CN104570301B - 一种恒定光圈的广角变焦物镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒定光圈的广角变焦物镜，在物镜本体沿物体入射光一侧从左到右依次设置有第一透镜组、第二透镜组、光阑、第三透镜组、第四透镜组和感光片，第一透镜组和第三透镜组与物镜本体固定连接，第二透镜组具有负光焦度，可由物体侧向像面侧移动，实现镜头由广角端向望远端变倍，第四透镜组具有正光焦度，作为像面位移补偿透镜，相对物镜本体可沿轴向移动，对像面位移进行补偿，本发明在变倍过程中最大光圈恒定，视场大于74°的大孔径，其结构设计紧凑，易于实现物镜小型化；另外，本发明各透镜组在高低温变化时，其焦距不变，使得本发明可在‑45℃—85℃的温度范围内无需重新对焦即可清晰成像，分辨率达八百万像素以上，具有优良的解像力。

Description

一种恒定光圈的广角变焦物镜

【技术领域】

本发明涉及光学镜头领域，尤其涉及一种恒定光圈的广角变焦物镜。

【背景技术】

变焦距物镜在上个世纪就有实际的设计与使用，但由于成像质量比普通固定焦距物镜差，所以使用普及率不高。随着透镜设计技术发展，变焦距摄影物镜应用的场合逐渐增多。如今，变焦距物镜已广泛应用于民用产品、安防监控等领域。虽然如此，但普通变焦距物镜相对于固定焦距物镜还是存在许多缺陷。如普通变焦距物镜在变倍过程中，最大孔径会随着变焦倍率的变化而改变；变焦距物镜无法获得大的视场；变焦距物镜F数比较大；与固定焦距物镜存大着一定差距。

针对变焦距物镜的上述缺陷，本发明即针对现有技术的不足而研究提出。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种恒定光圈的广角变焦物镜，在物镜本体沿物体入射光一侧从左到右依次设置有第一透镜组、第二透镜组、光阑、第三透镜组、第四透镜组和感光片，第一透镜组和第三透镜组与物镜本体固定连接，第二透镜组具有负光焦度，可由物体侧向像面侧移动，实现镜头由广角端向望远端变倍，第四透镜组具有正光焦度，作为像面位移补偿透镜，相对物镜本体可沿轴向移动，对像面位移进行补偿，采用上述结构的物镜，在变倍过程中最大光圈恒定，视场大于74°的大孔径，其结构设计紧凑，易于实现物镜小型化；另外，本发明各透镜组在高低温变化时，其焦距不变，使得本发明可以在-45℃—85℃的温度范围内无需重新对焦即可清晰成像，分辨率达八百万像素以上，具有优良的解像力。

为解决上述技术问题，本发明一种恒定光圈的广角变焦物镜，包括物镜本体，所述物镜本体沿物体入射光一侧从左到右依次设置有：

第一透镜组，具有正光焦度，相对物镜本体固定连接；

第二透镜组，具有负光焦度，相对物镜本体可由物体侧向像面侧移动，实现镜头由广角端向望远端变倍；

第三透镜组，具有正光焦度，相对物镜本体固定连接；

第四透镜组，具有正光焦度，作为像面位移补偿透镜，相对物镜本体可沿轴向移动，实现像面位移的补偿；

光阑，设在所述第二透镜组与第三透镜组之间，与物镜本体固定连接；

感光片，用于感光处理图像，与物镜本体固定连接；

所述第一透镜组的焦距为f1，所述第二透镜组的焦距为f2，所述第三透镜组的焦距为f3，所述第四透镜组的焦距为f4,满足：

f1/f2＝-2.15，

2.1≥f1/f3≥1.2，

2.7≥f1/f4≥1.3。

所述第一透镜组包括具有负光焦度的第一透镜和均具有正光焦度的第二透镜及第三透镜，所述第一透镜与第二透镜共同构成胶合透镜且胶合面弯向光阑，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜沿物体入射光一侧从左到右依次设置，或者所述第三透镜、第一透镜和第二透镜沿物体入射光一侧从左到右依次设置。

所述第一透镜、第二透镜和第三透镜由玻璃材料制成，所述第一透镜d光折射率和阿贝数分别为n1和v1，所述第二透镜d光折射率和阿贝数分别为n2和v2，所述第三透镜d光折射率和阿贝数分别为n3和v3，满足：

n1≥1.75,v1<30，

1.63≥n2≥1.45，v2＞60，

1.75≥n3≥1.60，v3＞50。

所述第二透镜组包括沿物体入射光一侧从左到右依次设置的具有负光焦度的第四透镜，具有负光焦度的第五透镜，具有正光焦度的第六透镜，所述第五透镜和第六透镜共同构成胶合透镜。

所述第四透镜、第五透镜和第六透镜由玻璃材料制成，所述第四透镜d光折射率和阿贝数分别为n4和v4，所述第五透镜d光折射率和阿贝数分别为n5和v5，所述第六透镜d光折射率和阿贝数分别为n6和v6，满足：

n4≥1.80，v4＞30，

4.8≥n5+0.044×v5≥3.5，

n6≥1.75，v6<30。

所述第三透镜组包括第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜，所述第七透镜具有正光焦度，所述第八透镜为弯月型透镜且背向光阑一侧弯曲，所述第九透镜和第十透镜共同构成胶合透镜，所述第十一透镜为弯月型透镜且相向光阑一侧弯曲，所述第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜沿物体入射光一侧从左到右依次设置，或者所述第七透镜、第九透镜、第十透镜、第八透镜和第十一透镜沿物体入射光一侧从左到右依次设置。

所述第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜由玻璃材料制成，所述第七透镜d光折射率和阿贝数分别为n7和v7，所述第八透镜d光折射率和阿贝数分别为n8和v8，所述第九透镜d光折射率和阿贝数分别为n9和v9，所述第十透镜d光折射率和阿贝数分别为n10和v10，所述第十一透镜d光折射率和阿贝数分别为n11和v11，满足：

n7≥1.80，v7＞30，

n8≥1.80，v8<30，

1.103≥n9/n10≥0.805，

0.65≥v9/v10≥0.3，

n11≥1.55，v11＞55。

所述第四透镜组包括第十二透镜、第十三透镜和第十四透镜，所述第十二透镜和第十三透镜具有正光焦度，所述第十三透镜和第十四透镜共同构成胶合透镜且胶合面相向光阑一侧弯曲，所述第十二透镜、第十三透镜和第十四透镜沿物体入射光一侧从左到右依次设置，或者所述第十三透镜和第十四透镜及第十二透镜沿物体入射光一侧从左到右依次设置。

所述第十二透镜，第十三透镜和第十四透镜由玻璃材料制成，所述第十二透镜d光折射率和阿贝数分别为n12和v12,所述第十三透镜d光折射率和阿贝数分别为n13和v13,所述第十四透镜d光折射率和阿贝数分别为n14和v14,满足：

n12≥1.68,v12＝52.3，

0.85≥n13/n14≥0.72，

4.95≥v13/v14≥1.85。

与现有技术相比，本发明一种恒定光圈的广角变焦物镜，具有如下优点：

1、在变倍过程中最大光圈恒定，视场大于74°的大孔径；

2、结构设计紧凑，易于实现物镜小型化；

3、可以在-45℃—85℃的温度范围内无需重新对焦即可清晰成像，分辨率达八百万像素以上，具有优良的解像力。

【附图说明】

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的广角端的球差曲线图。

图3为本发明的广角端的场曲与畸变图。

图4为本发明的广角端的彗差曲线图之一。

图5为本发明的广角端的彗差曲线图之二。

图6为本发明的广角端的彗差曲线图之三。

图7为本发明的广角端的彗差曲线图之四。

图8为本发明的摄远端的球差曲线图。

图9为本发明的摄远端的场曲与畸变图。

图10为本发明的摄远端的彗差曲线图之一。

图11为本发明的摄远端的彗差曲线图之二。

图12为本发明的摄远端的彗差曲线图之三。

图13为本发明的摄远端的彗差曲线图之四。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。

如图1所示，本发明一种恒定光圈的广角变焦物镜，包括物镜本体7，在物镜本体7内设有四组透镜，即沿物体入射光一侧从左到右依次设置有第一透镜组1、第二透镜组2、第三透镜组3和第四透镜组4。

第一透镜组1，具有正光焦度，相对物镜本体7固定连接。

第二透镜组2，具有负光焦度，相对物镜本体7可由物体侧向像面5侧移动，通过调节第二透镜组2，可以实现镜头由广角端向望远端变倍。

第三透镜组3，具有正光焦度，相对物镜本体7固定连接。

第四透镜组4，具有正光焦度，作为像面5位移补偿透镜，相对物镜本体7可沿轴向移动，通过调节第四透镜组4，可以实现像面5位移的补偿。

在所述第二透镜组2与第三透镜组3之间设有光阑6，光阑6与物镜本体7固定连接。

在物镜本体7的右端设有感光片8，用于感光处理图像，与物镜本体7固定连接。

所述第一透镜组1的焦距为f1，所述第二透镜组2的焦距为f2，所述第三透镜组3的焦距为f3，所述第四透镜组4的焦距为f4,满足：

f1/f2＝-2.15，

2.1≥f1/f3≥1.2，

2.7≥f1/f4≥1.3。

由于第一透镜组1和第三透镜组3与物镜本体7为固定连接，使之相对于像面5位置固定不变，通过调节第二透镜组2沿其轴向移动，本发明可实现变焦，第四透镜组4为作为像面5的位移补偿透镜，通过调节第四透镜组4沿轴向移动，可实现对像面5进行位移补偿，本发明中第三透镜组3用于校正由于第一透镜组1和第二透镜组2产生的球差、像散与场曲,以确保本发明在整个变焦过程中像质优良。

所述第一透镜组1包括具有负光焦度的第一透镜11和均具有正光焦度的第二透镜12及第三透镜13，所述第一透镜11与第二透镜12共同构成胶合透镜且胶合面弯向光阑6，所述第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13沿物体入射光一侧从左到右依次设置。

作为第一透镜组1的另一种结构，可以将由第一透镜11与第二透镜12共同构成胶合透镜与第三透镜13进行位置变换，即沿物体入射光一侧从左到右依次设置为第三透镜13、第一透镜11和第二透镜12。

所述第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13由玻璃材料制成，所述第一透镜11d光折射率和阿贝数分别为n1和v1，所述第二透镜12d光折射率和阿贝数分别为n2和v2，所述第三透镜13d光折射率和阿贝数分别为n3和v3，满足：

n1≥1.75,v1<30，

1.63≥n2≥1.45，v2＞60，

1.75≥n3≥1.60，v3＞50。

所述第二透镜组2包括沿物体入射光一侧从左到右依次设置的具有负光焦度的第四透镜21，具有负光焦度的第五透镜22，具有正光焦度的第六透镜23，所述第五透镜22和第六透镜23共同构成胶合透镜。

所述第四透镜21、第五透镜22和第六透镜23由玻璃材料制成，所述第四透镜21d光折射率和阿贝数分别为n4和v4，所述第五透镜22d光折射率和阿贝数分别为n5和v5，所述第六透镜23d光折射率和阿贝数分别为n6和v6，满足：

n4≥1.80，v4＞30，

4.8≥n5+0.044×v5≥3.5，

n6≥1.75，v6<30。

所述第三透镜组3包括第七透镜31、第八透镜32、第九透镜33、第十透镜34和第十一透镜35，所述第七透镜31具有正光焦度，所述第八透镜32为弯月型透镜且背向光阑6一侧弯曲，所述第九透镜33和第十透镜34共同构成胶合透镜，所述第十一透镜35为弯月型透镜且相向光阑6一侧弯曲，所述第七透镜31、第八透镜32、第九透镜33、第十透镜34和第十一透镜35沿物体入射光一侧从左到右依次设置。

作为第三透镜组3的另一种结构，可以将第八透镜32与由第九透镜33和第十透镜34共同构成胶合透镜进行位置变换，即沿物体入射光一侧从左到右依次设置为第七透镜31、第九透镜33、第十透镜34、第八透镜32和第十一透镜35。

所述第七透镜31、第八透镜32、第九透镜33、第十透镜34和第十一透镜35由玻璃材料制成，所述第七透镜31d光折射率和阿贝数分别为n7和v7，所述第八透镜32d光折射率和阿贝数分别为n8和v8，所述第九透镜33d光折射率和阿贝数分别为n9和v9，所述第十透镜34d光折射率和阿贝数分别为n10和v10，所述第十一透镜35d光折射率和阿贝数分别为n11和v11，满足：

n7≥1.80，v7＞30，

n8≥1.80，v8<30，

1.103≥n9/n10≥0.805，

0.65≥v9/v10≥0.3，

n11≥1.55，v11＞55。

所述第四透镜组4包括第十二透镜41、第十三透镜42和第十四透镜43，所述第十二透镜41和第十三透镜42具有正光焦度，所述第十三透镜42和第十四透镜43共同构成胶合透镜且胶合面相向光阑6一侧弯曲，所述第十二透镜41、第十三透镜42和第十四透镜43沿物体入射光一侧从左到右依次设置。

作为第四透镜组4的另一种结构，可以将第十二透镜41与由第十三透镜42和第十四透镜43共同构成胶合透镜进行位置变换，即沿物体入射光一侧从左到右依次设置为第十三透镜42、第十四透镜43和第十二透镜41。

所述第十二透镜41，第十三透镜42和第十四透镜43由玻璃材料制成，所述第十二透镜41d光折射率和阿贝数分别为n12和v12,所述第十三透镜42d光折射率和阿贝数分别为n13和v13,所述第十四透镜43d光折射率和阿贝数分别为n14和v14,满足：

n12≥1.68,v12＝52.3，

0.85≥n13/n14≥0.72，

4.95≥v13/v14≥1.85。

本发明的光学参数如表一所示：

表一

本发明中各个透镜光学参数如表二所示：

表二

本发明中相邻两个透镜组之间变焦间隔参数如表三所示：

表三

本发明采用四组透镜组，每组透镜组均有若干块透镜，对各个透镜组及各块透镜的参数进行相应规定，使得本发明，在变倍过程中最大光圈恒定，视场大于74°的大孔径。

另外，本发明各透镜组均采用玻璃材料，在本发明设计时即综合考虑材料因素，使得本发明在高低温变化时，其焦距不变，可以在-45℃—85℃的温度范围内无需重新对焦即可清晰成像，分辨率达八百万像素以上，具有优良的解像力。

Claims (9)

1.一种恒定光圈的广角变焦物镜，包括物镜本体(7)，所述物镜本体(7)沿物体入射光一侧从左到右依次设置有：

第一透镜组(1)，具有正光焦度，相对物镜本体(7)固定连接；

第二透镜组(2)，具有负光焦度，相对物镜本体(7)可由物体侧向像面(5)侧移动，实现镜头由广角端向望远端变倍；

第三透镜组(3)，具有正光焦度，相对物镜本体(7)固定连接；

第四透镜组(4)，具有正光焦度，作为像面(5)位移补偿透镜，相对物镜本体(7)可沿轴向移动，实现像面(5)位移的补偿；

光阑(6)，设在所述第二透镜组(2)与第三透镜组(3)之间，与物镜本体(7)固定连接；

感光片(8)，用于感光处理图像，与物镜本体(7)固定连接；

其特征在于所述第一透镜组(1)的焦距为f1，所述第二透镜组(2)的焦距为f2，所述第三透镜组(3)的焦距为f3，所述第四透镜组(4)的焦距为f4,满足：

f1/f2＝-2.15，

2.1≥f1/f3≥1.2，

2.7≥f1/f4≥1.3。

2.根据权利要求1所述的一种恒定光圈的广角变焦物镜，其特征在于所述第一透镜组(1)包括具有负光焦度的第一透镜(11)和均具有正光焦度的第二透镜(12)及第三透镜(13)，所述第一透镜(11)与第二透镜(12)共同构成胶合透镜且胶合面弯向光阑(6)，所述第一透镜(11)、第二透镜(12)和第三透镜(13)沿物体入射光一侧从左到右依次设置，或者所述第三透镜(13)、第一透镜(11)和第二透镜(12)沿物体入射光一侧从左到右依次设置。

3.根据权利要求2所述的一种恒定光圈的广角变焦物镜，其特征在于所述第一透镜(11)、第二透镜(12)和第三透镜(13)由玻璃材料制成，所述第一透镜(11)d光折射率和阿贝数分别为n1和v1，所述第二透镜(12)d光折射率和阿贝数分别为n2和v2，所述第三透镜(13)d光折射率和阿贝数分别为n3和v3，满足：

n1≥1.75,v1<30，

1.63≥n2≥1.45，v2＞60，

1.75≥n3≥1.60，v3＞50。

4.根据权利要求1所述的一种恒定光圈的广角变焦物镜，其特征在于所述第二透镜组(2)包括沿物体入射光一侧从左到右依次设置的具有负光焦度的第四透镜(21)，具有负光焦度的第五透镜(22)，具有正光焦度的第六透镜(23)，所述第五透镜(22)和第六透镜(23)共同构成胶合透镜。

5.根据权利要求4所述的一种恒定光圈的广角变焦物镜，其特征在于所述第四透镜(21)、第五透镜(22)和第六透镜(23)由玻璃材料制成，所述第四透镜(21)d光折射率和阿贝数分别为n4和v4，所述第五透镜(22)d光折射率和阿贝数分别为n5和v5，所述第六透镜(23)d光折射率和阿贝数分别为n6和v6，满足：

n4≥1.80，v4＞30，

4.8≥n5+0.044×v5≥3.5，

n6≥1.75，v6<30。

6.根据权利要求1所述的一种恒定光圈的广角变焦物镜，其特征在于所述第三透镜组(3)包括第七透镜(31)、第八透镜(32)、第九透镜(33)、第十透镜(34)和第十一透镜(35)，所述第七透镜(31)具有正光焦度，所述第八透镜(32)为弯月型透镜且背向光阑(6)一侧弯曲，所述第九透镜(33)和第十透镜(34)共同构成胶合透镜，所述第十一透镜(35)为弯月型透镜且相向光阑(6)一侧弯曲，所述第七透镜(31)、第八透镜(32)、第九透镜(33)、第十透镜(34)和第十一透镜(35)沿物体入射光一侧从左到右依次设置，或者所述第七透镜(31)、第九透镜(33)、第十透镜(34)、第八透镜(32)和第十一透镜(35)沿物体入射光一侧从左到右依次设置。

7.根据权利要求6所述的一种恒定光圈的广角变焦物镜，其特征在于所述第七透镜(31)、第八透镜(32)、第九透镜(33)、第十透镜(34)和第十一透镜(35)由玻璃材料制成，所述第七透镜(31)d光折射率和阿贝数分别为n7和v7，所述第八透镜(32)d光折射率和阿贝数分别为n8和v8，所述第九透镜(33)d光折射率和阿贝数分别为n9和v9，所述第十透镜(34)d光折射率和阿贝数分别为n10和v10，所述第十一透镜(35)d光折射率和阿贝数分别为n11和v11，满足：

n7≥1.80，v7＞30，

n8≥1.80，v8<30，

1.103≥n9/n10≥0.805，

0.65≥v9/v10≥0.3，

n11≥1.55，v11＞55。

8.根据权利要求1所述的一种恒定光圈的广角变焦物镜，其特征在于所述第四透镜组(4)包括第十二透镜(41)、第十三透镜(42)和第十四透镜(43)，所述第十二透镜(41)和第十三透镜(42)具有正光焦度，所述第十三透镜(42)和第十四透镜(43)共同构成胶合透镜且胶合面相向光阑(6)一侧弯曲，所述第十二透镜(41)、第十三透镜(42)和第十四透镜(43)沿物体入射光一侧从左到右依次设置，或者所述第十三透镜(42)和第十四透镜(43)及第十二透镜(41)沿物体入射光一侧从左到右依次设置。

9.根据权利要求8所述的一种恒定光圈的广角变焦物镜，其特征在于所述第十二透镜(41)，第十三透镜(42)和第十四透镜(43)由玻璃材料制成，所述第十二透镜(41)d光折射率和阿贝数分别为n12和v12,所述第十三透镜(42)d光折射率和阿贝数分别为n13和v13,所述第十四透镜(43)d光折射率和阿贝数分别为n14和v14,满足：

n12≥1.68,v12＝52.3，

0.85≥n13/n14≥0.72，

4.95≥v13/v14≥1.85。