一种经济型二组元多点变焦距成像系统的制作方法

1.本实用新型涉及镜头技术领域，具体涉及一种经济型二组元多点变焦距成像系统。


背景技术：

2.随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，光学成像镜头被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、机器视觉系统等各个领域。但目前市场上的变焦镜头还存在很多不足，如：成像分辨率低；通光比较小，低照度时无法清晰成像；目前相同规格镜头使用镜片过多，使得镜头整体成本过高；光学ttl过大，体积过大使安装使用具有局限性。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种经济型二组元多点变焦距成像系统，以至少解决现有变焦镜头存在的不足之一。
4.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种经济型二组元多点变焦距成像系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜，所述第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
6.所述第一透镜具负屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第二透镜具负屈光率，所述第二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第三透镜具正屈光率，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第一透镜至第三透镜为补偿透镜组，所述补偿透镜组的屈光率为负；
7.所述第四透镜具正屈光率，所述第四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面，所述第六透镜具负屈光率，所述第六透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面，所述第七透镜具正屈光率，所述第七透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第四透镜至第七透镜为变倍透镜组，所述变倍透镜组的屈光率为正；
8.该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述七片。
9.优选地，所述第一透镜和第四透镜采用玻璃球面透镜，所述第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜采用塑料非球面透镜。
10.优选地，该镜头符合下列条件式：
11.1.55＜nd1＜1.75,1.5＜nd2＜1.6,1.6＜nd3＜1.7,
12.1.4＜nd4＜1.5,1.5＜nd5＜1.6,1.6＜nd6＜1.7,
13.1.6＜nd7＜1.7,
14.其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5、nd6、nd7分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四
透镜、第六透镜、第七透镜的折射率。
15.优选地，该镜头符合下列条件式：
16.50＜vd1＜70，50＜vd2＜60，15＜vd3＜25，
17.80＜vd4＜100,50＜vd5＜60，20＜vd6＜30，
18.20＜vd7＜30，
19.其中，vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜、第七透镜的色散系数。
20.优选地，该镜头符合下列条件式：
[0021]-15＜f1＜-10，-18＜f2＜-14，20＜f3＜30，
[0022]
10＜f4＜15，9＜f5＜12，-7.5＜f6＜-6，
[0023]
15＜f7＜17，
[0024]
其中，f1、f2、f3、f4、f6、f7分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜、第七透镜的焦距值。
[0025]
优选地，该镜头符合下列条件式：0.8＜|fa/fb|＜1.2,其中，fa为补偿透镜组的焦距值，fb为变倍透镜组的焦距值。
[0026]
优选地，该镜头符合下列条件式：ttl＜51mm，其中，ttl为所述第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。
[0027]
优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜和第四透镜之间。
[0028]
采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：
[0029]
1、本实用新型沿物侧至像侧方向采用七片透镜，并通过对各个透镜的屈光率以及面型进行排列设计，镜头的空间频率达300lp/mm时mtf值仍大于0.2，对传函管控好，解析度高，使镜头具有高分辨率，能满足4k高清成像。
[0030]
2、本实用新型采用470nm-650nm可见宽光谱设计，later color控制在3um以内，图像的色彩还原性好,确保画面不会出现蓝紫边色差，同时，相对通光孔径达到1/1.6，在低照度时也能清晰成像。
[0031]
3、本实用新型采用玻塑混合七片式设计，采用玻塑混合七片式设计，与目前市面上相同规格的镜头采用九片式设计方案相比，变倍组中负光焦度镜片选用了阿贝数更小的镜片，正光焦度镜片选用阿贝数更大的镜片(最大超过95)，在比传统镜头少一组双胶合透镜的情况下也能将镜头的色差校正好，实现了使用七片式结构达到九片式结构相同的指标要求，能够大幅度降低镜头成本的同时使镜头的结构也更加简单。
[0032]
4、本实用新型中镜头的ttl小于51mm，相比其他变焦镜头，相同成像面下ttl较短，使镜头整体得体积小，结构紧凑，安装使用方便。
附图说明
[0033]
图1为实施例一处于最短焦距时的光路图；
[0034]
图2为实施例一中镜头处于最短焦距时在可见光下的mtf图；
[0035]
图3为实施例一中镜头处于最短焦距时在可见光下的离焦曲线图；
[0036]
图4为实施例一中镜头处于最短焦距时在可见光下的横向色差曲线图；
[0037]
图5为实施例一处于最长焦距时的光路图；
[0038]
图6为实施例一中镜头处于最长焦距时在可见光下的mtf图；
[0039]
图7为实施例一中镜头处于最长焦距时在可见光下的离焦曲线图；
[0040]
图8为实施例一中镜头处于最长焦距时在可见光下的横向色差曲线图；
[0041]
图9为实施例二处于最短焦距时的光路图；
[0042]
图10为实施例二中镜头处于最短焦距时在可见光下的mtf图；
[0043]
图11为实施例二中镜头处于最短焦距时在可见光下的离焦曲线图；
[0044]
图12为实施例二中镜头处于最短焦距时在可见光下的横向色差曲线图；
[0045]
图13为实施例二处于最长焦距时的光路图；
[0046]
图14为实施例二中镜头处于最长焦距时在可见光下的mtf图；
[0047]
图15为实施例二中镜头处于最长焦距时在可见光下的离焦曲线图；
[0048]
图16为实施例二中镜头处于最长焦距时在可见光下的横向色差曲线图；
[0049]
图17为实施例三处于最短焦距时的光路图；
[0050]
图18为实施例三中镜头处于最短焦距时在可见光下的mtf图；
[0051]
图19为实施例三中镜头处于最短焦距时在可见光下的离焦曲线图；
[0052]
图20为实施例三中镜头处于最短焦距时在可见光下的横向色差曲线图；
[0053]
图21为实施例三处于最长焦距时的光路图；
[0054]
图22为实施例三中镜头处于最长焦距时在可见光下的mtf图；
[0055]
图23为实施例三中镜头处于最长焦距时在可见光下的离焦曲线图；
[0056]
图24为实施例三中镜头处于最长焦距时在可见光下的横向色差曲线图。
[0057]
附图标记说明：
[0058]
第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、光阑8、保护玻璃9。
具体实施方式
[0059]
为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0060]
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
[0061]
在本说明书中所说的「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为r值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。r值可常见被使用于光学设计软件中，例如zemax或codev。r值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lensdatasheet)中。以物侧面来说，当r值为正时，判定为物侧面为凸面；当r值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当r值为正时，判定像侧面为凹面；当r值为负时，判定像侧面为凸面。
[0062]
本实用新型公开了一种经济型二组元多点变焦距成像系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜，所述
第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
[0063]
所述第一透镜具负屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第二透镜具负屈光率，所述第二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第三透镜具正屈光率，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第一透镜至第三透镜为补偿透镜组，所述补偿透镜组的屈光率为负，前组连续使用两片负屈光率的透镜，能更好的控制光线路径；
[0064]
所述第四透镜具正屈光率，所述第四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面，所述第六透镜具负屈光率，所述第六透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面，所述第七透镜具正屈光率，所述第七透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第四透镜至第七透镜为变倍透镜组，所述变倍透镜组的屈光率为正，后组使用四片透镜，其中三片塑料非球面透镜能更好的对系统像差进行校正，使该镜头成像质量好；
[0065]
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述七片。
[0066]
镜头变焦过程中，镜头由短焦向长焦变化时，变倍透镜组向远离像面方向移动，补偿透镜组向靠近像面方向移动，即变倍透镜组与补偿透镜组靠近，镜头变焦过程中，短焦位置变倍透镜组与补偿透镜组间隔最大，此时变倍透镜组与靶面距离(即镜头的后工作距离)最小；长焦位置变倍透镜组与补偿透镜组间隔最小，但仍保证一定的最小中心间隔，此时变倍透镜组与靶面距离(即镜头的后工作距离)最大。
[0067]
优选地，所述第一透镜和第四透镜采用玻璃球面透镜，所述第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜采用塑料非球面透镜，镜头中使用五片塑料非球面透镜，相比于现有镜头，能大幅度降低镜头成本。
[0068]
非球面透镜物侧面和像侧面曲线的方程式表示如下：
[0069][0070]
其中：
[0071]
z：非球面之深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；
[0072]
c：非球面顶点之曲率(the vertex curvature)；
[0073]
k：锥面系数(conic constant)；
[0074]
径向距离(radial distance)；
[0075]rn
：归一化半径(normalization radius(nradius))；
[0076]
u：r/rn；
[0077]am
：第m阶q
con
系数(is the m
th q
con coefficient)；
[0078]qmcon
：第m阶q
con
多项式(the m
th q
con polynomial)。
[0079]
优选地，该镜头符合下列条件式：
[0080]
1.55＜nd1＜1.75,1.5＜nd2＜1.6,1.6＜nd3＜1.7,
[0081]
1.4＜nd4＜1.5,1.5＜nd5＜1.6,1.6＜nd6＜1.7,
[0082]
1.6＜nd7＜1.7,
[0083]
其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5、nd6、nd7分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜、第七透镜的折射率。
[0084]
优选地，该镜头符合下列条件式：
[0085]
50＜vd1＜70，50＜vd2＜60，15＜vd3＜25，
[0086]
80＜vd4＜100,50＜vd5＜60，20＜vd6＜30，
[0087]
20＜vd7＜30，
[0088]
其中，vd1、vd2、vd3、vd4、vd5、vd6、vd7分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜、第七透镜的色散系数。
[0089]
优选地，该镜头符合下列条件式：
[0090]-15＜f1＜-10，-18＜f2＜-14，20＜f3＜30，
[0091]
10＜f4＜15，9＜f5＜12，-7.5＜f6＜-6，
[0092]
15＜f7＜17，
[0093]
其中，f1、f2、f3、f4、f6、f7分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜、第七透镜的焦距值。
[0094]
优选地，该镜头符合下列条件式：0.8＜|fa/fb|＜1.2,其中，fa为补偿透镜组的焦距值，fb为变倍透镜组的焦距值。
[0095]
优选地，该镜头符合下列条件式：ttl＜51mm，其中，ttl为所述第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。
[0096]
优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜和第四透镜之间。
[0097]
下面将以具体实施例对本实用新型的成像系统进行详细说明。
[0098]
实施例一
[0099]
参考图1所示，本实施例公开了一种经济型二组元多点变焦距成像系统，从物侧a1至像侧a2沿一光轴依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7，所述第一透镜1至第七透镜7各自包括一朝向物侧a1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧a2且使成像光线通过的像侧面。
[0100]
所述第一透镜1具负屈光率，所述第一透镜1的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第二透镜2具负屈光率，所述第二透镜2的物侧面为凹面、像侧面为凹面；所述第三透镜3具正屈光率，所述第三透镜3的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第一透镜1至第三透镜3为补偿透镜组，所述补偿透镜组的屈光率为负。
[0101]
所述第四透镜4具正屈光率，所述第四透镜4的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第五透镜5具正屈光率，所述第五透镜5的物侧面为凸面、像侧面为凸面，所述第六透镜6具负屈光率，所述第六透镜6的物侧面为凹面、像侧面为凹面，所述第七透镜7具正屈光率，所述第七透镜7的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第四透镜4至第七透镜7为变倍透镜组，所述变倍透镜组的屈光率为正。
[0102]
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述七片，所述第一透镜1和第四透镜4采用玻璃球面透镜，所述第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7采用塑料非球面透镜。所述光阑8设置在所述第三透镜3和第四透镜4之间，补偿透镜组到光阑8的距离为d1，光阑8到变倍透镜组距离为d2，变倍透镜组到成像面的距离为d3，d1、d2、d3的数值
随着系统变焦而变化。
[0103]
本具体实施例的详细光学数据如表1所示。
[0104]
表1实施例一的详细光学数据
[0105][0106][0107]
所述第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7非球面的参数详细数据请参考下表：
[0108]
面序号ka4a6a8a10a12a14a1631.272.633e-04-2.556e-051.010e-06-2.917e-083.947e-101.028e-12-4.801e-1441.381.687e-04-2.042e-057.532e-07-2.566e-084.872e-10-2.467e-12-1.101e-145-5.75-2.768e-051.009e-05-7.111e-072.526e-08-2.915e-10-7.055e-121.086e-13647.08-2.494e-048.560e-06-7.451e-074.101e-08-1.055e-094.733e-129.779e-1410-19.158.638e-04-1.157e-044.697e-06-2.359e-079.253e-09-3.451e-108.939e-1211-5.891.177e-03-2.304e-046.566e-063.398e-07-7.272e-09-1.078e-094.435e-1112-5.293.106e-031.686e-04-4.334e-061.293e-06-9.418e-084.357e-09-8.160e-111315.87-5.409e-044.832e-04-6.329e-055.195e-06-2.074e-07-1.057e-081.075e-0914-12.30-1.068e-032.741e-05-6.900e-07-6.696e-071.304e-07-1.843e-089.142e-1015-15.56-2.300e-038.549e-05-6.745e-064.360e-081.331e-08-3.118e-091.977e-10
[0109]
本具体实施例中，透镜的组合焦距为3.3～10mm，变倍比为3，fov在134～138
°
之间，ttl＜51mm，相对口径1/1.6～1/3.2，成像范围≥φ6.6mm，适用1/2.7
″
ccd或cmos芯片。
[0110]
本具体实施例的mtf图请参阅图2和图6，从图上可以看出，对传函管控好，解析度高，使镜头具有高分辨率，在使用时的空间频率300lp/mm的mtf值仍大于0.2，能满足4k高清成像的需求。离焦曲线图请参阅图3和图7，从图上可以看出，镜头在空间频率60lp/mm时，through focus mtf均大于0.8且很集中，镜头的焦深更大，稳定性能更好。横向色差曲线图请参阅图4和图8，从图中可以看出，在可见470nm-650nm宽光谱波段，later color控制在3um以内，图像的色彩还原性好,确保画面不会出现蓝紫边色差。
[0111]
实施例二
[0112]
配合图9至图16所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0113]
本具体实施例的详细光学数据如表2所示。
[0114]
表2实施例二的详细光学数据
[0115][0116]
所述第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7非球面的参数详细数据请参考下表：
[0117]
面序号ka4a6a8a10a12a14a1634.851.655e-04-2.277e-051.001e-06-2.929e-084.153e-101.533e-12-6.033e-1440.641.498e-04-2.455e-057.160e-07-2.408e-085.211e-10-2.335e-121.344e-165-2.016.253e-058.090e-06-7.227e-072.459e-08-2.924e-10-6.236e-121.432e-136201.22-1.348e-041.107e-05-7.278e-073.966e-08-1.083e-095.011e-121.198e-1310-19.318.366e-04-1.126e-044.916e-06-2.445e-078.983e-09-2.814e-106.874e-1211-5.671.176e-03-2.275e-046.621e-063.227e-07-6.572e-09-7.150e-104.713e-1112-5.363.078e-03-3.723e-04-4.854e-061.294e-06-9.322e-084.326e-09-4.170e-111316.00-3.940e-044.658e-04-6.422e-055.195e-06-2.116e-07-1.113e-081.102e-0914-10.83-1.221e-032.232e-053.651e-07-6.934e-071.300e-07-1.837e-088.351e-1015-24.36-2.389e-037.930e-05-6.628e-068.547e-089.914e-09-3.777e-092.162e-10
[0118]
本具体实施例中，透镜的组合焦距为3.3～10mm，变倍比为3，fov在134～138
°
之间，ttl＜51mm，相对口径1/1.6～1/3.2，成像范围≥φ6.6mm，适用1/2.7
″
ccd或cmos芯片。
[0119]
本具体实施例的mtf图请参阅图10和图14，从图上可以看出，对传函管控好，解析度高，使镜头具有高分辨率，在使用时的空间频率300lp/mm的mtf值仍大于0.2，能满足4k高清成像的需求。离焦曲线图请参阅图11和图15，从图上可以看出，镜头在空间频率60lp/mm时，through focus mtf均大于0.8且很集中，镜头的焦深更大，稳定性能更好。横向色差曲线图请参阅图12和图16，从图中可以看出，在可见470nm-650nm宽光谱波段，later color控制在3um以内，图像的色彩还原性好,确保画面不会出现蓝紫边色差。
[0120]
实施例三
[0121]
配合图17至图24所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0122]
本具体实施例的详细光学数据如表3所示。
[0123]
表3实施例三的详细光学数据
[0124][0125]
所述第二透镜2、第三透镜3、第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7非球面的参数详细数据请参考下表：
[0126]
面序号ka4a6a8a10a12a14a1635.057.034e-05-2.127e-051.016e-06-2.901e-084.149e-101.396e-12-6.074e-1442.002.443e-04-2.645e-056.957e-07-2.426e-085.210e-10-2.297e-12-3.745e-1550.462.011e-049.074e-06-7.321e-072.443e-08-2.936e-10-6.274e-121.411e-136499.88-3.953e-051.561e-05-6.751e-073.926e-08-1.112e-094.419e-121.245e-1310-19.747.908e-04-1.156e-044.846e-06-2.447e-079.335e-09-2.473e-104.012e-1211-6.581.251e-03-2.274e-046.421e-063.134e-07-5.734e-09-5.376e-106.216e-1112-5.563.096e-03-1.742e-04-5.118e-061.268e-06-9.463e-084.412e-09-2.505e-121316.47-3.029e-044.639e-04-6.506e-055.154e-06-2.129e-07-1.129e-081.113e-0914-9.90-1.261e-032.013e-05-1.663e-07-7.077e-071.283e-07-1.848e-087.792e-1015-29.63-2.435e-037.762e-05-6.601e-068.220e-084.623e-09-4.407e-092.412e-10
[0127]
本具体实施例中，透镜的组合焦距为3.3～10mm，变倍比为3，fov在134～138
°
之间，ttl＜51mm，相对口径1/1.6～1/3.2，成像范围≥φ6.6mm，适用1/2.7
″
ccd或cmos芯片。
[0128]
本具体实施例的mtf图请参阅图18和图22，从图上可以看出，对传函管控好，解析度高，使镜头具有高分辨率，在使用时的空间频率300lp/mm的mtf值仍大于0.2，能满足4k高清成像的需求。离焦曲线图请参阅图19和图23，从图上可以看出，镜头在空间频率60lp/mm时，through focus mtf均大于0.8且很集中，镜头的焦深更大，稳定性能更好。横向色差曲线图请参阅图20和图24，从图中可以看出，在可见470nm-650nm宽光谱波段，later color控制在3um以内，图像的色彩还原性好,确保画面不会出现蓝紫边色差。
[0129]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。