一种紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头，从物方到像方依次分布了五个透镜组，除第二透镜组光焦度为负值外，其余四个透镜组的光焦度都为正值；变焦镜头的焦距段为f=4.7-84.6mm，视场角2W=4°~67°，相对孔径F值为F1.6，光学传递函数MTF值140lp/mm处0.7视场内都大于0.3。
【专利说明】一种紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头【技术领域】
[0001]本专利属于光机电一体化领域，涉及一种大变倍比紧凑型变焦镜头，尤其是指变倍比超过15的变焦镜头。
【背景技术】
[0002]比起CXD图像传感器来，CMOS图像传感器在制造成本具有先天优势。随着CMOS工艺日益成熟，CMOS性能逐步到达或超过同规格的CCD，进而使得在安防领域应用大靶面(SP大成像面积)摄像机成为可能。这种所谓的大靶面是指比传统安防领域所应用的1/4"、1/3"规格要来得更大。大靶面的CMOS图像传感器突出的优势是，可以在成本不提高且保持单个像素感光能力基本不下降情况下，有效地提升成像分辨率。在中午强烈的阳光和清晨或傍晚弱光两个极端条件下使用，就要求在提高成像分辨率时，不能降低单个像素感光能力。这是安防摄像机区别于靶面大小相近的家用便携式相机的一个非常重要的技术特点，同时为了广泛应用则使得安防摄像机的成本要求也很重要。
[0003]安防领域有一类要求很高的镜头，摄远端与广角的焦距比很大，即变倍比很大，经常超过15倍，并且要求镜头体积小即紧凑型。这种情况下，通常使用靶面为1/4"、1/5"的摄像机和紧凑型大变倍比变焦镜头，但镜头的分辨率不高。现在，这类应用为了获得更高的分辨率，对就的摄像机其规格应逐步升级为1/3" — 1/2.5"，像素总数为两、三百万。不过，市场上的紧凑型大变倍比变焦镜头以1/4"、1/5"为主。个别紧凑型镜头的靶面和变倍比到达了要求，而分辨率却明显不足。如果开发出满足以上几点要求的镜头，可以弥补市场需求的空缺，具有良好 的应用前景。
【发明内容】
[0004]本专利的目的是设计一种变焦镜头，成像面积能达到1/2.5"，结构紧凑，总长度不超过90 mm，变倍比达到18，分辨率满足两百万像素摄像机的要求。为了同时满足这几项技术指标，本专利所述的变焦镜头采用了五个透镜组，合理布局各个透镜组以及各个镜片的光焦度(焦距的倒数)，以达到大靶面、大变倍比的要求；为了结构紧凑、高分辨率，使用了超低色散玻璃和高折射率的玻璃。
[0005]为实现上述目的，本专利采用的技术方案是:
[0006]一种紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头，从物方到像方依次分布了五个透镜组，除第二透镜组光焦度为负值外，其余四个透镜组的光焦度都为正值；变焦镜头的焦距段为f= 4.7-84.6 mm，视场角2W=4°~67°，相对孔径F值为Fl.6，光学传递函数MTF值140lp/mm处0.7视场内都大于0.3。
[0007]第二透镜组自物方至像方依次包含负光焦度镜片，由负、正两个透镜构成的负光焦度胶合双透镜，该透镜组最一片为负光焦度的镜片。
[0008]光学系统中的十四片光学透镜的焦距和折射率及其二十八个面的曲率半径分别满足以下条件:[0009]-120〈Π〈-115 1.8<nl<2.060〈R1〈7035〈R2〈45
[0010]100<f2<1101.4<η2<1.5 35〈R3〈45155〈R4〈165
[0011]80<f3<901.5<n3<l.7 40<R5<50430<R6<445
[0012]90<f4<1001.7<n4<l.8 30<R7<4060〈R8〈70
[0013]-12<f5<-81.8<n5<l.9 35〈R9〈406<R10<9
[0014]-ll<f6<-71.6<n6<l.7-50〈R11〈_45 5〈R12〈10
[0015]8<f7<121.9<n7<2.0 5〈R13〈1125〈R14〈30
[0016]-54<f8<-481.6<n8<l.7 -14〈R15〈_8 -16〈R16〈_12 [0017]7<f9<ll1.7<n9<l.8 8〈R17〈14-50〈R18〈_45
[0018]-18<fl0<-14 1.9<nl0<2.0 18〈R19〈24 6〈R20〈10
[0019]9<fll<141.6<nll<l.8 15〈R21〈20 -14〈R22〈_10
[0020]-25<fl2<-20 1.8<nl2<l.9 -14〈R23〈_10 -42〈R24〈_35
[0021]-20<fl3<-15 1.8<nl3<l.9 8〈R25〈124〈R26〈8
[0022]10<fl4<151.4<nl4<l.6 4<R27<855〈R28〈60
[0023]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=l，2，3…。
[0024]系统的光阑位于第三个透镜组面向物方的位置处。
[0025]从广角端到摄远端的变焦过程中，第二透镜组往像方移动；第四组在广角端向中焦端变化过程中由像方朝物方移动，在中焦端向摄远端变化过程中由物方朝像方移动。
[0026]【专利附图】
【附图说明】
[0027]附图1是本专利在变焦广角端(焦距4.70 mm)时的光学系统示意图。
[0028]附图2是本专利在变焦中焦端(焦距33.0 mm)时的光学系统示意图。
[0029]附图3是本专利在变焦摄远端(焦距84.6 mm)时的光学系统示意图。
[0030]附图4是本专利的实施例在变焦广角端时的球差、像散、畸变曲线图。
[0031]附图5是本专利的实施例在变焦中焦端时的球差、像散、畸变曲线图。
[0032]附图6是本专利的实施例在变焦摄远端时的球差、像散、畸变曲线图。
[0033]【具体实施方式】
[0034]附图1所示的一种紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头，物方到像方依次分布了五个透镜组，除第二透镜组光焦度为负值外，其余四个透镜组的光焦度都为正值。由第二透镜组的G2实现变焦功能，第四透镜组G4来相应的补偿运动实现像面保持稳定不动。这两个透镜组的运行，均在其它透镜组不动情况下，沿透镜的中心线即光轴移动来实现。从广角端到摄远端的变焦过程中，第二透镜组只向像方移动，不往物方移动；第四组在广角端向中焦端变化过程中由像方朝物方移动，如附图2所示；第四组在中焦端向摄远端变化过程中，由物方朝像方移，如附图3所示。
[0035]第一透镜组Gl从物方到像方依次分布双胶合透镜LI和L2、凸透镜L3、凸透镜L4。其中，凸透镜L4是通过所谓的“透镜分裂”设计方法产生的，以此减轻凸透镜L3的光焦度分担，在中焦端到摄远端起到减小第一透镜组的高级像差，从而提高该焦距段的像质。胶合透镜中的凸透镜L2使用了具有低色散、反常色散系数的光学玻璃，降低了镜头摄远端的色差影响，对提高像质很有帮助。[0036]第二透镜组G2自物方至像方依次包含了凹透镜L5，包含凹透镜L6和凸透镜L7的光焦度值为负的胶合双透镜，以及凹透镜L8。这三个均为负光焦度子镜组，本质上也是利用“透镜分裂”来减小第二透镜组的高级像差，进而提高了中焦端到摄远端的像差。其中，胶合透镜起到减小色差作用的功能。
[0037]第三透镜组G3自物方到像方依次包括了非球面镜片L9和凹透镜LlO。应用非球面类型的表面，使得镜片L9比起普通的球面镜片能承担更大的光焦度，提高镜头的相对孔径。此时，不使用“透镜分裂”方法是因为该镜片尺寸适中，使用非球面的成本不会太高。使用非球面对减小整体镜头的体积，实现紧凑化起到非常关键的作用。凹透镜LlO与非球面镜片L9共同起到降低色差的作用。
[0038]第四透镜组由凸透镜Lll和凹透镜12双胶合透镜构成。由于在整个变焦镜头光焦度分担较小，主要作用只是补偿变焦过程像面的移动，所以使用双胶合透镜就足够了。
[0039]第五透镜组由凸透镜L13和凹透镜14双胶合透镜构成，对前面四个透镜组所残留的像差起到补偿作用，对提高整个镜头的分辨率有很好的效果。
[0040]实施例:镜头的光学数据如下:
[0041]面号曲率半径厚度折射率.阿贝数
[0042]165.646 1.100 922866.208821
[0043]240.069 6.007 496998.815947
[0044]3160.100 0.150
[0045]446.517 5.048 608813.588806
[0046]5439.059 0.150
[0047]635.310 3.435 740999.526762
[0048]766.740 D7
[0049]838.771 0.800 834002.371846
[0050]97.637 4.035
[0051]10-49.684 0.800 637753.424210
[0052]117.893 3.077 922866.208821
[0053]1226.232 2.268
[0054]13-10.086 0.800 640002.602140
[0055]14-14.941 D14
[0056]光阑1.500
[0057]16 11.048 3.500 768419.492902
[0058]17 -48.860 1.219
[0059]1820.1411.200 922866.208821
[0060]19 8.757D19
[0061]20 18.704 3.154 693631.492330
[0062]21 -12.697 0.812 850260.323077
[0063]22-39.736 D22
[0064]23 10.481 0.800 850260.323077
[0065]24 6.0552.503 500469.660525[0066]25 57.410 4.8
[0067]26 平面0.750 516797.642123
[0068]27 平面1.000
[0069]其中，折射率是指d光折射率nd-1的数值，阿贝数是指vd乘以10000后得到的。
二者的数据由.符号分隔。最后一片是滤光片。
[0070]D7、D14、D19、D22所指的厚度在变焦过程中数值变化不固定，具体数值如下:
[0071]D7D14 D19D22
[0072]广角端0.700 29.126 10.335 2.682
[0073]中焦端22.886 6.940 2.998 10.020
[0074]摄远端28.771 1.055 12.417 0.600
[0075]第16 面的非球面系数为 A:-7.7374524769172e-005 ;B:-9.16594205915636e-007o 第 17 面的非球面系数为 K:-83.1829905394523 ；A:-2.14634640595763e-005 ；B:-6.90029384744964e_008。
[0076]以上所述 仅是本专利技术的一种优选实施方式，并不构成对本专利技术的限定，凡在本专利所述技术方案基础之上作出的任何修改、替换等，均应落入本专利的保护范围之内。
【权利要求】
1..一种紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头，其特征在于从物方到像方依次分布了五个透镜组，除第二透镜组光焦度为负值外，其余四个透镜组的光焦度都为正值；其所述变焦镜头的焦距段为f= 4.7 - 84.6 mm，视场角2W=4° -67°，相对孔径F值为Fl.6，光学传递函数MTF值140 lp/mm处0.7视场内都大于0.3。
2.根据权利要求1所述的紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头，其特征在于，第二透镜组自物方至像方依次包含负光焦度镜片，由负、正两个透镜构成的负光焦度胶合双透镜，该透镜组最一片为负光焦度的镜片。
3.根据权利要求1所述的紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头，其特征在于，光学系统中的五个透镜组所包含的十四片光学透镜的焦距和折射率及其二十八个面的曲率半径分别满足以下条件: -120〈fl〈-115 1.8<nl<2.0 60〈R1〈70 35〈R2〈45 100<f2<1101.4<n2<l.5 35〈R3〈45 155〈R4〈165 80<f3<901.5〈n3〈l.7 40<R5<50 430<R6<445 90<f4<1001.7〈n4〈l.8 30<R7<40 60〈R8〈70 -12<f5<-81.8<n5<l.9 35〈R9〈40 6<R10<9 -ll<f6<-71.6<n6<l.7 -50〈R11〈_45 5〈R12〈10 8<f7<121 .9<n7<2.0 5〈R13〈11 25〈R14〈30 -54<f8<-481.6〈n8〈l.7 -14〈R15〈_8 -16〈R16〈_12 7<f9<ll1.7<n9<l.8 8〈R17〈14 -50〈R18〈_45 -18<fl0<-14 1.9<nl0<2.0 18〈R19〈24 6〈R20〈10 9<fll<141.6<nll<l.8 15〈R21〈20 -14〈R22〈_10 -25<fl2<-20 1.8<nl2<l.9 -14〈R23〈_10 -42〈R24〈_35 -20<fl3<-15 1.8<nl3<l.9 8〈R25〈12 4〈R26〈8 10<fl4<151.4<nl4<l.6 4<R27<8 55〈R28〈60 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=l，2，3…。
4.根据权利要求3所述紧凑型大变倍比高分辨率变焦镜头，其特征在于系统的光阑位于第三个透镜组面向物方的位置处。
【文档编号】G02B15/173GK203811886SQ201320672198
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】陈金发, 陈俊杰, 林法官 申请人:福州开发区鸿发光电子技术有限公司