CN113296242A - 一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，特点是包括从物侧至像侧依序排列的第一透镜、液体透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，液体透镜通过调节电压改变焦距，整个镜头光学总长满足：12mm<TTL<17mm，焦距f变化范围为：6.046mm≤f≤6.378mm，调焦范围为：80mm<x<infinity，其中x表示物方的调焦范围，液体透镜屈光度满足‑3.3≤φ≤7.2，优点是采用液体透镜结构来快速实现镜头的自动对焦过程，液体透镜通过改变电压来调节其表面曲率实现对焦功能，不需要移动任何光学元件，具有响应速度快、功耗低、无噪声等优点，使用镜片数量较少，减少了镜头体积及成本，同时具有较高的分辨率。

Description

一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头
技术领域
本发明涉及一种光学成像镜头，具体涉及一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头。
背景技术
随着科学技术的迅速发展和信息技术的普及应用，成像系统普遍应用于车载、交通运输、工业生产、零售业等领域的电子元器件中。由光学系统成像原理可知，只有像面处于当前系统的理想焦平面位置时，所成的像才是最清晰的，而当偏离光学系统焦平面即系统产生离焦时，就会造成成像质量下降。如何快速而准确地自动调整使系统永远处于最佳聚焦像面，成为光学研究者的追求热点。自动对焦技术作为成像系统中重要的环节己显示出其发展的重要性和必要性。传统变焦方式采用手动对焦，过程中需要对透镜组的运动轨迹进行控制，操作复杂、可靠性低、体积大、成本高、响应慢，尤其是在大型物流及工业生产等领域，难以满足行业需求。相比于传统的机械变焦镜头，液体自动对焦镜头具有体积小、响应快、成本低和集成度高等特点，被广泛应用于图像采集、目标追踪和特征识别等领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现快速变焦、大景深使用要求的液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，通过改变液体透镜的曲率来实现变焦的目的，解决了传统变焦镜头体积大、结构复杂、变焦速度慢、精度低等技术问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，包括从物侧至像侧依序排列的第一透镜、液体透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述的液体透镜通过调节电压改变焦距，整个镜头光学总长满足：12mm<TTL<17mm，焦距f变化范围为：6.046mm≤f≤6.378mm，调焦范围为：80mm<x<infinity，其中x表示物方的调焦范围，液体透镜屈光度满足-3.3≤φ≤7.2。
所述的第一透镜和所述的第二透镜具有正光焦度，均为物侧为凹面，像侧为凸面的凹凸型透镜，所述的第三透镜具有负光焦度，为物侧为凹面，像侧为凸面的凹凸型透镜，所述的第四透镜为具有负光焦度的双凹型透镜，所述的第五透镜为具有正光焦度的双凸型透镜，所述的第六透镜具有正光焦度，为物侧为凸面，像侧为凹面的凸凹型透镜，所述的第七透镜为具有负光焦度的双凹型透镜。
所述的液体透镜与所述的第二透镜之间设置有光阑。
所述的第一透镜为大口径非球面透镜使整个镜头的视场为55°。
所述的第二透镜和所述的第三透镜相互胶合，且(V2-V3)>30，(V5-V4)>25，其中V2、V3、V4和V5分别为所述的第二透镜、所述的第三透镜、所述的第四透镜和所述的第五透镜的阿贝数。
所述的第一透镜、所述的第二透镜、所述的第三透镜、所述的第四透镜、所述的第五透镜、所述的第六透镜和所述的第七透镜均为偶次非球面透镜，其面型满足以下方程式：
Figure BDA0003124109550000021
式中，y表示透镜垂直光轴的径向坐标值，Z为非球面透镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距离非球面顶点的矢高，c＝1/R，R表示对应非球面透镜面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数A、B、C、D、E、F、…为高次非球面系数。
与现有技术相比，本发明的优点在于采用液体透镜结构来快速实现镜头的自动对焦过程，使用镜片数量较少，减少了镜头体积及成本，同时具有较高的分辨率。液体透镜通过改变电压来调节其表面曲率实现对焦功能，不需要移动任何光学元件，具有响应速度快、功耗低、无噪声等优点；将液体透镜前的第一透镜设置成大口径非球面透镜，可以增大镜头的视场。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中具体示例中物距为80mm时传递函数(MTF)的示意图；
图3为本发明实施例中具体示例中物距为80mm时F-Tan(Theta)畸变示意图；
图4为本发明实施例中具体示例中物距为80mm时场曲示意图；
图5为本发明实施例中具体示例中物距为250mm时传递函数(MTF)的示意图；
图6为本发明实施例中具体示例中物距为250mm时F-Tan(Theta)畸变示意图；
图7为本发明实施例中具体示例中物距为250mm时场曲示意图；
图8为本发明实施例中具体示例中物距为infinity时传递函数(MTF)的示意图；
图9为本发明实施例中具体示例中物距为infinity时F-Tan(Theta)畸变示意图；
图10为本发明实施例中具体示例中物距为infinity时场曲示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：如图1所示，一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，包括从物侧至像侧依序排列的第一透镜L1、液体透镜LQ、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7，液体透镜LQ通过调节电压改变焦距，液体透镜LQ与第二透镜L2之间设置有光阑M，第一透镜L1和第二透镜L2具有正光焦度，均为物侧为凹面，像侧为凸面的凹凸型透镜，第三透镜L3具有负光焦度，为物侧为凹面，像侧为凸面的凹凸型透镜，第四透镜L4为具有负光焦度的双凹型透镜，第五透镜L5为具有正光焦度的双凸型透镜，第六透镜L6具有正光焦度，为物侧为凸面，像侧为凹面的凸凹型透镜，第七透镜LQ7为具有负光焦度的双凹型透镜，第二透镜L2和第三透镜L3相互胶合，且(V2-V3)>30，(V5-V4)>25，其中V2、V3、V4和V5分别为第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5的阿贝数，第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7，均为偶次非球面透镜，其面型满足以下方程式：
Figure BDA0003124109550000031
式中，y表示透镜垂直光轴的径向坐标值，Z为非球面透镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距离非球面顶点的矢高，c＝1/R，R表示对应非球面透镜面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数A、B、C、D、E、F、…为高次非球面系数，A：2阶项，B：4阶项,C：6阶项,D：8阶项,E：10阶项：其中第一透镜L1为大口径非球面透镜使整个镜头的视场为55°，整个镜头光学总长12mm<TTL<17mm，焦距f变化范围为：6.046mm≤f≤6.378mm，调焦范围为：80mm<x<infinity，其中x表示物方的调焦范围，屈光度满足-3.3≤φ≤7.2。
表1是本实施例的一个具体示例的参数，表2是该具体示例中高次非球面系数，表3是该具体示例中液体透镜LQ的具体技术参数。
表1.
表面 类型 曲率半径mm 厚度mm 材料
OBJ 标准面
L1第一面 偶次非球面 -14.95 2.4 Nd＝1.54,vd＝55.8
L1第二面 偶次非球面 -11.16 1.2 空气
LQ第一面 - - 2.34 -
LQ第二面 - 1.04
L2第一面 偶次非球面 -4.88 0.6 Nd＝1.53,vd＝55.8
L2第二面 偶次非球面 -2.58 0 -
L3第一面 偶次非球面 -2.58 0.69 Nd＝1.64,vd＝22.4
L3第二面 偶次非球面 -2.39 0.063 空气
L4第一面 偶次非球面 -4.65 0.7 Nd＝1.66,vd＝20.3
L4第二面 偶次非球面 169.9 0.08 空气
L5第一面 偶次非球面 58.471 1.1 Nd＝1.74,vd＝49.3
L5第二面 偶次非球面 -3.84 0.1 空气
L6第一面 偶次非球面 14.8 1.1 Nd＝1.65,vd＝21.5
L6第二面 偶次非球面 22.08 1.3 空气
L7第一面 偶次非球面 -7.1 0.9 Nd＝1.63,vd＝23.5
L7第二面 偶次非球面 -169.1 -
表2
Figure BDA0003124109550000051
表2中，非球面透镜高次项系数分别为A：2阶项，B：4阶项,C：6阶项,D：8阶项,E：10阶项。
表3
物距(mm) 曲率半径(mm)
80 7.62
250 无限
Infinity -16.47

Claims (6)

1.一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，其特征在于包括从物侧至像侧依序排列的第一透镜、液体透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，所述的液体透镜通过调节电压改变焦距，整个镜头光学总长满足：12mm<TTL<17mm，焦距f变化范围为：6.046mm≤f≤6.378mm，调焦范围为：80mm<x<infinity，其中x表示物方的调焦范围，液体透镜屈光度满足-3.3≤φ≤7.2。
2.如权利要求1所述的一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，其特征在于所述的第一透镜和所述的第二透镜具有正光焦度，均为物侧为凹面，像侧为凸面的凹凸型透镜，所述的第三透镜具有负光焦度，为物侧为凹面，像侧为凸面的凹凸型透镜，所述的第四透镜为具有负光焦度的双凹型透镜，所述的第五透镜为具有正光焦度的双凸型透镜，所述的第六透镜具有正光焦度，为物侧为凸面，像侧为凹面的凸凹型透镜，所述的第七透镜为具有负光焦度的双凹型透镜。
3.如权利要求1或2所述的一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，其特征在于所述的液体透镜与所述的第二透镜之间设置有光阑。
4.如权利要求3所述的一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，其特征在于所述的第一透镜为大口径非球面透镜使整个镜头的视场为55°。
5.如权利要求3所述的一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，其特征在于所述的第二透镜和所述的第三透镜相互胶合，且(V2-V3)>30，(V5-V4)>25，其中V2、V3、V4和V5分别为所述的第二透镜、所述的第三透镜、所述的第四透镜和所述的第五透镜的阿贝数。
6.如权利要求1所述的一种液体透镜辅助调焦的自动对焦成像镜头，其特征在于所述的第一透镜、所述的第二透镜、所述的第三透镜、所述的第四透镜、所述的第五透镜、所述的第六透镜和所述的第七透镜均为偶次非球面透镜，其面型满足以下方程式：
Figure FDA0003124109540000011
式中，y表示透镜垂直光轴的径向坐标值，Z为非球面透镜沿光轴方向在高度为y的位置时，距离非球面顶点的矢高，c＝1/R，R表示对应非球面透镜面型中心的曲率半径，k表示圆锥系数，参数A、B、C、D、E、F、…为高次非球面系数。
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