一種非球面雙波段共焦變焦鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利屬于光機(jī)電一體化領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)變焦鏡頭，尤其是采用非球面鏡片的高分辨率日夜雙波段共焦變焦鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002]焦距段在3.0-1Omm附近的日夜雙波段變焦鏡頭，是目前安防監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品。所謂日夜雙波段，是指鏡頭在白天通過可見光波段成像，夜間通過近紅外光波段成像，且兩波段成像點(diǎn)大致上共焦面，以保證鏡頭安裝完成后，白天和夜間的影像都能保持清晰。隨著高分辨率傳感元件的制造工藝逐年成熟，高清攝像機(jī)越來越普及，市場(chǎng)對(duì)該類鏡頭的光學(xué)性能要求逐年增高，在可見光和紅外光下都能達(dá)到百萬像素以上分辨率的鏡頭才能適應(yīng)全天候高清監(jiān)控的需求。
[0003]另一方面，為了控制生產(chǎn)成本，光學(xué)結(jié)構(gòu)緊湊、裝配流程簡(jiǎn)單的產(chǎn)品將是市場(chǎng)的發(fā)展方向。采用非球面鏡片，可以減少鏡頭所使用的鏡片數(shù)量，減小鏡頭體積，降低生產(chǎn)裝配成本，同時(shí)又能提高鏡頭的成像質(zhì)量，特別是在達(dá)到較大相對(duì)孔徑的情況下，使鏡頭維持較高分辨率。
[0004]目前，市面上可見光波段能達(dá)到百萬像素以上高清成像的相關(guān)產(chǎn)品，通常要使用八片到九片球面鏡片，且其在夜間紅外波段只能達(dá)到約30萬像素的分辨率，尚未達(dá)到較理想的雙波段共焦成像。例如編號(hào)為200910112238.2的中國(guó)專利，名為“雙波段光學(xué)變焦鏡頭”，焦距段為2.8-10mm，實(shí)現(xiàn)了可見光百萬像素高清成像，但其采用九片球面鏡片，生產(chǎn)成本較高。
[0005]若能利用非球面鏡片開發(fā)出使用鏡片數(shù)較少且日夜雙波段都能高清成像的產(chǎn)品，將具有非常實(shí)用的市場(chǎng)價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本專利的目的是設(shè)計(jì)一種光學(xué)鏡片總數(shù)為七片，變倍比超過2.8倍，可見光與紅外光成像能夠共焦的光學(xué)變焦鏡頭。并且，所設(shè)計(jì)的鏡頭在白天可見光波段和夜間紅外光波段的成像分辨率，均超過百萬像素。為了在鏡片片數(shù)較少、相對(duì)孔徑較大的情況下滿足上述技術(shù)指標(biāo)，該鏡頭采用一片非球面鏡片。該鏡頭需結(jié)構(gòu)緊湊，裝配便捷。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利采用的技術(shù)方案是:
一種非球面雙波段共焦變焦鏡頭，包括負(fù)光焦度的前透鏡組Gn、光闌和配置于前透鏡組Gn像側(cè)的具有正光焦度的后透鏡組Gp，利用前透鏡組Gn和后透鏡組Gp之間的空氣間隔變化來實(shí)現(xiàn)焦距的變化。更進(jìn)一步的，通過在光軸上前后移動(dòng)前透鏡組Gn完成對(duì)鏡頭的調(diào)焦。
[0008]所述前透鏡組Gn具有按物方到像方順序依次排列的負(fù)光焦度彎月形第一透鏡、負(fù)光焦度雙凹形第二透鏡和正光焦度彎月形第三透鏡。負(fù)光焦度的第一透鏡和第二透鏡保證了前透鏡組Gn具有足夠的負(fù)光焦度，以滿足廣角端成像。所述的第二透鏡和第三透鏡為膠合組件，起到了減少色差的作用。
[0009]所述后透鏡組Gp具有按物方到像方順序依次排列的正光焦度雙凸形第四透鏡、負(fù)光焦度彎月或雙凹形第五透鏡、正光焦度雙凸形第六透鏡和正光焦度雙凸形第七透鏡。所述的第四透鏡靠近光闌，至少有一面是非球面，通過光闌的全口徑光束均能較大范圍覆蓋該透鏡，以此利用非球面校正球差的作用，有效降低全系統(tǒng)的球差，實(shí)現(xiàn)大相對(duì)孔徑條件下的清晰成像。
[0010]本專利光學(xué)鏡頭中的七個(gè)光學(xué)透鏡的焦距和折射率及其十四個(gè)面的曲率半徑分別滿足以下條件:
-13.5 < fl < -11 1.68 < nl < 1.75 24 < Rl < 476 < R2 < 7.2
-13.5 < f2 < -11.6 1.49 < n2 < 1.62 -19 < R3 < -15 9 < R4 < 13.1 14.7 < f3 < 16.9 1.8 < n3 < 1.88 9 < R5 < 13.132<R6<62
光闌
7.9 < f4 < 9.61.67 < n4 < 1.75 5.9 < R7 < 8.5-200 < R8 < -16
-9 < f5 < -71.8 < n5 < 1.881351 < R9 < 15001 6.1 < RlO < 8.6
9< f6 < 161.49 < n6 < 1.69 7.8 < Rll < 12.5 R12 < -10
16 < f7 < 451.49 < n7 < 1.70 14 < R13 < 5013 < R14
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…。
[0011]產(chǎn)品的主要光學(xué)指標(biāo):焦距f=3.2-9.2mm,變倍比為2.9倍，對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)角2ff=137.7° -41.8°，相對(duì)孔徑F=L 8。在焦距為3.2mm的廣角端，后截距大于6.5mm。
[0012]在可見光波段，按照上述方案制成的鏡頭在整個(gè)焦距段內(nèi)各視場(chǎng)的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值在1501p/mm處都大于0.3，對(duì)應(yīng)于1/2.7寸傳感器，鏡頭達(dá)到了接近兩百萬像素的高清分辨率。對(duì)于850nm的紅外波段，鏡頭在整個(gè)焦距段內(nèi)各視場(chǎng)的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值在1201p/mm處都大于0.3，使夜間成像也達(dá)到了百萬像素的分辨率，實(shí)現(xiàn)了較理想的共焦成像。
【附圖說明】
[0013]附圖1是本專利在變焦廣角端(焦距3.2mm)時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0014]附圖2是本專利在變焦望遠(yuǎn)端(焦距9.2mm)時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0015]附圖3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。
[0016]附圖4是本專利的實(shí)施例在變焦望遠(yuǎn)端時(shí)的球差、像散、畸變曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]附圖1所示的一種非球面日夜雙波段共焦變焦鏡頭，由負(fù)光焦度的前透鏡組Gn、光闌和正光焦度的后透鏡組Gp組成，通過改變前透鏡組Gn和后透鏡組Gp的空氣間隔，實(shí)現(xiàn)焦距的變化。更具體的，沿光軸方向移動(dòng)后透鏡組Gp，起到變倍的作用，沿光軸方向移動(dòng)前透鏡組Gn，起到補(bǔ)償像面偏移的作用。當(dāng)前后兩組間隔最大時(shí)，鏡頭焦距最短，為變焦廣角端；當(dāng)前后兩組逐漸靠近，鏡頭的焦距逐漸變長(zhǎng)，直到兩組間隔達(dá)到設(shè)計(jì)的最小間隔，此時(shí)的鏡頭焦距最長(zhǎng)，為變焦望遠(yuǎn)端，如附圖2所示。光闌置于前透鏡組Gn和后透鏡組Gp之間，用于控制鏡頭的通光量。
[0018]所述后透鏡組Gp中最靠近光闌的第四透鏡，其全口徑上均最大限度地覆蓋各個(gè)視場(chǎng)的光束，將其設(shè)計(jì)為非球面，并承擔(dān)較大的光焦度，從而有效的降低了全系統(tǒng)的球差。第六透鏡和第七透鏡，盡可能采用低色散玻璃，以減少軸向色差，使可見光和紅外光共焦，有力地提升紅外波段的成像分辨率。
[0019]具體實(shí)施例:
前透鏡組Gn具有按物方到像方順序依次排列的負(fù)光焦度彎月形第一透鏡L1、負(fù)光焦度雙凹形第二透鏡L2和正光焦度彎月形第三透鏡L3，第一透鏡LI和第二透鏡L2通過隔圈緊靠裝配，第三透鏡L3和第二透鏡L2膠合。
[0020]后透鏡組Gp具有按物方到像方順序依次排列的正光焦度雙凸形第四透鏡L4、負(fù)光焦度彎月形第五透鏡L5、正光焦度雙凸形第六透鏡L6和正光焦度雙凸形第七透鏡L7，第四透鏡L4和第五透鏡L5通過隔圈緊靠裝配，第五透鏡L5和第六透鏡L6直接緊靠裝配，第七透鏡L7和第六透鏡L6通過隔圈緊靠裝配。第四透鏡L4為非球面鏡片。
[0021]鏡頭的光學(xué)數(shù)據(jù)如下:
面號(hào)Rdη
135.221.011.72
26.82 6.0
3-16.2820.71.52
410.6393.851.85
553.04(d5)
光闌 S00(ds)
76.75 (非球面) 3.551.69
8-88.898 (非球面)0.2
9321.7092.221.84
107.090.12
118.592.551.50
12-16.6130.1
1334.23.781.69
14-78.302
這里,R表示對(duì)應(yīng)鏡面的曲率半徑,d表示對(duì)應(yīng)鏡片的中心厚度或者空氣間隔,η表示對(duì)應(yīng)鏡片的折射率，d5和ds是可變空氣間隔，d5的變化范圍是13.99-2.49，ds的變化范圍是 6.85-0.1。
[0022]第7面的圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)分別為:
K=-0.4916，A= 2.226546E-004, B = 1.458801E-005，C=-L 116792E-007，D =3.702228E-008 ；
第8面的圓錐常數(shù)K和非球面系數(shù)分別為:
K=-435.961，Α=6.708587Ε-004,Β = 3.915203Ε-005, C=~2.043297E-006, D =2.076191E-007 ；
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、等同替換等，均應(yīng)落入本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非球面雙波段共焦變焦鏡頭，包括負(fù)光焦度的前透鏡組Gn、光闌和配置于前透鏡組Gn像側(cè)的具有正光焦度的后透鏡組Gp，利用前透鏡組Gn和后透鏡組Gp之間的空氣間隔變化來實(shí)現(xiàn)焦距的變化；所述前透鏡組Gn包括負(fù)光焦度的彎月形第一透鏡L1、負(fù)光焦度的雙凹形第二透鏡L2和正光焦度的彎月形第三透鏡L3，所述后透鏡組Gp包括正光焦度的雙凸形第四透鏡L4、負(fù)光焦度的彎月或雙凹形第五透鏡L5、正光焦度的雙凸形第六透鏡L6和正光焦度的雙凸形第七透鏡L7，所述的第二透鏡L2和第三透鏡L3為膠合組件；鏡頭中的七片光學(xué)透鏡的焦距和折射率及其十四個(gè)面的曲率半徑分別滿足以下條件: -13.5 < fl < -11 1.68 < nl < 1.75 24 < Rl < 476 < R2 < 7.2 -13.5 < f2 < -11.6 1.49 < n2 < 1.62 -19 < R3 < -15 9 < R4 < 13.1 14.7 < f3 < 16.9 1.8 < n3 < 1.88 9 < R5 < 13.132<R6<62 光闌 7.9 < f4 < 9.61.67 < n4 < 1.75 5.9 < R7 < 8.5 -200 < R8 < -16-9 < f5 < -71.8 < n5 < 1.88 | 35 | < R9 < | 500 | 6.1 < RlO < 8.6 9 < f6 < 161.49 < n6 < 1.69 7.8 < Rll < 12.5 R12 < -10 16 < f7 < 451.49 < n7 < 1.7014 < R13 < 50113< R14。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的非球面雙波段共焦變焦鏡頭，其特征在于，第四透鏡L4的兩個(gè)表面均為非球面。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的非球面雙波段共焦變焦鏡頭，其特征在于:光學(xué)系統(tǒng)的焦距f=3.2-9.2mm，視場(chǎng)角2W=137.7° -41.8°，相對(duì)孔徑F=L 8，后截距大于6.5mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非球面雙波段共焦變焦鏡頭，從物方到像方依次包括負(fù)光焦度的前透鏡組、光闌和正光焦度的后透鏡組，前透鏡組包括負(fù)光焦度的彎月形第一透鏡、負(fù)光焦度的雙凹形第二透鏡和正光焦度的彎月形第三透鏡，后透鏡組包括正光焦度的雙凸形第四透鏡、負(fù)光焦度的彎月或雙凹形第五透鏡、正光焦度的雙凸形第六透鏡和正光焦度的雙凸形第七透鏡，第二透鏡和第三透鏡為膠合組件，第四透鏡為非球面鏡片。通過改變前透鏡組和后透鏡組的空氣間隔，實(shí)現(xiàn)焦距的變化。通過合理設(shè)計(jì)并利用非球面鏡片校正像差，使該鏡頭在較大相對(duì)孔徑情況下的分辨率在可見光和紅外光波段均高于一百萬像素。該鏡頭共含七片透鏡，結(jié)構(gòu)緊湊，易于裝配，有效控制了生產(chǎn)成本。
【IPC分類】G02B7-04, G02B15-177
【公開號(hào)】CN104749756
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310733023
【發(fā)明人】周明東, 李宇航, 黃躍東
【申請(qǐng)人】福州開發(fā)區(qū)鴻發(fā)光電子技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月27日