CN107632378A - 小型大倍率恒定光圈变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学器件技术领域，尤其涉及小型大倍率恒定光圈变焦镜头，包括从物方到像方依次排列的前固定群、变倍群、中间固定群和聚焦群，前固定群的总光焦度为正，变倍群的总光焦度为负，中间固定群的总光焦度为正，聚焦群的总光焦度为正；前固定群、变倍群、中间固定群和聚焦群中的透镜均为玻璃透镜；前固定群的焦距为fq'，中间固定群的焦距为fz'，它们满足如下关系式：1.5<|fq'/fw'|<8.9；0.8<|fz'/fw'|<5.3；0.5<|ft'/fq'|<8.8；0.9<|ft'/fz'|<7.8；其中，fw'为镜头处于广角端时的焦距，ft'为镜头处于望远端时的焦距。相对于现有技术，本发明可以减小镜头的体积，增大视场角变化范围，并提高解析度。整个镜头将高性能与小体积完美的结合具备广阔的市场前景。

Description

小型大倍率恒定光圈变焦镜头

技术领域

本发明属于光学器件技术领域，尤其涉及一种小型大倍率恒定光圈变焦镜头。

背景技术

在安防领域，变焦镜头由于焦距可变，能适应各种复杂的场景而深受喜爱。现有的变焦镜头有2组元的和多组元的(通常具备4群组以上)。其中2组元结构具备较小的体积，但其倍率也较小，通常小于4.5倍，并且从广角端到望远端光圈逐渐缩小。而多组元结构具备较大的倍率，通常能达到10倍以上，在特定条件下还能实现从广角端到望远端恒定不变的光圈，恒定光圈的特性使得镜头在不同焦段的图像亮度较为一致，但通常具备恒定光圈的大倍率变焦镜头体积也比较大。

随着安防向高清化、小型化推进，需要镜头达到更高的性能与更小的体积。因此开发一款体积小、性能高的大倍率恒定光圈变焦镜头就很有必要了。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其通过合理搭配使用不同材质的玻璃球面镜片使得镜头具备较小的体积及较高的成像性能。该镜头可以在-40℃～+80℃的环境下使用不跑焦，亦可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度均在4K以上，最大光圈达到F1.6，光学总长小于60mm。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

小型大倍率恒定光圈变焦镜头，包括从物方到像方依次排列的前固定群、变倍群、中间固定群和聚焦群，所述前固定群的总光焦度为正，所述变倍群的总光焦度为负，所述中间固定群的总光焦度为正，所述聚焦群的总光焦度为正；所述前固定群、所述变倍群、所述中间固定群和所述聚焦群中的透镜均为玻璃透镜；

所述前固定群的焦距为fq'，所述中间固定群的焦距为fz'，它们满足如下关系式：1.5<|fq'/fw'|<8.9；0.8<|fz'/fw'|<5.3；0.5<|ft'/fq'|<8.8；0.9<|ft'/fz'|<7.8；其中，fw'为镜头处于广角端时的焦距，ft'为镜头处于望远端时的焦距。

作为本发明小型大倍率恒定光圈变焦镜头的一种改进，所述前固定群包括从物方到像方依次排列的凸凹负光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜和凸凹正光焦度的第三透镜，所述第二透镜的朝向物方的一面为凸面，所述第二透镜的朝向像方的一面为凸面、凹面或平面。

作为本发明小型大倍率恒定光圈变焦镜头的一种改进，所述第一透镜与所述第二透镜通过光学胶粘合，所述第二透镜和所述第三透镜通过垫圈紧靠。

作为本发明小型大倍率恒定光圈变焦镜头的一种改进，所述变倍群包括从物方到像方依次排列的双凹负光焦度的第四透镜、双凹负光焦度的第五透镜和正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的朝向物方的一面为凸面，所述第六透镜的朝向像方的一面为凸面、凹面或平面。

作为本发明小型大倍率恒定光圈变焦镜头的一种改进，所述第四透镜和所述第五透镜之间通过镜片边缘直接承靠；所述第五透镜与所述第六透镜通过光学胶粘合。

作为本发明小型大倍率恒定光圈变焦镜头的一种改进，所述中间固定群包括从物方到像方依次排列的双凸正光焦度的第七透镜、双凹负光焦度的第八透镜、双凸正光焦度的第九透镜、双凸正光焦度的第十透镜和双凹负光焦度的第十一透镜。

作为本发明小型大倍率恒定光圈变焦镜头的一种改进，所述第七透镜与所述第八透镜通过光学胶粘合，所述第八透镜与所述第九透镜之间通过垫圈紧靠，所述第九透镜与所述第十透镜之间通过垫圈紧靠，所述第十透镜与所述第十一透镜通过光学胶粘合。

作为本发明小型大倍率恒定光圈变焦镜头的一种改进，所述聚焦群包括从物方到像方依次排列的正光焦度的第十二透镜、凹凸负光焦度的第十三透镜和双凸正光焦度的第十四透镜，所述第十二透镜的朝向物方的一面为凸面、凹面或平面，所述第十二透镜的朝向像方的一面为凸面。

作为本发明小型大倍率恒定光圈变焦镜头的一种改进，所述第十二透镜与所述第十三透镜通过光学胶粘合，所述第十三透镜与所述第十四透镜之间通过垫圈紧靠。

作为本发明小型大倍率恒定光圈变焦镜头的一种改进，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜的焦距和折射率分别满足以下条件：

-180.3＜f1＜-40.1	1.67＜n1＜2.05
		20.1＜f2＜80.5	1.43＜n2＜1.65
30.2＜f3＜70.1	1.43＜n3＜1.78
		-21.5＜f4＜-4.9	1.55＜n4＜1.89
-22.3＜f5＜-5.7	1.43＜n5＜1.75
		7.2＜f6＜31.8	1.55＜n6＜1.9
4.6＜f7＜19.5	1.43＜n7＜1.85
		-19.3＜f8＜-5.2	1.51＜n8＜1.85
5.5＜f9＜20.9	1.75＜n9＜2.15
		5.6＜f10＜22.5	1.43＜n10＜1.78
-12.2＜f11＜-2.3	1.65＜n11＜2.15
		18.8＜f12＜4.3	1.51＜n12＜1.85
-19.3＜f13＜-4.1	1.5＜n13＜1.9
		7.5＜f14＜33.4	1.55＜n14＜1.98

其中，f1至f14分别为所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜的焦距，n1至n14分别为所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜的折射率。

本发明具有4个群组，具体为采用9组14片全玻璃的光学结构；其中变倍群的总光焦度为负，聚焦群的总光焦度为正，通过改变两组的间隔来实现变焦的功能。当变焦镜头变焦时，孔径光阑、前固定群、中间固定群位置固定不动，而变倍群与聚焦群可选择性移动。本发明焦距变倍比大于10倍，视场角变化范围广，为6度以下到65度以上，同时拥有4K以上的分辨率和恒定F1.8以下的大光圈，光学总长小于60mm，体积大大小于同类镜头。此外，本发明的镜头可以在-40℃～+80℃的环境下使用不跑焦，亦可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度均在4K以上。整个镜头将高性能与小体积完美的结合具备广阔的市场前景。

总之，本发明可以减小镜头的体积，增大视场角变化范围，并提高解析度。

附图说明

图1为本发明处于广角端的光学结构示意图。

图2为本发明处于望远端的光学结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明及其有益效果作进一步详细的说明，但是，本发明的具体实施方式并不局限于此。

如图1和图2所示，本发明提供的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，包括从物方到像方依次排列的前固定群、变倍群、中间固定群和聚焦群，前固定群的总光焦度为正，变倍群的总光焦度为负，中间固定群的总光焦度为正，聚焦群的总光焦度为正；前固定群、变倍群、中间固定群和聚焦群中的透镜均为玻璃透镜；

前固定群的焦距为fq'，中间固定群的焦距为fz'，它们满足如下关系式：1.5<|fq'/fw'|<8.9；0.8<|fz'/fw'|<5.3；0.5<|ft'/fq'|<8.8；0.9<|ft'/fz'|<7.8；其中，fw'为镜头处于广角端时的焦距，ft'为镜头处于望远端时的焦距。

其中，前固定群包括从物方到像方依次排列的凸凹负光焦度的第一透镜1、正光焦度的第二透镜2和凸凹正光焦度的第三透镜3，第二透镜2的朝向物方的一面为凸面，第二透镜2的朝向像方的一面为凸面、凹面或平面。

第一透镜1与第二透镜2通过光学胶粘合，第二透镜2和第三透镜3通过垫圈紧靠。

变倍群包括从物方到像方依次排列的双凹负光焦度的第四透镜4、双凹负光焦度的第五透镜5和正光焦度的第六透镜6，第六透镜6的朝向物方的一面为凸面，第六透镜6的朝向像方的一面为凸面、凹面或平面。

第四透镜4和第五透镜5之间通过镜片边缘直接承靠；第五透镜5与第六透镜6通过光学胶粘合。

中间固定群包括从物方到像方依次排列的双凸正光焦度的第七透镜7、双凹负光焦度的第八透镜8、双凸正光焦度的第九透镜9、双凸正光焦度的第十透镜10和双凹负光焦度的第十一透镜11。

第七透镜7与第八透镜8通过光学胶粘合，第八透镜8与第九透镜9之间通过垫圈紧靠，第九透镜9与第十透镜10之间通过垫圈紧靠，第十透镜10与第十一透镜11通过光学胶粘合。

聚焦群包括从物方到像方依次排列的正光焦度的第十二透镜12、凹凸负光焦度的第十三透镜13和双凸正光焦度的第十四透镜14，第十二透镜12的朝向物方的一面为凸面、凹面或平面，第十二透镜12的朝向像方的一面为凸面。

第十二透镜12与第十三透镜13通过光学胶粘合，第十三透镜13与第十四透镜14之间通过垫圈紧靠。

第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、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、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13和第十四透镜14的焦距和折射率分别满足以下条件：

-180.3＜f1＜-40.1	1.67＜n1＜2.05
		20.1＜f2＜80.5	1.43＜n2＜1.65
30.2＜f3＜70.1	1.43＜n3＜1.78
		-21.5＜f4＜-4.9	1.55＜n4＜1.89
-22.3＜f5＜-5.7	1.43＜n5＜1.75
		7.2＜f6＜31.8	1.55＜n6＜1.9
4.6＜f7＜19.5	1.43＜n7＜1.85
		-19.3＜f8＜-5.2	1.51＜n8＜1.85
5.5＜f9＜20.9	1.75＜n9＜2.15
		5.6＜f10＜22.5	1.43＜n10＜1.78
-12.2＜f11＜-2.3	1.65＜n11＜2.15
		18.8＜f12＜4.3	1.51＜n12＜1.85
-19.3＜f13＜-4.1	1.5＜n13＜1.9
		7.5＜f14＜33.4	1.55＜n14＜1.98

其中，f1至f14分别为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、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、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13和第十四透镜14的焦距，n1至n14分别为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、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、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13和第十四透镜14的折射率。

实施例1

本实施例中，该变焦镜头的十四片透镜共二十八个面的面型、曲率半径R、镜片厚度、镜片间距和镜片折射率nd分别满足以下条件：

表1：十四片透镜的物理参数。

上表中，“R”为曲率半径，“-”号表示方向为负，“PL”表示平面，上表同一面序号既有折射率数据nd，又有数据D的，数据D表示该透镜轴心线处的厚度，同一面序号只有数据D而没有折射率数据nd的，数据D表示该透镜到下一透镜面的间距。其中，1-30是从物方到像方依次排列的面序号。即，面序号1和2分别对应第一透镜1朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号3和4分别对应第二透镜2朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号5和6分别对应第三透镜3朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号7和8分别对应第四透镜4朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号9和10分别对应第五透镜5朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号11和12分别对应第六透镜6朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号14和15分别对应第七透镜7朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号16和17分别对应第八透镜8朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号18和19分别对应第九透镜9朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号20和21分别对应第十透镜10朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号22和23分别对应第十一透镜11朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号24和25分别对应第十二透镜12朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号26和27分别对应第十三透镜13朝向物方的一面和朝向像方的一面，面序号28和29分别对应第十四透镜14朝向物方的一面和朝向像方的一面。十四片透镜的材质均为玻璃。

本实施例中，第二透镜2的朝向物方的一面为凸面，第二透镜2的朝向像方的一面为凸面，第六透镜6的朝向物方的一面为凸面，第六透镜6的朝向像方的一面为凹面，第十二透镜12的朝向物方的一面为平面，第十二透镜12的朝向像方的一面为凸面。

总之，本发明具有4个群组，具体为采用9组14片全玻璃的光学结构；其中变倍群的总光焦度为负，聚焦群的总光焦度为正，通过改变两组的间隔来实现变焦的功能。当变焦镜头变焦时，孔径光阑、前固定群、中间固定群位置固定不动，而变倍群与聚焦群可选择性移动。本发明焦距变倍比大于10倍，视场角变化范围广，为6度以下到65度以上，同时拥有4K以上的分辨率和恒定F1.8以下的大光圈，光学总长小于60mm，体积大大小于同类镜头。此外，本发明的镜头可以在-40℃～+80℃的环境下使用不跑焦，亦可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度均在4K以上。整个镜头将高性能与小体积完美的结合具备广阔的市场前景。

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适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本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。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：包括从物方到像方依次排列的前固定群、变倍群、中间固定群和聚焦群，所述前固定群的总光焦度为正，所述变倍群的总光焦度为负，所述中间固定群的总光焦度为正，所述聚焦群的总光焦度为正；所述前固定群、所述变倍群、所述中间固定群和所述聚焦群中的透镜均为玻璃透镜；

所述前固定群的焦距为fq'，所述中间固定群的焦距为fz'，它们满足如下关系式：1.5<|fq'/fw'|<8.9；0.8<|fz'/fw'|<5.3；0.5<|ft'/fq'|<8.8；0.9<|ft'/fz'|<7.8；其中，fw'为镜头处于广角端时的焦距，ft'为镜头处于望远端时的焦距。

2.根据权利要求1所述的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：所述前固定群包括从物方到像方依次排列的凸凹负光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜和凸凹正光焦度的第三透镜，所述第二透镜的朝向物方的一面为凸面，所述第二透镜的朝向像方的一面为凸面、凹面或平面。

3.根据权利要求2所述的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：所述第一透镜与所述第二透镜通过光学胶粘合，所述第二透镜和所述第三透镜通过垫圈紧靠。

4.根据权利要求2所述的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：所述变倍群包括从物方到像方依次排列的双凹负光焦度的第四透镜、双凹负光焦度的第五透镜和正光焦度的第六透镜，所述第六透镜的朝向物方的一面为凸面，所述第六透镜的朝向像方的一面为凸面、凹面或平面。

5.根据权利要求4所述的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：所述第四透镜和所述第五透镜之间通过镜片边缘直接承靠；所述第五透镜与所述第六透镜通过光学胶粘合。

6.根据权利要求4所述的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：所述中间固定群包括从物方到像方依次排列的双凸正光焦度的第七透镜、双凹负光焦度的第八透镜、双凸正光焦度的第九透镜、双凸正光焦度的第十透镜和双凹负光焦度的第十一透镜。

7.根据权利要求6所述的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：所述第七透镜与所述第八透镜通过光学胶粘合，所述第八透镜与所述第九透镜之间通过垫圈紧靠，所述第九透镜与所述第十透镜之间通过垫圈紧靠，所述第十透镜与所述第十一透镜通过光学胶粘合。

8.根据权利要求6所述的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：所述聚焦群包括从物方到像方依次排列的正光焦度的第十二透镜、凹凸负光焦度的第十三透镜和双凸正光焦度的第十四透镜，所述第十二透镜的朝向物方的一面为凸面、凹面或平面，所述第十二透镜的朝向像方的一面为凸面。

9.根据权利要求8所述的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：所述第十二透镜与所述第十三透镜通过光学胶粘合，所述第十三透镜与所述第十四透镜之间通过垫圈紧靠。

10.根据权利要求8所述的小型大倍率恒定光圈变焦镜头，其特征在于：所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜的焦距和折射率分别满足以下条件：

其中，f1至f14分别为所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜的焦距，n1至n14分别为所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜的折射率。