CN203480121U - 一种低成本双波段光学变焦镜头 - Google Patents
一种低成本双波段光学变焦镜头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种低成本双波段光学变焦镜头，从物方到像方依次包括负光焦度的前透镜组、光阑和正光焦度的后透镜组，前透镜组包括负光焦度的凸凹形第一透镜、负光焦度的双凹形第二透镜和正光焦度的凸凹形第三透镜，后透镜组包括正光焦度的双凸形第四透镜、正光焦度的双凸形第五透镜、负光焦度的双凹形第六透镜和正光焦度的双凸形第七透镜，第五透镜和第六透镜为胶合组件。通过改变前透镜组和后透镜组的空气间隔，实现2.8-10mm焦距范围的变化。该镜头仅使用七片透镜，且透镜材料均不含昂贵的镧系玻璃和超低色散玻璃，并具有良好的加工工艺特性，有效控制了成本。该镜头针对1/2.7寸传感器设计，其解像力在整个焦距范围内都能达到百万像素且实现日夜共焦成像。
Description
技术领域
本专利属于光机电一体化领域，涉及一种光学变焦镜头，尤其是低成本的双波段共焦变焦镜头。
背景技术
随着安全防范意识的提高，市场对安防监控镜头的需求量越来越高，为了同时满足在白天可见光环境和夜间红外光环境下对目标的清晰监控，需要采用可见光和红外光双波段共焦的镜头。焦距段在2.8-10mm附近的双波段变焦镜头，是目前监控领域应用最多的产品，广泛应用于学校、工厂、超市等公共场所。目前市面上达到百万像素以上高清成像的相关产品，通常要使用八片到九片光学镜片，例如编号为200910112238.2的中国发明专利，名为“双波段光学变焦镜头”，焦距段为2.8-10mm，实现了百万像素日夜高清成像，但其采用了九片镜片，生产成本较高。若能开发出使用镜片数较少的产品，将能大大降低镜片成本并提高装配效率，具有广阔的市场前景。
发明内容
本专利的目的是设计一种光学镜片数为七片，且可见光成像与红外光成像能够共焦，并能达到百万像素以上高清成像的光学变焦镜头。该镜头的七片镜片均采用国产的折射率相对较低的廉价光学玻璃，完全避开了昂贵的高折射率镧系玻璃和超低色散玻璃，且各个镜片都具有较高的定心系数，易于机械定心磨边，拥有良好的加工工艺特性，从原材料成本、加工难易度和装配效率三方面控制了成本。该镜头结构紧凑，操作便捷，运用前景广。
为实现上述目的，本专利采用的技术方案是：
一种低成本双波段光学变焦镜头，包括负光焦度的前透镜组Gn、光阑和配置于前透镜组Gn像侧的具有正光焦度的后透镜组Gp，利用前透镜组Gn和后透镜组Gp之间的空气间隔变化来实现2.8-10mm的变焦；所述前透镜组Gn具有按物方到像方顺序依次排列的凸凹形第一透镜L1、双凹形第二透镜L2和凸凹形第三透镜L3，所述后透镜组Gp具有按物方到像方顺序依次排列的双凸形第四透镜L4、双凸形第五透镜L5、双凹形第六透镜L6和双凸形第七透镜L7，所述的第五透镜L5和第六透镜L6为胶合组件；该镜头七片透镜所采用的材料，均不含昂贵的镧系玻璃和超低色散玻璃。
本专利光学镜头中的七个光学透镜的焦距和折射率及其十四个面的曲率半径分别满足以下条件：
-14.5﹤f1﹤-12 1.68﹤n1﹤1.75 24﹤R1﹤65 6.5﹤R2﹤9
-12.4﹤f2﹤-10.4 1.61﹤n2﹤1.67 -23﹤R3﹤-18 9﹤R4﹤13
14.8﹤f3﹤17.5 1.8﹤n3﹤1.88 10﹤R5﹤16 60<|R6|
光阑
16.8﹤f4﹤19.9 1.69﹤n4﹤1.75 12.5﹤R7﹤21 -55﹤R8﹤-28.5
6﹤f5﹤8 1.63﹤n5﹤1.7 7﹤R9﹤10 -9.5﹤R10﹤-6.5
-4.6﹤f6﹤-3.1 1.81﹤n6﹤1.87 -9.5﹤R11﹤-6.5 5.2﹤R12﹤7.3
7.7﹤f7﹤9.2 1.69﹤n7﹤1.74 8.5﹤R13﹤12.8 -16.2﹤R14﹤-10.5
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…。
产品的主要光学指标：焦距f=2.8-10mm，视场角2W=137°-40°，相对孔径F=1.8。
在可见光范围内，按照上述方案制成的高分辨率镜头光学传递函数MTF值在90lp/mm时，中心达到0.6，边缘达到0.5。在整个焦距段内各个视场的光学传递函数MTF值在120lp/mm处都大于0.3，对应于1/2.7寸传感器，镜头的成像质量能够适应的像素值为：5.74*120*2*3.23*120*2=1168000>1000000，保证镜头的解像力在整个焦距段内都能达到百万像素对应的高画质。在850nm的红外光环境下，整个焦距段内各个视场的光学传递函数MTF值在60lp/mm处都大于0.3，满足了夜间红外光共焦成像的要求。
附图说明
附图1是本专利在变焦广角端（焦距2.8mm）时的光学系统示意图。
附图2是本专利在变焦望远端（焦距10mm）时的光学系统示意图。
附图3是本专利的第一实施例在变焦广角端时的球差、像散、畸变曲线图。
附图4是本专利的第一实施例在变焦望远端时的球差、像散、畸变曲线图。
附图5是本专利的第二实施例在变焦广角端时的球差、像散、畸变曲线图。
附图6是本专利的第二实施例在变焦望远端时的球差、像散、畸变曲线图。
具体实施方式
附图1所示的一种低成本双波段光学变焦镜头，由前透镜组Gn、光阑和后透镜组Gp组成，通过改变前透镜组Gn和后透镜组Gp的空气间隔，实现2.8-10mm焦距范围的变化。当前后两组间隔最大时，镜头焦距最短，为变焦广角端；当前后两组逐渐靠近，镜头的焦距逐渐变长，直到两组间隔达到设计的最小间隔，此时的镜头焦距最长，为变焦望远端，如附图2所示。
前透镜组Gn具有按物方到像方顺序依次排列的负光焦度凸凹形第一透镜L1、负光焦度双凹形第二透镜L2和正光焦度凸凹形第三透镜L3，第一透镜L1和第二透镜L2直接紧靠装配，第三透镜L3和第二透镜L2通过隔圈紧靠装配。
所述后透镜组Gp具有按物方到像方顺序依次排列的正光焦度双凸形第四透镜L4、正光焦度双凸形第五透镜L5、负光焦度双凹形第六透镜L6和正光焦度双凸形第七透镜L7，第四透镜L4和第五透镜L5通过隔圈紧靠装配，第五透镜L5和第六透镜L6胶合，第七透镜L7和第六透镜L6通过隔圈紧靠装配。
所述专利在焦距为2.8mm的广角端，后截距大于6.55mm。
第一实施例：
镜头的光学数据如下：
面号 R d n
1 38.146 0.8 1.70
2 7.682 4.88
3 -20.682 0.7 1.63
4 10.961 0.75
5 13.316 2.57 1.85
6 219.89 (d6)
光阑S ∞ (ds)
7 19.799 1.8 1.72
8 -36.667 0.12
9 8.232 3.8 1.67
10 -8.11 2.58 1.85
11 6.124 0.78
12 11.901 2.25 1.72
13 -11.901
这里，R表示对应镜面的曲率半径，d表示对应镜片的中心厚度或者空气间隔，n表示对应镜片的折射率，d6和ds是可变空气间隔，d6的变化范围是14.15-0.69，ds的变化范围是7.37-0.83。
第二实施例：
镜头的光学数据如下：
面号 R d n
1 53.305 0.8 1.72
2 7.426 5.15
3 -20.927 0.7 1.62
4 9.523 0.52
5 10.825 2.97 1.85
6 60.516 (d6)
光阑S ∞ (ds)
7 14.727 4.4 1.76
8 -31.062 0.12
9 9.219 2.38 1.60
10 -9.219 4.4 1.85
11 6.28 1.2
12 10.522 2.33 1.71
13 -12.145
这里，R表示对应镜面的曲率半径，d表示对应镜片的中心厚度或者空气间隔，n表示对应镜片的折射率，d6和ds是可变空气间隔，d6的变化范围是11.16-0.8，ds的变化范围是8.33-0.25。
以上所述仅是本专利技术的两种优选实施方式，并不构成对本专利技术的限定，凡在本专利所述技术方案基础之上作出的任何修改、替换等，均应落入本专利的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种低成本双波段光学变焦镜头，包括负光焦度的前透镜组Gn、光阑和配置于前透镜组Gn像侧的具有正光焦度的后透镜组Gp，利用前透镜组Gn和后透镜组Gp之间的空气间隔变化来实现2.8-10mm的变焦；所述前透镜组Gn具有按物方到像方顺序依次排列的负光焦度凸凹形第一透镜L1、负光焦度双凹形第二透镜L2和正光焦度凸凹形第三透镜L3，所述后透镜组Gp具有按物方到像方顺序依次排列的正光焦度双凸形第四透镜L4、正光焦度双凸形第五透镜L5、负光焦度双凹形第六透镜L6和正光焦度双凸形第七透镜L7，所述的第五透镜L5和第六透镜L6为胶合组件；该镜头中七片透镜所采用的材料，均不含昂贵的镧系玻璃和超低色散玻璃。
2.如权利要求书1所述的低成本双波段光学变焦镜头，特征在于其所用的七片光学透镜的焦距和折射率及其十四个面的曲率半径分别满足以下条件：
-14.5<f1<-12 1.68<n1<1.75 24<R1<65 6.5<R2<9
-12.4<f2<-10.4 1.61<n2<1.67 -23<R3<-18 9<R4<13
14.8<f3<17.5 1.8<n3<1.88 10<R5<16 60<|R6|
光阑
16.8<f4<19.9 1.69<n4<1.75 12.5<R7<21 -55<R8<-28.5
6<f5<8 1.63<n5<1.7 7<R9<10 -9.5<R10<-6.5
-4.6<f6<-3.1 1.81<n6<1.87 -9.5<R11<-6.5 5.2<R12<7.3
7.7<f7<9.2 1.69<n7<1.74 8.5<R13<12.8 -16.2<R14<-10.5
如权利要求书1所述的低成本双波段光学变焦镜头，其特征在于：光学系统的焦距f=2.8-10mm，视场角2W=137°-40°，相对孔径F=1.8，后截距大于6.55mm。
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