一种大变倍比变焦镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，具体而言，涉及一种大变倍比变焦镜头。

背景技术

由于定焦镜头的视场角固定，一款产品只能应用于特定场景，导致在许多场景下定焦镜头无法满足使用要求。大变倍比变焦镜头由于焦距连续可变，在一定范围内视场角也是连续可变的，可适应更多种的应用场景，因而越来越受市场青睐。现有的大变倍比的变焦镜头主要存在以下问题：镜头畸变大，无法满足视频通讯的要求；像质清晰度低；视场角小、监控盲点大；温漂量大，当温度过高或过低时，成像质量差；大都使用五组元机构，工艺性差且良率低。

鉴于此，本申请发明人发明了一种大变倍比变焦镜头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种畸变小、成像清晰且结构简单、安装方便的大变倍比变焦镜头。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大变倍比变焦镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的前固定组、变倍组、后固定组及补偿组，所述前固定组和后固定组的位置均固定，所述变倍组可沿光轴方向移动以调整镜头焦距，所述补偿组可沿光轴方向移动以补偿镜头在变焦过程中像面位置的偏移，所述变倍组靠近物侧的第一片透镜为矫正透镜，所述矫正透镜为非球面透镜，且其折射率nd>1.8。

进一步地，所述前固定组、变倍组、后固定组及补偿组的焦距分别为f1、f2、f3、f4，且满足：50mm

进一步地，所述变倍组与所述后固定组的间隔距离为T1，且0.72mm≤T1≤36mm。

进一步地，所述后固定组与所述补偿组的间隔距离为T2，且4.9mm≤T2≤3.71mm。

进一步地，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜，第七透镜、第八透镜、光阑、第九透镜、第十透镜、第十一透镜，第十二透镜、第十三透镜、第十四透镜，所述第一透镜至第十四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；

所述前固定组包括所述第一至第五透镜，其中，所述第一透镜具负屈光度，且第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第二透镜具正屈光度，且第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第三透镜具正屈光度，且第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第四透镜具正屈光度，且第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第五透镜具正屈光度，且第五透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述变倍组包括所述第六至第八透镜，其中，所述第六透镜为所述矫正透镜，所述第六透镜具负屈光度，且第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第七透镜具负屈光度，且第七透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面，所述第八透镜具正屈光度，且第八透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述后固定组包括第九至第十一透镜，其中，所述第九透镜具正屈光度，且第九透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第十透镜具正屈光度，且第十透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第十一透镜具负屈光度，且第十一透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述补偿组包括第十二至第十四透镜，其中，所述第十二透镜具正屈光度，且第十二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第十三透镜具负屈光度，且第十三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面，所述第十四透镜具正屈光度，且第十四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面胶合，所述第七透镜的像侧面与第八透镜的物侧面胶合。

进一步地，所述第一透镜、第二透镜、第六透镜、第九透镜的焦距分别为f

进一步地，该镜头满足：1.7

进一步地，所述第一透镜、第二透镜的折射率满足：|nd1-nd2|>0.3。

进一步地，该镜头满足：20

进一步地，所述第一透镜、第二透镜的色散系数满足：|vd1-vd2|>40。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1、本发明大变倍比变焦镜头其变倍组靠近物侧的第一片透镜采用高折射率的玻璃非球面透镜，保证全焦段光学畸变控制在10％以内，确保全焦段拍摄边缘变形量小；

2、使用13片玻璃+1片玻璃非球面结构，前固定组使用一组折射率差大于0.3的胶合片矫正轴外像差，使用四片低色散玻璃矫正长焦倍率色差，从而得到全焦段高清晰度画质；

3、使用四组元结构，结构简单、装配容易、良率提高、大批量工艺性好；

4、水平视场角超过80度，监控范围大，盲点小；

5、该镜头考虑不同环境温度的正负光焦度匹配，保证全焦段、不同温度条件均可以清晰成像。

附图说明

图1为本发明实施例1变焦镜头处于最短焦距时的光路图；

图2为本发明实施例1变焦镜头处于最长焦距时的光路图；

图3为本发明实施例1变焦镜头处于最短焦距时的MTF曲线图；

图4为本发明实施例1变焦镜头处于最长焦距时的MTF曲线图；

图5为本发明实施例1变焦镜头处于最短焦距时的焦移曲线图；

图6为本发明实施例1变焦镜头处于最长焦距时的焦移曲线图；

图7为本发明实施例1变焦镜头处于最短焦距时的横向色差图；

图8为本发明实施例1变焦镜头处于最长焦距时的横向色差图；

图9为本发明实施例1变焦镜头处于最短焦距时的畸变图；

图10为本发明实施例1变焦镜头处于最长焦距时的畸变图；

图11为本发明实施例2变焦镜头处于最短焦距时的光路图；

图12为本发明实施例2变焦镜头处于最长焦距时的光路图；

图13为本发明实施例2变焦镜头处于最短焦距时的MTF曲线图；

图14为本发明实施例2变焦镜头处于最长焦距时的MTF曲线图；

图15为本发明实施例2变焦镜头处于最短焦距时的焦移曲线图；

图16为本发明实施例2变焦镜头处于最长焦距时的焦移曲线图；

图17为本发明实施例2变焦镜头处于最短焦距时的横向色差图；

图18为本发明实施例2变焦镜头处于最长焦距时的横向色差图；

图19为本发明实施例2变焦镜头处于最短焦距时的畸变图；

图20为本发明实施例2变焦镜头处于最长焦距时的畸变图；

图21为本发明实施例3变焦镜头处于最短焦距时的光路图；

图22为本发明实施例3变焦镜头处于最长焦距时的光路图；

图23为本发明实施例3变焦镜头处于最短焦距时的MTF曲线图；

图24为本发明实施例3变焦镜头处于最长焦距时的MTF曲线图；

图25为本发明实施例3变焦镜头处于最短焦距时的焦移曲线图；

图26为本发明实施例3变焦镜头处于最长焦距时的焦移曲线图；

图27为本发明实施例3变焦镜头处于最短焦距时的横向色差图；

图28为本发明实施例3变焦镜头处于最长焦距时的横向色差图；

图29为本发明实施例3变焦镜头处于最短焦距时的畸变图；

图30为本发明实施例3变焦镜头处于最长焦距时的畸变图。

附图标记说明：

1-第一透镜、2-第二透镜、3-第三透镜、4-第四透镜、5-第五透镜、6-第六透镜，7-第七透镜、8-第八透镜、9-第九透镜、10-第十透镜、11-第十一透镜、12-第十二透镜、13-第十三透镜、14-第十四透镜、15-光阑、16-保护片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

这里所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述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(lens data sheet)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。

本发明公开了一种大变倍比变焦镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的前固定组、变倍组、后固定组及补偿组，所述前固定组和后固定组的位置均固定，所述变倍组可沿光轴方向移动以调整镜头焦距，所述补偿组可沿光轴方向移动以补偿镜头在变焦过程中像面位置的偏移，变倍组和补偿组的配合移动实现整个镜头的变焦功能。其中，所述变倍组靠近物侧的第一片透镜为矫正透镜，所述矫正透镜为非球面透镜，且两面均为非球面，该矫正透镜的折射率nd>1.8。矫正光学畸变，从而实现全焦段低畸变特性。

所述前固定组、变倍组、后固定组及补偿组的焦距分别为f1、f2、f3、f4，且满足：50mm

所述变倍组与所述后固定组的间隔距离为T1，从短焦到长焦该间隔距离从0.72mm变化到36mm，即0.72mm≤T1≤36mm，T1的变化，起到改变镜头焦距的作用。所述后固定组与所述补偿组的间隔距离为T2，且从短焦到长焦该间隔距离从4.9mm变化到3.71mm，即4.9mm≤T2≤3.71mm，T2的变化，起到补偿像面的作用。

该变焦镜头包括十四透镜，具体包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜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、光阑15、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11，第十二透镜12、第十三透镜13、第十四透镜14，所述第一透镜1至第十四透镜14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；

所述前固定组包括所述第一至第五透镜5，其中，所述第一透镜1具负屈光度，且第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第二透镜2具正屈光度，且第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第三透镜3具正屈光度，且第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第四透镜4具正屈光度，且第四透镜4的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第五透镜5具正屈光度，且第五透镜5的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述变倍组包括所述第六至第八透镜8，其中，所述第六透镜6即为所述矫正透镜，所述第六透镜6具负屈光度，且第六透镜6的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第七透镜7具负屈光度，且第七透镜7的物侧面为凹面，像侧面为凹面，所述第八透镜8具正屈光度，且第八透镜8的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述后固定组包括第九至第十一透镜11，其中，所述第九透镜9具正屈光度，且第九透镜9的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第十透镜10具正屈光度，且第十透镜10的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第十一透镜11具负屈光度，且第十一透镜11的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述补偿组包括第十二至第十四透镜14，其中，所述第十二透镜12具正屈光度，且第十二透镜12的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第十三透镜13具负屈光度，且第十三透镜13的物侧面为凹面，像侧面为凸面，所述第十四透镜14具正屈光度，且第十四透镜14的物侧面为凸面，像侧面为凸面，

所述第一透镜1的像侧面与第二透镜2的物侧面胶合，所述第七透镜7的像侧面与第八透镜8的物侧面胶合。

所述第一透镜1、第二透镜2、第六透镜6、第九透镜9的焦距分别为f

该镜头满足：1.7

其中，所述第一透镜1、第二透镜2的折射率满足：|nd1-nd2|>0.3，用于矫正轴外像差。

该镜头满足：20

其中，所述第一透镜1、第二透镜2的色散系数满足：|vd1-vd2|>40，用于矫正长焦的倍变色差。

其中，第二透镜2到第五透镜5，全部使用超低色散玻璃，用于矫正二级光谱，矫正高级色差，同时利用低色散玻璃的温度特性(大dn/dt),实现长焦温度补偿。

该镜头的组合焦距为3.9mm-47mm、TTL＜125mm，整体结构紧凑，安装使用极为便捷，实用性强。

该镜头设计最大F/1.8的通光，通光大，整体拍摄亮度高，用于夜晚拍摄效果佳。

该镜头视场角大，水平视场角HFOV>81°，提升了镜头的整体监摄范围，减小盲点范围。

下面将以具体实施例对本发明的迷你型红外成像镜头进行详细说明。

参照图1至图2所示，本发明公开了一种大变倍比变焦镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的前固定组、变倍组、后固定组及补偿组，所述前固定组和后固定组的位置均固定，所述变倍组可沿光轴方向移动以调整镜头焦距，所述补偿组可沿光轴方向移动以补偿镜头在变焦过程中像面位置的偏移，变倍组和补偿组的配合移动实现整个镜头的变焦功能。其中，所述变倍组靠近物侧的第一片透镜为矫正透镜，所述矫正透镜为非球面透镜，且两面均为非球面。

本实施例中，该变焦镜头包括十四透镜，具体包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜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、光阑15、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11，第十二透镜12、第十三透镜13、第十四透镜14，所述第一透镜1至第十四透镜14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；

所述前固定组包括所述第一至第五透镜5，其中，所述第一透镜1具负屈光度，且第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第二透镜2具正屈光度，且第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第三透镜3具正屈光度，且第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第四透镜4具正屈光度，且第四透镜4的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第五透镜5具正屈光度，且第五透镜5的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述变倍组包括所述第六至第八透镜8，其中，所述第六透镜6即为所述矫正透镜，所述第六透镜6具负屈光度，且第六透镜6的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第七透镜7具负屈光度，且第七透镜7的物侧面为凹面，像侧面为凹面，所述第八透镜8具正屈光度，且第八透镜8的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述后固定组包括第九至第十一透镜11，其中，所述第九透镜9具正屈光度，且第九透镜9的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第十透镜10具正屈光度，且第十透镜10的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第十一透镜11具负屈光度，且第十一透镜11的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述补偿组包括第十二至第十四透镜14，其中，所述第十二透镜12具正屈光度，且第十二透镜12的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第十三透镜13具负屈光度，且第十三透镜13的物侧面为凹面，像侧面为凸面，所述第十四透镜14具正屈光度，且第十四透镜14的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第一透镜1的像侧面与第二透镜2的物侧面胶合，所述第七透镜7的像侧面与第八透镜8的物侧面胶合。

本实施例的最短焦距时的详细光学数据如表1-1所示。

表1-1实施例1最短焦距时的详细光学数据

本实施例的最长焦距时的详细光学数据如表1-2所示。

表1-2实施例1最长焦距时的详细光学数据

本实施例中，第六透镜6为非球面透镜，且其两面均为非球面。本实施例中的非球面数据如表1-3所示。

表1-3实施例1非球面数据

本实施例中，该变焦镜头处于最短焦时光路图如图1所示，处于最长焦时光路图如图2所示。镜头最短焦时在可见光下的MTF曲线图请参阅图3，镜头最长焦时在可见光下的MTF曲线图请参阅图4，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达120lp/mm时，MTF值仍大于0.2，人眼可清晰分辨该分辨率。镜头最短焦时在可见光下的焦移曲线图请参阅图5，镜头最长焦时在可见光下的焦移曲线图请参阅图6，从图中可以看出，焦点偏移控制在50um以内，可有效保证中心视场色彩不失真。镜头最短焦时在可见光下的横向色差图请参阅图7，镜头最长焦时在可见光下的横向色差图请参阅图8，从图中可以看出，横向色差控制在12um以内，可有效保证轴外视场不偏色。镜头最短焦时在可见光下的畸变图请参阅图9，镜头最长焦时在可见光下的畸变图请参阅图10，从图中可以看出，畸变小于10％，可有效保证实景拍摄不变形。

如图11至图12所示，本实施例与实施例1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。

本实施例的最短焦距时的详细光学数据如表2-1所示。

表2-1实施例2最短焦距时的详细光学数据

本实施例的最长焦距时的详细光学数据如表2-2所示。

表2-2实施例2最长焦距时的详细光学数据

本实施例中，第六透镜6为非球面透镜，且其两面均为非球面，其非球面数据如表2-3所示。

本实施例中，该变焦镜头处于最短焦时光路图如图11所示，处于最长焦时光路图如图12所示。镜头最短焦时在可见光下的MTF曲线图请参阅图13，镜头最长焦时在可见光下的MTF曲线图请参阅图14，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达120lp/mm时，MTF值仍大于0.2，人眼可清晰分辨该分辨率。镜头最短焦时在可见光下的焦移曲线图请参阅图15，镜头最长焦时在可见光下的焦移曲线图请参阅图16，从图中可以看出，焦点偏移控制在50um以内，可有效保证中心视场色彩不失真。镜头最短焦时在可见光下的横向色差图请参阅图17，镜头最长焦时在可见光下的横向色差图请参阅图18，从图中可以看出，横向色差控制在12um以内，可有效保证轴外视场不偏色。镜头最短焦时在可见光下的畸变图请参阅图19，镜头最长焦时在可见光下的畸变图请参阅图20，从图中可以看出，畸变小于10％，可有效保证实景拍摄不变形。

如图21至图22所示，本实施例与实施例1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。

本实施例的最短焦距时的详细光学数据如表3-1所示。

表3-1实施例3最短焦距时的详细光学数据

本实施例的最长焦距时的详细光学数据如表3-2所示。

表3-2实施例3最长焦距时的详细光学数据

本实施例中，第六透镜6为非球面透镜，且其两面均为非球面，其非球面数据如表3-3所示。

本实施例中，该变焦镜头处于最短焦时光路图如图21所示，处于最长焦时光路图如图22所示。

镜头最短焦时在可见光下的MTF曲线图请参阅图23，镜头最长焦时在可见光下的MTF曲线图请参阅图24，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达120lp/mm时，MTF值仍大于0.2，人眼可清晰分辨该分辨率。镜头最短焦时在可见光下的焦移曲线图请参阅图25，镜头最长焦时在可见光下的焦移曲线图请参阅图26，从图中可以看出，焦点偏移控制在50um以内，可有效保证中心视场色彩不失真。镜头最短焦时在可见光下的横向色差图请参阅图27，镜头最长焦时在可见光下的横向色差图请参阅图28，从图中可以看出，横向色差控制在12um以内，可有效保证轴外视场不偏色。镜头最短焦时在可见光下的畸变图请参阅图29，镜头最长焦时在可见光下的畸变图请参阅图30，从图中可以看出，畸变小于14％，可有效保证实景拍摄不变形。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。