的敏感度低，镜头良率高，若超出上述范围，残余像差变大，镜片敏感度会变高，并且成像质量会降低。
74.为了降低镜头座随温度变化产生的形变量，提高温漂表现性能，第一透镜1的物侧面至成像面10于光轴上的间距ttl与所述第六透镜6的像侧面至成像面10于光轴上的间距bfl的比值满足3＜ttl/bfl＜4。同时，可以是成像镜头的结构紧凑，有利于实现镜头的小型化微型化轻量化要求，集成度高，隐蔽性强，进一步增加实用性能。若ttl/bfl＜3，则第一透镜1的物侧面的顶点到成像面10的距离变小，第六透镜6的像侧面的顶点到成像面10的距离变大，使得球面像差校正变得困难，系统敏感度增加，良率变低，光学后焦变大难以实现良好的高低温无热化性能；若ttl/bfl＞4，则第一透镜1的物侧面的顶点到成像面10的距离变大，第六透镜6的像侧面的顶点到成像面10的距离变小，光学系统全长变长，后焦变短，难以实现小型化的紧凑型要求，同时光学系统容易出现与相机底座机构产生干涉，造成无法安装的问题。
75.进一步地，还包括光阑7，所述光阑7设置在所述第三透镜3与第四透镜4之间，从而提高成像镜头的球差矫正能力，同时矫正其他轴外像差，提高成像镜头的解析力。在其他实施方式中，所述光阑7也可以设于其他透镜之间，在此不做具体限定。
76.下面以四个实施例结合附图和表格来具体说明本实用新型的成像镜头。在下列各个实施例中，本实用新型将光阑7记为一面，将像面i ma记为一面，将双胶合透镜记为三面。
77.具体符合上述关系式的各个实施例的参数如下表1所示：
78.表1
[0079][0080]
在本实用新型的实施例中，该成像镜头的玻璃非球面透镜满足下列公式：
[0081]
z＝cy2/[1+{1-(1+k)c2y2}
+1/2
]+a4y4+a6y6+a8y8+a
10y10
+a
12y12
+a
14y14
+a
16y16
+a
18y18
+a
20y20
；
[0082]
在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为y的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16
···
分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶
···
非球面系数。
[0083]
实施例一
[0084]
本实施例的详细光学数据如表2和表3所示。
[0085]
表2实施例一的光学参数表
[0086][0087]
表3实施例一第四透镜4的非球面系数
[0088][0089]
本实施例的可见光mtf图请详见图7，可以看出mtf值在83lp/mm大于0.3，视频分辨率接近mp级可支持1/2.8
″
sensor使用，解析度高，成像质量好；红外光波段ir850nm mtf图请详见图8，可以看出mtf值83lp＞0.35，红外成像质量好；畸变图请详见图9，可以看出边缘视场f-theta畸变数值皆小于
±
5％，边缘视场变形相对较小，成像效果良好。
[0090]
实施例二
[0091]
本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、透镜材质等光学参数也有所不同。
[0092]
本实施例与实施例一的不同之处还在于，为了进一步降低组装调芯所述第四透镜4的难度，参考图10-11，通过热压模制成型工艺在所述平台部42的像侧面凹陷或凸起设置有标识部422，从而增加所述第四透镜4进行组装调芯时可做参考基准的位置，所述标识部422上设有标识符423，从而在非球面镜片41出现质量问题等情况时，可通过所述标识符423对所述第四透镜4进行追溯，所述标识符423可以为各种符号，例如但不限于，形状、图案、文字、字母、数字及其组合等。
[0093]
本实施例的详细光学数据如表4和5所示。
[0094]
表4实施例二的光学参数表
[0095][0096][0097]
表5实施例二第四透镜4的非球面系数
[0098][0099]
本实施例的可见光mtf图请详见图12，可以看出mtf值在83lp/mm大于0.3，视频分辨率接近mp级可支持1/2.8
″
sensor使用，解析度高，成像质量好；红外光波段ir850nm mtf图请详见图13，可以看出mtf值83lp＞0.35，红外成像质量好；畸变图请详见图14，可以看出边缘视场f-theta畸变数值皆小于
±
5％，边缘视场变形相对较小，成像效果良好。
[0100]
实施例三
[0101]
本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、透镜材质等光学参数也有所不同。
[0102]
本实施例与实施例一的不同之处还在于，为了提高基准面421的肉眼识别度，参考图15，本实施例中，所述基准面421采用凹陷设置，通过热压模具内侧设置凸起小矩形条，使得第四透镜4在平台部42的一个方向上成型为凹槽型基准面421，所述基准面421的宽度和深度不易过大，基准面421长度越大，透镜圆周与镜框8接触周长越短。宽度、深度过大容易造成镜片的破裂、崩边、碎边，同时也减小了圆周与镜筒配合面的周长。
[0103]
本实施例的详细光学数据如表6和7所示。
[0104]
表6实施例三的光学参数表
[0105][0106]
表7实施例三第四透镜4的非球面系数
[0107][0108]
本实施例的可见光mtf图请详见图16，可以看出mtf值在83lp/mm大于0.3，视频分辨率接近mp级可支持1/2.8
″
sensor使用，解析度高，成像质量好；红外光波段ir850nm mtf图请详见图17，可以看出mtf值83lp＞0.35，红外成像质量好；畸变图请详见图18，可以看出边缘视场f-theta畸变数值皆小于
±
5％，边缘视场变形相对较小，成像效果良好。
[0109]
实施例四
[0110]
本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度、透镜材质等光学参数也有所不同。
[0111]
本实施例的详细光学数据如表8和9所示。
[0112]
表8实施例四的光学参数表
[0113][0114]
表9实施例三第四透镜4的非球面系数
[0115][0116]
本实施例的可见光mtf图请详见图19，可以看出mtf值在83lp/mm大于0.3，视频分辨率接近mp级可支持1/2.8
″
sensor使用，解析度高，成像质量好；红外光波段ir850nm mtf图请详见图20，可以看出mtf值83lp＞0.35，红外成像质量好；畸变图请详见图21，可以看出边缘视场f-theta畸变数值皆小于
±
5％，边缘视场变形相对较小，成像效果良好。
[0117]
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。