CN201397419Y

CN201397419Y - 小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统

Info

Publication number: CN201397419Y
Application number: CN2009200522862U
Authority: CN
Inventors: 李建华; 肖明志
Original assignee: Union Optech Co Ltd
Current assignee: Union Optech Co Ltd
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-03-04

Abstract

本实用新型公开了小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，更具体来说是涉及一种应用于监控、照相系统的光学系统。它包括有相邻之间可以相互调节间距的第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群和第四透镜群以及感光芯片，在所述第三透镜群设有光阑，所述第三透镜群的第一透镜为塑料非球面透镜，所述第四透镜群为一塑料非球面透镜。第一透镜群的组合焦距为正，第二透镜群的组合焦距为负，第三透镜群和第四透镜群的组合焦距都为正。本实用新型具有体积小、大光圈、快对焦、低成本等特点。

Description

小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统

【技术领域】

本实用新型涉及一种光学系统，尤其涉及一种应用于监控、照相系统的体积小、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统。

【背景技术】

目前照相、安防用的中型或大型变焦镜头普遍存在这样的缺点：外形尺寸较大、变焦后不能保证对不同距离的物体摄像时达到清楚，需要再次调焦，而再次调焦的系统结构复杂。这类型的镜头，在成本高昂的同时，体积较大，重量较重，且增加使用难度和增加调节时间。这在使用上有很大的局限性，不能满足消费者的便于携带、方便隐藏、便宜、及操作简单等需要。

【实用新型内容】

本实用新型目的是克服了现有技术中的不足而提供了体积小、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统。

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用下列技术方案：

小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于包括有相邻之间可以相互调节间距的第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群和第四透镜群以及感光芯片，在所述第三透镜群设有光阑，所述第三透镜群的第一透镜为塑料非球面透镜，所述第四透镜群为一塑料非球面透镜。

如上所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于所述的第一透镜群的组合焦距为正，第二透镜群的组合焦距为负，第三透镜群和第四透镜群的组合焦距都为正。

如上所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于所述的第一透镜群、第二透镜群的系统元件特性满足以下表达式：f1＞-f2，其中，f1为第一透镜群的组合焦距，f2为第二透镜群的组合焦距。

如上所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于第三透镜群的第一透镜和第四透镜群的非球面表面形状满足以下方程：Z＝cy²/{1+√[1-(1+k)c²y²]}+α₁y²+α₂y⁴+α₃y⁶+α₄y⁸+α₅y¹⁰+α₆y¹²+α₇y¹⁴+α₈y¹⁶。

本实用新型与现有技术相比具有如下的优点：

1、现有变焦镜头在调节变焦、补偿两透镜群后，还需调变焦透镜或变焦透镜群，才能成清晰像；本实用新型的变焦镜头在变焦时只需调节变焦第二透镜群和补偿第四透镜群两透镜群，就可成清晰像。这样不但方便调节，还大大节省了调节时间，达到快速变倍目的，同时还去掉了调焦所需的复杂结构，节约了成本，减小了体积和重量，提高了产品的可靠性。

2、本实用新型的变焦镜头锐利度高、颜色分明，色彩还原性好。

3、本实用新型把光阑设在第三透镜群，在其他条件同样的情况下，极大缩小了第一透镜群的体积，这对减小整机体积和重量，贡献极大。

4、现有高倍率、快变焦镜头，在变焦过程中受机构限制，经常有变焦盲点，即在某一焦距附近分辨率较差，成像不清晰；本实用新型的变焦镜头没有变焦盲点，在整个变焦过程中全部能成清晰像。

5、现有高倍率、快变焦镜头，近距离成像不清晰；本实用新型的变焦镜头近距离成像清晰，在10mm近距时还能成清晰像。6、采用塑料非球面透镜代替部分玻璃球面透镜，既减小了体积，又减轻了重量，同时降低了成本。

7、本设计实现了12倍光学ZOOM(变焦)，且采用AF(自动对焦)技术，这样彻底实现了一个光学系统可以同时对不同距离的物体成拍摄清晰的照片。

【附图说明】

图1是本实用新型剖面示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型进行详细描述：

如图1所示，小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，包括有相邻之间可以相互调节间距的第一透镜群1、第二透镜群2、第三透镜群3和第四透镜群4以及感光芯片5。由于第一透镜群1和第二透镜群2之间的间隔是可变的、第二透镜群2和第三透镜群3之间的间隔是可变的、第三透镜群3和第四透镜群4之间的间隔是可变的、第四透镜群4和感光芯片5之间的间隔是可变的，故通过改变这四个可变的空气间隔，可达到使镜头的焦距改变的目的。关于如何实现第一透镜群1、第二透镜群2、第三透镜群3和第四透镜群4以及感光芯片5之间可以相互调节间距的问题，本人于2007年11月20日提交一相关专利申请，里面详细介绍了利用机构实现调节间距的问题，其专利号为ZL200720193328.5，名称为：一种高倍率、小体积、快速变倍的变焦光学系统。

在所述第三透镜群3设有光阑12，首先由于光阑12设在第三透镜群3的整个系统中间靠后部分，这样既利于缩小第一透镜群的口径，又利于控制第四透镜群4的口径；其次是所述第四群4既是补偿群，又是调焦群，在其移动时，为变倍补偿的同时，也调整了后焦，这就去掉了为调焦而设的复杂机构；

所述第三透镜群3的第一透镜31为塑料非球面透镜，所述第四透镜群4为一塑料非球面透镜。第三透镜群3的第一透镜31采用塑料非球面透镜，这样既减小了体积，又减轻了重量，同时降低了成本。

所述的第一透镜群1整体焦距为正，达到汇聚光线的目的。第二透镜群2的整体焦距为负，且第二透镜群2的第一透镜6焦距也为负，整群在移动过程中使整个系统的焦距改变，达到变倍的目的，又称为变倍群。

首先所述的第四个透镜群4整体焦距为正，把经过前面三个透镜群的光线汇聚到像面，其既是补偿群，又是调焦群。在变倍过程中，变倍群移动的同时，第四个透镜群4同时移动，当变倍群移动到预定位置时，第四个透镜群4也移动到预先设定好的、使像面基本清晰的位置，然后通过自动对焦微调，使像面最清晰；相当于节省了调焦这一步骤，达到了缩短时间的目的。再有，两个移动群的通光口径都较小，在变倍和调焦过程中移动距离都较短，这样变倍时就会花费较少的时间。通过上述两种途径安排，使得其变倍能快速实现。

在所述的第一透镜群1、第二透镜群2、第三透镜群3、第四透镜群4的系统元件特性满足以下表达式：f1＞-f2。其中，f1为第一透镜群1的组合焦距，f2为第二透镜群2的组合焦距。通过调节f1、f2之间的比值、调整f1的数值大小、使用非球面及增减各群透镜数目，可设计出从小倍率到大倍率到超大倍率各种不同倍率、不同规格的变焦镜头。

第三透镜群3的第一透镜31和第四透镜群4的非球面表面形状满足以下方程：Z＝cy²/{1+√[1-(1+k)c²y²]}+α₁y²+α₂y⁴+α₃y⁶+α₄y⁸+α₅y¹⁰+α₆y¹²+α₇y¹⁴+α₈y¹⁶。在公式中，参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)，k为圆锥二次曲线系数。当k系数小于-1时面形曲线为双曲线，等于-1时为抛物线，介于-1到0之间时为椭圆，等于0时为圆形，大于0时为扁圆形。α₁至α₈分别表示各径向坐标所对应的系数，通过以上参数可以精确设定透镜前后两面非球面的形状尺寸。

所述第四透镜群直接调节后焦，所以可直接调到最佳像面位置，而且采用高精度的步进马达，这就彻底解决了传统镜头近距离成像不清和调焦盲点的问题；这样同时也就提高了产品精度和产品可靠性。

下面举一22倍变焦的实际设计案例

序号类型 R值(1/C) 厚度光学材料直径

1-a 标准 42.51 1.05 ZF6 φ20

1-b，2-a 标准 19.46 3.45 Lak3 φ20

2-b 标准 240.32 0.25 Air φ20

3-a 标准 18.56 2.5 Lak3 φ14

3-b 标准 52.348 1.05 Air φ14

4-a 标准 18.56 0.5 LaF4 φ10

4-b 标准 6.48 2.85 Air φ10

5-a 标准 -10.536 0.65 K9 φ10

5-b，6-a 标准 9.356 1.5 zf7 φ10

6-b 标准 125.32 2.52 Air φ10

12 光栏无穷大 1.05 Air φ9

7-a 非球面 15.31 2.5 E48R φ10

7-b 非球面 -12.693 1.5 Air φ10

8-a 标准 33.45 2.56 K9 φ8

8-b，9-a 标准 -33.45 1.15 zf7 φ8

9-b 标准 33.45 1.5 Air φ8

10-a 非球面 42.56 3.5 E48R φ8

10-b 非球面 -10.98 8.5 Air φ12

像面无穷大

非球面参数如下：

第7-a面系数

K：0.25389

α₁：0

α₂：0：0.0091035594

α₃：0：0.0584678

α₄：0：-0.0046785

α₅：0：0.0007856

α₆：0：0.0000011426

α₇：0

α₈：0

第7-b面系数

K：-0.39425

α₁：0

α₂：-0.0181046693

α₃：0.0695673

α₄：0.0246432

α₅：0.0000385

α₆：0.0000001925

α₇：0

α₈：0

第10-a面系数

K：-1.38342

α₁：0

α₂：-0.0172046755

α₃：-0.0643783

α₄：0.0325632

α₅：-0.0014565

α₆：0.0000007955

α₇：0

α₈：0

第18面系数

K：45.38525

α₁：0

α₂：0.01046321

α₃：0.0794253

α₄：0.1247892

α₅：0.00000325

α₆：0.0000001824

α₇：0

α₈：0

群组调焦移动范围：

1，2群组间隔1.05mm-12.25mm

2，3群组间隔1.05mm-12.25mm

3，4群组间隔1mm-8.2mm

4群组和像面间隔8.5mm-15.7mm

Claims

1、小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于包括有相邻之间可以相互调节间距的第一透镜群(1)、第二透镜群(2)、第三透镜群(3)和第四透镜群(4)以及感光芯片(5)，在所述第三透镜群(3)设有光阑(12)，所述第三透镜群(3)的第一透镜(31)为塑料非球面透镜，所述第四透镜群(4)为一塑料非球面透镜。

2、根据权利要求1所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于所述的第一透镜群(1)的组合焦距为正，第二透镜群(2)的组合焦距为负，第三透镜群(3)和第四透镜群(4)的组合焦距都为正。

3、根据权利要求2所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于所述的第一透镜群(1)、第二透镜群(2)的系统元件特性满足以下表达式：f1＞-f2，其中，f1为第一透镜群(1)的组合焦距，f2为第二透镜群(2)的组合焦距。

4、根据权利要求2或3所述的小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统，其特征在于第三透镜群(3)的第一透镜(31)和第四透镜群(4)的非球面表面形状满足以下方程：Z＝cy²/{1+√[1-(1+k)c²y²]}+α₁y²+α₂y⁴+α₃y⁶+α₄y⁸+α₅y¹⁰+α₆y¹²+α₇y¹⁴+α₈y¹⁶。