一種緊湊型大變倍比高分辨率變焦鏡頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種緊湊型大變倍比高分辨率變焦鏡頭，從物方到像方依次分布了五個(gè)透鏡組，除第二透鏡組光焦度為負(fù)值外，其余四個(gè)透鏡組的光焦度都為正值；變焦鏡頭的焦距段為f=4.7-84.6mm，視場(chǎng)角2W=4°~67°，相對(duì)孔徑F值為F1.6，光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值140lp/mm處0.7視場(chǎng)內(nèi)都大于0.3。
【專利說明】一種緊湊型大變倍比高分辨率變焦鏡頭【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利屬于光機(jī)電一體化領(lǐng)域，涉及一種大變倍比緊湊型變焦鏡頭，尤其是指變倍比超過15的變焦鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]比起CXD圖像傳感器來，CMOS圖像傳感器在制造成本具有先天優(yōu)勢(shì)。隨著CMOS工藝日益成熟，CMOS性能逐步到達(dá)或超過同規(guī)格的CCD，進(jìn)而使得在安防領(lǐng)域應(yīng)用大靶面(SP大成像面積)攝像機(jī)成為可能。這種所謂的大靶面是指比傳統(tǒng)安防領(lǐng)域所應(yīng)用的1/4"、1/3"規(guī)格要來得更大。大靶面的CMOS圖像傳感器突出的優(yōu)勢(shì)是，可以在成本不提高且保持單個(gè)像素感光能力基本不下降情況下，有效地提升成像分辨率。在中午強(qiáng)烈的陽光和清晨或傍晚弱光兩個(gè)極端條件下使用，就要求在提高成像分辨率時(shí)，不能降低單個(gè)像素感光能力。這是安防攝像機(jī)區(qū)別于靶面大小相近的家用便攜式相機(jī)的一個(gè)非常重要的技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)為了廣泛應(yīng)用則使得安防攝像機(jī)的成本要求也很重要。
[0003]安防領(lǐng)域有一類要求很高的鏡頭，攝遠(yuǎn)端與廣角的焦距比很大，即變倍比很大，經(jīng)常超過15倍，并且要求鏡頭體積小即緊湊型。這種情況下，通常使用靶面為1/4"、1/5"的攝像機(jī)和緊湊型大變倍比變焦鏡頭，但鏡頭的分辨率不高?，F(xiàn)在，這類應(yīng)用為了獲得更高的分辨率，對(duì)就的攝像機(jī)其規(guī)格應(yīng)逐步升級(jí)為1/3" — 1/2.5"，像素總數(shù)為兩、三百萬。不過，市場(chǎng)上的緊湊型大變倍比變焦鏡頭以1/4"、1/5"為主。個(gè)別緊湊型鏡頭的靶面和變倍比到達(dá)了要求，而分辨率卻明顯不足。如果開發(fā)出滿足以上幾點(diǎn)要求的鏡頭，可以彌補(bǔ)市場(chǎng)需求的空缺，具有良好 的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本專利的目的是設(shè)計(jì)一種變焦鏡頭，成像面積能達(dá)到1/2.5"，結(jié)構(gòu)緊湊，總長(zhǎng)度不超過90 mm，變倍比達(dá)到18，分辨率滿足兩百萬像素?cái)z像機(jī)的要求。為了同時(shí)滿足這幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，本專利所述的變焦鏡頭采用了五個(gè)透鏡組，合理布局各個(gè)透鏡組以及各個(gè)鏡片的光焦度(焦距的倒數(shù))，以達(dá)到大靶面、大變倍比的要求；為了結(jié)構(gòu)緊湊、高分辨率，使用了超低色散玻璃和高折射率的玻璃。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種緊湊型大變倍比高分辨率變焦鏡頭，從物方到像方依次分布了五個(gè)透鏡組，除第二透鏡組光焦度為負(fù)值外，其余四個(gè)透鏡組的光焦度都為正值；變焦鏡頭的焦距段為f= 4.7-84.6 mm，視場(chǎng)角2W=4°~67°，相對(duì)孔徑F值為Fl.6，光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值140lp/mm處0.7視場(chǎng)內(nèi)都大于0.3。
[0007]第二透鏡組自物方至像方依次包含負(fù)光焦度鏡片，由負(fù)、正兩個(gè)透鏡構(gòu)成的負(fù)光焦度膠合雙透鏡，該透鏡組最一片為負(fù)光焦度的鏡片。
[0008]光學(xué)系統(tǒng)中的十四片光學(xué)透鏡的焦距和折射率及其二十八個(gè)面的曲率半徑分別滿足以下條件:[0009]-120〈Π〈-115 1.8<nl<2.060〈R1〈7035〈R2〈45
[0010]100<f2<1101.4<η2<1.5 35〈R3〈45155〈R4〈165
[0011]80<f3<901.5<n3<l.7 40<R5<50430<R6<445
[0012]90<f4<1001.7<n4<l.8 30<R7<4060〈R8〈70
[0013]-12<f5<-81.8<n5<l.9 35〈R9〈406<R10<9
[0014]-ll<f6<-71.6<n6<l.7-50〈R11〈_45 5〈R12〈10
[0015]8<f7<121.9<n7<2.0 5〈R13〈1125〈R14〈30
[0016]-54<f8<-481.6<n8<l.7 -14〈R15〈_8 -16〈R16〈_12 [0017]7<f9<ll1.7<n9<l.8 8〈R17〈14-50〈R18〈_45
[0018]-18<fl0<-14 1.9<nl0<2.0 18〈R19〈24 6〈R20〈10
[0019]9<fll<141.6<nll<l.8 15〈R21〈20 -14〈R22〈_10
[0020]-25<fl2<-20 1.8<nl2<l.9 -14〈R23〈_10 -42〈R24〈_35
[0021]-20<fl3<-15 1.8<nl3<l.9 8〈R25〈124〈R26〈8
[0022]10<fl4<151.4<nl4<l.6 4<R27<855〈R28〈60
[0023]這里，fi表示第i個(gè)鏡片的焦距，單位為毫米；ni表示第i個(gè)鏡片的折射率；Ri表示第i個(gè)鏡面的曲率半徑，單位為毫米；i=l，2，3…。
[0024]系統(tǒng)的光闌位于第三個(gè)透鏡組面向物方的位置處。
[0025]從廣角端到攝遠(yuǎn)端的變焦過程中，第二透鏡組往像方移動(dòng)；第四組在廣角端向中焦端變化過程中由像方朝物方移動(dòng)，在中焦端向攝遠(yuǎn)端變化過程中由物方朝像方移動(dòng)。
[0026]【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]附圖1是本專利在變焦廣角端(焦距4.70 mm)時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0028]附圖2是本專利在變焦中焦端(焦距33.0 mm)時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0029]附圖3是本專利在變焦攝遠(yuǎn)端(焦距84.6 mm)時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0030]附圖4是本專利的實(shí)施例在變焦廣角端時(shí)的球差、像散、畸變曲線圖。
[0031]附圖5是本專利的實(shí)施例在變焦中焦端時(shí)的球差、像散、畸變曲線圖。
[0032]附圖6是本專利的實(shí)施例在變焦攝遠(yuǎn)端時(shí)的球差、像散、畸變曲線圖。
[0033]【具體實(shí)施方式】
[0034]附圖1所示的一種緊湊型大變倍比高分辨率變焦鏡頭，物方到像方依次分布了五個(gè)透鏡組，除第二透鏡組光焦度為負(fù)值外，其余四個(gè)透鏡組的光焦度都為正值。由第二透鏡組的G2實(shí)現(xiàn)變焦功能，第四透鏡組G4來相應(yīng)的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)像面保持穩(wěn)定不動(dòng)。這兩個(gè)透鏡組的運(yùn)行，均在其它透鏡組不動(dòng)情況下，沿透鏡的中心線即光軸移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。從廣角端到攝遠(yuǎn)端的變焦過程中，第二透鏡組只向像方移動(dòng)，不往物方移動(dòng)；第四組在廣角端向中焦端變化過程中由像方朝物方移動(dòng)，如附圖2所示；第四組在中焦端向攝遠(yuǎn)端變化過程中，由物方朝像方移，如附圖3所示。
[0035]第一透鏡組Gl從物方到像方依次分布雙膠合透鏡LI和L2、凸透鏡L3、凸透鏡L4。其中，凸透鏡L4是通過所謂的“透鏡分裂”設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的，以此減輕凸透鏡L3的光焦度分擔(dān)，在中焦端到攝遠(yuǎn)端起到減小第一透鏡組的高級(jí)像差，從而提高該焦距段的像質(zhì)。膠合透鏡中的凸透鏡L2使用了具有低色散、反常色散系數(shù)的光學(xué)玻璃，降低了鏡頭攝遠(yuǎn)端的色差影響，對(duì)提高像質(zhì)很有幫助。[0036]第二透鏡組G2自物方至像方依次包含了凹透鏡L5，包含凹透鏡L6和凸透鏡L7的光焦度值為負(fù)的膠合雙透鏡，以及凹透鏡L8。這三個(gè)均為負(fù)光焦度子鏡組，本質(zhì)上也是利用“透鏡分裂”來減小第二透鏡組的高級(jí)像差，進(jìn)而提高了中焦端到攝遠(yuǎn)端的像差。其中，膠合透鏡起到減小色差作用的功能。
[0037]第三透鏡組G3自物方到像方依次包括了非球面鏡片L9和凹透鏡LlO。應(yīng)用非球面類型的表面，使得鏡片L9比起普通的球面鏡片能承擔(dān)更大的光焦度，提高鏡頭的相對(duì)孔徑。此時(shí)，不使用“透鏡分裂”方法是因?yàn)樵撶R片尺寸適中，使用非球面的成本不會(huì)太高。使用非球面對(duì)減小整體鏡頭的體積，實(shí)現(xiàn)緊湊化起到非常關(guān)鍵的作用。凹透鏡LlO與非球面鏡片L9共同起到降低色差的作用。
[0038]第四透鏡組由凸透鏡Lll和凹透鏡12雙膠合透鏡構(gòu)成。由于在整個(gè)變焦鏡頭光焦度分擔(dān)較小，主要作用只是補(bǔ)償變焦過程像面的移動(dòng)，所以使用雙膠合透鏡就足夠了。
[0039]第五透鏡組由凸透鏡L13和凹透鏡14雙膠合透鏡構(gòu)成，對(duì)前面四個(gè)透鏡組所殘留的像差起到補(bǔ)償作用，對(duì)提高整個(gè)鏡頭的分辨率有很好的效果。
[0040]實(shí)施例:鏡頭的光學(xué)數(shù)據(jù)如下:
[0041]面號(hào)曲率半徑厚度折射率.阿貝數(shù)
[0042]165.646 1.100 922866.208821
[0043]240.069 6.007 496998.815947
[0044]3160.100 0.150
[0045]446.517 5.048 608813.588806
[0046]5439.059 0.150
[0047]635.310 3.435 740999.526762
[0048]766.740 D7
[0049]838.771 0.800 834002.371846
[0050]97.637 4.035
[0051]10-49.684 0.800 637753.424210
[0052]117.893 3.077 922866.208821
[0053]1226.232 2.268
[0054]13-10.086 0.800 640002.602140
[0055]14-14.941 D14
[0056]光闌1.500
[0057]16 11.048 3.500 768419.492902
[0058]17 -48.860 1.219
[0059]1820.1411.200 922866.208821
[0060]19 8.757D19
[0061]20 18.704 3.154 693631.492330
[0062]21 -12.697 0.812 850260.323077
[0063]22-39.736 D22
[0064]23 10.481 0.800 850260.323077
[0065]24 6.0552.503 500469.660525[0066]25 57.410 4.8
[0067]26 平面0.750 516797.642123
[0068]27 平面1.000
[0069]其中，折射率是指d光折射率nd-1的數(shù)值，阿貝數(shù)是指vd乘以10000后得到的。
二者的數(shù)據(jù)由.符號(hào)分隔。最后一片是濾光片。
[0070]D7、D14、D19、D22所指的厚度在變焦過程中數(shù)值變化不固定，具體數(shù)值如下:
[0071]D7D14 D19D22
[0072]廣角端0.700 29.126 10.335 2.682
[0073]中焦端22.886 6.940 2.998 10.020
[0074]攝遠(yuǎn)端28.771 1.055 12.417 0.600
[0075]第16 面的非球面系數(shù)為 A:-7.7374524769172e-005 ;B:-9.16594205915636e-007o 第 17 面的非球面系數(shù)為 K:-83.1829905394523 ；A:-2.14634640595763e-005 ；B:-6.90029384744964e_008。
[0076]以上所述 僅是本專利技術(shù)的一種優(yōu)選實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)的限定，凡在本專利所述技術(shù)方案基礎(chǔ)之上作出的任何修改、替換等，均應(yīng)落入本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1..一種緊湊型大變倍比高分辨率變焦鏡頭，其特征在于從物方到像方依次分布了五個(gè)透鏡組，除第二透鏡組光焦度為負(fù)值外，其余四個(gè)透鏡組的光焦度都為正值；其所述變焦鏡頭的焦距段為f= 4.7 - 84.6 mm，視場(chǎng)角2W=4° -67°，相對(duì)孔徑F值為Fl.6，光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值140 lp/mm處0.7視場(chǎng)內(nèi)都大于0.3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型大變倍比高分辨率變焦鏡頭，其特征在于，第二透鏡組自物方至像方依次包含負(fù)光焦度鏡片，由負(fù)、正兩個(gè)透鏡構(gòu)成的負(fù)光焦度膠合雙透鏡，該透鏡組最一片為負(fù)光焦度的鏡片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型大變倍比高分辨率變焦鏡頭，其特征在于，光學(xué)系統(tǒng)中的五個(gè)透鏡組所包含的十四片光學(xué)透鏡的焦距和折射率及其二十八個(gè)面的曲率半徑分別滿足以下條件: -120〈fl〈-115 1.8<nl<2.0 60〈R1〈70 35〈R2〈45 100<f2<1101.4<n2<l.5 35〈R3〈45 155〈R4〈165 80<f3<901.5〈n3〈l.7 40<R5<50 430<R6<445 90<f4<1001.7〈n4〈l.8 30<R7<40 60〈R8〈70 -12<f5<-81.8<n5<l.9 35〈R9〈40 6<R10<9 -ll<f6<-71.6<n6<l.7 -50〈R11〈_45 5〈R12〈10 8<f7<121 .9<n7<2.0 5〈R13〈11 25〈R14〈30 -54<f8<-481.6〈n8〈l.7 -14〈R15〈_8 -16〈R16〈_12 7<f9<ll1.7<n9<l.8 8〈R17〈14 -50〈R18〈_45 -18<fl0<-14 1.9<nl0<2.0 18〈R19〈24 6〈R20〈10 9<fll<141.6<nll<l.8 15〈R21〈20 -14〈R22〈_10 -25<fl2<-20 1.8<nl2<l.9 -14〈R23〈_10 -42〈R24〈_35 -20<fl3<-15 1.8<nl3<l.9 8〈R25〈12 4〈R26〈8 10<fl4<151.4<nl4<l.6 4<R27<8 55〈R28〈60 其中，fi表示第i個(gè)鏡片的焦距，單位為毫米；ni表示第i個(gè)鏡片的折射率；Ri表示第i個(gè)鏡面的曲率半徑，單位為毫米；i=l，2，3…。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述緊湊型大變倍比高分辨率變焦鏡頭，其特征在于系統(tǒng)的光闌位于第三個(gè)透鏡組面向物方的位置處。
【文檔編號(hào)】G02B15/173GK203811886SQ201320672198
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】陳金發(fā), 陳俊杰, 林法官 申請(qǐng)人:福州開發(fā)區(qū)鴻發(fā)光電子技術(shù)有限公司