变焦镜头

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。

背景技术

随着网络速度的提升，高品质高分辨率的图像能进行快速地传输，因此对安防领域光学镜头的成像质量提出更高的要求。比如，镜头的解像力、变焦范围等方面均有了更高的指标。现有技术中的监控普遍无法做到大像面、大倍率与小体积兼容，且大像面的监控镜头大多是定焦镜头，在监控距离发生变化时难以控制，且体积较大，在不同焦距段的光学畸变变化较大，分辨率较低(多为1080P，像素点数200万)，已经不足以满足当前逐渐普及的人脸识别、车牌识别等人工智能相关领域的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变焦镜头。

为实现上述发明目的，本发明提供一种变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一固定群、第一变焦群、光阑、第二固定群、第二变焦群和聚焦群，所述第一变焦群和所述第二变焦群可沿光轴移动完成所述变焦镜头从广角到长焦的变化，所述聚焦群用于通过沿光轴移动来校正变倍过程中像面的移动。

根据本发明的一个方面，所述第一固定群、所述第二固定群和所述第二变焦群具有正光焦度，所述第一变焦群和所述聚焦群具有负光焦度。

根据本发明的一个方面，所述第一固定群包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜和具有正光焦度的第四透镜，所述第一透镜和所述第二透镜胶合形成胶合镜组。

根据本发明的一个方面，所述第一变焦群包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜、具有正光焦度的第八透镜和具有负光焦度的第九透镜；

所述第七透镜和所述第八透镜胶合形成胶合镜组，或者，所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜胶合形成胶合镜组。

根据本发明的一个方面，所述第二固定群包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第十透镜、具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜、具有负光焦度的第十三透镜、具有正光焦度的第十四透镜和具有负光焦度的第十五透镜。

根据本发明的一个方面，所述第二固定群至少包含一个由三枚透镜组成的胶合镜组。

根据本发明的一个方面，所述第二变焦群包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第十六透镜、具有负光焦度的第十七透镜和具有正光焦度的第十八透镜。

根据本发明的一个方面，所述聚焦群包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第十九透镜、具有负光焦度的第二十透镜和具有正光焦度的第二十一透镜。

根据本发明的一个方面，所述聚焦群至少包含一个由两枚透镜组成的胶合镜组。

根据本发明的一个方面，所述第一变焦群、所述第二固定群、所述第二变焦群和所述聚焦群中各至少包含一枚玻璃或塑胶非球面透镜。

根据本发明的一个方面，还包括位于所述聚焦群像侧的保护玻璃。

根据本发明的一个方面，所述第一固定群的焦距f1与所述变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：2≤f1/fw≤10。

根据本发明的一个方面，所述第一变焦群的焦距f2与所述变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：-3≤f2/fw≤-1。

根据本发明的一个方面，所述第二固定群的焦距f3与所述变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：3≤f3/fw≤6.8。

根据本发明的一个方面，所述第二变焦群的焦距f4与所述变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：1.3≤f4/fw≤3.78。

根据本发明的一个方面，所述聚焦群的焦距f5与所述变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：-4.93≤f5/fw≤-2.94。

根据本发明的一个方面，所述光阑的位置满足关系式：

0.41≤L

其中，L

根据本发明的一个方面，所述第一变焦群从广角端到长焦端移动的距离D1与所述变焦镜头的光学总长TTL满足以下关系：0.2≤D1/TTL≤0.3。

根据本发明的一个方面，所述第二变焦群从广角端到长焦端移动的距离D2与所述变焦镜头的光学总长TTL满足以下关系：0.08≤D2/TTL≤0.13。

根据本发明的一个方面，所述第十四透镜的折射率Nd

所述第十四透镜的折射率Nd

根据本发明的方案，提供一种可以应用于安防领域的大像面、高分辨率的大变倍比(17倍)连续变焦镜头，本发明的镜头针对大像面、大变倍比进行优化，能够实现高分辨率、小畸变、大像面与小体积相结合，并可配合大变倍比，全焦段分辨率达到4K，适用于1/1.2”等大靶面、高分辨率芯片，从而能适应监控距离存在较大变化的领域，并且具有高质量的成像效果。同时，本发明针对全焦段矫正畸变，全焦段畸变小于10％，可以更好地应用于人脸识别等人工智能领域。

根据本发明的一个方案，变焦镜头具有两个固定群、两个变焦群和一个聚焦群，如此，两个变焦群和一个聚焦群使镜头更容易实现大倍率。其中，变焦群主要用于变倍，聚焦群用于矫正补偿变倍过程中产生的像面偏移。另外，通过合理设置这些透镜群组的排列位置、正负性以及个群组焦距与镜头广角端焦距的关系，可以实现大变倍率、大靶面与小体积的兼容。

根据本发明的一个方案，通过合理设置两个固定群和两个变焦群的透镜组成和各透镜的正负性，并在透镜群中合理设置胶合镜组，两个变焦群相互联动，实现小体积、大倍率的变焦。

根据本发明的一个方案，通过合理设置聚焦群的透镜组成及各透镜的正负性，并使第二固定群中至少具备一个三胶合镜组。从而可以在矫正像差的同时，还能保证镜头的组装性。

根据本发明的一个方案，在聚焦群中设置至少一个双胶合镜组，并使除第一固定群以外的其他各群组中至少包含一枚玻璃或塑料非球面透镜，从而实现玻塑混合搭配，矫正高低温产生的离焦量，使高低温状态下不需重新对焦仍然保持与常温相当的解像力。

根据本发明的一个方案，通过使光阑的位置满足一定条件，可以使变焦镜头的总长较短。

根据本发明的一个方案，通过合理设置两个变焦群从广角端到长焦端移动的距离与镜头总长的关系，可以减小变焦镜头组成的摄像装置体积过大的可能。

附图说明

图1示意性表示本发明的第一种实施方式的变焦镜头的结构图；

图2示意性表示本发明的第一种实施方式的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端MTF图；

图3示意性表示本发明的第一种实施方式的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm的广角端Through-Focus-MTF图；

图4示意性表示本发明的第二种实施方式的变焦镜头的结构图；

图5示意性表示本发明的第二种实施方式的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端MTF图；

图6示意性表示本发明的第二种实施方式的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm的广角端Through-Focus-MTF图；

图7示意性表示本发明的第三种实施方式的变焦镜头的结构图；

图8示意性表示本发明的第三种实施方式的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端MTF图；

图9示意性表示本发明的第三种实施方式的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm的广角端Through-Focus-MTF图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

参见图1，本发明的变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一固定群G1、第一变焦群G2、光阑STOP、第二固定群G3、第二变焦群G4和聚焦群G5，还包括位于聚焦群G5像侧的保护玻璃CG。其中，第一变焦群G2和第二变焦群G4可沿光轴移动完成变焦镜头从广角到长焦的变化，聚焦群G5则用于通过沿光轴移动来校正变倍引起的像面的移动。其中，第一固定群G1、第二固定群G3和第二变焦群G4具有正光焦度，第一变焦群G2和聚焦群G5具有负光焦度。本发明中，第一固定群G1的焦距f1与变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：2≤f1/fw≤10。第一变焦群G2的焦距f2与变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：-3≤f2/fw≤-1。第二固定群G3的焦距f3与变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：3≤f3/fw≤6.8。第二变焦群G4的焦距f4与变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：1.3≤f4/fw≤3.78。聚焦群G5的焦距f5与变焦镜头广角端的焦距fw满足以下关系：-4.93≤f5/fw≤-2.94。满足上述设置，使得本发明的变焦镜头可以实现大变倍率、大靶面与小体积的兼容。

本发明中，第一固定群G1包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3和具有正光焦度的第四透镜L4。其中，第一透镜L1和第二透镜L2胶合形成胶合镜组，实现长焦端像差矫正。第一变焦群G2包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度的第五透镜L5、具有正光焦度的第六透镜L6、具有负光焦度的第七透镜L7、具有正光焦度的第八透镜L8和具有负光焦度的第九透镜L9。其中，第七透镜L7和第八透镜L8胶合形成双胶合镜组，或者，第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8胶合形成三胶合镜组。第二固定群G3包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第十透镜L10、具有负光焦度的第十一透镜L11、具有正光焦度的第十二透镜L12、具有负光焦度的第十三透镜L13、具有正光焦度的第十四透镜L14和具有负光焦度的第十五透镜L15。第二变焦群G4包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第十六透镜L16、具有负光焦度的第十七透镜L17和具有正光焦度的第十八透镜L18。满足上述设置，可以使得第二变焦群G4与第一变焦群G2联动，从而实现实现小体积、大倍率的变焦。

本发明中，聚焦群G5包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第十九透镜L19、具有负光焦度的第二十透镜L20和具有正光焦度的第二十一透镜L21。并且，第二固定群G3至少包含一个由三枚透镜组成的胶合镜组，即至少包含一枚三胶合镜组。这样，在矫正像差的同时，还容易保证镜头的组装性。

本发明中，聚焦群G5至少包含一个由两枚透镜组成的胶合镜组，即至少包含一枚双胶合镜组。并且，第一变焦群G2、第二固定群G3、第二变焦群G4和聚焦群G5中各至少包含一枚玻璃或塑胶非球面透镜。这样，变焦镜头采用玻塑混合的透镜搭配，可以矫正高低温产生的离焦量，使高低温状态下不需重新对焦仍然保持与常温相当的解像力。

本发明中，光阑STOP的位置满足关系式：0.41≤L

本发明中，第一变焦群G2从广角端到长焦端移动的距离D1与变焦镜头的光学总长TTL满足以下关系：0.2≤D1/TTL≤0.3。并且，第二变焦群G4从广角端到长焦端移动的距离D2与变焦镜头的光学总长TTL满足以下关系：0.08≤D2/TTL≤0.13。从而可以减小变焦镜头组成的摄像装置的体积过大的可能。

本发明中，第十四透镜L14的折射率Nd

综上所述，本发明的变焦镜头使用了塑胶材质的非球面透镜，从而降低了生产成本。并且，镜头中只使用了两枚玻璃非球面透镜，使得镜头敏感度降低，镜片易于加工，镜头组装良率大大增加。另外，本发明的变焦镜头能够实现高分辨率，搭配13mm的1/1.2"的CMOS，全焦段可以达800万分辨率。通过采用玻塑混合相互搭配的方案，不仅使本发明的变焦镜头像差得到有效的校正，还能使本发明的变焦镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。本发明的变焦镜头还可实现广角端(非恒定光圈)FNO≤1.6，变倍比大于17X的大变焦范围，不仅可以日夜两用，而且克服了大相对孔径、日夜共焦、小畸变、高低温虚焦和解像力之间的矛盾，从而增加了镜头的使用场合及环境条件范围，提升镜头产品的品质及竞争力。

以下以三组实施方式来具体说明本发明的变焦镜头。在下列各实施方式中，利用S1、S2、…、SN来表示各透镜以及平板玻璃CG的面，物面记为OBJ，光阑记为STOP，像面记为IMA，胶合镜组的胶合面记为一面。非球面公式如下：

式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；A

具体符合上述条件式的各实施方式的参数如下表1所示：

表1

第一种实施方式

参见图1，在本实施方式中，第一变焦群G2中的第七透镜L7和第八透镜L8胶合形成双胶合镜组；第二固定群G3中的第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13胶合形成三胶合镜组，第十四透镜L14和第十五透镜L15胶合形成双胶合镜组；聚焦群G5中的第十九透镜L19和第二十透镜L20胶合形成双胶合镜组。其中，第九透镜L9和第二十一透镜L21为塑料，第十透镜L10和第十六透镜L16为玻璃非球面。

本实施方式中的变焦镜头的透镜的各参数包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表2所示：

表2

本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表3所示：

表3

其中，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为二阶、四阶、六阶、八阶和十阶的非球面系数。

各个透镜群于变焦镜头广角端和望远端的距离如下表4所示：

表4

其中，D1表示自第一固定群G1的像侧至第一变焦群G2的物测的距离、D2表示自第二镜片群G2的像侧至光阑STOP的物测的距离、D3表示自第二固定群G3的像侧至第二变焦群G4的物测的距离、D4表示自第二变焦群G4的像侧至聚焦群G5的物测的距离，D5表示自聚焦群G5的像侧至保护玻璃CG的物测的距离。其中，D1、D2、D3、D4、D5依广角端和望远端有所不同。

结合图2和图3可知，本实施方式的变焦镜头在实现大光圈大像面的同时，保持较好的解像力，矫正380-940之间的位置色差和倍率色差，实现全4K分辨率，镜头尺寸小，像面大，适用1/1.2”芯片，光圈大，适用于低照度场景，大倍率的光学变焦。

第二种实施方式

参见图4，在本实施方式中，第一变焦群G2中的第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8胶合形成三胶合镜组；第二固定群G3中的第十一透镜L11和第十二透镜L12胶合形成双胶合镜组，第十三透镜L13、第十四透镜L14和第十五透镜L15胶合形成三胶合镜组；聚焦群G5中的第十九透镜L19和第二十透镜L20胶合形成双胶合镜组。其中，第九透镜L9和第二十一透L21镜为塑料，第十透镜L10和第十六透镜L16为玻璃非球面。

本实施方式中的变焦镜头的透镜的各参数包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表5所示：

表5

本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表6所示：

表6

其中，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为二阶、四阶、六阶、八阶和十阶的非球面系数。

各个透镜群于变焦镜头广角端和望远端的距离如下表7所示：

表7

其中，D1表示自第一固定群G1的像侧至第一变焦群G2的物测的距离、D2表示自第二镜片群G2的像侧至光阑STOP的物测的距离、D3表示光阑的像侧至第二固定群G3的物测的距离、D4表示自第二固定群G3的像侧至第二变焦群G4的物测的距离、D5表示自第二变焦群G4的像侧至聚焦群G5的物测的距离。其中，D1、D2、D3、D4、D5依广角端和望远端有所不同。

结合图5和图6可知，本实施方式的变焦镜头在实现大光圈大像面的同时，保持较好的解像力，矫正380-940之间的位置色差和倍率色差，实现全4K分辨率，镜头尺寸小，像面大，适用1/1.2”芯片，光圈大，适用于低照度场景，大倍率的光学变焦。

第三种实施方式

参见图7，在本实施方式中，第一变焦群G2中的第七透镜L7和第八透镜L8胶合形成双胶合镜组；第二固定群G3中的第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13胶合形成三胶合镜组，第十四透镜L14和第十五透镜L15胶合形成双胶合镜组；聚焦群G5中的第十九透镜L19和第二十透镜L20胶合形成双胶合镜组。其中，第九透镜L9和第二十一透镜L21为塑料，第十透镜L10和第十六透镜L16为玻璃非球面。

本实施方式中的变焦镜头的透镜的各参数包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表8所示：

表8

本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表9所示：

表9

其中，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为二阶、四阶、六阶、八阶和十阶的非球面系数。

各个透镜群于变焦镜头广角端和望远端的距离如下表10所示：

表10

其中，D1表示自第一固定群G1的像侧至第一变焦群G2的物测的距离、D2表示自第二镜片群G2的像侧至光阑的物测的距离、D3表示光阑的像侧至第二固定群G3的物测的距离、D4表示自第二固定群G3的像侧至第二变焦群G4的物测的距离、D5表示自第二变焦群G4的像侧至聚焦群G5的物测的距离。其中，D1、D2、D3、D4、D5依广角端和望远端有所不同。

结合图8和图9可知，本实施方式的变焦镜头在实现大光圈大像面的同时，保持较好的解像力，矫正380-940之间的位置色差和倍率色差，实现全4K分辨率，镜头尺寸小，像面大，适用1/1.2”芯片，光圈大，适用于低照度场景，大倍率的光学变焦。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。