变焦镜头

技术领域

本发明涉及光学系统和器件技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。

背景技术

镜头作为视讯系统的关键设备，它的质量指标优劣直接影响了整机的指标。复杂的应用场景对画面的拍摄距离、视场角、畸变及清晰度等要求越来越高，中大倍变焦镜头逐渐成为行业的主流。但是，畸变与视场角相互制约，图像的畸变随着视场角的增加而增大，产生失真，从而影响对图像的分析。现有的镜头难以兼容中大倍变焦、广角和低畸变的性能。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，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，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：具有正光焦度的第一固定透镜群组、具有负光焦度的变焦透镜群组、孔径光阑、具有正光焦度的第二固定透镜群组、具有正光焦度的对焦透镜群组和具有正光焦度的第三固定透镜群组，所述变焦透镜群组和所述对焦透镜群组可沿光轴移动，所述第一固定透镜群组的焦距FG1与所述变焦镜头在广角端的焦距Fw满足条件式：14.0≤FG1/Fw≤14.5。

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述第一固定透镜群组依次包括：具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有正光焦度的第三透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的物侧面和像侧面分别为凸和凹；

所述第一透镜和所述第二透镜胶合组成一个双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜的材料阿贝数Ab

根据本发明的一个方面，所述第一透镜和所述第二透镜的胶合面的曲率半径R

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述变焦透镜群组依次包括：具有负光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有正光焦度的第七透镜。

根据本发明的一个方面，所述第四透镜的物侧面和像侧面分别为凸和凹；

所述第五透镜的像侧面的近轴区形状为凹；

所述第六透镜的像侧面为凹；

所述第七透镜的物侧面和像侧面为凸；

所述第六透镜和所述第七透镜胶合组成一个双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第七透镜的材料阿贝数Ab

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述第二固定透镜群组依次包括：具有正光焦度的第八透镜和具有负光焦度的第九透镜。

根据本发明的一个方面，所述第八透镜的物侧面和像侧面为凸；

沿光轴从物侧至像侧的方向，所述第九透镜为近轴区凹凹透镜、近轴区凹凸透镜或近轴区凸凹透镜。

根据本发明的一个方面，所述第八透镜的材料阿贝数Ab

Ab

Ab

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述对焦透镜群组依次包括：具有正光焦度的第十透镜、具有正光焦度的第十一透镜、具有正或负光焦度的第十二透镜和具有正或负光焦度的第十三透镜。

根据本发明的一个方面，所述第十透镜的物侧面和像侧面的近轴区形状均为凸；

所述第十一透镜的物侧面为凸；

所述第十二透镜的物侧面为凸，像侧面为凸或凹；

所述第十三透镜的像侧面的近轴区形状为凹。

根据本发明的一个方面，所述第十一透镜的材料阿贝数Ab

根据本发明的一个方面，所述第三固定透镜群组包括：具有正光焦度的第十四透镜。

根据本发明的一个方面，所述第十四透镜的物侧面和像侧面的近轴区形状分别为凹和凸。

根据本发明的一个方面，所述第十四透镜为非球面透镜。

根据本发明的一个方面，所述变焦透镜群组、所述第二固定透镜群组、所述对焦透镜群组和所述第三固定透镜群组中至少包含一枚非球面透镜。

根据本发明的一个方面，所述变焦透镜群组的焦距FG2与所述变焦镜头在广角端的焦距Fw满足条件式：-2.2≤FG2/Fw≤-2.0。

根据本发明的一个方面，所述第二固定透镜群组的焦距FG3与所述变焦镜头在广角端的焦距Fw满足条件式：8.8≤FG3/Fw≤9.6。

根据本发明的一个方面，所述对焦透镜群组的焦距FG4与所述变焦镜头在广角端的焦距Fw满足条件式：4.5≤FG4/Fw≤5.4。

根据本发明的一个方面，所述第三固定透镜群组的焦距FG5与所述变焦镜头在广角端的焦距Fw满足条件式：9.4≤FG5/Fw≤14.6。

根据本发明的一个方面，所述变焦透镜群组的行程距离D2与所述对焦透镜群组的行程距离D4满足条件式：2.7≤D2/D4≤3.1。

根据本发明的方案，采用上述14枚透镜并共同形成“正-负-正-正-正”的五群架构，实现12倍的变倍比，满足高倍率、小体积的性能需求，兼顾低畸变的成像性能，使得该变焦镜头实现从广角端到长焦端的4M成像。该变焦镜头还使用可变光阑，最大光圈可达F＝1.80，满足多种应用场景的使用要求。

根据本发明的一个方案，采用上述14枚透镜，并合理分配各透镜的光焦度及其物侧面和像侧面的形状，并且特定的透镜采用特定色散系数的材料、特定材质、特定面型的选择，实现了变焦镜头长焦端380～940nm间色差和二级光谱的校正，在-20-60℃范围内的不同温度下具有较高的成像质量，满足多种复杂场景的应用需求，并矫正元件公差，具备良好的组装加工性。

附图说明

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。

图1示意性表示本发明实施例一的变焦镜头的结构示意图；

图2示意性表示本发明实施例二的变焦镜头的结构示意图；

图3示意性表示本发明实施例三的变焦镜头的结构示意图；

图4示意性表示本发明实施例四的变焦镜头的结构示意图。

具体实施方式

此说明书实施例的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施例的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施例。本发明的范围由权利要求书所界定。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：具有正光焦度的第一固定透镜群组G1、具有负光焦度的变焦透镜群组G2、孔径光阑STO、具有正光焦度的第二固定透镜群组G3、具有正光焦度的对焦透镜群组G4和具有正光焦度的第三固定透镜群组G5。其中，变焦透镜群组G2可沿光轴移动，用于实现变焦镜头在广角端和长焦端之间的光学变焦，对焦透镜群组G4可沿光轴移动，用于补偿变焦镜头在光学变焦过程中像面位置的变化。该孔径光阑STO为可变光阑，可以使得变焦镜头的最大光圈达F＝1.80。通过上述设置，采用光焦度依次为正、负、正、正、正的五个透镜群组，实现了变焦镜头高倍率与小体积的兼容，同时保证变焦镜头全焦段(从广角端到长焦端)的分辨率满足4M，兼顾低畸变成像性能和大视场角。

本发明实施例中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一固定透镜群组G1依次包括：具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2和具有正光焦度的第三透镜L3。对于透镜形状来说，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的物侧面均为凸，其像侧面均为凹。其中，第一透镜L1和第二透镜L2胶合组成一个双胶合透镜。

本发明实施例中，沿光轴从物侧至像侧的方向，变焦透镜群组G2依次包括：具有负光焦度的第四透镜L4、具有负光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6和具有正光焦度的第七透镜L7。对于透镜形状来说，第四透镜L4的物侧面为凸，其像侧面为凹；第五透镜L5的像侧面的近轴区形状为凹；第六透镜L6的像侧面为凹；第七透镜L7的物侧面和像侧面均为凸。其中，第六透镜L6和第七透镜L7胶合组成一个双胶合透镜。

本发明实施例中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第二固定透镜群组G3依次包括：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。对于透镜形状来说，第八透镜L8的物侧面和像侧面均为凸；第九透镜L9为近轴区凹凹透镜、近轴区凹凸透镜或近轴区凸凹透镜。

本发明实施例中，沿光轴从物侧至像侧的方向，对焦透镜群组G4依次包括：具有正光焦度的第十透镜L10、具有正光焦度的第十一透镜L11、具有正或负光焦度的第十二透镜L12和具有正或负光焦度的第十三透镜L13。对于透镜形状来说，第十透镜L10的物侧面和像侧面的近轴区形状均为凸；第十一透镜L11的物侧面为凸；第十二透镜L12的物侧面为凸，其像侧面可以是凸，也可以是凹；第十三透镜L13的像侧面的近轴区形状为凹。

本发明实施例中，第三固定透镜群组G5包括：具有正光焦度的第十四透镜L14。对于透镜形状来说，第十四透镜L14的物侧面的近轴区形状为凹，其像侧面的近轴区形状为凸。

本发明实施例中，变焦透镜群组G2、第二固定透镜群组G3、对焦透镜群组G4和第三固定透镜群组G5中至少包含一枚非球面透镜，可以有效矫正变焦镜头各个倍率的畸变。优选地，第十四透镜L14为非球面透镜，有效矫正变焦镜头在变焦过程中各个倍率像差的同时平衡变焦镜头高温与低温环境下的成像性能，具体实现了在-20～60℃范围内的不同温度下具有较高的成像质量，满足多种复杂场景的应用需求。

本发明实施例中，第一透镜L1的材料阿贝数Ab

本发明实施例中，第一透镜L1和第二透镜L2的胶合面的曲率半径R

本发明实施例中，第一固定透镜群组G1的焦距FG1、变焦透镜群组G2的焦距FG2、第二固定透镜群组G3的焦距FG3、对焦透镜群组G4的焦距FG4和第三固定透镜群组G5的焦距FG5分别与变焦镜头在广角端的焦距Fw满足如下条件式：14.0≤FG1/Fw≤14.5；-2.2≤FG2/Fw≤-2.0；8.8≤FG3/Fw≤9.6；4.5≤FG4/Fw≤5.4；以及9.4≤FG5/Fw≤14.6。通过上述对五个透镜群组的正负光焦度及其范围进行合理分配，使得光学成像变焦镜头具有较高的成像质量，实现从广角端到长焦端的4M成像。

本发明实施例中，变焦透镜群组G2的行程距离D2与对焦透镜群组G4的行程距离D4满足条件式：2.7≤D2/D4≤3.1。通过对变焦行程和对焦行程之间的关系进行设计，可使变焦镜头实现12倍率的变焦(实现12倍的变倍比)与小型化、小体积的兼容。

综上，本发明实施例的变焦镜头采用上述14枚透镜，并合理分配各透镜的光焦度及其物侧面和像侧面的形状，并且特定的透镜采用特定色散系数的材料、特定材质、特定面型的选择，实现了变焦镜头长焦端380～940nm间色差和二级光谱的校正，在-20-60℃范围内的不同温度下具有较高的成像质量，满足多种复杂场景的应用需求，并矫正元件公差，具备良好的组装加工性。同时，上述14枚透镜共同形成“正-负-正-正-正”的五群架构，实现12倍的变倍比，满足高倍率、小体积的性能需求，兼顾低畸变的成像性能，使得该变焦镜头实现从广角端到长焦端的4M成像。此外，该变焦镜头使用可变光阑，最大光圈可达F＝1.80，满足多种应用场景的使用要求。

下面以四个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的变焦镜头。在下列各个实施例中，本发明将光阑STO记为一面，将像面IMA记为一面，将保护玻璃记为两面，该保护玻璃位于第十四透镜L14和像面IMA之间。

具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示：

表1

在本发明的实施例中，该变焦镜头的塑胶非球面透镜满足下列公式：

在上述公式中，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

实施例一

参见图1，在本实施例的变焦镜头各参数如下所述：

表2列出本实施例的变焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表2

表3列出本实施例的变焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A

表3

表4列出本实施例的变焦镜头的广角端和望远端的变倍数据。

表4

结合图1以及上述表1至表4所示，沿光轴从物侧至像侧的方向，第五透镜L5、第九透镜L9和第十三透镜L13均为近轴区凹凹透镜，第六透镜L6为凸凹透镜，第十一透镜L11和第十二透镜L12均为凸凸透镜。第五透镜L5、第九透镜L9、第十透镜L10和第十四透镜L14均为非球面透镜。本实施例的变焦镜头采用14枚透镜并形成光焦度依次为“正-负-正-正-正”五群架构，实现了最大光圈1.8，变倍比为12倍，在-20～60℃范围内的不同温度下都具有较高的成像质量，广角端视场角大于80°，兼顾小畸变、大倍率的光学变焦性能。此外，该变焦镜头还具备良好组装加工性，较高的生产良率。

实施例二

参见图2，本实施例的变焦镜头各参数如下所述：

表5列出本实施例的变焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表5

表6列出本实施例的变焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A

表6

表7列出本实施例的变焦镜头的广角端和望远端的变倍数据。

表7

结合图2以及上述表1、表5至表7所示，沿光轴从物侧至像侧的方向，第五透镜L5、第九透镜L9和第十三透镜L13均为近轴区凹凹透镜，第六透镜L6为凹凹透镜，第十一透镜L11和第十二透镜L12均为凸凸透镜。第五透镜L5、第九透镜L9、第十透镜L10和第十四透镜L14均为非球面透镜。本实施例的变焦镜头采用14枚透镜并形成光焦度依次为“正-负-正-正-正”五群架构，实现了最大光圈1.8，变倍比为12倍，在-20～60℃范围内的不同温度下都具有较高的成像质量，广角端视场角大于80°，兼顾小畸变、大倍率的光学变焦性能。

实施例三

参见图3，本实施例的变焦镜头各参数如下所述：

表8列出本实施例的变焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表8

表9列出本实施例的变焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A

表9

表10列出本实施例的变焦镜头的广角端和望远端的变倍数据。

表10

结合图3以及上述表1、表8至表10所示，沿光轴从物侧至像侧的方向，第五透镜L5和第十三透镜L13均为近轴区凹凹透镜，第六透镜L6为平凹透镜，第九透镜L9为近轴区凹凸透镜，第十一透镜L11和第十二透镜L12均为凸凸透镜。第五透镜L5、第九透镜L9、第十透镜L10和第十四透镜L14均为非球面透镜。本实施例的变焦镜头采用14枚透镜并形成光焦度依次为“正-负-正-正-正”五群架构，实现了最大光圈1.8，变倍比为12倍，在-20～60℃范围内的不同温度下都具有较高的成像质量，广角端视场角大于80°。使用可变光阑，可满足在不同照度环境下都具有良好的成像质量，低畸变。

实施例四

参见图4，本实施例的变焦镜头各参数如下所述：

表11列出本实施例的变焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表11

表12列出本实施例的变焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A

表12

表13列出本实施例的变焦镜头的广角端和望远端的变倍数据。

表13

结合图4以及上述表1、表11至表13所示，沿光轴从物侧至像侧的方向，第五透镜L5、第九透镜L9和第十三透镜L13均为近轴区凸凹透镜，第六透镜L6为凹凹透镜，第十一透镜L11和第十二透镜L12均为凸凹透镜。第五透镜L5、第九透镜L9、第十三透镜L13和第十四透镜L14均为非球面透镜。本实施例的变焦镜头采用14枚透镜并形成光焦度依次为“正-负-正-正-正”五群架构，实现了最大光圈1.8，变倍比为12倍，在-20～60℃范围内的不同温度下都具有较高的成像质量，广角端视场角大于80°。使用可变光阑，可满足在不同照度环境下都具有良好的成像质量，低畸变。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。