用于机器人的大广角全长固定变焦摄影镜头的制作方法

本发明涉及的是一种摄影镜头领域的技术，具体是一种用于机器人的大广角全长固定变焦摄影镜头。

背景技术：

现有用于机器人的广角摄影变焦镜头全长可变以利于在较小的口径下实现较大的视场角；而摄影镜头的靶面一般都非常大，要实现更高的解像力以及更大的光圈，需要增加长度来实现。对于机器人来说，镜头全长可变不利于安装，也会增大安装难度。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于机器人的大广角全长固定变焦摄影镜头，采用四群组三群联动变焦结构，在固定的长度下用于实现大广角变焦摄影系统；采用负群作为聚焦群用于减小系统的总长；采用了三片非球面配合群组的移动，实现2000万分辨率，且从画面中心到边缘解像力均匀。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：从物面侧到像面侧依次排列的第一正光焦度透镜群、第二负光焦度透镜群、第三正光焦度透镜群、第四负光焦度透镜群、用于通过可见光与红外光的滤光片和成像面。

所述的第三正光焦度透镜群内设有光阑。

所述的第一正光焦度透镜群包括：沿光轴方向从物方起依次设置的，若干第一正光焦度球面透镜。

所述的第二负光焦度透镜群包括：沿光轴方向从物方起依次设置的，若干第二负光焦度球面透镜、第三负光焦度球面透镜和第四正光焦度非球面透镜。

所述的第三正光焦度透镜群包括：沿光轴方向从物方起依次设置的，若干第五正光焦度非球面透镜、可胶合为双胶合镜片的第六正光焦度球面透镜和第七负光焦度球面透镜，以及第八正光焦度非球面透镜和第九正光焦度球面透镜，其中：第五正光焦度非球面透镜和第六正光焦度球面透镜设置于光阑两侧。

所述的第四负光焦度透镜群包括：沿光轴方向从物方起依次设置的，若干第十负光焦度球面透镜。

所述的第一正光焦度透镜群的焦距与广角端的焦距比值fa/fw为(8,12)；第二负光焦度透镜群的焦距与广角端的焦距比值fb/fw为(-2.5,-0.5)；第三正光焦度透镜群的焦距与广角端的焦距比值fc/fw为(1.5,3.5)；第四负光焦度透镜群的焦距与广角端的焦距比值fd/fw为(-3.5,-1.5)。

所述的第一正光焦度球面透镜的焦距与第一正光焦度透镜群的焦距的比值fa1/fa为：(0.5,1.0)。

所述的第二负光焦度球面透镜、第三负光焦度球面透镜和第四正光焦度非球面透镜焦距11与第二负光焦度透镜群的焦距的比值fb1/fb、fb2/fb、fb3/fb依次为：(0.9,1.77)、(0.9,1.77)、(-2.77,-1.75)。

所述的第五正光焦度非球面透镜、第六正光焦度球面透镜、第七负光焦度球面透镜、第八正光焦度非球面透镜、第九正光焦度球面透镜的焦距与第三正光焦度透镜群的焦距的比值fc1/fc、fc2/fc、fc3/fc、fc4/fc、fc5/fc依次为：(0.88,1.1)、(0.55,0.7)、(-0.42,-0.21)、(1.19,1.55)、(0.58,0.97)，双胶合镜片的合焦距与第三正光焦度透镜群的焦距的比值fc2c3/fc为：(-1.05,-0.64)。

所述的光阑为可变光阑，可以随着环境光照强度的增强而进行相应的缩光圈措施。光阑的位置为：ls-l1/lc∈(0.39,0.55)，其中：ls-l1为光阑至第三正光焦度透镜群光学第一面的距离，lc为第三正光焦度透镜群的光学总长(即第三正光焦度透镜群第一个镜片前表面中心顶点至最后一个镜片后表面中心顶点的间距)。

所述的第一正光焦度球面透镜的折射率nda1为：(1.3,1.65)，阿贝数vda1为：(60,100)。

所述的第四正光焦度非球面透镜的折射率ndb3为：(1.8,2.0)，阿贝数vdb3为：(15,40)。

所述的第五正光焦度非球面透镜、第八正光焦度非球面透镜和第九正光焦度球面透镜的折射率ndc3、ndc4、ndc4为：(1.3,1.65)、(1.3,1.65)、(1.8,2.0)，第七负光焦度球面透镜和第九正光焦度球面透镜的阿贝数vdc3、vdc4、vdc5为：(60,100)、(60,100)、(15,40)。

所述的第二负光焦度透镜群为移动群，其移动量式为：δbw→t/ttl∈(0.2,0.28)，其中：δbw→t为第二负光焦度透镜群中的第三负光焦度球面透镜前顶点在广角端位置与望远端位置的相对位移，ttl为光学系统的总长。

所述的第三正光焦度透镜群为移动群，其移动量式为：δcw→t/ttl∈(0.07,0.20)，其中：δcw→t为第三正光焦度透镜群中的第五正光焦度非球面透镜前顶点在广角端位置与望远端位置的相对位移，ttl为光学系统的总长。

本发明所有非球面透镜的非球面公式表达如下：

其中，z为非球面沿光轴方向的高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高sag，r为镜面的曲率半径，k为圆锥系数conic，a、b、c、d、e、f为高次非球面系数，系数中的e代表科学计数号，例e-005表示。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、采用四群组三群联动变焦结构，在固定的长度下，实现了大广角变焦摄影系统，利于在实际使用中进行安装；

2、采用负群作为聚焦去，减小了系统的总长，使镜头的前端口径也随之减小，不仅利于安装，还利于便捷携带，同时不损失光圈与靶面大小；

3、采用了三片非球面配合群组的移动，实现了2000万分辨率，且从画面中心到边缘解像力均匀。

附图说明

图1为本发明实施例1中间倍率光路图；

图2为本发明实施例1望远端光路图；

图3为本发明实施例1广角端光路图；

图4为本发明实施例1中间倍率球差图；

图5为本发明实施例1望远端球差图；

图6为本发明实施例1广角端球差图；

图7为本发明实施例2中间倍率光路图；

图8为本发明实施例2望远端光路图；

图9为本发明实施例2广角端光路图；

图10为本发明实施例2中间倍率球差图；

图11为本发明实施例2望远端球差图；

图12为本发明实施例2广角端球差图；

图中：第一正光焦度透镜群1、第二负光焦度透镜群2、第三正光焦度透镜群3、第四负光焦度透镜群4、滤光片5、成像面6、光阑7、第一正光焦度球面透镜8、第二负光焦度球面透镜9、第三负光焦度球面透镜10、第四正光焦度非球面透镜11、第五正光焦度非球面透镜12、第六正光焦度球面透镜13、第七负光焦度球面透镜14、第八正光焦度非球面透镜15、第九正光焦度球面透镜16、第十负光焦度球面透镜17、第十一非球面透镜18、第十二球面透镜19。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种用于机器人的大广角全长固定变焦摄影镜头，其中包含：从物面侧到像面侧依次排列的第一正光焦度透镜群1、第二负光焦度透镜群2、第三正光焦度透镜群3、第四负光焦度透镜群4、用于通过可见光或红外光的滤光片5和成像面6，其中：第一正光焦度透镜群1始终处于固定的状态，通过第二负光焦度透镜群2沿着光轴从物体侧向像面侧移动、第三正光焦度透镜群3沿着光轴从像面侧向物体侧移动作为变倍组，使得镜头视场角从广角端向望远端进行变倍，同时通过使第四负光焦度透镜群4沿着光轴做与第二负光焦度透镜群2和第三正光焦度透镜群3的位置、成像波长、温度、成像物距存在特定函数关系的非线性移动作为聚焦组，进行伴随变倍而来的像面变动做出校正和调焦，保证系统像面在焦距变化过程中的稳定。

所述的第三正光焦度透镜群3内设有光阑7。

所述的第一正光焦度透镜群1包括：沿光轴方向从物方起依次设置的，第一正光焦度球面透镜8。

所述的第二负光焦度透镜群2包括：沿光轴方向从物方起依次设置的，第二负光焦度球面透镜9、第三负光焦度球面透镜10和第四正光焦度非球面透镜11。

所述的第三正光焦度透镜群3包括：沿光轴方向从物方起依次设置的，第五正光焦度非球面透镜12、可胶合为双胶合镜片的第六正光焦度球面透镜13和第七负光焦度球面透镜14，以及第八正光焦度非球面透镜15和第九正光焦度球面透镜16，其中：第五正光焦度非球面透镜12和第六正光焦度球面透镜13设置于光阑7两侧。

所述的第四负光焦度透镜群4包括：沿光轴方向从物方起依次设置的，第十负光焦度球面透镜17，该透镜17与滤光片5之间的最小间距为3.15mm。

所述的成像面处设有ccd或cmos的固体摄像元件的成像接收面。

本实施例中的变焦距光学系统的具体设置如下：

所述的广角端焦距fw＝9mm，望远端焦距ft＝36mm，广角端光圈数fnow＝1.80，望远端光圈数fnot＝4.0，广角端半视场角ωw＝42.5°，望远端半视场角ωt＝12.2°，光学系统的光学总长(即第一正光焦度球面透镜8前表面中心顶点至像面的间距)ttl＝99.7mm。

表1其中带*号为非球面：

所述的非球面镜片的对应圆锥系数(k)和非球面系数(a、b、c、d、e)如下：

表2：

所述的广角端、中间倍率位置、望远端变倍数据如下：

表3：

所述的第一正光焦度透镜群1、第二负光焦度透镜群2、第三正光焦度透镜群3和第四负光焦度透镜群4的焦距与整个光学系统的广角端的焦距的比值fa/fw、fb/fw、fc/fw、fd/fw依次为：14.78、-2.21、2.22、-1.59。

所述的第二负光焦度球面透镜9、第三负光焦度球面透镜10和第四正光焦度非球面透镜11焦距与第二负光焦度透镜群2的焦距的比值fb1/fb、fb2/fb、fb3/fb依次为：1.27、1.52、-2.36。

所述的第五正光焦度非球面透镜12、第六正光焦度球面透镜13、第七负光焦度球面透镜14、第八正光焦度非球面透镜15、第九正光焦度球面透镜16的焦距与第三正光焦度透镜群3的焦距的比值fc1/fc、fc2/fc、fc3/fc、fc4/fc、fc5/fc依次为：1.01、0.62、-0.31、1.33、0.68，双胶合镜片的合焦距与第三正光焦度透镜群3的焦距的比值fc2c3/fc为：-0.82。

所述的光阑7的位置至第三正光焦度透镜群3的第五正光焦度非球面透镜12的左侧面的距离与第三正光焦度透镜群3的光学总长的比值ls-l1/lc为：0.43，以限定光圈的大小。

所述的第一正光焦度球面透镜8的折射率nda1为：1.49700，阿贝数vda1为：81.61。

所述的第四正光焦度非球面透镜11的折射率ndb3为：1.94595，阿贝数vdb3为：17.98。

所述的第五正光焦度非球面透镜12、第八正光焦度非球面透镜15和第九正光焦度球面透镜16的折射率ndc3、ndc4、ndc4为：1.49700、1.49700、1.80518，第七负光焦度球面透镜14和第九正光焦度球面透镜16的阿贝数vdc3、vdc4、vdc5为：81.61、81.61、25.46。

所述的第二负光焦度透镜群2自光学系统广角端的位置至光学系统望远端的位置的移动量与光学系统的光学总长的比值δbw→t/ttl为：0.25，其中：δbw→t为第二负光焦度透镜群2中的第二负光焦度球面透镜9前顶点在广角端位置与望远端位置的相对位移，ttl为光学系统的光学总长(即第一透镜前表面中心顶点至像面的间距)。

所述的第三正光焦度透镜群3自光学系统广角端的位置至光学系统望远端的位置的移动量与光学系统的光学总总的比值δcw→t/ttl为：0.13，其中：δcw→t为第五正光焦度非球面透镜12前顶点在广角端位置与望远端位置的相对位移，ttl为光学系统的总长。

实施例2

如图7所示，为本实施例2广角端、中间倍率、望远端的结构剖面示意图，基本结构与实施例1一致，区别在于：

所述的第二负光焦度球面透镜12由第十一非球面透镜18和第十二球面透镜19实现并达到相近的效果。

本实施例中的变焦距光学系统的具体设置如下：

广角端焦距fw＝8mm，望远端焦距ft＝32mm；广角端光圈数fnow＝1.75，望远端光圈数fnot＝4.0；广角端半视场角ωw＝43.0°，望远端半视场角ωt＝12.0°；光学系统的光学总长(即第一透镜前表面中心顶点至像面的间距)ttl＝88.8mm。

表4其中带*号为非球面：

本实施例中所应用的非球面镜片的对应圆锥系数(k)和非球面系数(a、b、c、d、e)如下：

表5：

广角端、中间倍率位置、望远端变倍数据如下：

表6：

所述的第一正光焦度透镜群1、第二负光焦度透镜群2、第三正光焦度透镜群3和第四负光焦度透镜群4的焦距与整个光学系统的广角端的焦距的比值fa/fw、fb/fw、fc/fw、fd/fw依次为：10.51、-1.92、2.03、-1.20。

所述的第一正光焦度球面透镜8的焦距与第一正光焦度透镜群1的焦距的比值fa1/fa为：1.0。

所述的第二负光焦度球面透镜2、第三负光焦度球面透镜3和第四正光焦度非球面透镜焦距4与第二负光焦度透镜群2的焦距的比值fb1/fb、fb2/fb、fb3/fb依次为：1.62、1.88、-1.88。

所述的第六正光焦度球面透镜13、第七负光焦度球面透镜17、第八正光焦度非球面透镜18、第九正光焦度球面透镜19的焦距与第三正光焦度透镜群3的焦距的比值fc3/fc、fc4/fc、fc5/fc、fc6/fc依次为：0.66、-0.38、1.43、0.81，第七负光焦度球面透镜17和第八正光焦度非球面透镜18通过胶合形成的双胶合镜片的合焦距与第三正光焦度透镜群3的焦距的比值fc2c3/fc为：-0.99，第十一非球面透镜18和第十二球面透镜19的合焦距与整个c透镜群的焦距比值fc1c2/fc为：1.05。

所述的光阑7的位置至第三正光焦度透镜群3光学第一面的距离与第三正光焦度透镜群3的光学总长的比值ls-l1/lc为：0.48。

所述的第一正光焦度球面透镜8的折射率nda1为：1.43700，阿贝数vda1为：95.10。

所述的第四正光焦度非球面透镜11的折射率ndb3为：1.92286，阿贝数vdb3为：20.88。

所述的第六正光焦度非球面透镜13、第八正光焦度非球面透镜15和第九正光焦度球面透镜16的折射率ndc2、ndc4、ndc5为：1.43700、1.49700、1.84666，第七负光焦度球面透镜14和第九正光焦度球面透镜16的阿贝数vdc2、vdc4、vdc5为：95.10、81.61、23.78。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。