一种变焦镜头制造技术

一种变焦镜头，从物侧到像侧依次包括具有正光焦度的第一镜片群G1、具有负光焦度的第二镜片群G2、具有正光焦度的第三镜片群G3、具有正光焦度的第四镜片群G4、具有正光焦度的第五镜片群G5；第一正镜片群、第三镜片群和第五正镜片群为固定群；在第二负镜片群为变焦群；第四正镜片群为聚焦群；在第二透镜群G2和第三透镜群G3之间，配置有规定着既定的口径的孔径光阑STP；在第五透镜群G5和成像面IMG之间，配置有第一滤光片ICF、第二滤光片LPF；在成像面IMG，配置有固体摄像元件的光接收面；通过使移动第二镜片进行从广角端向望远端的变倍，通过使第四镜片群沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及监控、安防
，具体涉及一种大倍率、全程红外共焦的变焦镜头。
技术介绍
监控摄像机是用在安防方面的准摄像机，从外型上主要区分为枪式、半球、高速球型，另外还有模拟监控和IP网络监控的区分。监控摄像机广泛应用于学校、公司、银行、交通、平安城市等多个安保领域。在过去监控摄像机的像素和分辨率虽然比电脑的视频头要高，但是与专业的数码相机或dv相比，其像素还是偏低。随着成像光学设计技术的不断发展，监控摄像机的已经赶超专业数码相机，进入百万像素的时代。传统的监控摄像机大多只是单一的视频捕捉设备，很少具备数据保存功能，这已经不能满足人们对于监控设备智能化和自动化的需求。监控摄像机内最关键的部分是其中的镜头。为了满足监控摄像机能在近距离和远距离监控时均能清晰成像，需搭配变焦镜头使用。目前监控摄像机用的变焦镜头，在外形尺寸、成本、成像质量、自动对焦、红外共焦、变焦倍率、有效焦距等诸多影响镜头质量的制约因素方面往往不能做到兼顾。比如现有的变焦镜头，大多变倍比小于20倍，无法满足远至数公里的远距离监控；而变倍比大于20倍的监控摄像机，大多无法红外共焦，满足日夜兼用的需求；能够达到1700mm等效焦距的镜头因外形尺寸大无法采用步进马达自动聚焦；能够在广角端红外共焦的镜头在望远端无法红外共焦等等。本技术所提出的监控相机镜头设计方案就是要兼顾外形尺寸、成本、成像质量、自动对焦、红外共焦、变焦倍率、有效焦距等诸多影响镜头质量的制约因素，在保证百万像素全高清1080P画质的情况下，实现长有效焦距、大变焦倍率，并且全程红外共焦、自动对焦，同时缩小镜头尺寸，实现镜头小型化、降低成本。1.无法做到小型化、无法实现自动聚焦由于变焦镜头的设计难度较大，为了获得较好的解析度，尽可能的提高成像质量，往往需要多个群组的镜头彼此配合，整个变焦镜头可能包含十几二十片的镜片，这导致了镜头的总长度一般在200mm左右。同时国外厂家同类产品虽然结构可靠，均体积庞大，动辄两三千克，只能用于大型云台。由于监控相机的镜头的长度和体积过大，无法采用步进马达，只能采用直流马达进行驱动。传统的直流马达只有两个引脚，将电池的正负极接在两个引脚就上，马达就会转动。但是这种马达具有有转速过快，扭力过小，无法精确测量转动角度等缺点。将此种直流马达装到镜头上进行驱动后，因为马达无法精确带动镜头群组定位完成聚焦工作，只能通过人工手动将镜头群组逐渐调整，直到焦点与传感器重合，才完成聚焦的过程。2.无法全程红外共焦目前安防的重点和难点是晚间监控，行业普遍在夜晚采用红外灯作为辅助光源，要求光学镜头在白天可见光和夜晚红外光都能看得清楚，为了达到这个要求，就需要克服光学镜头夜晚红外离焦的问题。由于玻璃存在色散现象，即不同波长的光具有不同的折射率，这导致了镜头很难保证从可见光(400～700nm)到红外光(850nm左右)保持一致的焦平面，这就是红外离焦。监控相机在晚上接收到红外光源时会产生焦平面偏移，因此传感器接收到的图像是模糊的，镜头的解析力变差，从而使得监控质量下降，红外离焦严重时还会导致监控无法顺利进行。目前市场上提供的监控镜头都号称带有IR矫正功能满足日夜两用的要求，但这些镜头往往存在到晚上就变模糊或者清晰度下降现象和虚标镜头参数的行为。另外，现有的所有变焦镜头，均无法做到在广角端至望远端变倍时各个倍率均保证红外共焦。因为随着焦距的增大，可见光和红外光的成像面差异会越来越大。因此在望远端，特别是焦距达到200mm以上的长焦距时，做到红外共焦的难度是极大的，这将使得监控相机无法在夜间清晰监测远处物体。3.等效焦距短、变焦倍率低一个完整的监控相机不仅包含了光学镜片，也包含了接收光线的传感器(CCD或CMOS)，不同的镜头传感器的尺寸是不同的，即使是同样焦距的镜头，在不同尺寸传感器上，其成像的视场角也不同。所以仅仅以镜头的真实焦距，是无法比较不同镜头的实际拍摄范围即视场角的，需要有一个参照标准，对镜头的焦距有一个统一的标注，这样不同镜头之间才有可比性。目前广泛采用35mm相机作为参照标准，因为35mm相机过去是用的最多的，它使用135胶卷，尺寸为36mmx24mm，对角线长度为43.27mm。将不同镜头传感器上形成的成像视场角，转化为35mm相机上同样成像视角所对应的镜头焦距，这个转化后的焦距就是35mm相机等效焦距，简称为等效焦距。等效焦距的计算公式为f等效＝(SA/SB)f实际。其中SA和SB分别是35mm相机和需要计算镜头的传感器对角线长度。同时为了满足监控像机能在近距离和远距离监控时均能清晰成像，需搭配变焦镜头使用。变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角，不同大小的影象和不同景物范围的照相机镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围。由于一个变焦镜头可以兼担当起若干个定焦镜头的作用，因此可减少监控摄像机的数量，节约安装成本。传统的变焦镜头受限于传感器尺寸以及设计时的实际焦距等因素，往往不能做到很大的有效焦距，这使得镜头在监控时，无法看清较远处的物体。同时现有的变焦镜头，大多变倍比小于20倍，无法满足远至数公里的远距离监控；而变倍比大于20倍的监控摄像机，大多无法满足日夜兼用的需求，且成像质量差，无法在各个变倍位置均维持极高的光学性能。专利文献1(103336355A)所述的变焦镜头，虽然能满足日夜兼用的需求，但是变倍比只有3倍左右，因此成像范围有限，无法满足远至数公里的远距离监控。专利文献2(公开号103293646A)所述的变焦镜头，虽然变倍比为30倍，但是望远端焦距只有129mm，因此亦不能满足远距离的监控需求。另外，该专利无法做到红外共焦，在室外光线暗的情况下无法清晰成像，因此不能满足日夜兼用的需求。
技术实现思路
本技术要解决上述的现有技术的不足，提供一种满足在广角端至望远端变倍时各个倍率均保证红外共焦，且在各个变倍位置均维持极高的光学性能的变焦镜头。有鉴于上述现有的变焦镜头存在的缺陷，本技术基于此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的变焦镜头，能够改进一般现有的变焦镜头，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的新技术方案.为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种变焦镜头，从物侧到像侧依次包括具有正光焦度的第一镜片群G1、具有负光焦度的第二镜片群G2、具有正光焦度的第三镜片群G3、具有正光焦度的第四镜片群G4、具有正光焦度的第五镜片群G5。所述第一正镜片群、所述第三镜片群和所述第五正镜片群为固定群。在所述第二负镜片群为变焦群。所述第四正镜片群为聚焦群。在第二透镜群G2和第三透镜群G3之间，配置有规定着既定的口径的孔径光阑STP。另外，在第五透镜群G5和成像面IMG之间，配置有一片保护玻璃CG和第一滤光片ICF、第二滤光片LPF。保护玻璃CG可根据需要配置、而在不需要时可以省略。滤光片ICF、LPF的作用是滤除杂散光。在成像面IMG，配置有CCD和CMOS等的固体摄像元件的光接收面。在使所述第一镜片群、所述第三镜片群和所述第五镜片群固定的状态下，通过使所述第二镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变焦镜头，从物侧到像侧依次包括具有正光焦度的第一镜片群G1、具有负光焦度的第二镜片群G2、具有正光焦度的第三镜片群G3、具有正光焦度的第四镜片群G4、具有正光焦度的第五镜片群G5；所述第一正镜片群、所述第三镜片群和所述第五正镜片群为固定群；在所述第二负镜片群为变焦群；所述第四正镜片群为聚焦群；在第二透镜群G2和第三透镜群G3之间，配置有规定着既定的口径的孔径光阑STP；另外，在第五透镜群G5和成像面IMG之间，配置有第一滤光片ICF、第二滤光片LPF；在成像面IMG，配置有固体摄像元件的光接收面；在使所述第一镜片群、所述第三镜片群和所述第五镜片群固定的状态下，通过使所述第二镜片群沿着光轴从物体侧向像侧移动而进行从广角端向望远端的变倍，通过使所述第四镜片群沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦；其特征在于：所述镜头的第一镜片群G1包括自物体按顺序侧按配置的，具有正光焦度的胶合镜片L1、具有正光焦度的镜片L2、具有负光焦度的胶合镜片L3组成；第一镜片群满足以下的条件式：(1)Vd11>75(2)Vd2>70(3)Vd32>65其中Vd11表示胶合镜片L1前镜片的阿贝数，Vd2表示镜片L2的阿贝数，Vd32表示胶合镜片L3后镜片的阿贝数。...

【技术特征摘要】
1.一种变焦镜头，从物侧到像侧依次包括具有正光焦度的第一镜片群G1、具有负光焦度的第二镜片群G2、具有正光焦度的第三镜片群G3、具有正光焦度的第四镜片群G4、具有正光焦度的第五镜片群G5；所述第一正镜片群、所述第三镜片群和所述第五正镜片群为固定群；在所述第二负镜片群为变焦群；所述第四正镜片群为聚焦群；在第二透镜群G2和第三透镜群G3之间，配置有规定着既定的口径的孔径光阑STP；另外，在第五透镜群G5和成像面IMG之间，配置有第一滤光片ICF、第二滤光片LPF；在成像面IMG，配置有固体摄像元件的光接收面；在使所述第一镜片群、所述第三镜片群和所述第五镜片群固定的状态下，通过使所述第二镜片群沿着光轴从物体侧向像侧移动而进行从广角端向望远端的变倍，通过使所述第四镜片群沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦；其特征在于：所述镜头的第一镜片群G1包括自物体按顺序侧按配置的，具有正光焦度的胶合镜片L1、具有正光焦度的镜片L2、具有负光焦度的胶合镜片L3组成；第一镜片群满足以下的条件式：(1)Vd11>75(2)Vd2>70(3)Vd32>65其中Vd11表示胶合镜片L1前镜片的阿贝数，Vd2表示镜片L2的阿贝数，Vd32表示胶合镜片L3后镜片的阿贝数。2.如权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：所述镜头的第二镜片群G2包括自物体按顺序侧按配置的，具有负光焦度的镜片L4、具有负光焦度的胶合镜片L5、具有负光焦度的镜片L6组成；这样的第二镜片群G2结构，搭配合理的镜片折射率和阿贝数，能够能有效地减小光学系统望远端和广角端的各种像差；第二镜片群G2的作用是缩小或放大倍率：当第二镜片群G2沿着光轴从物体侧向像侧移动时，镜头实现从广角端向望远端的变倍过程；反之，第二镜片群G2沿着光轴从像侧向物体侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：诸益炜，盛亚茗，张平华，尚洁阳，
申请(专利权)人：嘉兴中润光学科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33