CN110579868A - 大孔径大靶面的超长焦变焦镜头 - Google Patents

大孔径大靶面的超长焦变焦镜头 Download PDF

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Abstract

一种大孔径大靶面的超长焦变焦镜头，从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的固定透镜群、负光焦度的第一变焦透镜群、光阑、正光焦度的第二变焦透镜群、正光焦度的补偿透镜群和正光焦度的第三变焦透镜群，其中：光圈随着第二变焦透镜群移动，第一变焦透镜群、第二变焦透镜群与第三变焦透镜群按照已知的曲线作非线性运动，补偿透镜群补偿变焦透镜群移动带来产生的偏差以优化成像质量。本镜头在保证大孔径、大靶面、8K、红外共焦的前提下，同时拥有30X的变倍倍率，并且能在整个变倍域都能够良好地矫正各类像差。

Description

大孔径大靶面的超长焦变焦镜头
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1.66以上孔径4/3英寸靶面的超长焦变焦镜头。
背景技术
现有大倍率超长焦镜头的缺点在于画面分辨率低，2M或者4M的解像力的大倍率超长焦的变焦镜头在安防市场上占据着主要份额，4K分辨率已是罕见，更不要说8K分辨率。现有大倍率超长焦镜头往往也不会兼顾低照度这一性能指标。现有镜头无法同时满足大倍率变焦，8K分辨率，低照度大孔径要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种大孔径大靶面的超长焦变焦镜头，在保证大孔径、大靶面、8K、红外共焦的前提下，同时拥有30X的变倍倍率，并且能在整个变倍域都能够良好地矫正各类像差。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的固定透镜群、负光焦度的第一变焦透镜群、光阑、正光焦度的第二变焦透镜群、正光焦度的补偿透镜群和正光焦度的第三变焦透镜群，其中：光圈随着第二变焦透镜群移动，第一变焦透镜群、第二变焦透镜群与第三变焦透镜群按照已知的曲线作非线性运动，补偿透镜群补偿变焦透镜群移动带来产生的偏差以优化成像质量。
所述的固定透镜群包括：四枚正光焦度的透镜或镜片，其中至少一枚为用于矫正中高倍的球差、防止紫边溢出的胶合镜片。
所述的固定透镜群优选采用异常色散玻璃制成，矫正了长焦端的红外色差，使得长焦端的红外色差满足红外共焦条件，同时也改善了中高倍的慧差，保证了中高倍的性能。
所述的第一变焦透镜群包括：三枚负光焦度透镜和一枚正光焦度透镜，从物面侧到像面侧具体包括：用于矫正边缘视场的球差、慧差以及色差的负光焦度的前凸后凹的球面透镜、负光焦度的双凹透镜、正光焦度的双凸球面透镜、用于矫正球差、边缘视场的慧差的负光焦度的非球面透镜。
所述的光阑为可变光阑，即随着镜头倍率的改变相应调整光圈尺寸，该光阑与第二变焦透镜群同步运动，从而在整个变倍域中，起到了减轻光晕的作用，保证在整个变焦过程中，该光学系统都有着良好的光学性能。
所述的第二变焦透镜群至少包括：两枚正光焦度透镜和一枚负光焦度透镜，从物面侧到像面侧具体包括：用于矫正球差、慧差的正光焦度的非球面透镜、正光焦度的球面透镜与负光焦度的球面透镜，其中：负光焦度透镜为用于控制广角端色差的高折射率镜片。
所述的补偿透镜群包括：一枚正光焦度的透镜和一枚负光焦度的透镜，从物面侧到像面侧具体包括：用于补偿的正光焦度的双凸的非球面透镜以及负光焦度的前凹后凸的球面透镜，使得即使在长焦端，该光学镜头也能聚焦到物距很短的位置，保证了长焦端无穷远和近距离都有良好的光学性能。
所述的第三变焦透镜群包括：两枚用于矫正了小倍率的慧差、球差的正光焦度的透镜，从而提高了小倍率下的光学性能。
所述的超长焦变焦镜头同时满足：
①1.71>Fnow>1.66，其中：Fnow为该变焦镜头广角端的数值孔径，Fnot为该变焦镜头长焦端的数值孔径；
②TTL≥175mm，ft≥400mm，其中：fw为该变焦镜头广角端的焦距，ft为该变焦镜头长焦端的焦距，TTL为所述镜头的全长；
③其中：H为所述镜头的半像高；
④HFOV>30°，其中：HFOV为所述镜头的半视场角；
⑤最大光学有效口径为满足
优选地，所述的固定透镜群同时满足：
①第一正透镜的焦距为f1，其折射率为Nd1，阿贝数为Vd1，满足：302mm>f1>270mm，Nd1＝1.437，Vd1＝95.1；
②第二正透镜，其折射率为Nd2，阿贝数为Vd2，满足：Nd2＝1.437，Vd2＝95.1；
③第三正透镜，其折射率为Nd3，阿贝数为Vd3，满足：Nd3<1.50，Vd3>80；
④第四正透镜，其折射率为Nd4，阿贝数为Vd4，满足：Nd4＝1.437，Vd4＝95.1。
优选地，所述的第一变焦透镜群同时满足：
①第二透镜，前表面有效通光直径为曲率半径为rB21，满足：
②第三透镜，其折射率为NdB3，阿贝数为VdB3，满足：NdB3>1.94，20>VdB3>17。
优选地，所述的第二变焦透镜群的第一透镜，其焦距为fC1，满足：68mm>fC1>41mm。
优选地，所述的补偿透镜群同时满足：
①第一透镜，其折射率为NdD1，阿贝数为VdD1，满足：Nd1＝1.4971，Vd1＝81.5；
②第二透镜，前表面有效通光直径为曲率半径为rD2a，后表面有效通光直径为曲率半径为rD2b，满足：
优选地，所述的第三变焦透镜群同时满足：
①第一透镜，后表面有效径为后表面曲率半径为rE1b，满足：
②第二透镜，其折射率为NdE2，阿贝数为VdE2，满足：NdE2>1.92，21>VdE2>19。技术效果
与现有技术相比，本发明利用了四群联动，固定透镜群A使用了四个异常色散玻璃以保证长焦端的红外色差满足要求，使用了至少三枚非球面镜片矫正了整个变倍域中的球差、慧差以及场曲，提供了一种大孔径大靶面的超长焦变焦镜头，适配于4/3英寸大靶面的sensor，该变焦镜头在整个变倍域都能良好地矫正各种像差，保持良好的成像性能。
附图说明
图1为实施例1的变焦镜头的构成的沿光轴的剖面图；
图2为实施例1的变焦镜头的相对于d线的各像差图；
图3为实施例2的变焦镜头的构成的沿光轴的剖面图；
图4为实施例2的变焦镜头的相对于d线的各像差图；
图5为实施例3的变焦镜头的构成的沿光轴的剖面图；
图6为实施例3的变焦镜头的相对于d线的各像差图；
图中：固定透镜群A、第一变焦透镜群B、第二变焦透镜群C、补偿透镜群D、第三变焦透镜群E、像面IMG、滤光镜片IRCF、固定透镜群A中六枚透镜A1～A6、第一变焦透镜群B中四枚透镜B1～B4、第二变焦透镜群C中三枚透镜C1～C3、补偿透镜群D中两枚透镜D1～D2、第三变焦透镜群E中三枚透镜E1～E3、透镜表面s1～s42。
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镜头，其沿光线入射方向依次包括：正光焦度的固定透镜群A、负光焦度的第一变焦透镜群B、光阑S、正光焦度的第二变焦透镜群C、正光焦度的补偿透镜群D、正光焦度的第三变焦透镜群E，其中：固定透镜群A为固定群组，其他群组皆为移动群组，光圈随着第二变焦透镜群C移动，第一变焦透镜群B、第二变焦透镜群C与第三变焦透镜群E按照已知的曲线作非线性运动，为变焦群组；补偿透镜群D为补偿群，以调整第一变焦透镜群B、第二变焦透镜群C与第三变焦透镜群E移动带来产生的偏差，通过合适的对焦策略，调整四个移动群组的相对位置，该光学系统能够保证优秀的成像质量。
所述的固定透镜群A从物面侧到像面侧依次包括：A1～A6六枚球面透镜，具体为：正光焦度的第一球面透镜A1、负光焦度的第二球面透镜A2、正光焦度的第三球面透镜A3、正光焦度的第四球面透镜A4、负光焦度的第五球面透镜A5、正光焦度的第六球面透镜A6，其中：第一球面透镜与第二球面透镜、第五球面透镜和第六球面透镜胶合构成胶合镜片。
所述的第一变焦透镜群B从物面侧到像面侧依次包括：B1～B4四枚透镜，具体为：负光焦度的前凸后凹的球面透镜B1、负光焦度的双凹球面透镜B2、正光焦度的双凸球面透镜B3、负光焦度的非球面透镜B4。
所述的光阑S为可变光阑，随着镜头倍率的改变进行相应的缩光圈策略，同时与第二变焦透镜群C保持相对静止的位置一起实施变倍策略。
所述的第二变焦透镜群C从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的非球面透镜C1、正光焦度的第二透镜C2与负光焦度的第三透镜C3。
所述的补偿透镜群D从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的双凸的非球面透镜D1以及负光焦度的前凹后凸的球面透镜D2。
所述的第三变焦透镜群E从物面侧到像面侧依次包括：负光焦度的球面透镜E1、正光焦度的非球面透镜E2以及正光焦度的球面透镜E3。
以下，示出关于实施例1的变焦镜头的各种数值数据。
其中：D10(图中未示出)、D17、D24、D28、D34依次为：s10表面至s11表面、s17表面至光阑S、s24表面至s25表面、s28表面至s29表面以及s34表面至s35表面的空气间隔。
非球面数据：
变倍数据：
广角端 中间位置 长焦端
D10 0.600 36.161 48.770
D17 53.057 13.590 0.231
D24 3.277 2.597 35.327
D28 10.270 25.733 8.352
D34 27.475 16.599 2.000
图2是实施例1的变焦镜头的相对于d线(λ＝587.56nm)的各像差图。另，像散图中的S、M，分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。
实施例2
如图3所示，为本实施例涉及的一种变焦镜头，与实施例1相比，本实施例中的第二变焦透镜群C从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的球面透镜C1、正光焦度的第二透镜C2、正光焦度的第三透镜C3、正光焦度的第四透镜C4与负光焦度的第五透镜C5。
所述的第三变焦透镜群E从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的非球面透镜E1以及正光焦度的球面透镜E2。
以下，示出关于实施例2的变焦镜头的各种数值数据。
其中：D10、D17、D28、D32、D36依次为：s10表面至s11表面、s17表面至光阑S、s28表面至s29表面、s32表面至s33表面以及s36表面至s37表面的空气间隔。
非球面数据：
变倍数据：
图4是实施例2的变焦镜头的相对于d线(λ＝587.56nm)的各像差图。另，像散图中的S、M，分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。
实施例3
如图5所示，为本实施例涉及的一种变焦镜头，与实施例1相比，本实施例中的固定透镜群A从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的第一透镜A1、负光焦度的第二透镜A2、正光焦度的第三透镜A3、正光焦度的第四透镜A4、正光焦度的第五透镜A5，其中：第二透镜A2与第三透镜A3胶合成一组胶合镜片。
所述的第二变焦透镜群C从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的球面透镜C1、正光焦度的第二透镜C2、正光焦度的第三透镜C3、正光焦度的第四透镜C4与负光焦度的第五透镜C5。
以下，示出关于实施例3的变焦镜头的各种数值数据。
其中：D9、D16、D27、D31、D37依次为：依次为：s9表面至s10表面、s16表面至s17表面、s27表面至s28表面、s31表面至s32表面以及s37表面至s38表面的空气间隔。
非球面数据：
变倍数据：
广角端 中间位置 长焦端
D9 0.600 32.734 44.957
D16 47.493 11.592 1.163
D27 4.145 3.000 32.370
D31 12.178 26.783 11.000
D37 28.174 18.480 3.100
图6是实施例3的变焦镜头的相对于d线(λ＝587.56nm)的各像差图。另，像散图中的S、M，分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。
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 (16)

1.一种大孔径大靶面的超长焦变焦镜头，其特征在于，从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的固定透镜群、负光焦度的第一变焦透镜群、光阑、正光焦度的第二变焦透镜群、正光焦度的补偿透镜群和正光焦度的第三变焦透镜群，其中：固定透镜群包括：四枚正光焦度的透镜或镜片，其中至少一枚为用于矫正中高倍的球差、防止紫边溢出的胶合镜片；第一变焦透镜群包括：三枚负光焦度透镜和一枚正光焦度透镜；第二变焦透镜群包括：两枚正光焦度透镜和一枚负光焦度透镜；补偿透镜群包括：一枚正光焦度的透镜和一枚负光焦度的透镜；第三变焦透镜群包括：两枚用于矫正了小倍率的慧差、球差的正光焦度的透镜；光圈随着第二变焦透镜群移动，第一变焦透镜群、第二变焦透镜群与第三变焦透镜群按照已知的曲线作非线性运动，补偿透镜群补偿变焦透镜群移动带来产生的偏差以优化成像质量。
2.根据权利要求1所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的固定透镜群从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的第一球面透镜、负光焦度的第二球面透镜、正光焦度的第三球面透镜、正光焦度的第四球面透镜、负光焦度的第五球面透镜、正光焦度的第六球面透镜，其中：第一球面透镜与第二球面透镜、第五球面透镜和第六球面透镜胶合构成胶合镜片。
3.根据权利要求1或2所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的固定透镜群采用异常色散玻璃制成，矫正了长焦端的红外色差，使得长焦端的红外色差满足红外共焦条件，同时也改善了中高倍的慧差，保证了中高倍的性能。
4.根据权利要求1所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的第一变焦透镜群从物面侧到像面侧具体包括：用于矫正边缘视场的球差、慧差以及色差的负光焦度的前凸后凹的球面透镜、负光焦度的双凹球面透镜、正光焦度的双凸球面透镜、用于矫正球差、边缘视场的慧差的负光焦度的非球面透镜。
5.根据权利要求1所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的光阑为可变光阑，该光阑与第二变焦透镜群同步运动。
6.根据权利要求1所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的第二变焦透镜群从物面侧到像面侧具体包括：用于矫正球差、慧差的正光焦度的非球面透镜、正光焦度的球面透镜与用于控制广角端色差的负光焦度的球面透镜。
7.根据权利要求1所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的第二变焦透镜群从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的球面透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜与负光焦度的第五透镜。
8.根据权利要求1所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的第二变焦透镜群从物面侧到像面侧依次包括：正光焦度的球面透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜与负光焦度的第五透镜。
9.根据权利要求1所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的补偿透镜群从物面侧到像面侧具体包括：用于补偿的正光焦度的双凸的非球面透镜以及负光焦度的前凹后凸的球面透镜，使得即使在长焦端，该光学镜头也能聚焦到物距很短的位置，保证了长焦端无穷远和近距离都有良好的光学性能。
10.根据权利要求1所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的第三变焦透镜群从物面侧到像面侧依次包括：负光焦度的球面透镜、正光焦度的非球面透镜以及正光焦度的球面透镜。
11.根据上述任一权利要求所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的超长焦变焦镜头同时满足：
①1.71>Fnow>1.66，其中：Fnow为该变焦镜头广角端的数值孔径，Fnot为该变焦镜头长焦端的数值孔径；
②TTL≥175mm，ft≥400mm，其中：fw为该变焦镜头广角端的焦距，ft为该变焦镜头长焦端的焦距，TTL为所述镜头的全长；
③其中：H为所述镜头的半像高；
④HFOV>30°，其中：HFOV为所述镜头的半视场角；
⑤最大光学有效口径为满足
12.根据权利要求11所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的固定透镜群同时满足：
①第一正透镜的焦距为f1，其折射率为Nd1，阿贝数为Vd1，满足：302mm>f1>270mm，Nd1＝1.437，Vd1＝95.1；
②第二正透镜，其折射率为Nd2，阿贝数为Vd2，满足：Nd2＝1.437，Vd2＝95.1；
③第三正透镜，其折射率为Nd3，阿贝数为Vd3，满足：Nd3<1.50，Vd3>80；
④第四正透镜，其折射率为Nd4，阿贝数为Vd4，满足：Nd4＝1.437，Vd4＝95.1。
13.根据权利要求11所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的第一变焦透镜群同时满足：
①第二透镜，前表面有效通光直径为曲率半径为rB21，满足：
②第三透镜，其折射率为NdB3，阿贝数为VdB3，满足：NdB3>1.94，20>VdB3>17。
14.根据权利要求11所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的第二变焦透镜群的第一透镜，其焦距为fC1，满足：68mm>fC1>41mm。
15.根据权利要求11所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的补偿透镜群同时满足：
①第一透镜，其折射率为NdD1，阿贝数为VdD1，满足：Nd1＝1.4971，Vd1＝81.5；
②第二透镜，前表面有效通光直径为曲率半径为rD2a，后表面有效通光直径为曲率半径为rD2b，满足：
16.根据权利要求11所述的超长焦变焦镜头，其特征是，所述的第三变焦透镜群同时满足：
①第一透镜，后表面有效径为后表面曲率半径为rE1b，满足：
②第二透镜，其折射率为NdE2，阿贝数为VdE2，满足：NdE2>1.92，21>VdE2>19。
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