专利名称：一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦光学系统的制作方法
一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦光学系统技术领域：
本发明涉及涉及一种光学系统，尤其涉及一种应用于监控、照相 系统的分辨率高、变倍快速、体积小的光学系统。背景技术：
目前照相、安防用的变焦镜头普遍存在这样的缺点外形尺寸较 大；变倍时间长、分辨率低。现在只有少数镜头，在牺牲其它方面的 情况下改善某个方面，比如为了实现分辨率高，就要把体积做得很大， 变倍时间很长。
现在还没有克服以上全部缺点的镜头，所以现在市场上流行的照 相、安防用的变焦镜头，或体积较大、或变倍时间很长或分辨率低， 总有这样或那样的缺点，这在使用上有很大的局限性，不能满足消费 者的体积小、变倍快速、像面清晰等需要；再有现有变焦镜头，在变 焦过程中受机构限制，经常有变焦盲点，即在某一焦距附近分辨率较 差，成像不太清晰。
本发明是为了克服以上的缺点，特发明了一种新型变焦光学结 构，并采用先进的镜片加工工艺，最终在体积小的情况下实现了分辨 率高、变倍快速等功能。
发明内容
本发明克服了现有技术的分辨率不高、变倍时间长、体积大和像面不清晰的不足，而提供了一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦 光学系统。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下列技术方案 一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦光学系统，其特征是包 括有依次设置的、相互之间的间隔可以调节的第一透镜群、第二透镜 群、第三透镜群和用于调节后焦的第四透镜群，在第二透镜群和第三 透镜群之间设有随第三透镜群移动的利于控制第一透镜群和第四透 镜群口径的光阑，所述第一透镜群、第三透镜群、第四透镜'群的整体 焦距为正，第二透镜群的整体焦距为负，且第二透镜群的第一透镜焦 距也为负，所述第一、二、三透镜群在变倍过程中一起移动，使之快 速变倍。
如上所述的一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦光学系统， 其特征是所述的第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群、第四透镜群 的系统元件特性满足以下表达式fl>-f2，其中，fl为第一透镜群的 整体焦距，f2为第二透镜群的整体焦距。
如上所述的一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦光学系统， 其特征是在第四透镜群后面可设有感光芯片。
如上所述的一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦光学系统， 其特征是在第四透镜群与感光芯片之间还可设有滤光片或低通滤波 器。
本发明与现有技术相比具有如下的优点
41、 本发明的变焦镜头中镜片部分采用非球面镜片，而且调节四 个透镜群的整体焦距之间的比率，恰当的透镜群的数目及恰当的透镜 的数目，再有通过改变各透镜的中心厚度、表面曲率、材料、通光口
径等参数，实现了高分辨率；
2、 本发明的变焦镜头有前三个透镜群在变倍过程中一起移动， 而第四个透镜群直接进行补偿，再有透镜群的通光口径都较小以及采 用非球面和其它方面的改变，使其变倍速度快；
3、 本发明在变倍过程中多个透镜群一起移动，所以移动较少的 距离就能改变较大倍率，减小了光学系统的总长，光阑设在第二透镜 群和第三透镜群之间，即在整个系统中间(光线进入的方向为前，感 光芯片的位置为后)部分，这样既非常利于縮小第一透镜群的口径， 又很利于縮小第四透镜群的口径，再有在设计中考虑到了光阑位置所 产生的像差，故镜头体积比较小；
4、 现有变焦镜头普遍色彩还原性差，本发明设计时采用宽光谱， 且设计的理论解像力适当高于理论需要值，保证了图像锐利度和色彩 还原性；
5、 第四透镜群直接调节后焦，所以可直接调到最佳像面位置， 而且采用步进精度高的马达，这就彻底解决了传统镜头近距离成像不 清和调焦盲点的问题，这样同时也就提高了产品精度和产品可靠性本 发明的变焦镜头没有变焦盲点，，在整个变焦过程中全部能成清晰像;
6、 本发明的变焦镜头近距离成像清晰，在10mm近距时还能成 清晰像；7、本设计实现了5倍光学变焦，且采用自动对焦技术，这样彻 底实现了一个光学系统可以对不同距离的物体拍摄清晰的照片。
图l是本发明的示意图。具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述-.
一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦光学系统，包括有依次 设置的、相互之间的间隔可以调节的第一透镜群1、第二透镜群2、 第三透镜群3和用于调节后焦的第四透镜群4，在第四透镜群4后面 设有感光芯片5，在第二透镜群2和第三透镜群3之间设有随第三透 镜群3移动的利于控制第一透镜群1和第四透镜群4 口径的光阑6， 所述光阑6设在第二透镜群2和第三透镜群3之间，既有利于实现快 速变倍，也使该光学系统的体积变小。
所述第一透镜群l、第三透镜群3、第四透镜群4的整体焦距为 正，第二透镜群2的整体焦距为负，且第二透镜群2的第一透镜焦距 也为负，所述第一、二、三透镜群l、 2、 3在变倍过程中一起移动， 所述第一透镜群1、第二透镜群2第三透镜群3和第四透镜群4在变 倍或变焦过程中相对于相面的位置是变动的。
所述的第一透镜群1、第二透镜群2、第三透镜群3、第四透镜 群4的系统元件特性满足以下表达式fl>-￡2，其中，fl为第一透镜 群1的整体焦距，f2为第二透镜群2的整体焦距，fl>-f2有利于提高分辨率和倍率。在本实施例中，所述的第一透镜群l、第二透镜群2、 第三透镜群3、第四透镜群4中的镜片部分为非球面镜片。
分辨率高低主要通过以下五种方法实现1、调节fl、 f2、 fi、 f4 (即第一、二、三、四透镜群的整体焦距)之间的比值，在光学规格 确定的情况下，采用最合适的比值才能达到较高的分辨率，在本实施 例中，经过计算，约fl:f2:f3:f4二6:-l丄2比较合适;2、使用非球 面，在合适的位置加入适当的非球面有助于提高分辨率。在本实施例 中，第四个镜片和第六个镜片以及第十个镜片采用了非球面，使之在 减小体积的同时也提高了分辨率；3、增减各群透镜数目， 一般来说， 在光学规格确定的情况下，最恰当的透镜的数目才有助于提高分辨 率，在本实施例中，经过计算采用十个透镜最合适；4、增减透镜群 的数目， 一般来说，在光学规格确定的情况下，最恰当的透镜群的数 目才有助于提高分辨率，而本实施例中经过精确计算，本实施例采用 四个透镜群最合适；5、改变各透镜中心厚度、表面曲率、材料、通 光口径等参数。通过以上五种措施可设计出从低分辨率到高分辨率各 种不同分辨率的变焦镜头。
本光学系统的变倍快速主要是通过以下三种途径实现的1、三 个透镜群(即第一、二、三透镜群) 一起移动变倍，相较于一个透镜 群移动来变倍，在同等条件下，其透镜群的移动距离要小，所以变倍 时间也短；2、第四透镜群4整体焦距为正，把经过前面三个透镜群 的光线汇聚到像面，为调焦群，在变倍过程中，第一、二、三透镜群 1、 2、 3也可称为变倍群，在变倍群移动的同时，第四透镜群4同时移动，当变倍群移动到预定位置时，第四透镜群4也移动到预先设定 好的、使像面基本清晰(也可能己到最清晰)的位置，然后通过自动 对焦微调，使像面最清晰，相当于节省了调焦步骤，达到了縮短时间 的目的。3、本系统的四个移动透镜群的通光口径都较小，又采用非 球面减轻了体积和质量，所以便于马达驱动，也节约了一些时间。
体积小主要通过以下三种方法实现1、变倍时多个移动群同时 移动，所以移动较少的距离就能改变较大倍率，减小了光学系统的总 长，而本系统正学在变倍时前三个光学系统一起移动，故减小了光学
系统的总长。2、本系统的光阑6设在第二透镜群2和第三透镜群3 之间，处于整个系统中间(光线进入的方向为前，感光芯片5的位置 为后)部分，这样既非常利于縮小第一透镜群l的口径，又很利于縮 小第四透镜群4的口径。3、本发明设计中非常合理的考虑到了光阑 6(快门的开孔)位置所产生的像差，从而既合理分配了像差又使该快 门设计能实现量产化。
本光学系统在设计时采用宽光谱，且设计的理论解像力适当高于 理论需要值，保证了图像锐利度和色彩还原性。
所述第四透镜群4直接调节后焦，所以可直接调到最佳像面位 置，而且采用步进精度高的马达，这就彻底解决了传统镜头近距离成 像不清和调焦盲点的问题；这样同时也就提高了产品精度和产品可靠 性。
在第四透镜群4与感光芯片5之间设有滤光片或者低通滤波器7， 以过滤掉杂光或者干涉条纹，实现最佳的像面效果。下面举一500万像素、5倍光学变焦的实际设计案例 序号类型R值 间隔(厚度) 光学材料 通光口径
1标准33.7631.02ZF74>30
2标准19.0430.32Air<t>30
3标准20.72543.67Lak3
4标准-840.245.65Air4>25
标准114.380.77Lak53d>25
6标准5遍2.44Air
非球面20.0152.01ZF524>16
8标准-380.5Air4>12
9标准-15.630.6Lak524) 12
10标准-710.73.4Air4>12
光栏标准无穷大0.6Air<H2
12非球面4.6672.1Zk7(H2
13非球面-159,10.1Air4>12
14标准7.5121.7ZLaF52(H2
15标准-6.3770.52ZF4
16标准3.6525.8Air4>11
17非球面13.7552.15Zk74>11
18非球面-27.1543.31Air
像面无穷大
群组调焦移动范围:1， 2群组间隔lmm 18mm
2， 3群组间隔11.1mm 0.95mm
3， 4群组间隔3.5mm 9mm
4群组和像面间隔4.5mm 6.4mm
第7面非球面系数
K:-11.54535
A2:0
A4:-0細63845
A6:1.1898567e-5
A8:-2.3468753e-6
A10:画2.9456121e國7
A12:5.8765442e國8
A14:6,3127852e國9
A16:-1.2345614e-12
第12面非球面系数
K:0,2354257
A2:0
A4:画0.0003265789
A6:-2.5678524e曙4
A8:2.7853165e國6
A10:2.6578548e誦7
A12:6.36987513e-9A14:-4.125862e-10 A16:3.1458762e-12 第13面非球面系数 K: 100,56235 A2:0
A4:0扁85611225
A6:-5.2536578e曙4
A8:4.52354781e-6
A10:-2.4586146e-7
A12:5.5861235e-7
A14:-5.2147862e-9
第17面非球面系数
K:0.023564657
A2:0
A4:國0.065862357 A6:1.8935647e-3 A8:2.5487624e-5 A10:-2.5687924e-6
第18面非球面系数
K:O
A2:0
A4:0.15648612A6:1.5874635e-3
A8:-2.5638745e画4
A10:-2.658752e-权利要求
1、一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦光学系统，其特征是包括有依次设置的、相互之间的间隔可以调节的第一透镜群(1)、第二透镜群(2)、第三透镜群(3)和用于调节后焦的第四透镜群(4)，在第二透镜群(2)和第三透镜群(3)之间设有随第三透镜群(3)移动的利于控制第一透镜群(1)和第四透镜群(4)口径的光阑(6)，所述第一透镜群(1)、第三透镜群(3)、第四透镜群(4)的整体焦距为正，第二透镜群(2)的整体焦距为负且第二透镜群(2)的第一透镜焦距也为负，所述第一、二、三透镜群在变倍过程中一起移动。
2、 根据权利要求1所述的一种分辨率高、变倍快速、体积小的 变焦光学系统，其特征是所述的第一透镜群(1)、第二透镜群(2)、 第三透镜群(3)、第四透镜群(4)的系统元件特性满足以下表达式 fl>-f2，其中，fl为第一透镜群(1)的整体焦距，f2为第二透镜群(2)的整体焦距。
全文摘要
本发明涉及一种分辨率高、变倍快速、体积小的变焦光学系统，该光学系统能够解决分辨率低、变倍慢、体积大等问题，其包括有依次设置的相互之间的间隔可以调节的第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群和用于调节后焦的第四透镜群，在第二透镜群和第三透镜群之间设有随第三透镜群移动的利于控制第一透镜群和第四透镜群口径的光阑，所述第一透镜群、第三透镜群、第四透镜群的整体焦距为正，第二透镜群的整体焦距为负，且第二透镜群的第一透镜焦距也为负，所述第一、二、三透镜群在变倍过程中一起移动，使之快速变倍。其主要应用于应用于监控、照相系统等方面。
文档编号G02B15/16GK101666904SQ20081019831
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月5日 优先权日2008年9月5日
发明者肖明志, 邹文镔 申请人:中山联合光电科技有限公司