一种非球面双波段共焦变焦镜头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种非球面双波段共焦变焦镜头，从物方到像方依次包括负光焦度的前透镜组、光阑和正光焦度的后透镜组，前透镜组包括负光焦度的弯月形第一透镜、负光焦度的双凹形第二透镜和正光焦度的弯月形第三透镜，后透镜组包括正光焦度的双凸形第四透镜、负光焦度的弯月或双凹形第五透镜、正光焦度的双凸形第六透镜和正光焦度的双凸形第七透镜，第二透镜和第三透镜为胶合组件，第四透镜为非球面镜片。通过改变前透镜组和后透镜组的空气间隔，实现焦距的变化。通过合理设计并利用非球面镜片校正像差，使该镜头在较大相对孔径情况下的分辨率在可见光和红外光波段均高于一百万像素。该镜头共含七片透镜，结构紧凑，易于装配，有效控制了生产成本。
【专利说明】一种非球面双波段共焦变焦镜头
【技术领域】
[0001]本专利属于光机电一体化领域，涉及一种光学变焦镜头，尤其是采用非球面镜片的高分辨率日夜双波段共焦变焦镜头。
【背景技术】
[0002]焦距段在3.0-1Omm附近的日夜双波段变焦镜头，是目前安防监控领域应用最广泛的产品。所谓日夜双波段，是指镜头在白天通过可见光波段成像，夜间通过近红外光波段成像，且两波段成像点大致上共焦面，以保证镜头安装完成后，白天和夜间的影像都能保持清晰。随着高分辨率传感元件的制造工艺逐年成熟，高清摄像机越来越普及，市场对该类镜头的光学性能要求逐年增高，在可见光和红外光下都能达到百万像素以上分辨率的镜头才能适应全天候高清监控的需求。
[0003]另一方面，为了控制生产成本，光学结构紧凑、装配流程简单的产品将是市场的发展方向。采用非球面镜片，可以减少镜头所使用的镜片数量，减小镜头体积，降低生产装配成本，同时又能提高镜头的成像质量，特别是在达到较大相对孔径的情况下，使镜头维持较高分辨率。
[0004]目前，市面上可见光波段能达到百万像素以上高清成像的相关产品，通常要使用八片到九片球面镜片，且其在夜间红外波段只能达到约30万像素的分辨率，尚未达到较理想的双波段共焦成像。例如编号为200910112238.2的中国专利，名为“双波段光学变焦镜头”，焦距段为2.8-10mm，实现了可见光百万像素高清成像，但其采用九片球面镜片，生产成本较高。
[0005]若能利用非球面镜片开发出使用镜片数较少且日夜双波段都能高清成像的产品，将具有非常实用的市场价值。
【发明内容】
[0006]本专利的目的是设计一种光学镜片总数为七片，变倍比超过2.8倍，可见光与红外光成像能够共焦的光学变焦镜头。并且，所设计的镜头在白天可见光波段和夜间红外光波段的成像分辨率，均超过百万像素。为了在镜片片数较少、相对孔径较大的情况下满足上述技术指标，该镜头采用一片非球面镜片。该镜头需结构紧凑，装配便捷。
[0007]为实现上述目的，本专利采用的技术方案是:
[0008]一种非球面双波段共焦变焦镜头，包括负光焦度的前透镜组Gn、光阑和配置于前透镜组Gn像侧的具有正光焦度的后透镜组Gp，利用前透镜组Gn和后透镜组Gp之间的空气间隔变化来实现焦距的变化。更进一步的，通过在光轴上前后移动前透镜组Gn完成对镜头的调焦。
[0009]所述前透镜组Gn具有按物方到像方顺序依次排列的负光焦度弯月形第一透镜、负光焦度双凹形第二透镜和正光焦度弯月形第三透镜。负光焦度的第一透镜和第二透镜保证了前透镜组Gn具有足够的负光焦度，以满足广角端成像。所述的第二透镜和第三透镜为胶合组件，起到了减少色差的作用。
[0010]所述后透镜组Gp具有按物方到像方顺序依次排列的正光焦度双凸形第四透镜、负光焦度弯月或双凹形第五透镜、正光焦度双凸形第六透镜和正光焦度双凸形第七透镜。所述的第四透镜靠近光阑，至少有一面是非球面，通过光阑的全口径光束均能较大范围覆盖该透镜，以此利用非球面校正球差的作用，有效降低全系统的球差，实现大相对孔径条件下的清晰成像。
[0011]本专利光学镜头中的七个光学透镜的焦距和折射率及其十四个面的曲率半径分别满足以下条件:
[0012]-13.5 < fl < -11 1.68 < nl < 1.75 24 < Rl < 47 6 < R2 < 7.2
[0013]-13.5 < f2 < -11.6 1.49 < n2 < 1.62 -19 < R3 < -15 9 < R4 < 13.1
[0014]14.7 < f3 < 16.9 1.8 < n3 < 1.88 9 < R5 < 13.132<R6<62
[0015]光阑
[0016]7.9 < f4 < 9.6 1.67 < n4 < 1.75 5.9 < R7 < 8.5 -200 < R8 < -16
[0017]-9 < f5 < -7 1.8 < n5 < 1.88 35 < R9 < 500 6.1 < RlO <8.6
[0018]9 < f6 < 161.49 < n6 < 1.69 7.8 < Rll < 12.5 R12 < -10
[0019]16 < f7 < 45 1.49 < n7 < 1.70 14 < R13 < 5013 < R14
[0020]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…。
[0021]产品的主要光学指标:焦距f=3.2-9.2mm,变倍比为2.9倍，对应的视场角2ff=137.7° -41.8°，相对孔径F=L 8。在焦距为3.2mm的广角端，后截距大于6.5mm。
[0022]在可见光波段，按照上述方案制成的镜头在整个焦距段内各视场的光学传递函数MTF值在1501p/mm处都大于0.3，对应于1/2.7寸传感器，镜头达到了接近两百万像素的高清分辨率。对于850nm的红外波段，镜头在整个焦距段内各视场的光学传递函数MTF值在1201p/mm处都大于0.3，使夜间成像也达到了百万像素的分辨率，实现了较理想的共焦成像。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]附图1是本专利在变焦广角端(焦距3.2mm)时的光学系统示意图。
[0024]附图2是本专利在变焦望远端(焦距9.2mm)时的光学系统示意图。
[0025]附图3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。
[0026]附图4是本专利的实施例在变焦望远端时的球差、像散、畸变曲线图。
【具体实施方式】
[0027]附图1所示的一种非球面日夜双波段共焦变焦镜头，由负光焦度的前透镜组Gn、光阑和正光焦度的后透 镜组Gp组成，通过改变前透镜组Gn和后透镜组Gp的空气间隔，实现焦距的变化。更具体的，沿光轴方向移动后透镜组Gp，起到变倍的作用，沿光轴方向移动前透镜组Gn，起到补偿像面偏移的作用。当前后两组间隔最大时，镜头焦距最短，为变焦广角端；当前后两组逐渐靠近，镜头的焦距逐渐变长，直到两组间隔达到设计的最小间隔，此时的镜头焦距最长，为变焦望远端，如附图2所示。光阑置于前透镜组Gn和后透镜组Gp之间，用于控制镜头的通光量。
[0028]所述后透镜组Gp中最靠近光阑的第四透镜，其全口径上均最大限度地覆盖各个视场的光束，将其设计为非球面，并承担较大的光焦度，从而有效的降低了全系统的球差。第六透镜和第七透镜，尽可能采用低色散玻璃，以减少轴向色差，使可见光和红外光共焦，有力地提升红外波段的成像分辨率。
[0029]具体实施例:
[0030]前透镜组Gn具有按物方到像方顺序依次排列的负光焦度弯月形第一透镜L1、负光焦度双凹形第二透镜L2和正光焦度弯月形第三透镜L3，第一透镜LI和第二透镜L2通过隔圈紧靠装配，第三透镜L3和第二透镜L2胶合。
[0031]后透镜组Gp具有按物方到像方顺序依次排列的正光焦度双凸形第四透镜L4、负光焦度弯月形第五透镜L5、正光焦度双凸形第六透镜L6和正光焦度双凸形第七透镜L7，第四透镜L4和第五透镜L5通过隔圈紧靠装配，第五透镜L5和第六透镜L6直接紧靠装配，第七透镜L7和第六透镜L6通过隔圈紧靠装配。第四透镜L4为非球面镜片。
[0032]镜头的光学数据如下:
[0033]面号Rdη
[0034]I35.221.011.72
[0035]26.826.0
[0036]3-16.2820.71.52
[0037]410.6393.851.85
[0038]553.04(d5)
[0039]光阑S°o(ds)
[0040]76.75 (非球面)3.551.69
[0041]8-88.898 (非球面)0.2
[0042]9321.7092.221.84
[0043]107.090.12
[0044]118.592.551.50
[0045]12-16.6130.1
[0046]1334.23.781.69
[0047]14-78.302
[0048]这里,R表示对应镜面的曲率半径，d表示对应镜片的中心厚度或者空气间隔，η表示对应镜片的折射率，d5和ds是可变空气间隔，d5的变化范围是13.99-2.49，ds的变化范围是6.85-0.1。
[0049]第7面的圆锥常数K和非球面系数分别为:
[0050]K=-0.4916，A= 2.226546E-004，B=L 458801E-005，C=-L 116792E-007，D=3.702228E-008 ；
[0051]第8面的圆锥常数K和非球面系数分别为:
[0052]K=-435.961，Α=6.708587Ε-004，Β=3.915203Ε-005，C=~2.043297E-006，D=2.076191E-007 ；
[0053]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、等同替换等，均应落入本专利的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种非球面双波段共焦变焦镜头，包括负光焦度的前透镜组Gn、光阑和配置于前透镜组Gn像侧的具有正光焦度的后透镜组Gp，利用前透镜组Gn和后透镜组Gp之间的空气间隔变化来实现焦距的变化；所述前透镜组Gn包括负光焦度的弯月形第一透镜L1、负光焦度的双凹形第二透镜L2和正光焦度的弯月形第三透镜L3，所述后透镜组Gp包括正光焦度的双凸形第四透镜L4、负光焦度的弯月或双凹形第五透镜L5、正光焦度的双凸形第六透镜L6和正光焦度的双凸形第七透镜L7，所述的第二透镜L2和第三透镜L3为胶合组件；镜头中的七片光学透镜的焦距和折射率及其十四个面的曲率半径分别满足以下条件: -13.5 < fl < -11 1.68 < nl < 1.75 24 < Rl < 476 < R2 < 7.2 -13.5 < f2 < -11.6 1.49 < n2 < 1.62 -19 < R3 < -15 9 < R4 < 13.1 14.7 < f3 < 16.9 1.8 < n3 < 1.88 9 < R5 < 13.132<R6<62 光阑 7.9 < f4 < 9.6 1.67 < n4 < 1.75 5.9 < R7 < 8.5 -200 < R8 < -16 -9 < f5 < -71.8 < n5 < 1.88| 35 | < R9 < | 500 | 6.1 < RlO < 8.6 9 < f6 < 161.49 < n6 < 1.69 7.8 < Rll < 12.5 R12 < -10 16 < f7 < 451.49 < n7 < 1.70 14 < R13 < 5013 < R14 根据权利要求书I所述的非球面双波段共焦变焦镜头，其特征在于，第四透镜L4的两个表面均为非 球面。
2.根据权利要求书I所述的非球面双波段共焦变焦镜头，其特征在于:光学系统的焦距f=3.2-9.2mm，视场角2W=137.7° -41.8°，相对孔径F=L 8，后截距大于6.5mm。
【文档编号】G02B7/04GK203643677SQ201320870098
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】周明东, 李宇航, 黄跃东 申请人:福州开发区鸿发光电子技术有限公司