光学模组的制作方法

1.本发明涉及光学成像技术，特别涉及可在变焦过程中全程清晰聚焦的一种光学模组、应用该光学模组的一种光学镜头、以及使用该光学镜头的一种摄像机。


背景技术：

2.光学镜头中的光学模组可以包括用于对焦的一组对焦透镜群、以及用于变焦的一组变倍透镜群，以使成像光束能够以选定的焦距清晰聚焦在感光元件的成像靶面。
3.当变倍透镜群移动实现变焦调节后，焦距的变化可能导致成像光束在成像靶面弥散聚焦，由此，对焦透镜群也需要适应性移动，以实现在变焦调节后的焦距下的重新对焦。
4.即，变焦调节过程会存在一定时长的弥散聚焦，从而导致感光元件连续输出的图像中，会由于这样的弥散聚焦而包含多帧不清晰的图像。对于安防监控场景，若摄像机的刚光元件输出的图像中混杂大量不清晰的图像，则会降低安防质量。


技术实现要素：

5.在一个实施例中，提供了一种光学模组，包括：
6.第一透镜群，所述第一透镜群可移动地布置在感光元件的成像靶面所在侧，用于通过沿所述光学模组的光轴方向适配目标物距的移动，将入射的成像光束的焦点聚焦在所述成像靶面；
7.第二透镜群，所述第二透镜群可移动地布置在所述第一透镜群与所述成像靶面之间，用于通过在所述光轴方向上适配期望倍率的移动，对所述成像光束在所述成像靶面的成像实施变焦调节；
8.第三透镜群，所述第三透镜群可移动地布置在所述第二透镜群与所述成像靶面之间，用于通过在所述光轴方向上与所述第二透镜群的联动，在所述变焦调节期间内动态补偿所述成像光束由于焦距变化而产生的聚焦偏差；其中，所述第三透镜群与所述第二透镜群的联动为：所述第二透镜群和所述第三透镜群以彼此间的相对距离可变的方式同向移动。
9.可选地，所述第一透镜群具有第一镜群焦距，所述第一镜群焦距为正焦距；所述第二透镜群具有第二镜群焦距，所述第二镜群焦距为负焦距；所述第三透镜群具有第三镜群焦距，所述第三镜群焦距为正焦距。
10.可选地，进一步包括：第四透镜群，所述第四透镜群固定布置在所述第三透镜群与所述成像靶面之间；其中，所述第四透镜群具有第四镜群焦距，所述第四镜群焦距为正焦距，用于对依次经过所述第一透镜群、所述第二透镜群以及所述第三透镜群投射的所述成像光束形成在正焦距方向上的收敛矫正。
11.可选地，所述第二透镜群的行程范围与所述第二镜群焦距之比的绝对值，大于所述第三透镜群的行程范围与所述第三镜群焦距之比。
12.可选地，所述第一镜群焦距与所述第二镜群焦距之比的绝对值，大于所述第一镜
群焦距与所述第三镜群焦距之比；并且，所述第一镜群焦距与所述第四镜群焦距之比，大于所述第一镜群焦距与所述第三镜群焦距之比。
13.可选地，所述第一透镜群包括在朝向所述成像靶面的方向上以固定相对间距依次排布的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，其中，所述第一透镜为具有负焦距的弯月形球面镜片，所述第二透镜为双凸球面镜片，所述第三透镜为具有正焦距的单凸球面镜片；所述第二透镜群包括在朝向所述成像靶面的方向上以固定相对间距依次排布的第四透镜、第五透镜、以及第六透镜，其中，所述第四透镜为具有负焦距的双凹非球面镜片，所述第五透镜为具有负焦距的双凹球面镜片，所述第六透镜为具有正焦距的双凸球面镜片；所述第三透镜群包括在朝向所述成像靶面的方向上以固定相对间距依次排布的第七透镜和第八透镜，其中，所述第七透镜为具有负焦距的双凹球面镜片，所述第八透镜为具有正焦距的双凸球面镜片；所述第四透镜群包括在朝向所述成像靶面的方向上以固定相对间距依次排布的第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜以及第十三透镜中的至少四个，其中，所述第九透镜为具有正焦距的非球面镜片，所述第十透镜为具有负焦距的双凹球面镜片，所述第十一透镜为具有正焦距的双凸球面镜片，所述第十二透镜为具有负焦距的弯月形球面镜片，所述第十三透镜为具有负焦距的弯月形球面镜片。
14.可选地，所述第一透镜和所述第二透镜进一步粘合形成为第一胶合透镜；和/或，所述第五透镜和所述第六透镜进一步粘合形成为第二胶合透镜。
15.可选地，进一步包括：光阑，所述光阑固定布置在所述第三透镜群与所述成像靶面之间，并且，所述光阑具有恒定的光圈口径。
16.可选地，所述光学模组在所述光轴方向上的跨度尺寸，大于所述光学模组的焦距上限、并且不超过所述焦距上限的三倍；其中，所述跨度尺寸为所述第一透镜群的背向所述成像靶面一侧的入光镜面与所述成像靶面之间的距离；并且，所述焦距上限为所述光学模组在所述第二透镜群位于靠近所述成像靶面的极限位置处时的总焦距。
17.在另一个实施例中，提供了一种光学镜头，包括如前述实施例所述的光学模组。
18.在另一个实施例中，提供了一种摄像机，包括感光元件、以及如前述实施例所述的光学镜头。
19.基于上述实施例，光学模组包括用于对焦的第一透镜群、以及用于变焦调节的第二透镜群和第三透镜群，利用第二透镜群和第三透镜群的双镜群联动，可以在变焦调节期间内动态补偿成像光束由于焦距变化而产生的聚焦偏差，从而，变焦调节可以无需第一透镜群通过适应性移动的重新对焦。而且，光学模组的广角模式和长焦模式之间的全程变焦调节过程，都可以避免出现成像光束在成像靶面的弥散聚焦，以实现在变焦过程中全程清晰聚焦。
20.另外，基于上述实施例，光学模组还可以包括具有恒定的光圈口径的光阑，从而可以实现光圈大小恒定的全程清晰聚焦。
附图说明
21.以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围：
22.图1a至图1c为一个实施例中的光学模组的示例性结构示意图；
23.图2为如图1a至图1c所示光学模组的变焦调节过程的原理性示意图；
24.图3为如图1a所示的处于广角模式的光学模组的光路效果示意图；
25.图4为如图1b所示的处于长焦模式的光学模组的光路效果示意图；
26.图5a至图5d为如图1c所示的处于中间模式的光学模组的光路效果示意图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
28.图1a至图1c为一个实施例中的光学模组的示例性结构示意图。图2为如图1a至图1c所示光学模组的变焦调节过程的原理性示意图。其中，图1a示出了光学模组处于广角模式时的状态，图1b出了光学模组处于长焦模式时的状态，图1c示出了光学模组在如图1a所示的广角模式与如图1b所示的长焦模式之间的中间模式时的状态。
29.请参见图1a至图1c并同时结合图2，该实施例中的光学模组的光轴经过感光元件70，其中，感光元件可以是例如ccd(charge coupled device，电荷耦合器件)等感光成像的元器件。并且，该光学模组可以包括第一透镜群10、第二透镜群20以及第三透镜群30。
30.第一透镜群10可移动地(例如最大移动行程可以为0.6mm)布置在感光元件70的成像靶面所在侧，用于通过沿光轴方向适配目标物距的移动，将入射的成像光束的焦点聚焦在感光元件70的成像靶面；
31.第二透镜群20可移动地布置在第一透镜群10与感光元件70的成像靶面之间，用于通过在光轴方向上适配期望倍率的移动，对成像光束在感光元件70的成像靶面的成像实施变焦调节；
32.第三透镜群30可移动地布置在第二透镜群与感光元件70的成像靶面之间，用于通过在光轴方向上与第二透镜群的联动，在变焦调节期间内动态补偿成像光束由于焦距变化而产生的聚焦偏差。其中，第三透镜群30与第二透镜群20的联动可以为：第二透镜群20和第三透镜群30以彼此间的相对距离可变的方式同向移动。
33.基于上述结构，利用第二透镜群20和第三透镜群30的双镜群联动，可以在变焦调节期间内动态补偿成像光束由于焦距变化而产生的聚焦偏差，从而，变焦调节可以无需第一透镜群10通过适应性移动的重新对焦。而且，光学模组在如图1a所示的广角模式与如图1b所示的长焦模式之间的全程变焦调节过程，都可以避免出现成像光束在感光元件70的成像靶面的弥散聚焦，以实现在变焦过程中全程清晰聚焦。
34.上述实施例中的光学模组还可以进一步包括遮挡感光元件70的成像靶面的滤光片60。其中，若利用对红外光截止、可见光透视的滤光片60遮挡感光元件70的成像靶面，则可以实现全程聚焦清晰的红外成像；若利用对可见光和红外光均透视的滤光片60遮挡感光元件70的成像靶面，则还可以实现全程聚焦清晰的可见光成像和红外成像(用于得到融合图像)。
35.作为兼顾两种成像需求的优选方案，滤光片60可以包括交错布置的两种滤光扇区，即，滤光片60可以包括对红外光截止、可见光透视的第一滤光扇区，以及，对可见光和红外光均透视的第二滤光扇区，并且，第一滤光扇区和第二滤光扇区交错布置。
36.从而，在日光充足的白昼模式下，滤光片60可以切换为第一滤光扇区遮挡感光元件70的成像靶面、第二滤光扇区避让感光元件70的成像靶面的相位姿态，以实现感光元件
70的可见光成像；而在日光微弱的黑夜模式下，滤光片60可以切换为第二滤光扇区遮挡感光元件70的成像靶面、第一滤光扇区避让感光元件70的成像靶面的相位姿态，以实现感光元件70的可见光成像和红外成像。
37.对于上述的切换方式，以滤光片60在不同相位姿态下透射的光虽然具有不同的波长范围，但具有相同的光程，因而不需要重新对焦，全程聚焦清晰，可以认为是红外共焦系统。
38.以成像元件选用对角尺寸为9.2mm的1/1.8”型ccd为例，测得的成像图像可以达到400万像素的分辨率，中心分辨率可以高于250lp/mm(线对数/毫米)，周边0.8h(80％对角线位置)分辨率可以高于160lp/mm。
39.作为一种优选的方案，第一透镜群10具有第一镜群焦距f1，并且第一镜群焦距f1可以为正焦距；第二透镜群20具有第二镜群焦距f2，并且第二镜群焦距f2可以为负焦距；第三透镜群30具有第三镜群焦距f3，并且第三镜群焦距f3可以为正焦距。
40.基于上述的正负焦距配置，在如图1a所示的广角模式与如图1b所示的长焦模式之间切换的过程中，第三透镜群30随第二透镜群20同向移动，并且，在第二透镜群20的移动全行程中，第三透镜群30与第二透镜群20之间的距离以先变大后边小的趋势变化。
41.从图2中可以看出，第三透镜群30与第二透镜群20之间在广角模式下具有第一距离d_wa，第三透镜群30与第二透镜群20之间在长焦模式下具有第二距离d_lf，第三透镜群30与第二透镜群20之间在中间模式下具有第三距离d_s(变量)，并且，第三距离d_s大于第一距离d_wa和第二距离d_lf中的每一个。
42.在实际配镜时，第一透镜群10的第一镜群焦距f1与第二透镜群20的第二镜群焦距f2之比的绝对值，可以大于第一透镜群10的第一镜群焦距f1与第三透镜群30具有第三镜群焦距f3之比，即，|f1/f2|>f1/f3。
43.也就是，p1≥|f1/f2|≥p2，p3≥f1/f3≥p4，其中，第一焦距比p1(例如取值可以为6)大于第二焦距比p2(例如取值可以为4)，第二焦距比p2大于第三焦距比p3(例如取值可以为1.5)，第三焦距比p3大于第四焦距比p4(例如取值可以为0.7)。
44.并且，第二透镜群20的行程范围m2(如图1a所示的广角模式与如图1b所示的长焦模式之间切换的移动全行程，例如25.8mm)与第二镜群焦距f之比的绝对值，可以大于第三透镜群30的行程范围(如图1a所示的广角模式与如图1b所示的长焦模式之间切换的移动全行程，例如4.6mm)与第三镜群焦距f3之比，即，|m2/f2|>m3/f3。
45.也就是，q1≥|m2/f2|≥q2，q3≥m3/f3>q4，其中，第一距离比q1(例如取值可以为3)大于第二距离比q2(例如取值可以为1.5)，第二距离比q2大于第三距离比q3(例如取值可以为0.1)，第三距离比q3大于第四距离比q4(例如取值可以为0)。
46.若|f1/f2|>f1/f3和/或|m2/f2|>m3/f3，则，具有负焦距的第二透镜群20的变焦能力可以强于具有正焦距的第三透镜群30的变焦能力，并且可以由此提供更大的变焦(变倍)空间，例如9.7mm-47mm的变焦空间。
47.但若|f1/f2|超出f1/f3的幅度过大、和/或|m2/f2|超出m3/f3的程度过大，有可能会使第一镜群焦距f1(正)、第二镜群焦距f2(负)以及第三镜群焦距f3(正)叠加的总焦距为负，从而导致成像光束无法在感光元件70的成像靶面聚焦。此时，光学模组可以进一步包括第四透镜群40。
48.第四透镜群40可以固定布置在第三透镜群30与感光元件70的成像靶面之间，其中，第四透镜群40可以具有第四镜群焦距f4，并且第四镜群焦距f4为正焦距，用于对依次经过第一透镜群10、第二透镜群20以及第三透镜群30投射的所述成像光束形成在正焦距方向上的收敛矫正。
49.例如，第一透镜群10的第一镜群焦距f1与第四透镜群40的第四镜群焦距f4之比，可以大于第一透镜群10的第一镜群焦距f与第三透镜群30的第三镜群焦距f3之比，即，f1/f4>f1/f3。
50.也就是，p5≥f1/f4≥p6，p3≥f1/f3≥p4，其中，第五焦距比p5(例如取值可以为5)大于第六焦距比p6(例如取值可以为2.5)，第六焦距比p6大于第三焦距比p3(例如取值可以为1.5)，第三焦距比p3大于第四焦距比p4(例如取值可以为0.7)。
51.为了提供满足上述焦距配比的物理空间，光学模组在光轴方向上的跨度尺寸ttl可以大于光学模组的焦距上限ft、并且不超过该焦距上限ft的三倍。
52.例如，1.5≤ttl/ft≤3。
53.其中，跨度尺寸ttl为第一透镜群10的背向成像靶面一侧的入光镜面与成像靶面之间的距离，并且，焦距上限ft为光学模组在第二透镜群20位于靠近成像靶面的极限位置处(如图1a所示的长焦模式)时的总焦距。
54.另外，对于光学模组进一步包括滤光片60的情况，第四透镜群40可以固定布置在第三透镜群30与滤光片60之间。
55.请再参见图1a至图1c并结合图2，上述实施例中的光学模组还可以进一步包括光阑50。
56.光阑50可以固定布置在第三透镜群30与感光元件70的成像靶面之间，例如，光阑50与感光元件70的成像靶面之间的距离可以为36.19mm，光阑50与可移动的第一透镜群10与之间的最大距离可以为54.47mm。对于光学模组同时包含第四透镜群40的情况，光阑50可以固定布置在第三透镜群30与第四透镜群40之间。并且，光阑50可以具有恒定的光圈口径(例如13.85mm)。另外，对于光学模组进一步包括第四透镜群40的情况，光阑50可以固定布置在第三透镜群30与第四透镜群40之间。
57.图3为如图1a所示的处于广角模式的光学模组的光路效果示意图。图4为如图1b所示的处于长焦模式的光学模组的光路效果示意图。图5a至图5c为如图1c所示的处于中间模式的光学模组的光路效果示意图。通过图3、图4以及图5a至图5d可以看出，上述实施例中的光学模组可以实现全程实现光圈大小恒定的全程清晰聚焦。
58.请再回看图1a至图1c，上述实施例对于各透镜群还提供了优选的配镜方案，具体如下：
59.第一透镜群10可以包括在朝向成像靶面的方向上以固定相对间距依次排布的第一透镜11、第二透镜12以及第三透镜13，其中，第一透镜11可以为具有负焦距的弯月形球面镜片，第二透镜12可以为双凸球面镜片，第三透镜13可以为具有正焦距的单凸球面镜片，并且，进一步优选地，第一透镜11和第二透镜12可以进一步粘合形成为第一胶合透镜；
60.第二透镜群20可以包括在朝向成像靶面的方向上以固定相对间距依次排布的第四透镜21、第五透镜22、以及第六透镜23，其中，第四透镜21可以为具有负焦距的双凹非球面镜片，第五透镜22可以为具有负焦距的双凹球面镜片，第六透镜23可以为具有正焦距的
双凸球面镜片，并且，进一步优选地，第五透镜22和第六透镜23可以进一步粘合形成为第二胶合透镜；
61.第三透镜群30可以包括在朝向成像靶面的方向上以固定相对间距依次排布的第七透镜31和第八透镜32，其中，第七透镜31可以为具有负焦距的双凹球面镜片，第八透镜32可以为具有正焦距的双凸球面镜片；
62.第四透镜群40可以包括在朝向成像靶面的方向上以固定相对间距依次排布的第九透镜41、第十透镜42、第十一透镜43、第十二透镜44以及第十三透镜45中的至少四个，其中，第九透镜41可以为具有正焦距的非球面镜片，第十透镜42可以为具有负焦距的双凹球面镜片，第十一透镜43可以为具有正焦距的双凸球面镜片，第十二透镜44可以为具有负焦距的弯月形球面镜片，第十三透镜45可以为具有负焦距的弯月形球面镜片。
63.上述透镜的镜面半径z可以满足如下的方程式：
[0064][0065]
其中，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，a2、a4、a6、a8、a10、a12、a14以及a16分别表示各径向坐标所对应的系数。
[0066]
当k系数小于-1时，面形曲线为双曲线；
[0067]
当k系数等于-1时，面形曲线为抛物线；
[0068]
当k系数介于-1到0之间时，面形曲线为椭圆；
[0069]
当k系数等于0时，面形曲线为圆形；
[0070]
当k系数大于0时，面形曲线为扁圆形。
[0071]
通过以上参数，可以精确设定镜面(尤其是非球面镜面)的形状尺寸。
[0072]
下述的表1中列出了上述各透镜的镜面优选参数，并且在表1中，将透镜的出光面视为位于透镜出光侧的镜间隙的入光面。
[0073][0074]
表1
[0075]
下述的表2中，列出了表1中三个变量在广角模式和长焦模式的极限取值：
[0076] 广角端远摄端d(5)0.6026.37d(10)17.610.54d(14)3.110.8
[0077]
表2
[0078]
下述的表3中列出了非球面入光面的系数a4、a6、a8、a10(a2、a12、a14以及a16取0)：
[0079][0080]
表3
[0081]
另外，在另一个实施例中，提供了一种光学镜头，包括如前述实施例所述的光学模组。
[0082]
在另一个实施例中，还提供了一种摄像机，包括感光元件70、以及如前述实施例所述的光学镜头。
[0083]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。