小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的制作方法

本发明属于光学器件
技术领域：
，尤其涉及一种小型超大孔径星光级超广角变焦镜头。
背景技术：
：星光级的概念在安防行业逐渐深入人心，与传统监控摄像机白天彩色夜晚黑白的模式对比，其日夜全彩的画面给安防监控带来了截然不同的效果。星光级相机的硬件基础必须依托高灵敏度的星光级成像芯片，与大孔径光学镜头。目前常见的广角变焦镜头通常具备f1.6～1.8的光圈，解析度能满足3百万像素的要求。但是对于星光级的概念来说这仍然不够，因此需要研发一种新型的广角变焦镜头使其能够满足星光级的要求。此外，广角变焦镜头由于视野宽阔，可以监控更大范围的目标，但是超大的视角带来的是难以矫正的轴外像差，超大孔径的广角变焦镜头聚焦难度将会成倍提升。而且传统的广角变焦镜头大都采用二组元光学系统，这种结构的优点是结构简单，因此其在以往倍率及相对孔径要求不大的光学系统中得到广泛应用，其通常也能获得像质较好的结果。但是在大孔径光学系统的应用上其相对简单的结构无法在倍率、相对孔径、像质以及体积上取得平衡。有鉴于此，本发明旨在提供一种小型超大孔径星光级超广角变焦镜头，其采用三组元、8个玻璃球面镜片加2个玻璃非球面镜片的光学结构，能够达到f1.0超大光圈，3.5倍以上的变焦倍率，视场角范围为32度以下到145度以上，同时拥有600万像素以上的分辨率，光学总长小于51mm，整个镜头将性能与体积完美的结合起来，具备广阔的市场前景。技术实现要素：本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种小型超大孔径星光级超广角变焦镜头，其采用三组元、8个玻璃球面镜片加2个玻璃非球面镜片的光学结构，能够达到f1.0超大光圈，3.5倍以上的变焦倍率，视场角范围为32度以下到145度以上，同时拥有600万像素以上的分辨率，光学总长小于51mm，整个镜头将性能与体积完美的结合起来，具备广阔的市场前景。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：小型超大孔径星光级超广角变焦镜头，包括从物方到像方依次排列的补偿组、固定组和变倍组，所述补偿组的总光焦度为负，所述固定组的总光焦度为正，所述变倍组的总光焦度为正，并且所述补偿组的焦距ff'与所述变倍组的焦距bf'之间满足如下关系式：0.35<|ff'/bf'|<1.87；通过改变变倍组与补偿组的相对位置来达到变焦的目的，焦距变倍比大于3.5。所述固定组的焦距gf'与fw和ft之间分别满足如下关系：6<|gf'/fw|<25.5；2<|gf'/ft|<15.3；其中，fw为镜头处于广角端时的焦距，ft为镜头处于望远端时的焦距。作为本发明小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的一种改进，所述补偿组包括从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为双凹负光焦度透镜，所述第三透镜为凸凹正光焦度透镜。作为本发明小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的一种改进，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜均为玻璃球面镜片，所述第一透镜与所述第二透镜之间通过镜片边缘承靠，所述第二透镜和所述第三透镜之间通过隔圈承靠。作为本发明小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的一种改进，所述固定组包括正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的朝向物方的一面为凸面、凹面或平面，所述第四透镜的朝向像方的一面为凸面、凹面或平面。作为本发明小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的一种改进，所述第四透镜为玻璃非球面透镜。当变焦镜头变焦时，孔径光栏与第四透镜位置固定不动，而补偿组与变倍组可选择性移动。作为本发明小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的一种改进，所述变倍组包括从物方到像方依次排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度透镜，所述第六透镜为负光焦度透镜，并且所述第六透镜的朝向物方的一面为凹面、平面或凸面，所述第六透镜的朝向像方的一面为凹面；所述第七透镜为双凸正光焦度透镜，所述第八透镜为双凸正光焦度透镜，所述第九透镜为双凹负光焦度透镜，所述第十透镜为正光焦度透镜，所述第十透镜的朝向物方的一面为凸面，所述第十透镜的朝向像方的一面为凸面、平面或凹面。作为本发明小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的一种改进，所述第五透镜为玻璃非球面透镜。作为本发明小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的一种改进，所述第五透镜和所述第六透镜之间通过隔圈承靠，所述第六透镜和所述第七透镜之间通过光学胶粘合，所述第七透镜和所述第八透镜之间通过隔圈承靠，所述第八透镜和所述第九透镜之间通过光学胶粘合，所述第九透镜和所述第十透镜之间通过隔圈承靠。作为本发明小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的一种改进，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十透镜的焦距和折射率分别满足以下条件：其中，f1至f10分别为所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十透镜的焦距，n1至n10分别为所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十透镜的折射率。作为本发明小型超大孔径星光级超广角变焦镜头的一种改进，所述第四透镜和所述第五透镜的非球面镜片满足以下公式：其中：z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c＝1/r，r表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8为高次非球面系数。相对于现有技术，本发明通过使用三个组元(补偿组、固定组和变倍组)，并使用8个玻璃球面镜片加2个玻璃非球面镜片的光学结构可以有效地减小镜头的体积，提高镜头的倍率与相对孔径。与此同时本发明还具有较高的分辨率，而且本发明通过合理搭配镜片的材质，使得镜头可以在-40℃-+80℃的环境下使用不跑焦，亦可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度均在600万像素以上，最大光圈达到f1.0，并具有3.5倍以上的变焦倍率，视场角范围为32度以下到145度以上，光学总长小于51mm，整个镜头将性能与体积完美的结合，因此具备广阔的市场前景。附图说明图1为本发明处于广角端的光学结构示意图。图2为本发明处于望远端的光学结构示意图。具体实施方式以下将结合具体实施例对本发明及其有益效果作进一步详细的说明，但是，本发明的具体实施方式并不局限于此。如图1和图2所示，本发明提供的一种小型超大孔径星光级超广角变焦镜头，包括从物方到像方依次排列的补偿组、固定组和变倍组，补偿组的总光焦度为负，固定组的总光焦度为正，变倍组的总光焦度为正，并且补偿组的焦距ff'与变倍组的焦距bf'之间满足如下关系式：0.35<|ff'/bf'|<1.87；通过改变变倍组与补偿组的相对位置来达到变焦的目的，焦距变倍比大于3.5。固定组的焦距gf'与fw和ft之间分别满足如下关系：6<|gf'/fw|<25.5；2<|gf'/ft|<15.3；其中，fw为镜头处于广角端(如图1所示)时的焦距，ft为镜头处于望远端(如图2所示)时的焦距。其中，补偿组包括从物方到像方依次排列的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3，第一透镜1为凸凹负光焦度透镜，第二透镜2为双凹负光焦度透镜，第三透镜3为凸凹正光焦度透镜。第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3均为玻璃球面镜片，第一透镜1与第二透镜2之间通过镜片边缘承靠，第二透镜2和第三透镜3之间通过隔圈承靠。固定组包括正光焦度的第四透镜4，第四透镜4的朝向物方的一面为凸面、凹面或平面，第四透镜4的朝向像方的一面为凸面、凹面或平面。第四透镜4为玻璃非球面透镜。当变焦镜头变焦时，孔径光栏与第四透镜4位置固定不动，而补偿组与变倍组可选择性移动。变倍组包括从物方到像方依次排列的第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10，第五透镜5为双凸正光焦度透镜，第六透镜6为负光焦度透镜，并且第六透镜6的朝向物方的一面为凹面、平面或凸面，第六透镜6的朝向像方的一面为凹面；第七透镜7为双凸正光焦度透镜，第八透镜8为双凸正光焦度透镜，第九透镜9为双凹负光焦度透镜，第十透镜10为正光焦度透镜，第十透镜10的朝向物方的一面为凸面，第十透镜10的朝向像方的一面为凸面、平面或凹面。第五透镜5为玻璃非球面透镜。第四透镜4和第五透镜5之间设置有光阑11。第五透镜5和第六透镜6之间通过隔圈承靠，第六透镜6和第七透镜7之间通过光学胶粘合，第七透镜7和第八透镜8之间通过隔圈承靠，第八透镜8和第九透镜9之间通过光学胶粘合，第九透镜9和第十透镜10之间通过隔圈承靠。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10的焦距和折射率分别满足以下条件：-16＜f1＜-61.6＜n1＜1.95-25.7＜f2＜-7.51.43＜n2＜1.8511.2＜f3＜35.41.7＜n3＜2.1523.5＜f4＜78.81.43＜n4＜1.895.9＜f5＜20.11.43＜n5＜1.75-25＜f6＜-6.31.5＜n6＜1.856.2＜f7＜22.31.43＜n7＜1.73.3＜f8＜13.81.7＜n8＜2.15-10.3＜f9＜-2.11.6＜n9＜1.956.1＜f10＜25.51.5＜n10＜1.9其中，f1至f10分别为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10的焦距，n1至n10分别为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10的折射率。第四透镜4和第五透镜5的非球面镜片满足以下公式：其中：z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c＝1/r，r表示面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8为高次非球面系数。本发明通过使用三个组元(补偿组、固定组和变倍组)，并使用8个玻璃球面镜片加2个玻璃非球面镜片的光学结构可以有效地减小镜头的体积，提高镜头的倍率与相对孔径。与此同时本发明还具有较高的分辨率，而且本发明通过合理搭配镜片的材质，使得镜头可以在-40℃-+80℃的环境下使用不跑焦，亦可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度均在600万像素以上，最大光圈达到f1.0，并具有3.5倍以上的变焦倍率，视场角范围为32度以下到145度以上，光学总长小于51mm，整个镜头将性能与体积完美的结合，因此具备广阔的市场前景。以下举一个具体的例子来进一步说明本发明的结构。实施例1本实施例中，该变焦镜头的十片透镜共二十个面的面型、曲率半径r、镜片厚度、镜片间距和镜片折射率nd分别满足以下条件：表1：十片透镜的物理参数。上表中，“r”为曲率半径，“-”号表示方向为负，“pl”表示平面，上表同一面序号既有折射率数据nd，又有数据d的，数据d表示该透镜轴心线处的厚度，同一面序号只有数据d而没有折射率数据nd的，数据d表示该透镜到下一透镜面的间距。其中，1-19是从物方到像方依次排列的面序号。即，面序号1和2分别对应第一透镜1朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号3和4分别对应第二透镜2朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号5和6分别对应第三透镜3朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号7和8分别对应第四透镜4朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号10和11分别对应第五透镜5朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号12和13分别对应第六透镜6朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号14和15分别对应第七透镜7朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号16和17分别对应第八透镜8朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号18和19分别对应第九透镜9朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号20和21分别对应第十透镜10朝向物方的一面和朝向像方的一面。十片透镜的材质均为玻璃。其中，第四透镜4的朝向物方的一面为凸面，第四透镜4的朝向像方的一面为凸面。第六透镜6的朝向物方的一面为凸面，第六透镜6的朝向像方的一面为凹面。第十透镜10的朝向物方的一面为凸面，第十透镜10的朝向像方的一面为凹面。其中具有非球面结构的第7、8、10、11表面的形状可用下列公式表述：其中c＝1/r，k为表1中的k值。表2：第7、8、10、11表面的非球面参数。面序号：7面序号：8面序号：10面序号：11α1参数0000α2参数-1.951807e-004-1.681426e-0041.984651e-0036.921745e-003α3参数-1.631690e-004-2.183452e-004-5.614720e-004-2.487014e-003α4参数2.1136421e-0056.191472e-0053.253214e-0042.331472e-004α5参数-3.328164e-006-3.554671e-006-3.664723e-0057.213241e-006α6参数-4.110247e-0081.717432e-0073.297412e-007-3.837121e-006α7参数0000α8参数0000总之，本发明通过使用三个组元(补偿组、固定组和变倍组)，并使用8个玻璃球面镜片加2个玻璃非球面镜片的光学结构可以有效地减小镜头的体积，提高镜头的倍率与相对孔径。与此同时本发明还具有较高的分辨率，而且本发明通过合理搭配镜片的材质，使得镜头可以在-40℃-+80℃的环境下使用不跑焦，亦可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度均在600万像素以上，最大光圈达到f1.0，并具有3.5倍以上的变焦倍率，视场角范围为32度以下到145度以上，光学总长小于51mm，整个镜头将性能与体积完美的结合，因此具备广阔的市场前景。根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。当前第1页12