小型化大靶面的高清变焦光学系统技术方案

一种小型化大靶面的高清变焦光学系统，从物侧到像侧方向依次包括：具有正光焦度的固定透镜群、具有负光焦度的前变焦透镜群、孔径光阑、具有正光焦度的中变焦透镜群、具有正光焦度的聚焦透镜群、具有正光焦度的后变焦透镜群以及成像面，前变焦透镜群整体沿着光轴从物体侧向像侧移动且中变焦透镜群沿着光轴从像侧向物体侧移动、后变焦透镜群沿光轴从物体侧向像侧移动，而实现从广角端向望远端的变倍，通过使所述的聚焦透镜群沿着光轴移动，校正变倍过程以及物距变化带来的虚焦，本实用新型专利技术在极小的体积下以达到较大的成像圆径，同时具备较高的变焦比率和4K高清解像力水平，兼容了红外共焦功能，在低照环境下以使用多种模式，具有良好的效果。

High Definition Zoom Optical System with Miniaturized Large Target Surface

A miniaturized high definition zoom optical system with large target surface, from object side to image side, includes: fixed lens group with positive focusing, front zoom lens group with negative focusing, aperture aperture, medium zoom lens group with positive focusing, focus lens group with positive focusing, rear zoom lens group with positive focusing and imaging plane, front zoom lens group is integrated. The body moves along the optical axis from the side of the object to the image side, and the middle zoom lens group moves along the optical axis from the image side to the object side, and the rear zoom lens group moves along the optical axis from the object side to the image side, so as to realize the zoom from the wide angle end to the telescope end. By moving the focus lens group along the optical axis, the virtual focus caused by the zoom process and the change of object distance can be corrected. The utility model has a very small volume. It has a large imaging circle diameter, a high zoom ratio and a 4K high definition resolution level. It is compatible with infrared confocal function. It can use a variety of modes in low illumination environment, and has a good effect.

【技术实现步骤摘要】
小型化大靶面的高清变焦光学系统
本技术涉及的是一种应用在安防监控领域的光学系统，具体是一种望远端焦距与全长比例达到1.75以上，成像圆径与全长比例达到0.07以上，具备极低照拍摄能力的高变倍比、4K高清变焦镜头。
技术介绍
全天候监控镜头一般采用红外成像技术、扩大镜头光圈或增大靶面与像素点尺寸的技术手段来确保低照环境下的图像质量，但红外成像技术会损失景物的颜色信息，道路监控等画面色彩有要求的场景下无法满足使用需求；扩大镜头光圈则无法适用于变焦镜头，从广角端到望远端全倍率的光圈扩大会导致镜头性能损失、设计难度上升；增大靶面与像素点尺寸技术则对成像面尺寸和光学镜头成像圆径的要求非常严格。
技术实现思路
本技术针对现有技术的缺陷和不足，提出一种小型化大靶面的高清变焦光学系统，在极小的体积下以达到较大的成像圆径，同时具备较高的变焦比率和4K高清解像力水平，兼容了红外共焦功能，在低照环境下以使用多种模式，具有良好的效果。本技术是通过以下技术方案实现的：本技术从物侧到像侧方向依次包括：具有正光焦度的固定透镜群、具有负光焦度的前变焦透镜群、孔径光阑、具有正光焦度的中变焦透镜群、具有正光焦度的聚焦透镜群、具有正光焦度的后变焦透镜群以及成像面，其中：前变焦透镜群整体沿着光轴从物体侧向像侧移动，同时中变焦透镜群沿着光轴从像侧向物体侧移动，后变焦透镜群沿光轴从物体侧向像侧移动，而实现从广角端向望远端的变倍，通过使所述的聚焦透镜群沿着光轴移动，校正变倍过程以及物距变化带来的虚焦。所述的成像面前优选配置有用于滤除不必要波段的光线和杂散光的滤光片和保护玻璃。所述的成像面上设有CCD和CMOS等固体摄像元件。所述的固定透镜群包括：具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜组成的胶合透镜以及至少两枚具有正光焦度的透镜，其中：胶合透镜以保证望远端焦距的延伸和光线走势的稳定，具有正光焦度的透镜使用了异常色散玻璃，收敛了望远端的红外色差。所述的前变焦透镜群包括：两枚具有负光焦度的透镜和一枚具有正光焦度的透镜，使得镜头从广角端到望远端的变焦。所述的两枚具有负光焦度的透镜，优选为一枚前表面凸后表面凹的透镜和一枚前后表面均为凹的透镜。所述的正光焦度的透镜之后，优选放置具有负光焦度的透镜，可以提升镜头的变焦倍率。所述的前变焦透镜群中的具有正光焦度的透镜，优选使用高阿贝数材料制成，从而保证望远端的轴外色差不会外溢。所述的前变焦透镜群中的透镜优选均采用非球面形状，从而改善镜头望远端的慧差。所述的中变焦透镜群包括：至少两枚具有正光焦度的透镜以及具有正光焦度的透镜和具有负光焦度的透镜组成的胶合透镜。所述的中变焦透镜群中具有正光焦度的透镜优选采用异常色散玻璃以收敛广角端的各类色差，进一步优选使用非球面镜以改善镜头广角端的慧差。所述的聚焦透镜群包括：具有正光焦度的透镜与具有负光焦度的透镜。所述的聚焦透镜群中具有正光焦度的透镜优选使用非球面以改善镜头广角端的慧差。所述的后变焦透镜群包括：具有负光焦度的透镜以及至少一枚具有正光焦度的透镜，从而有效的提升镜头的有效成像圆径后进一步把光线汇聚成像。所述的后变焦透镜群中具有负光焦度的透镜优选为前后表面均为凹的透镜。所述的孔径光阑的口径随着镜头倍率相应地放大或缩小。所述的高清变焦光学系统，其整体结构进一步满足：其中：ft为镜头在望远端的焦距，TTL为镜头的光学全长，Y为镜头的成像圆径，FOVw为镜头在广角端的最大视场角，FOVt为镜头在望远端的最大视场角。所述的固定透镜群，其整体结构进一步同时满足以下条件：a)其中：为透镜群的后表面有效径，Fnot为镜头在望远端的光圈口径，LS1R-IMG为固定透镜群最后一枚镜片的后表面到成像面的距离；b)其中：Vds1m为胶合透镜中具有负光焦度的透镜的阿贝数，Vds1p为胶合透镜中具有正光焦度的透镜的阿贝数，Nds1m为胶合透镜中具有负光焦度的透镜的折射率，Nds1p为胶合透镜中具有正光焦度的透镜的折射率；所述的前变焦透镜群，其整体结构进一步同时满足以下条件：a)其中：ft为镜头在望远端的焦距，fw为镜头在广角端的焦距，Lt-w为前变焦透镜群从望远端到广角端变化过程中移动的距离；b)其中：fs2l1为前变焦透镜群中第一枚透镜的焦距，fs2l2/3为前变焦透镜群中第二枚透镜与第三枚透镜的焦距之和，fs2l4为前变焦透镜群中第四枚透镜的焦距，若结构没有第四枚透镜则取值为0；c)其中：Vds2m为前变焦透镜群内第二枚具有负光焦度的透镜的阿贝数，Vds2p为前变焦透镜群内具有正光焦度的透镜的阿贝数，Nds2m为前变焦透镜群内第二枚中具有负光焦度的透镜的折射率，Nds2p为前变焦透镜群内中具有正光焦度的透镜的折射率。所述的中变焦透镜群，其整体结构进一步同时满足以下条件：a)其中：为中变焦透镜群的第一枚镜片的前表面有效径，Fnow为整体镜头在广角端的光圈口径，LS3F-STP为中变焦透镜群的第一枚镜片的前表面到孔径光阑STP的距离；b)其中：Vds3l1为中变焦透镜群中第一枚透镜的折射率，fs3l1为中变焦透镜群中的第一枚透镜的焦距，Vds3l2为中变焦透镜群中第二枚透镜的折射率，fs3l2为中变焦透镜群中的第二枚透镜的焦距。所述的聚焦透镜群，其整体结构进一步满足：其中：为聚焦透镜群的第一枚镜片的前表面有效径，fS4为聚焦透镜群的整体焦距。所述的后变焦透镜群，其整体结构进一步同时满足以下条件：a)其中：Y为镜头的成像圆径，fS5为后变焦透镜群的整体焦距；b)Nds5l1>1.90，其中：Nds5l1为后变焦透镜群中第一枚透镜的折射率；c)其中：fs5p为后变焦透镜群中具有正光焦度的透镜的整体焦距，fs5m为后变焦透镜群中具有负光焦度的透镜的焦距。技术效果与现有技术相比，本技术光学系统以在极短的长度内，同时满足大变倍比与大成像圆径，其中望远端焦距与全长比例达到1.75以上，成像圆径与全长比例达到0.07以上；并且本技术也以在环境光照只有0.0001lux的条件下成像，且图像细节丰富，画面色彩鲜艳，锐利度高。附图说明图1为实施例1的变焦镜头的构成的沿光轴的剖面图以及从广角端至望远端变化过程中各群组的移动方向；图2为实施例1的变焦镜头的广角端相对于d线的各像差图；图3为实施例1的变焦镜头的望远端相对于d线的各像差图；图4为实施例2的变焦镜头的构成的沿光轴的剖面图以及从广角端至望远端变化过程中各群组的移动方向；图5为实施例2的变焦镜头的广角端相对于d线的各像差图；图6为实施例2的变焦镜头的望远端相对于d线的各像差图；图7为实施例3的变焦镜头的构成的沿光轴的剖面图以及从广角端至望远端变化过程中各群组的移动方向；图8为实施例3的变焦镜头的广角端相对于d线的各像差图；图9为实施例3的变焦镜头的望远端相对于d线的各像差图；图中：固定透镜群G1、前变焦透镜群G2、孔径光阑STP、中变焦透镜群G3、聚焦透镜群G4、后变焦透镜群G5、成像面IMG、L1～L18为第一至第十八透镜、滤光片IRCF、保护玻璃CG。具体实施方式实施例1如图1所示，本实施例光学系统从物侧到像侧方向依次包括：具有正光焦度的固定透镜群G1、具有负光焦度的前变焦透镜群G2、孔径光阑STP、具有正光焦度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化大靶面的高清变焦光学系统，其特征在于，从物侧到像侧方向依次包括：具有正光焦度的固定透镜群、具有负光焦度的前变焦透镜群、孔径光阑、具有正光焦度的中变焦透镜群、具有正光焦度的聚焦透镜群、具有正光焦度的后变焦透镜群以及成像面。

【技术特征摘要】
1.一种小型化大靶面的高清变焦光学系统，其特征在于，从物侧到像侧方向依次包括：具有正光焦度的固定透镜群、具有负光焦度的前变焦透镜群、孔径光阑、具有正光焦度的中变焦透镜群、具有正光焦度的聚焦透镜群、具有正光焦度的后变焦透镜群以及成像面。2.根据权利要求1所述的高清变焦光学系统，其特征是，所述的固定透镜群包括：具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜组成的胶合透镜以及至少两枚具有正光焦度的透镜，其中：胶合透镜以保证望远端焦距的延伸和光线走势的稳定，具有正光焦度的透镜使用了异常色散玻璃，收敛了望远端的红外色差。3.根据权利要求1所述的高清变焦光学系统，其特征是，所述的前变焦透镜群包括：两枚具有负光焦度的透镜和一枚具有正光焦度的透镜，该两枚具有负光焦度的透镜为一枚前表面凸后表面凹的透镜和一枚前后表面均为凹的透镜。4.根据权利要求3所述的高清变焦光学系统，其特征是，所述的前变焦透镜群中的正光焦度的透镜后进一步设有具有负光焦度的透镜以提升镜头的变焦倍率；所述的前变焦透镜群中的透镜均采用非球面形状，从而改善镜头望远端的慧差。5.根据权利要求1所述的高清变焦光学系统，其特征是，所述的中变焦透镜群包括：至少两枚具有正光焦度的透镜以及具有正光焦度的透镜和具有负光焦度的透镜组成的胶合透镜；所述的具有正光焦度的透镜采用异常色散玻璃以收敛广角端的各类色差，进一步使用非球面镜以改善镜头广角端的慧差。6.根据权利要求1所述的高清变焦光学系统，其特征是，所述的聚焦透镜群包括：具有正光焦度的透镜与具有负光焦度的透镜，该具有正光焦度的透镜使用非球面以改善镜头广角端的慧差；所述的后变焦透镜群包括：具有负光焦度的透镜以及至少一枚具有正光焦度的透镜，从而有效的提升镜头的有效成像圆径后进一步把光线汇聚成像，其中：具有负光焦度的透镜为前后表面均为凹的透镜。7.根据权利要求1所述的高清变焦光学系统，其特征是，所述的高清变焦光学系统，其整体结构进一步满足：其中：ft为镜头在望远端的焦距，TTL为镜头的光学全长，Y为镜头的成像圆径，FOVw为镜头在广角端的最大视场角，FOVt为镜头在望远端的最大视场角。8.根据权利要求1或2所述的高清变焦光学系统，其特征是，所述的固定透镜群，其整体结构进一步同时满足以下条件：a)其中：为透镜群的后表面有效径，Fnot为镜头在望远端的光圈口径，LS1R...

【专利技术属性】
技术研发人员：厉冰川，谢晨，盛亚茗，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