CN201707493U - 一种高解像力光学变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
一种高解像力光学变焦镜头，属于光机一体化领域，从物方到像方依次包括负光焦度的第一透镜组G1、光阑和正光焦度的第二透镜组G2，通过移动第二透镜组G2实现3.0-8mm的变焦，移动第一透镜组G1，补偿变焦后像面位置的变化，使整个变焦范围内像面的位置固定不变。在整个焦距段内，镜头的光学传递函数MTF值在1301p/mm处都大于0.3，保证其解像力在整个焦距段内都能实现百万像素对应的高画质。而且该镜头的各个镜片材料都采用普通玻璃，能够有效控制生产成本，使镜头的售价较低，在市场竞争中将具有一定的推广优势。
Description
技术领域
本专利属于光机一体化领域，涉及一种变焦镜头，尤其是指一种适应百万像素高画质的光学变焦镜头。
技术背景
焦距段在3.0-8mm附近的变焦镜头，广泛运用于学校、网吧、超市等公共场所。一直以来，在安防业内具有很大的市场。近年来随着国内外安防业的发展，特别是网络视屏监控的发展，人们对监控镜头成像质量的要求越来越高。镜头所成的像经摄像机转换成的图像信号在传输的过程中会有损耗，传输的距离越远，损耗越大，还原出来的图像像质也越差。一般，网络视屏监控体系中的监控室和摄像机的距离较远，视屏信号的损耗较大，如果镜头的解像力不够，那么监视器上的图像就会失真，达不到监控目的。网络视屏监控体系使用的镜头一般都是具有高解像力、实现百万像素对应的高画质的镜头。如日本腾龙公司生产的型号为13VM308的变焦镜头，焦距段在3.0-8mm，采用了非球面镜片及LD镜片，使其体积小、像质高，能够满足网络监控对镜头像质的要求，同时也使其价格高居不下。本专利技术通过光学设计，研发出焦距段在3.0-8mm附近、镜片材料全部采用普通玻璃、实现百万像素对应的高画质的变焦镜头，能够有效控制生产成本，使镜头的售价较低，在市场竞争中将具有一定的推广优势。
发明内容
本专利的目的是设计一种焦距段在3.0-8mm，而且整个焦距段内具有实现百万像素对应的高画质的光学变焦镜头。
如图2所示，本专利从物方到像方依次包括负光焦度的第一透镜组G1、光阑和正光焦度的第二透镜组G2。通过移动第二透镜组G2实现3.0-8mm的变焦；通过移动第一透镜组G1，补偿变焦后像面位置的变化，保证在整个变焦范围内像面的位置固定不变。
本专利的第一透镜组G1具有按物体一侧顺序排列的第一透镜为凸凹镜片L1、第二透镜为双凹镜片L2和凸凹的第三透镜L3。所述的第一透镜L1和第二透镜L3都采用弯月形结构，有利于校正镜片的匹兹凡和，同时它们都向光阑弯曲，有利于校正轴外像差；所述的第二透镜L2与第三透镜L3的距离较小，而且相邻的两个镜面的曲率半径大小相差不大，符号相反，这种组合有利于减小和校正带球差，使得系统能够承受较大的相对孔径。
本专利的正光焦度的第二透镜组G2具有按物体一侧顺序排列的第四透镜为双凸镜片L4，第五透镜为凹凸镜片L5，第六透镜为双凸镜片L6，第七透镜为双凹镜片L7，第八透镜为双凸镜片L8，第九透镜为双凸镜片L9。所述的第四透镜L4、第八透镜L8和第九透镜L9都采用双凸结构，能够产生正的匹兹凡和，跟第一透镜组G1产生的负匹兹凡和相互抵消，从而有利于整个光学系统匹兹凡和的校正；所述的第六透镜L6和第七透镜L7为胶合组件，有利于校正整个光学系统的位置色差；第八透镜L8和第九透镜L9为同一种镜片，组成对称结构，在校正垂轴色差的同时产生正的初级球差，用于补偿前面镜片遗留下的负球差。
如图5、图6及图7所示，上述的镜片结构组合的采用，使镜头的各种像差得到较好的平衡和校正，在整个焦距段内各个视场的光学传递函数MTF值在1301p/mm处都大于0.3，对应于1/3寸靶面，镜头的成像质量能够适应的像素值为：3.6*130*2*4.8*130*2＝1168128＞1000000，保证镜头的解像力在整个焦距段内都能实现百万像素对应的高画质。
本专利光学系统中的九个光学透镜的焦距、折射率及其十八个面的曲率半径分别满足以下条件：
-20＜f1＜-15 1.6＜n1＜1.7 22＜R1＜29 5＜R2＜10
-15＜f2＜-10 1.6＜n2＜1.7 -33＜R3＜-25 8＜R4＜14
15＜f3＜25 1.8＜n3＜1.9 8＜R5＜14 33＜R6＜41
光阑
15＜f4＜20 1.7＜n4＜1.8 60＜R7＜70 -17＜R8＜-10
-42＜f5＜-30 1.7＜n5＜1.8 -12＜R9＜-7 -19＜R10＜-13
20＜f6＜30 1.6＜n6＜1.7 9＜R11＜15 -19＜R12＜-11
-16＜f7＜-10 1.8＜n7＜1.9 -19＜R12＜-11 10＜R13＜16
15＜f8＜20 1.7＜n8＜1.8 150＜R14＜165 -18＜R15＜-11
15＜f9＜20 1.7＜n9＜1.8 11＜R16＜18 -165＜R17＜-150
这里，fi表示第i个镜片的焦距，单位为毫米；ni表示第i个镜片的折射率；Ri表示第i个镜面的曲率半径，单位为毫米；i＝1，2，3…。
通过上述方案的实施，使整个光学系统的焦距段f＝3.0-8.0mm，视场角2W＝102°-44°，相对孔径F＝1.4，成像靶面达到1/3寸。
附图说明
图1是镜头组件结构图，包括光学系统和机械部件。
图2是焦距在3mm时的光学系统示意图，第一透镜组G1与第二透镜组G2距离最远，为系统调像的基准位置，其中S表示光阑，I表示像面。
图3是焦距在8mm时的光学系统示意图，第一透镜组G1和第二透镜组G2都向光阑的方向移动，其中S表示光阑，I表示像面。
图4是光学系统玻璃镜片的曲率半径和折射率的示意图，其中fi表示第i个镜片的焦距，单位为毫米；ni表示第i个镜片的折射率；Ri表示第i个镜面的曲率半径，单位为毫米；i＝1，2，3…。
图5是光学系统焦距为3mm时的MTF曲线。
图6是光学系统焦距为5.3mm时的MTF曲线。
图7是光学系统焦距为8mm时的MTF曲线。
具体实施方式
如图1所示，本专利具有一个负光焦度的透镜组G1、光阑和具有正光焦度的透镜组G2，利用负透镜组G1和正透镜组G2之间的空气间隔变化来实现3.0-8mm的变焦。所述负透镜组G1装在径向设有三个导钉的前组镜筒(1)内，正透镜组G2装在径向设有三个导钉的后组镜筒(5)内，前组镜筒(1)和后组镜筒(5)装在有螺旋形通槽的主筒(3)内，前、后组镜筒通过导钉主筒连接，使前、后组镜筒能在主筒内螺旋上下滑动，通过分别调整前后组的各具有三个直槽的前调整凸轮(2)和后调整凸轮(4)，实现改变负透镜组G1和正透镜组G2之间的空气间隔，从而达到变焦的目的。
如图2所示，本专利中的第一透镜组G1具有按物体一侧顺序排列的第一透镜为凸凹镜片L1、第二透镜为双凹镜片L2和凸凹的第三透镜L3。本专利中的第二透镜组G2具有按物体一侧顺序排列的第四透镜为双凸镜片L4，第五透镜为凹凸镜片L5，第六透镜为双凸镜片L6，第七透镜为双凹镜片L7，第八透镜为双凸镜片L8，第九透镜为双凸镜片L9，所述的第六透镜L6和第七透镜L7为胶合组件，第八透镜L8和第九透镜L9为同一种镜片，组成对称结构。通过移动第二透镜组G2实现3.0-8mm的变焦；通过移动第一透镜组G1，补偿变焦后像面位置的变化，保证在整个变焦范围内像面的位置能够固定不变。
如图2所示，通过调节后组镜筒(5)带动正透镜组G2向像方方向移动到底，通过调节前组镜筒(1)带动负透镜组G1向像方反向移动到底，此时G1和G2的距离达到最大值，光学系统处于短焦位置，焦距为3mm。
如图3所示，在光学系统的焦距达到极值3.0mm后，保持像面位置不变，调节后组镜筒(5)带动正透镜组G2向像方反向移动到底，调节前组镜筒(1)带动负透镜组G1向像方方向移动直至像面清晰，此时光学系统处于长焦位置，焦距为8mm。
本专利采用负、正两组透镜组结构，整个镜头系统结构紧凑，操作便捷，镜片全部采用国产玻璃。镜头的焦距f＝3.0-8.0mm，视场角2W＝102°-44°，相对孔径F＝1.4，各个视场的光学传递函数MTF值在1301p/mm处都大于0.3，因此该镜头的解像力能够实现百万像素对应的高画质。
Claims (5)
1.一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于从物方到像方依次包括负光焦度的第一透镜组G1、光阑和正光焦度的第二透镜组G2，移动第二透镜组G2改变镜头焦距，移动第一透镜组G1，补偿变焦后像面位置的变化，使整个变焦范围内像面的位置固定不变，其中所述的光学变焦镜头的焦距段f＝3.0-8.0mm，视场角2W＝102°-44°，相对孔径F＝1.4，光学传递函数MTF值在1301p/mm处都大于0.3。
2.根据权利要求1所述的一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于所述的负光焦度的第一透镜组G1具有按物体一侧顺序排列的第一透镜为凸凹镜片L1、第二透镜为双凹镜片L2和凸凹的第三透镜L3。
3.根据权利要求1所述的一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于所诉的正光焦度的第二透镜组G2具有按物体一侧顺序排列的第四透镜为双凸镜片L4，第五透镜为凹凸镜片L5，第六透镜为双凸镜片L6，第七透镜为双凹镜片L7，第八透镜为双凸镜片L8，第九透镜为双凸镜片L9。
4.根据权利要求1所述的一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于所诉的正光焦度的第二透镜组G2中，第六透镜L6和第七透镜L7为胶合组件；第八透镜L8和第九透镜L9为同一种镜片，组成对称结构。
5.根据权利要求1所述的一种高解像力光学变焦镜头，其特征在于，光学系统中的九个光学透镜的焦距、折射率及其十八个面的曲率半径分别满足以下条件：
-20＜f1＜-15 1.6＜n1＜1.7 22＜R1＜29 5＜R2＜10
-15＜f2＜-10 1.6＜n2＜1.7 -33＜R3＜-25 8＜R4＜14
15＜f3＜25 1.8＜n3＜1.9 8＜R5＜14 33＜R6＜41
光阑
15＜f4＜20 1.7＜n4＜1.8 60＜R7＜70 -17＜R8＜-10
-42＜f5＜-30 1.7＜n5＜1.8 -12＜R9＜-7 -19＜R10＜-13
20＜f6＜30 1.6＜n6＜1.7 9＜R11＜15 -19＜R12＜-11
-16＜f7.＜-10 1.8＜n7＜1.9 -19＜R12＜-11 10＜R13＜16
15＜f8＜20 1.7＜n8＜1.8 150＜R14＜165 -18＜R15＜-11
15＜f9＜20 1.7＜n9＜1.8 11＜R16＜18 -165＜R17＜-150
其中，fi表示第i个镜片的焦距，单位为毫米；ni表示第i个镜片的折射率；Ri表示第i个镜面的曲率半径，单位为毫米；i＝1，2，3…。
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