定焦镜头的制作方法

1.本实用新型涉及一种光学成像技术领域，尤其涉及一种定焦镜头。


背景技术：

2.现有技术中的小体积定焦镜头的主光线角度cra较大，并且采用全玻璃透镜的设计较多，不仅不利于小型化，而且还带来了成本的上升。塑胶透镜可以在一定程度上降低制造成本，同时，塑胶非球面透镜也提高了镜头的解像力，从而提升了镜头竞争力。但是，塑胶材料本身具有热膨胀系数大的副作用，因此采用塑胶透镜的镜头在高低温状态下也会产生离焦等缺陷。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种成像性能更好的定焦镜头。
4.为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种定焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的：具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜。
5.根据本实用新型的一个方面，还包括位于所述第一透镜和所述第二透镜之间或位于所述第二透镜和所述第三透镜之间的光阑。
6.根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜为凸凹透镜、所述第二透镜为凹凸透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜。
7.根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为塑胶非球面透镜，所述第三透镜为玻璃透镜，所述第二透镜为塑胶非球面透镜或玻璃透镜。
8.根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜物侧面最大光学有效径的矢高sag11与其曲率半径r1以及所述第一透镜像侧面最大光学有效径的矢高sag12与其曲率半径r2之间分别满足以下关系式：
9.1.0≤r1/sag11≤1.5；
10.0.5≤r2/sag12≤1.0。
11.根据本实用新型的一个方面，所述第二透镜物侧面的曲率半径r21与所述第一透镜像侧面的曲率半径r12满足以下关系式：
12.‑
2.5≤r21/r12≤
‑
1.5。
13.根据本实用新型的一个方面，所述定焦镜头的最大视场的主光线角cra满足以下条件：cra≤12
°
。
14.根据本实用新型的一个方面，所述第三透镜的光焦度φ3与位于所述光阑像侧的透镜组的光焦度φii满足以下关系式：
15.0.7≤φ3/φii≤1.3。
16.根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜物侧面上的中心与所述光阑的距离m1、所述第五透镜像侧面上的中心与所述光阑的距离m2和所述定焦镜头的光学总长ttl之
间分别满足以下关系式：
17.0.15≤m1/ttl≤0.32；
18.0.33≤m2/ttl≤0.51。
19.根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜的焦距为f1、所述第二透镜的焦距为f2、所述第三透镜的焦距为f3、所述第四透镜的焦距为f4、所述第五透镜的焦距为f5与所述定焦镜头的有效焦距f之间分别满足以下关系式：
20.‑
4.2≤f1/f≤
‑
2.5；
21.2≤f2/f≤12；
22.1≤f3/f≤1.5；
23.‑
0.9≤f4/f≤
‑
0.5；
24.0.5≤f5/f≤0.9。
25.根据本实用新型的一个方面，位于所述光阑像侧的透镜组中至少包含一枚阿贝数vd＞75的低色散系数材料的玻璃透镜。
26.根据本实用新型的一个方面，所述第四透镜的焦距f4和第五透镜的焦距f5满足以下关系式：
27.‑
1.1≤f4/f5≤
‑
0.6。
28.根据本实用新型的一个方面，所述定焦镜头的光学总长ttl与光圈fno满足以下条件：ttl≤22.5mm，fno≤1.6。
29.根据本实用新型的一个方面，所述定焦镜头的光学总长ttl与有效焦距f满足以下关系式:
30.ttl/f≤3.0。
31.根据本实用新型的方案，利用定焦镜头中各个透镜的玻塑混合材料、凹凸性和正负光焦度的组合，使得定焦镜头的成像性能更好，且结构简单合理、成本较低，能实现可见红外共焦以及无热化。本实用新型通过合理地设置光阑位置使得镜头的像散、场曲、彗差等像差最优化。
32.根据本实用新型的一个方案，第一透镜物侧面最大光学有效径的矢高sag11与其曲率半径r1以及第一透镜像侧面最大光学有效径的矢高sag12与其曲率半径r2之间分别满足以下关系式：1.0≤r1/sag11≤1.5；0.5≤r2/sag12≤1.0。这种曲率半径与矢高的关系可有效控制第一透镜的孔径大小，从而可降低主光线进入光学系统时的入射高度，有利于降低畸变并校正轴外视场的像差，同时减少了透镜的数量。
33.根据本实用新型的一个方案，第二透镜物侧面的曲率半径r21与第一透镜像侧面的曲率半径r12满足以下关系式：
‑
2.5≤r21/r12≤
‑
1.5。这种曲率半径之间的搭配关系能够提高镜头汇聚光线的效率，有利于减小镜头前端透镜的体积。
34.根据本实用新型的一个方案，定焦镜头的最大视场的主光线角cra满足以下条件：cra≤12
°
。从而减少反射光线，增加透射过镜头到达传感器成像的光线强度，从而提高成像质量。
35.根据本实用新型的一个方案，第三透镜的光焦度φ3与位于光阑sto像侧的透镜组的光焦度φii满足以下关系式：0.7≤φ3/φii≤1.3。该光焦度之间的分配方式可提升光线的传递性，减小镜头的体积，实现生产成本的降低。
36.根据本实用新型的一个方案，第一透镜物侧面上的中心与光阑的距离m1、第五透镜像侧面上的中心与光阑sto的距离m2和定焦镜头的光学总长ttl之间分别满足以下关系式：0.15≤m1/ttl≤0.32；0.33≤m2/ttl≤0.51。这种群组之间的位置关系使得镜头整体更加紧凑，实现体积的小巧化。
37.根据本实用新型的一个方案，第一透镜的焦距为f1、第二透镜的焦距为f2、第三透镜的焦距为f3、第四透镜的焦距为f4、第五透镜的焦距为f5与定焦镜头的有效焦距f之间分别满足以下关系式：
‑
4.2≤f1/f≤
‑
2.5；2≤f2/f≤12；1≤f3/f≤1.5；
‑
0.9≤f4/f≤
‑
0.5；0.5≤f5/f≤0.9。这种合理的正负透镜光焦度分配方式矫正了光学系统的像差，保证镜头成像清晰。
38.根据本实用新型的一个方案，位于光阑像侧的透镜组中至少包含一枚阿贝数vd＞75的低色散系数材料的玻璃透镜。这种低色散系数的材料能够矫正镜头的色差，使得镜头对可见和近红外光谱均能清晰成像，并且可对高低温状态下的解像进行平衡。
39.根据本实用新型的一个方案，第四透镜的焦距f4和第五透镜的焦距f5满足以下关系式：
‑
1.1≤f4/f5≤
‑
0.6。这种正负光焦度的搭配关系可提升像质，并进一步控制镜头在高低温状态下的焦点漂移处于合理范围内。
40.根据本实用新型的一个方案，定焦镜头的光学总长ttl与光圈fno满足以下条件：ttl≤22.5mm，fno≤1.6。在总长一定的条件下实现尽可能大的光圈，使得夜晚等暗室条件下无需调焦也能很清晰的成像。
41.根据本实用新型的一个方案，定焦镜头的光学总长ttl与有效焦距f满足以下关系式:ttl/f≤3.0。这种镜头光学总长与焦距之间的比例关系体现了镜头体积小巧的特点。
附图说明
42.图1示意性表示本实用新型的第一种实施方式的定焦镜头的结构图；
43.图2示意性表示本实用新型的第一种实施方式的定焦镜头的rayfan图；
44.图3示意性表示本实用新型的第一种实施方式的定焦镜头的场曲
‑
畸变图；
45.图4示意性表示本实用新型的第二种实施方式的定焦镜头的结构图；
46.图5示意性表示本实用新型的第二种实施方式的定焦镜头的rayfan图；
47.图6示意性表示本实用新型的第二种实施方式的定焦镜头的场曲
‑
畸变图；
48.图7示意性表示本实用新型的第三种实施方式的定焦镜头的结构图；
49.图8示意性表示本实用新型的第三种实施方式的定焦镜头的rayfan图；
50.图9示意性表示本实用新型的第三种实施方式的定焦镜头的场曲
‑
畸变图；
51.图10示意性表示本实用新型的第四种实施方式的定焦镜头的结构图；
52.图11示意性表示本实用新型的第四种实施方式的定焦镜头的rayfan图；
53.图12示意性表示本实用新型的第四种实施方式的定焦镜头的场曲
‑
畸变图。
具体实施方式
54.为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
55.在针对本实用新型的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
56.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
57.参见图1，本实用新型的定焦镜头包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的：具有负光焦度的第一透镜l1、具有正光焦度的第二透镜l2、具有正光焦度的第三透镜l3、具有负光焦度的第四透镜l4和具有正光焦度的第五透镜l5。当然，还包括光阑sto，其位于第一透镜l1和第二透镜l2之间或位于第二透镜l2和第三透镜l3之间均可。本实用新型中，第一透镜l1为凸凹透镜，第二透镜l2为凹凸透镜，第三透镜l3为双凸透镜，第四透镜l4为双凹透镜，第五透镜l5为双凸透镜。第一透镜l1、第四透镜l4和第五透镜l5为塑胶非球面透镜，第三透镜l3为玻璃透镜，第二透镜l2为塑胶非球面透镜或玻璃透镜。如此，本实用新型的定焦镜头中采用以上玻塑混合透镜搭配的形式，以及正负光焦度的搭配优化，矫正了像差并解决了镜头在80℃与
‑
40℃的高低温状态下的热漂移问题，增加了镜头的使用场合及环境条件范围。
58.本实用新型中，第一透镜l1物侧面(靠近物方面)最大光学有效径的矢高sag11与其曲率半径r1以及第一透镜l1像侧面(靠近像方面)最大光学有效径的矢高sag12与其曲率半径r2之间分别满足以下关系式：1.0≤r1/sag11≤1.5；0.5≤r2/sag12≤1.0。如此，这种曲率半径与矢高的关系可有效控制第一透镜l1的孔径大小，从而可降低主光线进入光学系统时的入射高度，以降低畸变并校正轴外视场的像差。同时，这种设置方式还减少了所需的透镜数量。
59.本实用新型中，第二透镜l2物侧面的曲率半径r21与第一透镜l1像侧面的曲率半径r12满足以下关系式：
‑
2.5≤r21/r12≤
‑
1.5。这种曲率半径之间的搭配关系能够提高镜头汇聚光线的效率，有利于减小镜头前端的透镜的体积。定焦镜头的最大视场的主光线角cra满足以下条件：cra≤12
°
。如此设置可以减少反射光线的产生，增加透射过镜头到达传感器成像的光线强度，从而提高成像质量。第三透镜l3的光焦度φ3与位于光阑sto像侧的透镜组的光焦度φii满足以下关系式：0.7≤φ3/φii≤1.3。这样的光焦度分配方式可提升光线在镜头中的传递性，从而减小镜头的体积，实现生产成本的降低。第一透镜l1物侧面上的中心与光阑sto的距离m1、第五透镜l5像侧面上的中心与光阑sto的距离m2和定焦镜头的光学总长ttl之间分别满足以下关系式：0.15≤m1/ttl≤0.32；0.33≤m2/ttl≤0.51。上述设置保证光阑物、像两侧群组之间的位置关系能够使得镜头整体更加紧凑，实现镜头体积的小巧化。
60.本实用新型中，第一透镜l1的焦距为f1、第二透镜l2的焦距为f2、第三透镜l3的焦距为f3、第四透镜l4的焦距为f4、第五透镜l5的焦距为f5与定焦镜头的有效焦距f之间分别满足以下关系式：
‑
4.2≤f1/f≤
‑
2.5；2≤f2/f≤12；1≤f3/f≤1.5；
‑
0.9≤f4/f≤
‑
0.5；0.5≤f5/f≤0.9。按照上述对于各个透镜的正负光焦度分配方式矫正了定焦镜头的像差，保证镜头成像清晰。
61.本实用新型中，位于光阑sto像侧的透镜组中至少包含一枚阿贝数vd＞75的低色散系数材料的玻璃透镜。这种低色散系数的材料能够矫正镜头的色差，使得镜头对可见和近红外光谱均能清晰成像，并且可对高低温状态下的解像进行平衡。第四透镜l4的焦距f4和第五透镜l5的焦距f5满足以下关系式：
‑
1.1≤f4/f5≤
‑
0.6。这样对于第四、第五透镜l4、l5的正负光焦度搭配可提升像质，并进一步控制镜头在高低温状态下的焦点漂移处于合理范围内。定焦镜头的光学总长ttl与光圈fno满足以下条件：ttl≤22.5mm，fno≤1.6。这样，在总长一定的条件下实现尽可能大的光圈，使得夜晚等暗室条件下无需调焦也能很清晰的成像。定焦镜头的光学总长ttl与有效焦距f满足以下关系式:ttl/f≤3.0。这种镜头光学总长与焦距之间的比例关系实现了镜头体积小巧的优点。
62.综上所述，本实用新型的定焦镜头共有五枚透镜，其中塑胶非球面透镜最高可达四枚，从而可以提升定焦镜头的性能，并可使镜头的成本大大降低，以提高产品竞争力。并且，通过对透镜材料以及光焦度的搭配可以矫正像差，并解决镜头在80℃与
‑
40℃的高低温状态下的热漂移问题，从而增加镜头的使用场合及环境条件范围。至少一枚低色散材料的透镜的设置也能够平衡紫边以及近红外光的高质量成像，从而进一步矫正镜头的色差，实现可见红外共焦，进而提升镜头的市场竞争力。
63.以下以四组实施方式来具体说明本实用新型的定焦镜头。在下列各实施方式中，利用1、2、
…
、n来表示各个透镜的面，光阑也可记为sto，位于定焦镜头整体的像侧的像面未在图中示出。以下各个实施方式的所有非球面透镜面型满足以下公式：
64.z＝cy2/{1 [1
‑
(1 k)c2y2]
1/2
} a4y4 a6y6 a8y8 a
10
y
10
a
12
y
12
a
14
y
14
；
[0065]
其中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h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；y为非球面透镜的径向坐标；k为圆锥系数；a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶非球面系数。
[0066]
以下各实施方式的参数设定满足下表1：
[0067][0068]
表1
[0069]
第一种实施方式：
[0070]
参见图1，本实施方式中的光阑sto位于第一透镜l1与第二透镜l2之间，第一透镜l1、第二透镜l2、第四透镜l4、第五透镜l5为非球面透镜。其中，焦距：8.06mm，fno：1.45，总长：22.5mm。
[0071]
本实施方式中的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、k值、厚度、折射率、阿贝数，如表2所示：
[0072]
表面序号表面类型曲率半径厚度折射率阿贝数1非球面2.5451.1111.4955.762非球面1.8763.713
ꢀꢀ
3(sto)球面infinity1.317
ꢀꢀ
4非球面
‑
3.8691.7641.6227.785非球面
‑
3.3780.116
ꢀꢀ
6球面7.9853.1491.42995.187球面
‑
8.2260.115
ꢀꢀ
8非球面
‑
29.9280.3781.6423.539非球面3.3160.155
ꢀꢀ
10非球面5.0973.6921.6039.911非球面
‑
7.4275.99
ꢀꢀ
12球面infinity0.801.51764.213球面infinity0.20
ꢀꢀ
像面球面infinity
‑ꢀꢀ
[0073]
表2
[0074]
本实施方式的k值与非球面系数如下表3和表4所示：
[0075][0076]
表3
[0077][0078][0079]
表4
[0080]
结合和图2和图3可知，本实施方式的定焦镜头结合图2可知本实施方式的定焦镜头在光谱带宽内像差矫正得较好，解像力得到大幅提升，这样能增加镜头实拍画面的清晰度；图3表明场曲和畸变可以矫正到合适的范围，使得子午的解像力能够与弧矢方向的解像力相近，最佳成像面能位于芯片感光面的竖直平面内，使该镜头画面解像力均匀。
[0081]
第二种实施方式：
[0082]
参见图4，本实施方式中的光阑sto位于第二透镜l2与第三透镜l3之间，第一透镜l1、第二透镜l2、第四透镜l4、第五透镜l5为非球面透镜。其中，焦距：7.7mm，fno:1.5，总长：22.028mm。
[0083]
本实施方式中的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、k值、厚度、折射率、阿贝数，如表5所示：
[0084][0085][0086]
表5
[0087]
本实施方式的k值与非球面系数如下表6和表7所示：
[0088][0089]
表6
[0090]
表面序号a
12
a
141‑
1.91588e
‑
008
‑
7.25001e
‑
0102
‑
5.13927e
‑
0073.66901e
‑
01133.86707e
‑
008
‑
2.76602e
‑
01049.42359e
‑
0088.51741e
‑
0118
‑
1.46809e
‑
0091.30402e
‑
0099
‑
5.20514e
‑
0072.85403e
‑
009101.8910e
‑
007
‑
2.93021e
‑
010116.21331e
‑
0084.10703e
‑
010
[0091]
表7
[0092]
结合和图5和图6可知，本实施方式的定焦镜头结合图5可知本实施方式的定焦镜头在光谱带宽内像差矫正得较好，这样能增加镜头实拍画面的清晰度；图6表明场曲和畸变可以矫正到合适的范围，使得子午的解像力能够与弧矢方向的解像力相近，使该镜头画面解像力均匀。
[0093]
第三种实施方式：
[0094]
参见图7，本实施方式中的光阑sto位于第一透镜l1与第二透镜l2之间，第一透镜l1、第四透镜l4、第五透镜l5为非球面透镜。其中，焦距：7.8mm，fno:1.53，总长：22.5mm。
[0095]
本实施方式中的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、k值、厚度、折射率、阿贝数，如表8所示：
[0096]
表面序号表面类型曲率半径厚度折射率阿贝数1非球面2.6271.1451.59768.42非球面1.8712.94
ꢀꢀ
3(sto)球面infinity1.369
ꢀꢀ
4球面
‑
3.7511.5811.59731.045球面
‑
4.0550.265
ꢀꢀ
6球面7.3073.1321.47489.947球面
‑
8.1640.121
ꢀꢀ
8非球面
‑
36.1371.3471.60735.839非球面3.7710.294
ꢀꢀ
10非球面4.2903.2391.54557.8511非球面
‑
8.0496.067
ꢀꢀ
12球面infinity0.801.51764.2113球面infinity0.2
ꢀꢀ
像面球面infinity
‑ꢀꢀ
[0097]
表8
[0098]
本实施方式的k值与非球面系数如下表9和表10所示：
[0099][0100]
表9
[0101]
表面序号a
12
a
141‑
6.27660e
‑
0081.21230e
‑
0102
‑
4.08135e
‑
0072.64011e
‑
0118
‑
1.55344e
‑
0081.43125e
‑
0089
‑
6.78340e
‑
0072.87874e
‑
008102.64851e
‑
007
‑
1.06835e
‑
00911
‑
5.44938e
‑
0084.51668e
‑
009
[0102]
表10
[0103]
结合和图8和图9可知，本实施方式的定焦镜头结合图8可知本实施方式的定焦镜头在光谱带宽内像差矫正得较好，这样能增加镜头实拍画面的清晰度；图9表明场曲和畸变可以矫正到合适的范围，使得子午的解像力能够与弧矢方向的解像力相近，使该镜头画面
解像力均匀。
[0104]
第四种实施方式：
[0105]
参见图10，本实施方式中的光阑sto位于第一透镜l1与第二透镜l2之间，第一透镜l1、第二透镜l2、第四透镜l4、第五透镜l5为非球面透镜。其中，焦距：7.78mm，fno:1.57，总长：22.5mm。
[0106]
本实施方式中的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、k值、厚度、折射率、阿贝数，如表11所示：
[0107]
表面序号表面类型曲率半径厚度折射率阿贝数1非球面2.5681.1151.54754.322非球面1.7913.264
ꢀꢀ
3(sto)球面infinity1.323
ꢀꢀ
4非球面
‑
4.0411.6811.63725.175非球面
‑
3.4500.243
ꢀꢀ
6球面8.3103.0781.48582.977球面
‑
8.0690.14
ꢀꢀ
8非球面
‑
33.6620.5971.64022.8789非球面3.5320.686
ꢀꢀ
10非球面5.0893.3511.53848.2211非球面
‑
7.8946.022
ꢀꢀ
12球面infinity0.801.51764.213球面infinity0.20
ꢀꢀ
像面球面infinity
‑ꢀꢀ
[0108]
表11
[0109]
本实施方式的k值与非球面系数如下表12和表13所示：
[0110][0111]
表12
[0112]
表面序号a
12
a
141‑
2.08811e
‑
008
‑
6.75443e
‑
0112
‑
4.55921e
‑
0074.30398e
‑
0094
‑
1.07433e
‑
007
‑
4.59649e
‑
0095
‑
2.47149e
‑
008
‑
3.75587e
‑
0108
‑
6.59045e
‑
0091.28133e
‑
0089
‑
7.19470e
‑
0072.75872e
‑
008102.77715e
‑
007
‑
2.99212e
‑
00911
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5.16489e
‑
0084.30589e
‑
009
[0113]
表13
[0114]
结合和图11和图12可知，本实施方式的定焦镜头结合图11可知本实施方式的定焦镜头在光谱带宽内像差矫正得较好，这样能增加镜头实拍画面的清晰度；图12表明场曲和畸变可以矫正到合适的范围，使得子午的解像力能够与弧矢方向的解像力相近，使该镜头画面解像力均匀。
[0115]
以上所述仅为本实用新型的一个实施方式而已，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。