一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其包括第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群、第四透镜群以及感光芯片；在第二透镜群和第三透镜群之间设有光阑；在变倍过程中第二透镜群、第四透镜群可相对于感光芯片变动，且第一透镜群、第三透镜群之间与相对感光芯片是固定的，光阑与感光芯片之间的相对位置是固定的；第一透镜群从短焦距向长焦距的变化过程中的逐渐向光阑靠拢，第四透镜群根据第二透镜群和物距的变化来调整使成像面落在感光芯片上。本实用新型镜片使用数量很少，且镜片的材质是常用的材质，镜头的成本极低；降低成本的同时，在较暗的环境下仍可拍摄较清晰的画面，而且无电动光圈，使用较方便。
【专利说明】一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统 【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种变焦光学系统，尤其涉及一种应用于监控系统的低成本、固 定光圈、高分辨率、短焦端红外共焦的20倍连续变焦光学系统。 【【背景技术】】
[0002] 目前为了监控市场的需求，开始往简易操作和低成本的方向发展，同时随着网络 速度的提升，高品质高分辨率的画面可以快速传输。
[0003] 目前主流的市面上的高像质的监控镜头，大倍率镜头都使用较多的镜片，成本较 尚。
[0004] 目前主流的监控长变焦镜头都使用了可变光圈，在不同位置能得到较好的摄像效 果。
[0005] 目前市场上的监控镜头，多非红外共焦镜头，在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。
[0006] 目前市场上的低成本监控镜头，都会使用塑胶镜片，但是由于塑胶材质的收缩率 高的特性，在温度发生变化时，会使镜头后焦会产生较大变化，镜头性能下降较多，因此多 使用热敏电阻在结构上进行控制，反而增加了成本。 【【实用新型内容】】
[0007] 本实用新型目的是克服了现有技术中的不足而提供了一种低成本、固定光圈、高 分辨率、短焦端红外共焦的20倍连续变焦的光学系统。
[0008] 本实用新型的目的是这样实现的：
[0009] -种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其特征在于其包括由 物面至像面依次设有第一透镜群1、第二透镜群2、第三透镜群3、第四透镜群4以及感光芯片 5;在所述第二透镜群2和第三透镜群3之间设有光阑6;在变倍过程中第二透镜群1、第四透 镜群4可相对于感光芯片5变动，且第一透镜群1、第三透镜群3之间与相对感光芯片5是固定 的，光阑6与感光芯片5之间的相对位置是固定的;所述第一透镜群1从短焦距向长焦距的变 化过程中的逐渐向光阑6靠拢，第四透镜群根据第二透镜群2和物距的变化来调整使成像面 落在感光芯片上。
[0010]如上所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其特征在 于变焦光学系统由9枚镜片组成，其中8枚球面玻璃镜片，1枚单面非球面玻璃镜片。
[0011] 如上所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其特征在 于第一透镜群1整体的焦距为正，该第一透镜群1包括第一枚镜片101、第二枚镜片102和第 三枚镜片103,其中第一枚镜片101的焦距为负、第二枚镜片102和第三枚镜片103焦距为正， 第一枚镜片101和第二枚镜片102为粘合镜片。
[0012] 如上所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其特征在 于第二透镜群2整体的焦距为负，该第二透镜群2包括第一枚镜片201、第二枚镜片202和第 三枚镜片203,其中第一枚镜片201的焦距为负、第二枚镜片202的焦距为负，第三枚镜片 203的焦距为正;第二枚镜片202和第三枚镜片203为粘合镜片。
[0013]如上所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其特征在 于第三透镜群3整体的焦距为正，该第三透镜群3由一枚玻璃非球面镜片组成，非球面的第 一面为球面，第二个面未非球面。
[0014]如上所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其特征在 于所述第四透镜群4体的焦距为正，该第四透镜群4为一枚正透镜球面镜片401和一枚负焦 距的球面透镜402,正透镜球面镜片401和负焦距的球面透镜402粘合在一起。
[0015] 如上所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其特征在 于所述第三透镜群的非球面镜片形满足以下方程： Z=cy2/' { 1+』1-(lfk)Cy] } + a ,y2+ a 2y4+ a 3y6+ a 4y8+ a 5y10+ a 6y12+a ?y14+ a :gyl6? 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标，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，k系数等于-1时为抛物线，k系数介于-1到0之间时非球面镜片为椭 圆，k系数等于0时非球面镜片为圆形，k系数大于0时非球面镜片为扁圆形，(^至叫分别表示 各径向坐标所对应的系数。
[0016] 如上所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其特征在 于第二透镜群2的移动范围是32.75mm，第四透镜群4的移动范围是6.95mm，光阑与感光芯片 之间的距离是25.26mm。
[0017]本实用新型的有益效果是：
[0018] 1、本实用新型的变焦镜头使用了含1枚玻璃非球面玻在内9枚镜片，镜片使用数 量很少，且镜片的材质是常用的材质，镜头的成本极低；
[0019] 2、本实用新型的变焦镜头使用固定光阑，而且在近焦端FN0.达到2.3,在长焦端达 到2.4,有极高的感光性能，降低成本的同时，在较暗的环境下仍可拍摄较清晰的画面，而且 无电动光圈，使用较方便。
[0020] 3、本实用新型的变焦镜头未塑胶非球面镜片，使温度变化对镜头的性能影响很 小，后焦变化极少，可保证在-35°C_80°C的环境内性能稳定且基本无需重新对焦。
[0021] 4、本实用新型的变焦镜头使用了 4个镜片群组，随着第二透镜群前后移动，焦距发 生变化，第四个镜片群组用于对焦功能，焦距可在4mm-80mm之间变化，拍摄角度水平60°到 2.8°之间变化，拍摄距离最近至0.5m，适合在多种环境下使用。
[0022] 5、本实用新型的整个镜头以一群为最高点，一群与像面的距离位置是固定的，其 最大高度小于80mm。
[0023] 6、本实用新型能够达到高于2M(像素200万像素）的分辨率，以4.5mm的1/4"的CCD 为例，本实用新型可以达到中心分辨率高于2501p/mm、周边0.7H(70%对角线位置)分辨率 高于 1601p/mm〇
[0024] 7、本实用新型的镜头实现了前3倍红外共焦，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。镜头的红外光截止玻璃片放置在光阑位置，可以进行不同条件下的切换。 【【附图说明】】
[0025] 图1是本实用新型的系统光学图。 【【具体实施方式】】
[0026] 下面结合附图对本实用新型进行详细描述：
[0027]如图1所示，一种低成本、固定光圈、高分辨率、短焦端红外共焦的20倍连续变焦光 学系统，包括由物面至像面依次设有第一透镜群1、第二透镜群2、第三透镜群3、第四透镜群 4以及感光芯片5。在所述第二透镜群2和第三透镜群3之间设有固定光阑6。所述的第二透镜 群1、第四透镜群4在变倍过程中相对于感光芯片的位置是变动的，第二透镜群1、第四透镜 群4在变倍过程中相对于感光芯片的位置是变动的且第一透镜群1、第三透镜群3之间与感 光芯片5的相对位置是固定的，光阑6与感光芯片5之间的相对位置是固定的。所述第一透镜 群1从短焦距向长焦距的变化过程中的逐渐向光阑6靠拢，第四透镜群根据第二透镜群2和 物距的变化来调整使成像面落在感光芯片上。
[0028]本光学系统由9枚镜片组成，其中7枚玻璃镜片，1枚玻璃非球面镜片。
[0029]所述的第一透镜群1整体的焦距为正，该第一透镜群1由第一枚镜片101、第二枚镜 片102和第三枚镜片103三枚镜片组成，其中第一枚镜片101的焦距为负、第二枚镜片102和 第三枚镜片103焦距为正，第一枚镜片101和第二枚镜片102为粘合镜片。
[0030]所述第二透镜群2整体的焦距为负，该第二透镜群2由第一枚镜片201、第二枚镜 片202和第三枚镜片203三枚镜片组成，其中第一枚镜片201的焦距为负、第二枚镜片202的 焦距为负，第三枚镜片203的焦距为正;第二枚镜片202和第三枚镜片203为粘合镜片。
[0031]所述第三透镜群3整体的焦距为正，该第三透镜群3由一枚玻璃非球面镜片组成。 [0032]所述第四透镜群4体的焦距为正，该第四透镜群4 一枚正透镜球面镜片401和一枚 负焦距的球面透镜402,正透镜球面镜片401和负焦距的球面透镜402粘合在一起。
[0033]所述镜头的光阑6放置在第三透镜群3前，镜头的红外光截止玻璃片放置在光阑位 置，可以进行不同条件下的切换。
[0034]所述第三透镜群的非球面镜片形满足以下方程： Z=cy??{ l+^/[l-(l+k)cV] } + a ,；y2+ a 2y4+ a 3y6+ a 4y8+ a 5y1：e+ a 6y12+ a ?y14+a ：8y,6〇 在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y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，等于-1时为抛物线，介于-1到0之间 时为椭圆，等于〇时为圆形，大于〇时为扁圆形。^至如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的形状尺寸。
[0035]下面举一高倍变焦镜头的实际设计案例：
[0036]
[0037]群组变焦、调焦移动范围：
[0038] 第二透镜群2的移动范围是32.75mm;
[0039] 第四透镜群4的移动范围是3.25mm;
[0040] 光阑与感光芯片之间的距离是25.26mm。
【主权项】
1. 一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其特征在于其包括由物 面至像面依次设有第一透镜群（1)、第二透镜群(2)、第三透镜群(3)、第四透镜群(4)以及感 光芯片(5);在所述第二透镜群(2)和第三透镜群(3)之间设有光阑（6);在变倍过程中第二 透镜群（2)、第四透镜群(4)可相对于感光芯片（5)变动，且第一透镜群（1)、第三透镜群（3) 之间与相对感光芯片（5)是固定的，光阑（6)与感光芯片（5)之间的相对位置是固定的;所述 第一透镜群（1)从短焦距向长焦距的变化过程中的逐渐向光阑(6)靠拢，第四透镜群根据第 二透镜群(2)和物距的变化来调整使成像面落在感光芯片上。2. 按照权利要求1所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其 特征在于变焦光学系统由9枚镜片组成，其中8枚球面玻璃镜片，1枚单面非球面玻璃镜片。3. 按照权利要求1所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其 特征在于第一透镜群（1)整体的焦距为正，该第一透镜群（1)包括第一枚镜片（101)、第二枚 镜片（102)和第三枚镜片（103)，其中第一枚镜片（101)的焦距为负、第二枚镜片（102)和第 三枚镜片（103)焦距为正，第一枚镜片（101)和第二枚镜片（102)为粘合镜片。4. 按照权利要求1所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其 特征在于第二透镜群(2)整体的焦距为负，该第二透镜群(2)包括第一枚镜片(201)、第二枚 镜片（202)和第三枚镜片（203)，其中第一枚镜片（201)的焦距为负、第二枚镜片（202)的焦 距为负，第三枚镜片(203)的焦距为正;第二枚镜片(202)和第三枚镜片(203)为粘合镜片。5. 按照权利要求1所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其 特征在于第三透镜群（3)整体的焦距为正，该第三透镜群（3)由一枚玻璃非球面镜片组成， 非球面的第一面为球面，第二个面未非球面。6. 按照权利要求1所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其 特征在于所述第四透镜群（4)体的焦距为正，该第四透镜群（4)为一枚正透镜球面镜片 (401)和一枚负焦距的球面透镜(402)，正透镜球面镜片(401)和负焦距的球面透镜(402)粘 合在一起。7. 按照权利要求1所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其 特征在于所述第三透镜群的非球面镜片形满足以下方程:Z=cy2/{l+α iy2+a2y4+a3y 6+a4y8+a5y1Q+a 6y 12+a7y14+a8y16，在公式中，参数（ C )为半径所对应的曲率，（y )为 径向坐标，（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，（k)系数等于-1时为抛物线，（k)系数介于-1到0之间时非球面镜片为椭圆，（k)系数等于0时非球面镜片为 圆形，（k)系数大于0时非球面镜片为扁圆形，（a〇至(a 8)分别表示各径向坐标所对应的系 数。8. 按照权利要求1所述的一种高倍率、低成本、固定光圈、高分辨率的变焦光学系统，其 特征在于第二透镜群(2)的移动范围是32.75_，第四透镜群(4)的移动范围是6.95mm，光阑 与感光芯片之间的距离是25.26mm。
【文档编号】G02B15/173GK205594222SQ201520948322
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年11月25日
【发明人】王晓, 龚俊强, 其他发明人请求不公开姓名
【申请人】中山联合光电科技股份有限公司