专利名称：一种低成本、高解像力的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，尤其是指一种低成本、高解像力的光学变焦镜头。
背景技术：
二组元光学变焦镜头一直在安防业占有很大的市场，在不使用非球面的前提下，一般采用9 11片镜片的光学结构。近年来，随着稀土元素价格高速上涨，光学玻璃特别是镧系玻璃的价格翻了好几番，这使镜头生产的成本增加，给从事中低端镜头生产的企业带来很大的压力，大大减少其销售业绩。本专利技术通过光学设计，研发出一种8组8片光学结构的二组元光学变焦镜头，减少了镜片的总数，有利于降低镜头的生产成本，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低成本、高解像力的光学变焦镜头。如图I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改变镜头焦距，通过移动第一透镜组G1，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。其中第一透镜LI和第二透镜L2为负透镜，第三透镜L3为正透镜，第一透镜LI和第三透镜L3都是月牙形透镜，整体向光阑弯曲。本专利的第二透镜组G2具有按物体一侧顺序排列的第四透镜为双凸镜片L4，第五透镜为双凸镜片L5，第六透镜为双凹镜片L6，第七透镜为双凸镜片L7，第八透镜为双凸镜片L8。其中第六透镜L6为负透镜，其前后各有两个双凸的正透镜，五个透镜形成一个对称的结构。本专利镜头是一 8组8片的光学结构，其中直径较大第一透镜组Gl的镜片采用重火石或重冕玻璃进行设计，有利于降低生产成本；直径较小的第二透镜组G2的镜片根据成像质量要求，可适当加入高折射率低色散的镧冕玻璃与重火石、重冕玻璃配合进行设计，保证镜头的成像质量要求。本专利的变倍比fT/fw > 2. 0，其中fT为本专利镜头在长焦时的焦距，fff为本专利镜头在短焦时的焦距。
图I是本专利在短焦时的光学系统示意图，其中S表示光阑，I表示像面。图2是本专利在长焦时的光学系统示意图，其中S表示光阑，I表示像面。图3是本专利第一实施例光学系统玻璃镜片的曲率半径和折射率的示意图，其中fli表示第i个镜片的焦距，单位为毫米；nli表示第i个镜片的折射率；Rli表示第i个镜面的曲率半径，单位为毫米= 1，2，3…。[0011]图4是本专利的第一实施例在短焦时MTF曲线。图5是本专利的第一实施例在长焦时MTF曲线。图6是本专利第二实施例光学系统玻璃镜片的曲率半径和折射率的示意图，其中f2i表示第i个镜片的焦距，单位为毫米；n2i表示第i个镜片的折射率；R2i表示第i个镜面的曲率半径，单位为毫米= 1，2，3…。图7是本专利的第二实施例在短焦时MTF曲线。图8是本专利的第二实施例在长焦时MTF曲线。
具体实施方式
如图I、图2所示，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。其中，所述的第一透镜LI和第三透镜L3都是凸面朝向物方，整体向光阑弯曲，有利于校正匹兹凡和。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，第五透镜为双凸镜片L5，第六透镜为双凹镜片L6，第七透镜为双凸镜片L7，第八透镜为双凸镜片L8，五个透镜形成一个对称的结构，有利于校正轴外像差。通过移动第二透镜组G2改变镜头焦距，通过移动第一透镜组G1，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3所示，本专利的第一实施例的光学系统中的八个光学透镜的焦距、折射率及其十六个面的曲率半径分别满足以下条件-15 < fll < -10 I. 6 < nil < I. 7 30 < Rll < 40 5 < R12 < 10-20 < fl2 < -15 I. 6 < nl2 < I. 7 -35 < R13 < -25 15 < R14 < 2020 < fl3 <25 I. 8 < nl3 < I. 9 10 < R15 < 16 40 < R16 < 60光阑
15 < f 14 < 201.6<nl4< 1.7 20 < R17 < 30-30 < R18 < -20
10< fl5< 151.6<nl5< 1.7 5 < R19 < 10-500 < RllO <-400
-10<fl6<-51.8<nl6< 1.9 -30 < Rlll <-205<R112< 10
15<fl7<201.6<nl7< 1.7 30<R113<40-20<R114<-15
15<fl8<201.6<nl8< 1.7 10<R115< 15-150< R116<-100其中fli表示第i个镜片的焦距，单位为毫米；nli表示第i个镜片的折射率；Rli表示第i个镜面的曲率半径，单位为毫米= 1，2，3…。为达到百万像素对应高像质的成像质量，同时为了有效控制成本，在本专利第一实施例中，直径较大的第一透镜组Gl避开高价格的镧系和重镧系玻璃，直径较小的第二透镜组G2的一些镜片采用了镧冕玻璃进行像差校正，从而提高本专利的成像质量。其中第一透镜LI和第二透镜L2采用重冕玻璃,第三透镜L3采用重火石玻璃,第四透镜L4和第五透镜L5采用镧冕玻璃，第六透镜采用重火石玻璃，第七透镜L7采用镧冕玻璃，第八透镜L8采用重冕玻璃。如图4、图5所示，本专利的第一实施例短焦和长焦中心视场的传递函数MTF值在1301p/mm处都大于O. 5，边缘视场的传递函数MTF值在1301p/mm处都大于O. 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，保证本实施例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。通过上述方案，本专利的第一实施例的短焦焦距为3. 15mm，视场角为112. 3°，长焦的焦距为9. 0mm，视场角为37. 5°，镜头的变倍比fT/fw = 2. 857。如图6所示，在本专利的第二实施例的光学系统中的八个光学透镜的焦距、折射率及其十六个面的曲率半径分别满足以下条件-20 < f21 < -15 I. 6 < n21 < I. 7 20 < R21 < 30 5 < R22 < 10-15 < f22 < -10 I. 6 < n22 < I. 7 -35 < R23 < -25 10 < R24 < 1520 < f23 <30 I. 8 < n23 < I. 9 10 < R25 < 15 30 < R26 < 40光阑
10< f24 < 151.6<n24< 1.7 10<R27< 15-40< R28 < -30
10< f25 <151.6 < n25 < I. 7 5 < R29 < 10-100 < R210 < -80
-10 < f26 < -51.8<n26< 1.9 -30<R211 <-205<R212< 10
20 < f27 < 301.6<n27< 1.7 100< R213< 120-20<R214<-15
15 < f28 < 201.6<n28< 1.7 10<R215< 15-40<R216<-30其中f2i表示第i个镜片的焦距，单位为毫米；n2i表示第i个镜片的折射率；R2i表示第i个镜面的曲率半径，单位为毫米= 1，2，3…。为进一步降低本专利成本，在本实施例中，除了第三透镜L3和第六透镜L6采用重火石玻璃，其它透镜都采用重冕玻璃，避开了高价格的镧系、重镧系玻璃。如图7、图8所示，本专利的第二实施例短焦和长焦中心视场的传递函数MTF值在901p/mm处都大于O. 5，边缘视场的传递函数MTF值在901p/mm处都大于O. 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*90*2*4. 8*90*2 = 559872 > 300000，说明第二实施例在进一步降低生产成本的同时其解像力仍然高于一般镜头的解像力。通过上述方案，本专利的第二实施例的短焦焦距为3. 2mm，视场角为105°，长焦的焦距为9. 2mm，视场角为34. 5°，镜头的变倍比fT/fw = 2. 875。
权利要求1.一种低成本、高解像力的光学变焦镜头，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Gl、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，使镜头在整个变焦范围内像面的位置固定不变，其中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 ;所述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，第五透镜为双凸镜片L5，第六透镜为双凹镜片L6，第七透镜为双凸镜片L7，第八透镜为双凸镜片L8。
2.根据权利要求I所述的一种低成本、高解像力的光学变焦镜头，其特征在于所述的第一透镜组Gl的第一透镜LI和第三透镜L3都是月牙形透镜，整体向光阑弯曲。
3.根据权利要求I所述的一种低成本、高解像力的光学变焦镜头，其特征在于所述的第二透镜组G2的第六透镜L6为负透镜，其前后各有两个双凸的正透镜，五个透镜形成一个 对称的结构。
4.根据权利要求I所述的一种低成本、高解像力的光学变焦镜头，其特征在于所述的光学变焦镜头的变倍比fT/fw > 2. O，其中fT为本专利镜头在长焦时的焦距，fff为本专利镜头在短焦时的焦距。
专利摘要一种低成本、高解像力的光学变焦镜头，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改变镜头焦距，通过移动第一透镜组G1，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。该镜头采用8组8片的光学结构，变倍比fT/fW＞2.0，其中fT为本专利镜头在长焦时的焦距，fW为本专利镜头在短焦时的焦距。
文档编号G02B1/00GK202533647SQ20122023237
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11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