一種非球面雙波段共焦變焦鏡頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種非球面雙波段共焦變焦鏡頭，從物方到像方依次包括負(fù)光焦度的前透鏡組、光闌和正光焦度的后透鏡組，前透鏡組包括負(fù)光焦度的彎月形第一透鏡、負(fù)光焦度的雙凹形第二透鏡和正光焦度的彎月形第三透鏡，后透鏡組包括正光焦度的雙凸形第四透鏡、負(fù)光焦度的彎月或雙凹形第五透鏡、正光焦度的雙凸形第六透鏡和正光焦度的雙凸形第七透鏡，第二透鏡和第三透鏡為膠合組件，第四透鏡為非球面鏡片。通過改變前透鏡組和后透鏡組的空氣間隔，實現(xiàn)焦距的變化。通過合理設(shè)計并利用非球面鏡片校正像差，使該鏡頭在較大相對孔徑情況下的分辨率在可見光和紅外光波段均高于一百萬像素。該鏡頭共含七片透鏡，結(jié)構(gòu)緊湊，易于裝配，有效控制了生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種非球面雙波段共焦變焦鏡頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利屬于光機電一體化領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)變焦鏡頭，尤其是采用非球面鏡片的高分辨率日夜雙波段共焦變焦鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]焦距段在3.0-1Omm附近的日夜雙波段變焦鏡頭，是目前安防監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品。所謂日夜雙波段，是指鏡頭在白天通過可見光波段成像，夜間通過近紅外光波段成像，且兩波段成像點大致上共焦面，以保證鏡頭安裝完成后，白天和夜間的影像都能保持清晰。隨著高分辨率傳感元件的制造工藝逐年成熟，高清攝像機越來越普及，市場對該類鏡頭的光學(xué)性能要求逐年增高，在可見光和紅外光下都能達(dá)到百萬像素以上分辨率的鏡頭才能適應(yīng)全天候高清監(jiān)控的需求。
[0003]另一方面，為了控制生產(chǎn)成本，光學(xué)結(jié)構(gòu)緊湊、裝配流程簡單的產(chǎn)品將是市場的發(fā)展方向。采用非球面鏡片，可以減少鏡頭所使用的鏡片數(shù)量，減小鏡頭體積，降低生產(chǎn)裝配成本，同時又能提高鏡頭的成像質(zhì)量，特別是在達(dá)到較大相對孔徑的情況下，使鏡頭維持較高分辨率。
[0004]目前，市面上可見光波段能達(dá)到百萬像素以上高清成像的相關(guān)產(chǎn)品，通常要使用八片到九片球面鏡片，且其在夜間紅外波段只能達(dá)到約30萬像素的分辨率，尚未達(dá)到較理想的雙波段共焦成像。例如編號為200910112238.2的中國專利，名為“雙波段光學(xué)變焦鏡頭”，焦距段為2.8-10mm，實現(xiàn)了可見光百萬像素高清成像，但其采用九片球面鏡片，生產(chǎn)成本較高。
[0005]若能利用非球面鏡片開發(fā)出使用鏡片數(shù)較少且日夜雙波段都能高清成像的產(chǎn)品，將具有非常實用的市場價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本專利的目的是設(shè)計一種光學(xué)鏡片總數(shù)為七片，變倍比超過2.8倍，可見光與紅外光成像能夠共焦的光學(xué)變焦鏡頭。并且，所設(shè)計的鏡頭在白天可見光波段和夜間紅外光波段的成像分辨率，均超過百萬像素。為了在鏡片片數(shù)較少、相對孔徑較大的情況下滿足上述技術(shù)指標(biāo)，該鏡頭采用一片非球面鏡片。該鏡頭需結(jié)構(gòu)緊湊，裝配便捷。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本專利采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種非球面雙波段共焦變焦鏡頭，包括負(fù)光焦度的前透鏡組Gn、光闌和配置于前透鏡組Gn像側(cè)的具有正光焦度的后透鏡組Gp，利用前透鏡組Gn和后透鏡組Gp之間的空氣間隔變化來實現(xiàn)焦距的變化。更進(jìn)一步的，通過在光軸上前后移動前透鏡組Gn完成對鏡頭的調(diào)焦。
[0009]所述前透鏡組Gn具有按物方到像方順序依次排列的負(fù)光焦度彎月形第一透鏡、負(fù)光焦度雙凹形第二透鏡和正光焦度彎月形第三透鏡。負(fù)光焦度的第一透鏡和第二透鏡保證了前透鏡組Gn具有足夠的負(fù)光焦度，以滿足廣角端成像。所述的第二透鏡和第三透鏡為膠合組件，起到了減少色差的作用。
[0010]所述后透鏡組Gp具有按物方到像方順序依次排列的正光焦度雙凸形第四透鏡、負(fù)光焦度彎月或雙凹形第五透鏡、正光焦度雙凸形第六透鏡和正光焦度雙凸形第七透鏡。所述的第四透鏡靠近光闌，至少有一面是非球面，通過光闌的全口徑光束均能較大范圍覆蓋該透鏡，以此利用非球面校正球差的作用，有效降低全系統(tǒng)的球差，實現(xiàn)大相對孔徑條件下的清晰成像。
[0011]本專利光學(xué)鏡頭中的七個光學(xué)透鏡的焦距和折射率及其十四個面的曲率半徑分別滿足以下條件:
[0012]-13.5 < fl < -11 1.68 < nl < 1.75 24 < Rl < 47 6 < R2 < 7.2
[0013]-13.5 < f2 < -11.6 1.49 < n2 < 1.62 -19 < R3 < -15 9 < R4 < 13.1
[0014]14.7 < f3 < 16.9 1.8 < n3 < 1.88 9 < R5 < 13.132<R6<62
[0015]光闌
[0016]7.9 < f4 < 9.6 1.67 < n4 < 1.75 5.9 < R7 < 8.5 -200 < R8 < -16
[0017]-9 < f5 < -7 1.8 < n5 < 1.88 35 < R9 < 500 6.1 < RlO <8.6
[0018]9 < f6 < 161.49 < n6 < 1.69 7.8 < Rll < 12.5 R12 < -10
[0019]16 < f7 < 45 1.49 < n7 < 1.70 14 < R13 < 5013 < R14
[0020]這里，fi表示第i個鏡片的焦距，單位為毫米；ni表示第i個鏡片的折射率；Ri表示第i個鏡面的曲率半徑，單位為毫米；i=l，2，3…。
[0021]產(chǎn)品的主要光學(xué)指標(biāo):焦距f=3.2-9.2mm,變倍比為2.9倍，對應(yīng)的視場角2ff=137.7° -41.8°，相對孔徑F=L 8。在焦距為3.2mm的廣角端，后截距大于6.5mm。
[0022]在可見光波段，按照上述方案制成的鏡頭在整個焦距段內(nèi)各視場的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值在1501p/mm處都大于0.3，對應(yīng)于1/2.7寸傳感器，鏡頭達(dá)到了接近兩百萬像素的高清分辨率。對于850nm的紅外波段，鏡頭在整個焦距段內(nèi)各視場的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值在1201p/mm處都大于0.3，使夜間成像也達(dá)到了百萬像素的分辨率，實現(xiàn)了較理想的共焦成像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]附圖1是本專利在變焦廣角端(焦距3.2mm)時的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0024]附圖2是本專利在變焦望遠(yuǎn)端(焦距9.2mm)時的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0025]附圖3是本專利的實施例在變焦廣角端時的球差、像散、畸變曲線圖。
[0026]附圖4是本專利的實施例在變焦望遠(yuǎn)端時的球差、像散、畸變曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]附圖1所示的一種非球面日夜雙波段共焦變焦鏡頭，由負(fù)光焦度的前透鏡組Gn、光闌和正光焦度的后透 鏡組Gp組成，通過改變前透鏡組Gn和后透鏡組Gp的空氣間隔，實現(xiàn)焦距的變化。更具體的，沿光軸方向移動后透鏡組Gp，起到變倍的作用，沿光軸方向移動前透鏡組Gn，起到補償像面偏移的作用。當(dāng)前后兩組間隔最大時，鏡頭焦距最短，為變焦廣角端；當(dāng)前后兩組逐漸靠近，鏡頭的焦距逐漸變長，直到兩組間隔達(dá)到設(shè)計的最小間隔，此時的鏡頭焦距最長，為變焦望遠(yuǎn)端，如附圖2所示。光闌置于前透鏡組Gn和后透鏡組Gp之間，用于控制鏡頭的通光量。
[0028]所述后透鏡組Gp中最靠近光闌的第四透鏡，其全口徑上均最大限度地覆蓋各個視場的光束，將其設(shè)計為非球面，并承擔(dān)較大的光焦度，從而有效的降低了全系統(tǒng)的球差。第六透鏡和第七透鏡，盡可能采用低色散玻璃，以減少軸向色差，使可見光和紅外光共焦，有力地提升紅外波段的成像分辨率。
[0029]具體實施例:
[0030]前透鏡組Gn具有按物方到像方順序依次排列的負(fù)光焦度彎月形第一透鏡L1、負(fù)光焦度雙凹形第二透鏡L2和正光焦度彎月形第三透鏡L3，第一透鏡LI和第二透鏡L2通過隔圈緊靠裝配，第三透鏡L3和第二透鏡L2膠合。
[0031]后透鏡組Gp具有按物方到像方順序依次排列的正光焦度雙凸形第四透鏡L4、負(fù)光焦度彎月形第五透鏡L5、正光焦度雙凸形第六透鏡L6和正光焦度雙凸形第七透鏡L7，第四透鏡L4和第五透鏡L5通過隔圈緊靠裝配，第五透鏡L5和第六透鏡L6直接緊靠裝配，第七透鏡L7和第六透鏡L6通過隔圈緊靠裝配。第四透鏡L4為非球面鏡片。
[0032]鏡頭的光學(xué)數(shù)據(jù)如下:
[0033]面號Rdη
[0034]I35.221.011.72
[0035]26.826.0
[0036]3-16.2820.71.52
[0037]410.6393.851.85
[0038]553.04(d5)
[0039]光闌S°o(ds)
[0040]76.75 (非球面)3.551.69
[0041]8-88.898 (非球面)0.2
[0042]9321.7092.221.84
[0043]107.090.12
[0044]118.592.551.50
[0045]12-16.6130.1
[0046]1334.23.781.69
[0047]14-78.302
[0048]這里,R表示對應(yīng)鏡面的曲率半徑，d表示對應(yīng)鏡片的中心厚度或者空氣間隔，η表示對應(yīng)鏡片的折射率，d5和ds是可變空氣間隔，d5的變化范圍是13.99-2.49，ds的變化范圍是6.85-0.1。
[0049]第7面的圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)分別為:
[0050]K=-0.4916，A= 2.226546E-004，B=L 458801E-005，C=-L 116792E-007，D=3.702228E-008 ；
[0051]第8面的圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)分別為:
[0052]K=-435.961，Α=6.708587Ε-004，Β=3.915203Ε-005，C=~2.043297E-006，D=2.076191E-007 ；
[0053]以上所述僅是本專利技術(shù)的一種優(yōu)選實施方式，并不構(gòu)成對本專利技術(shù)的限定，凡在本專利所述技術(shù)方案基礎(chǔ)之上作出的任何修改、等同替換等，均應(yīng)落入本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種非球面雙波段共焦變焦鏡頭，包括負(fù)光焦度的前透鏡組Gn、光闌和配置于前透鏡組Gn像側(cè)的具有正光焦度的后透鏡組Gp，利用前透鏡組Gn和后透鏡組Gp之間的空氣間隔變化來實現(xiàn)焦距的變化；所述前透鏡組Gn包括負(fù)光焦度的彎月形第一透鏡L1、負(fù)光焦度的雙凹形第二透鏡L2和正光焦度的彎月形第三透鏡L3，所述后透鏡組Gp包括正光焦度的雙凸形第四透鏡L4、負(fù)光焦度的彎月或雙凹形第五透鏡L5、正光焦度的雙凸形第六透鏡L6和正光焦度的雙凸形第七透鏡L7，所述的第二透鏡L2和第三透鏡L3為膠合組件；鏡頭中的七片光學(xué)透鏡的焦距和折射率及其十四個面的曲率半徑分別滿足以下條件: -13.5 < fl < -11 1.68 < nl < 1.75 24 < Rl < 476 < R2 < 7.2 -13.5 < f2 < -11.6 1.49 < n2 < 1.62 -19 < R3 < -15 9 < R4 < 13.1 14.7 < f3 < 16.9 1.8 < n3 < 1.88 9 < R5 < 13.132<R6<62 光闌 7.9 < f4 < 9.6 1.67 < n4 < 1.75 5.9 < R7 < 8.5 -200 < R8 < -16 -9 < f5 < -71.8 < n5 < 1.88| 35 | < R9 < | 500 | 6.1 < RlO < 8.6 9 < f6 < 161.49 < n6 < 1.69 7.8 < Rll < 12.5 R12 < -10 16 < f7 < 451.49 < n7 < 1.70 14 < R13 < 5013 < R14 根據(jù)權(quán)利要求書I所述的非球面雙波段共焦變焦鏡頭，其特征在于，第四透鏡L4的兩個表面均為非 球面。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的非球面雙波段共焦變焦鏡頭，其特征在于:光學(xué)系統(tǒng)的焦距f=3.2-9.2mm，視場角2W=137.7° -41.8°，相對孔徑F=L 8，后截距大于6.5mm。
【文檔編號】G02B7/04GK203643677SQ201320870098
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】周明東, 李宇航, 黃躍東 申請人:福州開發(fā)區(qū)鴻發(fā)光電子技術(shù)有限公司