CN112649951A - 低畸变广角变焦镜头 - Google Patents

低畸变广角变焦镜头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低畸变广角变焦镜头，所述镜头的光学系统包括前固定组A、变倍组B、光阑和补偿组C，前固定组A依次设有负弯月透镜A‑1、正月牙透镜A‑2和正月牙透镜A‑3；变倍组B依次设有负弯月透镜B‑1、双凹透镜B‑2、由双凸透镜B‑3和负弯月透镜B‑4密接而成的第一胶合组；补偿组C依次设有由双凸透镜C‑1和负弯月透镜C‑2密接而成的第二胶合组、双凸透镜C‑3、由双凹透镜C‑4和正弯月透镜C‑5密接而成的第三胶合组、由正弯月透镜C‑6和负弯月透镜C‑7密接而成的第四胶合组。本发明镜头采用三组元结构，简化了系统结构，成像靶面大，能与大像面摄像机适配，观测范围大、体积小、质量轻、高清晰度，对目标既能作大区域小倍率的全景观测，又能作小区域大倍率的放大观察。

Description

低畸变广角变焦镜头
技术领域
本发明涉及一种低畸变广角变焦镜头。
背景技术
广角镜头监测视野范围大，大部分为定焦镜头，且不适用于大像面的探测器，不能满足监控系统的远距离监控范围变化的需求；普通变焦距镜头的光学结构形式由通常由前固定组、变倍组、补偿组和后固定组四个组元构成，结构较复杂、观测视场范围较小。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构简单，观测范围大，体积小，质量轻，高清晰度的低畸变广角变焦镜头。
本发明采用以下方案实现：一种低畸变广角变焦镜头，所述镜头的光学系统包括沿光路方向依次设置的光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、光阑和光焦度为正的补偿组C，所述前固定组A沿入射光路依次设有负弯月透镜A-1、正月牙透镜A-2和正月牙透镜A-3；所述变倍组B沿入射光路依次设有负弯月透镜B-1、双凹透镜B-2、由双凸透镜B-3和负弯月透镜B-4密接而成的第一胶合组；所述补偿组C沿入射光路依次设有由双凸透镜C-1和负弯月透镜C-2密接而成的第二胶合组、双凸透镜C-3、由双凹透镜C-4和正弯月透镜C-5密接而成的第三胶合组、由正弯月透镜C-6和负弯月透镜C-7密接而成的第四胶合组。
进一步的，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔为1.4～16.5mm，变倍组B和补偿组C之间的空气间隔为25.75～2.5mm，补偿组C和像面之间的空气间隔为7.76～16.3mm。
进一步的，所述前固定组A中负弯月透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔为16.2mm，正月牙透镜A-2和正月牙透镜A-3之间的空气间隔为0.1mm；变倍组B中负弯月透镜B-1和双凹透镜B-2之间的空气间隔为5.66mm，双凹透镜B-2和第一胶合组之间的空气间隔为0.56mm；补偿组C中第二胶合组和双凸透镜C-3之间的空气间隔为0.1mm，双凸透镜C-3和第三胶合组之间的空气间隔为0.2mm，第三胶合组和第四胶合组之间的空气间隔为1.24mm。
进一步的，前固定组的焦距fA′和镜头第一镜面到成像面在光轴的长度L满足关系式：0.4≤fA′/L≤0.5；变倍组B的焦距fB′和补偿组C的焦距fC′满足关系式：-1≤fB′/ fC′≤-0.8；补偿组C的焦距fC′和镜头第一镜面到成像面在光轴的长度L满足关系式：0.15≤fC′/L≤0.2；镜头成像面的半高度Img H、镜头在大视场端焦距fd′和镜头的半视场角ω满足关系式：0.96≤（Img H/fd′）且（tan ω）/（Img H/fd′）≤1.085。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明低畸变广角变焦镜头采用三组元结构，简化了系统结构；本镜头第一片采用负弯月镜片，且成像靶面大，能与大像面摄像机适配，观测范围大，体积小，质量轻，高清晰度，对目标既能作大区域小倍率的全景观测，又能作小区域大倍率的放大观察。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明镜头的光学系统结构图；
图2是本发明镜头的光学系统f′=10mm畸变曲线；
图3是本发明镜头的光学系统f′=33mm畸变曲线。
具体实施方式
如图1~3所示，一种低畸变广角变焦镜头，所述镜头的光学系统包括沿光路方向依次设置的光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、光阑和光焦度为正的补偿组C，所述前固定组A沿入射光路依次设有负弯月透镜A-1、正月牙透镜A-2和正月牙透镜A-3；所述变倍组B沿入射光路依次设有负弯月透镜B-1、双凹透镜B-2、由双凸透镜B-3和负弯月透镜B-4密接而成的第一胶合组；所述补偿组C沿入射光路依次设有由双凸透镜C-1和负弯月透镜C-2密接而成的第二胶合组、双凸透镜C-3、由双凹透镜C-4和正弯月透镜C-5密接而成的第三胶合组、由正弯月透镜C-6和负弯月透镜C-7密接而成的第四胶合组。
该低畸变广角变焦镜头较普通四组元变焦结构减少了一个组元，采用三组元结构，简化了系统结构；本镜头第一片采用负弯月镜片，并采用高折射率材料，有效降低了系统大视场角所带来的大偏角负担，同时也压缩了系统径向尺寸，使镜头外形体积小，且成像靶面大，能与大像面摄像机适配。
在本实施例中，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔为1.4～16.5mm，变倍组B和补偿组C之间的空气间隔为25.75～2.5mm，补偿组C和像面之间的空气间隔为7.76～16.3 mm。
在本实施例中，所述前固定组A中负弯月透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔为16.2mm，正月牙透镜A-2和正月牙透镜A-3之间的空气间隔为0.1mm；变倍组B中负弯月透镜B-1和双凹透镜B-2之间的空气间隔为5.66mm，双凹透镜B-2和第一胶合组之间的空气间隔为0.56mm；补偿组C中第二胶合组和双凸透镜C-3之间的空气间隔为0.1mm，双凸透镜C-3和第三胶合组之间的空气间隔为0.2mm，第三胶合组和第四胶合组之间的空气间隔为1.24mm。
在本实施例中，前固定组的焦距fA′和镜头第一镜面到成像面在光轴的长度L满足关系式：0.4≤fA′/L≤0.5；变倍组B的焦距fB′和补偿组C的焦距fC′满足关系式：-1≤fB′/fC′≤-0.8；补偿组C的焦距fC′和镜头第一镜面（即负弯月透镜A-1的前镜面）到成像面在光轴的长度L满足关系式：0.15≤fC′/L≤0.2；镜头成像面的半高度Img H、镜头在大视场端焦距fd′和镜头的半视场角ω满足关系式：0.96≤（Img H/fd′）且（tan ω）/（Img H/fd′）≤1.085；此条件保证所述低畸变广角变焦镜头具有较大的视场角且图像变形较小。
本发明镜头光学系统中各个镜片的具体参数见下表：
Figure 597256DEST_PATH_IMAGE001
双凸透镜C-3的非球面中心曲率半径为-31.52mm，面型方程如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；C=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数，K=-16.75。
由上述镜片组成的光学系统达到了如下的光学指标：
1. 焦距：f′=10mm～33mm；
2. F数：FNO=3.5～∞；
3. 视场角：2ω=92.5°～31.6°；
4. 靶面尺寸：对角线为19.3mm。
本发明低畸变广角变焦镜头观测范围大，体积小，质量轻，高清晰度，对目标既能作大区域小倍率的全景观测，又能作小区域大倍率的放大观察。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种低畸变广角变焦镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统包括沿光路方向依次设置的光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、光阑和光焦度为正的补偿组C，所述前固定组A沿入射光路依次设有负弯月透镜A-1、正月牙透镜A-2和正月牙透镜A-3；所述变倍组B沿入射光路依次设有负弯月透镜B-1、双凹透镜B-2、由双凸透镜B-3和负弯月透镜B-4密接而成的第一胶合组；所述补偿组C沿入射光路依次设有由双凸透镜C-1和负弯月透镜C-2密接而成的第二胶合组、双凸透镜C-3、由双凹透镜C-4和正弯月透镜C-5密接而成的第三胶合组、由正弯月透镜C-6和负弯月透镜C-7密接而成的第四胶合组。
2.根据权利要求1所述的低畸变广角变焦镜头，其特征在于：所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔为1.4～16.5mm，变倍组B和补偿组C之间的空气间隔为25.75～2.5mm，补偿组C和像面之间的空气间隔为7.76～16.3mm。
3.根据权利要求1或2所述的低畸变广角变焦镜头，其特征在于：所述前固定组A中负弯月透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔为16.2mm，正月牙透镜A-2和正月牙透镜A-3之间的空气间隔为0.1mm；变倍组B中负弯月透镜B-1和双凹透镜B-2之间的空气间隔为5.66mm，双凹透镜B-2和第一胶合组之间的空气间隔为0.56mm；补偿组C中第二胶合组和双凸透镜C-3之间的空气间隔为0.1mm，双凸透镜C-3和第三胶合组之间的空气间隔为0.2mm，第三胶合组和第四胶合组之间的空气间隔为1.24mm。
4.根据权利要求1所述的低畸变广角变焦镜头，其特征在于：前固定组的焦距fA′和镜头第一镜面到成像面在光轴的长度L满足关系式：0.4≤fA′/L≤0.5；变倍组B的焦距fB′和补偿组C的焦距fC′满足关系式：-1≤fB′/ fC′≤-0.8；补偿组C的焦距fC′和镜头第一镜面到成像面在光轴的长度L满足关系式：0.15≤fC′/L≤0.2；镜头成像面的半高度Img H、镜头在大视场端焦距fd′和镜头的半视场角ω满足关系式：0.96≤（Img H/fd′）且（tan ω）/（Img H/fd′）≤1.085。
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