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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