本发明涉及光学镜头
技术领域：
，特别是涉及一种高分辨率、大像面、低成本、无杂光的变焦光学系统。
背景技术：
：目前变焦镜头广泛应用到人们的日常生活中，当前市场往高分辨率和高像质的方向发展，为了获得更好的成像品质，使用像素点更大，像素点更多的芯片是解决问题的根本途径之一，但是目前的安防监控、路况监控装置存在如下缺点：普通的变焦镜头往往无法做到大像面与体积兼容，像面增大同时会引起镜头体积的急剧变化，目前市场上的大画面的监控镜头，如1″左右的镜头，像面大小达到16.0mm的，其体积比较大，而且多是定焦镜头，在监控距离发生变化时难以控制；目前主流的市面上的高像质的监控镜头分辨率较低，多为1080p，像素点数200万的，然而随着数据传输速度的提升，更高像质的画面传输成为可能，200万像素已经不能满足需求；目前主流的1080p的镜头像面主要是1/2.8″的，使用有效成像面对角线6.2mm的1/2.8″的cmos的芯片，其像素点大小仅有2.8μm，分辨率不是很高；而且由于像素点很小，其感光性及色彩还原等性能都不是很理想，急需性能改进；目前市场上的监控镜头，多为非红外共焦镜头，因此在光学波长段较多的场合如傍晚，或晚上有部分灯光照明时，拍摄的画面无法整体清晰，总会有部分模糊；目前市场上的监控镜头，很少通过光学结构去消除镜头的杂散光，在强光源或晴天时候，镜头杂光现象严重，使镜头实际成像效果较差；目前市场上的监控镜头，使用非球面玻璃镜片较少注意成本问题，通常口径都大于20mm，由于加工精度问题，口径大于20mm的玻璃非球面成本通常较高。技术实现要素：基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种变焦光学系统，以达到高分辨率、小体积、大像面、低成本、无杂光且红外共焦的效果。一种高分辨率、大像面、低成本、无杂光的变焦光学系统，从物侧至像侧依次设有：焦距为正的第一透镜群、焦距为负第二透镜群、可变光阑、焦距为正的第三透镜群、焦距为正的第四透镜群和感光芯片；第一透镜群、可变光阑和第三透镜群相对感光芯片固定，第二透镜群和第四透镜群可相对感光芯片前后移动；光学系统从短焦距向长焦距变化过程中，第二透镜群逐渐向第三透镜群移动，第四透镜群相对感光芯片移动时实现对焦的效果；第三透镜群的前端和后端的透镜，以及第四透镜群后端的透镜均为非球面透镜。在其中一个实施例中，第三透镜群从物侧至像侧依次设有焦距为负的第七透镜、焦距为正的第八透镜、焦距为正的第九透镜和焦距为负的第十透镜；所述第八透镜和第九透镜的阿贝数大于或等于50，第七透镜和第十透镜均为非球面透镜。在其中一个实施例中，第四透镜群从物侧至像侧依次设有焦距为正的第十一透镜、焦距为负的第十二透镜和焦距为正的第十三透镜；第十一透镜和第十二透镜为胶合透镜，第十三透镜为非球面透镜。在其中一个实施例中，所述第十三透镜的像侧面的半径绝对值大于或等于90mm。在其中一个实施例中，所述非球面透镜的口径小于或等于19mm。在其中一个实施例中，所述非球面透镜为玻璃非球面透镜。在其中一个实施例中，第二透镜群从物侧至像侧依次设有焦距为负的第四透镜、焦距为负的第五透镜和焦距为正的第六透镜；第四透镜的折射率大于或等于1.6，阿贝数小于或等于50。在其中一个实施例中，第一透镜群从物侧面至像侧面依次设有焦距为负的第一透镜、焦距为正的第二透镜和焦距为正的第三透镜；第一透镜和第二透镜为胶合透镜。在其中一个实施例中，第一透镜群与第三透镜群之间的间隔距离为37.36mm，第二透镜群与第三透镜群之间的间隔距离为2.0mm～23.5mm，第三透镜群与第四透镜群之间的间隔距离为0.9mm～7.5mm，第四透镜群与感光芯片之间的距离为16.7mm～23mm。本发明与现有技术相比，至少具有以下优点：1、本发明的变焦光学系统使用了含3枚非球面玻璃透镜在内的13枚透镜，在较少数量的情况下获得较高的品质，而且体积较小，镜头的透过率也较高；2、镜头fno＝efl/d，efl为焦距，d为光圈直径；对于成像镜头，光圈直径越大,通光量就越大；在一般环境下由于传感器会自动调整曝光值,此时就比较不出fno数值不同镜头的好坏，但在低照度的环境条件下，传感器曝光已经到极限，因此fno数值小的镜头比较佳的表现；本发明的变焦光学系统使用可变光阑，而且在近焦端fno.达到1.6，在长焦端fno达到2.4，有极高的感光性能，在调节光圈变化的情况下，适合多种照明状况下使用，还可以调节清晰度，提高镜头效果；3、本发明的变焦光学系统使用玻璃非球面透镜，未使用塑料非球面透镜，因此温度变化对镜头的性能影响很小，在多种环境下均可使用；4、本发明的变焦光学系统使用了4个透镜群，且4个透镜群之间的间隔是变化的，前3个透镜群之间的间隔的变化使镜头的焦距发生变化，第4个透镜群用于实现对焦功能，镜头在短焦焦距达到12mm，长焦焦距大于40mm；5、本发明的整个镜头以第一透镜群为最高点，且第一透镜群与感光芯片之间的距离是不发生变化的，其长度小于110mm，在使用1″ccd的镜头中，体积较小；6、本发明能够实现高于1200万像素的分辨率，以16.05mm的1″的ccd为例，本发明可以达到中心分辨率高于180lp/mm、周边0.7h(70％对角线位置)分辨率高于1800tvline的效果；7、本发明的变焦光学系统利用第四透镜群实现af自动对焦功能，从最远的无穷远到最近的1500mm微距都能够成清晰的影像，成像效果好；8、本发明的镜头实现了全程红外共焦，在可见光波长段430nm-650nm和红外灯波长段830nm-870nm可以同时达到清晰，因此在多种波段存在的条件下使画面整体都清晰；9、本发明中玻璃非球面镜片口径都小于19mm，成本低，易于向市场推广。附图说明图1为本发明一个实施例的结构示意图。具体实施方式以下结合图1进行进一步说明：一种高分辨率、大像面、低成本、无杂光的变焦光学系统，从物侧至像侧依次设有：焦距为正的第一透镜群1、焦距为负第二透镜群2、可变光阑6、焦距为正的第三透镜群3、焦距为正的第四透镜群4和感光芯片5；第一透镜群1、可变光阑6和第三透镜群3相对感光芯片5固定，第二透镜群2和第四透镜群4可相对感光芯片5前后移动，光学系统从短焦距向长焦距变化过程中，第二透镜群2逐渐向第三透镜群3移动，第四透镜群4相对感光芯片5移动时实现对焦的效果；第三透镜群3的前端和后端的透镜均为非球面透镜，可以校正像差，使光学系统获得高的成像质量；第四透镜群后端的透镜为非球面透镜，可以校正场曲；其中，上述的非球面透镜的表面形状满足以下关系式：式中，参数c为半径所对应的曲率，r为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数，当k系数小于-1时面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时为抛物线，当k系数介于-1到0之间时为椭圆，当k系数等于0时为圆形，当k系数大于0时为扁圆形，α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数，通过以上参数可以精确设定非球面透镜的形状尺寸。在其中一个实施例中，第三透镜群3从物侧至像侧依次设有焦距为负的第七透镜301、焦距为正的第八透镜302、焦距为正的第九透镜303和焦距为负的第十透镜304；所述第八透镜302和第九透镜303的阿贝数较高，均大于或等于50，第七透镜301和第十透镜304均为非球面透镜，在四枚透镜的共同作用下，可以有效减少畸变，同时也能校正色差，达到红外光与可见光具有共焦的效果。在其中一个实施例中，第四透镜群4从物侧至像侧依次设有焦距为正的第十一透镜401、焦距为负的第十二透镜402和焦距为正的第十三透镜403；第十一透镜401和第十二透镜402为胶合透镜，可起到对焦的效果，且第十三透镜为非球面透镜，第四透镜群各枚透镜焦距的正负组合结构，可以有效减少变焦过程中光学系统的像差变化。在其中一个实施例中，所述第十三透镜403的像侧面接近平面，其半径绝对值大于或等于90mm，消除了镜头出现杂光的可能性，极大提升了成像效果。在其中一个实施例中，所述非球面透镜的口径小于或等于19mm，成本低，易于向市场推广。在其中一个实施例中，所述非球面透镜为玻璃非球面透镜，未使用塑料非球面透镜，因此温度变化对镜头的性能影响很小，在多种环境下均可使用。在其中一个实施例中，第二透镜群2从物侧至像侧依次设有焦距为负的第四透镜201、焦距为负的第五透镜202和焦距为正的第六透镜203；第四透镜201为高折射率、高色散材料制成的透镜，其折射率大于或等于1.6，阿贝数小于或等于50了，可以有效矫正光学系统在短焦端的畸变，同时能够大幅提高短焦状态下的分辨率。在其中一个实施例中，第一透镜101的焦距为负，第二透镜102的焦距为正，第三透镜103的焦距为正；第一透镜101和第二透镜102为胶合透镜。在其中一个实施例中，第一透镜群1与第三透镜群3之间的间隔距离为37.36mm，第二透镜群2与第三透镜群3之间的间隔距离为2.0mm～23.5mm，第三透镜群3与第四透镜群4之间的间隔距离为0.9mm～7.5mm，第四透镜群4与感光芯片5之间的距离为16.7mm～23mm。如表1所示，为本发明的一个实际设计案例：面类型半径厚度材料k值101a球面82.2171.200zf7l0.000101b/102a球面42.1438.496hzpk50.000102b球面431.6010.0800.000103a球面40.3136.157hlak53a0.000103b球面140.8590.9000.000201a球面207.4860.700hlaf500.000201b球面12.3507.0290.000202a球面-45.1631.200hzpk30.000202b球面22.1460.0010.000203a球面19.7113.171hzlaf900.000203b球面65.66123.7000.0006球面infinity1.0000.000301a非球面-56.3401.540m-bacd15-1.053301b非球面34.1240.694-8.809302a球面75.9755.439h-qk3l0.000302b球面-11.4222.2480.000303a球面-510.9264.831h-qk3l0.000303b球面-14.9460.0200.000304a非球面-78.2651.200m-bacd1528.707304b非球面51.6537.048-11.531401a球面16.8778.711fcd5050.000401b/402a球面-33.0321.573baf70.000402b球面14.5622.8570.000403a非球面20.3993.022mfcd500-5.333403b非球面-196.8362.700-0.809保护玻璃球面infinity0.450h-k9l0.000保护玻璃球面infinity0.900h-k9l0.0005球面infinity1.3000.0005球面infinity0.0000.000表1如表2所示，为本发明一个实际设计案例中各个非球面透镜的非球面系数：表2当前第1页12