一种可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头
技术领域
本发明涉及镜头技术领域，具体是一种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，镜头作为人来的“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。在视频监控领域如道路监控、小区监控、广场监控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等专利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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包括：
第一透镜，为塑胶非球面，且具有负光焦度；
第二透镜，为玻璃球面，且具有正光焦度；
第三透镜，为塑胶非球面，且具有正光焦度；
第四透镜，为塑胶非球面，且具有负光焦度；
孔径光阑，设置在第一透镜和第二透镜之间；
红外滤光片，设置在所述第四透镜远离第三透镜的一侧，用于过滤红外光；
图像采集元件，设置在所述红外滤光片远离第四透镜的一侧，用于提供被摄物成像；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的焦距分别为f1、f2、f2和f4，所述述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的折射率分别为ND1、ND2、ND3和ND4，满足以下条件：
f1为-7.67～-6.987，f2为+8.638～+10.553，f3为+3.521～+4.556，f4为-5.87～-4.825；
ND1为1.51～1.58，ND2为1.58～1.71，ND3为1.51～1.58，ND4为1.62～1.72。
进一步的，所述第一透镜的两侧分别为第一透镜物侧面以及第一透镜像侧面，所述第一透镜物侧面以及第一透镜像侧面均为非球面，且第一透镜物侧面以及第一透镜像侧面均为凸面，第一透镜物侧面以及第一透镜像侧面的曲率半径分别为R11和R12，R11为-7.294～+6.627，R12为+2.25～+9.678。
进一步的，所述第二透镜的两侧分别为第二透镜物侧面以及第二透镜像侧面，所述第二透镜物侧面以及第二透镜像侧面均为球面，第二透镜物侧面为凸面，第二透镜像侧面为凹面，第二透镜物侧面以及第二透镜像侧面的曲率半径分别为R21和R22，R21为+10.012～+32.62，R22为-25.202～-6.913。
进一步的，第二透镜物侧面和第二透镜像侧面的R值相同。
进一步的，所述第三透镜的两侧分别为第三透镜物侧面以及第三透镜像侧面，第三透镜物侧面以及第三透镜像侧面均为非球面，第三透镜物侧面为凸面，第三透镜像侧面为凹面，第三透镜物侧面以及第三透镜像侧面的曲率半径分别为R31和R32，R31为+5.3～+6.12，R32为-3.594～-1.902。
进一步的，所述第四透镜的两侧分别为第四透镜物侧面以及第四透镜像侧面，第四透镜物侧面以及第四透镜像侧面均为非球面，且第四透镜物侧面为凹面，第四透镜像侧面为凸面，第四透镜物侧面以及第四透镜像侧面的曲率半径分别为R41和R42，R41为-3.514～-1.902，R42为-5.707～+58.559。
进一步的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜满足如下条件：
1.18<OBFL/EFL<1.72、0.05<AC3<0.23、0.14<CRA/2ω<0.19；
式中，整体光学系统的焦距为EFL；第四透镜曲面离图像采集元件(8)的最近的一点到像面的距离为OBFL；本镜头系统的视场角为2ω、主光线入射角为CRA，AC3为第三透镜与第四透镜光轴方向上距离。
进一步的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜都满足下偶次非球面的方程式：
式中，式中K为二次曲面圆锥系数，r为镜片高度，K为非球面顶点处的圆锥系数，A4、A6、A8···分别是非球面的四、六、八···等阶非球面系数。
进一步的，第三透镜和第四透镜贴合靠近，且间隔≥0.03mm。
进一步的，所述图像采集元件表面集成设置有保护玻璃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：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+80℃和低温-40℃不虚焦、并能获得良好的成像品质；四片式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因大量损耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中光线通过示意图。
图中：1-第一透镜，11-第一透镜物侧面，12-第一透镜像侧面，2-第二透镜，21-第二透镜物侧面，22-第二透镜像侧面，3-第三透镜，31-第三透镜物侧面，32-第三透镜像侧面，4-第四透镜，41-第四透镜物侧面，42-第四透镜像侧面，5-孔径光阑，6-滤光片，7-保护玻璃，8-图像采集元件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明实施例中，一种可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头，沿着镜头光轴由物侧到像侧依序包括：具有负光焦度的塑胶非球面第一透镜1；具有正光焦度的玻璃球面第二透镜2；具有正光焦度的塑胶非球面第三透镜3；具有负光焦度的塑胶非球面第四透镜4；在第一透镜1和第二透镜2中间的孔径光阑5。
所述第一透镜1的两侧分别为第一透镜物侧面11以及第一透镜像侧面12，所述第一透镜物侧面11以及第一透镜像侧面12均为非球面，且第一透镜物侧面11以及第一透镜像侧面12均为凸面。所述第一透镜1可利用折射率Nd1低于1.58的塑胶材料制成。
所述第二透镜2的两侧分别为第二透镜物侧面21以及第二透镜像侧面22，所述第二透镜物侧面21以及第二透镜像侧面22均为球面。第二透镜物侧面21为凸面，第二透镜像侧面22为凹面，且第二透镜物侧面21和第二透镜像侧面22的R值可以相同。所述第二透镜2可利用折射率1.58＜Nd2＜1.71的玻璃材料制成。第一透镜1和第二透镜2这种负、正光焦度的搭配有利于增大通光口径和更好的降低系统敏感度。
所述第三透镜3的两侧分别为第三透镜物侧面31以及第三透镜像侧面32，第三透镜物侧面31以及第三透镜像侧面32均为非球面。第三透镜物侧面31为凸面，第三透镜像侧面32为凹面，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。所述第三透镜3可利用折射率Nd3低于1.58的塑胶材料制成。
所述第四透镜4的两侧分别为第四透镜物侧面41以及第四透镜像侧面42，第四透镜物侧面41以及第四透镜像侧面42均为非球面，且第四透镜物侧面41为凹面，第四透镜像侧面42为凸面，第三透镜3和第四透镜4这种正、负光焦度搭配方式可在很大程度上提高镜头的成像品质。所述第四透镜4可利用折射率Nd4低于1.72的塑胶材料制成。因此第一透镜1、第三透镜3以及第四透镜4可以使用相同的塑胶材料这样可以更好的节约加工过程中材料的成本问题。
所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4都满足下偶次非球面的方程式：
式中，式中K为二次曲面圆锥系数，r为镜片高度，K为非球面顶点处的圆锥系数，A4、A6、A8···分别是非球面的四、六、八···等阶非球面系数。
所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的焦距分别为f1、f2、f2和f4，所述述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的折射率分别为ND1、ND2、ND3和ND4，第一透镜物侧面11以及第一透镜像侧面12的曲率半径分别为R11和R12，第二透镜物侧面21以及第二透镜像侧面22的曲率半径分别为R21和R22，第三透镜物侧面31以及第三透镜像侧面32的曲率半径分别为R31和R32，第四透镜物侧面41以及第四透镜像侧面42的曲率半径分别为R41和R42，分别满足以下条件：
上表中，“-”号表示方向为负。
所述孔径光阑5是属于光圈中置，即设置于第一透镜1和第二透镜2之间，在机构设计时可用隔圈来实现。
所述第四透镜4远离第三透镜3的一侧设置有红外滤光片6，所述红外滤光片6英文简称为IR，所述红外滤光片6可用Schott-BK7玻璃制成，所述红外滤光片6的表面镀有能让红外光截止的膜层，现有技术中已经有红外线滤光截止膜，因此不再赘述。
所述红外滤光片6远离第四透镜4的一侧设置有图像采集元件8，所述图像采集元件8为图像传感器(imagesensingchip)，所述图像采集元件8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，用以提供被摄物成像。
所述图像采集元件8上集成设置有保护玻璃7，保护玻璃7可以用于保护成像面。
本发明的一种可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头在各透镜的光学非球面曲面的曲率半径(Ri)、曲面形状、镜片厚度(di)、光轴上的空气间隔(di)组合后，具有良好的光学像差修正，并使一种可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头的长度条件、视场角、后焦关系满足式：0.19<BFL/TTL<0.23，1.5<TTL/y<1.6，1.0<EFL/f1<1.14，1.2<TTL/EFL<1.5(式中，整体光学系统的焦距为EFL、光学系统总长为TTL、光学系统像面高度为y、后焦为BFL，第一透镜的焦距为f1)，以上关系式单位均为mm。
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，本发明的镜头为三片塑胶非球面加一片玻璃球面镜片，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的问题，因此本发明亦能降低成本。
下列表(一)中分别列有由物侧到像侧依序的光学面编号(Surface Number)、在光轴上个光学面的曲率半径Ri(单位：mm)(The Radius of Curvature R)、各透镜的折射率(ND)、各透镜的非球面K值(Conic)。
表一
在表一中，光学面(Surface)有标注“*”的为非球面光学面，R11、R12分别代表第一透镜物侧面11以及第一透镜像侧面12；R21、R22分别代表第二透镜物侧面21以及第二透镜像侧面22；R31、R32分别代表第三透镜物侧面31以及第三透镜像侧面32；R41、R42分别代表第四透镜的物侧面和像侧面。Fno为光学镜头的焦距入瞳比(F number)，EFL为取像镜头的有效焦距，2ω为一种可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头的视场角。
下列表二中列有个光学表面的非球面的各项系数：
表二
本实施例的一种可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头有效焦距为4.0mm，第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4均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：1.18<OBFL/EFL<1.72、0.05<AC3<0.23、0.14<CRA/2ω<0.19等条件。
关系式中，整体光学系统的焦距为EFL；镜头系统的光学后截距为OBFL，即第四透镜4曲面离图像采集元件(8)最近的一点到像面的距离；本镜头系统的视场角为2ω、主光线入射角为CRA，AC3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)。
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+80℃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。
由上述表一、表二和图1、图2所示，藉此可以证明本发明的一种可耐高低温的高性价比玻塑混合镜头的形状易加工生产，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。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
