超清大面阵日夜两用变焦镜头的制作方法

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1.本发明涉及一种超清大面阵日夜两用变焦镜头。


背景技术：

2.近年来，随着道路交通规划的发展，越来越多的道路监控镜头被运用于智能交通行业之中，道路监控镜头所采集的讯息同大数据、人工智能技术的结合，可以在第一时间内捕捉道路交通讯息，改善道路交通状况以及处理一系列交通安全问题，有效的促进了智慧城市的建设。
3.道路监控镜头作为道路监控网络的核心部件，它作为整个城市交通监控网络的眼睛，必须具备对所监测的区域图像的高还原力以及各项抗干扰性。目前市面上的用于智慧城市道路监控的镜头仍以大光圈的定焦镜头为主，这类镜头为了改善大光圈像差以达到某特定视野下的更高分辨率，往往会舍弃掉不同视野的画面变倍监测功能。例如专利cn201721291717.1公布的一款智能交通镜头，其无法实现变倍功能，同时不具备夜间无补光成像的性能。市面上还有部分道路监控镜头为大光圈的变焦镜头，但这类镜头往往只能适配的1/1.8”以下尺寸的芯片，且感光像面面积小，且分辨率较低，也不具备日夜两用的性能，而一些支持极高分辨率成像的变焦镜头，又不具备大光圈弱光成像的能力。


技术实现要素：

4.本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种超清大面阵日夜两用变焦镜头。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超清大面阵日夜两用变焦镜头，包括沿光线从左至右的入射方向依次设置的正光焦度的前固定组a、负光焦度的变倍组b、可变光阑c、正光焦度的中间固定组d、正光焦度的补偿组e以及正光焦度的后固定组f，所述前固定组a包含依次设置的弯月负透镜a1、双凸正透镜a2、弯月正透镜a3；所述变倍组b包含依次设置的双凹负透镜b1、双凹负透镜b2、双凹负透镜b3、双凸正透镜b4；所述中间固定组d包含依次设置的双凸正透镜d1、弯月正透镜d2、双凹负透镜d3、双凹负透镜d4、双凸正透镜d5；所述补偿组e包含依次设置的双凸正透镜e1、双凸正透镜e2；所述后固定组f包含依次设置的双凹负透镜f1、弯月负透镜f2、弯月正透镜f3、双凸正透镜f4。
6.进一步的，所述弯月负透镜a1与双凸正透镜a2密接构成第一胶合片，所述第一胶合片的胶面弯向可变光阑c侧；所述双凹负透镜b3和双凸正透镜b4接构成第二胶合片，所述第二胶合片的胶面弯向可变光阑c侧；所述双凹负透镜d4和双凸正透镜d5密接构成第三胶合片，所述第三胶合片的胶面背向可变光阑c侧；所述弯月负透镜f2和弯月正透镜f3密接构成第四胶合片，所述第四胶合片的胶面背向可变光阑c侧。
7.进一步的，所述双凸正透镜a2到弯月正透镜a3的空气间距为0.1mm；所述双凹负透镜b1到双凹负透镜b2的空气距离为5.63mm，所述双凹负透镜b2到双凹负透镜b3的空气距离为1.87mm；所述双凸正透镜d1到弯月正透镜d2的空气距离为0.1mm，所述弯月正透镜d2到双
凹负透镜d3的空气距离为0.63mm，所述双凹负透镜d3到双凹负透镜d4的空气距离3.18mm；所述双凸正透镜e1到双凸正透镜e2的空气距离为0.1mm；所述双凹负透镜f1到弯月负透镜f2的空气距离为1.4mm，所述弯月正透镜f3到双凸正透镜f4的空气距离为8.96mm，所述双凸正透镜f4到像面的距离为10.5mm。
8.进一步的，所述前固定组a到变倍组b的空气距离为1.51mm～21.63mm；所述变倍组b到可变光阑c的空气距离为1.18mm～21.3mm；所述中间固定组d到补偿组e的空气距离为0.1mm～2.15mm；所述补偿组e到后固定组f的空气距离为0.1mm～2.15mm。
9.进一步的，所述第一胶合片、第三胶合片以及第四胶合片中，胶合片折射率之差均大于0.15。
10.进一步的，所述变焦镜头的短焦端焦距为fw，所述变焦镜头的长焦端焦距为ft，所述变焦镜头的前固定组焦距为fa，所述变焦镜头的变倍组焦距为fb，所述变焦镜头的中间固定组焦距为fd，所述变焦镜头的补偿组焦距为fe，所述变焦镜头的后固定组焦距为ff,满足以下关系：
11.3.5《∣fa/fw∣《6.5；1.5《∣fa/ft∣《2.5；
12.1.1《∣fb/fw∣《1.8；0.3《∣fb/ft∣《0.5；
13.7.5《∣fd/fw∣《9.5；2.5《∣fd/ft∣《3.5；
14.1.1《∣fe/fw∣《2.1；0.4《∣fe/ft∣《0.6；
15.3.5《∣ff/fw∣《4.5；1.1《∣ff/ft∣《1.8。
16.与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理，具备大通光量、大成像面积、可在弱光环境下配合大尺寸相机进行清晰成像，亦可同时支持白天、夜晚的高清晰度成像。
附图说明：
17.图1是本发明实施例中短焦端的光学结构示意图；
18.图2是本发明实施例中长焦端的光学结构示意图；
19.图3是本发明实施例中短焦端可见光下光学传递函数图；
20.图4是本发明实施例中长焦端可见光下光学传递函数图；
21.图5是本发明实施例中长焦端夜视的光学传递函数图。
22.图中：
23.a-前固定组a；b-变倍组b；c-可变光阑c；d-中间固定组d；e-补偿组e；f-后固定组f；a1-弯月负透镜a1；a2-双凸正透镜a2；a3-弯月正透镜a3；b1-双凹负透镜b1；b2-双凹负透镜b2；b3-双凹负透镜b3；b4-双凸正透镜b4；d1-双凸正透镜d1；d2-弯月正透镜d2；d3-双凹负透镜d3；d4-双凹负透镜d4；d5-双凸正透镜d5；e1-双凸正透镜e1；e2-双凸正透镜e2；f1-双凹负透镜f1；f2-弯月负透镜f2；f3-弯月正透镜f3；f4-双凸正透镜f4。
具体实施方式:
24.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所
示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.如图1～5所示，本发明一种超清大面阵日夜两用变焦镜头，包括沿光线从左至右的入射方向依次设置的正光焦度的前固定组a、负光焦度的变倍组b、可变光阑c、正光焦度的中间固定组d、正光焦度的补偿组e以及正光焦度的后固定组f，所述前固定组a包含依次设置的弯月负透镜a1、双凸正透镜a2、弯月正透镜a3；所述变倍组b包含依次设置的双凹负透镜b1、双凹负透镜b2、双凹负透镜b3、双凸正透镜b4；所述中间固定组d包含依次设置的双凸正透镜d1、弯月正透镜d2、双凹负透镜d3、双凹负透镜d4、双凸正透镜d5；所述补偿组e包含依次设置的双凸正透镜e1、双凸正透镜e2；所述后固定组f包含依次设置的双凹负透镜f1、弯月负透镜f2、弯月正透镜f3、双凸正透镜f4。该变焦镜头采用三固定群组的方案，可实现有一定体积限制的大光圈大像面镜头的像差矫正，确保其优质的成像性能；可适配于1英寸千万像素或更高像素相机使用。
27.本实施例中，所述弯月负透镜a1与双凸正透镜a2密接构成第一胶合片，所述第一胶合片的胶面弯向可变光阑c侧；所述双凹负透镜b3和双凸正透镜b4接构成第二胶合片，所述第二胶合片的胶面弯向可变光阑c侧；所述双凹负透镜d4和双凸正透镜d5密接构成第三胶合片，所述第三胶合片的胶面背向可变光阑c侧；所述弯月负透镜f2和弯月正透镜f3密接构成第四胶合片，所述第四胶合片的胶面背向可变光阑c侧。
28.本实施例中，所述双凸正透镜a2到弯月正透镜a3的空气间距为0.1mm；所述双凹负透镜b1到双凹负透镜b2的空气距离为5.63mm，所述双凹负透镜b2到双凹负透镜b3的空气距离为1.87mm；所述双凸正透镜d1到弯月正透镜d2的空气距离为0.1mm，所述弯月正透镜d2到双凹负透镜d3的空气距离为0.63mm，所述双凹负透镜d3到双凹负透镜d4的空气距离3.18mm；所述双凸正透镜e1到双凸正透镜e2的空气距离为0.1mm；所述双凹负透镜f1到弯月负透镜f2的空气距离为1.4mm，所述弯月正透镜f3到双凸正透镜f4的空气距离为8.96mm，所述双凸正透镜f4到像面的距离为10.5mm。
29.本实施例中，所述前固定组a到变倍组b的空气距离为1.51mm～21.63mm；所述变倍组b到可变光阑c的空气距离为1.18mm～21.3mm；所述中间固定组d到补偿组e的空气距离为0.1mm～2.15mm；所述补偿组e到后固定组f的空气距离为0.1mm～2.15mm。
30.本实施例中，所述变倍组b和补偿组e均可左右移动，通过变倍组b的左右移动进行放大倍率调节，补偿组e左右移动可调节聚焦点位，实现对不同倍率下的各视场焦点进行重新聚焦。
31.本实施例中，所述变焦镜头的短焦端焦距为fw，所述变焦镜头的长焦端焦距为ft，所述变焦镜头的前固定组焦距为fa，所述变焦镜头的变倍组焦距为fb，所述变焦镜头的中间固定组焦距为fd，所述变焦镜头的补偿组焦距为fe，所述变焦镜头的后固定组焦距为ff,满足以下关系：
32.3.5《∣fa/fw∣《6.5；1.5《∣fa/ft∣《2.5；
33.1.1《∣fb/fw∣《1.8；0.3《∣fb/ft∣《0.5；
34.7.5《∣fd/fw∣《9.5；2.5《∣fd/ft∣《3.5；
35.1.1《∣fe/fw∣《2.1；0.4《∣fe/ft∣《0.6；
36.3.5《∣ff/fw∣《4.5；1.1《∣ff/ft∣《1.8。
37.本实施例中，在光焦度为正的前固定组a中，采用折射率差异较大的胶合片(弯月负透镜a1与双凸正透镜a2密接构成)及低折射率单正片(弯月正透镜a3)相组合，可充分承担短焦端大视场光焦度，以及改善中长焦端的色差系数，是实现超清技术的关键所在。
38.本实施例中，光焦度为正的前固定组a负、光焦度为正的中间固定组d、以及光焦度为正的后固定组e中均采用阿贝数差异较大的胶合片组合，即：第一胶合片、第三胶合片以及第四胶合片中，每个胶合片中两个镜片的阿贝数差异较大。所述第一胶合片、第三胶合片以及第四胶合片中，每个胶合片中两个镜片的折射率之差均大于0.15，可以充分矫正不同波长下的轴向和垂轴色差，使该镜头可实现夜间红外清晰成像，实现日夜两用，通过不同的胶合面弯曲方向改善像散系数，保证了不同焦距下清晰度的一致性。
39.本实施例中，在正光焦度的中间固定组d之中使用超高折射率材料，可充分矫正了不同焦距时的大光圈球差。
40.本实施例中，所述镜头的像面处设置大面阵相机进行信号转换，以实现监测功能。
41.本实施例中，前固定组a中选用两枚高阿贝材料镜片，其中一枚与采用高折射率材料的镜片进行密接胶合，可充分矫正大光圈成像系统的二级光谱，提高成像质量。
42.本实施例中，中间固定组d采用了复杂化的正负透镜分离形式，能够改善该系统的初阶及高级球差，后固定组f中的胶合片的胶合面背向可变光阑c，可减弱大像面下的轴外场曲以及像散，合理分配光焦度可以让大像高的光线走势平缓，降低像差系数，保证其超清的成像水平。
43.本实施例中，部分负片选用了折射率温度系数为负的材料，正片采用了折射率温度系数为正的材料，以补偿正片高阿贝材料所带来的焦点温漂，使得该镜头始终处于低色差和零温漂的平衡点。
44.本实施例中，变倍组b和中间固定组d之间设置有可变光阑c,此光阑可在不同光强环境下进行进光量的调节。
45.本实施例中，各镜片的参数如下表1所示。
46.面序号曲率半径(mm)厚度间隔(mm)ndvd183.2≤r≤85.12.21.8524251.0≤r≤52.210.31.59693-2200≤r≤-21500.1
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442.1≤r≤44.17.431.59695169.8≤r≤172.21.51-21.63
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6-3902≤r≤-38701.51.9031715.4≤r≤15.95.63
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8-47.2≤r≤-44.911.5082954.9≤r≤57.21.87
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10-61.2≤r≤-64.41.511.50821123.5≤r≤25.19.141.903112-191.2≤r≤-203.51.18-21.3
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13光阑0.1
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1448.5≤r≤49.82.742.1017
15-74.5≤r≤-73.50.1
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1620.1≤r≤21.82.71.74491766.5≤r≤68.10.63
ꢀꢀ
18-168.5≤r≤-178.211.74281914.5≤r≤15.93.18
ꢀꢀ
20-18.4≤r≤-18.911.74282124.1≤r≤25.34.591.596922-23.1≤r≤-21.50.1-2.15
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2337.8≤r≤39.53.31.665724-65≤r≤-63.50.1
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2527.1≤r≤28.33.841.596926-56.2≤r≤-54.80.1-2.15
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27-170≤r≤-165.24.31.61372816.1≤r≤17.21.4
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2943.1≤r≤45.211.74283012.8≤r≤13.74.51.596931321.5≤r≤332.58.96
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3223.1≤r≤24.24.861.753733-115≤r≤-10510.5
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47.通过采用表1中各镜片的参数，该变焦镜头达到了如下光学参数指标：
48.焦距范围：12-36mm；
49.光圈：fno＝1.6；
50.设计波长：可见光、近红外光850nm；
51.广角端tv畸变≤3.5％；
52.最大设计像面达φ16，可适用于1英寸千万像素或更高像素的相机芯片使用。
53.本实施例中，弯月负透镜a1可选用材料为h-zf52；双凸正透镜a2可选用材料为fcd515；弯月正透镜a3可选用材料为fcd515；双凹负透镜b1可选用材料为h-zlaf75a；双凹负透镜b2可选用材料为fcd1；双凹负透镜b3可选用材料为fcd1；双凸正透镜b4可选用材料为h-zlaf75a；双凸正透镜d1可选用材料为e-fds3；弯月正透镜d2可选用材料为h-laf53；双凹负透镜d3可选用材料为h-zf50；双凹负透镜d4可选用材料为h-zf50；双凸正透镜d5可选用材料为fcd515；双凸正透镜e1可选用材料为h-lak1；双凸正透镜e2可选用材料为fcd515；双凹负透镜f1可选用材料为h-f2；弯月负透镜f2可选用材料为h-zf50；弯月正透镜f3可选用材料为fcd515；双凸正透镜f4可选用材料为h-lafl5。
54.本实施例中，图3是该变焦镜头短焦端可见光下光学传递函数图，图中，该镜头短焦端传函满足200lp/mm≥0.3；可搭配1英寸千万像素相机使用，实现超清成像。图4是该变焦镜头长焦端可见光下光学传递函数图，图中，该镜头长焦端传函满足200lp/mm≥0.3；可搭配1英寸千万像素相机使用，实现超清成像。图5是该变焦镜头长焦端夜视的光学传递函数图，图中，该镜头长焦端夜视传函满足150lp/mm≥0.3；可为该镜头带来优秀的夜间成像能力。综上，该镜头采用五组群变焦的结构形式，可充分平衡大光圈大像面镜头的各项像
差，通过合理的材料选择和光焦度配比，降低了该镜头的敏感性，提高了镜头的成像质量，使该镜头具备生产性。
55.本发明的优点在于：
56.1.该镜头具备大通光量、大成像面积、可在弱光环境下配合大尺寸相机进行清晰成像，亦可同时支持白天、夜晚的高清晰度成像；
57.2.选用三固定组，五群组变焦结构形式，可以有效改善大面阵变焦镜头在压缩镜头尺寸时所带来的场外像差；
58.3.在正光焦度的镜片和负光焦度的镜片上均合理的选用了高阿贝材料，使该超清大面阵日夜两用变焦镜头在矫正色差的同时，能在不同的温度环境下清晰成像，不受环境温度影响。
59.本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
60.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
61.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
62.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。