CN103235399A - 一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，从被摄物体到像面之间依次设有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组以及第五透镜组，所述第一透镜组相对于像面固定不动，第二透镜组相对于像面可沿物像方向前、后移动，第三透镜组相对于像面固定不动，所述第一透镜组的焦距为正，第二透镜组的焦距为负。本发明解决了对焦距离远、对焦范围小，分辨率偏低，变焦倍率小，体积大等问题。

Description

一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统
【技术领域】
本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种应用于监控、展台系统的高像素、微距对焦、大倍率变焦光学系统。
【背景技术】
目前监控、展台用的变焦距光学系统普遍存在这样的缺点：系统焦距倍率低，分辨率偏低，从低倍到高倍整个过程只有某个倍率时能实现微距对焦或者对焦范围小，体积大，畸变大等等。
目前市场上还没有镜头能够同时克服上述缺点，只有少数镜头，在牺牲其它方面的情况下改善某个方面，比如为了实现大的变焦距倍率，就得增加系统体积。为了实现较近的对焦距离、就得降低分辨率，增加系统的复杂程度等，远远不能满足监控、展台要求的图像清晰度和真实性、从低倍到高倍整个过程实现从微距到无穷远范围内对焦、体积小等，目前市场上还没有克服以上全部缺点的变焦距镜头。
【发明内容】
本发明目的是克服现有技术从低倍到高倍整个过程对焦距离远、对焦范围小，分辨率偏低，变焦倍率小，体积大等不足，提供了一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下列技术方案：
一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：从被摄物体到像面18之间依次设有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组以及第五透镜组，所述第一透镜组相对于像面18固定不动，第二透镜组相对于像面18可沿物像方向前、后移动，第三透镜组相对于像面18固定不动，所述第一透镜组的焦距为正，第二透镜组的焦距为负。
如上所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述第一透镜组由第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3组成；所述第二透镜组由第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7组成；所述第三透镜组由第八透镜9、第九透镜10组成；所述第四透镜组由第十透镜11、第十一透镜12、第十二透镜13、第十三透镜14组成；所述第五透镜组由第十四透镜15、第十五透镜16组成。
如上所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述第四透镜组、第五透镜组相对于像面18可沿物像方向前、后移动。
如上所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述第一透镜1和第二透镜2使用光学胶水粘合在一起；第六透镜6和第七透镜7使用光学胶水粘合在一起；第八透镜9和第九透镜10使用光学胶水粘合在一起；第十二透镜13和第十三透镜14使用光学胶水粘合在一起；第十四透镜15和第十五透镜16使用光学胶水粘合在一起。
如上所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述第三透镜组的光焦度为正，第四透镜组的光焦度为正，第五透镜组的光焦度为正。
如上所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述变焦光学系统中所有透镜均为球面透镜且材质均为光学玻璃。
如上所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：在第七透镜7与第八透镜9之间设有光阑8,在第十五透镜16与像面18之间设有滤光片17。
本发明与现有技术相比具有如下的优点：
1、目前市场上大部分变焦距镜头的体积小变焦距倍率也小，焦距倍率大体积也跟着增大，本发明的焦距倍率大的同时体积小；
2、目前市场上常见的变焦距镜头通常在低倍状态下对焦距离近，但在高倍状态下对焦距离远，对焦范围小，在近距离摄影中，通常表现出被摄体有畸变或像场不平直等缺陷，本发明从低倍到高倍整个过程中都能实现从微距到无穷远范围内对焦，能在非常近的距离处拍摄微小物体的特写，具有微距镜头的特性；
3、目前市场上大部分大倍率变焦距镜头的像素偏低，通常表现为高倍状态下分辨率低，或者中心分辨率高，周边低，本发明的分辨率非常高，从低倍到高倍的整个过程都能够拍摄到整个画面清晰、高对比度的图像；
4、目前市场上大倍率的变焦距镜头低倍状态下的畸变非常大，本发明低倍状态下的畸变非常小，是目前市场上相同规格下的变焦距镜头的1/4，拍摄过程中，几乎看不到物体有变形。
【附图说明】
图1是本发明的系统光学图。
【具体实施方式】
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图所示，一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：从被摄物体到像面18依次设有第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、光阑8、第八透镜9、第九透镜10、第十透镜11、第十一透镜12、第十二透镜13、第十三透镜14、第十四透镜15、第十五透镜16以及滤光片17。
所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3为第一透镜组，整个透镜组的焦距为正且相对于感光芯片固定不动。第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7为第二透镜组，整个透镜组的焦距为负且相对于感光芯片可沿物象方向前后移动。第八透镜9、第九透镜10为第三透镜组，整个透镜组的焦距为正且相对于感光芯片固定不动。第十透镜11、第十一透镜12、第十二透镜13、第十三透镜14为第四透镜组，整个透镜组的焦距为正且相对于感光芯片可沿物象方向前后移动。所述第十四透镜15、第十五透镜16为第五透镜组，整个透镜组的焦距为正且相对于感光芯片可沿物象方向前后移动。
为了实现较大的变焦倍率，设计时采用第一透镜组和第三透镜组固定，第二透镜组可在第一透镜组和第三透镜组之间沿物象方向移动，在第一透镜组和第三透镜组之间留有较大的空间，使第二透镜组从低倍状态到高倍状态移动量较大。同时，第一透镜组的焦距为正，第二透镜组的焦距为负，保证不管是大角度还是大口径的光线入射，都能够进入后面透镜组，实现较大的变焦倍率。
为了实现高分辨率，设计采用第二透镜组、第四透镜组、第五透镜组移动，第三透镜组固定，这样第二透镜组的共轭距改变量经第三透镜组纵向放大之后与第四透镜组、第五透镜组引起的共轭距的改变量相抵消，实现像面补偿。
第一透镜组采用胶合透镜和单透镜配合使用，胶合面弯向光阑8，不仅使第一辅助光线有很好的走向，而且还能够矫正高倍位置的球差和正弦差。第二透镜组采用两个单透镜和胶合透镜配合，很好的矫正了低倍位置的像差。第五透镜组采用单一的胶合透镜且可移动，矫正不同倍率时前面透镜组的剩余像差。
整个系统多处采用单透镜和胶合透镜配合使用，不仅消除了整个系统的色差，也很好的平衡了整个系统的像差。最后，设置一定的渐晕，在不影响像面照度的情况下，还能拦掉周边杂散光线，使像面中心分辨率高的同时，边缘也有很高的分辨率。
为了实现从低倍到高倍整个过程都能够实现从微距到无穷远范围内对焦，设计过程中，不仅在低倍位置对物体在无穷远和微距离进行像差矫正，同时在高倍位置也对物体在无穷远和微距离进行像差矫正，很好的均衡各倍率位置物体在无穷远和微距情况下产生的各像差，使得系统在整个变倍过程物体从微距离到无穷远范围内都具有很好的分辨率。
另外，使用过程中适当的调节第四透镜组、第五透镜组，使其与第二透镜组在物体无穷远和微距情况下产生的共轭距变化量相抵消，实现像面补偿，就能够得到高质量的画面。
本发明设计时采用宽光谱，且设计的理论解像力远高于理论需要值，保证了图像锐利度和色彩还原性。
下面举一10倍变焦的实际设计案例：
Figure BDA00003204571000061
Figure BDA00003204571000071
所述各个透镜组之间变焦移动范围：
第一透镜组～第二透镜组之间的间隔  0.380-20.465mm。
第二透镜组～光阑之间的间隔  27.747-0.861mm。
第三透镜组～第四透镜组之间的间隔  12.250-0.448mm。
第四透镜组～第五透镜组之间的间隔  2.782-18.918mm。

Claims (7)

1.一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：从被摄物体到像面（18）之间依次设有第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组以及第五透镜组，所述第一透镜组相对于像面（18）固定不动，第二透镜组相对于像面（18）可沿物像方向前、后移动，第三透镜组相对于像面（18）固定不动，所述第一透镜组的焦距为正，第二透镜组的焦距为负。
2.根据权利要求1所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述第一透镜组由第一透镜（1）、第二透镜（2）、第三透镜（3）组成；所述第二透镜组由第四透镜（4）、第五透镜（5）、第六透镜（6）、第七透镜（7）组成；所述第三透镜组由第八透镜（9）、第九透镜（10）组成；所述第四透镜组由第十透镜（11）、第十一透镜（12）、第十二透镜（13）、第十三透镜（14）组成；所述第五透镜组由第十四透镜（15）、第十五透镜（16）组成。
3.根据权利要求2所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述第四透镜组、第五透镜组相对于像面（18）可沿物像方向前、后移动。
4.根据权利要求3所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述第一透镜（1）和第二透镜（2）使用光学胶水粘合在一起；第六透镜（6）和第七透镜（7）使用光学胶水粘合在一起；第八透镜（9）和第九透镜（10）使用光学胶水粘合在一起；第十二透镜（13）和第十三透镜（14）使用光学胶水粘合在一起；第十四透镜（15）和第十五透镜（16）使用光学胶水粘合在一起。
5.根据权利要求4所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述第三透镜组的光焦度为正，第四透镜组的光焦度为正，第五透镜组的光焦度为正。
6.根据权利要求4所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：所述变焦光学系统中所有透镜均为球面透镜且材质均为光学玻璃。
7.根据权利要求4所述的一种高像素微距对焦大倍率变焦光学系统，其特征在于：在第七透镜（7）与第八透镜（9）之间设有光阑（8）,在第十五透镜（16）与像面（18）之间设有滤光片（17）。
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