CN117434700A - 一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头 - Google Patents
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Abstract
一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，其沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包含：第一透镜，为具有负光焦度的球面透镜，其物面为凸面，像面为凹面；第二透镜，为具有负光焦度的非球面透镜，其物侧面为凹面及像侧面为凸面；孔径光阑；第三透镜，为具有正光焦度的球面透镜，其物侧面及像侧面均为凸面；第四透镜，为具有负光焦度的非球面透镜，其物侧及像侧均为凹面；第五透镜，为均有正光焦度的非球面透镜，其物侧面及像侧面均为凸面。通过以上的镜片配置方式，本发明可以实现在高温+105℃和低温‑40℃的恶劣工况下实拍画面不模糊，并有效降低系统敏感度、获得良好的成像品质，各透镜面型简单容易制造，公差较松，具有较低的制造难度。同时较市面上的常规6片镜片相比，有效的减少了部件的数量从而大幅度的降低了制造难度和加工成本，具有很高的性价比。
Description
技术领域
本发明旨在提供一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，具体由两片玻璃球面透镜和三片塑胶非球面透镜构成的高性价比车用广角玻塑混合镜头，尤指使用在车用（轿车/卡车/商用车）的可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头。
背景技术
随着科技的进步，镜头作为人类的“眼睛”在机器视觉、人工智能、刑侦监控、无人驾驶等方面起到越来越重要的作用。在视频监控领域及车用如道路监控、小区监控、广场监控、行车记录仪等方面，由于恶劣的室外使用环境使得大部分镜头还在使用全玻璃镜片结构的光学系统镜头，如专利号CN 201464695 U、CN 103513400 A等，这带来的是镜头成本高居不下。
然而，现有技术所揭露的一些玻塑混合镜头如专利号CN 205679846 U，在一定程度上其镜头总长有进一步缩小，使用了玻塑混合材料制成透镜，避免使用折射率高价格高的材料，降低了镜头成本。但实际的耐高低温性能并没有达到最佳效果。
因此本发明的目的在于：针对现有市技术的不足，提供一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，具体由两片玻璃球面透镜和三片塑胶非球面透镜构成的玻塑混合镜头，其具有更小的体积、更高的像素和更好的耐恶劣环境的优点。本发明所用的五片式透镜组合还具较低的敏感度，这在加工过程中也可以提高良率进而降低大量损耗。因此，本发明具有更显著性的实用性设计。
经过合理的镜片材料选择、光焦度分配和光学设计优化，实现在高温+105℃和低温-40℃不虚焦，市场前景广阔。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，其具有更小的体积、更高的像素和更好的耐恶劣环境的优点。
经过合理的镜片材料选择、光焦度分配和光学设计优化，实现在高温+105℃和低温-40℃不虚焦，且具有良率高、易加工等优点，市场前景广阔。
为了达到上述目的 ，本发明采用如下技术方案 ：
一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包含第一透镜、第二透镜、孔径光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、红外滤光片、保护玻璃、图像传感器：
所述第一透镜为具有负光焦度的第一球面透镜，其物面为凸面及像侧面为凹面；
所述第二透镜为具有负光焦度的第二非球面透镜，其物侧面为凹面及像侧面为凸面；
所述第三透镜为具有正光焦度的第三球面透镜，其物侧面及像侧面均为凸面；
所述第四透镜为具有负光焦度的第四塑胶非球面透镜，其物侧面及像侧面均为凹面；
所述第五透镜为具有正光焦度的第五塑胶非球面透镜，其物侧面及像侧面均为凸面。
进一步地，所述红外滤光片，材料由Schott-BK7制成。
进一步地，所述保护玻璃，被集成在图像传感器上，所述图像传感器设置在镜头最右侧位置。
进一步地，本发明的镜头满足以下表（1）中关系式：
| f1 | -4.85~-5.89 | ND1 | 1.58~1.68 | R11 | +30,05~+50.1 | R12 | +2.05~+7.8 |
| f2 | +30~+50 | ND2 | 1.49~1.71 | R21 | -2.53~-12.3 | R22 | -0.565~-4.913 |
| f3 | +3.04~+12.356 | ND3 | 1.49~1.71 | R31 | +4.657~+9.587 | R32 | -4.657~-9.587 |
| f4 | -3.04~-8.356 | ND4 | 1.49~1.71 | R41 | -10.912~-22.789 | R42 | +2.637~+8.566 |
| f5 | +3.87~+12.825 | ND5 | 1.49~1.71 | R51 | 2.514~-8.422 | R52 | -5.707~-28.476 |
表（1）
表（1）中，“f1、f2、f3、f4、f5”分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距，“ND1、ND2、ND3、ND4、ND5”分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的折射率，“R11/R12、R21/R22、R31/R32、R41/R42、R51/R52”分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的前/后表面曲率半径，“-”号表示方向为负。
进一步地，本发明的镜头还满足如下关系式：
1.18 <OBFL/EFL<6.0
0.05<AC4<0.23
15°<CRA/FOV <155°
14<TTL<30 （1）
式（1）中，EFL为整体光学系统的焦距；OBFL为镜头系统的光学后截距，即第四透镜曲面离像面最近的一点到像面的距离；AC4为第三透镜与第四透镜光轴方向上距离（定义从左到右为正值）；FOV为镜头系统的视场角、CRA为主光线入射角；TTL为镜头最前端到成像像面之间的距离。
进一步地，第二透镜、第四透镜、第五透镜都满足以下偶次非球面的方程式：
（2）
式（2）中， z为非球面Z轴坐标点，c为近轴曲率;为二次曲面圆锥系数， />，/>，···分别是为非球面的四、六···高次项，/>、/>、···分别是非球面的四、六、··等阶非球面高次项系数。
进一步地，第四透镜、第五透镜的非球面镜片距离为0.03mm~0.15mm。
通过以上的镜片配置方式，本发明可以有效缩短镜头总长、降低系统敏感度、实现高温+105℃和低温-40℃不虚焦、并能获得良好的成像品质。以下结合附图和实施例对本发明加以说明。
附图说明
图1为本发明一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头的光学结构示意图。
图2为本发明一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头的光路结构示意图。
附图标记说明
1-第一透镜；R11-第一透镜物侧面；R12-第一透镜像侧面；2-第二透镜；R21-第二透镜物侧面；R22-第二透镜像侧面；3-孔径光阑；4-第三透镜；R31-第三透镜物侧面；R32-第三透镜像侧面；5-第四透镜；R41-第四透镜物侧面；R42-第四透镜像侧面；6-第五透镜；R51-第四透镜物侧面；R52 -第四透镜像侧面;7-红外滤光片；8-保护玻璃；9-图像传感器。
实施方式
为使本发明更加详实，兹列举较佳实施例并配合附图1、附图2，将本发明的结构及技术特征详述如下：
参照附图1所示，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包含：第一透镜1，为具有负光焦度的球面透镜，其物面为凸面，像面为凹面；第二透镜2，为具有负光焦度的非球面透镜，其物侧面为凹面及像侧面为凸面；孔径光阑3；第三透镜4，为具有正光焦度的球面透镜，其物侧面及像侧面均为凸面；第四透镜5，为具有负光焦度的非球面透镜，其物侧及像侧均为凹面；第五透镜6，为均有正光焦度的非球面透镜，其物侧面及像侧面均为凸面。
第一透镜1的物侧光学面及像侧光学面均为球面，且其物侧面为图面和像侧面为凹面。利用折射率低于1.80的玻璃材料制成。
第二透镜2的物侧光学面和像侧光学面均为非球面。其物侧面为凹面、像侧面为凸面，利用折射率1.49＜＜1.71的塑胶材料制成。
第一透镜1和第二透镜2都是负光焦度，二者搭配有利于增大通光口径和更好的降低系统敏感度。
第三透镜4的物侧光学面和像侧光学面为球面。其物侧面和像侧面均为凸面，这种弯曲方式可使光线更好的汇聚以提高解像锐力度，有利于实拍紫边现象的抑制，利用折射率低于1.71的玻璃材料制成。
第四透镜5的物侧光学面和像侧光学面为非球面，其物侧面和像侧面均为凹面，利用折射率低于1.71的塑胶材料制成。
第五透镜6的物侧光学面和像侧光学面为非球面，其物侧面和像侧面均为凸面，利用折射率低于1.71的塑胶材料制成。
第四透镜5和第五透镜6分别是正光焦度和负光焦度，二者搭配可在很大程度上提高镜头的成像品质，利用折射率低于1.71的塑胶材料制成。
同时第一透镜1、第三透镜4使用相同的塑胶材料，这样可以更好的节约加工过程中的材料成本问题。
孔径光阑3属于一种光圈中置，即设置于第二透镜2和第三透镜4之间，在机构设计时可用金属隔圈来实现。
红外滤光片7用BK7或者D263T玻璃制成，表面镀有能让红外光截止的膜层。
图像传感器9包含CCD（电荷耦合装置）或CMOS（互补型金属氧化物半导体），可将图像信号转变为电子信号输出。
本发明的一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头在各透镜的光学非球面曲面的曲率半径（）、曲面形状、镜片厚度（/>）、光轴上的空气间隔（/>）组合后，具有良好的光学像差修正，并使一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头的长度条件、视场角、后焦关系满足式如下关系式：
1.18 <OBFL/EFL<6.0
0.05<AC4<0.23
15°<CRA/FOV <155°
14<TTL<30 （1）
式（1）中，EFL为整体光学系统的焦距；OBFL为镜头系统的光学后截距，即第四透镜5曲面离像面最近的一点到像面的距离；AC4为第三透镜4与第四透镜5光轴方向上距离定义从左到右为正值；FOV为镜头系统的视场角、CRA为主光线入射角；TTL为镜头最前端到成像像面之间的距离。
考虑到目前的精密仪器加工的科技水平，非球面镜片的制造和加工已经十分成熟，为了取得更好的成像质量，本发明的镜头由三片塑胶非球面和两片玻璃球面镜片构成，且具有更大的视场角。为了节省成本，在设计初期就考虑的材料问题，因此本发明亦能降低成本。
兹列举较佳实施例，并配合附图1、附图2分别说明如下：
参考附图1、附图2所示，其分别是本发明的一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头的光学结构示意图和一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头的光路结构示意图。
下列表（2）中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号、在光轴上个光学面的曲率半径（单位：mm）、各透镜的折射率（ND）、各透镜的非球面K值。
| 镜头 | 半径 | 厚度 | ND | K | |
| 物面 | S | ∞ | INF | ||
| 1 | R11 | 42.58 | 0.5 | 1.61 | |
| 2 | R12 | 3.587 | |||
| 3 | *R21 | 7.65 | 3.964 | 1.64 | -0.177 |
| 4 | *R22 | 7.47 | -1.894 | ||
| 5（光阑） | 0.87 | ||||
| 6 | R31 | 7.381 | 3.57 | 1.56 | |
| 7 | R32 | -7.381 | 0.101 | ||
| 8 | *R41 | -19.36 | 0.75 | 1.62 | 42.516 |
| 9 | *R42 | -4.19 | 1.825 | -1.276 | |
| 10 | *R51 | 4.15 | 2.1 | 1.56 | -0.972 |
| 11 | *R52 | -7.86 | 1.218 | ||
| 12 | IR | ∞ | 0.300 | 1.52 | |
| 13 | ∞ | 0.2 | |||
| 14（像面） | 4.9 |
表（2）
在表（2）中，光学面有标注*者的为非球面光学面，R11、R12分别代表第一透镜1的物侧面和像侧面；R21、R22分别代表第二透镜2的物侧面和像侧面；R31、R32分别代表第三透镜4的物侧面和像侧面；R41、R42分别代表第四透镜5的物侧面和像侧面，R51、R52分别代表第五透镜6的物侧面和像侧面。
下列表（3）列有个光学表面的非球面的各项系数：
| A4 | A6 | A8 | A10 | A12 | A14 | A16 | |
| R11 | -7.09-03 | 3.78E-04 | -6.385-05 | 1.444E-05 | 1.562E-06 | -8.716E-08 | 2.565E-08 |
| R12 | -2.718E-04 | 1.253E-04 | -1.76E-05 | 1.42E-07 | 3.55E-07 | -5.231E-08 | 2.754E-08 |
| R41 | -6.546E-03 | 3.897E-04 | -6.36E-05 | 1.53E-05 | -1.74E-06 | 8.76E-08 | 1.25E-08 |
| R42 | -4.77E-03 | -6.43E-05 | 1.65E-06 | 6.71E-06 | 4.89E-07 | -1.47E-07 | -3.26E-09 |
| R51 | -3.615E-03 | -3.78E-04 | 3.81E-05 | 3.67E-06 | 5.87E-07 | -1.53E-08 | -6.54E-09 |
| R22 | -1.423E-03 | 5.77E-05 | 6.645E-07 | 3.01E-06 | -2.87E-07 | -9.6E-08 | 2.66E-08 |
表（3）
本实施例的一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头有效焦距为3.0mm，第一透镜1、第四透镜5、第五透镜6使用塑胶材料有利于降低成本，且能很好的达到更大的像高，镜头总长为22.5mm，即满足式（1）式（2）关系式：
1.18 <OBFL/EFL<6.0
0.05<AC4<0.23
15°<CRA/FOV <155°
14<TTL<30 （1）
式（1）中，EFL为整体光学系统的焦距；OBFL为镜头系统的光学后截距，即第四透镜（5）曲面离像面最近的一点到像面的距离；AC4为第三透镜（4）与第四透镜（5）光轴方向上距离（定义从左到右为正值）；FOV为镜头系统的视场角、CRA为主光线入射角；TTL为镜头最前端到成像像面之间的距离。
（2）
式（2）中， z为非球面Z轴坐标点，c为近轴曲率;为二次曲面圆锥系数， />，/>，···分别是为非球面的四、六···高次项，/>、/>、···分别是非球面的四、六、··等阶非球面高次项系数。
由表（1）、表（2）、表（3）、附图1、附图2所示，藉此可以说明本发明的一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头的形状易加工且性价比高，进而提升本发明的应用性。
以上所示仅为本发明的优选实施例，对于本发明而言仅是说明性的，而非限制性的。本技术领域具通常知识人员理解，在本发明要求所限定的精神和范围内对其进行许多改变、修改、甚至等效变换，都将落入本发明的权利范围内。
Claims (6)
1.一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，其特征在于：沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包含第一透镜（1）、第二透镜（2）、孔径光阑（3）、第三透镜（4）、第四透镜（5）、第五透镜（6）、红外滤光片（7）、保护玻璃（8）、图像传感器（9）：
所述第一透镜（1）为具有负光焦度的第一球面透镜，其物面为凸面及像侧面为凹面；
所述第二透镜（2）为具有负光焦度的第二非球面透镜，其物侧面为凹面及像侧面为凸面；
所述第三透镜（4）为具有正光焦度的第三球面透镜，其物侧面及像侧面均为凸面；
所述第四透镜（5）为具有负光焦度的第四塑胶非球面透镜，其物侧面及像侧面均为凹面；
所述第五透镜（6）为具有正光焦度的第五塑胶非球面透镜，其物侧面及像侧面均为凸面。
2.根据权利要求1所述的一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，其特征在于：所述红外滤光片（7），材料由Schott-BK7制成。
3.根据权利要求1所述的一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，其特征在于：所述保护玻璃（8），被集成在图像传感器（9）上，所述图像传感器（9）设置在镜头最右侧位置。
4.根据权利要求1所述的一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，其特征在于：满足如下关系式
1.18 <OBFL/EFL<6.0
0.05<AC4<0.23
15°<CRA/FOV <155°
14<TTL<30 （1）
式（1）中，EFL为整体光学系统的焦距；OBFL为镜头系统的光学后截距，即第四透镜（5）曲面离像面最近的一点到像面的距离；AC4为第三透镜（4）与第四透镜（5）光轴方向上距离（定义从左到右为正值）；FOV为镜头系统的视场角、CRA为主光线入射角；TTL为镜头最前端到成像像面之间的距离。
5.根据权利要求1所述的一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，其特征在于：第二透镜（2）、第四透镜（5）、第五透镜（6）都满足以下偶次非球面的方程式：
（2）
式（2）中， z为非球面Z轴坐标点，c为近轴曲率;为二次曲面圆锥系数，/>，/>，···分别是为非球面的四、六···高次项，/>、/>、···分别是非球面的四、六、·· 等阶非球面高次项系数。
6.根据权利要求5所述的一种高性价比的车用广角玻塑混合镜头，其特征在于：第四透镜（5）、第五透镜（6）的非球面镜片距离为0.03mm~0.15mm。
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2023
- 2023-11-23 CN CN202311572646.2A patent/CN117434700A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117806009A (zh) * | 2024-02-29 | 2024-04-02 | 江西联益光学有限公司 | 日夜共焦镜头 |
| CN117806009B (zh) * | 2024-02-29 | 2024-06-11 | 江西联益光学有限公司 | 日夜共焦镜头 |
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