CN106125268A - 一种液体透镜变焦镜头及包括其的摄像仪器 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的液体透镜变焦镜头及包括其的摄像仪器，液体透镜变焦镜头包括：从物侧至像侧顺序排布的具有负光焦度的第一透镜固定组、第一调焦组、具有正光焦度的第二透镜固定组、第二调焦组、具有正光焦度的第三透镜固定组、第三调焦组以及具有正光焦度的第四透镜固定组，其中，第一透镜固定组、第二透镜固定组、第三透镜固定组以及第四透镜固定组分别包括至少一个透镜，第一调焦组、第二调焦组以及第三调焦组分别具有一个液体透镜。

Description

一种液体透镜变焦镜头及包括其的摄像仪器
技术领域
本发明涉及一种摄像镜头以及包括其的摄像仪器，尤其涉及一种液体透镜变焦镜头和包括其的摄像仪器。
背景技术
近年来，变焦光学***在照相机、摄像机、显微镜、望远镜、分光光度计等设备中起着至关重要的作用，焦距的变化可以通过透镜的移动、折射率的变化或者透镜形状的改变来实现。液体透镜就是基于透镜形状的改变来实现焦距变化，具有体积小、反应速度快、耗电量少、高精确度等优点，为医学影像、网络摄影机或工业用内视镜等领域的自动对焦及变焦方案提供了更理想的选择。在具自动对焦功能的传统镜头上，需要透过机械装置移动镜组来对焦，但液体透镜不需要透过复杂的机械装置即能够自动对焦，利用的原理就如同人的眼睛一样。与传统的自动对焦镜头相比，使用液体透镜的镜头因为少了移动的机械结构，不但不易因碰撞或机械磨损而损坏，寿命较传统镜头更长，而且体积更小、反应速度也更快。因而需要基于液体透镜的光学设计以满足成像需求。
发明内容
本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于通过改变液体透镜的折射率或者形状来实现变焦目的，提供一种具有全新的变焦方式的液体透镜变焦镜头。
本发明采用了以下技术方案：
一种液体透镜变焦镜头，其特征在于，包括：从物侧至像侧顺序排布的具有负光焦度的第一透镜固定组、第一调焦组、具有正光焦度的第二透镜固定组、第二调焦组、具有正光焦度的第三透镜固定组、第三调焦组以及具有正光焦度的第四透镜固定组，其中，第一透镜固定组、第二透镜固定组、第三透镜固定组以及第四透镜固定组分别包括至少一个透镜，第一调焦组、第二调焦组以及第三调焦组分别具有一个液体透镜。
本发明提供的液体透镜变焦镜头，还可以具有这样的特征：其中，第一透镜固定组和第三透镜固定组分别包括一个透镜。
本发明提供的液体透镜变焦镜头，还可以具有这样的特征：其中，透镜为球面透镜。
本发明提供的液体透镜变焦镜头，还可以具有这样的特征，还包括：光阑，该光阑设置在第二调焦组与第三透镜固定组的光路之间。
本发明提供的液体透镜变焦镜头，还可以具有这样的特征：其中，第二透镜固定组和第四透镜固定组均为双胶合透镜。
本发明提供的液体透镜变焦镜头，还可以具有这样的特征：其中，液体透镜变焦镜头的像面尺寸为1/3英寸CCD。
本发明提供的液体透镜变焦镜头，还可以具有这样的特征：其中，液体透镜变焦镜头满足5＜(vmax-vmin)＜60的条件，vmax及vmin分别是液体透镜变焦镜头中透镜的最大阿贝数和最小阿贝数。
本发明提供的液体透镜变焦镜头，还可以具有这样的特征：其中，液体透镜变焦镜头满足TTL/FW＜25和FS/FW＝6的条件，式中,TTL为液体透镜变焦镜头的整体长度，FW为液体透镜变焦镜头在广角状态的焦距，FS为液体透镜变焦镜头在长焦状态的焦距，还满足广角端F数5、望远端F数7，短焦视场角120°的条件,F为f/d,f为液体透镜变焦镜头的焦距，d为入射光瞳直径。
本发明提供的液体透镜变焦镜头，还可以具有这样的特征：其中，液体透镜变焦镜头满足nmax-nmin＞0.5的条件，nmax、nmin分别为液体透镜变焦镜头中透镜的最大折射率和最小折射率。
本发明还提供一种包括上述液体透镜变焦镜头的摄像仪器，其特征在于：其中，摄像仪器为照相机、摄像机、显微镜、望远镜、分光光度计中的任意一种。
发明作用与效果
根据本发明提供的液体透镜变焦镜头，基于三组液体透镜变焦镜头光学设计，通过添加固定组，实现6倍变焦且有效矫正像差，满足清晰成像要求；同时基于三组液体透镜的光学设计，充分利用液体透镜自身互相矫正像差的特点矫正像差，具有固定组结构简单，镜片数目少；***允许装配公差相对较大；所有镜片均使用球面，加工成本低等优势。
附图说明
图1为本发明实施例的液体透镜变焦镜头在广角端的结构示意图结构示意图；
图2图1为本发明实施例的液体透镜变焦镜头在望远端的结构示意图结构示意图；
图3为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在广角端的场曲特性曲线图；
图4为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在广角端的畸变特性曲线图；
图5为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在广角端的MTF曲线图；
图6为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在望远端的场曲特性曲线图；
图7为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在望远端的畸变特性曲线图；
图8为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在望远端的MTF曲线图。
具体实施方式
实施例
以下结合附图来说明本发明的实施例的具体实施方式。
图1为本发明实施例的液体透镜变焦镜头在广角端的结构示意图结构示意图；
图2为本发明实施例的液体透镜变焦镜头在望远端的结构示意图结构示意图。
如图1和图2所示，液体透镜变焦镜头100包括从物侧至像侧顺序排布第一透镜固定组10、第一调焦组20、第二透镜固定组30、第二调焦组40、光阑50、第三透镜固定组60、第三调焦组70以及第四透镜固定组80。
第一固定透镜组10包括一个具有负光焦度的球面透镜，其用于扩大液体透镜变焦镜头100在广角端的视场角。
第二固定透镜组30为具有正焦光度的双胶合透镜，用于改善光线经过液体透镜变焦镜头100产生的色差。
光阑50用于限制光束的大小，光阑的大小在变焦过程中在3mm至6.5mm之间变化。
第三固定透镜组60包括一个具有正光焦度的球面透镜，靠近光阑，可以有效矫正场曲等轴外像差。
第四固定透镜组80为具有正光焦度的双胶合透镜，用于改善光线经过液体透镜变焦镜头100产生的色差，保证像高，矫正剩余像差。
第一调焦组20位于第一固定透镜10组和第二固定透镜组30之间，第二调焦组40位于第二固定透镜组30和光阑50之间，第三调焦组70位于第三调焦组60和第四调焦组80之间。第一调焦组20、第二调焦组40以及第三调焦组70均为液体透镜，可以通过改变液体表面的曲率实现自身焦距变化，从而实现液体透镜变焦镜头100的变倍比变化，即最长焦和最短焦之比的变化。本实施例采用电润湿法的液体透镜，该液体透镜是液体透镜是由两种互不相溶且具有不同折射率的液体组成，把两者装在一个一端有透明盖板的短管里面，管的内壁和另一端的盖板上都涂有疏水性材料，这使得水溶液由于表面张力的作用向没有疏水性材料的一端弯曲成了一个半球状，通过在两片电极上加直流电压，使液面曲率发生改变，从而改变透镜的焦距,其变焦原理类似于人眼的聚焦机理。从光学性能上说，液体透镜的焦距是可以在使用过程中连续发生变化的。两种液体的接触表面的形变能力是影响液体透镜自身变焦能力的关键因素，而由于液体透镜口径的尺寸大小限制及两种液体接触的光学表面的形变能力有限，导致变焦***的倍率变化范围受到限制，进而导致光学设计人员对液体透镜变焦镜头100的***设计成为摄像成像***的一大难点，本实例采用的液体透镜口径大小为5mm，光焦度变化范围为-0.02mm～0.02mm。本实施例中第一变焦组20的液体透镜为变焦用，第二变焦组40的液体透镜为补偿用，第三变焦组70的液体透镜既能够辅助第一变焦组变焦，又能够矫正像差。
图1和图2分别为液体透镜在短焦和长焦状态下液体间的表面形状组合形式，本实施例通过改变施加于液体透镜的电压，可以改变三组液体透镜的焦距，从而使整个***完成变焦距功能。变焦范围完全由液体透镜焦距变化范围决定。三组液体透镜焦距变化，液体交界球面曲率变化，利用三组液体透镜自身矫正像差。图1和图。
本实施例的液体透镜变焦镜头100，满足以下条件：
1.TTL/fw<25，TTL是该液体透镜变焦镜头的镜头总长，fw为该液体透镜变焦镜头在广角端的焦距,这样能实现镜头结构紧凑的要求；
2.FS/FW＝6,保证基于液体透镜变焦镜头变倍比达到6倍,FW为液体透镜变焦镜头在广角状态的焦距，FS为液体透镜变焦镜头在长焦状态的焦距；
3.液体透镜变焦镜头100的像面采用1/3英寸CCD，成像范围较大。
液体透镜变焦镜头100的各透镜组还需要满足表1～2所列的条件：
表1
参数 广角端 望远端
EFFL 5.19mm 31.16mm
WFNO 4.99 7.05
视场角 120° 5.50°
像高 3mm 3mm
表1中，EFFL表示：有效焦距；
WFNO表示：F数，即f/d,f为液体透镜变焦镜头的焦距，d为入射光瞳直径。
表2
对本实施例的液体透镜变焦镜头100的变焦能力分析如下：
图3为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在广角端的场曲特性曲线图；
图4为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在广角端的畸变特性曲线图；
图5为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在广角端的MTF曲线图；
图6为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在望远端的场曲特性曲线图；
图7为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在望远端的畸变特性曲线图；
图8为本发明的实施例中液体透镜变焦镜头在望远端的MTF曲线图。
在广角端的像差特性曲线如图3到5所示，在望远端的像差特性曲线分别如图6到8所示。变焦镜头在广角端时，其液体透镜结构如图1所示，固定组不变；变焦镜头在望远端时，其液体透镜结构如图2所示，固定组不变。变焦镜头在广角端时，视场角为120°，导致此时***畸变略大，但场曲扔保持在-0.10mm-0.10mm范围内。而此时基于衍射的多色调制传递函数(MTF)如图5所示，最大空间频率为100周期/mm，最低的MTF值扔保持30％以上，最低相对照度约为71％。这样给定约6mm的图像直径和对探测器的选择可以达到常规的分辨率要求。变焦摄像镜头在望远端时，图6总的子午场曲值(T)和弧矢场曲值(S)均控制在(-0.20mm～0.20mm)范围内，图7可见，畸变在2％以内，图8的光学传递函数(MTF)中，最低的MTF值约为30％，最低相对照度约为86％。变焦摄像镜头在广角端、中间端及望远端的最低相对照度，对于现有技术的探测器而言是可以被接受的。由此可见，变焦摄像镜头的像差均能被很好的校正。
实施例的作用与效果
根据本实施例提供的液体透镜变焦镜头，基于三组液体透镜变焦镜头光学设计，通过添加固定组，实现6倍变焦且有效矫正像差，满足清晰成像要求。同时基于三组液体透镜的光学设计，充分利用液体透镜自身互相矫正像差的特点矫正像差，具有固定组结构简单，镜片数目少；***允许装配公差相对较大；所有镜片均使用球面，加工成本低等优势；
又由于本实施例的TTL/fw<25，这样能实现液体透镜变焦镜头结构紧凑的要求。
尽管上面对本发明说明书的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种液体透镜变焦镜头，其特征在于，包括：
从物侧至像侧顺序排布的具有负光焦度的第一透镜固定组、第一调焦组、具有正光焦度的第二透镜固定组、第二调焦组、具有正光焦度的第三透镜固定组、第三调焦组以及具有正光焦度的第四透镜固定组，
其中，所述第一透镜固定组、所述第二透镜固定组、所述第三透镜固定组以及所述第四透镜固定组分别包括至少一个透镜，
所述第一调焦组、所述第二调焦组以及所述第三调焦组分别具有一个液体透镜。
2.如权利要求1所述的液体透镜变焦镜头，其特征在于：
其中,所述第一透镜固定组和所述第三透镜固定组分别包括一个透镜。
3.如权利要求1所述的液体透镜变焦镜头，其特征在于：
其中，所述透镜为球面透镜。
4.如权利要求1所述的液体透镜变焦镜头，其特征在于，还包括：
光阑，该光阑设置在所述第二调焦组与所述第三透镜固定组的光路之间。
5.如权利要求1所述的液体透镜变焦镜头，其特征在于：
其中，所述第二透镜固定组和所述第四透镜固定组均为双胶合透镜。
6.如权利要求1所述的液体透镜变焦镜头，其特征在于：
其中，所述液体透镜变焦镜头的像面尺寸为1/3英寸CCD。
7.如权利要求1所述的液体透镜变焦镜头，其特征在于：
其中，所述液体透镜变焦镜头满足5＜(vmax-vmin)＜60的条件，
vmax及vm i n分别是液体透镜变焦镜头中透镜的最大阿贝数和最小阿贝数。
8.如权利要求1所述的液体透镜变焦镜头，其特征在于：
其中，所述液体透镜变焦镜头满足TTL/FW＜25和FS/FW＝6的条件，
式中,TTL为所述液体透镜变焦镜头的整体长度，FW为所述液体透镜变焦镜头在广角状态的焦距，FS为所述液体透镜变焦镜头在长焦状态的焦距，
还满足广角端F数5、望远端F数7，短焦视场角120°的条件,
F为f/d,f为所述液体透镜变焦镜头的焦距，d为入射光瞳直径。
9.如权利要求1所述的液体透镜变焦镜头，其特征在于：
其中，所述液体透镜变焦镜头满足nmax-nmin＞0.5的条件，nmax、nmin分别为液体透镜变焦镜头中透镜的最大折射率和最小折射率。
10.一种包括如权利要求1至9所述的液体透镜变焦镜头的摄像仪器,其特征在于：
其中,所述摄像仪器为照相机、摄像机、显微镜、望远镜、分光光度计中的任意一种。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109471251A (zh) * 2019-01-10 2019-03-15 厦门爱劳德光电有限公司 一种内嵌液体透镜组件的近红外变焦镜头
CN110221418A (zh) * 2019-07-16 2019-09-10 厦门爱劳德光电有限公司 一种液体透镜组件前置的扫描用自动对焦镜头
WO2019205789A1 (zh) * 2018-04-23 2019-10-31 华为技术有限公司 一种透镜***、镜头、摄像头模组以及电子设备
CN110709746A (zh) * 2017-04-05 2020-01-17 康宁股份有限公司 液体透镜控制***和方法
US11570338B2 (en) 2019-09-27 2023-01-31 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Light-concentrating device, light-concentrating display screen, and mobile electric product

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101187726A (zh) * 2006-11-20 2008-05-28 奥林巴斯映像株式会社 变焦镜头及使用该变焦镜头的摄像装置
US20090034093A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Masahiro Katakura Two-unit zoom lens system and image pickup apparatus using the same
JP2011099924A (ja) * 2009-11-04 2011-05-19 Nikon Corp 変倍光学系、光学装置、変倍光学系の製造方法
CN102346293A (zh) * 2010-07-30 2012-02-08 株式会社尼康 变焦镜头、光学设备和用于制造变焦镜头的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101187726A (zh) * 2006-11-20 2008-05-28 奥林巴斯映像株式会社 变焦镜头及使用该变焦镜头的摄像装置
US20090034093A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Masahiro Katakura Two-unit zoom lens system and image pickup apparatus using the same
JP2011099924A (ja) * 2009-11-04 2011-05-19 Nikon Corp 変倍光学系、光学装置、変倍光学系の製造方法
CN102346293A (zh) * 2010-07-30 2012-02-08 株式会社尼康 变焦镜头、光学设备和用于制造变焦镜头的方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110709746A (zh) * 2017-04-05 2020-01-17 康宁股份有限公司 液体透镜控制***和方法
CN110709732A (zh) * 2017-04-05 2020-01-17 康宁股份有限公司 液体透镜控制***和方法
CN110709746B (zh) * 2017-04-05 2022-02-01 康宁股份有限公司 液体透镜控制***和方法
US11474284B2 (en) 2017-04-05 2022-10-18 Corning Incorporated Liquid lens control systems and methods
US11822100B2 (en) 2017-04-05 2023-11-21 Corning Incorporated Liquid lens control systems and methods
US11960104B2 (en) 2017-04-05 2024-04-16 Corning Incorporated Liquid lens feedback and control
WO2019205789A1 (zh) * 2018-04-23 2019-10-31 华为技术有限公司 一种透镜***、镜头、摄像头模组以及电子设备
CN109471251A (zh) * 2019-01-10 2019-03-15 厦门爱劳德光电有限公司 一种内嵌液体透镜组件的近红外变焦镜头
CN109471251B (zh) * 2019-01-10 2024-02-06 厦门爱劳德光电有限公司 一种内嵌液体透镜组件的近红外变焦镜头
CN110221418A (zh) * 2019-07-16 2019-09-10 厦门爱劳德光电有限公司 一种液体透镜组件前置的扫描用自动对焦镜头
CN110221418B (zh) * 2019-07-16 2023-11-28 厦门爱劳德光电有限公司 一种液体透镜组件前置的扫描用自动对焦镜头
US11570338B2 (en) 2019-09-27 2023-01-31 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Light-concentrating device, light-concentrating display screen, and mobile electric product

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