一种无热化高清晰镜头的制作方法

1.本实用新型涉及镜头技术领域，具体涉及一种无热化高清晰镜头。


背景技术：

2.随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，光学成像镜头被广泛地应用在智能手机、车载监控、视频会议、安防监控、机器视觉系统、无人机等各个领域。但现有的光学成像镜头至少还存在以下不足：
3.1、现有方案分辨率不高，镜头传函管控不好，无法适配一些4k级的传感器。
4.2、现有方案工作温度一般在25
°
常温附近，没考虑温飘，高低温时，离焦量很大。
5.3、现有方案因为要达到低畸变效果，镜片口径会做到很大，造成镜头外形大，显得笨重。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种无热化高清晰镜头，以至少解决上述问题的其一。
7.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种无热化高清晰镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜，所述第一透镜至第九透镜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；
9.所述第一透镜具正屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面；
10.所述第二透镜具正屈光率，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
11.所述第三透镜具负屈光率，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
12.所述第四透镜具负屈光率，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
13.所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
14.所述第六透镜具正屈光率，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
15.所述第七透镜具负屈光率，所述第七透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
16.所述第八透镜具负屈光率，所述第八透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
17.所述第九透镜具正屈光率，所述第九透镜的物侧面为凸面；
18.该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述九片，并符合下列条件式：0.2≤∣f5/f∣≤1，其中，f5为第五透镜的焦距值，f为光学镜头的焦距值。
19.优选地，该镜头符合下列条件式：nd1≥1.75，其中，nd1为第一透镜的折射率。
20.优选地，所述第二透镜的像侧面与所述第三透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：v2≤25，v3≤25，其中，v2为第二透镜的阿贝系数，v3为第三透镜的阿贝系数。
21.优选地，所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：v4≤35，v5≥65，其中，v4为第四透镜的阿贝系数，v5为第五透镜的阿贝系数。
22.优选地，所述第五透镜采用折射率温度系数dn/dt为负值的材料。
23.优选地，所述第六透镜的像侧面与所述第七透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：v2≤40，v3≤40，其中，v6为第六透镜的阿贝系数，v7为第七透镜的阿贝系数。
24.优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜和第四透镜之间，所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面为对称式结构。
25.优选地，该镜头符合下列条件式：bfl/ttl＞0.15，其中，bfl为镜头的光学后焦，ttl为镜头的光学总长。
26.采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：
27.1、本实用新型沿物侧至像侧方向采用九片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，使得镜头的设计传函可达高频300lp/mm，可匹配4k级传感器，高清晰度，市场竞争优势明显。
28.2、本实用新型采用无热化设计，在-40℃到80℃环境下，镜头的离焦量小，无需重新调焦即可输出高清画质。
29.3、本实用新型的光学畸变小于-3％，且外形小，总长短，使得镜头的结构更加紧凑，实用性强。
附图说明
30.图1为实施例一光学系统的结构图；
31.图2为实施例一中镜头在可见光下的mtf曲线图；
32.图3为实施例一中镜头在可见光下低温-40℃的离焦曲线图；
33.图4为实施例一中镜头在可见光下常温25℃的离焦曲线图；
34.图5为实施例一中镜头在可见光下高温80℃的离焦曲线图；
35.图6为实施例一中镜头在可见光下的场曲及畸变图；
36.图7为实施例二光学系统的结构图；
37.图8为实施例二中镜头在可见光下的mtf曲线图；
38.图9为实施例二中镜头在可见光下低温-40℃的离焦曲线图；
39.图10为实施例二中镜头在可见光下常温25℃的离焦曲线图；
40.图11为实施例二中镜头在可见光下高温80℃的离焦曲线图；
41.图12为实施例二中镜头在可见光下的场曲及畸变图；
42.图13为实施例三光学系统的结构图；
43.图14为实施例三中镜头在可见光下的mtf曲线图；
44.图15为实施例三中镜头在可见光下低温-40℃的离焦曲线图；
45.图16为实施例三中镜头在可见光下常温25℃的离焦曲线图；
46.图17为实施例三中镜头在可见光下高温80℃的离焦曲线图；
47.图18为实施例三中镜头在可见光下的场曲及畸变图。
48.附图标记说明：
49.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、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、光阑10、保护片11。
具体实施方式
50.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
51.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
52.在本说明书中所说的「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。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(lensdatasheet)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。
53.本实用新型公开了一种无热化高清晰镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜，所述第一透镜至第九透镜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.所述第一透镜具正屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面不限定凹凸；
55.所述第二透镜具正屈光率，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
56.所述第三透镜具负屈光率，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
57.所述第四透镜具负屈光率，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
58.所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
59.所述第六透镜具正屈光率，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
60.所述第七透镜具负屈光率，所述第七透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
61.所述第八透镜具负屈光率，所述第八透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
62.所述第九透镜具正屈光率，所述第九透镜的物侧面为凸面、像侧面不限定凹凸；
63.该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述九片，并符合下列条件式：0.2≤∣f5/f∣≤1，其中，f5为第五透镜的焦距值，f为光学镜头的焦距值，通过合理地分配光焦度，可控制高低温的离焦量，实现无热化要求。
64.优选地，该镜头符合下列条件式：nd1≥1.75，其中，nd1为第一透镜的折射率，第一透镜采用高折射率材质，可以压小镜头外径，满足小型化需求。
65.优选地，所述第二透镜的像侧面与所述第三透镜的物侧面相互胶合，可以减小配合公差，有利于提高分辨率，减小总长，并符合下列条件式：v2≤25，v3≤25，其中，v2为第二透镜的阿贝系数，v3为第三透镜的阿贝系数。
66.优选地，所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面相互胶合，可以减小配合公差，有利于提高分辨率，减小总长，并符合下列条件式：v4≤35，v5≥65，其中，v4为第四透镜的阿贝系数，v5为第五透镜的阿贝系数。
67.优选地，所述第五透镜采用折射率温度系数dn/dt为负值的材料，即折射率随着温
度的升高而降低，这样有利于矫正镜头的离焦量，使高低温不失焦。
68.优选地，所述第六透镜的像侧面与所述第七透镜的物侧面相互胶合，有利于缩短总长，便于镜头组装，并符合下列条件式：v2≤40，v3≤40，其中，v6为第六透镜的阿贝系数，v7为第七透镜的阿贝系数。
69.优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜和第四透镜之间，所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面为对称式结构，这样的设定方式有利于实现低畸变。
70.优选地，该镜头符合下列条件式：bfl/ttl＞0.15，其中，bfl为镜头的光学后焦，ttl为镜头的光学总长，通过控制镜头的光学后焦，有利于减轻镜头整体重量与成本，也可以提升镜头解像力。
71.下面将以具体实施例对本实用新型的无热化高清晰镜头进行详细说明。
72.实施例一
73.参考图1所示，本实施例公开了一种无热化高清晰镜头，从物侧a1至像侧a2沿一光轴依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9，所述第一透镜1至第九透镜9各自包括一朝向物侧a1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧a2且使成像光线通过的像侧面；
74.所述第一透镜1具正屈光率，所述第一透镜1的物侧面为凸面；
75.所述第二透镜2具正屈光率，所述第二透镜2的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
76.所述第三透镜3具负屈光率，所述第三透镜3的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
77.所述第四透镜4具负屈光率，所述第四透镜4的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
78.所述第五透镜5具正屈光率，所述第五透镜5的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
79.所述第六透镜6具正屈光率，所述第六透镜6的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
80.所述第七透镜7具负屈光率，所述第七透镜7的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
81.所述第八透镜8具负屈光率，所述第八透镜8的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
82.所述第九透镜9具正屈光率，所述第九透镜9的物侧面为凸面；
83.该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述九片，并符合下列条件式：0.2≤∣f5/f∣≤1，其中，f5为第五透镜的焦距值，f为光学镜头的焦距值。
84.所述第二透镜2的像侧面与所述第三透镜3的物侧面相互胶合，所述第四透镜4的像侧面与所述第五透镜5的物侧面相互胶合，所述第六透镜6的像侧面与所述第七透镜7的物侧面相互胶合，所述光阑10设置于所述第三透镜3和第四透镜4之间，所述第三透镜3的像侧面与所述第四透镜4的物侧面为对称式结构。
85.本具体实施例的详细光学数据如表1所示。
86.表1实施例一的详细光学数据
87.面序号类型r值厚度材质折射率阿贝系数焦距1第一透镜28.221.65玻璃1.8530.00292
ꢀ‑
199.570.10
ꢀꢀꢀꢀ
3第二透镜7.021.42玻璃1.8123.0019.84第三透镜11.321.15玻璃1.9221.00-11.35 5.191.04
ꢀꢀꢀꢀ
6光阑∞2.15
ꢀꢀꢀꢀ
7第四透镜-5.050.52玻璃1.6732.00-4.28第五透镜6.952.34玻璃1.5968.006.29
ꢀ‑
6.950.09
ꢀꢀꢀꢀ
10第六透镜19.283.11玻璃1.9037.006.311第七透镜-7.420.56玻璃1.6038.00-13.412
ꢀ‑
91.540.09
ꢀꢀꢀꢀ
13第八透镜17.030.85玻璃1.7826.00-19.714 7.960.51
ꢀꢀꢀꢀ
15第九透镜10.943.62玻璃1.9135.001416 63.662.10
ꢀꢀꢀꢀ
17保护片∞0.70玻璃1.5264.00 18 ∞3.00
ꢀꢀꢀꢀ
19像面∞
ꢀꢀꢀꢀꢀ
88.本具体实施例中，镜头焦距f＝12mm，光圈值fno＝2.0，像面＝φ9mm，总长ttl＝25mm，f5/f＝0.52，bfl/ttl＝0.23。
89.本具体实施例中，镜头在可见光下的mtf曲线图请参阅图2，从图中可以看出该款镜头的空间频率达300lp/mm时，中心视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，可匹配4k级传感器，同时大幅度提升了方案整体的静态分辨率和视频分辨率，极大的方便了后期图像优化算法的开发。镜头在可见光下低温-40℃的离焦曲线图请参阅图3，从图中可以看出，镜头的离焦量为-1um；镜头在可见光下常温25℃的离焦曲线图请参阅图4，从图中可以看出，镜头的离焦量为0um；镜头在可见光下高温80℃的离焦曲线图请参阅图5，从图中可以看出，镜头的离焦量为2um；从图3至图5可以看出，该镜头在可见光下的离焦量均小于5um，满足无热化要求。镜头在可见光下的场曲及畸变图请参阅图6，光学畸变管控在-3％以内，可以看出畸变小，物像不变形，对图像的还原比较准确，成像质量高，无需后期图像算法矫正畸变，应用方便。
90.实施例二
91.配合图7至图12所示，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、透镜厚度等光学参数有所不同。
92.本具体实施例的详细光学数据如表2所示。
93.表2实施例二的详细光学数据
[0094][0095][0096]
本具体实施例中，镜头焦距f＝12mm，光圈值fno＝2.0，像面＝φ9mm，总长ttl＝26mm，f5/f＝0.47，bfl/ttl＝0.2。
[0097]
本具体实施例中，镜头在可见光下的mtf曲线图请参阅图8，从图中可以看出该款镜头的空间频率达300lp/mm时，中心视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，可匹配4k级传感器，同时大幅度提升了方案整体的静态分辨率和视频分辨率，极大的方便了后期图像优化算法的开发。镜头在可见光下低温-40℃的离焦曲线图请参阅图9，从图中可以看出，镜头的离焦量为-2um；镜头在可见光下常温25℃的离焦曲线图请参阅图10，从图中可以看出，镜头的离焦量为0um；镜头在可见光下高温80℃的离焦曲线图请参阅图11，从图中可以看出，镜头的离焦量为3um；从图9至图11可以看出，该镜头在可见光下的离焦量均小于5um，满足无热化要求。镜头在可见光下的场曲及畸变图请参阅图12，光学畸变管控在-2％以内，可以看出畸变小，物像不变形，对图像的还原比较准确，成像质量高，无需后期图像算法矫正畸变，应用方便。
[0098]
实施例三
[0099]
配合图13至图18所示，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、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0100]
本具体实施例的详细光学数据如表3所示。
[0101]
表3实施例三的详细光学数据
[0102]
面序号类型r值厚度材质折射率阿贝系数焦距1第一透镜25.631.65玻璃1.8530.00652 39.650.10
ꢀꢀꢀꢀ
3第二透镜5.611.29玻璃1.8123.0013.74第三透镜9.950.57玻璃1.9221.00-8.75 4.391.46
ꢀꢀꢀꢀ
6光阑∞1.81
ꢀꢀꢀꢀ
7第四透镜-5.500.55玻璃1.6732.00-48第五透镜5.732.56玻璃1.5968.005.99
ꢀ‑
7.790.08
ꢀꢀꢀꢀ
10第六透镜21.273.60玻璃1.9037.00611第七透镜-6.640.58玻璃1.6038.00-11.412
ꢀ‑
143.990.10
ꢀꢀꢀꢀ
13第八透镜13.430.58玻璃1.7826.00-2314 7.620.78
ꢀꢀꢀꢀ
15第九透镜11.393.99玻璃1.9135.001516 51.304.10
ꢀꢀꢀꢀ
17保护片∞0.70玻璃1.5264.00 18 ∞1.50
ꢀꢀꢀꢀ
19像面∞
ꢀꢀꢀꢀꢀ
[0103]
本具体实施例中，镜头焦距f＝12mm，光圈值fno＝2.0，像面＝φ9mm，总长ttl＝26mm，f5/f＝0.49，bfl/ttl＝0.24。
[0104]
本具体实施例中，镜头在可见光下的mtf曲线图请参阅图14，从图中可以看出该款镜头的空间频率达300lp/mm时，中心视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，可匹配4k级传感器，同时大幅度提升了方案整体的静态分辨率和视频分辨率，极大的方便了后期图像优化算法的开发。镜头在可见光下低温-40℃的离焦曲线图请参阅图15，从图中可以看出，镜头的离焦量为-2um；镜头在可见光下常温25℃的离焦曲线图请参阅图16，从图中可以看出，镜头的离焦量为0um；镜头在可见光下高温80℃的离焦曲线图请参阅图17，从图中可以看出，镜头的离焦量为3um；从图15至图17可以看出，该镜头在可见光下的离焦量均小于5um，满足无热化要求。镜头在可见光下的场曲及畸变图请参阅图18，光学畸变管控在-2％以内，可以看出畸变小，物像不变形，对图像的还原比较准确，成像质量高，无需后期图像算法矫正畸变，应用方便。
[0105]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。