CN106908940A - 变焦镜头、成像设备和制造变焦镜头的方法 - Google Patents

Abstract

一种变焦镜头，包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；第一透镜组与第四透镜组具有正光焦度，第二透镜组和第三透镜组可沿光轴方向以预设关联关系移动，第三透镜组用于补偿第二透镜组沿光轴移动时产生的焦点像差，第二透镜组具有负光焦度，第三透镜组具有正光焦度，变焦镜头从短焦段到长焦段的变焦过程中，第二透镜组在光轴上的移动矢量L2满足条件式：0.10<|L2|/Lt<0.30，第三透镜组在光轴上的移动矢量L3满足条件式：0.05<|L3|/Lt<0.15，移动矢量L2和移动矢量L3从物端到像端为正值，从像端到物端为负值，Lt为变焦镜头沿光轴方向的总长度，不仅有较高变焦倍率，在镜头厚度也减小，本发明还提供了成像设备和制造变焦镜头的方法。

Description

变焦镜头、成像设备和制造变焦镜头的方法

技术领域

本发明涉及光学镜头领域，特别涉及一种变焦镜头、成像设备和制造变焦镜头的方法。

背景技术

变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角，不同大小的影像和不同景物范围的照相机镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围，因此非常有利于画面构图。由于一个变焦镜头可以兼担当起若干个定焦镜头的作用，外出旅游时不仅减少了携带摄影器材的数量，也节省了更换镜头的时间。

使用变焦镜头进行聚焦时，最好考虑首先将影像调至最大处进行聚焦；也就是说，使用镜头的最长焦距端聚焦。然后,再把焦距变小到拍摄时所期望的焦距上。在此过程中，所有焦距上的影像始终保持清晰。运用这种技术，由于是在尽可能最大的影像下聚焦，所以能够更容易地观察到影像细节是否清晰，因此也是最为精确的聚焦方法。注意，有些变焦镜头需要转动两个单独的控制环，一个环控制聚焦，另一个环控制焦距。这种结构布局的优点是一旦完成了聚焦，不会因调整焦距而意外地改变了焦点。

目前，随着科学技术的发展与机载光电吊舱需求的不断增加，光电吊舱的小型化、轻量化与多功能化已成为主要的发展趋势，因此对机载光学系统要求体积小、质量轻、探测距离大、高清晰度，并且能在雾、雨、雪、尘等气候条件下连续观察，对目标既能作大区域小倍率的全景搜索，又能作小区域大倍率的放大观察，目前的设备无法满足这样的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种变焦镜头、成像设备和制造变焦镜头的方法。

第一方面，本发明提供一种变焦镜头，包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述第一透镜组与所述第四透镜组相对位置固定，且都具有正光焦度；所述第二透镜组和所述第三透镜组可沿光轴方向以预设关联关系移动，所述第三透镜组用于补偿所述第二透镜组沿光轴移动时产生的焦点像差，所述第二透镜组具有负光焦度，所述第三透镜组具有正光焦度；所述变焦镜头从短焦段到长焦段的变焦过程中，所述第二透镜组在光轴上的移动矢量L2满足条件式：0.10<|L2|/Lt<0.30，所述第三透镜组在光轴上的移动矢量L3满足条件式：0.05<|L3|/Lt<0.15，其中，定义移动矢量L2和移动矢量L3从物端到像端为正值，从像端到物端为负值，Lt为所述变焦镜头沿光轴方向的总长度。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一透镜组包括沿光轴方向从物端到像端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，第一透镜和第二透镜密接组成胶合组；

所述第二透镜组包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的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；

所述第三透镜组包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜；

所述第四透镜组包括前组和后组，所述前组沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜，所述后组沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有正光焦度的第十三透镜、具有负光焦度的第十四透镜。

结合第一方面的第一种可能的实现方式中，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第一透镜为双凹球面负透镜，所述第二透镜为双凸球面正透镜，所述第三透镜为双凸球面正透镜，所述第四透镜为球面弯月正透镜。

结合第一方面的第一种可能的实现方式中，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第五透镜为双凹球面负透镜，所述第六透镜为双凹球面负透镜，所述第七透镜为球面弯月正透镜，所述第六透镜和所述第七透镜组成双胶合透镜。

结合第一方面的第一种可能的实现方式中，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第八透镜为球面弯月正透镜，所述第九透镜为双凸球面正透镜，所述第十透镜为双凸球面正透镜，所述第八透镜和所述第九透镜组成双胶合透镜。

结合第一方面的第一种可能的实现方式中，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述第十一透镜为为双凹球面负透镜，第十二透镜为球面弯月正透镜，所述第十一透镜和所述第十二透镜组成双胶合透镜，所述第十三透镜为平凹球面正透镜，所述第十四透镜为球面弯月负透镜，所述第十三透镜所述第十四透镜组成双胶合透镜。

结合第一方面的第一种至第五种中任意一种可能的实现方式中，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第一透镜的折射率大于1.5小于1.7，所述第一透镜的色散系数大于40小于45；

所述第二透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第二透镜的色散系数大于80小于85；

所述第三透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第三透镜的色散系数大于80小于85；

所述第四透镜的折射率大于1.7小于1.8，所述第四透镜的色散系数大于45小于50；

所述第五透镜的折射率大于1.6小于1.7，所述第五透镜的色散系数大于60小于65；

所述第六透镜的折射率大于1.6小于1.7，所述第六透镜的色散系数大于55小于60；

所述第七透镜的折射率大于1.8小于1.9，所述第七透镜的色散系数大于25小于30

所述第八透镜的折射率大于1.9小于2.0，所述第八透镜的色散系数大于20小于25；

所述第九透镜的折射率大于1.6小于1.7，所述第九透镜的色散系数大于60小于65；

所述第十透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第十透镜的色散系数大于80小于81；

所述第十一透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第十一透镜的色散系数大于70小于75；

所述第十二透镜的折射率大于1.7小于1.8，所述第十二透镜的色散系数大于40小于45；

所述第十三透镜的折射率大于1.7小于1.8，所述第十三透镜的色散系数大于45小于50；

所述第十四透镜的折射率大于1.5小于16，所述第十四透镜的色散系数大于70小于75。

结合第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述变焦镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间。

第二方面，本发明提供一种成像设备，包括前述的变焦镜头。

第三方面，本发明提供一种用于制造变焦镜头的方法，所述变焦镜头包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述第一透镜组与所述第四透镜组相对位置固定且都具有正光焦度，所述第三透镜组用于补偿所述第二透镜组沿光轴移动时产生的焦点像差，所述第二透镜组具有负光焦度，所述第三透镜组具有正光焦度，所述方法包括：

所述第二透镜组和所述第三透镜组可沿光轴方向以预设关联关系移动以实现变焦；

将每一透镜组装在镜头筒中，需要满足下述条件式：

所述变焦镜头从短焦段到长焦段的变焦过程中，所述第二透镜组在光轴上的移动矢量L2满足条件式：0.10<|L2|/Lt<0.30，所述第三透镜组在光轴上的移动矢量L3满足条件式：0.05<|L3|/Lt<0.15，其中，定义移动矢量L2和移动矢量L3从物端到像端为正值，从像端到物端为负值，Lt为所述变焦镜头沿光轴方向的总长度。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的变焦镜头、成像设备和制造变焦镜头的方法，包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；第一透镜组与第四透镜组具有正光焦度，第二透镜组和第三透镜组可沿光轴方向以预设关联关系移动，第三透镜组用于补偿第二透镜组沿光轴移动时产生的焦点像差，第二透镜组具有负光焦度，第三透镜组具有正光焦度，变焦镜头从短焦段到长焦段的变焦过程中，第二透镜组在光轴上的移动矢量L2满足条件式：0.10<|L2|/Lt<0.30，第三透镜组在光轴上的移动矢量L3满足条件式：0.05<|L3|/Lt<0.15，移动矢量L2和移动矢量L3从物端到像端为正值，从像端到物端为负值，Lt为变焦镜头沿光轴方向的总长度，不仅有较高变焦倍率，在镜头在光轴方向上的厚度也大大减小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的变焦镜头的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距15mm时的调制传递函数示意图；

图3为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距15mm时的轴向像差图；

图4为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距15mm时的场曲图；

图5为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距15mm时的畸变图；

图6为本发明实施例的变焦镜头处于焦距30mm时的调制传递函数示意图；

图7为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距30mm时的轴向像差图；

图8为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距30mm时的场曲图；

图9为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距30mm时的畸变图；

图10为本发明实施例的变焦镜头处于焦距60mm时的调制传递函数示意图；

图11为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距60mm时的轴向像差图；

图12为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距60mm时的场曲图；

图13为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距60mm时的畸变图；

图14为本发明实施例的变焦镜头处于焦距100mm时的调制传递函数示意图；

图15为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距100mm时的轴向像差图；

图16为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距100mm时的场曲图；

图17为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距100mm时的畸变图。

图18为本发明实施例的变焦镜头处于焦距150mm时的调制传递函数示意图；

图19为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距150mm时的轴向像差图；

图20为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距150mm时的场曲图；

图21为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距150mm时的畸变图。

图22为本发明实施例的变焦镜头处于焦距200mm时的调制传递函数示意图；

图23为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距200mm时的轴向像差图；

图24为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距200mm时的场曲图；

图25为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距200mm时的畸变图。

图26为本发明实施例的变焦镜头处于焦距250mm时的调制传递函数示意图；

图27为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距250mm时的轴向像差图；

图28为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距250mm时的场曲图；

图29为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距250mm时的畸变图。

图30为本发明实施例的变焦镜头处于焦距300mm时的调制传递函数示意图；

图31为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距300mm时的轴向像差图；

图32为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距300mm时的场曲图；

图33为本发明实施例提供的变焦镜头处于焦距300mm时的畸变图。

其中：第一透镜组10，第二透镜组20，第三透镜组30，第四透镜组40，光阑5，成像面6。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

名词解释：

光焦度；光焦度(focal power)等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度常用字母表示，折射球面光焦度其中n’为像方折射率，n为物方折射率，r为球面半径，f'为像焦距，f为物焦距。一般光焦度表示为像方焦距的倒数(认为空气的折射率为1)。

色散系数：色散系数是衡量透镜成像清晰度的重要指标，通常用阿贝数(色散系数)表示。阿贝数越大，色散就越小，反之，阿贝数越小，则色散就越大，其成像的清晰度就越差，由于同一透明介质对不同波长的光存在折射率的差异，而白光又是由不同波长的各色光组成的，因此透明物质在折射白光时会发生色散现象。色散系数是衡量透镜成像清晰度的重要指标，通常用阿贝数(色散系数)表示。阿贝数越大，色散就越小，反之，阿贝数越小，则色散就越大，其成像的清晰度就越差。即表征某种材料对光源(光波谱线)的分离作用；理想透镜是一束平行白光通过后，聚焦于一点，但由于材料对不同的光波波长表现出不同的折射率，就对光线产生了分离作用，使其聚焦于多点(形成“彩虹”现象)。

调制传递函数：MTF，Modulation Transfer Function，表示人眼MTF曲线在空间到达该频率值。

结合图1所示，本发明实施例中公开一种变焦镜头，包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30和第四透镜组40，所述第一透镜组10与所述第四透镜组40相对位置固定，且都具有正光焦度；所述第二透镜组20和所述第三透镜组30可沿光轴方向以预设关联关系移动，所述第三透镜组30用于补偿所述第二透镜组20沿光轴移动时产生的焦点像差，所述第二透镜组20具有负光焦度，所述第三透镜组30具有正光焦度；所述变焦镜头从短焦段到长焦段的变焦过程中，所述第二透镜组20在光轴上的移动矢量L2满足条件式：0.10<|L2|/Lt<0.30，所述第三透镜组30在光轴上的移动矢量L3满足条件式：0.05<|L3|/Lt<0.15，其中，定义移动矢量L2和移动矢量L3从物端到像端为正值，从像端到物端为负值，Lt为所述变焦镜头沿光轴方向的总长度，本发明的变焦镜头，不仅可具有较高的变焦倍率，而且在光轴方向的厚度被大大减小。

可选地，所述第一透镜组10包括沿光轴方向从物端到像端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，第一透镜和第二透镜密接组成胶合组；

所述第二透镜组20包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的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；

所述第三透镜组30包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜；

所述第四透镜组40包括前组和后组，前组沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜，后组沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有正光焦度的第十三透镜、具有负光焦度的第十四透镜。

可选地，所述第一透镜为双凹球面负透镜，所述第二透镜为双凸球面正透镜，所述第三透镜为双凸球面正透镜，所述第四透镜为球面弯月正透镜。

可选地，所述第五透镜为双凹球面负透镜，所述第六透镜为双凹球面负透镜，所述第七透镜为球面弯月正透镜，所述第六透镜和所述第七透镜组成双胶合透镜。

可选地，所述第八透镜为球面弯月正透镜，所述第九透镜为双凸球面正透镜，所述第十透镜为双凸球面正透镜，所述第八透镜和所述第九透镜组成双胶合透镜。

可选地，所述第十一透镜为双凹球面负透镜，第十二透镜为球面弯月正透镜，所述第十一透镜和所述第十二透镜组成双胶合透镜，所述第十三透镜为平凹球面正透镜，所述第十四透镜为球面弯月负透镜，所述第十三透镜所述第十四透镜组成双胶合透镜。

可选地，所述第一透镜的折射率大于1.5小于1.7，所述第一透镜的色散系数大于40小于45；

所述第二透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第二透镜的色散系数大于80小于85；

所述第三透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第三透镜的色散系数大于80小于85；

所述第四透镜的折射率大于1.7小于1.8，所述第四透镜的色散系数大于45小于50；

所述第五透镜的折射率大于1.6小于1.7，所述第五透镜的色散系数大于60小于65；

所述第六透镜的折射率大于1.6小于1.7，所述第六透镜的色散系数大于55小于60；

所述第七透镜的折射率大于1.8小于1.9，所述第七透镜的色散系数大于25小于30

所述第八透镜的折射率大于1.9小于2.0，所述第八透镜的色散系数大于20小于25；

所述第九透镜的折射率大于1.6小于1.7，所述第九透镜的色散系数大于60小于65；

所述第十透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第十透镜的色散系数大于80小于81；

所述第十一透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第十一透镜的色散系数大于70小于75；

所述第十二透镜的折射率大于1.7小于1.8，所述第十二透镜的色散系数大于40小于45；

所述第十三透镜的折射率大于1.7小于1.8，所述第十三透镜的色散系数大于45小于50；

所述第十四透镜的折射率大于1.5小于16，所述第十四透镜的色散系数大于70小于75。

可选地，在该实施例中，所述变焦镜头还包括光阑5，所述光阑5设置在所述第三透镜组30和所述第四透镜组40之间，更近一步地，光阑5的作用可以由透镜框替代，这样也可以无需布置单独的元件作为孔径光阑。

可选地，还包括成像面6，在变焦过程中，被摄物体的图像可以清楚地显示在成像面6上。

在上述实施例中，在不降低光学性能的范围内，能够采用下述内容。

在每一示例中，变焦镜头由四个透镜组来构造，但本发明也能适用于使用不同数量的透镜组的构造，诸如五个透镜组或六个透镜组。在该构造中，可以将透镜或透镜组添加到最接近物体的一侧，或可以将透镜或透镜组添加到最接近图像的一侧。“透镜组”是指由在变焦时改变的空气间隔分开的具有至少一个透镜的部分。

在该实施例中，可以将单个或多个透镜组或部分透镜组设计成是通过在光轴方向上移动来执行从无限远的物体聚焦到近距离的物体的聚焦透镜组。该聚焦透镜组能应用于自动对焦，以及还适合于驱动用于自动对焦的马达(使用超声马达驱动)，优选地，可以将第二透镜组20设计成聚焦透镜组。

在该实施例中，透镜组或部分透镜组可以被设计成是隔振透镜组，通过在垂直于光轴的方向上移动透镜组或部分透镜组，或在包括光轴的面内方向上旋转(振动)透镜组或部分透镜组，隔振透镜组校正由于手动而生成的图像模糊。特别优选将第三透镜组30的至少一部分设计成是隔振透镜组。

在该实施例中，可以将透镜组面形成为球面或平面，或非球面。如果透镜组面是球面或平面，则透镜加工、组装和调整容易，并且能防止由于加工、组装和调整的误差引起的光学性能恶化。如果透镜面是非球面，则该非球面能是由研磨生成的非球面、通过使用模具形成非球形状的玻璃生成的玻璃模塑的非球面，以及通过在将是非球形状的玻璃的表面上形成树脂而生成的复合非球面中的任意非球面。透镜面可以是衍射面，并且透镜可以是折射率分布式透镜(GRIN透镜)或塑料透镜。

在该实施例中，每一透镜面可以被涂覆有在宽波长区中具有高透射比的抗反射膜，以便减少鬼影和炫光，以及以高对比实现高光学性能。

本发明实施例提供的变焦镜头，沿光线自左向右入射方向分别设有光焦度为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、光焦度为正的补偿组、可变光栏组件、光焦度为正的后固定组；所述前固定组依次设有由双凹透镜和双凸透镜密接的胶合组、双凸透镜以及正月牙透镜；所述变倍组设有由双凹透镜、双凹透镜和负月牙透镜密接的胶合组；所述补偿组设有由正月牙透镜和双凸透镜密接的胶合组、凸平透镜；所述后固定组的依次设有双凹透镜和正月牙透镜密接的胶合组、负月牙透镜和双凸透镜密接的胶合组。

本发明实施例提供的变焦镜头实际上可以是一种均采用球面透镜的光学变焦镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向，即从物端到像端方向分别设有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的补偿组C、可变光栏组件D以及光焦度为正的后固定组E；所述前固定组A依次设有双凹球面负透镜A-1、双凸球面正透镜A-2以及双凸球面正透镜A-3和球面弯月正透镜A-4，双凹球面负透镜A-1、双凸球面正透镜A-2密接的第一胶合组；所述变倍组B设有双凹球面负透镜B-1、双凹球面负透镜B-2和球面弯月正透镜镜B-3，凹球面负透镜B-2和球面弯月正透镜镜B-3密接的第二胶合组；所述补偿组C设有由球面弯月正透镜C-1、双凸球面正透镜C-2以及双凸球面负透镜C-3，球面弯月正透镜C-1、双凸球面正透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组E的前部依次设有由双凹球面负透镜E-1、球面弯月正透镜E-2密接的第四胶合组，后部设有由平凹球面正透镜E-3和球面弯月负透镜E-4密接的第五胶合组，所述前固定组A与所述后固定组E组相对位置固定，且都具有正光焦度。

所述变焦镜头处于长焦位置，从长焦段到短焦段的变焦过程中，变倍组B从右像左沿光轴移动，对应的补偿组C从左像右沿光轴移动补偿第二透镜B组沿光轴移动时产生的焦点像差，实现变焦。所述变倍组B在光轴上的移动矢量L2满足条件式：0.10<|L2|/Lt<0.30，所述补偿组组在光轴上的移动矢量L3满足条件式：0.05<|L3|/Lt<0.15，其中，定义移动矢量L2和移动矢量L3从物端到像端为正值，从像端到物端为负值，Lt为所述变焦镜头沿光轴方向的总长度。将移动透镜组第二透镜组20和第三透镜组30在变焦过程中的位移矢量限定满足上述条件式，保证外界光进入所述变焦镜头的视角范围足以使镜头达到大变倍比要求。

如图1，所述第一透镜组10包括沿光轴方向从物端到像端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；所述第一透镜为双凹球面负透镜，包括凹面第一球面与凹面第二球面；第二透镜为双凸球面正透镜，包括凸球面第二球面与凸面第三球面，第一透镜和第二透镜密接组成胶合组；第三透镜为双凸球面正透镜，包括凸面第四球面与凸第五球面；第四透镜为球面弯月正透镜，包括凸面第六球面和凹面第七球面；所述第一透镜的折射率大于1.5小于1.7，色散系数大于40小于45；所述第二透镜的折射率大于1.4小于1.5，色散系数大于80小于85；所述第三透镜的折射率大于1.4小于1.5，色散系数大于80小于85；所述第四透镜的折射率大于1.7小于1.8，色散系数大于45小于50。

如图1，所述第二透镜组20包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的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；所述第五透镜为双凹球面负透镜，包括凹面第八球面和凹面第九球面；第六透镜为双凹球面负透镜，包括凹面第九球面和凹面第十球面；第七透镜为球面弯月正透镜镜，包括凸面第十球面和凹面第十一球面，第六透镜和第七透镜密接组成胶合组；所述第五透镜的折射率大于1.6小于1.7，其色散系数大于60小于65；所述第六透镜的折射率大于1.6小于1.7，其色散系数大于55小于60；所述第七透镜的折射率大于1.8小于1.9，其色散系数大于25小于30。

如图3，所述第三透镜组30包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜；所述第八透镜为球面弯月正透镜，包括凸面第十二球面和凹面第十三球面；第九透镜为双凸球面正透镜，包括凸面第十三球面和凸面第十四球面，第八透镜和第九透镜密接组成胶合组；第十透镜为双凸球面负透镜，包括凸面第十五球面与凸面第十六球面；所述第八透镜的折射率大于1.9小于2.0，其色散系数大于20小于25；所述第九透镜的折射率大于1.6小于1.7，其色散系数大于60小于65；所述第十透镜的折射率大于1.4小于1.5，其色散系数大于80小于81；

如图1，所述第四透镜组40包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第十三透镜和具有负光焦度的第十四透镜；所述第十一透镜为双凹球面负透镜，包括凹面第十七球面与凹面第十八球面；第十二透镜为球面弯月正透镜，包括凹面第十八球面与凹面第十九球面，第十一透镜和第十二透镜密接组成胶合组；第十三透镜为平凹球面正透镜，包括凸面第二十球面与凸面第二十一球面，第十四透镜为球面弯月负透镜，包括凹面第二十二球面与凸面第二十三球面，第十三透镜和第十四透镜密接组成胶合组；所述第十一透镜的折射率大于1.4小于1.5，其色散系数大于70小于75；所述第十二透镜的折射率大于1.7小于1.8，其色散系数大于40小于45；所述第十三透镜的折射率大于1.7小于1.8，其色散系数大于45小于50；所述第十四透镜的折射率大于1.5小于16，其色散系数大于70小于75。

在本实施例变焦镜头的一种具体实施方式中，第一透镜至第十六透镜各透镜的面型、曲率半径、厚度、折射率Nd及色散系数Vd等参数值按照如下表1设置。

表1

变焦镜头中各透镜的面型及各透镜参数按表1设置，且其中各透镜的折射率及色散系数采用上文所述的优选情况，在这种参数设置下，本实施例变焦镜头的有效焦距范围为15mm～300mm，达到了具有大变倍比变焦功能。其镜头总长度仅为192mm，实现了小型化。

本实施例中变焦镜头处于焦距15mm、30mm、60mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm时第二透镜组202和第三透镜组303的位置如下表2所示，其中D7指第四透镜与第五透镜之间的距离，D12指第七透镜与第八透镜之间的距离，D3指第十透镜与光阑之间的距离：可变间隔及其焦距见表2：

表2

f(mm)	300	250	200	150	100	60	30	15
									F数	7	6.5	6	6	5.6	5.6	5.6	5.6
D7(mm)	80.12	78.89	77.20	74.69	70.40	63.45	50.37	31.51
									D12(mm)	2.86	6.23	10.30	23.18	23.18	33.58	50.28	71.82
D17(mm)	23.36	21.22	18.8344	12.75	12.75	9.31	5.69	3.01

参考图2、图3、图4、和图5所示，图2为本实施例变焦镜头处于15mm焦距时的光学调制传递函数示意图，图3为本实施例变焦镜头处于15mm焦距的轴向像差图，图4为本实施例变焦镜头处于15mm焦距时的场曲图，图5为本实施例变焦镜头处于15mm焦距时的畸变图。

参考图6、图7、图8、和图9所示，图6为本实施例变焦镜头处于30mm焦距时的光学调制传递函数示意图，图7为本实施例变焦镜头处于30mm焦距的轴向像差图，图8为本实施例变焦镜头处于30mm焦距时的场曲图，图8为本实施例变焦镜头处于30mm焦距时的畸变图。

参考图10、图11、图12、和图13所示，图19为本实施例变焦镜头处于60mm焦距时的光学调制传递函数示意图，图11为本实施例变焦镜头处于60mm焦距的轴向像差图，图12为本实施例变焦镜头处于60mm焦距时的场曲图，图13为本实施例变焦镜头处于60mm焦距时的畸变图。

参考图14、图15、图16、和图17所示，图14为本实施例变焦镜头处于100mm焦距时的光学调制传递函数示意图，图15为本实施例变焦镜头处于100mm焦距的轴向像差图，图16为本实施例变焦镜头处于100mm焦距时的场曲图，图17为本实施例变焦镜头处于100mm焦距时的畸变图。

参考图18、图19、图20、和图21所示，图18为本实施例变焦镜头处于150mm焦距时的光学调制传递函数示意图，图19为本实施例变焦镜头处于150mm焦距的轴向像差图，图20为本实施例变焦镜头处于150mm焦距时的场曲图，图21为本实施例变焦镜头处于150mm焦距时的畸变图。

参考图22、图23、图24、和图25所示，图22为本实施例变焦镜头处于200mm焦距时的光学调制传递函数示意图，图23为本实施例变焦镜头处于200mm焦距的轴向像差图，图24为本实施例变焦镜头处于200mm焦距时的场曲图，图25为本实施例变焦镜头处于200mm焦距时的畸变图。

参考图26、图27、图28、和图29所示，图26为本实施例变焦镜头处于250mm焦距时的光学调制传递函数示意图，图27为本实施例变焦镜头处于250mm焦距的轴向像差图，图28为本实施例变焦镜头处于250mm焦距时的场曲图，图29为本实施例变焦镜头处于250mm焦距时的畸变图。

参考图30、图31、图32、和图33所示，图30为本实施例变焦镜头处于300mm焦距时的光学调制传递函数示意图，图31为本实施例变焦镜头处于300mm焦距的轴向像差图，图32为本实施例变焦镜头处于300mm焦距时的场曲图，图33为本实施例变焦镜头处于300mm焦距时的畸变图。

从这些MTF曲线图可以看出，本实施例无论是从短焦到长焦位置均获得良好的光学性能，可提供超过20倍的光学变焦比，能够提供F5.6到F7的光圈，且具有小型化特点。

至于MTF、像散、场曲、畸变、物侧、像侧、非球面透镜、光阑、光轴、光焦度等为本领域普通技术人员所熟知，在此不再赘述。

本发明涉及一种变焦镜头，具有高变焦倍率，尤其涉及一种变焦比高达20倍、长度为192mm、且适合于小型机载相机的小型化高倍率变焦镜头。

本发明还一种成像设备，包括前面描述的变焦镜头，这里的成像设备可以是照相机、望远镜等，具体不做限定。

本发明还一种用于制造变焦镜头的方法，所述变焦镜头包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30和第四透镜组40，所述第一透镜组10与所述第四透镜组40相对位置固定且都具有正光焦度，所述第三透镜组30用于补偿所述第二透镜组20沿光轴移动时产生的焦点像差，所述第二透镜组20具有负光焦度，所述第三透镜组30具有正光焦度，所述方法包括：

所述第二透镜组20和所述第三透镜组30可沿光轴方向以预设关联关系移动以实现变焦；

将每一透镜组装在镜头筒中，需要满足下述条件式：

所述变焦镜头从短焦段到长焦段的变焦过程中，所述第二透镜组20在光轴上的移动矢量L2满足条件式：0.10<|L2|/Lt<0.30，所述第三透镜组30在光轴上的移动矢量L3满足条件式：0.05<|L3|/Lt<0.15，其中，定义移动矢量L2和移动矢量L3从物端到像端为正值，从像端到物端为负值，Lt为所述变焦镜头沿光轴方向的总长度。

如上所述，根据本发明能提供小型化，可以由少量透镜构成，具有高性能和包括场曲、彗形像差、球面像差和像散的小像差，并具有较少鬼影和炫光的变焦镜头、包括该变焦镜头的成像设备，以及制造该变焦镜头的方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种变焦镜头、成像设备和制造变焦镜头的方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种变焦镜头，其特征在于，包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述第一透镜组与所述第四透镜组相对位置固定，且都具有正光焦度；所述第二透镜组和所述第三透镜组可沿光轴方向以预设关联关系移动，所述第三透镜组用于补偿所述第二透镜组沿光轴移动时产生的焦点像差，所述第二透镜组具有负光焦度，所述第三透镜组具有正光焦度；所述变焦镜头从短焦段到长焦段的变焦过程中，所述第二透镜组在光轴上的移动矢量L2满足条件式：0.10<|L2|/Lt<0.30，所述第三透镜组在光轴上的移动矢量L3满足条件式：0.05<|L3|/Lt<0.15，其中，定义移动矢量L2和移动矢量L3从物端到像端为正值，从像端到物端为负值，Lt为所述变焦镜头沿光轴方向的总长度。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括沿光轴方向从物端到像端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，第一透镜和第二透镜密接组成胶合组；

所述第二透镜组包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的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；

所述第三透镜组包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜；

所述第四透镜组包括前组和后组，所述前组沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜，所述后组沿光轴方向从物端到像端依次排列的具有正光焦度的第十三透镜、具有负光焦度的第十四透镜。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为双凹球面负透镜，所述第二透镜为双凸球面正透镜，所述第三透镜为双凸球面正透镜，所述第四透镜为球面弯月正透镜。

4.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第五透镜为双凹球面负透镜，所述第六透镜为双凹球面负透镜，所述第七透镜为球面弯月正透镜，所述第六透镜和所述第七透镜组成双胶合透镜。

5.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第八透镜为球面弯月正透镜，所述第九透镜为双凸球面正透镜，所述第十透镜为双凸球面正透镜，所述第八透镜和所述第九透镜组成双胶合透镜。

6.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十一透镜为为双凹球面负透镜，第十二透镜为球面弯月正透镜，所述第十一透镜和所述第十二透镜组成双胶合透镜，所述第十三透镜为平凹球面正透镜，所述第十四透镜为球面弯月负透镜，所述第十三透镜所述第十四透镜组成双胶合透镜。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，

所述第一透镜的折射率大于1.5小于1.7，所述第一透镜的色散系数大于40小于45；

所述第二透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第二透镜的色散系数大于80小于85；

所述第三透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第三透镜的色散系数大于80小于85；

所述第四透镜的折射率大于1.7小于1.8，所述第四透镜的色散系数大于45小于50；

所述第五透镜的折射率大于1.6小于1.7，所述第五透镜的色散系数大于60小于65；

所述第六透镜的折射率大于1.6小于1.7，所述第六透镜的色散系数大于55小于60；

所述第七透镜的折射率大于1.8小于1.9，所述第七透镜的色散系数大于25小于30

所述第八透镜的折射率大于1.9小于2.0，所述第八透镜的色散系数大于20小于25；

所述第九透镜的折射率大于1.6小于1.7，所述第九透镜的色散系数大于60小于65；

所述第十透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第十透镜的色散系数大于80小于81；

所述第十一透镜的折射率大于1.4小于1.5，所述第十一透镜的色散系数大于70小于75；

所述第十二透镜的折射率大于1.7小于1.8，所述第十二透镜的色散系数大于40小于45；

所述第十三透镜的折射率大于1.7小于1.8，所述第十三透镜的色散系数大于45小于50；

所述第十四透镜的折射率大于1.5小于16，所述第十四透镜的色散系数大于70小于75。

8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间。

9.一种成像设备，其特征在于，包括根据权利要求1至8中任何一项所述的变焦镜头。

10.一种用于制造如权利要求1至8中任一项所述变焦镜头的方法，其特征在于，所述变焦镜头包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述第一透镜组与所述第四透镜组相对位置固定且都具有正光焦度，所述第三透镜组用于补偿所述第二透镜组沿光轴移动时产生的焦点像差，所述第二透镜组具有负光焦度，所述第三透镜组具有正光焦度，所述方法包括：

所述第二透镜组和所述第三透镜组可沿光轴方向以预设关联关系移动以实现变焦；

将每一透镜组装在镜头筒中，需要满足下述条件式：

所述变焦镜头从短焦段到长焦段的变焦过程中，所述第二透镜组在光轴上的移动矢量L2满足条件式：0.10<|L2|/Lt<0.30，所述第三透镜组在光轴上的移动矢量L3满足条件式：0.05<|L3|/Lt<0.15，其中，定义移动矢量L2和移动矢量L3从物端到像端为正值，从像端到物端为负值，Lt为所述变焦镜头沿光轴方向的总长度。