CN109613687A - 共焦变焦镜头及摄像装置 - Google Patents

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张平华
胡侃杰
张�杰
尚洁阳
厉冰川
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    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/16—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group
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    • G02B15/167—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses
    • G02B15/173—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses arranged +-+

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Abstract

本发明提供了一种共焦变焦镜头及摄像装置，所述共焦变焦镜头包括：从物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第一固定透镜群、具有负光焦度的变焦透镜群、光阑、具有正光焦度的第二固定透镜群、具有负光焦度的聚焦透镜群和具有正光焦度的第三固定透镜群；所述变焦透镜群和聚焦透镜群沿着所述共焦变焦镜头的光轴移动；所述第一固定透镜群包括从物侧到像侧依次设置的：具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有正光焦度的第三透镜组。本发明具有4K超高清分辨率、全程红外共焦、光圈大等优点。

Description

共焦变焦镜头及摄像装置
技术领域
本发明涉及光学镜头，特别涉及共焦变焦镜头及摄像装置。
背景技术
目前社会整体的安防意识正在逐步提升，安防视频监控用户也有特殊部门转向社会大众，遍布金融、教育、医疗、通讯，随着监控视场的大规模持续增长，对于监控视频中起到至关作用的镜头要求也越来越严格及多样化。例如在城市眺望、森林防火、高速公路等需要远距离监控的需要，就需要大倍率、广角实现全范围监控,而在特别需要注意细节的监控场所,如银行、商场，需要高清拍摄。因此需要一款可适合于多种场景、满足多样化拍摄要求的镜头。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种全程红外共焦、光圈大的共焦变焦镜头。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
共焦变焦镜头，所述共焦变焦镜头包括：
一种共焦变焦镜头，所述共焦变焦镜头包括：
从物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第一固定透镜群、具有负光焦度的变焦透镜群、光阑、具有正光焦度的第二固定透镜群、具有负光焦度的聚焦透镜群和具有正光焦度的第三固定透镜群；所述变焦透镜群和聚焦透镜群沿着所述共焦变焦镜头的光轴移动；
所述第一固定透镜群包括从物侧到像侧依次设置的：具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有正光焦度的第三透镜组。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.实现了4K超高清的分辨率，可搭配1200万以上像素的图像传感器使用，能将监控对象真实、清晰地被拍摄下来，极大地提高了监控画面的可辨识性和真实性；
2.全程红外共焦
本发明通过各个透镜群的设计、多个透镜间焦距、透镜材料和面型等设计，做到了从广角端到望远端全程红外共焦；在各个焦段下，保持日夜24小时清晰成像，较传统安防，极大地扩大了使用范围；
即使在多种波长混合反射等复杂条件下，通过其优秀的红外共焦性能，亦可拍摄到全程清晰、高对比的图像；
3.超大光圈
本变焦镜头通过透镜群组结构和光圈设计，实现了F1.0的极小的F数，通过极大的通光孔径，增强了低照效果，在完全黑暗的情况下也能清晰成像。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是本发明实施例1的共焦变焦镜头的结构简图；
图2是本发明实施例2的共焦变焦镜头的结构简图；
图3是本发明实施例3的共焦变焦镜头的结构简图；
图4是本发明实施例4的共焦变焦镜头的结构简图。
具体实施方式
图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例1的共焦变焦镜头的结构简图，如图1所示，所述共焦变焦镜头包括：
从物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第一固定透镜群、具有负光焦度的变焦透镜群、光阑、具有正光焦度的第二固定透镜群、具有负光焦度的聚焦透镜群和具有正光焦度的第三固定透镜群；所述变焦透镜群和聚焦透镜群沿着所述共焦变焦镜头的光轴移动；
所述第一固定透镜群包括从物侧到像侧依次设置的：具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有正光焦度的第三透镜组(包括1到3个具有正光焦度的透镜)，满足条件：
f1为所述第一固定透镜群的焦距，fwide为所述共焦变焦镜头的广角端焦距，A为所述第一透镜的焦距的倒数的，B为所述第二透镜的焦距的倒数，C为所述第三透镜组的焦距的倒数；Nd11为所述第一透镜的折射率，Nd12为所述第二透镜的折射率，Nd13为所述第三透镜组的折射率；
所述变焦透镜群包括从物侧到像侧依次设置的：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和具有负光焦度的第七透镜；f2为所述变焦透镜群的焦距；第四透镜到第七透镜的焦距与fwide之比分别为：
f2i为变焦透镜群中第i透镜的焦距，i＝4,5,6,7；
所述第二固定透镜群包括从物侧到像侧依次设置的：具有正光焦度的第八透镜，具有负光焦度的第九透镜和具有正光焦度的第十透镜组成的胶合透镜，具有负光焦度的第十一透镜和具有正光焦度的第十二透镜组成的胶合透镜；f3为所述第二固定透镜群的焦距；第八透镜到第十二透镜的焦距与fwide之比分别为：
f3i为第二固定透镜群中第i透镜的焦距，i＝8,9,10,11,12；
第九透镜到第十二透镜的折射率间的关系为：
Nd310∈[1.4,1.6]；Nd3i为第二固定透镜群中第i透镜的折射率，i＝9,10,11,12；
所述聚焦固定透镜群包括具有负光焦度的第十三透镜，f4为所述聚焦透镜群的焦距；
所述第三固定透镜群包括具有正光焦度的第十四组透镜组，所述第十四透镜组包括具有正光焦度的透镜和具有负光焦度的透镜组成的胶合透镜，f5为所述第三固定透镜群的焦距；第十四组透镜组的折射率Nd514∈[1.4,1.6]
滤光片，所述的第三固定透镜群与成像面IMG之间设有滤光片，以滤除不必要的波段的光线，减少杂散光。
上述共焦变焦镜头的工作方式为：
第一到第三固定透镜群始终处于固定状态，当所述变焦透镜群沿着光轴从物侧向像侧移动时，镜头实现从广角端向望远端的变倍过程，伴随着变倍带来的像面变动，聚焦透镜群沿光轴做相应的变化来进行聚焦，保证在整个变倍过程中像面维持稳定。
摄像装置，所述摄像装置包括光学镜头和光电检测器；所述光学镜头采用本实施例的共焦变焦镜头。
实施例2：
根据本发明的共焦变焦镜头在监控摄像头中的应用例。
如图2所示，在本应用例中，还包括：
光电检测器，所述光电检测器采用CCD或CMOS等成像元件。
以下示出本实施例的共焦变焦镜头的各种数值数据：
第一透镜L1和第二透镜L2组成胶合透镜，第三透镜组L3包括两个具有正光焦度的透镜；第五透镜L5和第八透镜L8为非球面透镜；第九透镜L9和第十透镜L10组成胶合透镜，第十一透镜L11和第十二透镜L12组成胶合透镜；第十四透镜组L14包括具有正光焦度的透镜、由具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜组成的胶合透镜；光阑AP。
本实施例的共焦变焦镜头整体的焦距f＝9.5mm-50mm；相对孔径FNO＝1.08—1.44mm；视场角FOV＝50°—10°。
表1本实施例镜头结构参数
本实施例中第五透镜和和第八透镜的非球面透镜系数为：
Z为透镜的sag值，c为曲率半径的倒数，h为透镜边到光轴的高度，k为圆锥系数，A、B、C、D和E分别代表高阶非球面系数。
表2为本实施例镜头非球面系数
根据实验结果表明：
本实施例红绿蓝三色的轴向色差在广角端和长焦端均得到了很好的矫正，可清晰成像。
各焦段的T线和S线都有较好的收敛，场曲和像散均十分优秀，保证整个画面成像均一，并且在变焦过程中始终保证了成像清晰的要求。
对红绿蓝三色的倍率色差和慧差进行了较好的修正，使成像画面不会有明显的紫边、红边或画面发模糊的现象，达到了高像质的要求。
实施例3：
根据本发明的共焦变焦镜头在监控摄像头中的应用例。
如图3所示，在本应用例中，还包括：
光电检测器，所述光电检测器采用CCD或CMOS等成像元件。
以下示出本实施例的共焦变焦镜头的各种数值数据：
第一透镜L1和第二透镜L2组成胶合透镜，第三透镜组L3仅有一个具有正光焦度的透镜；第五透镜L5和第八透镜L8为非球面透镜；第九透镜L9和第十透镜L10组成胶合透镜，第十一透镜L11和第十二透镜L12组成胶合透镜；第十四透镜组L14包括具有正光焦度的透镜、由具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜组成的胶合透镜；光阑AP。
本实施例的共焦变焦镜头整体的焦距f＝10mm-48mm；相对孔径FNO＝1.1-1.45mm；视场角FOV＝49.5°-10.5°。
表3本实施例镜头结构参数
本实施例中第五透镜和和第八透镜的非球面透镜系数为：
Z为透镜的sag值，c为曲率半径的倒数，h为透镜边到光轴的高度，k为圆锥系数，A、B、C、D和E分别代表高阶非球面系数。
表4为本实施例镜头非球面系数
S11 S12 S19 S20
二次曲面常数(K) -8.578583218 -1.08112381 -0.7368336 -10.42410055
4阶系数(A) 1.33E-04 2.81E-04 1.78E-07 3.80E-05
6阶系数(B) -8.09E-06 -9.78E-06 1.18E-07 1.28E-07
8阶系数(C) 1.92E-07 2.12E-07 -1.22E-09 -1.05E-09
10阶系数(D) -2.42E-09 -2.68E-09 3.24E-11 3.26E-11
根据实验结果表明：
本实施例在保证实施例2的性能基本不变的基础上进一步减小了镜片数量，使得镜头的体积更加小型化，透过率更高，使用范围更加的广泛。
本实施例对红绿蓝三色的倍率色差和慧差进行了较好的修正，使成像画面不会有明显的紫边、红边或画面发模糊的现象，达到了高像质的要求。
实施例4：
根据本发明的共焦变焦镜头在监控摄像头中的应用例。
如图4所示，在本应用例中，还包括：
光电检测器，所述光电检测器采用CCD或CMOS等成像元件。
以下示出本实施例的共焦变焦镜头的各种数值数据：
第一透镜L1和第二透镜L2组成胶合透镜，第三透镜组L3包括两个具有正光焦度的透镜；第五透镜L5和第八透镜L8为非球面透镜；第九透镜L9和第十透镜L10组成胶合透镜，第十一透镜L11和第十二透镜L12组成胶合透镜；第十四透镜组L14包括由具有负光焦度的透镜和具有正光焦度的透镜组成的胶合透镜；光阑AP。
本实施例的共焦变焦镜头整体的焦距f＝9.8mm-50mm；相对孔径FNO＝1.15-1.5mm；视场角FOV＝50°-10°。
表5本实施例镜头结构参数
本实施例中第五透镜和和第八透镜的非球面透镜系数为：
Z为透镜的sag值，c为曲率半径的倒数，h为透镜边到光轴的高度，k为圆锥系数，A、B、C、D和E分别代表高阶非球面系数。
表6为本实施例镜头非球面系数
S11 S12 S19 S20
二次曲面常数(K) -3.174784874 16.09284557 -1.3452815 2.310801613
4阶系数(A) 5.93E-05 8.81E-05 -2.91E-06 3.36E-05
6阶系数(B) -7.92E-06 -8.37E-06 1.15E-07 1.09E-07
8阶系数(C) 2.41E-07 2.35E-07 -1.65E-09 -1.55E-09
10阶系数(D) -3.89E-09 -3.78E-09 1.77E-11 1.81E-11
根据本实施例的实验结果表明：
本实施例与实施例2相比，T线和S线都有了更好的收敛，场曲和像散均表现十分优秀，在其他参数不变的情况下进一步提升了镜头的成像质量。
本实施例对红绿蓝三色的倍率色差和慧差进行了较好的修正，使成像画面不会有明显的紫边、红边或画面发模糊的现象，达到了高像质的要求。

Claims (10)

1.一种共焦变焦镜头，其特征在于：所述共焦变焦镜头包括：
从物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第一固定透镜群、具有负光焦度的变焦透镜群、光阑、具有正光焦度的第二固定透镜群、具有负光焦度的聚焦透镜群和具有正光焦度的第三固定透镜群；所述变焦透镜群和聚焦透镜群沿着所述共焦变焦镜头的光轴移动；
所述第一固定透镜群包括从物侧到像侧依次设置的：具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有正光焦度的第三透镜组。
2.根据权利要求1所述的共焦变焦镜头，其特征在于：所述第一固定透镜群满足条件：
f1为所述第一固定透镜群的焦距，fwide为所述共焦变焦镜头的广角端焦距，A为所述第一透镜的焦距的倒数的，B为所述第二透镜的焦距的倒数，C为所述第三透镜组的焦距的倒数。
3.根据权利要求1所述的共焦变焦镜头，其特征在于：Nd11为所述第一透镜的折射率，Nd12为所述第二透镜的折射率。
4.根据权利要求1所述的共焦变焦镜头，其特征在于：所述第三透镜组包括N个具有正光焦度的透镜，1≤N≤3；所述第三透镜组的折射率Nd13∈[1.4,1.6]。
5.根据权利要求1所述的共焦变焦镜头，其特征在于：所述第一固定透镜群、第二固定透镜群或第三固定透镜群包括具有正光焦度的胶合透镜。
6.根据权利要求1所述的共焦变焦镜头，其特征在于：所述变焦透镜群和第二固定透镜群均包括至少一个非球面透镜。
7.根据权利要求1所述的共焦变焦镜头，其特征在于：各个透镜群的焦距满足条件：
或或或f2为所述第变焦透镜群的焦距，f3为所述第二固定透镜群的焦距，f4为所述聚焦透镜群的焦距，f5为所述第三固定透镜群的焦距，fwide为所述共焦变焦镜头的广角端焦距。
8.根据权利要求1所述的共焦变焦镜头，其特征在于：所述变焦透镜群包括从物侧到像侧依次设置的：
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和具有负光焦度的第七透镜。
9.根据权利要求1所述的共焦变焦镜头，其特征在于：所述第二固定透镜群包括从物侧到像侧依次设置的：
具有正光焦度的第八透镜，具有负光焦度的第九透镜和具有正光焦度的第十透镜组成的胶合透镜，具有负光焦度的第十一透镜和具有正光焦度的第十二透镜组成的胶合透镜。
10.摄像装置，所述摄像装置包括光学镜头和光电检测器；其特征在于：所述光学镜头采用权利要求1-9任一所述的共焦变焦镜头。
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