CN107102422A - 一种大光圈超广角超高清变焦镜头 - Google Patents

一种大光圈超广角超高清变焦镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大光圈超广角超高清变焦镜头，包括总光焦度为负补偿镜组和总光焦度为正的变倍镜组，补偿镜组包括从物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，变倍镜组包括从物方到像方依次设置的第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜，第一透镜和第六透镜均为凸凹负光焦度透镜，第二透镜和第九透镜均为双凹负光焦度透镜，第三透镜为凸凹正光焦度透镜，第四透镜和第七透镜为双凸正光焦度透镜，第五透镜为双凸正光焦度透镜，第八透镜为凹凸负光焦度透镜。本发明的焦距变倍比大于4，在‑40℃～+80℃的环境下使用不跑焦，可达到可见光与红外光共焦且分辨率在4K以上，最大光圈可达到F1.3。

Description

一种大光圈超广角超高清变焦镜头
技术领域
本发明涉及镜头技术领域，特别涉及一种大光圈超广角超高清变焦镜头。
背景技术
随着安防行业的发展，诸如超高清、星光级低照度等概念逐渐深入人心，顾名思义所谓超高清指的是具备超高清晰度的摄像机，拥有数倍于传统1080P相机的有效像素，而星光级低照度等概念则需要镜头具备大光圈大通光量。目前，常见的广角变焦镜头通常具备F1.6～1.8的光圈，解析度能够满足3百万像素的要求，但是对于超高清以及星光级的概念来说这仍然不够，因此，需要研发一种广角变焦镜头使其能够满足超高清以及星光级的要求。
在广角变焦镜头领域，超高清或者大光圈通常都意味着更大的研发及生产难度，而将超高清与大光圈结合起来的镜头难度将会成倍提升，同时这将会给视频监控带来更加优良的效果。通常来说，使用更多的玻璃球面镜片可以更好的矫正像差，使得镜头的解析度提高、光圈增大，然而更多的镜片会使得镜头体积加大，成本大幅度提高，这样，如果使用玻璃球面镜片很难将镜头性能与成本达到合理的平衡。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种大光圈超广角超高清变焦镜头，焦距变倍比大于4，在-40℃～+80℃的环境下使用不跑焦，视场角变化范围广，可达到可见光与红外光共焦且成像清晰度与分辨率均在4K以上，最大光圈可达到F1.3，综合性能优异。
本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：
一种大光圈超广角超高清变焦镜头，包括总光焦度为负补偿镜组和总光焦度为正的变倍镜组，所述补偿镜组包括从物方到像方依次顺序排列设置的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为双凹负光焦度透镜，所述第三透镜为凸凹正光焦度透镜，所述变倍镜组包括从物方到像方依次顺序排列设置的第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜，所述第四透镜为双凸正光焦度透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度透镜，所述第六透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第七透镜为双凸正光焦度透镜，所述第八透镜为凹凸负光焦度透镜，所述第九透镜为双凹负光焦度透镜，所述补偿镜组的焦距与变倍镜组焦距满足如下关系式：
0.7<∣Ff'/Bf'∣<1.1；
所述的第五透镜、第六透镜以及第九透镜的焦距与变倍镜组的焦距之间满足如下关系：
0.7<∣f5/Bf'∣<1.8；
0.9<∣f6/Bf'∣<2.5；
15<∣f9/Bf'∣<35；
0.7<∣f5/f6∣<1.8；
其中，f5、f6、f9分别对应为第五透镜、第六透镜、第九透镜的焦距，Ff'对应为补偿镜组的焦距，Bf'对应为变倍镜组的焦距。
优选地，所述的第五透镜、第六透镜以及第九透镜的焦距与镜头处广角端时的焦距之间满足如下关系：
5<f5/fw<10；
-2<f6/fw<-8；
-28<f9/fw<-36；
所述的第五透镜、第六透镜以及第九透镜的焦距与镜头处望远端时的焦距之间满足如下关系：
-2<f5/ft<3；
-1<f6/ft<4；
5<f9/ft<12；
其中，“-”号表示方向为负，f5、f6、f9分别对应为第五透镜、第六透镜、第九透镜的焦距，fw对应为镜头处广角端时的焦距，ft对应为镜头处望远端时的焦距。
优选地，所述的第一透镜至第九透镜的各个焦距、折射率以及共十八个面的曲率半径满足以下条件：
-16≤f1≤-7 1.65≤n1≤1.88 60≤R1≤150 6≤R2≤9
-23≤f2≤-12 1.43≤n2≤1.7 -40≤R3≤-20 9≤R4≤25
20≤f3≤37 1.7≤n3≤2.05 10≤R5≤27 25≤R6≤100
8≤f4≤17 1.43≤n4≤1.7 5≤R7≤10 -200≤R8≤-50
16≤f5≤30 1.5≤n5≤1.65 6≤R9≤20 -150≤R10≤-50
-25≤f6≤-12 1.5≤n6≤1.65 -500≤R11≤-60 6≤R12≤16
5≤f7≤12 1.43≤n7≤1.7 5≤R13≤20 -8≤R14≤-3.5
-21≤f8≤-7 1.5≤n8≤1.9 -8≤R15≤-3.5 -27≤R16≤-9
-500≤f9≤-50 1.5≤n9≤1.65 -17≤R17≤-6 6≤R18≤16
其中，“-”号表示方向为负；f1至f9分别对应于第一透镜至第九透镜的焦距；n1至n9分别对应于第一透镜至第九透镜的折射率；R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17分别对应于第一透镜至第九透镜的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16、R18分别对应于第一透镜至第九透镜的远离物方的一面的曲率半径。
优选地，根据非球面方程式：
其中C＝1/r；
所述的第五透镜、第六透镜、第九透镜满足如下关系：
优选地，所述的第二透镜与第三透镜之间、第四透镜与第五透镜之间、第六透镜与第七透镜之间以及第八透镜与第九透镜之间均通过间隔圈承靠紧配。
优选地，所述的第七透镜与第八透镜通过光学胶粘合。
优选地，所述的第三透镜和第四透镜之间设有光阑。
优选地，所述的第五透镜、第六透镜以及第九透镜均为塑料非球面镜片。
优选地，所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第七透镜以及第八透镜均为玻璃球面镜片。
与现有技术相比，本发明提供的大光圈超广角超高清变焦镜头，采用玻璃球面镜片与塑料非球面镜片混合的光学结构，有效地降低了镜头的成本，玻璃镜片易于加工，塑料非球面镜片可以较好的矫正像差，镜头具备较高的成像性能，而且镜头具备总光焦度为正的变倍镜组与总光焦度为负的补偿镜组，通过改变变倍镜组和补偿镜组的间隔可以实现变焦的功能，焦距变倍比大于4，通过合理搭配塑料非球面镜片的材质，使得镜头可以在-40℃～+80℃的环境下使用不跑焦，视场角变化范围广，视场角变化范围为32度以下到155度以上，也可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度、分辨率均在4K以上，最大光圈达到F1.3，整个镜头将性能与成本完美的结合具备广阔的市场前景。
上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明的镜头处望远端时的结构示意图；
图2为本发明的镜头处广角端时的结构示意图。
具体实施方式：
为了使本发明的目的和技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例作详细说明。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。
本实施例提供的一种大光圈超广角超高清变焦镜头，结合图1和图2，包括总光焦度为负补偿镜组和总光焦度为正的变倍镜组，补偿镜组包括从物方到像方依次顺序排列设置的第一透镜1、第二透镜2以及第三透镜3，第一透镜为凸凹负光焦度透镜，第二透镜为双凹负光焦度透镜，第三透镜为凸凹正光焦度透镜，变倍镜组包括从物方到像方依次顺序排列设置的第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8以及第九透镜9，第四透镜为双凸正光焦度透镜，第五透镜为双凸正光焦度透镜，第六透镜为凸凹负光焦度透镜，第七透镜为双凸正光焦度透镜，第八透镜为凹凸负光焦度透镜，第九透镜为双凹负光焦度透镜，补偿镜组的焦距与变倍镜组焦距满足如下关系式：
0.7<∣Ff'/Bf'∣<1.1；
本发明的镜头具备总光焦度为正的变倍组与总光焦度为负的补偿组，通过改变两组的间隔来实现变焦的功能，焦距变倍比大于4，视场角变化范围广，为32度以下到145度以上，同时拥有4K以上的分辨率和F1.3以下的大光圈，整个镜头将性能与成本完美的结合具备广阔的市场前景。
为了达到小型化，高性能的目的，第五透镜、第六透镜以及第九透镜的焦距与变倍镜组的焦距之间满足如下关系：
0.7<∣f5/Bf'∣<1.8；
0.9<∣f6/Bf'∣<2.5；
15<∣f9/Bf'∣<35；
0.7<∣f5/f6∣<1.8；
其中，f5、f6、f9分别对应为第五透镜、第六透镜、第九透镜的焦距，Ff'对应为补偿镜组的焦距，Bf'对应为变倍镜组的焦距。
第五透镜、第六透镜以及第九透镜的焦距与镜头处广角端时的焦距之间满足如下关系：
5<f5/fw<10；
-2<f6/fw<-8；
-28<f9/fw<-36；
第五透镜、第六透镜以及第九透镜的焦距与镜头处望远端时的焦距之间满足如下关系：
-2<f5/ft<3；
-1<f6/ft<4；
5<f9/ft<12；
其中，“-”号表示方向为负，f5、f6、f9分别对应为第五透镜、第六透镜、第九透镜的焦距，fw对应为镜头处广角端时的焦距，ft对应为镜头处望远端时的焦距。
第一透镜至第九透镜的各个焦距、折射率以及共十八个面的曲率半径满足以下条件：
其中，“-”号表示方向为负；f1至f9分别对应于第一透镜至第九透镜的焦距；n1至n9分别对应于第一透镜至第九透镜的折射率；R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17分别对应于第一透镜至第九透镜的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16、R18分别对应于第一透镜至第九透镜的远离物方的一面的曲率半径。
进一步，根据非球面方程式：
其中C＝1/r；
第五透镜、第六透镜、第九透镜满足如下关系：
第二透镜与第三透镜之间、第四透镜与第五透镜之间、第六透镜与第七透镜之间以及第八透镜与第九透镜之间均通过间隔圈承靠紧配。第七透镜与第八透镜通过光学胶粘合。第三透镜和第四透镜之间设有光阑10。当变焦镜头变焦时，孔径光栏位置固定不动，而补偿镜组与变倍镜组可选择性移动。
第五透镜、第六透镜以及第九透镜均为塑料非球面镜片。第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第七透镜以及第八透镜均为玻璃球面镜片。本发明采用玻塑混合的光学结构，玻璃镜片易于加工，塑料非球面镜片可以较好的矫正像差，使得镜头的解析度提高，光圈增大。
本发明的大光圈超广角超高清变焦镜头的九片透镜的共十八个面的面型、曲率半径、镜片厚度、镜片间距、镜片折射率和K值分别满足以下条件，如表1所示：
表1：九片透镜的物理参数如下：
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种大光圈超广角超高清变焦镜头，其特征在于，包括总光焦度为负补偿镜组和总光焦度为正的变倍镜组，所述补偿镜组包括从物方到像方依次顺序排列设置的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第二透镜为双凹负光焦度透镜，所述第三透镜为凸凹正光焦度透镜，所述变倍镜组包括从物方到像方依次顺序排列设置的第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜以及第九透镜，所述第四透镜为双凸正光焦度透镜，所述第五透镜为双凸正光焦度透镜，所述第六透镜为凸凹负光焦度透镜，所述第七透镜为双凸正光焦度透镜，所述第八透镜为凹凸负光焦度透镜，所述第九透镜为双凹负光焦度透镜，所述补偿镜组的焦距与变倍镜组焦距满足如下关系式：
0.7<∣Ff'/Bf'∣<1.1；
所述的第五透镜、第六透镜以及第九透镜的焦距与变倍镜组的焦距之间满足如下关系：
0.7<∣f5/Bf'∣<1.8；
0.9<∣f6/Bf'∣<2.5；
15<∣f9/Bf'∣<35；
0.7<∣f5/f6∣<1.8；
其中，f5、f6、f9分别对应为第五透镜、第六透镜、第九透镜的焦距，Ff'对应为补偿镜组的焦距，Bf'对应为变倍镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的大光圈超广角超高清变焦镜头，其特征在于，所述的第五透镜、第六透镜以及第九透镜的焦距与镜头处广角端时的焦距之间满足如下关系：
5<f5/fw<10；
-2<f6/fw<-8；
-28<f9/fw<-36；
所述的第五透镜、第六透镜以及第九透镜的焦距与镜头处望远端时的焦距之间满足如下关系：
-2<f5/ft<3；
-1<f6/ft<4；
5<f9/ft<12；
其中，“-”号表示方向为负，f5、f6、f9分别对应为第五透镜、第六透镜、第九透镜的焦距，fw对应为镜头处广角端时的焦距，ft对应为镜头处望远端时的焦距。
3.根据权利要求1或2所述的大光圈超广角超高清变焦镜头，其特征在于，所述的第一透镜至第九透镜的各个焦距、折射率以及共十八个面的曲率半径满足以下条件：
-16≤f1≤-7 1.65≤n1≤1.88 60≤R1≤150 6≤R2≤9 -23≤f2≤-12 1.43≤n2≤1.7 -40≤R3≤-20 9≤R4≤25 20≤f3≤37 1.7≤n3≤2.05 10≤R5≤27 25≤R6≤100 8≤f4≤17 1.43≤n4≤1.7 5≤R7≤10 -200≤R8≤-50 16≤f5≤30 1.5≤n5≤1.65 6≤R9≤20 -150≤R10≤-50 -25≤f6≤-12 1.5≤n6≤1.65 -500≤R11≤-60 6≤R12≤16 5≤f7≤12 1.43≤n7≤1.7 5≤R13≤20 -8≤R14≤-3.5 -21≤f8≤-7 1.5≤n8≤1.9 -8≤R15≤-3.5 -27≤R16≤-9 -500≤f9≤-50 1.5≤n9≤1.65 -17≤R17≤-6 6≤R18≤16
其中，“-”号表示方向为负；f1至f9分别对应于第一透镜至第九透镜的焦距；n1至n9分别对应于第一透镜至第九透镜的折射率；R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17分别对应于第一透镜至第九透镜的靠近物方的一面的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16、R18分别对应于第一透镜至第九透镜的远离物方的一面的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的大光圈超广角超高清变焦镜头，其特征在于，根据非球面方程式：
其中C＝1/r；
所述的第五透镜、第六透镜、第九透镜满足如下关系：
。
5.根据权利要求1所述的大光圈超广角超高清变焦镜头，其特征在于，所述的第二透镜与第三透镜之间、第四透镜与第五透镜之间、第六透镜与第七透镜之间以及第八透镜与第九透镜之间均通过间隔圈承靠紧配。
6.根据权利要求1所述的大光圈超广角超高清变焦镜头，其特征在于，所述的第七透镜与第八透镜通过光学胶粘合。
7.根据权利要求1所述的大光圈超广角超高清变焦镜头，其特征在于，所述的第三透镜和第四透镜之间设有光阑。
8.根据权利要求1所述的大光圈超广角超高清变焦镜头，其特征在于，所述的第五透镜、第六透镜以及第九透镜均为塑料非球面镜片。
9.根据权利要求1所述的大光圈超广角超高清变焦镜头，其特征在于，所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第七透镜以及第八透镜均为玻璃球面镜片。
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