一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統的製作方法

2023-05-08 16:43:26

專利名稱：一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學系統，尤其涉及一種應用於監控、照相 系統的超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統。
背景技術：
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 鏡頭倍率較小；外形尺寸較大；變倍時間長。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，變倍時間很長。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、方便攜帶、便於隱蔽、體積小、變倍 快速等需要。
實用新型內容
為了克服現有技術的不足，本實用新型提供一種成本低、超高倍 率、小體積、快速變倍的光學系統。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是
一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，用於CMOS感
光片或ccd晶片等感光器件，其特徵在於包括依次設有第一透鏡群、
第二透鏡群、第三透鏡群、第四透鏡群和第五透鏡群，在第三透鏡群
前設有光闌；其中第一透鏡群和第二透鏡群之間的間隔是可變的，第二透鏡群和第三透鏡群之間的間隔是可變的，第三透鏡群和第四透鏡 群之間的間隔是可變的，第四透鏡群和第五透鏡群之間的間隔是可變 的，第五透鏡群和感光晶片之間的間隔是可變的，通過改變這五個可 變的空氣間隔，可達到使鏡頭的焦距改變的目的。
如上所述的一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，所述 的第一透鏡群、第三透鏡群在變焦過程中相對於感光器件的位置是固 定的，第二透鏡群、第四透鏡群和第五透鏡群在變倍過程中相對於感 光器件的位置是變動的。
如上所述的一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，所述 第一透鏡群整體焦距為正，第二透鏡群的整體焦距為負，且第二透鏡 群的第一透鏡焦距也為負，整組在移動過程中使整個系統的焦距改 變，達到變倍的目的；第三透鏡群的整體焦距為正；第四個透鏡群的 整體焦距為負，在變倍過程中，通過移動此透鏡群，為第二透鏡群的 移動進行補償；第五透鏡群為調焦群。
如上所述的一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，所述 的第一透鏡群、第二透鏡群、第三透鏡群、第四透鏡群、第五透鏡群 的系統元件特性滿足以下表達式fl〉-f2。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。
如上所述的一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，在光 學系統和晶片之間還可設LPF濾光片。
本實用新型的有益效果是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，尤其適用於超高變倍系統；2、本實用新型的鏡頭體積小；3、本實用新型的鏡頭變倍及調焦速度快；4、
本實用新型的變焦鏡頭銳利度高、顏色分明，色彩還原性好；5、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；6、本實用新型的變焦鏡頭近距離成像清晰，在10mm近距時還 能成清晰像；7、本設計實現了 36倍光學變焦(ZOOM)，且採用 AF(自動對焦)技術，這樣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。以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型的剖視示意圖； 圖2是第一透鏡群的示意圖； 圖3是第二透鏡群的示意圖； 圖4是第三透鏡群的示意圖； 圖5是第四透鏡群的示意圖； 圖6是第五透鏡群的示意圖；具體實施方式
參照
圖1至圖6， 一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統， 可以用於相對便宜的高像素CMOS感光片或ccd晶片等感光器件， 包括依次設有第一透鏡群1、第二透鏡群2、第三透鏡群3、第四透 鏡群4和第五透鏡群5，光闌6設在第三透鏡群3前。其中第一透鏡 群1和第二透鏡群2之間的間隔是可變的，第二透鏡群2和第三透 鏡群3之間的間隔是可變的，第三透鏡群3和第四透鏡群4之間的間隔是可變的，第四透鏡群4和第五透鏡群5之間的間隔是可變的，第 五透鏡群5和晶片之間的間隔是可變的，通過改變這五個可變的空 氣間隔，可達到使鏡頭的焦距改變的目的。
本實用新型的光學系統的倍率高低主要通過以下四種方法實現-
1、 調節fl、 f2、 f3、 f4、 f5之間的比值、調整fl的數值大小；2、使 用非球面；3、增減各透鏡群透鏡數目；4、增減透鏡群的數目；5縮 放鏡頭體積。通過以上五種措施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。上述fl、 f2、 f3、 f4、 f5分 別為第一透鏡群l、第二透鏡群2、第三透鏡群3、第四透鏡群4和 第五透鏡群5的組合焦距。
如上所述的一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，體積 小主要通過以下三種方法實現1光闌設在第三群、整個系統中間(光 線進入的方向為前，感光晶片的位置為後)部分，這樣既非常利於縮 小第一透鏡群的口徑，又很利於控制第四透鏡群、第五透鏡群的口徑;
2、 變倍時多個移動群同時移動，所以，移動較少的距離就能改變較 大倍率，減小了光學系統的總長。3第三透鏡群在變倍過程中相對於 CMOS感光片或ccd晶片等感光器件(像面)是固定的，所以光闌位 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；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。
如上所述的一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，其變倍快速主要是通過以下兩種途徑實現的1、第四個透鏡群整體焦距 為正，把經過前面四個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，此群同時移動，當變倍群 移動到預定位置時，此群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，然後通過自動對焦微調，使像面最清晰。 相當於節省了調焦步驟，達到了縮短時間的目的。2、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。
如上所述的一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，設計 時採用寬光譜，且設計的理論解像力適當高於理論需要值，保證了圖 像銳利度和色彩還原性。
第四透鏡群直接調節後焦，所以可直接調到最佳像面位置，而且 採用步進精度高的馬達，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。
為實現最佳的像面效果，光學系統的後部還可加LPF，以過濾掉 幹涉條紋。
下面舉一 36倍變焦的實際設計案例
序號類型半徑(厚度)光學材料直徑
1 標準61.511.5ZF74>30
2 標準28.565.45Lak34>30
3 標準-40,326.25Air4> 28
4 標準50.563.5Lak34>255標準152.3481.05Air25
6標準78.561.5LaF44) 16
7標準12.484.05Air4>16
8標準26.361.0LaF24> 12
9標準6.062.05Air4>12
10標準100.5360.65K94>12
11標準10.3561.9zf74>10
12標準20.3223.52Air4>10
光欄標準無窮大1.05Air(1> 12
13標準35.312.5Laf7<H2
14標準-52.6931.0Air4>12
15標準23.452.56K9(J) 12
16柴 返23.450.52Air4>12
17標準15.381.15zf7<H1
18標準75.601.5Air4>11
19標準-23.450.86ZK94>10
20標準205.320.8Air<H0
21標準805.480.75zf7
22標準15.451.5Air4>10
23標準42.56"zK74>12
24標準-10.981.5zf74> 12
25標準-43.650.1Air4>1226 標準13.65 2.5 Lak4 4>12
27 標準 -53.86 2.5 Air 4>12 4> 像面無窮大
群組調焦移動範圍-1， 2群組間隔lmm 20.5mm 2， 3群組間隔lmm 20.5mm 3， 4群組間隔1.3mm 8.3mm 4， 5群組間隔1.5mm 13.6mm 5群組和像面間隔8.1mm 18.4mm。
權利要求1. 一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，用於CMOS感光片或ccd晶片等感光器件，其特徵在於包括依次設有第一透鏡群、第二透鏡群、第三透鏡群、第四透鏡群和第五透鏡群，在第三透鏡群前設有光闌；其中第一透鏡群和第二透鏡群之間的間隔是可變的，第二透鏡群和第三透鏡群之間的間隔是可變的，第三透鏡群和第四透鏡群之間的間隔是可變的，第四透鏡群和第五透鏡群之間的間隔是可變的，第五透鏡群和感光晶片之間的間隔是可變的。
2. 根據權利要求1所述的一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學 系統，其特徵在於所述的第一透鏡群、第三透鏡群相對於感光器 件的位置是固定的，第二透鏡群、第四透鏡群和第五透鏡群相對 於感光器件的位置是變動的。
3. 根據權利要求1所述的一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學 系統，其特徵在於所述第一透鏡群整體焦距為正，第二透鏡群的 整體焦距為負，且第二透鏡群的第一透鏡焦距也為負；第三透鏡 群的整體焦距為正；第四個透鏡群的整體焦距為負；第五透鏡群 為調焦群，整體焦距為正。
專利摘要本實用新型公開了一種超高倍率、小體積、快速變倍的光學系統，可以用於CMOS感光片或ccd晶片等感光器件，包括依次設有第一透鏡群、第二透鏡群、第三透鏡群、第四透鏡群和第五透鏡群，光闌設在第三透鏡群。其中相鄰透鏡群之間的間隔是可變的；第一透鏡群整體焦距為正；第二透鏡群的整體焦距為負，且第二透鏡群的第一透鏡焦距也為負，第三透鏡群的整體焦距為正，第四個透鏡群又稱為補償群，整體焦距為負，第五透鏡群為調焦群，直接調節後焦；整體焦距為正；本實用新型具有鏡頭倍率超高、體積小、變倍及調焦快速、銳利度高、顏色分明、色彩還原性好、沒有變焦盲點、近距離成像清晰等特點。
文檔編號G02B15/16GK201247341SQ20082004825
公開日2009年5月27日 申請日期2008年5月27日 優先權日2008年5月27日
發明者李建華, 肖明志 申請人:中山聯合光電科技有限公司