CN106707477A - 高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统 - Google Patents

高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统，从物面至像面依次设置有：相对像面静止的第一透镜组，第一透镜组的光焦度为正，第一透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜；能相对像面前后移动的第二透镜组，第二透镜组的光焦度为负，第二透镜组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜；光阑；相对像面静止的第三透镜组，第三透镜组的光焦度为正，第三透镜组包括第八透镜、第九透镜和第十透镜；能相对像面前后移动的第四透镜组，第四透镜组的光焦度为正，第四透镜组包括第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜、第十四透镜和第十五透镜；滤光片。本发明结构简单，像素高、分辨率高、视场角大、成本低廉。

Description

高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统
【技术领域】
本发明涉及光学系统，尤其是高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统。
【背景技术】
目前视讯会议用的变焦距光学系统普遍存在这样的缺点：系统成本高、分辨率偏低、视场角小、重量大、在变焦过程中不能保证每个焦距高低温共焦等等。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，比如为了实现高像素、视场角大、高低温共焦,就得增加系统体积和成本，远远不能满足视讯会议要求成本低、像素高的现实。
因此，本发明正是基于以上的不足而产生的。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统，该系统像素高、成本低、视场角大。
为解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统，其特征在于，从物面至像面依次设置有：
相对像面静止的第一透镜组，所述第一透镜组的光焦度为正，所 述的第一透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜；
能相对像面前后移动的第二透镜组，所述第二透镜组的光焦度为负，所述的第二透镜组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜；
光阑；
相对像面静止的第三透镜组，所述第三透镜组的光焦度为正，所述第三透镜组包括第八透镜、第九透镜和第十透镜；
能相对像面前后移动的第四透镜组，所述第四透镜组的光焦度为正，所述第四透镜组包括第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜、第十四透镜和第十五透镜；
滤光片。
如上所述的高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统，其特征在于：所述第一透镜与所述第二透镜通过光学胶水粘合，所述第六透镜与所述第七透镜通过光学胶水粘合，所述第九透镜与所述第十透镜通过光学胶水粘合，所述第十三透镜与所述第十四透镜通过光学胶水粘合。
如上所述的高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统，其特征在于：所述第五透镜、第八透镜、第十五透镜采用塑料非球面镜片；所述第十一透镜采用玻璃非球面镜片；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜、第七透镜、第九透镜、第十透镜、第十二透镜、第十三透镜、第十四透镜采用玻璃球面镜片。
与现有技术相比，本发明的高像素、低成本、视场角大、高低温 共焦的变焦光学系统，达到了如下效果：
1、目前市场上大部分变焦距镜头为了实现高像素采用了较多的玻璃镜片和玻璃非球面镜片；本发明采用了塑料非球面镜片，大幅降低了成本和镜头整体的重量。
2、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。
3、目前市场上大部分变焦距镜头会出现常温对焦状况下，高低温会出现虚焦、发蒙的情况；本发明保证了各倍率段高低温的完全共焦。
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1/3，拍摄过程中，几乎看不到物体有变形。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1为本发明示意图；
附图说明：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、第六透镜；7、第七透镜；8、光阑；9、第八透镜；10、第九透镜；11、第十透镜；12、十一透镜；13、第十二 透镜；14、第十三透镜；15、第十四透镜；16、第十五透镜；17、滤光片；18、像面。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
如图1所示，高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统，从物面至像面依次设置有：
相对像面18静止的第一透镜组，所述第一透镜组的光焦度为正，所述的第一透镜组包括所述第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3；
能相对像面18前后移动的第二透镜组，所述第二透镜组的光焦度为负，第二透镜组包括所述第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7；
光阑8；
相对像面18静止的第三透镜组，所述第三透镜组的光焦度为正，所述第三透镜组包括第八透镜9、第九透镜10和第十透镜11；
能相对像面18前后移动的第四透镜组，所述第四透镜组的光焦度为正，所述第三透镜组包括第十一透镜12、第十二透镜13和第十三透镜14、第十四透镜15和第十五透镜16；
滤光片17。
如图1所示，在本实施例中，所述第一透镜1与所述第二透镜2通过光学胶水粘合，所述第六透镜6与所述第七透镜7通过光学胶水粘合，所述第九透镜10和所述第十透镜11通过光学胶水粘合，所述 第十三透镜14与所述第十四透镜15通过光学胶水粘合。
如图1所示，在本实施例中，所述第五透镜5、第八透镜9、第十五透镜16采用塑料非球面镜片；所述第十一透镜12采用玻璃非球面镜片；所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第六透镜6、第七透镜7、第九透镜10、第十透镜11、第十二透镜13、第十三透镜14、第十四透镜15采用玻璃球面镜片。
本发明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。
透镜组之间变焦移动范围：
第一透镜组至第二透镜组之间的间隔为0.5mm-31.2mm；
第二透镜组至光阑之间的间隔为30.5mm-0.45mm；
第三透镜组至第四透镜组之间的间隔为9mm-1.8mm。
本发明实现高分辨率、大视场角，采用第二透镜组、第四透镜组移动，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，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。第四透镜组采用三个单透镜和一个胶合透镜且可移动，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。
本发明实现系统成本降低和高低温共焦,设计过程中充分考虑了各塑料材料和玻璃材料折射率、阿贝数高低温的变化同时匹配面型的变化,实现了高低温各要素的匹配,从而实现高低温时像面的固定和清晰，将其中三个非球面采用塑料材料，大大降低了成本和重量。
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。
下面列举该变焦的实际设计案例：
各个面的非球面系数：
k a2 a3 a4 a5 a6
S7 10.108 1.4E-004 -7.6E-006 2.5E-007 -3.6E-009 2.1E-011
S9 -93.426 2.7E-004 -1.5E-005 4.5E-007 -7.5E-009 6.0E-011
S14 -6.108 1.2E-004 -3.8E-006 -4.8E-007 1.8E-008 -2.6E-011
S15 871.255 3.0E-004 -6.6E-006 -2.7E-007 1.3E-008 -2.6E-011
S19 -0.158 -2.8E-005 -9.6E-007 -3.6E-008 -8.6E-010 -3.0E-011
S20 -180.5 -3.8E-005 -2.1E-006 -6.0E-008 -1.9E-009 -9.7E-011
S26 -1002.9 -1.7E-003 3.0E-004 -4.5E-005 4.5E-006 -3.1E-007
S27 30.148 -4.3E-004 -1.1E-004 6.9E-005 -1.4E-005 1.1E-006
其中方程式：
中的c对应半径R的倒数即：1/R。

Claims (3)

1.高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统，其特征在于，从物面至像面依次设置有：
相对像面(18)静止的第一透镜组，所述第一透镜组的光焦度为正，所述的第一透镜组包括第一透镜(1)、第二透镜(2)和第三透镜(3)；
能相对像面(18)前后移动的第二透镜组，所述第二透镜组的光焦度为负，所述的第二透镜组包括第四透镜(4)、第五透镜(5)、第六透镜(6)、第七透镜(7)；
光阑(8)；
相对像面(18)静止的第三透镜组，所述第三透镜组的光焦度为正，所述第三透镜组包括第八透镜(9)、第九透镜(10)和第十透镜(11)；
能相对像面(18)前后移动的第四透镜组，所述第四透镜组的光焦度为正，所述第四透镜组包括第十一透镜(12)、第十二透镜(13)和第十三透镜(14)、第十四透镜(15)和第十五透镜(16)；
滤光片(17)。
2.根据权利要求1所述的高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统，其特征在于：所述第一透镜(1)与所述第二透镜(2)通过光学胶水粘合，所述第六透镜(6)与所述第七透镜(7)通过光学胶水粘合，所述第九透镜(10)与所述第十透镜(11)通过光学胶水粘合，所述第十三透镜(14)与所述第十四透镜(15)通过光学胶水粘合。
3.根据权利要求2所述的高像素、低成本、视场角大、高低温共焦的变焦光学系统，其特征在于：所述第五透镜(5)、第八透镜(9)、第十五透镜(16)采用塑料非球面镜片；所述第十一透镜(12)采用玻璃非球面镜片；所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第六透镜(6)、第七透镜(7)、第九透镜(10)、第十透镜(11)、第十二透镜(13)、第十三透镜(14)、第十四透镜(15)采用玻璃球面镜片。
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