专利名称：小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统的制作方法
技术领域：
小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统技术领域：
本实用新型涉及一种光学系统，尤其涉及一种应用于监控、照相 系统的体积小、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统。背景技术：
目前照相、安防用的中型或大型变焦镜头普遍存在这样的缺点 外形尺寸较大、变焦后不能保证对不同距离的物体摄像时达到清楚， 需要再次调焦，而再次调焦的系统结构复杂6这类型的镜头，在成本 高昂的同时，体积较大，重量较重，且增加使用难度和增加调节时间。 这在使用上有很大的局限性，不能满足消费者的便于携带、方便隐藏、 便宜、及操作简单等需要.
实用新型内容
本实用新型目的是克服了现有技术中的不足而提供了体积小、大 光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统5
为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用下列技术方案
小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特 征在于包括有相邻之间可以相互调节间距的第一透镜群、第二透镜 群、第三透镜群和第四透镜群以及感光芯片，在所述第三透镜群设有 光阑，所述第三透镜群的第一透镜为塑料非球面透镜，所述第四透镜 群为一塑料非球面透镜6如上所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学 系统，其特征在于所述的第一透镜群的组合焦距为正，第二透镜群的 组合焦距为负，第三透镜群和第四透镜群的组合焦距都为正。
如上所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学 系统，其特征在于所述的第一透镜群、第二透镜群的系统元件特性满 足以下表达式fl>-G，其中，fl为第一透镜群的组合焦距，f2为 第二透镜群的组合焦距。
如上所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光 学系统，其特征在于第三透镜群的第一透镜和第四透镜群的非球面表 面形状满足以下方程Z=cy2/ {1丰V [1- (l#k) Cy]} +a y丰a 2y4+ a 3y6+ a 4y8+ a ,10+ a 6y12+ a "14+ a sy160
本实用新型与现有技术相比具有如下的优点
1、 现有变焦镜头在调节变焦、补偿两透镜群后，还需调变焦透
镜或变焦透镜群，才能成清晰像；本实用新型的变焦镜头在变焦时只 需调节变焦第二透镜群和补偿第四透镜群两透镜群，就可成清晰像。 这样不但方便调节，还大大节省了调节时间，达到快速变倍目的，同 时还去掉了调焦所需的复杂结构，节约了成本，减小了体积和重量， 提高了产品的可靠性。
2、 本实用新型的变焦镜头锐利度高、颜色分明，色彩还原性好。
3、 本实用新型把光阑设在第三透镜群，在其他条件同样的情况下， 极大縮小了第一透镜群的体积，这对减小整机体积和重量，贡献极大。
4、 现有高倍率、快变焦镜头，在变焦过程中受机构限制，经常有焦盲点，即在某一焦距附近分辨率较差，成像不清晰；本实用新型的 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
5、现有高倍率、快变焦镜头，近距离成像不清晰；本实用新型 的变焦镜头近距离成像清晰，在10mm近距时还能成清晰像。6、采 用塑料非球面透镜代替部分玻璃球面透镜，既减小了体积，又减轻了 重量，同时降低了成本。
7、本设计实现了 12倍光学ZOOM(变焦)，且采用AF(自动对焦) 技术，这样彻底实现了一个光学系统可以同时对不同距离的物体成 拍摄清晰的照片。
图l是本实用新型剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细描述
如图1所示，小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光 学系统，包括有相邻之间可以相互调节间距的第一透镜群l、第二透 镜群2、第三透镜群3和第四透镜群4以及感光芯片5。由于第一透 镜群1和第二透镜群2之间的间隔是可变的、第二透镜群2和第三透 镜群3之间的间隔是可变的、第三透镜群3和第四透镜群4之间的间 隔是可变的、第四透镜群4和感光芯片5之间的间隔是可变的，故通 过改变这四个可变的空气间隔，可达到使镜头的焦距改变的目的.关 于如何实现第一透镜群l、第二透镜群2、第三透镜群3和第四透镜 群4以及感光芯片5之间可以相互调节间距的问题，本人于2007年11月20日提交一相关专利申请，里面详细介绍了利用机构实现调节 间距的问题，其专利号为ZL200720193328.5，名称为 一种高倍率、 小体积、快速变倍的变焦光学系统。
在所述第三透镜群3设有光阑12，首先由于光阑12设在第三透 镜群3的整个系统中间靠后部分，这样既利于縮小第一透镜群的口 径，又利于控制第四透镜群4的口径；其次是所述第四群4既是补偿 群，又是调焦群，在其移动时，为变倍补偿的同时，也调整了后焦， 这就去掉了为调焦而设的复杂机构；
所述第三透镜群3的第一透镜31为塑料非球面透镜，所述第四 透镜群4为一塑料非球面透镜。第三透镜群3的第一透镜31采用塑 料非球面透镜，这样既减小了体积，又减轻了重量，同时降低了成本6
所述的第一透镜群1整体焦距为正，达到汇聚光线的目的。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6焦距也为负， 整群在移动过程中使整个系统的焦距改变，达到变倍的目的，又称为 变倍群。
首先所述的第四个透镜群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，其既是补偿群，又是调焦群6在变倍过程中； 变倍群移动的同时，第四个透镜群4同时移动，当变倍群移动到预定 位置时，第四个透镜群4也移动到预先设定好的、使像面基本清晰的 位置，然后通过自动对焦微调，使像面最清晰；相当于节省了调焦这 一步骤，达到了縮短时间的目的。再有，两个移动群的通光口径都较 小，在变倍和调焦过程中移动距离都较短，这样变倍时就会花费较少的时间。通过上述两种途径安排，使得其变倍能快速实现。
在所述的第一透镜群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〉-G。其中，fl为第一透 镜群1的组合焦距，Q为第二透镜群2的组合焦距。通过调节fl、 f2 之间的比值、调整fl的数值大小、使用非球面及增减各群透镜数目> 可设计出从小倍率到大倍率到超大倍率各种不同倍率、不同规格的变 焦镜头。
第三透镜群3的第一透镜31和第四透镜群4的非球面表面形状 满足以下方程Z=cy2/ [1- (1+k) c2y2]} + a ,y2+a 2y4+a 3y6+
S4y8+Q5yW+a一2+G^"牛c^6。在公式中，参数c为半径所对应 的曲率，y为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)，k为圆锥二次 曲线系数。当k系数小于-l时面形曲线为双曲线，等于-l时为抛物 线，介于-1到0之间时为椭圆，等于0时为圆形，大于O时为扁圆 形6 cn至a8分别表示各径向坐标所对应的系数，通过以上参数可以精 确设定透镜前后两面非球面的形状尺寸。
所述第四透镜群直接调节后焦，所以可直接调到最佳像面位置， 而且采用高精度的步进马达，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。
下面举一 22倍变焦的实际设计案例 序号 类型R值(1/C)厚度 光学材料 直径 l画a 标准42.51 1.05 ZF6 4>20
l-b，2-a标准19.46 3.45 Lak3 4>202-b 标准 240.320.25Air<J)20
3-a 标准 18.562.5Lak3<M4
3-b 标准 52.3481.05Air<H4
4-a 标准 18.560.5LaF4(HO
4-b 标准 6.482.85Air4>10
5-a 标准 -10.5360.65K9<H0
5-b,6-a 标准 9.3561.5zf74>10
6-b标准 125.322.52Air4>10
12光栏无穷大1.05Air<J>9
7-a 非球面 15.312.5E48R4>10
7國b 非球面-12.6931.5Air<H0
8-a 标准 33.452.56K94>8
8-b，9"a标准 -33.451.15zf74>8
9-b 标准 33.451.5Air4>8
10-a非球面 42.563.5E48R4>8
10"b非球面 -10.988.5Air4>1:
像面无穷大
非球面参数如下
第7-a面系数 K: 0.25389 a i : 0
a2 : 0: 0.0091035594a 3 : 0: 0.0584678
a 4 : 0: -0細6785
a 5 : 0: 0.0007856
a6 : 0: 0.0000011426
a 8: 0
第7-b面系数 K: -0.39425 a i : 0
a 2: -0.0181046693 a 3: 0扁5673 a 4: 0.0246432 a 5: 0.0000385 a6: 0,00,01925 a7: 0 a8: 0
第lO-a面系数 K: -1.38342 a i : 0
a 2: -0,0172046755 a3: -0.0643783 a 4: 0.0325632a 5: -0.0014565 a6: 0扁00079S5 a 7: 0 a8: 0
第18面系数 K: 45.38525 a 1: 0
a 2: 0,01046321 a 3: 0.0794253 a 4: 0.1247892
a6: 0.000000 1824 a7: 0 a 8: 0
群组调焦移动范围
1， 2群组间隔1.05mm: 12.25mm
2* 3群組间隔1.05mm-12.25mm
3， 4群组间隔lmm-8.2mm
4群组和像面间隔8.5mm-15.7mm
权利要求1、小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于包括有相邻之间可以相互调节间距的第一透镜群(1)、第二透镜群(2)、第三透镜群(3)和第四透镜群(4)以及感光芯片(5)，在所述第三透镜群(3)设有光阑(12)，所述第三透镜群(3)的第一透镜(31)为塑料非球面透镜，所述第四透镜群(4)为一塑料非球面透镜。
2、 根据权利要求1所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本 的高倍率变焦光学系统，其特征在于所述的第一透镜群(1)的组合 焦距为正，第二透镜群(2)的组合焦距为负，第三透镜群(3)和第 四透镜群(4)的组合焦距都为正6
3、 根据权利要求2所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本 的高倍率变焦光学系统，其特征在于所述的第一透镜群(1)、第二透 镜群(2)的系统元件特性满足以下表达式fl>-f2，其中，fl为第 —透镜群(1)的组合焦距，f2为第二透镜群(2)的组合焦距。
4、 根据权利要求2或3所述的小体积、大光圈、快对焦、低 成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于第三透镜群(3)的第一透 镜(31)和第四透镜群(4)的非球面表面形状满足以下方程Z^y2/<formula>formula see original document page 2</formula>
专利摘要本实用新型公开了小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，更具体来说是涉及一种应用于监控、照相系统的光学系统。它包括有相邻之间可以相互调节间距的第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群和第四透镜群以及感光芯片，在所述第三透镜群设有光阑，所述第三透镜群的第一透镜为塑料非球面透镜，所述第四透镜群为一塑料非球面透镜。第一透镜群的组合焦距为正，第二透镜群的组合焦距为负，第三透镜群和第四透镜群的组合焦距都为正。本实用新型具有体积小、大光圈、快对焦、低成本等特点。
文档编号G02B13/18GK201397419SQ20092005228
公开日2010年2月3日 申请日期2009年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者李建华, 肖明志 申请人:中山联合光电科技有限公司