变焦光学系统和监控摄像设备的制作方法

1.本发明涉及光学技术领域，尤其涉及变焦光学系统和监控摄像设备。


背景技术：

2.监控用的变焦光学系统普遍存在体积大，同样总长情况下倍率小，变焦过程不能保证每个倍率的红外共焦，高低温(温度70℃和-40℃)环境中镜头解像下降明显等等。目前市场上多数镜头体积都较大，而倍率小，影响镜头特定环境的推广和普及。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种变焦光学系统和监控摄像设备，旨在解决现有的变焦光学系统体积大而倍率小的问题。
4.为实现上述目的，本发明提出的一种变焦光学系统，其中所述变焦光学系统包括由物侧到像侧依次布置的多个透镜组，多个所述透镜组之间对应形成一光轴，其中，多个所述透镜组包括：
5.第一透镜组，包括由物侧到像侧依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；以及，
6.第二透镜组，包括由物侧到像侧依次布置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜；
7.其中，所述第一透镜组和所述第二透镜组分别沿所述光轴的延伸方向可活动设置，通过所述第一透镜组和所述第二透镜组中的各透镜的材质、折射率、阿贝数、曲率和芯厚，对所述变焦光学系统的光学总长控制在小于45mm 时，能够实现所述变焦光学系统的倍率为4x。
8.可选地，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第七透镜和所述第十透镜的材质为玻璃。
9.可选地，所述第二透镜、所述第六透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十一透镜的材质为塑料。
10.可选地，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第七透镜和所述第十透镜均为球面镜。
11.可选地，所述第二透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十一透镜均为非球面镜。
12.可选地，所述第一透镜组的光焦度为负，所述第二透镜组的光焦度为正。
13.可选地，所述第五透镜的光焦度为正、所述第六透镜的光焦度为负或者正、所述第七透镜的光焦度为正、所述第八透镜的光焦度为负、所述第九透镜的光焦度为正、所述第十透镜的光焦度为负和所述第十一透镜的光焦度为负或者正。
14.可选地，所述第三透镜和所述第四透镜胶合连接。
15.可选地，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间设有光阑，所述第一透镜组朝向
像侧的一侧与所述光阑之间的距离为l1，其中，0.83mm≤l1≤ 10.02mm，所述第二透镜组朝向物侧的一侧与所述光阑之间的距离为l2，其中，0.35mm≤l2≤8.894mm；和/或，
16.所述光学透镜系统还包括感光芯片，所述感光芯片设于所述第二透镜组朝向像侧的一侧，且所述感光芯片的感光面朝向所述第二透镜组设置；和/或，
17.所述感光芯片与所述第二透镜组之间设有滤光片。
18.本发明还提供一种监控摄像设备，监控摄像设备包括光学透镜系统，所述光学透镜系统包括由物侧到像侧依次布置的多个透镜组，多个所述透镜组之间对应形成一光轴，其中，多个所述透镜组包括：
19.第一透镜组，包括由物侧到像侧依次布置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；以及，
20.第二透镜组，包括由物侧到像侧依次布置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜；
21.其中，所述第一透镜组和所述第二透镜组分别沿所述光轴的延伸方向可活动设置，通过所述第一透镜组和所述第二透镜组中的各透镜的材质、折射率、阿贝数、曲率和芯厚，对所述变焦光学系统的光学总长控制在小于45mm 时，能够实现所述变焦光学系统的倍率为4x。
22.本发明提供的技术方案中，第一透镜组和第二透镜组分别沿光轴的延伸方向可活动设置，通过所述第一透镜组的共轭距改变量与所述第二透镜组纵向放大之后的共轭距改变量相抵消，实现像面补偿，并且通过所述第一透镜组和所述第二透镜组中的各透镜的材质、折射率、阿贝数、曲率和芯厚，对所述变焦光学系统的光学总长控制在小于45mm时，能够实现所述变焦光学系统的倍率为4x，以解决现有的变焦光学系统体积大而倍率小的问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的变焦光学系统一实施例的立体示意图。
25.附图标号说明：
26.标号名称标号名称1000变焦光学系统7第七透镜100第一透镜组8第八透镜1第一透镜9第九透镜2第二透镜10第十透镜3第三透镜11第十一透镜4第四透镜30光阑200第二透镜组40感光芯片5第五透镜50滤光片6第六透镜
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27.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示) 下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
31.目前，监控用的变焦光学系统普遍存在体积大，同样总长情况下倍率小，变焦过程不能保证每个倍率的红外共焦，高低温(温度70℃和-40℃)环境中镜头解像下降明显等等。目前市场上多数镜头体积都较大，而倍率小，影响镜头特定环境的推广和普及。
32.为了解决上述问题，本发明提供一种变焦光学系统1000，图1为本发明提供的变焦光学系统1000的具体实施例。
33.请参阅图1，所述变焦光学系统1000包括由物侧到像侧依次布置的多个透镜组，多个所述透镜组之间对应形成一光轴，其中，多个所述透镜组包括第一透镜组100和第二透镜组200，所述第一透镜组100包括由物侧到像侧依次布置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4；所述第二透镜组200包括由物侧到像侧依次布置的第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10和第十一透镜11；其中，所述第一透镜组100和所述第二透镜组200分别沿所述光轴的延伸方向可活动设置，通过所述第一透镜组100和所述第二透镜组200中的各透镜的材质、折射率、阿贝数、曲率和芯厚，对所述变焦光学系统1000的光学总长控制在小于45mm 时，能够实现所述变焦光学系统1000的倍率为4x。
34.本发明提供的技术方案中，第一透镜组100和第二透镜组200分别沿光轴的延伸方向可活动设置，通过所述第一透镜组100的共轭距改变量与所述第二透镜组200纵向放大之后的共轭距改变量相抵消，实现像面补偿，并且通过所述第一透镜组100和所述第二透镜组200中的各透镜的材质、折射率、阿贝数、曲率和芯厚，通过合理分配镜片光焦度，调整玻璃形状及材料搭配，有效消色差及二级光谱，使各个镜片上的球差，慧差，像散等相互补偿抵消，以达到清晰成像的效果，使得所述变焦光学系统1000的光学总长控制在小于 45mm时，能够实现所述变焦光学系统1000的倍率为4x，并能实现可见波段和红外波段的共焦，保证各倍率可见波段和红外波段的成像清晰，以解决现有的变焦光学系统1000体积大而倍率小的问题。
35.具体地，考虑到温度变化的影响，因玻璃材质的透镜具有硬度高、耐磨性强、使用寿命长的特点。并且全玻璃镜头化学性质稳定，不容易受热胀冷缩的影响出现跑焦现象，也不容易被腐蚀。全玻璃镜头可以很好的抵抗镜头受热变形的问题，长时间保持镜头的高精度。故，在本实施例中，所述第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第七透镜7和第十透镜10的材质为玻璃。
36.具体地，为了减轻所述变焦光学系统1000的重量，并减少控制成本，在本实施例中，所述第二透镜2、第六透镜6、第八透镜8、第九透镜9和第十一透镜11的材质为塑料。如此设置，不仅使得所述变焦光学系统1000具有抗冲击性能好、抗风化与抗紫外辐射性能好的优点。
37.通过玻璃材质与塑料材质的搭配，使得所述变焦光学系统1000能在实际使用高低温变化的情况，保证常温20℃对焦状况下，在高低温环境中(高温 70℃和低温-40℃)，镜头仍有足够清晰度。
38.具体地，在本实施例中，所述第一透镜1、第三透镜3、第四透镜4、第七透镜7和第十透镜10均为球面镜。因球面透镜的反射服从光的反射定律，对光线进行汇聚或是发散，非球面透镜能够进行球面像差校正。
39.具体地，在本实施例中，所述第二透镜2、第五透镜5、第六透镜6、第八透镜8、第九透镜9和第十一透镜11均为非球面镜。通过设置非球面镜，可以修正球面镜透射光线的影像产生的球差、慧差、像散及畸变等，同时可以减小光线的偏转角度，使系统的光线更平滑，减小镜片的装调公差敏感度，解决视界歪曲等问题，并且非球面镜使镜片更轻、更薄、更平，并且仍然保持优异的抗冲击性能。
40.进一步地，在光学设计过程中，会将镜组通过其实现的功能和完成的任务进行分组，所述第一透镜组100的光焦度为负；所述第二透镜组200的光焦度为正，其中，所述第五透镜5的光焦度为正、所述第六透镜6的光焦度为负或者正、所述第七透镜7的光焦度为正、所述第八透镜8的光焦度为负、所述第九透镜9的光焦度为正、所述第十透镜10的光焦度为负和所述第十一透镜11的光焦度为负或者正。如此设置，实现高阶像差和色差的最优矫正，同时设置渐晕，在不影响照度的情况下，拦掉周边杂散光线，使像面中心和边缘保证同样的解像要求。
41.上述各个透镜中任意一个的表面形状需要满足如下公式：
[0042][0043]
其中，c对应半径r的倒数，y为径向坐标，k为圆锥二次曲线系数，a1至a8分别为各径向坐标所对应的系数。
[0044]
需要说明的是，本实施例中光学透镜系统的基本参数表如表1所示，其中曲率半径、厚度单位均为毫米(mm)。
[0045]
表1
[0046][0047][0048]
其中，各个面的非球面系数如表2所示：
[0049]
表2
[0050][0051][0052]
进一步地，为了让光学元器件改善光学系统象质，减少光能损失，增加成像清晰度，保护刻度面，进一步优化加工流程达到设计要求，在本实施例中，所述第三透镜3和所述第四透镜4胶合连接。合理的使用胶合件，合适分配光焦度，结合玻璃材料的热参数，很好的矫正像差及实现高低温无热化的效果，也有效减少色差使之达到可见光波段与近红外波段成像共焦面、同时清晰的效果，满足日夜共用需求。
[0053]
进一步地，为了提升成像质量，在本实施例中，所述第一透镜组100与所述第二透镜组200之间设有光阑30。所述光阑30限制轴上光束通光口径在变焦过程中拦掉部分光线，减少了光斑、提高了图像对比度，并有助于提升像质。
[0054]
具体地，为了具体控制所述第一透镜组100和所述第二透镜组200的活动范围，在本实施例中，所述第一透镜组100朝向像侧的一侧与所述光阑30 之间的距离为l1，其中，0.83mm≤l1≤10.02mm，所述第二透镜组200朝向物侧的一侧与所述光阑30之间的距离为l2，其中，0.35mm≤l2≤8.894mm。需要说明的是，上述两个相关联的技术特征可以同时设置也可以择一设置。
[0055]
具体地，在本实施例中，所述光学透镜系统还包括感光芯片40，所述感光芯片40设于所述第二透镜组200朝向像侧的一侧，且所述感光芯片40的感光面朝向所述第二透镜组200设置，以此在像侧接收物象，并通过所述感光芯片40对接收的物象进行处理。
[0056]
进一步地，所述感光芯片40与所述第二透镜组200之间设有滤光片50。所述滤光片50可有效滤掉非工作波段的杂光，以减小光噪声，为后续的光电模块处理部分减小困难。所
述滤光片50也可用以调节最后成像时物象的色彩度。
[0057]
所述变焦光学系统1000中，因所述第三透镜3和所述第四透镜4为粘合镜片能有效的矫正镜头色差，在控制镜头紫边情况下，实现红外的共焦；所述第二透镜2为弯月形透镜，所述第二透镜2的塑料非球面镜片弯月形状能起到减小镜头畸变的效果；同时与所述第一透镜1搭配，有类粘合效果能进一步矫正高倍位置的色差，球差和正弦差。第二透镜组200镜片搭配，光阑 30后使用玻璃非球面镜片，能矫正光阑30出射光线像差，保证高低温镜头解像的稳定，所述第五透镜5为弯月形透镜，所述第五透镜5的弯月形状能进一步减小畸变；再结合后面镜片排布，形成完美的类似胶合结构(即光阑30 后所述第六透镜6到所述第十一透镜11的光焦度为负，正，负，正，负，正透镜的搭配)，实现高阶像差和色差的最优矫正。同时各个透镜设置渐晕，在不影响照度的情况下，拦掉周边杂散光线，使像面中心和边缘保证同样的解像要求。
[0058]
如此，为实现系统在高低温环境中(高温70℃，低温-40℃)解像的清晰，系统采用了高低温对应折射率差异较小塑料材质同时考虑各种镜片材料折射率、阿贝数高低温的变化量匹配面型和空气间隔的变化，保证高低温环境中各要素变化量的正负搭配，从而实现高低温环境中像面的同步和清晰。
[0059]
本发明一种监控摄像设备，所述监控摄像设备包括上述的光学透镜系统，因所述监控摄像设备包括所述光学透镜系统，该光学透镜系统的具体结构参照上述实施例，由于本监控摄像设备的光学透镜系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0060]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。