專利名稱：一種小型化大變焦比雙波段光學(xué)鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利技術(shù)屬于光機(jī)一體化領(lǐng)域，涉及一種晝夜兩用安防監(jiān)控鏡頭，特別是關(guān)于 一種10倍大光學(xué)變焦距范圍，適用于板機(jī)接口的小型化晝夜兩用光學(xué)變焦鏡頭。
背景技術(shù)：
目前，已經(jīng)有了許多適用于板機(jī)接口的變焦鏡頭，板機(jī)鏡頭在結(jié)構(gòu)上要求其盡量 的小型化。在其中，變焦系統(tǒng)的變焦比約為二至四倍的變焦系統(tǒng)比較多，而大變焦比的板機(jī) 接口鏡頭卻很少見。板機(jī)鏡頭一般應(yīng)用于監(jiān)控場合比較固定的場所，鏡頭安裝調(diào)整好后焦 距就不再改變，比如銀行、工廠、學(xué)校等。大變焦比的板機(jī)接口鏡頭相對于普通的二至四倍 的小變焦比鏡頭有更大的調(diào)整范圍，能更方便的安裝應(yīng)用于不同場合。而且近年來，隨著安 全防范意識和自動化程度不斷提高，具備紅外功能的日夜兩用鏡頭已經(jīng)具有相當(dāng)廣泛的用 途，可以完成全天24小時、晝夜不間斷的監(jiān)控任務(wù)，這就要求鏡頭在設(shè)計(jì)上就要考慮紅外 光和可見光波段的成像質(zhì)量都能達(dá)到清晰成像的要求。本專利技術(shù)通過機(jī)械補(bǔ)償?shù)姆椒▽?shí) 現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)焦距的變化從而在像面上獲得不同放大率的像，并且具有10倍大變焦比的變 焦能力，而且在紅外和可見光雙波段的成像質(zhì)量同時得到了優(yōu)化，產(chǎn)品順應(yīng)了監(jiān)控行業(yè)的 發(fā)展趨勢，市場潛力巨大，具有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本專利技術(shù)的目的是設(shè)計(jì)一種具有小型化大變焦比，同時具有雙波段共焦能力的 光學(xué)變焦鏡頭。該鏡頭匹配相應(yīng)的板機(jī)接口的攝像機(jī)，可以通過改變光學(xué)變焦鏡頭的焦距 從而方便的適用于不同監(jiān)控距離和范圍的場合，再匹配上紅外燈，更能實(shí)現(xiàn)晝夜不間斷的 監(jiān)控。該鏡頭具有10倍大變焦比能力，像質(zhì)也達(dá)到了定焦鏡頭的成像質(zhì)量，且結(jié)構(gòu)緊湊小 巧，操作便捷，運(yùn)用前景廣。參見附圖1是本專利技術(shù)光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)圖、附圖2是光學(xué)系統(tǒng)示意圖，包括四個透 鏡組，自物面至像面I依次包括一個正光焦度的前固定透鏡組G1，和配置于前固定透鏡組 Gl的像側(cè)的具有負(fù)光焦度的變焦透鏡組G2，光闌S，配置于光闌S像側(cè)的具有正光焦度的后 固定透鏡組G3，以及配置于像側(cè)的最后一組具有正光焦度的補(bǔ)償透鏡組G4。利用負(fù)光焦度 的變焦透鏡組G2和正光焦度的補(bǔ)償透鏡組G4之間的相對位置變化來實(shí)現(xiàn)焦距5-50mm的 10倍光學(xué)變焦。參見圖2、3、4光學(xué)系統(tǒng)示意圖，本專利技術(shù)中的前固定透鏡組Gl具有按物體一側(cè) 順序排列的第一透鏡為凸凹負(fù)鏡片Li、第二透鏡為凸凹正鏡片L2和凸凹的第三正透鏡L3。 本專利技術(shù)中的變焦透鏡組G2具有按物體一側(cè)順序排列的第四透鏡為凸凹負(fù)鏡片L4，第 五透鏡為雙凹負(fù)鏡片L5，第六透鏡為凸凹正鏡片L6。本專利技術(shù)中的后固定透鏡組G3具有 按物體一側(cè)順序排列的第七透鏡為雙凸正鏡片L7，第八透鏡為雙凸正鏡片L8，第九透鏡為 雙凹負(fù)鏡片L9。本專利技術(shù)中的補(bǔ)償透鏡組G4具有按物體一側(cè)順序排列的第十透鏡為凸 凹正鏡片L10，第十一透鏡為雙凸正鏡片L11。本專利技術(shù)中的四個透鏡組滿足以下條件


0. 55 < 0. 12 < 0. 29 < 0. 31 <
fGl/fl fG2/fl fG3/fl fG4/fl
<0. 69
<0. 23
<0. 41
<0. 43
其中，fG1是前固定透鏡組Gl的焦距； fe2是變焦透鏡組G2的焦距； fG3是后固定透鏡組G3的焦距； fe4是補(bǔ)償透鏡組G4的焦距；
f 1是整個光學(xué)鏡頭長焦焦距； fl，fG1 fG2，fG3， fG4的單位是:mm。
參見附圖5是本專利技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)玻璃鏡片的曲率半徑和折射率的示意圖，包括 十一個光學(xué)透鏡的焦距Π Π1 (單位mm)和折射率nl nil及其十九個面的曲率半徑 Rl R19(單位mm)分別滿足以下條件90 < f 1 < 1101..72 < nl < 1 9235 < Rl < 5516 < R2 < 28
-99 < f2 < -791.51 < n2 < 1.7116 < R2 < 28150 < R3 < 500
36 < f3 < 561..51 < n3 < 1 7112 < R4 < 2940 < R5 < 65
-9. 5 < f4 < -81..65 < n4 < 1 8561 < R6 < 1005 < R7 < 9
26. 3 < f5 < 46. 31.42 < n5 < 1.62-40 < R8 < -225. 5 < R9 < 12. 5
58 < f6 < 781..73 < n6 < 1 935. 5 < R9 < 12. 518 < RlO < 35
光闌
12 < f7 < 221.55 < n7 < 1.7512 < Rll < 30-30 < R12 < -12
10 < f8 < 201.54 <n8 < 1. 747 < R13 < 15 ■-200 < R14 < -80
-15 < f9 < -71..65 < n9 < 1 85-35 < R15 < -157 < R16 < 15
21 < flO < 41 560 < fll < 580
1. 76 < nlO < 1. 90 1. 55 < nil < 1. 75
10 < R17 < 22 5 < R18 < 12. 5
5 < R18 < 12. 5 -35 < R19 < -18
本專利技術(shù)的光學(xué)變焦原理參見附圖2、3、4，分別是焦距在5mm、20mm、50mm
水
時的光學(xué)系統(tǒng)示意圖，前固定透鏡組Gl是固定不動的，對無窮遠(yuǎn)聚焦成像，提供-初始像和焦距fei，0.55 < fG1/fl <0.69;變焦透鏡組G2從靠近Gl移動到靠近像 面I的位置，改變了其物距，從而改變了 G2的成像放大倍率，G2放大倍率m2變化范圍 為-O. 4 -1 -4. 16 ；固定透鏡組G3靠近光闌S固定不動，對經(jīng)過G2所成的像進(jìn)一步的 變倍，G3放大倍率m3變化范圍為-O. 96 -1. 72 -0. 7，G2，G3總放大倍率m2*m3變化 范圍為0. 38 1 2. 91 ；補(bǔ)償透鏡組G4根據(jù)變焦透鏡組G3變焦所產(chǎn)生的像面漂移進(jìn)行 補(bǔ)償，使像面I保持穩(wěn)定，G4的放大率變化范圍為0. 45 0. 32 0. 58，補(bǔ)償后G2，G3，G4 總的倍率Hitl = m2*m3*m4變化范圍為0. 17 1 1. 69，鏡頭的總焦距變化范圍為fG1*m0， 變焦比1.69/0. 17為10倍。在變焦結(jié)構(gòu)型式上，變焦核采用兩移動組分G2和G4被后固定組G3隔開的型式， 根據(jù)變焦系統(tǒng)的像面穩(wěn)定原理，變焦透鏡組G2的放大倍率從小于-1到大于-1的變化必然 導(dǎo)致補(bǔ)償透鏡組G4的迂回補(bǔ)償，即短焦時，補(bǔ)償透鏡組G4向物面方向移動；達(dá)到某一個焦 距——即變焦透鏡組G2的放大倍率為-1對應(yīng)的焦距時，G2往長焦端變焦，G4開始迂回向
5像面I方向移動，這樣縮短了補(bǔ)償透鏡組G4的相對移動量，縮小了整個鏡頭的結(jié)構(gòu)，而且鏡 頭接口采用M14X 0. 5型式的板機(jī)小接口，配合鏡頭本身的緊湊結(jié)構(gòu)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了 其小型化。本專利技術(shù)在設(shè)計(jì)上還具有三組高反差色散系數(shù)的膠合透鏡組件校正色差，實(shí)現(xiàn) 了可見光波段和紅外光波段共焦成像，在可見光和紅外光環(huán)境下都能清晰成像，白天和黑 夜攝像不用進(jìn)行重復(fù)調(diào)焦，三組膠合組件色散系數(shù)滿足以下條件20 < vl < 30,45 < v2 < 6020 < v5 < 30,55 < v6 < 7520 < vlO < 30,45 < vll < 60其中vl是第一透鏡Ll的色散系數(shù)，v2是第二透鏡L2的色散系數(shù)，Ll和L2為膠 合組件；v5是第五透鏡L5的色散系數(shù)，v6是第六透鏡L6的色散系數(shù)，L5和L6為 膠合組件；VlO是第十透鏡LlO的色散系數(shù)，vll是第十一透鏡Lll的色散系數(shù)，LlO 和Lll為膠合組件；


附圖1是本專利技術(shù)光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)圖。附圖2是本專利技術(shù)焦距在5mm時的光學(xué)系統(tǒng)示意圖，變焦透鏡組G2在靠近物面 位置，補(bǔ)償透鏡組G4在靠近像面位置，附圖中S為光闌，I為像面，以下附圖相同。附圖3是本專利技術(shù)焦距在20mm時的光學(xué)系統(tǒng)示意圖，變焦透鏡組G2往像面方 向移動，補(bǔ)償透鏡組G4往物面方向移動，并達(dá)到極限位置。附圖4是本專利技術(shù)焦距在50mm時的光學(xué)系統(tǒng)示意圖，變焦透鏡組G2繼續(xù)往像 面方向移動，補(bǔ)償透鏡組G4迂回往像面方向移動的結(jié)果。附圖5是本專利技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)玻璃鏡片的曲率半徑和折射率的示意圖。
具體實(shí)施例方式參見附圖1是本專利光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)圖，包括四個透鏡組，自物面至像面依次包括 一個正光焦度的前固定透鏡組G1，和配置于前固定透鏡組Gl的像側(cè)的具有負(fù)光焦度的變 焦透鏡組G2，光闌S，配置于光闌像側(cè)的具有正光焦度的后固定透鏡組G3，以及配置于像側(cè) 的最后一組具有正光焦度的補(bǔ)償透鏡組G4。所述前固定透鏡組Gl裝在主筒(2)前部，用一 個前壓圈(1)于主筒(2)固定；所述變焦透鏡組G2裝在徑向設(shè)有三個導(dǎo)釘?shù)那敖M鏡筒(3) 內(nèi)；所述的后固定組裝在主筒(2)的后部，用一個后壓圈(4)固定；所述的補(bǔ)償透鏡組G4裝 在徑向設(shè)有三個導(dǎo)釘?shù)暮蠼M鏡筒(5)內(nèi)，前組鏡筒(3)和后組鏡筒(5)裝在有螺旋形通槽 的主筒(2)內(nèi)，前、后組鏡筒通過導(dǎo)釘與主筒連接，使前、后組鏡筒能在主筒內(nèi)螺旋上下滑 動，通過分別調(diào)整前后組的各具有三個直槽的前調(diào)整凸輪(6)和后調(diào)整凸輪(7)，實(shí)現(xiàn)改變 變焦透鏡組G2和補(bǔ)償透鏡組G4之間的相對位置，從而達(dá)到變焦的目的。本專利技術(shù)的鏡 頭接口采用M14X0. 5型式的板機(jī)小接口，配合鏡頭本身的緊湊結(jié)構(gòu)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了 其小型化。
參見圖2、3、4是本專利技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)示意圖，本專利技術(shù)中的前固定透鏡組Gl具 有按物體一側(cè)順序排列的第一透鏡為凸凹負(fù)鏡片Li、第二透鏡為凸凹正鏡片L2和凸凹的 第三正透鏡L3，所述的第一透鏡Ll和第二透鏡L2為膠合組件。本專利技術(shù)中的變焦透鏡 組G2具有按物體一側(cè)順序排列的第四透鏡為凸凹負(fù)鏡片L4，第五透鏡為雙凹負(fù)鏡片L5，第 六透鏡為凸凹正鏡片L6，所述的第五透鏡L5和第六透鏡L6為膠合組件。本專利技術(shù)中的 后固定透鏡組G3具有按物體一側(cè)順序排列的第七透鏡為雙凸正鏡片L7，第八透鏡為雙凸 正鏡片L8，第九透鏡為雙凹負(fù)鏡片L9。本專利技術(shù)中的補(bǔ)償透鏡組G4具有按物體一側(cè)順 序排列的第十透鏡為凸凹正鏡片L10，第十一透鏡為雙凸負(fù)鏡片L11，所述的第十透鏡LlO 和第十一透鏡Lll為膠合組件。參見附圖5是本專利技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)玻璃鏡片的曲率半徑和折射率的示意圖，本專 利技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)中的十一個光學(xué)透鏡的焦距Π Π1 (單位mm)和折射率nl nil及其 十九個面的曲率半徑Rl R19(單位mm)分別所滿足的條件如發(fā)明內(nèi)容中最后一段所述。 本專利技術(shù)產(chǎn)品的主要光學(xué)指標(biāo)焦距f = 5-50mm，視場角2W = 60.0° -7.2°，相對孔徑 D :f = 1 :1. 95，其中D為光學(xué)鏡頭的入瞳直徑，后截距大于6. 5mm，像高對應(yīng)1/3”(XD。按 照上述方案制成的高分辨率鏡頭光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值在701p/mm時，中心達(dá)到0. 55，邊緣達(dá) 到 0. 45。
權(quán)利要求
一種小型化大變焦比雙波段光學(xué)鏡頭，其包括四個透鏡組，自物面至像面依次為一個正光焦度的前固定透鏡組G1，和配置于前固定透鏡組G1的像側(cè)的具有負(fù)光焦度的變焦透鏡組G2，光闌S，配置于光闌S像側(cè)的具有正光焦度的后固定透鏡組G3，以及配置于像側(cè)的補(bǔ)償透鏡組G4，其特征在于前固定透鏡組G1和后固定透鏡組G3是固定不動的，利用負(fù)光焦度的變焦透鏡組G2和正光焦度的補(bǔ)償透鏡組G4之間的相對位置變化來實(shí)現(xiàn)焦距5-50mm的10倍光學(xué)變焦，同時整個鏡頭具有三組高反差色散系數(shù)的膠合透鏡組件校正色差，實(shí)現(xiàn)可見光波段和紅外光波段共焦成像，光學(xué)系統(tǒng)的焦距范圍f＝5-50mm，視場角2ω＝60.0°-7.2°，相對孔徑Df＝11.95，其中D為光學(xué)鏡頭的入瞳直徑，后截距人于6.5mm，像高對應(yīng)1/3”CCD，光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值在701p/mm時，中心達(dá)到0.55，邊緣達(dá)到0.45。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種小型化大變焦比雙波段光學(xué)鏡頭，其特征在于在變焦 結(jié)構(gòu)型式上，變焦核采用兩移動組分G2和G4被后固定組G3隔開的型式，補(bǔ)償透鏡組G4采 用迂回補(bǔ)償，短焦時，補(bǔ)償透鏡組G4向物面方向移動，當(dāng)變焦透鏡組G2的放大倍率達(dá)到-1 時，G2往長焦端變焦，G4開始迂回向像面I方向移動，縮短了補(bǔ)償透鏡組G4的相對移動量， 縮小了整個鏡頭的結(jié)構(gòu)，配合M14X0. 5型式的板機(jī)鏡頭接口，實(shí)現(xiàn)了其小型化。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種小型化大變焦比雙波段光學(xué)鏡頭，其特征在于所述 的前固定透鏡組Gl具有按物體一側(cè)順序排列的第一透鏡為凸凹負(fù)鏡片Li、第二透鏡為凸 凹正鏡片L2和凸凹的第三正透鏡L3，對無窮遠(yuǎn)聚焦成像，提供一個初始像和焦距fei，0. 55<fG1/fl <0.69，所述的第一透鏡Ll和第二透鏡L2為膠合組件，Ll的色散系數(shù)20 < vl<30，L2的色散系數(shù)45 < v2 < 60。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種小型化大變焦比雙波段光學(xué)鏡頭，其特征在于所述的 變焦透鏡組G2具有按物體一側(cè)順序排列的第四透鏡為凸凹負(fù)鏡片L4，第五透鏡為雙凹負(fù) 鏡片L5，第六透鏡為凸凹正鏡片L6，從靠近Gl移動到靠近像面I的位置，改變了 G2物距，從 而改變了 G2的成像放大倍率，其放大倍率m2變化范圍為-0.4 -1 -4. 16，所述的第五 透鏡L5和第六透鏡L6為膠合組件，L5的色散系數(shù)20 < v5 < 30，L6的色散系數(shù)55 < v6<75。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種小型化大變焦比雙波段光學(xué)鏡頭，其特征在于所述的 后固定透鏡組G3具有按物體一側(cè)順序排列的第七透鏡為雙凸正鏡片L7，第八透鏡為雙凸 正鏡片L8，第九透鏡為雙凹負(fù)鏡片L9，靠近光闌S固定不動，對經(jīng)過G2所成的像進(jìn)一步的 變倍，其放大倍率m3變化范圍為-0. 96 -1. 72 -0. 7，G2，G3總放大倍率m2*m3變化范 圍為0. 38 1 2. 91。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種小型化大變焦比雙波段光學(xué)鏡頭，其特征在于所述的 補(bǔ)償透鏡組G4具有按物體一側(cè)順序排列的第十透鏡為凹凸正鏡片L10，第十一透鏡為雙凸 正鏡片L11，根據(jù)變焦透鏡組G3變焦所產(chǎn)生的像面漂移進(jìn)行補(bǔ)償，使像面I保持穩(wěn)定，其放 大率m4變化范圍為0. 45 0. 32 0. 58，補(bǔ)償后G2，G3，G4總的倍率m0 = m2*m3*m4變化 范圍為0. 17 1 1. 69，鏡頭的總焦距變化范圍為fcl*mQ，變焦比1. 69/0. 17為10倍，所 述的第十透鏡LlO和第十一透鏡Lll為膠合組件，LlO的色散系數(shù)20 < vlO < 30，Lll的 色散系數(shù)45 < vll < 60。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種小型化大變焦比雙波段光學(xué)鏡頭，其特征在于所述四 個透鏡組滿足以下條件[0. 55 <I fG1/fl[0. 12 <|fG2/fl[0. 29 <I fG2/fl[0. 31 <fG2/f 1<0. 69<0. 23<0. 41<0. 43其中，fei是前固定透鏡組Gl的焦距，fG2是變焦透鏡組G2的焦距，fG3是后固定透鏡組 G3的焦距，fG4是補(bǔ)償透鏡組G4的焦距，fl是整個光學(xué)鏡頭長焦焦距，fl,fG1, fG2, fG3, fG4的 單位是mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求書3、4、5、6所述的前固定透鏡組G1、變焦透鏡組G2、后固定透鏡組G3 及補(bǔ)償透鏡組G4，其特征在于，光學(xué)系統(tǒng)中的十一個光學(xué)透鏡的焦距Π Π1 (單位mm) 和折射率nl nil及其十九個面的曲率半徑Rl R19(單位mm)分別滿足以下條件[90 < f 1 < 110 -99 < f2 < -79 36 < f3 < 56 -9. 5 < f4 < -8 26. 3 < f5 < 46. 3 58 < f6 < 78 光闌[12 < f7 < 22[10 < f8 < 20< -80-15 < f9 < -7 21 < flO < 41 560 < fll < 580[1. 72 < nl < 1. 92 1. 51 < n2 < 1. 71 1. 51 < n3 < 1. 71 1. 65 < n4 < 1. 85 1. 42<n5< 1. 62 1. 73 < n6 < 1. 93[1. 55<n7< 1. 75 1. 54 < n8 < 1. 74[1. 65 < n9 < 1. 85 1. 76 < nlO < 1. 90 1. 55 < nil < 1. 75[35 < Rl < 55 16 < R2 < 28 12 < R4 < 29 61 < R6 < 100 -40 < R8 < -22[16 < R2 < 28 150 < R3 < 500 40 < R5 < 65 5 < R7 < 9 5. 5 < R9 < 12. 5[5. 5 < R9 < 12. 5 18 < RlO < 35[12 < Rll < 30 7 < R13 < 15-30 <R12 <-12 -200 < R14-35 < R15 < -15 7 < R16 < 15[10 < R17 < 22 5 < R18 < 12. 5[5 < R18 < 12. 5 -35 <R19 <-18
全文摘要
一種小型化大變焦比雙波段光學(xué)鏡頭，屬于光機(jī)一體化領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種10倍大光學(xué)變焦距范圍，適用于板機(jī)接口的日夜兩用光學(xué)變焦鏡頭。該鏡頭具有個正光焦度的前固定透鏡組G1，和配置于前固定透鏡紺G1的像側(cè)的具有負(fù)光焦度的變焦透鏡組G2，光闌S，配置于光闌像側(cè)的具有正光焦度的后固定透鏡組G3，以及配置于像側(cè)的最后一組補(bǔ)償透鏡組G4。利用變焦透鏡組G2和補(bǔ)償透鏡組G4之間的相對位置變化來實(shí)現(xiàn)焦距5-50mm的10倍光學(xué)變焦，同時兼顧優(yōu)化可見光和紅外光成像，且結(jié)構(gòu)緊湊小巧。產(chǎn)品的主要光學(xué)指標(biāo)焦距f＝5-50mm，視場角2ω＝60.0°-7.2°，相對孔徑Df＝11.95，適用于1/3”CCD。
文檔編號G02B15/20GK101887164SQ201010220620
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者鄭志明, 陳俊杰, 陳金發(fā) 申請人:福州開發(fā)區(qū)鴻發(fā)光電子技術(shù)有限公司