变焦镜头

技术领域

本发明涉及光学系统和器件设计技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。

背景技术

光学镜头是安防系统中必不可少的部件，镜头的性能决定了安防系统的整体性能，随着人口的急剧增长，安防领域会朝着智能化的方向发展，从而对光学镜头的成像质量提出更高的要求，比如镜头的光圈、解像力、变焦范围日夜共焦等。

目前市场上的监控镜头普遍存在如下缺点：像面小、分辨率低、像质差、光圈小。通常情况下，像面做大，整个模组的体积就会很大、而且多是定焦镜头，无法适应监控距离频繁变化的应用领域。镜头光圈增大的同时也代表通光口径会变大，导致像差难以进行优化，即现有的镜头无法同时满足大相对孔径、日夜共焦、高低温环境下不虚焦和高像质要求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种大光圈、大像面、大倍率变焦镜头。

为实现上述目的，本发明提供一种变焦镜头，沿物侧至像侧方向，依次包括具有正光焦度的第一固定群组、具有负光焦度的第一可动变焦群组、孔径光阑、具有正光焦度的第二固定群组、具有正光焦度的第一聚焦群组和具有正光焦度的第二聚焦群组。

根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第一固定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、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一固定群组中包含至少一枚双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜和第二透镜组成双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第一可动变焦群组依次包括具有负光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜和具有负光焦度的第八透镜。

根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第二固定群组依次包括具有正光焦度的第九透镜和具有负光焦度的第十透镜。

根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第一聚焦群组依次包括具有正光焦度的第十一透镜、具有负光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第十三透镜、具有正光焦度的第十四透镜、具有负光焦度的第十五透镜和具有负光焦度的第十六透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一聚焦群组包含至少一枚双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第十四透镜的折射率Nd14和阿贝数VD14 满足：1.70≤Nd14≤1.95、20≤Vd14≤50，并且，所述第十四透镜的折射率Nd14与第十二透镜的折射率Nd12、第十三透镜的折射率Nd13和第十五透镜的折射率Nd15分别满足关系式：Nd14＞Nd12、Nd14＞Nd13、Nd14＞ Nd15。

根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第二聚焦群组中至少包括一枚具有正光焦度的透镜。

根据本发明的一个方面，所述变焦镜头中透镜至少有两枚为非球面透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一固定群组、第一可动变焦群组、第二固定群组、第一聚焦群组和第二聚焦群组的焦距分别为f1、f2、f3、f4 和f5，所述变焦镜头广角端焦距为fw，满足：5≤f1/fw≤13、-4≤f2/fw ≤-0.5、75≤f3/fw≤89、1.5≤f4/fw≤7、1.3≤f1/fw≤5.6。

根据本发明的一个方面，所述孔径光阑的位置满足关系式： 0.45≤L

根据本发明的一个方面，所述第一固定群组中最大透镜的直径为ΦG1，所述变焦镜头光学系统总长为TTL，满足：0.35≤ΦG1/TTL≤0.45。

根据本发明的一个方面，所述第一可动变焦群组从广角端到长焦端移动距离为D，所述变焦镜头光学系统总长为TTL，满足：0.2≤D/TTL≤0.3。

本发明的变焦镜头按照以上限定进行设置，使用了塑胶材质的非球面透镜，降低了本发明镜头的生产成本。通过采用非球面镜片和玻璃球面镜片相互搭配的方案，除了使本发明镜头像差得到有效的校正，使得本发明镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。同时可实现FNO≤1.8，35X的大变焦范围，不但可以日夜两用，而且克服了大相对孔径、日夜共焦、高低温虚焦和解像力之间的矛盾，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。

附图说明

图1示意性表示根据本发明实施例1的变焦镜头的结构示意图；

图2示意性表示根据本发明实施例1的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端MTF图；

图3示意性表示根据本发明实施例1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示意性表示根据本发明实施例1的变焦镜头在常温20度、可见光下的长焦端MTF图；

图5示意性表示根据本发明实施例1的变焦镜头在常温20度、夜间红外 850nm的长焦端Through-Focus-MTF图；

图6示意性表示根据本发明实施例1的变焦镜头在低温-40度、可见光下广角端的Through-Focus-MTF图；

图7示意性表示根据本发明实施例1的变焦镜头在高温80度、可见光下广角端的Through-Focus-MTF图；

图8示意性表示根据本发明实施例1的变焦镜头在低温-40度、可见光下长焦端的Through-Focus-MTF图；

图9示意性表示根据本发明实施例1的变焦镜头在高温80度、可见光下长焦端的Through-Focus-MTF图；

图10示意性表示根据本发明实施例2的变焦镜头的结构示意图；

图11示意性表示根据本发明实施例2的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端MTF图；

图12示意性表示根据本发明实施例2的变焦镜头在常温20度、夜间红外 850nm的广角端Through-Focus-MTF图；

图13示意性表示根据本发明实施例2的变焦镜头在常温20度、可见光下的长焦端MTF图；

图14示意性表示根据本发明实施例2的变焦镜头在常温20度、夜间红外 850nm的长焦端Through-Focus-MTF图；

图15示意性表示根据本发明实施例2的变焦镜头在低温-40度、可见光下广角端的Through-Focus-MTF图；

图16示意性表示根据本发明实施例2的变焦镜头在高温80度、可见光下广角端的Through-Focus-MTF图；

图17示意性表示根据本发明实施例2的变焦镜头在低温-40度、可见光下长焦端的Through-Focus-MTF图；

图18示意性表示根据本发明实施例2的变焦镜头在高温80度、可见光下长焦端的Through-Focus-MTF图；

图19示意性表示根据本发明实施例3的变焦镜头的结构示意图；

图20示意性表示根据本发明实施例3的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端MTF图；

图21示意性表示根据本发明实施例3的变焦镜头在常温20度、夜间红外 850nm的广角端Through-Focus-MTF图；

图22示意性表示根据本发明实施例3的变焦镜头在常温20度、可见光下的长焦端MTF图；

图23示意性表示根据本发明实施例3的变焦镜头在常温20度、夜间红外 850nm的长焦端Through-Focus-MTF图；

图24示意性表示根据本发明实施例3的变焦镜头在低温-40度、可见光下广角端的Through-Focus-MTF图；

图25示意性表示根据本发明实施例3的变焦镜头在高温80度、可见光下广角端的Through-Focus-MTF图；

图26示意性表示根据本发明实施例3的变焦镜头在低温-40度、可见光下长焦端的Through-Focus-MTF图；

图27示意性表示根据本发明实施例3的变焦镜头在高温80度、可见光下长焦端的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。

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。

参照图所示，本发明提供一种变焦镜头，沿物侧至像侧方向，依次包括具有正光焦度的第一固定群组G1、具有负光焦度的第一可动变焦群组 G2、孔径光阑STOP、具有正光焦度的第二固定群组G3、具有正光焦度的第一聚焦群组G4和具有正光焦度的第二聚焦群组G5。

本发明的变焦镜头，第一可动变焦群G2沿着光轴移动，从而实现光学系统从广角到长焦的变化，变倍引起的像面的移动由聚焦镜片群G4、G5沿光轴的移动来校正。

参照图1所示，本发明的变焦镜头，沿物侧至像侧方向，第一固定群组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、具有正光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4。本发明的变焦镜头，第一固定群组G1中包含至少一枚双胶合透镜，根据本发明的一种实施方式，第一透镜L1和第二透镜L2组成双胶合透镜。

本发明的变焦镜头，沿物侧至像侧方向，第一可动变焦群组G2依次包括具有负光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6、具有正光焦度的第七透镜L7和具有负光焦度的第八透镜L8。

沿物侧至像侧方向，第二固定群组G3依次包括具有正光焦度的第九透镜L9和具有负光焦度的第十透镜L10。

沿物侧至像侧方向，第一聚焦群组G4依次包括具有正光焦度的第十一透镜L11、具有负光焦度的第十二透镜L12、具有正光焦度的第十三透镜 L13、具有正光焦度的第十四透镜L14、具有负光焦度的第十五透镜L15和具有负光焦度的第十六透镜L16。根据本发明的构思，第一聚焦群组G4包含至少一枚双胶合透镜。

在本发明中，第十四透镜L14的折射率Nd14和阿贝数VD14满足：1.70 ≤Nd14≤1.95、20≤Vd14≤50，并且，第十四透镜L14的折射率Nd14与第十二透镜L12的折射率Nd12、第十三透镜L13的折射率Nd13和第十五透镜L15的折射率Nd15分别满足关系式：Nd14＞Nd12、Nd14＞Nd13、Nd14 ＞Nd15。

本发明的变焦镜头，沿物侧至像侧方向，第二聚焦群组G5中至少包括一枚具有正光焦度的透镜。如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第二聚焦群组G5包括第十七透镜L17和第十八透镜L18，其中至少一个具有正光焦度。当然，根据本发明的其他实施方式，第二聚焦群组G5可以只包括一个具有正光焦度的第十七透镜L17，还可以设置多于两个透镜，其中至少一个透镜为正光焦度透镜。

本发明的变焦镜头中，所包括的透镜中至少有两枚为非球面透镜，并且非球面满足：

其中，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；A4、A6、 A8、A10、A12分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶非球面系数。

本发明的变焦镜头，第一固定群组G1、第一可动变焦群组G2、第二固定群组G3、第一聚焦群组G4和第二聚焦群组G5的焦距分别为f1、f2、f3、 f4和f5，所述变焦镜头广角端焦距为fw，满足：5≤f1/fw≤13、-4≤f2/fw ≤-0.5、75≤f3/fw≤89、1.5≤f4/fw≤7、1.3≤f1/fw≤5.6。

本发明的变焦镜头，孔径光阑STOP的位置满足关系式： 0.45≤L

综上，本发明的变焦镜头按照以上限定进行设置，使用了塑胶材质的非球面透镜，降低了本发明镜头的生产成本。通过采用非球面镜片和玻璃球面镜片相互搭配的方案，除了使本发明镜头像差得到有效的校正，使得本发明镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。同时可实现FNO≤1.8，35X 的大变焦范围，不但可以日夜两用，而且克服了大相对孔径、日夜共焦、高低温虚焦和解像力之间的矛盾，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。

以下根据本发明的上述设置给出3组具体实施方式来具体说明根据本发明的变焦镜头。

三组实施方式数据如下表1中数据：

表1

实施方式一：

图1是示意性表示根据本发明的实施方式一的变焦镜头结构图。

以下表2列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表2

在本实施方式中，第二聚焦群组G5中包括两枚透镜，分别为第十七透镜L17和第十八透镜L18。其中第一透镜L1和第二透镜L2组成双胶合透镜，第六透镜和L6和第七透镜L7组成双胶合透镜，第十二透镜L12和第十三透镜L13组成双胶合透镜，第十四透镜L14和第十五透镜L15组成双胶合透镜，第十一透镜L11和第十八透镜L18为非球面透镜。

表3列出的是本实施例中各非球面透镜的非球面系数，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶的非球面系数。

表3 表4示出了本实施例中变焦镜头广角端和望远端各群组之间的距离：

表4

如表4所示，“D1”表示自第一固定群组G1的像侧至第一可动变焦群组G2的物测的距离、“D2”表示自第一可动变焦群组G2的像侧至光阑的物测的距离、“D3”表示自第二固定群组G3的像侧至第一聚焦群组G4的物测的距离、“D4”表示自第一聚焦群组G4的像侧至第二聚焦群组G5的物测的距离，“D5”表示自第二聚焦群组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。

实施例1的变焦镜头按照上述参数进行设置，参照图2-图9可知，本实施例的变焦镜头，具有大光圈、大像面、大倍率特性，能够日夜共焦和在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。

实施方式二：

图10是示意性表示根据本发明的实施方式二的变焦镜头结构图。

以下表5列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表5

在本实施方式中，第二聚焦群组G5中包括两枚透镜，分别为第十七透镜L17和第十八透镜L18。其中第一透镜L1和第二透镜L2组成双胶合透镜，第六透镜和L6和第七透镜L7组成双胶合透镜，第十二透镜L12和第十三透镜L13组成双胶合透镜，第十四透镜L14和第十五透镜L15组成双胶合透镜，第八透镜L8和第十一透镜L11为非球面透镜。

表6列出的是本实施例中各非球面透镜的非球面系数，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶的非球面系数。

表6 表7示出了本实施例中变焦镜头广角端和望远端各群组之间的距离：

表7

实施例2的变焦镜头按照上述参数进行设置，参照图2-图9可知，本实施例的变焦镜头，具有大光圈、大像面、大倍率特性，能够日夜共焦和在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。

实施方式三：

图19是示意性表示根据本发明的实施方式三的变焦镜头结构图。

以下表8列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表8

在本实施方式中，第二聚焦群组G5中包括一枚透镜，为第十七透镜 L17。其中第一透镜L1和第二透镜L2组成双胶合透镜，第六透镜和L6和第七透镜L7组成双胶合透镜，第十二透镜L12和第十三透镜L13组成双胶合透镜，第十四透镜L14和第十五透镜L15组成双胶合透镜，第十一透镜 L11和第十七透镜L17为非球面透镜。

表9列出的是本实施例中各非球面透镜的非球面系数，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶的非球面系数。

表9

表10示出了本实施例中变焦镜头广角端和望远端各群组之间的距离：

表10

实施例3的变焦镜头按照上述参数进行设置，参照图2-图9可知，本实施例的变焦镜头，具有大光圈、大像面、大倍率特性，能够日夜共焦和在-40℃～80℃温度范围内不虚焦。

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。