一种包含液体镜头的内对焦光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及镜头技术领域，具体涉及一种包含液体镜头的内对焦光学系统。


背景技术：

2.为实现可调物距改变聚焦位置，目前存在机械变焦的可变焦镜头和液体变焦的可变焦镜头，液体变焦的可变焦镜头也叫液体镜头，相对于机械变焦的可变焦镜头，液体镜头可以有效降低镜头体积，快速地通过控制液体镜头的电压来改变液体面的弧度来实现镜头的对焦功能。
3.但目前市面上搭配有液体镜头的内对焦光学镜头还存在着许多不足，如分辨率较低，像素损失，成像质量不佳；像面较小，无法支撑大像面的传感器；会被遮挡掉部分光线，造成相对照度下降，边缘偏暗；在不同物距下，镜头的后焦会产生偏移，造成成像质量下降，所以同一个镜头不能同时工作于多个不同物距。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种包含液体镜头的内对焦光学系统，用以解决上述存在的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种包含液体镜头的内对焦光学系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、液体镜头、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜及第十二透镜，所述第一透镜至第十二透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
7.所述第一透镜具正屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面；
8.所述第二透镜具负屈光率，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
9.所述第三透镜具负屈光率，所述第三透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
10.所述第四透镜具正屈光率，所述第四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
11.所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
12.所述第六透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
13.所述第七透镜具正屈光率，所述第七透镜的像侧面为凸面；
14.所述第八透镜具负屈光率，所述第七透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
15.所述第九透镜具正屈光率，所述第七透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
16.所述第十透镜具正屈光率，所述第十透镜的像侧面为凸面；
17.所述第十一透镜具负屈光率，所述第十一透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
18.所述第十二透镜具正屈光率，所述第十二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
19.该内对焦光学系统具有屈光率的透镜只有上述十二片。
20.优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第四透镜和第五透镜之间，所述第一透镜至第五透镜构成前透镜组，所述第六透镜至第十二透镜构成后透镜组。
21.优选地，该镜头符合下列条件式：1.5＜∣fl/f∣＜2.5，其中，fl为后透镜组的焦距值,f为系统的焦距值。
22.优选地，该镜头符合下列条件式：1.8＜nd5＜2.05，1.5＜nd6＜1.8，1.8＜nd12＜2.05，其中，nd5为第五透镜的折射率，nd6为第六透镜的折射率，nd12为第十二透镜的折射率。
23.优选地，所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：∣vd4-vd3∣＞20，其中，vd3为第三透镜的色散系数，vd4为第四透镜的色散系数。
24.优选地，所述第八透镜的像侧面与所述第九透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：∣vd8-vd9∣＞20，其中，vd8为第八透镜的色散系数，vd9为第九透镜的色散系数。
25.优选地，所述第十透镜的像侧面与所述第十一透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：∣vd10-vd11∣＞40，其中，vd10为第十透镜的色散系数，vd11为第十一透镜的色散系数。
26.优选地，该镜头符合下列条件式：0.8≤∣f5/f∣≤1.5，1≤∣f12/f∣≤2.2，其中，f5为第五透镜的焦距值，f12为第十二透镜的焦距值，f为系统的焦距值。
27.优选地，该镜头符合下列条件式：bfl/ttl≥0.12，其中，bfl为第十二透镜像侧面的中心至成像面在光轴上的距离，ttl为第一透镜物侧面的中心至成像面在光轴上的距离。
28.采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：
29.本实用新型沿物侧至像侧方向采用十二片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，液体镜头设置于第五透镜和第六透镜之间，使得光学系统在不同物距下均可实现超高分辨率，可搭载20m级传感器；设计像高大，可匹配1.1英寸以上的大传感器；相对照度高，拍摄画面亮度高，成像效果好；采用搭配液体镜头的方式进行自动调焦，不改变光学后焦，即可在不同物距下同时获得高解像，且工作物距范围广。
附图说明
30.图1为实施例一的结构示意图；
31.图2为实施例一中镜头在可见光435nm-656nm下的远物距mtf曲线图；
32.图3为实施例一中镜头在可见光435nm-656nm下的近物距mtf曲线图；
33.图4为实施例一中镜头在可见光546nm下的相对照度图；
34.图5为实施例二的结构示意图；
35.图6为实施例二中镜头在可见光435nm-656nm下的远物距mtf曲线图；
36.图7为实施例二中镜头在可见光435nm-656nm下的近物距mtf曲线图；
37.图8为实施例二中镜头在可见光546nm下的相对照度图；
38.图9为实施例三的结构示意图；
39.图10为实施例三中镜头在可见光435nm-656nm下的远物距mtf曲线图；
40.图11为实施例三中镜头在可见光435nm-656nm下的近物距mtf曲线图；
41.图12为实施例三中镜头在可见光546nm下的相对照度图。
42.附图标记说明：
43.第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11、第十二透镜12、液体镜头13、光阑14。
具体实施方式
44.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
45.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
46.在本说明书中所说的「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为r值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。r值可常见被使用于光学设计软件中，例如zemax或codev。r值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lensdatasheet)中。以物侧面来说，当r值为正时，判定为物侧面为凸面；当r值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当r值为正时，判定像侧面为凹面；当r值为负时，判定像侧面为凸面。
47.本实用新型公开了一种包含液体镜头的内对焦光学系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、液体镜头、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜及第十二透镜，所述第一透镜至第十二透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
48.所述第一透镜具正屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面的凹凸不限定；
49.所述第二透镜具负屈光率，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
50.所述第三透镜具负屈光率，所述第三透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
51.所述第四透镜具正屈光率，所述第四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
52.所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
53.所述第六透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
54.所述第七透镜具正屈光率，所述第七透镜物侧面的凹凸不限定、像侧面为凸面；
55.所述第八透镜具负屈光率，所述第七透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
56.所述第九透镜具正屈光率，所述第七透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
57.所述第十透镜具正屈光率，所述第十透镜物侧面的凹凸不限定、像侧面为凸面；
58.所述第十一透镜具负屈光率，所述第十一透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
59.所述第十二透镜具正屈光率，所述第十二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
60.该内对焦光学系统具有屈光率的透镜只有上述十二片。
61.优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述第四透镜和第五透镜之间，所述第一透镜至第五透镜构成前透镜组，所述第六透镜至第十二透镜构成后透镜组。
62.优选地，该镜头符合下列条件式：1.5＜∣fl/f∣＜2.5，其中，fl为后透镜组的焦距值,f为系统的焦距值，可以最大限度地利用液体镜头口径，增大镜头通光，提高相对照度。
63.优选地，该镜头符合下列条件式：1.8＜nd5＜2.05，1.5＜nd6＜1.8，1.8＜nd12＜2.05，其中，nd5为第五透镜的折射率，nd6为第六透镜的折射率，nd12为第十二透镜的折射率，通过不同折射率透镜的搭配，可以实现高分辨率。
64.优选地，所述第三透镜的像侧面与所述第四透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：∣vd4-vd3∣＞20，其中，vd3为第三透镜的色散系数，vd4为第四透镜的色散系数，通过高低色散材料的结合，有利于优化像差，提高像质。
65.优选地，所述第八透镜的像侧面与所述第九透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：∣vd8-vd9∣＞20，其中，vd8为第八透镜的色散系数，vd9为第九透镜的色散系数，通过高低色散材料的结合，有利于优化像差，提高像质。
66.优选地，所述第十透镜的像侧面与所述第十一透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：∣vd10-vd11∣＞40，其中，vd10为第十透镜的色散系数，vd11为第十一透镜的色散系数，通过高低色散材料的结合，有利于优化像差，提高像质。
67.优选地，该镜头符合下列条件式：0.8≤∣f5/f∣≤1.5，1≤∣f12/f∣≤2.2，其中，f5为第五透镜的焦距值，f12为第十二透镜的焦距值，f为系统的焦距值，通过合理地分配光焦度，可以提升系统的像质。
68.优选地，该镜头符合下列条件式：bfl/ttl≥0.12，其中，bfl为第十二透镜像侧面的中心至成像面在光轴上的距离，ttl为第一透镜物侧面的中心至成像面在光轴上的距离，通过控制镜头的光学后焦，有利于减轻镜头整体重量与成本，有利于减小cra，提升分辨率，提高相对照度。
69.下面将以具体实施例对本实用新型的内对焦光学系统进行详细说明。
70.实施例一
71.参考图1所示，本实施例公开了本实用新型公开了一种包含液体镜头的内对焦光学系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、液体镜头13、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11及第十二透镜12，所述第一透镜1至第十二透镜12各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
72.所述第一透镜1具正屈光率，所述第一透镜1的物侧面为凸面、像侧面的凹凸不限定；
73.所述第二透镜2具负屈光率，所述第二透镜2的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
74.所述第三透镜3具负屈光率，所述第三透镜3的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
75.所述第四透镜4具正屈光率，所述第四透镜4的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
76.所述第五透镜5具正屈光率，所述第五透镜5的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
77.所述第六透镜6具正屈光率，所述第五透镜6的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
78.所述第七透镜7具正屈光率，所述第七透镜7物侧面的凹凸不限定、像侧面为凸面；
79.所述第八透镜8具负屈光率，所述第七透镜8的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
80.所述第九透镜9具正屈光率，所述第七透镜9的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
81.所述第十透镜10具正屈光率，所述第十透镜10物侧面的凹凸不限定、像侧面为凸面；
82.所述第十一透镜11具负屈光率，所述第十一透镜11的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
83.所述第十二透镜12具正屈光率，所述第十二透镜12的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
84.该内对焦光学系统具有屈光率的透镜只有上述十二片。
85.优选地，该镜头还包括光阑14，所述光阑14设置于所述第四透镜4和第五透镜5之间，所述第一透镜1至第五透镜5构成前透镜组，所述第六透镜6至第十二透镜12构成后透镜组。所述第三透镜3的像侧面与所述第四透镜4的物侧面相互胶合，所述第八透镜8的像侧面与所述第九透镜9的物侧面相互胶合，所述第十透镜10的像侧面与所述第十一透镜11的物侧面相互胶合。
86.本具体实施例的详细光学数据如表1所示。
87.表1实施例一的详细光学数据
[0088][0089]
本具体实施例中，系统的焦距值f＝25mm，bfl＝16.12mm，fl＝38mm。镜头在可见光435nm-656nm下的远物距mtf曲线图请参阅图2，从图中可以看出该镜头的空间频率达200lp/mm时，中心对比度＞0.4，边缘对比度＞0.3，镜头在可见光435nm-656nm下的近物距mtf曲线图请参阅图3，从图中可以看出该镜头的空间频率达200lp/mm时，中心对比度＞0.3，边缘对比度＞0.2，可知，镜头在不同工作物距中，不改变光学后焦，通过改变液体镜头
的曲率半径，使得工作物距范围从80mm到500m，分辨率均可达200lp/mm。镜头在可见光546nm下的相对照度图请参阅图4，从图中可以看出边缘相对照度＞90％，像面中心与周边照度均匀，画面亮度高。
[0090]
实施例二
[0091]
配合图5至图8所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0092]
本具体实施例的详细光学数据如表2所示。
[0093]
表2实施例二的详细光学数据
[0094][0095][0096]
本具体实施例中，系统的焦距值f＝24.7mm，bfl＝16.32mm，fl＝58.1mm。镜头在可见光435nm-656nm下的远物距mtf曲线图请参阅图6，从图中可以看出该镜头的空间频率达200lp/mm时，中心对比度＞0.4，边缘对比度＞0.3，镜头在可见光435nm-656nm下的近物距mtf曲线图请参阅图7，从图中可以看出该镜头的空间频率达200lp/mm时，中心对比度＞0.3，边缘对比度＞0.2，可知，镜头在不同工作物距中，不改变光学后焦，通过改变液体镜头
的曲率半径，使得工作物距范围从80mm到500m，分辨率均可达200lp/mm。镜头在可见光546nm下的相对照度图请参阅图8，从图中可以看出边缘相对照度＞90％，像面中心与周边照度均匀，画面亮度高。
[0097]
实施例三
[0098]
配合图9至图12所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0099]
本具体实施例的详细光学数据如表3所示。
[0100]
表3实施例三的详细光学数据
[0101][0102][0103]
本具体实施例中，系统的焦距值f＝24.8mm，bfl＝14.93mm，fl＝43mm。镜头在可见光435nm-656nm下的远物距mtf曲线图请参阅图10，从图中可以看出该镜头的空间频率达200lp/mm时，中心对比度＞0.4，边缘对比度＞0.3，镜头在可见光435nm-656nm下的近物距mtf曲线图请参阅图11，从图中可以看出该镜头的空间频率达200lp/mm时，中心对比度＞0.3，边缘对比度＞0.2，可知，镜头在不同工作物距中，不改变光学后焦，通过改变液体镜头
的曲率半径，使得工作物距范围从80mm到500m，分辨率均可达200lp/mm。镜头在可见光546nm下的相对照度图请参阅图12，从图中可以看出边缘相对照度＞90％，像面中心与周边照度均匀，画面亮度高。
[0104]
表4是本实用新型三个实施例的相关重要参数的数值：
[0105]
表4各实施例的相关重要参数
[0106][0107][0108]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。