專利名稱：一種新型變焦光學系統的制作方法
技術領域：
ー種新型變焦光學系統
技術領域：
本實用新型涉及變焦光學系統，尤其涉及ー種應用于監控、照相系統的體積小、重量輕、中等光圈、中型或大型快速的新型變焦光學系統。
背景技木目前照相、安防用的中型或大型變焦鏡頭普遍存在這樣的缺點:1、鏡頭倍率較小；外形尺寸較大；2、現有變焦鏡頭變倍時在調節變焦、補償兩透鏡群后，還需調變焦透鏡或變焦透鏡群，才能成清晰像，這樣不但操作復雜，而且所花時間較長；3、現有倍率高鏡頭，在變焦過程中受機構限制，經常有變焦盲點，即在某ー焦距附近分辨率較差，成像不太清晰；現在只有少數鏡頭，在犧牲其它方面的情況下改善某個方面，比如為了實現倍率高，就要把體積做得很大，變倍時間要很長等。現在還沒有克服以上全部缺點的鏡頭。所以現在市場上流行的照相、安防用的中型或大型變焦鏡頭，在成本高昂的同時，體積也比較大，且變倍時間很長。這在使用上有很大的局限性，不能滿足消費者的倍率高、方便攜帯、便于隱蔽、體積小、變倍快速等需要。本實用新型為了克服以上的缺點，特開發了ー種新型變焦光學系統，并采用大眾化的鏡片加工エ藝，最終用更低的成本，實現了倍率高、體積小、變倍快速等功能。
實用新型內容本實用新型目的是克服了現有技術中的不足而提供了ー種新型變焦光學系統。為了解決上述存在的技術問題，本實用新型采用下列技術方案:ー種新型變焦光學系統，其特征在于包括有相鄰之間可以相互調節間距的第一透鏡群、第二透鏡群、第三透鏡群和第四`透鏡群以及感光芯片，在所述第三透鏡群設有光闌；所述的第一透鏡群、第三透鏡群在變倍過程中相對于感光芯片的位置不變；所述第二透鏡群、第四透鏡群在變倍過程中相對于感光芯片的位置是可變動的。如上所述的ー種新型變焦光學系統，其特征在于所述的第一透鏡群整體的焦距為正，第二透鏡群整體的焦距為負，第三透鏡群和第四透鏡群的整體焦距都為正。如上所述的ー種新型變焦光學系統，其特征在于所述第二透鏡群的第一透鏡焦距為負。如上所述的ー種新型變焦光學系統，其特征在于所述的第一透鏡群、第二透鏡群、第三透鏡群、第四透鏡群的系統元件特性滿足以下表達式:fl>-f2，f3>f4。其中，fl為第一透鏡群的組合焦距，f2為第二透鏡群的組合焦距，f3為第三透鏡群的組合焦距，f4為第四透鏡群的組合焦距。本實用新型與現有技術相比有如下優點:1、本實用新型的變焦鏡頭可實現從低倍到高倍及超高變倍的各種規格；本實用新型把光闌設在第三透鏡群，在其他條件同樣的情況下，極大地縮小了第一透鏡群的體積，大大地減小整機體積。2、本實用新型的變焦鏡頭在變倍時只需調節變倍(第二透鏡群)、補償(第四透鏡群)兩透鏡群，就可成清晰像。這樣不但方便調節，還大大節省了調節時間。3、本實用新型的變焦鏡頭銳利度高、顏色分明，色彩還原性好。4、本實用新型的變焦鏡頭沒有變焦盲點，在整個變焦過程中全部能成清晰像。5、本實用新型的變焦鏡頭近距離成像清晰，在IOmm近距時還能成清晰像。6、本設計實現了 22倍光學ZOOM(變焦)，且采用AF(自動對焦)技術，這樣徹底實現了一個光學系統可以對不同距離的物體拍攝清晰的照片。
圖1是本實用新型近景狀態的示意圖；圖2是本實用新型遠景狀態的示意圖；圖3是本實用新型一般狀態的示意圖；圖4是本實用新型剖面示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對 本實用新型進行詳細描述:如圖1所示，一種新型變焦光學系統，包括有相鄰之間可以相互調節間距的第一透鏡群1、第二透鏡群2、第三透鏡群3和第四透鏡群4以及感光芯片5，所述第一透鏡群1、第二透鏡群2、第三透鏡群3和第四透鏡群4以及感光芯片5依次設置在承座6內，所述的第一透鏡群I和第三透鏡群3固定在承座11的內壁上；在承座6里的兩側分別設有一導桿15，所述第二透鏡群2、第四透鏡群4分別設在移動架13a、13b上，移動架13a、13b分別可移動地套在導桿15上，在承座6里分別設有帶有螺桿的第一馬達8和第二馬達9，在所述螺桿7a上設有螺母組件14a，在另一螺桿7b上設有螺母組件14b，所述螺母組件14a固定在移動架13a上，所述螺母組件14b固定在移動架13b上。當第一馬達8轉動時，而螺母組件14a固定在移動架13a上，螺桿7a就會拖動移動架13a的移動；同要的原理，螺桿7b就會拖動移動架13b的移動。故第二透鏡群2可由第一馬達8拖動其水平移動，第四透鏡群4可由第二馬達9拖動其水平移動，實現其中所述第一透鏡群I和第二透鏡群2之間的間隔是可調節的，第二透鏡群2和第三透鏡群3之間的間隔是可調節的，第三透鏡群3和第四透鏡群4之間的間隔是可調節的，第四透鏡群4和感光芯片5之間的間隔是可調節的，通過改變這四個可變的空氣間隔，可達到使鏡頭的焦距改變的目的。所述的感光芯片5可以用于相對便宜的高像素CMOS芯片或CXD芯片。所述的第一透鏡群I整體焦距為正，達到匯聚光線的目的。第二透鏡群2的整體焦距為負，且第二透鏡群2的第一透鏡6焦距也為負，整群在移動過程中使整個系統的焦距改變，達到變倍的目的，又稱為變倍群。首先由于光闌12設在第三透鏡群3的整個系統中間靠后(光線進入的方向為前，感光芯片的位置為后)的部分，這樣既利于縮小第一透鏡群的口徑，又利于控制第四透鏡群4的口徑；其次是所述第四群4既是補償群，又是調焦群，在其移動時，為變倍補償的同時，也調整了后焦，這就去掉了為調焦而設的復雜機構；再有所述第三透鏡群3在變倍過程中相對于CMOS感光片或ccd芯片等感光器件(像面)是固定的，所以光闌12位置也是固定不動的，只需調節孔徑大小，這樣極大的簡化了機械設計，同時提高了精度和可靠性。通過以上三種合理的設計安排，使得本實用新型的體積變得比較小。本實用新型設計中非常合理的考慮到了光闌(快門的開孔)位置所產生的像差，從而既合理分配了像差又使該快門設計能實現量產化。所述第二透鏡群2、第四透鏡群4在變倍過程中相對于感光芯片5的位置是可變動的，首先所述的第四個透鏡群4整體焦距為正，把經過前面三個透鏡群的光線匯聚到像面，其既是補償群，又是調焦群。在變倍過程中，變倍群移動的同時，第四個透鏡群4同時移動，當變倍群移動到預定位置時，第四個透鏡群4也移動到預先設定好的、使像面基本清晰(也可能已到最清晰)的位置，然后通過自動對焦微調，使像面最清晰；相當于節省了調焦這一步驟，達到了縮短時間的目的。再有兩個移動群的通光口徑都較小，在變倍和調焦過程中移動距離都較短，這樣變倍時就會花費較少的時間。通過上述兩種途徑安排，使得其變倍能快速實現。在所述的第一透鏡群1、第二透鏡群2、第三透鏡群3、第四透鏡群4的系統元件特性滿足以下表達式:fl>_f2，f3>f4。其中，fl為第一透鏡群I的組合焦距，f2為第二透鏡群2的組合焦距，f3為第三透鏡群3的組合焦距，f4為第四透鏡群4的組合焦距。通過調節H、f2、f3、f4之間的比值、調整fl的數值大小、使用非球面及增減各群透鏡數目，可設計出從小倍率到大倍率到超大倍率各種不同倍率、不同規格的變焦鏡頭。再有本實用新型設計時采用寬光譜，且設計的理論解像力遠高于理論需要值，保證了圖像銳利度和色彩還原性。所述第四群直接調節后焦，所以可直接調到最佳像面位置，而且采用高精度的步進馬達，這就徹底解決了傳統鏡頭近距離成像不清和調焦盲點的問題；這樣同時也就提高了產品精度和產品可靠性。由于設計中還需要考慮到在結構設計中實現變焦和自動對焦技術的功能，則光學設計中必須考 慮到馬達的力量和步進的精度，故第二透鏡群2的變化曲線也需要很好的考慮以便在加工凸輪時生產可行性，第四透鏡群4的變化也要盡可能小，四個群的光焦度同樣需要很好的匹配。為實現最佳的像面效果，光學系統的后部還加有濾光片10，光線是從濾光片10進入的，濾光片10對CM0S/CCD感光芯片有一定的保護作用，用以過濾掉干涉條紋，使圖像色彩亮麗和鋭利的同時具有良好的色彩還原性。下面舉ー 22倍變焦的實際設計案例
面形類型半徑(厚度)光學材料直徑
A 標準62.515.35ZF64>26[0026]B 標準29.46 I 45Lak3#26C 標準-40.326 25Air4>24D 標準-78.561.5Lak3d>20E 標準 52.3481.05 AirΦ18
D 標準 78.561.5 LaF4Φ18
E 標準 12.484.05 AuΦ18
F 標準-10.5360 6d K9Φ 12
G 標準-9.3561.5 zf7Φ12
H 標準 25.323.52 AirΦ12
光欄標準無窮大1.05 AirΦ12
J 標準 45.312.5 Laf7Φ12
K 標準-62.693I 5 AirΦ12
L 標準 33.452.56 Κ9Φ12
M 標準-33.451.15 zf7Φ12
N 標準 33.451.5 AirΦ12
O 標準 42.563.5 ζΚ7Φ12
P 標準 -10.981.5 zf7Φ12
Q 標準 43.65O I \ir山 12
R 標準 -43.652.5 Lak4Φ12Φ像面無窮大群組調焦移動范圍:I, 2 群組間隔 Imm 20mm。
2,3群組間隔I臟 20臟。3,4 群組間隔 Imm 9mm。4群組和像面間隔8mm 2Ctam。
權利要求1.一種新型變焦光學系統，其特征在于包括有相鄰之間可以相互調節間距的第一透鏡群(1)、第二透鏡群(2)、第三透鏡群(3)和第四透鏡群(4)以及感光芯片(5)，在所述第三透鏡群(3)設有光闌(12)，所述的第一透鏡群(1)、第三透鏡群(3)在變倍過程中相對于感光芯片(5)的位置不變；所述第二透鏡群(2)、第四透鏡群(4)在變倍過程中相對于感光芯片(5)的位置是可變動的，所述的第一透鏡群(1)整體的焦距為正，第二透鏡群(2)整體的焦距為負，第三透鏡群(3)和第四透鏡群(4)的整體焦距都為正，所述的第一透鏡群(1)、第二透鏡群(2)、第三透鏡群(3)、第四透鏡群(4)的系統元件特性滿足以下表達式:fl>_f2，f3>f4，其中，fl為第一透鏡群(1)的組合焦距，f2為第二透鏡群(2)的組合焦距，f3為第三透鏡群(3)的組合焦距，f4為第四透鏡群(4)的組合焦距，所述第二透鏡群(2)的第一透鏡焦距為負。
專利摘要本實用新型公開了一種新型變焦光學系統，更具體來說是涉及一種應用于監控、照相系統的體積小、重量輕、中等光圈、中型或大型快速一種新型變焦光學系統，它包括有相鄰之間可以相互調節間距的第一透鏡群、第二透鏡群、第三透鏡群和第四透鏡群以及感光芯片，在所述第三透鏡群設有光闌。本實用新型具有體積小、重量輕、操作簡單等特點。
文檔編號G02B7/09GK202916491SQ201220540240
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月20日 優先權日2012年10月20日
發明者李建華, 蔡賓, 潘華 申請人:中山聯合光電科技有限公司