本發(fā)明涉及一種攝像鏡頭以及包括其的攝像儀器，尤其涉及一種液體透鏡變焦鏡頭和包括其的攝像儀器。
背景技術(shù)：
：近年來，變焦光學(xué)系統(tǒng)在照相機、攝像機、顯微鏡、望遠鏡、分光光度計等設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用，焦距的變化可以通過透鏡的移動、折射率的變化或者透鏡形狀的改變來實現(xiàn)。液體透鏡就是基于透鏡形狀的改變來實現(xiàn)焦距變化，具有體積小、反應(yīng)速度快、耗電量少、高精確度等優(yōu)點，為醫(yī)學(xué)影像、網(wǎng)絡(luò)攝影機或工業(yè)用內(nèi)視鏡等領(lǐng)域的自動對焦及變焦方案提供了更理想的選擇。在具自動對焦功能的傳統(tǒng)鏡頭上，需要透過機械裝置移動鏡組來對焦，但液體透鏡不需要透過復(fù)雜的機械裝置即能夠自動對焦，利用的原理就如同人的眼睛一樣。與傳統(tǒng)的自動對焦鏡頭相比，使用液體透鏡的鏡頭因為少了移動的機械結(jié)構(gòu)，不但不易因碰撞或機械磨損而損壞，壽命較傳統(tǒng)鏡頭更長，而且體積更小、反應(yīng)速度也更快。因而需要基于液體透鏡的光學(xué)設(shè)計以滿足成像需求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，目的在于通過改變液體透鏡的折射率或者形狀來實現(xiàn)變焦目的，提供一種具有全新的變焦方式的液體透鏡變焦鏡頭。本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種液體透鏡變焦鏡頭，其特征在于，包括：從物側(cè)至像側(cè)順序排布的具有負光焦度的第一透鏡固定組、第一調(diào)焦組、具有正光焦度的第二透鏡固定組、第二調(diào)焦組、具有正光焦度的第三透鏡固定組、第三調(diào)焦組以及具有正光焦度的第四透鏡固定組，其中，第一透鏡固定組、第二透鏡固定組、第三透鏡固定組以及第四透鏡固定組分別包括至少一個透鏡，第一調(diào)焦組、第二調(diào)焦組以及第三調(diào)焦組分別具有一個液體透鏡。本發(fā)明提供的液體透鏡變焦鏡頭，還可以具有這樣的特征：其中，第一透鏡固定組和第三透鏡固定組分別包括一個透鏡。本發(fā)明提供的液體透鏡變焦鏡頭，還可以具有這樣的特征：其中，透鏡為球面透鏡。本發(fā)明提供的液體透鏡變焦鏡頭，還可以具有這樣的特征，還包括：光闌，該光闌設(shè)置在第二調(diào)焦組與第三透鏡固定組的光路之間。本發(fā)明提供的液體透鏡變焦鏡頭，還可以具有這樣的特征：其中，第二透鏡固定組和第四透鏡固定組均為雙膠合透鏡。本發(fā)明提供的液體透鏡變焦鏡頭，還可以具有這樣的特征：其中，液體透鏡變焦鏡頭的像面尺寸為1/3英寸CCD。本發(fā)明提供的液體透鏡變焦鏡頭，還可以具有這樣的特征：其中，液體透鏡變焦鏡頭滿足5＜(vmax-vmin)＜60的條件，vmax及vmin分別是液體透鏡變焦鏡頭中透鏡的最大阿貝數(shù)和最小阿貝數(shù)。本發(fā)明提供的液體透鏡變焦鏡頭，還可以具有這樣的特征：其中，液體透鏡變焦鏡頭滿足TTL/FW＜25和FS/FW＝6的條件，式中,TTL為液體透鏡變焦鏡頭的整體長度，F(xiàn)W為液體透鏡變焦鏡頭在廣角狀態(tài)的焦距，F(xiàn)S為液體透鏡變焦鏡頭在長焦狀態(tài)的焦距，還滿足廣角端F數(shù)5、望遠端F數(shù)7，短焦視場角120°的條件,F為f/d,f為液體透鏡變焦鏡頭的焦距，d為入射光瞳直徑。本發(fā)明提供的液體透鏡變焦鏡頭，還可以具有這樣的特征：其中，液體透鏡變焦鏡頭滿足nmax-nmin＞0.5的條件，nmax、nmin分別為液體透鏡變焦鏡頭中透鏡的最大折射率和最小折射率。本發(fā)明還提供一種包括上述液體透鏡變焦鏡頭的攝像儀器，其特征在于：其中，攝像儀器為照相機、攝像機、顯微鏡、望遠鏡、分光光度計中的任意一種。發(fā)明作用與效果根據(jù)本發(fā)明提供的液體透鏡變焦鏡頭，基于三組液體透鏡變焦鏡頭光學(xué)設(shè)計，通過添加固定組，實現(xiàn)6倍變焦且有效矯正像差，滿足清晰成像要求；同時基于三組液體透鏡的光學(xué)設(shè)計，充分利用液體透鏡自身互相矯正像差的特點矯正像差，具有固定組結(jié)構(gòu)簡單，鏡片數(shù)目少；系統(tǒng)允許裝配公差相對較大；所有鏡片均使用球面，加工成本低等優(yōu)勢。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例的液體透鏡變焦鏡頭在廣角端的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2圖1為本發(fā)明實施例的液體透鏡變焦鏡頭在望遠端的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在廣角端的場曲特性曲線圖；圖4為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在廣角端的畸變特性曲線圖；圖5為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在廣角端的MTF曲線圖；圖6為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在望遠端的場曲特性曲線圖；圖7為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在望遠端的畸變特性曲線圖；圖8為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在望遠端的MTF曲線圖。具體實施方式實施例以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的實施例的具體實施方式。圖1為本發(fā)明實施例的液體透鏡變焦鏡頭在廣角端的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的液體透鏡變焦鏡頭在望遠端的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，液體透鏡變焦鏡頭100包括從物側(cè)至像側(cè)順序排布第一透鏡固定組10、第一調(diào)焦組20、第二透鏡固定組30、第二調(diào)焦組40、光闌50、第三透鏡固定組60、第三調(diào)焦組70以及第四透鏡固定組80。第一固定透鏡組10包括一個具有負光焦度的球面透鏡，其用于擴大液體透鏡變焦鏡頭100在廣角端的視場角。第二固定透鏡組30為具有正焦光度的雙膠合透鏡，用于改善光線經(jīng)過液體透鏡變焦鏡頭100產(chǎn)生的色差。光闌50用于限制光束的大小，光闌的大小在變焦過程中在3mm至6.5mm之間變化。第三固定透鏡組60包括一個具有正光焦度的球面透鏡，靠近光闌，可以有效矯正場曲等軸外像差。第四固定透鏡組80為具有正光焦度的雙膠合透鏡，用于改善光線經(jīng)過液體透鏡變焦鏡頭100產(chǎn)生的色差，保證像高，矯正剩余像差。第一調(diào)焦組20位于第一固定透鏡10組和第二固定透鏡組30之間，第二調(diào)焦組40位于第二固定透鏡組30和光闌50之間，第三調(diào)焦組70位于第三調(diào)焦組60和第四調(diào)焦組80之間。第一調(diào)焦組20、第二調(diào)焦組40以及第三調(diào)焦組70均為液體透鏡，可以通過改變液體表面的曲率實現(xiàn)自身焦距變化，從而實現(xiàn)液體透鏡變焦鏡頭100的變倍比變化，即最長焦和最短焦之比的變化。本實施例采用電潤濕法的液體透鏡，該液體透鏡是液體透鏡是由兩種互不相溶且具有不同折射率的液體組成，把兩者裝在一個一端有透明蓋板的短管里面，管的內(nèi)壁和另一端的蓋板上都涂有疏水性材料，這使得水溶液由于表面張力的作用向沒有疏水性材料的一端彎曲成了一個半球狀，通過在兩片電極上加直流電壓，使液面曲率發(fā)生改變，從而改變透鏡的焦距,其變焦原理類似于人眼的聚焦機理。從光學(xué)性能上說，液體透鏡的焦距是可以在使用過程中連續(xù)發(fā)生變化的。兩種液體的接觸表面的形變能力是影響液體透鏡自身變焦能力的關(guān)鍵因素，而由于液體透鏡口徑的尺寸大小限制及兩種液體接觸的光學(xué)表面的形變能力有限，導(dǎo)致變焦系統(tǒng)的倍率變化范圍受到限制，進而導(dǎo)致光學(xué)設(shè)計人員對液體透鏡變焦鏡頭100的系統(tǒng)設(shè)計成為攝像成像系統(tǒng)的一大難點，本實例采用的液體透鏡口徑大小為5mm，光焦度變化范圍為-0.02mm～0.02mm。本實施例中第一變焦組20的液體透鏡為變焦用，第二變焦組40的液體透鏡為補償用，第三變焦組70的液體透鏡既能夠輔助第一變焦組變焦，又能夠矯正像差。圖1和圖2分別為液體透鏡在短焦和長焦狀態(tài)下液體間的表面形狀組合形式，本實施例通過改變施加于液體透鏡的電壓，可以改變?nèi)M液體透鏡的焦距，從而使整個系統(tǒng)完成變焦距功能。變焦范圍完全由液體透鏡焦距變化范圍決定。三組液體透鏡焦距變化，液體交界球面曲率變化，利用三組液體透鏡自身矯正像差。圖1和圖。本實施例的液體透鏡變焦鏡頭100，滿足以下條件：1.TTL/fw<25，TTL是該液體透鏡變焦鏡頭的鏡頭總長，fw為該液體透鏡變焦鏡頭在廣角端的焦距,這樣能實現(xiàn)鏡頭結(jié)構(gòu)緊湊的要求；2.FS/FW＝6,保證基于液體透鏡變焦鏡頭變倍比達到6倍,FW為液體透鏡變焦鏡頭在廣角狀態(tài)的焦距，F(xiàn)S為液體透鏡變焦鏡頭在長焦狀態(tài)的焦距；3.液體透鏡變焦鏡頭100的像面采用1/3英寸CCD，成像范圍較大。液體透鏡變焦鏡頭100的各透鏡組還需要滿足表1～2所列的條件：表1參數(shù)廣角端望遠端EFFL5.19mm31.16mmWFNO4.997.05視場角120°5.50°像高3mm3mm表1中，EFFL表示：有效焦距；WFNO表示：F數(shù)，即f/d,f為液體透鏡變焦鏡頭的焦距，d為入射光瞳直徑。表2對本實施例的液體透鏡變焦鏡頭100的變焦能力分析如下：圖3為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在廣角端的場曲特性曲線圖；圖4為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在廣角端的畸變特性曲線圖；圖5為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在廣角端的MTF曲線圖；圖6為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在望遠端的場曲特性曲線圖；圖7為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在望遠端的畸變特性曲線圖；圖8為本發(fā)明的實施例中液體透鏡變焦鏡頭在望遠端的MTF曲線圖。在廣角端的像差特性曲線如圖3到5所示，在望遠端的像差特性曲線分別如圖6到8所示。變焦鏡頭在廣角端時，其液體透鏡結(jié)構(gòu)如圖1所示，固定組不變；變焦鏡頭在望遠端時，其液體透鏡結(jié)構(gòu)如圖2所示，固定組不變。變焦鏡頭在廣角端時，視場角為120°，導(dǎo)致此時系統(tǒng)畸變略大，但場曲扔保持在-0.10mm-0.10mm范圍內(nèi)。而此時基于衍射的多色調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)如圖5所示，最大空間頻率為100周期/mm，最低的MTF值扔保持30％以上，最低相對照度約為71％。這樣給定約6mm的圖像直徑和對探測器的選擇可以達到常規(guī)的分辨率要求。變焦攝像鏡頭在望遠端時，圖6總的子午場曲值(T)和弧矢場曲值(S)均控制在(-0.20mm～0.20mm)范圍內(nèi)，圖7可見，畸變在2％以內(nèi)，圖8的光學(xué)傳遞函數(shù)(MTF)中，最低的MTF值約為30％，最低相對照度約為86％。變焦攝像鏡頭在廣角端、中間端及望遠端的最低相對照度，對于現(xiàn)有技術(shù)的探測器而言是可以被接受的。由此可見，變焦攝像鏡頭的像差均能被很好的校正。實施例的作用與效果根據(jù)本實施例提供的液體透鏡變焦鏡頭，基于三組液體透鏡變焦鏡頭光學(xué)設(shè)計，通過添加固定組，實現(xiàn)6倍變焦且有效矯正像差，滿足清晰成像要求。同時基于三組液體透鏡的光學(xué)設(shè)計，充分利用液體透鏡自身互相矯正像差的特點矯正像差，具有固定組結(jié)構(gòu)簡單，鏡片數(shù)目少；系統(tǒng)允許裝配公差相對較大；所有鏡片均使用球面，加工成本低等優(yōu)勢；又由于本實施例的TTL/fw<25，這樣能實現(xiàn)液體透鏡變焦鏡頭結(jié)構(gòu)緊湊的要求。盡管上面對本發(fā)明說明書的具體實施方式進行了描述，以便于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。當前第1頁1 2 3