专利名称：一种高解像力光学变焦镜头的制作方法
技术领域：
本专利属于光机一体化领域，涉及一种变焦镜头，尤其是指一种适应百万像素高 画质的光学变焦镜头。
背景技术：
焦距段在3. O-Smm附近的变焦镜头，广泛运用于学校、网吧、超市等公共场所。一 直以来，在安防业内具有很大的市场。近年来随着国内外安防业的发展，特别是网络视屏 监控的发展，人们对监控镜头成像质量的要求越来越高。镜头所成的像经摄像机转换成的 图像信号在传输的过程中会有损耗，传输的距离越远，损耗越大，还原出来的图像像质也越 差。一般，网络视屏监控体系中的监控室和摄像机的距离较远，视屏信号的损耗较大，如果 镜头的解像力不够，那么监视器上的图像就会失真，达不到监控目的。网络视屏监控体系使 用的镜头一般都是具有高解像力、实现百万像素对应的高画质的镜头。如日本腾龙公司生 产的型号为13VM308的变焦镜头，焦距段在3. 0-8mm，采用了非球面镜片及LD镜片，使其体 积小、像质高，能够满足网络监控对镜头像质的要求，同时也使其价格高居不下。本专利技 术通过光学设计，研发出焦距段在3. O-Smm附近、镜片材料全部采用普通玻璃、实现百万像 素对应的高画质的变焦镜头，能够有效控制生产成本，使镜头的售价较低，在市场竞争中将 具有一定的推广优势。
发明内容本专利的目的是设计一种焦距段在3. O-Smm,而且整个焦距段内具有实现百万像 素对应的高画质的光学变焦镜头。如图2所示，本专利从物方到像方依次包括负光焦度的第一透镜组G1、光阑和正 光焦度的第二透镜组G2。通过移动第二透镜组G2实现3. O-Smm的变焦；通过移动第一透 镜组Gl，补偿变焦后像面位置的变化，保证在整个变焦范围内像面的位置固定不变。本专利的第一透镜组Gl具有按物体一侧顺序排列的第一透镜为凸凹镜片Li、第 二透镜为双凹镜片L2和凸凹的第三透镜L3。所述的第一透镜Ll和第二透镜L3都采用弯 月形结构，有利于校正镜片的匹兹凡和，同时它们都向光阑弯曲，有利于校正轴外像差；所 述的第二透镜L2与第三透镜L3的距离较小，而且相邻的两个镜面的曲率半径大小相差不 大，符号相反，这种组合有利于减小和校正带球差，使得系统能够承受较大的相对孔径。本专利的正光焦度的第二透镜组G2具有按物体一侧顺序排列的第四透镜为双凸 镜片L4，第五透镜为凹凸镜片L5，第六透镜为双凸镜片L6，第七透镜为双凹镜片L7，第八 透镜为双凸镜片L8，第九透镜为双凸镜片L9。所述的第四透镜L4、第八透镜L8和第九透 镜L9都采用双凸结构，能够产生正的匹兹凡和，跟第一透镜组Gl产生的负匹兹凡和相互抵 消，从而有利于整个光学系统匹兹凡和的校正；所述的第六透镜L6和第七透镜L7为胶合组 件，有利于校正整个光学系统的位置色差；第八透镜L8和第九透镜L9为同一种镜片，组成 对称结构，在校正垂轴色差的同时产生正的初级球差，用于补偿前面镜片遗留下的负球差。
3[0007]如图5、图6及图7所示，上述的镜片结构组合的采用，使镜头的各种像差得到较 好的平衡和校正，在整个焦距段内各个视场的光学传递函数MTF值在1301p/mm处都大于 0. 3，对应于1/3寸靶面，镜头的成像质量能够适应的像素值为3. 6*130*2*4. 8*130*2 = 1168128 > 1000000，保证镜头的解像力在整个焦距段内都能实现百万像素对应的高画质。本专利光学系统中的九个光学透镜的焦距、折射率及其十八个面的曲率半径分别 满足以下条件-20 < fl < -151.6 < nl < 1.722 < Rl < 295 < R2 < 10[0010]-15 < f2 < -101.6 < n2 < 1.7-33 < R3 < -258 < R4 < 14[0011]15 < f3 < 251.8 < n3 < 1.98 < R5 < 1433 < R6 < 41[0012]光阑[0013]15 < f4 < 201.7 < n4 < 1.860 < R7 < 70-17 < R8 < -10[0014]-42 < f5 < -301.7 < n5 < 1.8-12 < R9 < -7-19 < RlO < -13[0015]20 < f6 < 301.6 < n6 < 1.79 < Rll < 15-19 < R12 < -11[0016]-16 < f7 < -101.8 < n7 < 1.9-19 < R12 < -1110 < R13 < 16[0017]15 < f8 < 201.7 < n8 < 1.8150 < R14 < 165-18 < R15 < -11[0018]15 < f9 < 201.7 < n9 < 1.!B11 < R16 < 18-165 < R17 < -150这里，fi表示第i个镜片的焦距，单位为毫米；ni表示第i个镜片的折射率；Ri表 示第i个镜面的曲率半径，单位为毫米；i = 1，2，3…。通过上述方案的实施，使整个光学系统的焦距段f = 3. 0-8. Omm,视场角2W = 102° -44°，相对孔径F = 1. 4，成像靶面达到1/3寸。
图1是镜头组件结构图，包括光学系统和机械部件。图2是焦距在3mm时的光学系统示意图，第一透镜组Gl与第二透镜组G2距离最 远，为系统调像的基准位置，其中S表示光阑，I表示像面。图3是焦距在8mm时的光学系统示意图，第一透镜组Gl和第二透镜组G2都向光 阑的方向移动，其中S表示光阑，I表示像面。图4是光学系统玻璃镜片的曲率半径和折射率的示意图，其中fi表示第i个镜片 的焦距，单位为毫米；ni表示第i个镜片的折射率；Ri表示第i个镜面的曲率半径，单位为 毫米；i = 1，2，3…。图5是光学系统焦距为3mm时的MTF曲线。图6是光学系统焦距为5. 3mm时的MTF曲线。图7是光学系统焦距为8mm时的MTF曲线。
具体实施方式
如图1所示，本专利具有一个负光焦度的透镜组G1、光阑和具有正光焦度的透镜 组G2，利用负透镜组Gl和正透镜组G2之间的空气间隔变化来实现3. O-Smm的变焦。所述 负透镜组Gl装在径向设有三个导钉的前组镜筒(1)内，正透镜组G2装在径向设有三个导 钉的后组镜筒(5)内，前组镜筒(1)和后组镜筒(5)装在有螺旋形通槽的主筒(3)内，前、后组镜筒通过导钉主筒连接，使前、后组镜筒能在主筒内螺旋上下滑动，通过分别调整前后 组的各具有三个直槽的前调整凸轮(2)和后调整凸轮(4)，实现改变负透镜组Gl和正透镜 组G2之间的空气间隔，从而达到变焦的目的。如图2所示，本专利中的第一透镜组Gl具有按物体一侧顺序排列的第一透镜为凸 凹镜片Li、第二透镜为双凹镜片L2和凸凹的第三透镜L3。本专利中的第二透镜组G2具有 按物体一侧顺序排列的第四透镜为双凸镜片L4，第五透镜为凹凸镜片L5，第六透镜为双凸 镜片L6，第七透镜为双凹镜片L7，第八透镜为双凸镜片L8，第九透镜为双凸镜片L9，所述的 第六透镜L6和第七透镜L7为胶合组件，第八透镜L8和第九透镜L9为同一种镜片，组成对 称结构。通过移动第二透镜组G2实现3. O-Smm的变焦；通过移动第一透镜组Gl，补偿变焦 后像面位置的变化，保证在整个变焦范围内像面的位置能够固定不变。如图2所示，通过调节后组镜筒(5)带动正透镜组G2向像方方向移动到底，通过 调节前组镜筒⑴带动负透镜组Gl向像方反向移动到底，此时Gl和G2的距离达到最大值， 光学系统处于短焦位置，焦距为3mm。如图3所示，在光学系统的焦距达到极值3. Omm后，保持像面位置不变，调节后组 镜筒(5)带动正透镜组G2向像方反向移动到底，调节前组镜筒(1)带动负透镜组Gl向像 方方向移动直至像面清晰，此时光学系统处于长焦位置，焦距为8mm。本专利采用负、正两组透镜组结构，整个镜头系统结构紧凑，操作便捷，镜片全部 采用国产玻璃。镜头的焦距f = 3. 0-8. 0mm，视场角2W = 102° -44°，相对孔径F = 1. 4， 各个视场的光学传递函数MTF值在1301p/mm处都大于0. 3，因此该镜头的解像力能够实现 百万像素对应的高画质。
权利要求一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于从物方到像方依次包括负光焦度的第一透镜组G1、光阑和正光焦度的第二透镜组G2，移动第二透镜组G2改变镜头焦距，移动第一透镜组G1，补偿变焦后像面位置的变化，使整个变焦范围内像面的位置固定不变，其中所述的光学变焦镜头的焦距段f＝3.0 8.0mm，视场角2W＝102° 44°，相对孔径F＝1.4，光学传递函数MTF值在1301p/mm处都大于0.3。
2.根据权利要求1所述的一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于所述的负光焦度的 第一透镜组Gl具有按物体一侧顺序排列的第一透镜为凸凹镜片Li、第二透镜为双凹镜片 L2和凸凹的第三透镜L3。
3.根据权利要求1所述的一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于所诉的正光焦度的 第二透镜组G2具有按物体一侧顺序排列的第四透镜为双凸镜片L4，第五透镜为凹凸镜片 L5，第六透镜为双凸镜片L6，第七透镜为双凹镜片L7，第八透镜为双凸镜片L8，第九透镜为 双凸镜片L9。
4.根据权利要求1所述的一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于所诉的正光焦度的 第二透镜组G2中，第六透镜L6和第七透镜L7为胶合组件；第八透镜L8和第九透镜L9为 同一种镜片，组成对称结构。
5.根据权利要求1所述的一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于，光学系统中的九 个光学透镜的焦距、折射率及其十八个面的曲率半径分别满足以下条件-20 < fl < -15 -15 < f2 < -10 15 < f3 < 25 光阑15 < f4 < 20 -42 < f5 < -30 20 < f6 < 30 -16 < f7. < -10 15 < f8 < 20 15 < f9 < 201. 6 < nl < 1 1. 6 < n2 < 1 1. 8 < n3 < 11. 7 < n4 < 1 1. 7 < n5 < 1 1. 6 < n6 < 1 1. 8 < n7 < 1 1. 7 < n8 < 1 1. 7 < n9 < 1722 < Rl < 297-33 < R3 < -25 98 < R5 < 14860 < R7 < 708-12 < R9 < -779 < Rll < 159-19 < R12 < -118150 < R14 < 165 811 < R16 < 185 < R2 < 10 8 < R4 < 14 33 < R6 < 41-17 < R8 < -10 -19 < RlO < -13 -19 < R12 < -11 10 < R13 < 16 -18 < R15 < -11 -165 < R17 < -150其中，fi表示第i个镜片的焦距，单位为毫米；ni表示第i个镜片的折射率；Ri表示第 个镜面的曲率半径，单位为毫米；i = 1，2，3…。
专利摘要一种高解像力光学变焦镜头，属于光机一体化领域，从物方到像方依次包括负光焦度的第一透镜组G1、光阑和正光焦度的第二透镜组G2，通过移动第二透镜组G2实现3.0-8mm的变焦，移动第一透镜组G1，补偿变焦后像面位置的变化，使整个变焦范围内像面的位置固定不变。在整个焦距段内，镜头的光学传递函数MTF值在1301p/mm处都大于0.3，保证其解像力在整个焦距段内都能实现百万像素对应的高画质。而且该镜头的各个镜片材料都采用普通玻璃，能够有效控制生产成本，使镜头的售价较低，在市场竞争中将具有一定的推广优势。
文档编号G02B15/177GK201707493SQ20102025227
公开日2011年1月12日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者周明东, 郑志明, 陈金发 申请人:福州开发区鸿发光电子技术有限公司