專利名稱：一種低成本、高解像力的光學(xué)變焦鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利屬于光機(jī)一體化領(lǐng)域，涉及一種變焦鏡頭，尤其是指一種低成本、高解像力的光學(xué)變焦鏡頭。
背景技術(shù)：
二組元光學(xué)變焦鏡頭一直在安防業(yè)占有很大的市場(chǎng)，在不使用非球面的前提下，一般采用9 11片鏡片的光學(xué)結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，隨著稀土元素價(jià)格高速上漲，光學(xué)玻璃特別是鑭系玻璃的價(jià)格翻了好幾番，這使鏡頭生產(chǎn)的成本增加，給從事中低端鏡頭生產(chǎn)的企業(yè)帶來(lái)很大的壓力，大大減少其銷售業(yè)績(jī)。本專利技術(shù)通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)，研發(fā)出一種8組8片光學(xué)結(jié)構(gòu)的二組元光學(xué)變焦鏡頭，減少了鏡片的總數(shù)，有利于降低鏡頭的生產(chǎn)成本，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將具有一定的推廣優(yōu)勢(shì)。 發(fā)明內(nèi)容本專利的目的是設(shè)計(jì)一種低成本、高解像力的光學(xué)變焦鏡頭。如圖I所示，本專利從物方到像方依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡組G1、光闌和正光焦度的第二透鏡組G2。通過(guò)移動(dòng)第二透鏡組G2改變鏡頭焦距，通過(guò)移動(dòng)第一透鏡組G1，補(bǔ)償變焦后像面位置的變化，保證在整個(gè)變焦范圍內(nèi)像面的位置固定不變。本專利的第一透鏡組Gl具有按物體一側(cè)順序排列的第一透鏡為凸凹鏡片LI、第二透鏡為雙凹鏡片L2和凸凹的第三透鏡L3。其中第一透鏡LI和第二透鏡L2為負(fù)透鏡，第三透鏡L3為正透鏡，第一透鏡LI和第三透鏡L3都是月牙形透鏡，整體向光闌彎曲。本專利的第二透鏡組G2具有按物體一側(cè)順序排列的第四透鏡為雙凸鏡片L4，第五透鏡為雙凸鏡片L5，第六透鏡為雙凹鏡片L6，第七透鏡為雙凸鏡片L7，第八透鏡為雙凸鏡片L8。其中第六透鏡L6為負(fù)透鏡，其前后各有兩個(gè)雙凸的正透鏡，五個(gè)透鏡形成一個(gè)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。本專利鏡頭是一 8組8片的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中直徑較大第一透鏡組Gl的鏡片采用重火石或重冕玻璃進(jìn)行設(shè)計(jì)，有利于降低生產(chǎn)成本；直徑較小的第二透鏡組G2的鏡片根據(jù)成像質(zhì)量要求，可適當(dāng)加入高折射率低色散的鑭冕玻璃與重火石、重冕玻璃配合進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證鏡頭的成像質(zhì)量要求。本專利的變倍比f(wàn)T/fw > 2. 0，其中fT為本專利鏡頭在長(zhǎng)焦時(shí)的焦距，fff為本專利鏡頭在短焦時(shí)的焦距。

圖I是本專利在短焦時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖，其中S表示光闌，I表示像面。圖2是本專利在長(zhǎng)焦時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖，其中S表示光闌，I表示像面。圖3是本專利第一實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)玻璃鏡片的曲率半徑和折射率的示意圖，其中fli表示第i個(gè)鏡片的焦距，單位為毫米；nli表示第i個(gè)鏡片的折射率；Rli表示第i個(gè)鏡面的曲率半徑，單位為毫米= 1，2，3…。[0011]圖4是本專利的第一實(shí)施例在短焦時(shí)MTF曲線。圖5是本專利的第一實(shí)施例在長(zhǎng)焦時(shí)MTF曲線。圖6是本專利第二實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)玻璃鏡片的曲率半徑和折射率的示意圖，其中f2i表示第i個(gè)鏡片的焦距，單位為毫米；n2i表示第i個(gè)鏡片的折射率；R2i表示第i個(gè)鏡面的曲率半徑，單位為毫米= 1，2，3…。圖7是本專利的第二實(shí)施例在短焦時(shí)MTF曲線。圖8是本專利的第二實(shí)施例在長(zhǎng)焦時(shí)MTF曲線。
具體實(shí)施方式
如圖I、圖2所示，本專利的第一透鏡組Gl具有按物體一側(cè)順序排列的第一透鏡為 凸凹鏡片LI、第二透鏡為雙凹鏡片L2和凸凹的第三透鏡L3。其中，所述的第一透鏡LI和第三透鏡L3都是凸面朝向物方，整體向光闌彎曲，有利于校正匹茲凡和。本專利中的第二透鏡組G2具有按物體一側(cè)順序排列的第四透鏡為雙凸鏡片L4，第五透鏡為雙凸鏡片L5，第六透鏡為雙凹鏡片L6，第七透鏡為雙凸鏡片L7，第八透鏡為雙凸鏡片L8，五個(gè)透鏡形成一個(gè)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，有利于校正軸外像差。通過(guò)移動(dòng)第二透鏡組G2改變鏡頭焦距，通過(guò)移動(dòng)第一透鏡組G1，補(bǔ)償變焦后像面位置的變化，保證在整個(gè)變焦范圍內(nèi)像面的位置能夠固定不變。如圖3所示，本專利的第一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中的八個(gè)光學(xué)透鏡的焦距、折射率及其十六個(gè)面的曲率半徑分別滿足以下條件-15 < fll < -10 I. 6 < nil < I. 7 30 < Rll < 40 5 < R12 < 10-20 < fl2 < -15 I. 6 < nl2 < I. 7 -35 < R13 < -25 15 < R14 < 2020 < fl3 <25 I. 8 < nl3 < I. 9 10 < R15 < 16 40 < R16 < 60光闌
15 < f 14 < 201.6<nl4< 1.7 20 < R17 < 30-30 < R18 < -20
10< fl5< 151.6<nl5< 1.7 5 < R19 < 10-500 < RllO <-400
-10<fl6<-51.8<nl6< 1.9 -30 < Rlll <-205<R112< 10
15<fl7<201.6<nl7< 1.7 30<R113<40-20<R114<-15
15<fl8<201.6<nl8< 1.7 10<R115< 15-150< R116<-100其中fli表示第i個(gè)鏡片的焦距，單位為毫米；nli表示第i個(gè)鏡片的折射率；Rli表示第i個(gè)鏡面的曲率半徑，單位為毫米= 1，2，3…。為達(dá)到百萬(wàn)像素對(duì)應(yīng)高像質(zhì)的成像質(zhì)量，同時(shí)為了有效控制成本，在本專利第一實(shí)施例中，直徑較大的第一透鏡組Gl避開(kāi)高價(jià)格的鑭系和重鑭系玻璃，直徑較小的第二透鏡組G2的一些鏡片采用了鑭冕玻璃進(jìn)行像差校正，從而提高本專利的成像質(zhì)量。其中第一透鏡LI和第二透鏡L2采用重冕玻璃,第三透鏡L3采用重火石玻璃,第四透鏡L4和第五透鏡L5采用鑭冕玻璃，第六透鏡采用重火石玻璃，第七透鏡L7采用鑭冕玻璃，第八透鏡L8采用重冕玻璃。如圖4、圖5所示，本專利的第一實(shí)施例短焦和長(zhǎng)焦中心視場(chǎng)的傳遞函數(shù)MTF值在1301p/mm處都大于O. 5，邊緣視場(chǎng)的傳遞函數(shù)MTF值在1301p/mm處都大于O. 3，對(duì)應(yīng)于1/3寸靶面，鏡頭的成像質(zhì)量能夠適應(yīng)的像素值為3· 6*130*2*4. 8*130*2 = 1168128 >1000000，保證本實(shí)施例鏡頭的解像力在整個(gè)焦距段內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)像素對(duì)應(yīng)的高畫(huà)質(zhì)。通過(guò)上述方案，本專利的第一實(shí)施例的短焦焦距為3. 15mm，視場(chǎng)角為112. 3°，長(zhǎng)焦的焦距為9. 0mm，視場(chǎng)角為37. 5°，鏡頭的變倍比f(wàn)T/fw = 2. 857。如圖6所示，在本專利的第二實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中的八個(gè)光學(xué)透鏡的焦距、折射率及其十六個(gè)面的曲率半徑分別滿足以下條件-20 < f21 < -15 I. 6 < n21 < I. 7 20 < R21 < 30 5 < R22 < 10-15 < f22 < -10 I. 6 < n22 < I. 7 -35 < R23 < -25 10 < R24 < 1520 < f23 <30 I. 8 < n23 < I. 9 10 < R25 < 15 30 < R26 < 40光闌
10< f24 < 151.6<n24< 1.7 10<R27< 15-40< R28 < -30
10< f25 <151.6 < n25 < I. 7 5 < R29 < 10-100 < R210 < -80
-10 < f26 < -51.8<n26< 1.9 -30<R211 <-205<R212< 10
20 < f27 < 301.6<n27< 1.7 100< R213< 120-20<R214<-15
15 < f28 < 201.6<n28< 1.7 10<R215< 15-40<R216<-30其中f2i表示第i個(gè)鏡片的焦距，單位為毫米；n2i表示第i個(gè)鏡片的折射率；R2i表示第i個(gè)鏡面的曲率半徑，單位為毫米= 1，2，3…。為進(jìn)一步降低本專利成本，在本實(shí)施例中，除了第三透鏡L3和第六透鏡L6采用重火石玻璃，其它透鏡都采用重冕玻璃，避開(kāi)了高價(jià)格的鑭系、重鑭系玻璃。如圖7、圖8所示，本專利的第二實(shí)施例短焦和長(zhǎng)焦中心視場(chǎng)的傳遞函數(shù)MTF值在901p/mm處都大于O. 5，邊緣視場(chǎng)的傳遞函數(shù)MTF值在901p/mm處都大于O. 3，對(duì)應(yīng)于1/3寸靶面，鏡頭的成像質(zhì)量能夠適應(yīng)的像素值為3· 6*90*2*4. 8*90*2 = 559872 > 300000，說(shuō)明第二實(shí)施例在進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本的同時(shí)其解像力仍然高于一般鏡頭的解像力。通過(guò)上述方案，本專利的第二實(shí)施例的短焦焦距為3. 2mm，視場(chǎng)角為105°，長(zhǎng)焦的焦距為9. 2mm，視場(chǎng)角為34. 5°，鏡頭的變倍比f(wàn)T/fw = 2. 875。
權(quán)利要求1.一種低成本、高解像力的光學(xué)變焦鏡頭，其特征在于從物方到像方依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡組Gl、光闌和正光焦度的第二透鏡組G2，移動(dòng)第二透鏡組G2改變鏡頭焦距，移動(dòng)第一透鏡組G1，補(bǔ)償變焦后像面位置的變化，使鏡頭在整個(gè)變焦范圍內(nèi)像面的位置固定不變，其中所述的負(fù)光焦度的第一透鏡組Gl具有按物體一側(cè)順序排列的第一透鏡為凸凹鏡片LI、第二透鏡為雙凹鏡片L2和凸凹的第三透鏡L3 ;所述的正光焦度的第二透鏡組G2具有按物體一側(cè)順序排列的第四透鏡為雙凸鏡片L4，第五透鏡為雙凸鏡片L5，第六透鏡為雙凹鏡片L6，第七透鏡為雙凸鏡片L7，第八透鏡為雙凸鏡片L8。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低成本、高解像力的光學(xué)變焦鏡頭，其特征在于所述的第一透鏡組Gl的第一透鏡LI和第三透鏡L3都是月牙形透鏡，整體向光闌彎曲。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低成本、高解像力的光學(xué)變焦鏡頭，其特征在于所述的第二透鏡組G2的第六透鏡L6為負(fù)透鏡，其前后各有兩個(gè)雙凸的正透鏡，五個(gè)透鏡形成一個(gè) 對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低成本、高解像力的光學(xué)變焦鏡頭，其特征在于所述的光學(xué)變焦鏡頭的變倍比f(wàn)T/fw > 2. O，其中fT為本專利鏡頭在長(zhǎng)焦時(shí)的焦距，fff為本專利鏡頭在短焦時(shí)的焦距。
專利摘要一種低成本、高解像力的光學(xué)變焦鏡頭，屬于光機(jī)一體化領(lǐng)域，從物方到像方依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡組G1、光闌和正光焦度的第二透鏡組G2，通過(guò)移動(dòng)第二透鏡組G2改變鏡頭焦距，通過(guò)移動(dòng)第一透鏡組G1，補(bǔ)償變焦后像面位置的變化，保證在整個(gè)變焦范圍內(nèi)像面的位置固定不變。該鏡頭采用8組8片的光學(xué)結(jié)構(gòu)，變倍比f(wàn)T/fW＞2.0，其中fT為本專利鏡頭在長(zhǎng)焦時(shí)的焦距，fW為本專利鏡頭在短焦時(shí)的焦距。
文檔編號(hào)G02B1/00GK202533647SQ20122023237
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者周明東, 鄭志明, 陳金發(fā) 申請(qǐng)人:福州開(kāi)發(fā)區(qū)鴻發(fā)光電子技術(shù)有限公司