CN111638588B - 一种光学变焦系统、镜头和摄像机 - Google Patents

一种光学变焦系统、镜头和摄像机 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种光学变焦系统、镜头和摄像机，按照光线入射的方向，光学变焦系统包括：焦距为正的第一透镜群、焦距为负的第二透镜群、光阑、焦距为正的第三透镜群、焦距为正的第四透镜群、分光棱镜、可见光图像传感器以及不可见光图像传感器；第一透镜群、光阑、第三透镜群以及分光棱镜在光学变焦系统中的位置相对固定；第二透镜群在第一透镜群和光阑之间移动，第四透镜群在第三透镜群和分光棱镜之间移动以实现变焦；分光棱镜对可见光和不可见光进行分光；可见光图像传感器设置在分光棱镜的第一出光面的一侧且与第一出光面平行；不可见光图像传感器设置在分光棱镜的第二出光面的一侧且与第二出光面平行。从而提高光学变焦系统的成像质量。

Description

一种光学变焦系统、镜头和摄像机
技术领域
本发明涉及摄像机成像技术领域，特别是涉及一种光学变焦系统、镜头和摄像机。
背景技术
随着人们安全意识的提升，监控摄像机广泛应用于人们的日常生活中，目前广泛应用的监控摄像机多采用光学变焦系统，如图1所示，按照光线入射的顺序，该光学变焦系统可以包括：第一透镜组11、第二透镜组12、光阑14、第三透镜组13以及图像传感器15，该第一透镜组11、第二透镜组12以及第三透镜组13相对于图像传感器15前后移动，该光阑15也可以随第二透镜组12前后移动，从而可以实现变焦。
可见，在该变焦系统中，采用的是单一镜头匹配单一图像传感器的方式。为了使得该变焦系统既可以对可见光图像成像，又可以对不可见光成像，在选择图像传感器时，通常选择既能对可见光图像成像，又能对不可见光图像成像的图像传感器。
然而，这类图像传感器在对可见光图像成像时，通常具有较大的色差，不能充分还原被拍摄物体的色彩，使得拍摄的可见光图像的色彩不够饱满；在对不可见光图像成像时，解像能力也较差，使得拍摄的不可见光图像的清晰度不高，降低了光学变焦系统的成像质量。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种光学变焦系统、镜头和摄像机，以提高光学变焦系统的成像质量。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种光学变焦系统，按照光线入射的方向，该系统包括：焦距为正的第一透镜群21、焦距为负的第二透镜群22、光阑23、焦距为正的第三透镜群24、焦距为正的第四透镜群25、分光棱镜26；可见光图像传感器27以及不可见光图像传感器28；
第一透镜群21、光阑23、第三透镜群24以及分光棱镜26，在光学变焦系统中的位置相对固定；
第二透镜群22能够在第一透镜群21和光阑23之间移动，第四透镜群25能够在第三透镜群24和分光棱镜26之间移动，以实现变焦；
分光棱镜26能够对可见光和不可见光进行分光；
可见光图像传感器27设置在分光棱镜26的第一出光面的一侧，且与第一出光面平行；
不可见光图像传感器28设置在分光棱镜26的第二出光面的一侧，且与第二出光面平行。
可选的，按照光线入射的方向，第一透镜群21包括：第一透镜211、第二透镜212以及第三透镜213，第一透镜211为双凸面球面透镜且焦距为正，第二透镜212为双凹面透镜且焦距为负；
第三透镜213为球面透镜且焦距为正，第三透镜213靠近物侧的面为凸面，第三透镜213远离物侧的面为凹面。
可选的，第一透镜211和第二透镜212由粘接胶粘合，形成第一胶合透镜。
可选的，按照光线入射的方向，第二透镜群22包括：第四透镜221、第五透镜222以及第六透镜223，其中，第四透镜221为双凹面球面透镜且焦距为负，第五透镜222为双凹面球面透镜且焦距为负，第六透镜223为球面透镜且焦距为正，第六透镜223靠近物侧的面为凸面，第六透镜223远离物侧的面为凹面。
可选的，光阑23的孔径恒定，为14.1mm。
可选的，按照光线入射的方向，第三透镜群24包括：第七透镜241、第八透镜242、第九透镜243，第七透镜241为非球面透镜且焦距为正，第七透镜241靠近物侧的面为凸面，第七透镜241远离物侧的面为凹面；
第八透镜242为双凸面球面透镜且焦距为正，第九透镜243为双凹面球面透镜且焦距为负。
可选的，按照光线入射的方向，第四透镜群25包括第十透镜251、第十一透镜252、第十二透镜253以及第十三透镜254；
第十透镜251为球面透镜且焦距为负，第十透镜251的靠近物侧的面为凸面，第十透镜251远离物侧的面为凹面；
第十一透镜252为双凸面球面透镜且焦距为正，第十二透镜253为双凸面非球面透镜且焦距为正；
第十三透镜254为球面透镜且焦距为负，第十三透镜254的靠近物侧的面为凸面，第十三透镜254远离物侧的面为凹面。
可选的，第十透镜251和第十一透镜252由粘接胶粘合，形成第二胶合透镜。
可选的，非球面透镜的面型满足以下公式：
Figure BDA0001982567230000031
其中，Z为非球面上各点在高度为y的位置时，沿光轴方向距非球面顶点的距离矢高，c为非球面上各点的半径对应的曲率，k为圆锥二次曲线系数，当k＜-1时，面型曲线为双曲线；当k＝-1时，面型曲线为抛物线；当-1＜k＜0时，面型曲线为椭圆；当k＝0时，面型曲线为圆形；当0＜k时，面型曲线为扁圆形。a2至a16分别高次非球面系数。
可选的，第二透镜群22的移动范围为0～27mm，第四透镜群25的移动范围为0～5.6mm，其中，光学变焦系统的焦距最小时，第二透镜群22的移动距离为0mm，第四透镜群25的移动距离为0mm。
可选的，分光棱镜26能够对波长范围为430nm～650nm的可见光和750～900nm的红外光进行分光。
可选的，本发明实施例一种光学变焦系统，还包括：第一平板玻璃29和第二平板玻璃30；
第一平板玻璃29设置在可见光图像传感器27与分光棱镜26之间，并且与可见光图像传感器27平行；
第二平板玻璃30设置在不可见光图像传感器28与分光棱镜26之间，并且与不可见光图像传感器28平行。
第二方面，本发明实施例还提供了一种光学变焦镜头，按照光线入射的方向，该光学变焦镜头包括：焦距为正的第一透镜群21、焦距为负的第二透镜群22、光阑23、焦距为正的第三透镜群24、焦距为正的第四透镜群25、分光棱镜26；
第一透镜群21、光阑23、第三透镜群24以及分光棱镜26，在光学变焦系统中的位置相对固定；
第二透镜群22能够在第一透镜群21和光阑23之间移动，第四透镜群25能够在第三透镜群24和分光棱镜26之间移动，以实现变焦；
分光棱镜26能够对可见光和不可见光进行分光；以使得可见光经过分光棱镜26后被可见光图像传感器采集，生成可见光图像；使得不可见光经过分光棱镜26后被不可见光图像传感器采集，生成不可见光图像。
第三方面，本发明实施例还提供了一种摄像机，该摄像机包括：上述第一方面的光学变焦系统。
本发明实施例提供的一种光学变焦系统、镜头和摄像机，按照光线入射的方向，光学变焦系统可以包括：焦距为正的第一透镜群、焦距为负的第二透镜群、光阑、焦距为正的第三透镜群、焦距为正的第四透镜群、分光棱镜、可见光图像传感器以及不可见光图像传感器；通过移动第二透镜群和第四透镜群，可以使得该光学变焦系统改变焦距，通过设置能够对可见光和不可见光进行分光的分光棱镜，使得该光学变焦系统可以匹配可见光图像传感器和不可见光图像传感器，从而使得该可见光图像传感器可以仅对可见光图像成像，该可见光图像传感器可以有效降低可见光图像成像时的色差，充分还原被拍摄物体的色彩，使得拍摄出的可见光图像的色彩饱满；不可见光图像传感器可以仅对不可见光图像成像，该不可见光图像传感器可以具有较高的解像能力，使得拍摄的不可见光图像的具有较高的清晰度，进而可以提高光学变焦系统的成像质量。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的光学变焦系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种光学变焦系统的结构示意图；
图3为图2所示的光学变焦系统的爆炸示意图；
图4为本发明实施例的一种光学变焦镜头的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种光学变焦系统、镜头和摄像机，以提高光学变焦系统的成像质量。下面，首先对本发明实施例的一种光学变焦系统进行介绍。
如图2所示，为本发明实施例的一种光学变焦系统的结构示意图，按照光线入射入该光学变焦系统的方向，该系统可以包括：焦距为正的第一透镜群21、焦距为负的第二透镜群22、光阑23、焦距为正的第三透镜群24、焦距为正的第四透镜群25、分光棱镜26；可见光图像传感器27以及不可见光图像传感器28；
在一些示例中，为了降低制造本发明实施例的一种光学变焦系统的难度，可以将该第一透镜群21、光阑23、第三透镜群24以及分光棱镜26在光学变焦系统中的位置相对固定。这样，可以避免对该第一透镜群21、光阑23、第三透镜群24以及分光棱镜26使用电机来控制各自的位置。例如，该第一透镜群21与光阑23之间的距离可以为44.46mm。
在一些示例中，为了实现变焦，该第二透镜群22能够在第一透镜群21和光阑23之间移动，第四透镜群25能够在第三透镜群24和分光棱镜26之间移动，这样，通过在第一透镜群21和光阑23之间移动第二透镜群22和在第三透镜群24和分光棱镜26之间移动第四透镜群25，可以改变该光学变焦系统的焦距，使得可见光图像和不可见光图像分别能够在可见光图像传感器和不可见光图像传感器上清晰成像。
在一些示例中，在该光学变焦系统的焦距最短时，该第二透镜群22与第一透镜群21之间的距离最小，在该光学变焦系统的焦距从短变长的调节过程中，调节第二透镜群22逐渐向光阑23靠拢，并调节第四透镜群25的位置，直到可见光图像能够在可见光图像传感器27上清晰成像，使不可见光图像能够在不可见光图像传感器28上清晰成像。
分光棱镜26能够对可见光和不可见光进行分光。
在一些示例中，该分光棱镜26的分光面上，可以镀有可以使可见光通过，且使不可见光反射的镀膜；也可以镀有使不可见光通过，且使可见光反射的镀膜。
该分光棱镜26对可见光和不可见光进行分光后，可以使得可见光和不可见光分别按照不同的光路射出分光棱镜26，因此，该分光棱镜具有两个出光面。
在一些示例中，可见光图像传感器27可以设置在分光棱镜26的第一出光面的一侧，且与第一出光面平行；
不可见光图像传感器28可以设置在分光棱镜26的第二出光面的一侧，且与第二出光面平行。
在一些示例中，分光棱镜26能够对可见光和不可见光进行分光，是通过在分光棱镜26的分光面上镀膜实现的。例如，可以在图2所示的分光棱镜的分光面264上进行镀膜。
图2所示的实施例中，在该分光棱镜26的分光面264上，可以镀有可以使可见光通过，且使不可见光反射的镀膜。如图2所示，该第一出光面263可以与该分光棱镜26的入射面平行，该第二出光面262可以与该分光棱镜26的入射面垂直。这样，从第四透镜群25入射的可见光线，可以通过分光面264上的镀膜射出第一出光面263，进而照射到可见光图像传感器27，从第四透镜群25入射的不可见光线，被分光面264上的镀膜反射，射出第二出光面262，进而照射到不可见光图像传感器28。
在一些示例中，该第一出光面可以与该分光棱镜26的入射面平行，光阑23与可见光图像传感器27之间的距离为45.57mm，
在一些示例中，当该分光棱镜26的分光面上，可以镀有可以使不可见光通过，且使可见光反射的镀膜时，该第一出光面可以与该分光棱镜26的入射面垂直，该第二出光面可以与该分光棱镜26的入射面平行。
在一些示例中，为了使得本发明实施例的一种光学变焦系统能够实现红外共焦，可以分别调整可见光图像传感器与分光棱镜之间的间距，调整不可见光图像传感器与分光棱镜之间的间距。这样，该光学变焦系统在拍摄一个被拍摄物体的可见光图像时，可以使用一个焦距，以使得该被拍摄物体的可见光图像，能够在可见光图像传感器上清晰成像，在拍摄该被拍摄物体的不可见光图像时，也可以使用该同一焦距，使得该被拍摄物体的不可见光图像，能够在不可见光图像传感器上清晰成像。从而可以使得该光学变焦系统可以采用相同的焦距，拍摄同一个被拍摄物体的可见光图像和不可见光图像。
在一些示例中，上述的分光棱镜26能够对波长范围为430nm～650nm的可见光和750～900nm的红外光进行分光。
作为一个优选实施例，上述逇分光棱镜26可以对波长范围为430nm～650nm的可见光和波长为750nm的红外光进行分光。
在一些示例中，该不可见光图像传感器可以是红外光图像传感器，则该不可见光图像为红外图像。
在一些示例中，该可见光图像传感器27和红外光图像传感器可以使用相同尺寸的图像传感器，以使得在该光学变焦系统中可以根据分光棱镜的不同，对可见光图像传感器27和红外光图像传感器的位置进行对换，提高应用本发明实施例的光学变焦系统的灵活性。
在一些示例中，可见光图像传感器27和红外光图像传感器的尺寸可以是1/1.8英寸，也即，上述的两个图像传感器对角尺寸为9.2mm，该图像传感器的分辨率可以是4M。
本发明实施例提供的一种光学变焦系统，按照光线入射的方向，可以包括：焦距为正的第一透镜群、焦距为负的第二透镜群、光阑、焦距为正的第三透镜群、焦距为正的第四透镜群、分光棱镜、可见光图像传感器以及不可见光图像传感器；通过移动第二透镜群和第四透镜群，可以使得该光学变焦系统改变焦距，通过设置能够对可见光和不可见光进行分光的分光棱镜，使得该光学变焦系统可以匹配可见光图像传感器和不可见光图像传感器，从而使得该可见光图像传感器可以仅对可见光图像成像，该可见光图像传感器可以有效降低可见光图像成像时的色差，充分还原被拍摄物体的色彩，使得拍摄出的可见光图像的色彩饱满；不可见光图像传感器可以仅对不可见光图像成像，该不可见光图像传感器可以具有较高的解像能力，使得拍摄的不可见光图像的具有较高的清晰度，进而可以提高光学变焦系统的成像质量。
在一些示例中，本发明实施例还提供了第一透镜群21的结构，如图2所示，按照光线入射的方向，第一透镜群21可以包括：第一透镜211、第二透镜212以及第三透镜213，第一透镜211为双凸面球面透镜且焦距为正，第二透镜212为双凹面透镜且焦距为负。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第一透镜211的第一面211R1的半径小于该第一透镜211的第二面211R2的半径。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第二透镜212的第一面212R1的半径小于该第二透镜212的第二面212R2的半径。
第三透镜213为球面透镜且焦距为正，第三透镜213靠近物侧的面为凸面，第三透镜213远离物侧的面为凹面。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第三透镜213的第一面213R1的半径小于该第三透镜213的第二面213R2的半径。
在一些示例中，由于第一透镜211和第二透镜212的间距为0，为了方便固定该第一透镜211和第二透镜212，可以采用粘接胶对该第一透镜211和第二透镜212粘合，形成第一胶合透镜。这样，在固定第一透镜211和第二透镜212时，可将该第一透镜211和第二透镜212作为整体进行固定。
在一些示例中，本发明实施例还提供了第二透镜群22的结构，如图2所示，按照光线入射的方向，第二透镜群22包括：第四透镜221、第五透镜222以及第六透镜223，其中，第四透镜221为双凹面球面透镜且焦距为负，第五透镜222为双凹面球面透镜且焦距为负，第六透镜223为球面透镜且焦距为正，第六透镜223靠近物侧的面为凸面，第六透镜223远离物侧的面为凹面。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第四透镜221的第一面221R1的半径大于该第四透镜221的第二面221R2的半径。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第五透镜222的第一面222R1的半径小于该第五透镜222的第二面222R2的半径。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第六透镜223的第一面223R1的半径小于该第六透镜223的第二面223R2的半径。
在一些示例中，现有技术中的光学变焦系统中通常采用孔径光阑，在从短焦变为长焦的过程中，光圈通常是由大变小，也即该孔径光阑的孔径是会发生变化，这样，在可见光亮度较小时，光学变焦系统在长焦时，通过光阑的可见光的光通量也较少，使得可见光图像传感器拍摄的可见光图像的清晰度也降低，对此，本发明实施例的光学变焦系统中，为了保证在可见光亮度较小，且光学变焦系统在长焦时也能拍摄到清晰的可见光图像，本发明实施例的一种光学变焦系统中可以采用孔径光阑，还可以设置该孔径光阑23的孔径为恒定，这样，在本发明实施例的光学变焦系统从短焦变为长焦的过程中，通过该光阑23的可见光的光通量是恒定的，从而可以使得本发明实施例的光学变焦系统，在可见光的亮度较小且在长焦时，也能拍摄到清晰的可见光图像。
在一些示例中，该光阑23的孔径可以设置为14.1mm。
在一些示例中，本发明实施例还提供了第三透镜群24的结构，如图2所示，按照光线入射的方向，第三透镜群24包括：第七透镜241、第八透镜242、第九透镜243，第七透镜241为非球面透镜且焦距为正。第七透镜241靠近物侧的面为凸面，第七透镜241远离物侧的面为凹面。
第八透镜242为双凸面球面透镜且焦距为正，第九透镜243为双凹面球面透镜且焦距为负。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第七透镜241的第一面241R1的半径小于该第七透镜241的第二面241R2的半径。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第八透镜242的第一面242R1的半径小于该第八透镜242的第二面242R2的半径。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第九透镜243的第一面243R1的半径大于该第九透镜243的第二面243R2的半径。
在一些示例中，本发明实施例还提供了第四透镜群25的结构，如图2所示按照光线入射的方向，第四透镜群25包括第十透镜251、第十一透镜252、第十二透镜253以及第十三透镜254；
第十透镜251为球面透镜且焦距为负，第十透镜251的靠近物侧的面为凸面，第十透镜251远离物侧的面为凹面；
第十一透镜252为双凸面球面透镜且焦距为正，第十二透镜253为双凸面非球面透镜且焦距为正；
第十三透镜254为球面透镜且焦距为负，第十三透镜254的靠近物侧的面为凸面，第十三透镜254远离物侧的面为凹面。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第十透镜251的第一面251R1的半径大于该第十透镜251的第二面251R2的半径。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第十一透镜252的第一面252R1的半径小于该第十一透镜252的第二面252R2的半径。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第十二透镜253的第一面253R1的半径小于该第十二透镜253的第二面253R2的半径。
在一些示例中，如图3所示，按照光线入射的方向，该第十三透镜254的第一面254R1的半径大于该第十三透镜254的第二面254R2的半径。
在一些示例中，由于第十透镜251和第十一透镜252的间距为0，为了方便控制第四透镜群25整体移动，可以采用粘接胶对该第十透镜251和第十一透镜252粘合，形成第二胶合透镜。这样，可以在安装第十透镜251和第十一透镜252时，将第十透镜251和第十一透镜252作为整体。
在一些示例中，为了保护该可见光图像传感器27和不可见光图像传感器28，本发明实施例一种光学变焦系统，还可以包括：第一平板玻璃29和第二平板玻璃30；
在一些示例中，第一平板玻璃29设置在可见光图像传感器27与分光棱镜26之间，并且与可见光图像传感器27平行；
第二平板玻璃30设置在不可见光图像传感器28与分光棱镜26之间，并且与不可见光图像传感器28平行。
通过在可见光图像传感器27与分光棱镜26之间设置第一平板玻璃29，在不可见光图像传感器28与分光棱镜26之间设置第二平板玻璃30，可以对可见光图像传感器27和不可见光图像传感器28进行保护。
为了更清楚的说明本发明实施例，作为一些示例中，本发明实施例列举了生产本发明实施例的一种光学变焦系统时的各个元件的参数以及各个元件之间的距离参数，如表1所示，表1中可以包括透镜编号、面编号、类型、面半径、厚度、光学材料、口径以及各个元件之间的距离参数，图3中的标号为表1中的透镜编号和面编号。
表1光学变焦系统元件参数表
Figure BDA0001982567230000111
在一些示例中，第一平板玻璃29与可见光图像传感器27的间距可以是2.70mm，第二平板玻璃30与不可见光图像传感器27的间距也可以是2.70mm。
在一些示例中，上述的非球面透镜的面型满足以下公式：
Figure BDA0001982567230000121
其中，Z为非球面上各点在高度为y的位置时，沿光轴方向距非球面顶点的距离矢高，c为非球面上各点的半径对应的曲率，k为圆锥二次曲线系数，当k＜-1时，面型曲线为双曲线；当k＝-1时，面型曲线为抛物线；当-1＜k＜0时，面型曲线为椭圆；当k＝0时，面型曲线为圆形；当0＜k时，面型曲线为扁圆形。a2至a16分别高次非球面系数。
例如，该本发明实施例中的各个非球面透镜可以采用表2所示的参数，通过使用表2所示的参数，可以精确设置各个非球面透镜的形状和尺寸。
表2非球面透镜参数表
面编号 k值 a2 a4 a6 a8 a10 a12 a14 a16
221R1 760.0296 0 -1.32E-05 1.05E-06 -2.19E-08 2.49E-10 0 0 0
221R2 -0.361 0 -1.44E-05 8.46E-07 -6.91E-09 -1.59E-10 0 0 0
241R1 -0.14707 0 3.76E-05 2.23E-07 9.98E-09 3.00E-11 0 0 0
241R2 8.265603 0 1.13E-05 -9.11E-08 1.11E-08 -2.71E-11 0 0 0
253R1 -0.64304 0 9.88E-06 4.94E-08 -9.86E-10 4.51E-11 0 0 0
253R2 -400.574 0 1.61E-05 -1.36E-07 2.93E-09 -5.14E-11 0 0 0
在一些示例中，本发明实施例的一种光学变焦系统中的第二透镜群22的移动范围可以是0～27mm，第四透镜群25的移动范围可以是0～5.6mm，其中，光学变焦系统的焦距最小时，第二透镜群22的移动距离为0mm，第四透镜群25的移动距离为0mm。
在一些示例中，本发明实施例的一种光学变焦系统在采用上述参数的透镜时，该光学变焦系统的焦距可以在10mm-50mm之间变化,达到5倍变焦,该光学变焦系统的视场角可以在9°至45°之间变化。
当本发明实施例的一种光学变焦系统采用对角尺寸为9.2mm的1/1.8英寸的图像传感器时，采集的图像的中心分辨率高于250lp/mm(线对/毫米)，采集的图像的80％对角线位置的分辨率高于160lp/mm。在焦距最短时，拍摄距离最近可至1m，在焦距最长时，拍摄距离最近可至1.5米，适合在多种环境下使用。
在本发明实施例中，上述的透镜可以是玻璃透镜，通过使用十枚玻璃球面透镜和三枚玻璃非球面透镜。玻璃非球面透镜的使用可以很好的校正了各项相差，使本发明实施例光学变焦系统具有很好成像的品质。
在一些示例中，本发明实施例还提供了一种光学变焦镜头，如图4所示，按照光线入射的方向，该光学变焦镜头包括：焦距为正的第一透镜群21、焦距为负的第二透镜群22、光阑23、焦距为正的第三透镜群24、焦距为正的第四透镜群25、分光棱镜26；
第一透镜群21、光阑23、第三透镜群24以及分光棱镜26，在光学变焦系统中的位置相对固定；
第二透镜群22能够在第一透镜群21和光阑23之间移动，第四透镜群25能够在第三透镜群24和分光棱镜26之间移动，以实现变焦；
分光棱镜26能够对可见光和不可见光进行分光；以使得可见光经过分光棱镜26后被可见光图像传感器采集，生成可见光图像；使得不可见光经过分光棱镜26后被不可见光图像传感器采集，生成不可见光图像。
在一些示例中，按照光线入射的方向，第一透镜群21包括：第一透镜211、第二透镜212以及第三透镜213，第一透镜211为双凸面球面透镜且焦距为正，第二透镜212为双凹面透镜且焦距为负；
第三透镜213为球面透镜且焦距为正，第三透镜213靠近物侧的面为凸面，第三透镜213远离物侧的面为凹面。
在一些示例中，第一透镜211和第二透镜212由粘接胶粘合，形成第一胶合透镜。
在一些示例中，按照光线入射的方向，第二透镜群22包括：第四透镜221、第五透镜222以及第六透镜223，其中，第四透镜221为双凹面球面透镜且焦距为负，第五透镜222为双凹面球面透镜且焦距为负，第六透镜223为球面透镜且焦距为正，第六透镜223靠近物侧的面为凸面，第六透镜223远离物侧的面为凹面。
在一些示例中，光阑23的孔径恒定，为14.1mm。
在一些示例中，按照光线入射的方向，第三透镜群24包括：第七透镜241、第八透镜242、第九透镜243，第七透镜241为非球面透镜且焦距为正，第七透镜241靠近物侧的面为凸面，第七透镜241远离物侧的面为凹面；
第八透镜242为双凸面球面透镜且焦距为正，第九透镜243为双凹面球面透镜且焦距为负。
在一些示例中，按照光线入射的方向，第四透镜群25包括第十透镜251、第十一透镜252、第十二透镜253以及第十三透镜254；
第十透镜251为球面透镜且焦距为负，第十透镜251的靠近物侧的面为凸面，第十透镜251远离物侧的面为凹面；
第十一透镜252为双凸面球面透镜且焦距为正，第十二透镜253为双凸面非球面透镜且焦距为正；
第十三透镜254为球面透镜且焦距为负，第十三透镜254的靠近物侧的面为凸面，第十三透镜254远离物侧的面为凹面。
在一些示例中，第十透镜251和第十一透镜252由粘接胶粘合，形成第二胶合透镜。
在一些示例中，非球面透镜的面型满足以下公式：
Figure BDA0001982567230000141
其中，Z为非球面上各点在高度为y的位置时，沿光轴方向距非球面顶点的距离矢高，c为非球面上各点的半径对应的曲率，k为圆锥二次曲线系数，当k＜-1时，面型曲线为双曲线；当k＝-1时，面型曲线为抛物线；当-1＜k＜0时，面型曲线为椭圆；当k＝0时，面型曲线为圆形；当0＜k时，面型曲线为扁圆形。a2至a16分别高次非球面系数。
在一些示例中，第二透镜群22的移动范围为0～27mm，第四透镜群25的移动范围为0～5.6mm，其中，光学变焦镜头的焦距最小时，第二透镜群22的移动距离为0mm，第四透镜群25的移动距离为0mm。
在一些示例中，分光棱镜26能够对波长范围为430nm～650nm的可见光和750～900nm的红外光进行分光。
本发明实施例提供的一种光学变焦镜头，按照光线入射的方向，可以包括：焦距为正的第一透镜群、焦距为负的第二透镜群、光阑、焦距为正的第三透镜群、焦距为正的第四透镜群以及分光棱镜；通过移动第二透镜群和第四透镜群，可以使得该光学变焦系统改变焦距，通过设置能够对可见光和不可见光进行分光的分光棱镜，使得该光学变焦镜头可以同时匹配可见光图像传感器和不可见光图像传感器。
在一些示例中，本发明实施例还提供了一种摄像机，该摄像机可以包括：图2所示的光学变焦系统。
本发明实施例提供的一种摄像机，通过采用本发明实施例的一种光学变焦系统，可以使得本发明实施例提供的一种摄像机，可以同时装载仅对可见光图像成像的可见光图像传感器和仅对不可见光图像成像的不可见光图像传感器，从而使得该可见光图像传感器可以仅对可见光图像成像，该可见光图像传感器可以有效降低可见光图像成像时的色差，充分还原被拍摄物体的色彩，使得拍摄出的可见光图像的色彩饱满；不可见光图像传感器可以仅对不可见光图像成像，该不可见光图像传感器可以具有较高的解像能力，使得拍摄的不可见光图像的具有较高的清晰度，进而可以提高成像质量。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于镜头实施例和摄像机实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光学变焦系统，其特征在于，按照光线入射的方向，所述系统包括：焦距为正的第一透镜群(21)、焦距为负的第二透镜群(22)、孔径恒定的光阑(23)、焦距为正的第三透镜群(24)、焦距为正的第四透镜群(25)、分光棱镜(26)；可见光图像传感器(27)以及不可见光图像传感器(28)；
所述第一透镜群(21)、所述光阑(23)、所述第三透镜群(24)以及所述分光棱镜(26)，在所述光学变焦系统中的位置相对固定；
所述第二透镜群(22)能够在所述第一透镜群(21)和所述光阑(23)之间移动，所述第四透镜群(25)能够在所述第三透镜群(24)和所述分光棱镜(26)之间移动，以实现变焦；
所述分光棱镜(26)能够对可见光和不可见光进行分光；
所述可见光图像传感器(27)设置在所述分光棱镜(26)的第一出光面的一侧，且与所述第一出光面平行；
所述不可见光图像传感器(28)设置在所述分光棱镜(26)的第二出光面的一侧，且与所述第二出光面平行；
其中，按照光线入射的方向，所述的第一透镜群(21)包括：第一透镜(211)、第二透镜(212)以及第三透镜(213)，所述第一透镜(211)为双凸面球面透镜，所述第二透镜(212)为双凹面透镜，所述第三透镜(213)为球面透镜，所述第三透镜(213)靠近物侧的面为凸面，所述第三透镜(213)远离物侧的面为凹面，所述第一透镜(211)和第二透镜(212)由粘接胶粘合，形成第一胶合透镜；所述第一透镜(211)的焦距为正，所述第二透镜(212)的焦距为负；所述第三透镜(213)的焦距为正；
按照光线入射的方向，所述的第二透镜群(22)包括：第四透镜(221)、第五透镜(222)以及第六透镜(223)，其中，所述第四透镜(221)为双凹面球面透镜且焦距为负，所述第五透镜(222)为双凹面球面透镜且焦距为负，所述第六透镜(223)为球面透镜且焦距为正，所述第六透镜(223)靠近物侧的面为凸面，所述第六透镜(223)远离物侧的面为凹面；
按照光线入射的方向，所述第三透镜群(24)包括：第七透镜(241)、第八透镜(242)、第九透镜(243)，所述第七透镜(241)为非球面透镜且焦距为正，所述第七透镜(241)靠近物侧的面为凸面，所述第七透镜(241)远离物侧的面为凹面；所述第八透镜(242)为双凸面球面透镜且焦距为正，所述第九透镜(243)为双凹面球面透镜且焦距为负；
按照光线入射的方向，所述第四透镜群(25)包括第十透镜(251)、第十一透镜(252)、第十二透镜(253)以及第十三透镜(254)；所述第十透镜(251)为球面透镜且焦距为负，所述第十透镜(251)的靠近物侧的面为凸面，所述第十透镜(251)远离物侧的面为凹面；所述第十一透镜(252)为双凸面球面透镜且焦距为正，所述第十二透镜(253)为双凸面非球面透镜且焦距为正；所述第十三透镜(254)为球面透镜且焦距为负，所述第十三透镜(254)的靠近物侧的面为凸面，所述第十三透镜(254)远离物侧的面为凹面；所述第十透镜(251)和第十一透镜(252)由粘接胶粘合，形成第二胶合透镜。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光阑(23)的孔径恒定，为14.1mm。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述非球面透镜的面型满足以下公式：
Figure FDF0000019685090000021
其中，所述Z为非球面上各点在高度为y的位置时，沿光轴方向距非球面顶点的距离矢高，所述c为所述非球面上各点的半径对应的曲率，所述k为圆锥二次曲线系数，当所述k＜-1时，面型曲线为双曲线；当所述k＝-1时，所述面型曲线为抛物线；当所述-1＜k＜0时，所述面型曲线为椭圆；当所述k＝0时，所述面型曲线为圆形；当所述0＜k时，面型曲线为扁圆形，所述a2至所述a16分别高次非球面系数。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二透镜群(22)的移动范围为0～27mm，所述第四透镜群(25)的移动范围为0～5.6mm，其中，所述光学变焦系统的焦距最小时，所述第二透镜群(22)的移动距离为0mm，所述第四透镜群(25)的移动距离为0mm。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分光棱镜(26)能够对波长范围为430nm～650nm的可见光和750～900nm的红外光进行分光。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第一平板玻璃(29)和第二平板玻璃(30)；
所述第一平板玻璃(29)设置在所述可见光图像传感器(27)与所述分光棱镜(26)之间，并且与所述可见光图像传感器(27)平行；
所述第二平板玻璃(30)设置在所述不可见光图像传感器(28)与所述分光棱镜(26)之间，并且与所述不可见光图像传感器(28)平行。
7.一种光学变焦镜头，其特征在于，按照光线入射的方向，所述光学变焦镜头包括：焦距为正的第一透镜群(21)、焦距为负的第二透镜群(22)、孔径恒定的光阑(23)、焦距为正的第三透镜群(24)、焦距为正的第四透镜群(25)、分光棱镜(26)；
所述第一透镜群(21)、所述光阑(23)、所述第三透镜群(24)以及所述分光棱镜(26)，在所述光学变焦系统中的位置相对固定；
所述第二透镜群(22)能够在所述第一透镜群(21)和所述光阑(23)之间移动，所述第四透镜群(25)能够在所述第三透镜群(24)和所述分光棱镜(26)之间移动，以实现变焦；
所述分光棱镜(26)能够对可见光和不可见光进行分光；以使得所述可见光经过所述分光棱镜(26)后被可见光图像传感器采集，生成可见光图像；使得所述不可见光经过所述分光棱镜(26)后被不可见光图像传感器采集，生成不可见光图像；
其中，按照光线入射的方向，所述的第一透镜群(21)包括：第一透镜(211)、第二透镜(212)以及第三透镜(213)，所述第一透镜(211)为双凸面球面透镜，所述第二透镜(212)为双凹面透镜，所述第三透镜(213)为球面透镜，所述第三透镜(213)靠近物侧的面为凸面，所述第三透镜(213)远离物侧的面为凹面，所述第一透镜(211)和第二透镜(212)由粘接胶粘合，形成第一胶合透镜。
8.一种摄像机，其特征在于，所述摄像机包括：权利要求1～6任一项所述的光学变焦系统。
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