一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，包括有感光芯片，在所述的感光芯片的一側(cè)設(shè)有能相對其固定的第一透鏡群和第三透鏡群，在第三透鏡群與感光芯片之間設(shè)置有能相對其移動的第四透鏡群，在第一透鏡群與第三透鏡群之間設(shè)置有能相對感光芯片移動、并在光學(xué)系統(tǒng)從短焦距向長焦距的變化過程中逐漸向第三透鏡群移動的第二透鏡群，所述的第一透鏡群、第三透鏡群、第四透鏡群的焦距為正，第二透鏡群焦距為負(fù)，所述第三透鏡群的前端和后端各設(shè)有一枚用于校正大部分的像差，使鏡頭獲得較高的成像質(zhì)量的非球面鏡片。本實用新型具有小體積，高分辨率，大像面的優(yōu)點，能夠達(dá)到紅外共焦效果，攝像清晰。
【專利說明】一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實用新型涉及一種變焦光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)的較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前為了監(jiān)控市場的需求，開始往高分辨率和高像質(zhì)的方向發(fā)展，為了獲得更好的成像品質(zhì)，使用像素點更大的芯片，像素點更多的芯片往往是解決的根本，而普通的監(jiān)控鏡頭往往無法做到大像面與體積兼容。
[0003]目前主流的市面上的高像質(zhì)的監(jiān)控鏡頭，分辨率多是1080p，像素點數(shù)200萬的，然而隨著數(shù)據(jù)傳輸速度的提升，更高像質(zhì)的畫面?zhèn)鬏敵蔀榭赡埽?00萬像素已經(jīng)不能滿足需求；而較大像面的鏡頭的分辨率都不足。
[0004]目前主流的1080P的鏡頭像面主要是1/2.8"的，使用有效成像面對角線6.2mm的1/2.8"的CMOS的場合為例，其像素點大小僅有2.8 μ m，以中心為O點，0.8像面大小及
6.2mm*0.8/2 = 2.48位置，所能夠分辨的黑白線條達(dá)到只有850TVline，分辨率不是很高。而且由于像素點很小，其感光性及色彩還原等性能都不是很理想，急需性能改進；
[0005]目前市場上的大畫面的監(jiān)控鏡頭，如I"左右的鏡頭，像面大小達(dá)到16.0mm的，其體積比較大，而且多是定焦鏡頭，在監(jiān)控距離發(fā)生變化時難以控制。
[0006]目前市場上的監(jiān)控鏡頭，多非紅外共焦鏡頭，因此在光學(xué)波長段較多的場合如傍晚，或晚上有部分燈光照明時，拍攝的畫面無法整體清晰，總會有部分模糊。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供了一種較小體積、高分辨率、大像面的紅外共焦變焦光學(xué)系統(tǒng)。
[0008]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本實用新型的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:包括有將光線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕母泄庑酒?，在所述的感光芯片5的一側(cè)設(shè)有能相對感光芯片5固定的第一透鏡群I和第三透鏡群3，在第三透鏡群3與感光芯片5之間設(shè)置有能相對感光芯片5移動的第四透鏡群4，在第一透鏡群I與第三透鏡群3之間設(shè)置有能相對感光芯片5移動、并在光學(xué)系統(tǒng)從短焦距向長焦距的變化過程中逐漸向第三透鏡群3移動的第二透鏡群2，所述的第一透鏡群I的焦距為正、第三透鏡群3的焦距為正、第四透鏡群4的焦距為正，所述的第二透鏡群2的焦距為負(fù)，在第二透鏡群2與第三透鏡群3之間設(shè)有控制進入鏡頭光束量的光闌6，所述第三透鏡群3的前端和后端各設(shè)有一枚用于校正大部分的像差，使鏡頭獲得較高的成像質(zhì)量的非球面鏡片
301和 304。
[0010]如上所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第三透鏡群3上的非球面鏡片301和304為玻璃非球面鏡片。
[0011]如上所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第三透鏡群3的非球面鏡片301和304，其非球面表面形狀滿足以下方程:Z=cy2/ { 1 + #=CiWl }
+αIy2+a2y4+a3y6+a4y8+a5y 10+a6y 12+a7y 14+a8y 16,在此公式中,參數(shù) c 為半徑所對應(yīng)的曲率，y為徑向坐標(biāo)，其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)，當(dāng)k系數(shù)小于-1時面形曲線為雙曲線，當(dāng)k系數(shù)等于-1時為拋物線，當(dāng)k系數(shù)介于-1到O之間時為橢圓，等于O時為圓形,大于O時為扁圓形，a I至a 8分別表不各徑向坐標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)，通過以上參數(shù)可以精確設(shè)定透鏡前后兩面非球面的形狀尺寸。
[0012]如上所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第三透鏡群3中間設(shè)有一枚阿爾貝數(shù)較高的球面鏡片302和一枚折射率較高的材質(zhì)制成的球面鏡片303，在它們的共同作用下，可以有效的校正色差，使得到紅外光與可見光線具有共焦效果。
[0013]如上所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第二透鏡群2包括有焦距為負(fù)、高折射率且高色散的材料制成的第一枚鏡片201，焦距為負(fù)的第二枚鏡片202，焦距為正的第三枚鏡片203。
[0014]如上所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第二透鏡群2的第二枚鏡片202和第三枚鏡片203為膠合鏡片。
[0015]如上所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一透鏡群I由四枚鏡片組成，其中第一枚鏡片101的焦距為負(fù)、第二枚鏡片102焦距為正、第三枚鏡片103焦距為正。
[0016]如上所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第四透鏡群4可由三枚鏡片組成，包括有焦距為負(fù)的第一枚鏡片401，焦距為正的第二枚鏡片402，焦距為負(fù)的第三枚鏡片403，所述第一枚鏡片401、第二枚鏡片402膠合在一起主要起到對焦功能，其正負(fù)的組合可以有效的減少變焦過程中鏡頭的像差變化。
[0017]如上所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第四透鏡群4的第三枚鏡片403的2個面曲率半徑R值相差在5mm內(nèi)。
[0018]本實用新型的有益效果是:
[0019]1、本實用新型的變焦鏡頭使用了含2枚非球面玻璃鏡片在內(nèi)13枚鏡片，在較少數(shù)量的情況下獲得較高的品質(zhì)，而且體積較小，鏡頭的透過率也較高；
[0020]2、本實用新型的變焦鏡頭使用可變光闌，而且在近焦端FN0.達(dá)到1.6，在長焦端FN0.達(dá)到2.4，有極高的感光性能，在調(diào)節(jié)光圈變化的情況下，適合多種照明狀況下使用，還可以調(diào)節(jié)清晰度，提高鏡頭效果；
[0021]3、本實用新型的變焦鏡頭使用玻璃非球面鏡片，未使用塑料非球面鏡片，因此溫度變化對鏡頭的性能影響很小，在多種環(huán)境下均可使用。
[0022]4、本實用新型的變焦鏡頭使用了 4個鏡片群組，前4個群組間隔是變化的，前3個鏡片群組間間隔的變化使鏡頭的焦距發(fā)生變化，第4個鏡片群組用于對焦功能，鏡頭在短焦焦距達(dá)到12mm,長焦焦距大于40mm ；
[0023]5、本實用新型的整個鏡頭以一群為最高點，且一群與像面的距離位置是不發(fā)生變化的，其高度小于110mm，在使用I" CCD的鏡頭中，體積較??；
[0024]6、本實用新型能夠達(dá)到高于10M(像素1000萬像素)的分辨率，以16.05mm的I”的C⑶為例，本發(fā)明可以達(dá)到中心分辨率高于1601p/mm、周邊0.7H(70%對角線位置)分辨率高于1600tvline,分辨率高；
[0025]7、本實用新型的變焦鏡頭利用群組4實現(xiàn)AF自動對焦功能，從最遠(yuǎn)的無窮遠(yuǎn)到最近的100mm微距都能夠成清晰的影像，成像效果好；
[0026]8、本實用新型的鏡頭實現(xiàn)了全程紅外共焦，在可見光波長段430nm-650nm和紅外燈波長段830nm-870nm可以同時達(dá)到清晰，因此在多種波段存在的條件下使畫面整體都清晰。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0027]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)光學(xué)圖。
【【具體實施方式】】
[0028]下面結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細(xì)描述:
[0029]如圖1所示，一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，包括有第一透鏡群1、第二透鏡群2、第三透鏡群3、第四透鏡群4以及感光芯片5。在所述第二透鏡群2和第三透鏡群3之間設(shè)有光闌6，光闌可調(diào)節(jié)進入鏡頭的光束數(shù)量。所述的第二透鏡群2、第四透鏡群4在變倍過程中相對于感光芯片的位置是變動的，且第一透鏡群1、第三透鏡群3之間的相對位置是固定的，第二透鏡群2、第四透鏡群4之間的相對位置是變動的。
[0030]所述第一透鏡群1、第三透鏡群3之間的距離固定，第二透鏡群在第一透鏡群I和第三透鏡群3之間移動。所述第二透鏡群2在從短焦距向長焦距的變化過程中的逐漸向第三透鏡群3靠攏。
[0031]本光學(xué)系統(tǒng)由13枚鏡片組成。
[0032]所述的第一透鏡群I整體的焦距為正，該第一透鏡群I由四枚鏡片組成，其中第一枚鏡片101的焦距為負(fù)、第二枚鏡片102、第三枚鏡片103焦距為正。
[0033]所述第二透鏡群2整體的焦距為負(fù)，該第二透鏡群2由三枚鏡片組成，其中第一枚鏡片201的焦距為負(fù)、第二枚鏡片202的焦距為負(fù)、第三枚鏡片203的焦距為正。其中第一枚透鏡201為使用了高折射率且高色散的材料，此處可以有效的矯正鏡頭在短焦時的畸變；同時能夠大幅度提高短焦?fàn)顟B(tài)下的分辨率，第二枚鏡片202和第三枚鏡片203為膠合鏡片，可以減少群內(nèi)的空間是2群的移動范圍增加，以獲得較多的變焦范圍。
[0034]所述第三透鏡群3整體焦距為正，該第三透鏡群3由四枚鏡片組成，其中第一枚鏡片301的焦距為正，第二枚鏡片302焦距為正，第三枚鏡片303、第四枚鏡片304的焦距為正。其中第一枚鏡片為玻璃非球面鏡片，302和303為粘合鏡片，304為玻璃非球面鏡片，第三透鏡群使用了前端和后端使用兩枚玻璃非球面鏡片301和304用來校正大部分的像差，使鏡頭獲得較高的成像質(zhì)量，同時減小第三透鏡群與第一透鏡群和感光芯片的距離，縮短鏡頭體積，且第三群鏡頭口徑最小，使用非球面鏡片可降低鏡頭成本。中間2枚球面鏡片
302和303分辨使用了一片阿爾貝數(shù)較高和一枚折射率較高的材質(zhì)，可以有效的校正色差，使得到紅外光與可見光線共焦效果，且拍攝的畫面色彩還原更好。
[0035]第四透鏡群4整體的焦距為正，該第四透鏡群4可由三枚鏡片組成，在本實施例子中由一枚鏡片401焦距為負(fù)，第二枚鏡片402為正，401和402膠合在一起主要起到對焦功能，其正負(fù)的組合可以有效的減少變焦過程中鏡頭的像差變化，第三枚鏡片403是焦距為負(fù)，且2面R值較接近，使整個鏡頭可以獲得較大的像面，使最大像面達(dá)到16.5_。
[0036]第三透鏡群3的第一枚鏡片301和第四枚鏡片304為非球面，其非球面表面形狀滿足以下方程:Z=cy2/ { 1 + J[1-(H.k)c:.v:] } +α:γ2+α
2y4+ α 3y6+ α 4y8+ α 5y10+ α 6y12+ α 7y14+ α 8y16。在公式中，參數(shù)c為半徑所對應(yīng)的曲率，y為徑向坐標(biāo)(其單位和透鏡長度單位相同)，k為圓錐二次曲線系數(shù)。當(dāng)k系數(shù)小于-1時面形曲線為雙曲線，等于-1時為拋物線，介于-1到O之間時為橢圓，等于O時為圓形，大于O時為扁圓形。\至Ci8分別表示各徑向坐標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)，通過以上參數(shù)可以精確設(shè)定透鏡前后兩面非球面的形狀尺寸。
[0037]鏡頭FNO = EFL (焦距)/D (光圈直徑)，對于定焦鏡頭，光圈直徑，越大，通光量就越大；在一般環(huán)境下由于傳感器會自動調(diào)整曝光值，此時就比較不出FNO數(shù)值不同鏡頭的好壞，但在低照度的環(huán)境條件下，傳感器曝光已經(jīng)到極限，因此FNO數(shù)值小的鏡頭比較佳的表現(xiàn)，本發(fā)明的變焦鏡頭使用可變光闌，而且在近焦端FN0.達(dá)到1.6，在長焦端達(dá)到2.4，有極高的感光性能，在調(diào)節(jié)光圈變化的情況下，適合多種照明狀況下使用，還可以調(diào)節(jié)清晰度。
[0038]下面舉一高倍變焦鏡頭的實際設(shè)計案例:
[0039]
面編號 I類型 I曲率半徑R I厚度 I光學(xué)材料I有效徑 ！(值OBJ__物面 Infinity Infinity____0_
1-a球面 74.87 1.5 h_ZF52A 55 O
1-b, 2-a 球面__44.1498__9.44 h-FK61__5L5__0_
2-b球面 _ -1802.846~0.0851T
3-a球面38.21256.225 h-lak53a ΜΛ(Γ
3-b球面一 133.9709~0.2534.1IT
4-a球面163.90910.9 1TZLAF57290
4-b球面13.4006 8.1877290
5-a球面-36.888972.4 h_ZLAF53a 20.10
6-a球面18.60963.728 H-ZF8815
[0040]_7~b 球面-4783.772021.44313 _ 15.1 _0_
STO 光闌一 Infinity~1.0"0~
8-a 非球面一 19.41514.373275 M-LAC13018.96 -4.1674150
8-b非球面一 126.826Γ10.6470918.18120.877~
9-a球面-46.490750.5137025 1TQK3L16.96 O 9-b, 10-a 球面一 40.34519~3.269934 H-ZLAF7617..12—
10-b球面-27.48190.117.28 O
11-a非球面-71.479131.857261 M-FCDl1L3-39.43592
IΙ-b 非球面_ -30.03658~2.5217.54 -3.265184"
12-a球面20.487440.52 LAK1216.82 0~12-b, 13-a 球面12.582384.5 H-ZF5016.34
13-b球面-156.69230.110.6 0_14-a 球面50.343__4.064038 APL5514ML 9.6__0_
14-b球面259.89434.0129^4 1O"
平板玻
15-aAlntmity1.35 K97.11 0________
平板玻
15-b ' 1 xInfinity1.37.34 0
__M________
IMA像面 Infinity| 8.07 |0
[0041]非球面參數(shù):
[0042]
面編號 8-a:__非球面_
α I次項參數(shù)O
α 2 次項參數(shù)8.7160034e-005
α 3 次項參數(shù)-1.0041486e-007
α 4 次項參數(shù)L 3443107e-009
α 5 次項參數(shù)4.791366e-012
α 6次項參數(shù)O
α 7次項參數(shù)O
[0043]
α 8次項參數(shù)O
[0044]面編號8_b:__非球面_
α I次項參數(shù)O
α 2 次項參數(shù)4, 3084974e-005
α 3 次項參數(shù)6.2809078e-008
α 4 次項參數(shù)7.9799723e-010
α 5 次項參數(shù)4.6115949e-012
α 6次項參數(shù)O
α 7次項參數(shù)O
α 8次項參數(shù)O
面編號 11-a:非球面
α I次項參數(shù)O
α 2 次項參數(shù)
、八 J、々覽9.5396592e~006
α 3 次項參數(shù)-2.3597026e-007
α 4 次項參數(shù)4.1684208e-010
α 5 次項參數(shù)-4.6759588e-011
α 6 次項參數(shù)-6.044937 Ie-015
α 7次項參數(shù)O
α B次項參數(shù)O
面編號IΙ-b:非球面
[0045]α I次項參數(shù)O
α 2 次I頁參數(shù)1.3778088e-005 α 3 次項參數(shù)-2.1630716e-007
α 4 次項參數(shù)8.572459e-010
α 5 次項參數(shù)-5.2073e-Oll
α 6 次項參數(shù)8.5713256c-014
α 7次項參數(shù)O
α 8次項參數(shù)O
[0046]
[0047]群組變焦、調(diào)焦移動范圍:
[0048]I?3群組之間的間隔22.5mm
[0049]2?3群組之間的間隔22.6mm?2.1臟
[0050]3?4群組之間的距離0.75臟?12.1mm
[0051]4 ?像面距離 17.5-34.5mm
【權(quán)利要求】
1.一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:包括有將光線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕母泄庑酒?5)，所述的感光芯片(5)的一側(cè)設(shè)有能相對其固定的第一透鏡群(I)和第三透鏡群(3)，在第三透鏡群(3)與感光芯片(5)之間設(shè)置有能相對感光芯片(5)移動的第四透鏡群(4)，在第一透鏡群(I)與第三透鏡群(3)之間設(shè)置有能相對感光芯片(5)移動、并在光學(xué)系統(tǒng)從短焦距向長焦距的變化過程中逐漸向第三透鏡群(3)移動的第二透鏡群(2)，所述的第一透鏡群(I)、第三透鏡群(3)和第四透鏡群(4)的焦距為正，所述的第二透鏡群(2)的焦距為負(fù)，在第二透鏡群(2)與第三透鏡群(3)之間設(shè)有控制進入鏡頭光束量的光闌￠)，所述第三透鏡群(3)的前端和后端各設(shè)有一枚用于校正大部分的像差，使鏡頭獲得較高的成像質(zhì)量的非球面鏡片(301、304)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述非球面鏡片(301、304)為玻璃非球面鏡片。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第三透鏡群(3)的非球面鏡片(301、304)其非球面表面形狀滿足以下方程:Z=Cy2/ { !+^[1-(Hk)C2V1] } +a jy2+ a 2y4+ α 3y6+ α 4y8+ α 5y10+ α 6y12+ α 7y14+α 8y16，在公式中，參數(shù)c為半徑所對應(yīng)的曲率，y為徑向坐標(biāo)，其單位和透鏡長度單位相同，k為圓錐二次曲線系數(shù)，當(dāng)k系數(shù)小于-1時面形曲線為雙曲線，等于-1時為拋物線，介于-1到O之間時為橢圓，等于O時為圓形，大于O時為扁圓形，a i至α 8分別表示各徑向坐標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)，通過以上參數(shù)可以精確設(shè)定透鏡前后兩面非球面的形狀尺寸。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第三透鏡群(3)中間設(shè)有一枚阿爾貝數(shù)較高的球面鏡片(302)和一枚折射率較高的材質(zhì)制成的球面鏡片(303)，可以有效的校正色差，使得到紅外光與可見光線具有共焦效果O
5.按照權(quán)利要求4所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第二透鏡群(2)包括有焦距為負(fù)、高折射率且高色散的材料制成的第一枚鏡片(201)，焦距為負(fù)的第二枚鏡片(202)，焦距為正的第三枚鏡片(203)。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第二透鏡群(2)的第二枚鏡片(202)和第三枚鏡片(203)為膠合鏡片。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一透鏡群(I)由四枚鏡片組成，其中第一枚鏡片(101)的焦距為負(fù)、第二枚鏡片(102)、第三枚鏡片(103)焦距為正。
8.按照權(quán)利要求7所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第四透鏡群(4)可由三枚鏡片組成，包括有焦距為負(fù)的第一枚鏡片(401)，焦距為正的第二枚鏡片(402)，焦距為負(fù)的第三枚鏡片(403)，所述第一枚鏡片(401)、第二枚鏡片(402)膠合在一起主要起到對焦功能，其正負(fù)的組合可以有效的減少變焦過程中鏡頭的像差變化。
9.按照權(quán)利要求8所述的一種較小體積、高分辨率、大像面的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述第四透鏡群⑷的第三枚鏡片(403)的2個面曲率半徑R值相差在5mm內(nèi)。
【文檔編號】G02B15/173GK204028454SQ201420469352
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】王曉, 李建華, 龔俊強 申請人:中山聯(lián)合光電科技有限公司