CN108254907B - 变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
一种变焦镜头，从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的固定镜片群、孔径光阑、具有正光焦度的变焦镜片群、具有负光焦度的固定镜片、具有正光焦度的聚焦镜片群和滤光片，通过将变焦镜片群沿着光轴从像侧向物体侧移动而进行从广角端向望远端的变倍，通过将聚焦镜片群沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。本发明能够达成轻小型化、广角化、短距离实现数倍变焦、无畸变、微距拍摄等诸多特点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种小体积、4K画质、具有微距功能的变焦镜头。
背景技术
由于变焦镜头在设计上的限制很大，为了兼顾各个倍率的性能，得到较好的解析度，通常采用变焦群与聚焦群配合的方式实现变焦。镜片数量往往较多，镜片的累加以及移动量的行程余量都会导致镜头的尺寸变长。为了压缩长度，小倍率变焦镜头通常采用二群变焦结构，后群往往会有大量镜片堆叠，这样压缩方式效果不佳；因为追求广角，第一群组镜片口径较大，传统的二群结构第一群组可动导致了其行程范围内的镜头外径都非常之大；而且这样全长可变的结构，对于潮湿的使用环境，就必须追加额外的防水机构，会导致重量增加。如何在很短的长度内实现尽可能高的变倍比是该类镜头的一大技术难点。
此外，很多场合的拍摄，需要镜头有足够大视场角以获得更为广阔的视野范围，常常会用到广角镜头与鱼眼镜头。而广角镜头与鱼眼镜头的设计理念是以牺牲镜头的畸变为代价，以极大的负畸变以尽可能多的收入光线，因而在画面的边缘区域因为巨大的形变被严重压缩，无法分辨出画面周边的影像信息，造成成像的观感质量不佳。而在航空拍摄中，为了保证能够清晰地观测到大范围的被摄区域，对画面的畸变有着很高的要求，通常都要低于肉眼可见的程度。主流的镜头成像解决方案都是通过畸变矫正来减弱畸变带来的影响，但是矫正会造成解像力的失真，效果并不佳，同时给运算芯片带来较大的负载。
因为微距与正常拍摄的距离差异过大，通常的镜头无法对极近距离的物体进行对焦，需要在镜头前端增加一个微距透镜组，而且即使以这样获得图像之后，由于往往需要大幅调节聚焦群组才能达到画面清晰，画面会出现严重的场曲，几乎没有镜头可以在微距的情况达到和远距离拍摄一样的像质。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种变焦镜头，能够达成轻小型化、广角化、短距离实现数倍变焦、无畸变、微距拍摄等诸多特点，并且跨越整个变倍域均能良好地校正诸像差，能够对应可以进行超高清4K级影像摄影的固体摄像元件，可以使轻小型化、广角化、短距离实现数倍变焦、无畸变、微距拍摄和超高光学性能的维持并立。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的固定镜片群、孔径光阑、具有正光焦度的变焦镜片群、具有负光焦度的固定镜片、具有正光焦度的聚焦镜片群和滤光片，通过将变焦镜片群沿着光轴从像侧向物体侧移动而进行从广角端向望远端的变倍，通过将聚焦镜片群沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。
所述的固定镜片群包括：具有负光焦度且双面非球面的第一镜片、具有正光焦度的第一胶合镜片。
所述的第一镜片使镜头从广角端到望远端实现了全程无畸变的同时有效地扩大了镜头在广角端的视场角，镜头可以获得更广阔的视野范围。
所述的第一胶合镜片由两枚正负光焦度胶合镜片胶合而成，通过镜片材料折射率与阿贝数的搭配，大幅地减小了光学系统的色差，实现了消费级镜头注重色差还原的要求。
所述的第一镜片的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(-1.45,-0.25)。
所述的第一镜片的折射率优选大于1.7。
所述的第一胶合镜片前镜片的阿贝数优选大于65。
所述的第一胶合镜片后镜片的折射率优选大于1.8。
所述的变焦镜片群包括：具有正光焦度且双面非球面的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有负光焦度的第二胶合镜片。
所述的第三镜片优化了光学系统的周边像差，提升了画质的均一性。
所述的第四镜片和第二胶合镜片，搭配了合理的镜片折射率和阿贝数，有效地减小光学系统望远端和广角端的各种像差。
所述的第三镜片的焦距与像侧面的有效口径的比值优选为(2.5,6)。
所述的第四镜片的折射率优选大于1.7。
所述的第二胶合镜片后镜片的阿贝数优选大于65。
所述的固定镜片，即具有负光焦度并且两面均为非球面的第六镜片，通过固定镜片能够有效地减小光学系统的各种像差，尤其是球差、像散和场曲。
所述的第六镜片的焦距与物侧面的有效口径的比值优选为(-4.5,-1.5)。
所述的第六镜片的阿贝数优选为(23,36)。
所述的聚焦镜片群包括：至少一枚低色散玻璃的正光焦度镜片以调节光学系统的色差。
优选地，将所述正光焦度镜片设置为非球面以进一步提升镜头的解像力性能。
所述的聚焦镜片群的焦距与像侧面的有效口径的比值优选为(0.75,1.75)。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用了四群结构，简化了各个群组的镜片数量，并缩短了镜头的聚焦行程，将镜头的总长减小到47mm以内。将镜头第一群组由移动群优化为固定群组，极大第减小了镜头后端的外径尺寸，给马达的安装预留了空间。同时也改进了全程可变导致防水性能不佳的问题。
本发明在一群镜组中使用高折射率的负光焦度镜片，增大大角度光线的曲折率，从而扩大了视场角。而通过大量模造非球面的应用，有效地控制了畸变量，真正实现了大视场角与全焦段无畸变的兼容效果。
本发明使用了高折射率玻璃与超低色散玻璃材料，高折射率镜片的运用保证了镜头的像差改善，而超低色散材料与其他材质的搭配使得色差被压制在很小的范围内，本镜头从广角端至望远端变倍时全焦段都可以达到4K画质，拥有丰富的色彩还原度和极强的细节再现能力。即使在飞行、奔跑等高速运动的情况下超高清的解像力也能保障DV相机动态摄影捕捉和数字变倍的要求。
本发明在传统二群结构的基础上，增加了由单枚负光焦度镜片组成的第三群固定群组，负光焦度能够有效地减缓，光线在聚焦群组的走势，增加了后焦余量空间的同时，大幅缩短了聚焦行程，镜头从无穷远对焦至微距，聚焦移动量小于1mm。在三群的单镜片上，又采用双面非球面设计，使得光线在镜片单面上的折射达到多镜片阵列折射的效果，改进了微距状态与无穷远场曲差异过大的缺陷。
附图说明
图1为实施例1的光学结构示意图；
图中箭头表示从广角端到望远端过程中，变焦群和聚焦群的移动轨迹；
图2为实施例1镜头的广角端相对于d线的各像差图；
图3为实施例1镜头的望远端相对于d线的各像差图；
图4为实施例2的光学结构示意图；
图中箭头表示从广角端到望远端过程中，变焦群和聚焦群的移动轨迹；
图5为实施例2镜头的广角端相对于d线的各像差图；
图6为实施例2镜头的望远端相对于d线的各像差图；
图中：G1固定镜片群、G2变焦镜片群、G3固定镜片、G4聚焦镜片群、L1第一镜片、L2第一胶合镜片、L3第三镜片、L4第四镜片、L5第二胶合镜片、L6第六镜片、L7第七镜片、L8第八镜片、SPT孔径光阑、CG保护玻璃、ICF第一滤光片。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，为本实施例涉及的一种变焦透镜，其具体包括：具有负光焦度的固定镜片群G1、孔径光阑SPT、具有正光焦度的变焦镜片群G2、具有负光焦度的固定镜片G3、具有正光焦度的聚焦镜片群G4和滤光片ICF，通过将变焦镜片群沿着光轴从像侧向物体侧移动而进行从广角端向望远端的变倍，通过将聚焦镜片群沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。
所述的固定镜片群G1包括：具有负光焦度且双面非球面的第一镜片L1、具有正光焦度的第一胶合镜片L2。
所述的变焦镜片群G2包括：具有正光焦度且双面非球面的第三镜片L3、具有正光焦度的第四镜片L4、具有负光焦度的第二胶合镜片L5。
所述的固定镜片G3为具有负光焦度并且两面均为非球面的第六镜片L6，通过固定镜片G3能够有效地减小光学系统的各种像差，尤其是球差、像散和场曲。
所述的聚焦镜片群G4包括：具有正光焦度的第七镜片L7和具有正光焦度的第八镜片L8。
在使所述的固定镜片群和所述的固定镜片固定的状态下，通过使所述的变焦镜片群沿着光轴从物体侧向像侧移动而进行从广角端向望远端的变倍，通过使所述的聚焦镜片群沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。
以下，示出关于实施例1的变焦透镜的各种数值数据。
EFL＝3.70广角端～7.70中间焦点位置～11.70望远端
FNo＝2.55广角端～3.87中间焦点位置～4.64望远端
表1显示了实施例1镜头的结构参数；表2显示了实施例1镜头的变焦参数；表3显示了实施例1的镜头非球面系数。
表1实施例1镜头结构参数
表2实施例1镜头变焦参数
| 镜头参数 | W | M | T |
| A | 14.55 | 6.30 | 0.92 |
| B | 0.75 | 8.99 | 14.38 |
| C | 0.50 | 3.01 | 2.38 |
| D | 5.43 | 2.92 | 3.55 |
表3实施例1镜头非球面系数
如图2所示，实施例1镜头的广角端相对于d线的各像差图；如图3所示，是实施例1镜头的望远端相对于d线的各像差图。
实施例2
如图4所示，与实施例1相比，本实施里中聚焦镜片群G4采用具有正光焦度的第七镜片L7。
在使所述的固定镜片群和所述的固定镜片固定的状态下，通过使所述的变焦镜片群沿着光轴从物体侧向像侧移动而进行从广角端向望远端的变倍，通过使所述的聚焦镜片群沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。
以下，示出关于实施例2的变焦透镜的各种数值数据。
EFL＝3.95广角端～7.90中间焦点位置～11.40望远端
FNo＝2.52广角端～3.91中间焦点位置～4.57望远端
表4显示了实施例2镜头的结构参数；表5显示了实施例2镜头的变焦参数；表6显示了实施例2的镜头非球面系数。
表4实施例2镜头结构参数
| 表面序号 | 表面类型 | 曲率半径 | 厚度 | 折射率 | 阿贝数 |
| S1 | 非球面 | 35.03 | 1.30 | 1.84 | 40.3 |
| S2 | 非球面 | 5.95 | 4.71 | ||
| S3 | 球面 | -13.93 | 0.87 | 1.59 | 67.0 |
| S4 | 球面 | 13.93 | 2.81 | 1.92 | 18.8 |
| S5 | 球面 | -41.59 | 14.67 | ||
| S6 | 非球面 | 5.64 | 1.30 | 1.82 | 37.1 |
| S7 | 非球面 | 7.51 | 0.62 | ||
| S8 | 平面 | INF | 1.05 | 1.80 | 25.4 |
| S9 | 球面 | -11.95 | 1.06 | ||
| S10 | 球面 | -8.90 | 0.60 | 1.75 | 27.5 |
| S11 | 球面 | 6.43 | 2.13 | 1.49 | 81.6 |
| S12 | 球面 | -6.43 | 0.75 | ||
| S13 | 非球面 | -128.43 | 0.90 | 1.68 | 31.3 |
| S14 | 非球面 | 12.81 | 0.62 | ||
| S15 | 球面 | 9.43 | 6.00 | 1.67 | 55 |
| S16 | 球面 | -16.78 | 5.11 | ||
| S17 | 平面 | INF | 0.22 | 1.51 | 64.2 |
| S18 | 平面 | INF | 0.50 | ||
| S19 | 平面 | INF | 0.50 | 1.51 | 64.2 |
| S20 | 平面 | 0.50 |
表5实施例2镜头变焦参数
| 镜头参数 | W | M | T |
| A | 14.67 | 6.12 | 0.79 |
| B | 0.75 | 9.30 | 14.63 |
| C | 0.62 | 2.71 | 2.16 |
| D | 5.11 | 3.02 | 3.56 |
表6实施例2镜头非球面系数
如图5所示，为实施例2镜头的广角端相对于d线的各像差图；如图6所示，为实施例2镜头的望远端相对于d线的各像差图。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (8)
1.一种变焦镜头，其特征在于，从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的固定镜片群、孔径光阑、具有正光焦度的变焦镜片群、具有负光焦度的固定镜片、具有正光焦度的聚焦镜片群和滤光片，通过将变焦镜片群沿着光轴从像侧向物体侧移动而进行从广角端向望远端的变倍，通过将聚焦镜片群沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦；
所述的固定镜片群包括：具有负光焦度且双面非球面的第一镜片、具有正光焦度的第一胶合镜片，其中：第一胶合镜片由一枚正光焦度镜片和一枚负光焦度镜片胶合而成，该第一胶合镜片的前镜片的阿贝数大于65；后镜片的折射率大于1.8；
所述的变焦镜片群包括：具有正光焦度且双面非球面的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有负光焦度的第二胶合镜片，其中：第二胶合镜片由一枚双凹负透镜和一枚双凸正透镜组成；第四镜片的折射率大于1.7，第二胶合镜片后镜片的阿贝数大于65；
所述的固定镜片为具有负光焦度并且两面均为非球面的第六镜片；
所述的聚焦镜片群包括：至少一枚低色散玻璃的正光焦度镜片；
所述的聚焦镜片群包括具有正光焦度的第七镜片。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征是，所述的第一镜片的焦距与物侧面的有效口径的比值为(-1.45,-0.25)。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征是，所述的第一镜片的折射率大于1.7。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征是，所述的第三镜片的焦距与像侧面的有效口径的比值为(2.5,6)。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征是，所述的第六镜片的焦距与物侧面的有效口径的比值为(-4.5,1.5)；所述的第六镜片的阿贝数为(23,36)。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征是，所述的聚焦镜片群中进一步设有具有正光焦度的镜片。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征是，所述的正光焦度镜片为非球面镜片。
8.根据权利要求1或6或7所述的变焦镜头，其特征是，所述的聚焦镜片群的焦距与像侧面的有效口径的比值为(0.75,1.75)。
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