光学系统镜头的制作方法

本实用新型涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种具有大变倍比4K分辨率性能的光学系统镜头。
背景技术：
：为了保证望远端的焦距够长，高倍率的变焦镜头不得不预留充足的变焦组移动空间，牺牲掉镜头的整体长度。大幅的变焦行程会导致镜头机构框体较长，给加工同轴性造成很大的困扰；同时，变焦组的驱动马达螺杆也必须相应延长，会导致马达稳定性不佳、变焦速度缓慢。而过大的倍率-行程比使得镜头的倍率敏感，累积的空气间隔误差会影响到变焦行程的长度，进而影响到镜头的倍率一致性。随着焦距增大，光线在前群的入射高度会不断上移，硕大的前端口径也是超长焦镜头的通病。过长的长度，过大的前端口径，使得在有限的体积限度内做到一款覆盖超长焦段的变焦镜头几乎无法实现。自然界中在夜晚几乎不存在可见光，镜头的夜视效果基本都依赖于红外成像。依据光学色差理论，变焦镜头要实现红外共焦，主要是通过使用超低色散玻璃，利用材料的异常色散特性来收敛镜头的红外色差。因为红外色差随着焦段增长也会呈倍率式的增长，为了弥补长焦段红外色差的不良，就需要使用大量的超低色散玻璃。但是超低色散玻璃的缺陷在于材料折射率普遍不高，大量的超低色散玻璃导致镜片承担的焦距不够，望远端的光焦度无法合理分摊，因此大多数镜头无法在望远端实现红外共焦的功能。如何以色差理论为基础，突破镜片数量的局限，做到全焦段红外共焦是目前的一大技术难点。技术实现要素：本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种光学系统镜头，能够达成超高倍率、全倍率红外共焦、小体积、大光圈等诸多特点，并且跨越整个变倍域均能良好地校正诸像差，能够对应可以进行超高清4K级影像摄影的固体摄像元件。本实用新型是通过以下技术方案实现的：本实用新型从物侧到像侧依次包括具有正光焦度的第一固定镜片群、具有负光焦度的第一变焦镜片群、孔径光阑、具有正光焦度的第二变焦镜片群、具有负光焦度的聚焦镜片群、具有正光焦度的第二固定镜片群和滤光片，通过第一变焦镜片群沿着光轴从物体侧向像侧移动，同时第二变焦镜片群沿光轴移动，从而实现从广角端向望远端的变倍；通过聚焦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。所述的第一固定镜片群包括：具有正光焦度的第一镜片、具有负光焦度的第二镜片、具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有正光焦度的第五镜片。所述的第一固定镜片群中：所述的第一镜片的折射率和第二镜片的折射率之和为(3.25,3.65)。所述的第三镜片的阿贝数和第四镜片的阿贝数之和大于143。所述的第五镜片的焦距与后表面的有效口径的比值与第五镜片的折射率之和为(8.0,10.0)。所述的第一固定镜片群结构中，使用了多枚超低色散玻璃，大幅收紧了镜头在望远端的红外色光与紫色光，使镜头可以获得更锐利的色彩体验；特别地，负光焦度镜片与正光焦度镜片相胶合，通过镜片材料折射率与阿贝数的搭配，尽可能地保证了光学系统的周边色差过渡。所述的第一变焦镜片群包括：具有负光焦度的第六镜片、具有负光焦度的第七镜片、具有正光焦度的第八镜片和具有负光焦度的第九镜片。所述的第一变焦镜片群中：所述的第六镜片的焦距与前表面的有效口径的比值为(-2.34,-1.78)。所述的第六镜片和第七镜片的折射率的比值为(1.10,1.35)。所述的第八镜片的折射率与焦距的乘积与前表面的有效口径的比值为(5.05,6.25)。所述的第九镜片和第七镜片的焦距的比值(2.6,3.1)。所述的第一变焦镜片群结构中，选用了高折射率材料，增大了镜片焦距，从传统结构的一群结构中分担了部分光焦度；对于双凹面进行非球面设计，各个凹面依次对应于优化光学系统从广角端到望远端的场曲，提升了全程变焦中的画质均一性；同时，部分超低色散玻璃，依然对系统的色差起到了重要的优化作用。第一变焦镜片群为主变焦群，通过与第二变焦镜片群配合的方式实现倍率的增大或减小。所述的第二变焦镜片群包括：具有正光焦度的第十镜片、具有负光焦度的第十一镜片、具有正光焦度的第十二镜片、具有负光焦度的第十三镜片和具有正光焦度的第十四镜片。所述的第二变焦镜片群中：所述的第十镜片的焦距与前表面的有效口径的比值为(0.93,1.38)。所述的第十镜片和第十四镜片的阿贝数之和大于143。所述的第十二镜片与第十一镜片的折射率的比值与第十四镜片与第十三镜片的折射率的比值之和为(1.50,1.95)。所述的第十二镜片与第十四镜片的焦距的比值为(0.89,1.22)。所述的第二变焦镜片群结构中，采用了超低色散玻璃，与之前的效果类似地改善了镜头在广角端的全波段色光收差，确保镜头拥有优秀的色彩还原效果；多个负光焦度镜片与正光焦度镜片相胶合的结构，补足了群组所承担的光焦度。系统的孔径光阑是所有倍率中心光线发生发生大幅度曲折的位置，巧妙地在此采用了非球面设计，旨在提高全焦段中心区域的成像质量，当进行注重画面中心的局部特写时，观感体验得以飞跃。所述的聚焦镜片群包括：具有负光焦度的第一镜片和具有正光焦度的第十六镜片。所述的聚焦镜片群中：所述的第十五镜片与第十六镜片的折射率之和为(3.80,4.05)。所述的第十六镜片的焦距与聚焦镜片群的整体焦距的比值为(-1.13,-0.87)。所述的聚焦镜片群结构，全部采用高折射率材料，压缩了镜头的聚焦行程长度。聚焦镜片群的作用是聚焦：当物距改变时，沿光轴方向调整聚焦镜片群的位置，可以实现镜头在不同放大或缩小倍率下的聚焦。所述的第二固定镜片群包括：具有正光焦度的第十七镜片、具有负光焦度的第十八镜片和具有正光焦度的第一镜片。所述的第二固定镜片群中：所述的第十八镜片与第十七镜片的折射率的比值为(1.07,1.30)。所述的第十七镜片与第十八镜片的焦距之和与第十九镜片的焦距的比值为(-0.794,0.833)。所述的第二固定镜片群结构中，将两块折射率差异较大的材料相胶合，用于调节各倍率的边缘视场入射光线角度，放大角度过大造成光线溢出无法被传感器收录。引入非球面镜片辅助改善了周边视场的像质水平。技术效果与现有技术相比，本实用新型将高倍率镜头的长变焦行程分摊为多个变焦群组的短变焦行程：镜头采用二、三群联动变焦、四群聚焦的结构，各个群组的变焦行程都较短，有一定重叠又互不干扰，有效地压缩了镜头的变焦行程，仅仅167mm的镜头总长达到了望远端等效焦距1200mm以上。但是，不同群组的移动行程相互重叠使得镜头光路的所有区域都变为行程范围，光圈无法固定和安装。本实用新型创造性地将镜头光圈设置在移动群组中，变焦过程中光圈组件镜头随三群共同移动，为驱动移动式光圈，特别制作了伸缩式的电路驱动元件。由于多群变焦的特殊性，相比于传统结构，长焦段在相同光圈大小时，光圈会随着三群向第一方向移动，从第一群组到达光圈位置的光程减小，前群镜片口径大大减小。通过精巧光路设计与结构布置在小体积内完成了高倍率变焦的目标。此外，本实用新型考虑色差的同时兼顾到光焦度分配。基于光学色差理论，部分凸透镜片使用了超低色散玻璃，剩余的凸透镜材料辅以超高折射率材料以保证光焦度，在负透镜上非常规地选用具有色散特性优秀的中高折射率材料尽可能地优化系统色差。经过反复的材料组合与替换，真正实现了全焦段的红外共焦。为了提升镜头在各倍率下的成像质量，本实用新型将高折射率玻璃与超低色散玻璃材料相配合的方式，降低各类光学像差的同时，有效地抑制了系统的色差。不同于传统单凹模造非球面工艺，在变焦移动群组中，首次采用了多枚双凹超低色散玻璃材料的非球面设计，利用材料的异常色散特性镜头压缩周边视场的色差，多个凹面依次依次矫正了不同倍率的场曲，极大地改善了广角端与望远端不能兼得的问题。本实用新型采用了单反镜头才会使用的多叶片虹彩光圈，叶片数量高达十枚，规避了常规猫眼光圈在口径缩小时真圆度不高的缺陷，使得各个状态下弧矢方向与子午方向的像质达到平衡均一的效果。一般的变焦镜头多以正光焦度的群组来聚焦，其特点在于聚焦曲线简单、聚焦行程短；得益于多群联动变焦带来的充足空间余量，本实用新型使用了负群聚焦的结构，用长调焦区域来弥补近距离拍摄中的像质损失，得到了较好的效果。从广角端至不论是大视场角的观测或者是近距离细节的抓取，都达到了4K级的色彩还原度和细节再现能力。附图说明图1为实施例1的光学结构示意图；图中箭头表示表示从广角端到望远端过程中，变焦群和聚焦群的移动轨迹；图2为实施例1镜头的广角端相对于d线的各像差图；图3为实施例1镜头的望远端相对于d线的各像差图；图4为实施例2的光学结构示意图；图中箭头表示表示从广角端到望远端过程中，变焦群和聚焦群的移动轨迹；图5为实施例2镜头的广角端相对于d线的各像差图；图6为实施例2镜头的望远端相对于d线的各像差图；图中：G1第一镜片群、G2第一变焦镜片群、G3第二变焦镜片群、G4聚焦镜片群、G5第五镜片群、L1～L19第一至第十九透镜、STP孔径光阑、IMG成像面、CG保护玻璃、ICF第一滤光片。具体实施方式实施例1如图1所示，本实施例从物侧到像侧依次包括具有正光焦度的第一固定镜片群G1、具有负光焦度的第一变焦镜片群G2、孔径光阑STP、具有正光焦度的第二变焦镜片群G3、具有负光焦度的聚焦镜片群G4、具有正光焦度的第二固定镜片群G5和滤光片ICF，通过第一变焦镜片群沿着光轴从物体侧向像侧移动，同时第二变焦镜片群沿光轴移动，镜片组在光轴上的位置与第一变焦镜片群的位置一一对应，从而实现从广角端向望远端的变倍；通过聚焦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。所述的第一固定镜片群G1包括：具有正光焦度的第一镜片L1、具有负光焦度的第二镜片L2、具有正光焦度的第三镜片L3、具有正光焦度的第四镜片L4、具有正光焦度的第五镜片L5。所述的第一固定镜片群G1结构中，使用了多枚超低色散玻璃，大幅收紧了镜头在望远端的红外色光与紫色光，使镜头可以获得更锐利的色彩体验；特别地，本实施例中具有负光焦度的第二镜片L2与具有正光焦度的第三镜片L3相胶合，通过镜片材料折射率与阿贝数的搭配，尽可能地保证了光学系统的周边色差过渡。所述的第一变焦镜片群G2包括：具有负光焦度的第六镜片L6、具有负光焦度的第七镜片L7、具有正光焦度的第八镜片L8和具有负光焦度的第九镜片L9。所述的第一变焦镜片群G2结构中，选用了高折射率材料，增大了镜片焦距，从传统结构的一群结构中分担了部分光焦度；对于双凹面进行非球面设计，各个凹面依次对应于优化光学系统从广角端到望远端的场曲，提升了全程变焦中的画质均一性；同时，部分超低色散玻璃，依然对系统的色差起到了重要的优化作用。第一变焦镜片群G2为主变焦群，通过与第二变焦镜片群G3配合的方式实现倍率的增大或减小。所述的第二变焦镜片群G3包括：具有正光焦度的第十镜片L10、具有负光焦度的第十一镜片L11、具有正光焦度的第十二镜片L12、具有负光焦度的第十三镜片L13和具有正光焦度的第十四镜片L14。所述的第二变焦镜片群G3结构中，采用了超低色散玻璃，与之前的效果类似地改善了镜头在广角端的全波段色光收差，确保镜头拥有优秀的色彩还原效果；多个负光焦度镜片与正光焦度镜片相胶合的结构，补足了群组所承担的光焦度。系统的孔径光阑STP是所有倍率中心光线发生发生大幅度曲折的位置，巧妙地在此采用了非球面设计，旨在提高全焦段中心区域的成像质量，当进行注重画面中心的局部特写时，观感体验得以飞跃。所述的聚焦镜片群G4包括：具有负光焦度的第一镜片L15和具有正光焦度的第十六镜片L16。所述的聚焦镜片群G4结构，全部采用高折射率材料，压缩了镜头的聚焦行程长度。聚焦镜片群G4的作用是聚焦：当物距改变时，沿光轴方向调整聚焦镜片群G4的位置，可以实现镜头在不同放大或缩小倍率下的聚焦。所述的第二固定镜片群G5包括：具有正光焦度的第十七镜片L17、具有负光焦度的第十八镜片L18和具有正光焦度的第一镜片L19。所述的第二固定镜片群G5结构中，将两块折射率差异较大的材料相胶合，用于调节各倍率的边缘视场入射光线角度，放大角度过大造成光线溢出无法被传感器收录。引入非球面镜片辅助改善了周边视场的像质水平。以下，示出关于实施例1的变焦透镜的各种数值数据。EFL＝5.75(广角端)～256.0(望远端)F数＝1.40(广角端)～4.54(望远端)表1显示了实施例1镜头的结构参数；表2显示了实施例1镜头的变焦参数；表3显示了实施例1的镜头非球面系数。图1是实施例1镜头的广角端相对于d线的各像差图；图2是实施例1镜头的望远端相对于d线的各像差图。表1实施例1镜头结构参数表2实施例1镜头变焦参数表面序号WTA0.6559.33B64.721.85C1.252.97D14.7317.31表3实施例1镜头非球面系数实施例2如图4所示，本实施里变焦透镜与实施例1相比，本实施例中具有负光焦度的第二镜片L2与具有正光焦度的第一镜片L1相胶合，通过镜片材料折射率与阿贝数的搭配，尽可能地保证了光学系统的周边色差过渡。以下，示出关于实施例2的变焦透镜的各种数值数据。EFL＝6.40(广角端)～265.0(望远端)F数＝1.51(广角端)～4.58(望远端)表1显示了实施例2镜头的结构参数；表2显示了实施例2镜头的变焦参数；表3显示了实施例2的镜头非球面系数。图3是实施例2镜头的广角端相对于d线的各像差图；图4是实施例2镜头的望远端相对于d线的各像差图。表1实施例2镜头结构参数表2实施例2镜头变焦参数表面序号WTA0.8561.20B65.821.60C1.052.51D14.7317.14表3实施例2镜头非球面系数上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。当前第1页1 2 3