專利名稱：：日夜兩用迷你廣角變焦鏡頭系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)，應(yīng)用于各種安防監(jiān)控場所攝像機(jī)內(nèi)的高清晰光學(xué)成像鏡頭。
背景技術(shù)：
：在安防監(jiān)控領(lǐng)域，由于監(jiān)控場合的多樣性，人們對(duì)日夜不間斷攝像監(jiān)控的需求以及高解析球罩?jǐn)z像機(jī)的普及，對(duì)監(jiān)控用的光學(xué)鏡頭系統(tǒng)的變焦比、寬光譜清晰成像和結(jié)構(gòu)體積等性能指標(biāo)提出了越來越高的要求。通常，變焦鏡頭系統(tǒng)主要有三種結(jié)構(gòu)形式四組元、三組元和兩組元。兩組元的多焦點(diǎn)變焦鏡頭系統(tǒng)，由于其光機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配調(diào)試，良品率高，制造成本低廉，大量地應(yīng)用于安防電視監(jiān)控系統(tǒng)，市場占有率高。但同時(shí)，由于受組元和鏡片數(shù)的限制，它的光學(xué)系統(tǒng)難以在大變焦比、寬光譜高分辨率和緊湊結(jié)構(gòu)等性能指標(biāo)方面取得較好的平衡。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種變焦比大于2.65，短焦視場角大于90°，光學(xué)系統(tǒng)總長度小于11.5倍短焦焦矩，短焦后截矩大于1.6倍短焦焦矩的日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)。本實(shí)用新型所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種在整個(gè)變焦范圍內(nèi)可見譜段和近紅外譜段可以同時(shí)校正像差的日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是(A)日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)，沿著光軸方向依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡組、正光焦度的第二透鏡組，以及位于第一透鏡組和第二透鏡組之間的光闌，其特征是第一透鏡組由凹面朝向像面的彎月形負(fù)光焦度的第一透鏡、雙面凹形負(fù)光焦度的第二透鏡、彎月形正光焦度的第三透鏡依序排列組合而成；正光焦度的第二透鏡組由雙面凸形正光焦度的第四透鏡、雙面凸形正光焦度的第五透鏡、雙面凹形負(fù)光焦度的第六透鏡、雙面凸形正光焦度的第七透鏡和雙面凸形正光焦度的第八透鏡依序排列組合而成。(B)A所述的日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)，其特征是第二透鏡、第三透鏡相膠合組成膠合鏡；第六透鏡、第七透鏡相膠合組成另一膠合鏡。(C)A或B所述的日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)，其特征是滿足下列條件(i)f'！<f'2；(ii)2.65<f'T/f'ff<3.1；(iii)2.15<-f'Jfff<2.55；(iv)1.2<dd1/(f'T-f'ff)<1.4；(v)60<y2,60<Y7；(vi)10.5<Lw/f'w<11.8；(vii)1.65<fbw/f'w<1.8;其中，f'工是第一透鏡組焦距；f'2是第二透鏡組焦距；f'τ是變焦鏡頭系統(tǒng)在望遠(yuǎn)端的焦距；[0020]f'w是變焦鏡頭系統(tǒng)在廣角端的焦距；Cld1是變焦時(shí)第一透鏡組的移動(dòng)距離；Y2是第二透鏡的阿貝系數(shù)；γ7是第七透鏡的阿貝系數(shù)；Lw是變焦鏡頭系統(tǒng)位于廣角端時(shí)，其第一透鏡入射表面到像面沿光軸方向的距罔；fbw是變焦鏡頭系統(tǒng)位于廣角端的后截距。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、通過小型化設(shè)計(jì)和合理的光學(xué)結(jié)構(gòu)選取，提高了光學(xué)鏡頭的變焦比，拓展了動(dòng)目標(biāo)清晰成像的空間范圍，應(yīng)用于1/3寸攝像機(jī)，其變焦范圍可達(dá)411mm。2、有效地減小了常規(guī)二組元變焦鏡頭的結(jié)構(gòu)尺寸，使之適用于大多數(shù)小型化球形攝像機(jī)系統(tǒng)。3、通過合理的材料參數(shù)匹配，拓寬了其應(yīng)用譜線范圍，在近紅外輔助照明條件下，亦能獲得良好的成像表現(xiàn)力，滿足了24小時(shí)不間斷日夜監(jiān)控的需求。附圖1是本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)以通過光軸線的豎直平面為剖切面剖切開的剖視圖。圖中1是第一透鏡，2是第二透鏡，3是第三透鏡，4是光闌，5是第四透鏡，7是第五透鏡，9是第六透鏡，11是第七透鏡，13是第八透鏡。圖2是圖1所示變焦鏡頭系統(tǒng)在具體實(shí)施例中沿著光軸OO1方向以曲率R(i)表示的各圖元素面序號(hào)i。圖3A是本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)實(shí)施例廣角端球差特性曲線圖。圖3B是本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)實(shí)施例望遠(yuǎn)端球差特性曲線圖。圖4A是本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)實(shí)施例廣角端場曲特性曲線圖。圖4B是本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)實(shí)施例望遠(yuǎn)端場曲特性曲線圖。圖5A是本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)實(shí)施例廣角端畸變特性曲線圖。圖5B是本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)實(shí)施例望遠(yuǎn)端畸變特性曲線圖。具體實(shí)施方式作為實(shí)施例，本實(shí)用新型沿著光軸OO1方向依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡組和正光焦度的第二透鏡組以及位于兩透鏡組之間的光闌(4)。第一透鏡組包括三個(gè)透鏡第一透鏡(1)是負(fù)光焦度，為凹面朝向像面的彎月形透鏡；第二透鏡(2)是負(fù)光焦度，為雙面凹形透鏡；第三透鏡(3)是凹面朝向像面的彎月形透鏡，為正光焦度。第二透鏡組包括五個(gè)透鏡第四透鏡(5)是正光焦度，為雙面凸形透鏡；第五透鏡(7)是正光焦度，為雙面凸形透鏡；第六透鏡(9)是負(fù)光焦度，為雙面凹形透鏡；第七透鏡(11)是正光焦度，為雙面凸形透鏡；第八透鏡(13)是正光焦度，為雙面凸形透鏡。為了取得消除色差的良好效果，第二透鏡(2)第三透鏡(3)可以相互膠成一膠合鏡；第六透鏡(9)和第七透鏡(11)可以相互膠合成另一膠合透鏡。本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)各參數(shù)滿足下列條件(i)f'！<0<f'2(ii)2.65<f，T/f，ff<3.1(iii)2.15<-f，Jf'ff<2.55(iv)1.2<,/if'T-f'ff)<1.4(ν)60<y2,60<Y2(vi)10.5<Lff/f'ff<11.8(vii)1.65<fbff/f'ff<1.8其中，f’工是第一透鏡組焦距；f’2是第一透鏡組焦距；f’τ是變焦鏡頭系統(tǒng)在望遠(yuǎn)端的焦距；fw是變焦鏡頭系統(tǒng)在廣角端的焦距；Cld1是變焦時(shí)第一透鏡組的移動(dòng)距離；Y2是二透鏡的阿貝系數(shù)；γ7是第七透鏡的阿貝系數(shù)；Lw是變焦鏡頭系統(tǒng)位于廣角端時(shí)，其第一透鏡入射表面到像面沿光軸方向的距罔；fbff是變焦鏡頭系統(tǒng)位于廣角端的后截距。條件(i)涉及兩個(gè)鏡組的光焦度分配，負(fù)光焦度的第一透鏡組產(chǎn)生的虛像有利于拉長第二透鏡組的像距，從而保證了系統(tǒng)在廣角端的反遠(yuǎn)距結(jié)構(gòu)。條件(ii)與變焦比有關(guān)，二組元變焦鏡頭的變焦比主要決定于變焦過程中后組的成像倍率的變化幅度。條件(iii)涉及第一透鏡組光焦度的比重，如果焦距太長，將導(dǎo)致變焦行程增加，不利于系統(tǒng)的小型化；如果焦距太短，則增加系統(tǒng)高級(jí)像差，需要更多的鏡片，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，來抑制像差的增長。條件(iv)涉及第一透鏡組的變焦行程，適當(dāng)?shù)淖兘剐谐逃欣谠谧兘贡?、系統(tǒng)體積和成像評(píng)價(jià)中取得合理的平衡，過小的變焦行程將難以保證合適的變焦比，而過大的行程則不利于外形尺寸的控制。條件(ν)涉及第二透鏡和第七透鏡的材料選取，較高的阿貝系數(shù)有利于控制系統(tǒng)的位置色差，有效地保證系統(tǒng)在總長焦位置近紅外譜線的成像表現(xiàn)。條件(vi)與廣角端變焦鏡頭系統(tǒng)的長度有關(guān)，該比值太小將顯著地增加系統(tǒng)的高級(jí)像差，進(jìn)而限制了系統(tǒng)的通光量，而該比值太大則不利于鏡頭的小型化。條件(vii)與廣角端變焦鏡頭系統(tǒng)的后截距有關(guān)，該比值太小將限制鏡頭的通用性，而該比值太大不利于軸外像差的校正，并制約了第一透鏡組的變焦行程。下表1為滿足上述條件(i)(vii)的一種優(yōu)選數(shù)據(jù)。按廣角端焦距進(jìn)行歸一化，所有長度單位為毫米，所用變量定義如下R⑴表示第i面曲率半徑；[0070]cKi)表示沿光軸方向第i面至第i+Ι面之間的間隔；ndi表示沿光軸方向第i面右側(cè)透鏡材料的d光折射率；yi表示沿光軸方向第i面右側(cè)透鏡材料的阿貝系數(shù)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>[0075]下表2為本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)實(shí)施例數(shù)據(jù)中可變間隔的廣角端和望遠(yuǎn)端的系統(tǒng)參數(shù)及可變間隔數(shù)據(jù)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表中F#為系統(tǒng)像方F數(shù)，ω為物方視場角，單位為度，Dl是第一透鏡組到光闌的間隔，D2是光闌到第二透鏡組的間隔，D3為第二鏡透組到像面的間隔，D1、D2和D3的單位者β是mm。當(dāng)本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)的焦距從廣角端變化到望遠(yuǎn)端，第一透鏡組和第二透鏡組按照下表3所示間隔運(yùn)動(dòng)，可保證像面穩(wěn)定，同時(shí)整個(gè)鏡頭系統(tǒng)光學(xué)總長縮短。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上表3是根據(jù)上述條件(i)(vii)計(jì)算出的本實(shí)用新型變焦鏡頭系統(tǒng)的參數(shù)值。表中f’i是第一透鏡組焦距；f’2是第二透鏡組焦距；ι'τ是變焦鏡頭系統(tǒng)在望遠(yuǎn)端的焦距；f’w是變焦鏡頭系統(tǒng)在廣角端的焦距；Cld1是變焦時(shí)第一透鏡組的移動(dòng)距離；[0088]Y2是第二透鏡的阿貝系數(shù)；γ7是第七透鏡的阿貝系數(shù)；Lw是變焦鏡頭系統(tǒng)位于廣角端時(shí)，其第一透鏡入射表面到像面沿光軸方向的距離；fbff是變焦鏡頭系統(tǒng)位于廣角端的后截距。滿足上述條件的變焦鏡頭系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，變焦范圍大，在日間可見光和夜間近紅外照明條件下均能取得良好的像質(zhì)評(píng)價(jià)。圖3A、圖3B，圖4A、圖4B，圖5A、圖5B分別為該結(jié)構(gòu)鏡頭在廣角端和望遠(yuǎn)端的各種幾何像差特性。權(quán)利要求日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)，沿著光軸方向001依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡組、正光焦度的第二透鏡組，以及位于第一透鏡組和第二透鏡組之間的光闌(4)，其特征是第一透鏡組由凹面朝向像面的彎月形負(fù)光焦度的第一透鏡(1)、雙面凹形負(fù)光焦度的第二透鏡(2)、彎月形正光焦度第三透鏡(3)依序排列組合而成；正光焦度的第二透鏡組由雙面凸形正光焦度的第四透鏡(5)、雙面凸形正光焦度的第五透鏡(7)、雙面凹形負(fù)光焦度的第六透鏡(9)；雙面凸形正光焦度的第七透鏡(11)和雙面凸形正光焦度的第八透鏡(13)依序排列組合而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)，其特征是第二透鏡(2)、第三透鏡(3)相膠合組成膠合鏡；第六透鏡(9)、第七透鏡(11)相膠合組成另一膠合鏡。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)，其特征是滿足下列條件(i)f'!<f'2;(ii)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>(iii)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>(iv)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>(v)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>(vi)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>(vii)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，f’i是第一透鏡組焦距；r2是第二透鏡組焦距；rχ是變焦鏡頭系統(tǒng)在望遠(yuǎn)端的焦距；f’w是變焦鏡頭系統(tǒng)在廣角端的焦距；Cld1是變焦時(shí)第一透鏡組的移動(dòng)距離；Y2是第二透鏡的阿貝系數(shù)；Y7是第七透鏡的阿貝系數(shù)；Lw是變焦鏡頭系統(tǒng)位于廣角端時(shí)，其第一透鏡入射表面到像面沿光軸方向的距離；fbff是變焦鏡頭系統(tǒng)位于廣角端的后截距。專利摘要本實(shí)用新型涉及日夜兩用廣角變焦鏡頭系統(tǒng)，應(yīng)用于各種安防監(jiān)控場所攝像機(jī)內(nèi)的高清晰光學(xué)成像鏡頭。它沿著光軸方向依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡組、正光焦度的第二透鏡組，以及位于第一透鏡組和第二透鏡組之間的光闌，其特征是第一透鏡組由凹面朝向像面的彎月形負(fù)光焦度的第一透鏡、雙面凹形負(fù)光焦度的第二透鏡、彎月形正光焦度的第三透鏡依序排列組合而成；正光焦度的第二透鏡組由雙面凸形正光焦度的第四透鏡、雙面凸形正光焦度的第五透鏡、雙面凹形負(fù)光焦度的第六透鏡、雙面凸形正光焦度的第七透鏡和雙面凸形正光焦度的第八透鏡依序排列組合而成。它具有提高了變焦比，拓展了動(dòng)目標(biāo)清晰成像的空間范圍，變焦范圍可達(dá)4～11mm等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)G02B15/177GK201555978SQ20092018243公開日2010年8月18日申請(qǐng)日期2009年8月10日優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日發(fā)明者姚金龍,林峰申請(qǐng)人:福建師范大學(xué);姚金龍