CN111562662A - 一种变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种变焦镜头。该变焦镜头包括由物方至像方依次设置的合焦群组、固定群组和变倍群组；在变倍过程中，固定群组位置固定，变倍群组和合焦群组沿光轴移动；其中，各群组相对于变焦镜头在广角端的光焦度满足一定关系式；合焦群组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，固定群组包括第四透镜，变倍群组包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜；第六透镜和第七透镜组成胶合镜组，并设置各个透镜相对于所属群组的光焦度满足一定关系式。本发明实施例可采用4枚玻璃镜片和6枚塑料镜片混合构成变焦镜头，可以适当降低该变焦镜头的制作成本，实现轻量化的同时，较好的校正可见光像差，保证可见光与红外的共焦。

Description

一种变焦镜头

技术领域

本发明实施例涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。

背景技术

变焦一体机在智慧交通、人脸识别等安防领域拥有广泛的应用。目前市场上的变焦一体机产品种类较多，但如果要达到较好的成像效果，则需要较多枚玻璃球面镜片组合，或者较多枚玻璃非球面镜片组合，从而导致变焦一体机的生产难度增加，成本昂贵，重量也较重。而如果要求低廉的成本，尽可能地减少玻璃球面镜片和玻璃非球面镜片，则无法获得较好的光学效果。

发明内容

本发明提供一种变焦镜头，以采用较少的玻璃球面镜片和玻璃非球面镜片，实现1/1.8英寸CMOS靶面下，对角视场角从约140度到54度，日夜共焦的高性能变焦镜头。

本发明实施例提供了一种变焦镜头，包括由物方至像方依次设置的合焦群组、固定群组和变倍群组；所述变焦镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述固定群组中；在变倍过程中，所述固定群组位置固定，所述变倍群组和所述合焦群组沿光轴移动；

其中，所述变焦镜头在广角端的光焦度为W_F，所述合焦群组、所述固定群组和所述变倍群组的光焦度分别为G1_F、G2_F和G3_F；各群组相对于所述变焦镜头在广角端的光焦度满足：

-0.6<G1_F/W_F<-0.4；

0<G2_F/W_F<0.1；

0.32<G3_F/W_F<0.42；

所述合焦群组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述固定群组包括第四透镜，所述变倍群组包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜；所述第六透镜和所述第七透镜相邻近的表面胶合组成胶合镜组；所述第一透镜至所述第五透镜的光焦度分别为L1_F、L2_F、L3_F、L4_F、L5_F，所述胶合镜组的光焦度为U_F，各个透镜相对于所属群组的光焦度满足以下关系式：

0.7<L1_F/G1_F<0.9；

0.35<L2_F/G1_F<0.7；

-0.42<L3_F/G1_F<-0.2；

L4_F＝G2_F；

0.8<L5_F/G3_F<1；

0.1<U_F/G3_F<0.42。

可选地，所述第一透镜至所述第十透镜的光焦度依次为负、负、正、正、正、负、正、正、正或负、正或负。

可选地，所述第八透镜的光焦度L8_F、所述第九透镜的光焦度L9_F和所述第十透镜的光焦度L10_F满足：

0<L8_F/G3_F<0.5；

-1<L9_F/G3_F<-0.4；

0<L10_F/G3_F<0.5。

可选地，所述第六透镜和所述第七透镜的光焦度关系满足：-1<L6_F/L7_F<-0.7；

所述第一透镜的阿贝数为L1_vd，所述第五透镜的阿贝数为L5_vd，所述第七透镜的阿贝数为L7_vd，所述第一透镜、所述第五透镜和所述第七透镜的阿贝数满足：L1_vd>40，L5_vd>70，L7_vd>60。

可选地，所述第三透镜的折射率为L3_nd，所述第三透镜的折射率满足：L3_nd>1.6。

可选地，所述第一透镜的折射率为L1_nd，所述第一透镜的折射率满足：L1_nd>1.65；

所述第一透镜的最大通光口径为S1_DIA，所述变焦镜头在广角端从所述第一透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，所述变焦镜头满足：S1_DIA/TTL_W<0.45。

可选地，在广角端，所述变焦镜头从所述第九透镜后表面顶点到像面的距离为BFL_W，从所述第一透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，所述变焦镜头满足：BFL_W/TTL_W>0.1。

可选地，所述合焦群组从广角端到长焦端过程中沿光轴移动距离为G1_L，所述变倍群组从广角端到长焦端过程中沿光轴移动距离为G3_L，所述变焦镜头在广角端从所述第一透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，所述合焦群组和所述变倍群组满足：0.1<G1_L/TTL_W<0.22，0.05<G3_L/TTL_W<0.15；

所述变焦镜头在长焦端的光焦度为T_F，所述变焦镜头满足：0.43<T_F/W_F<0.52。

可选地，所述光阑设置于所述第四透镜与所述第三透镜或所述第五透镜之间；

所述光阑的直径为STO_DIA，所述光阑到像面的距离为STO_IMA，所述变焦镜头在广角端从所述第一透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，所述变焦镜头满足：STO_DIA/TTL_W>0.17，0.5<STO_IMA/TTL_W<0.6。

可选地，所述第二透镜的折射率为L2_nd，所述第三透镜的折射率为L3_nd，所述第四透镜的折射率为L4_nd，所述第八透镜的折射率为L8_nd，所述第九透镜的折射率为L9_nd，则各透镜满足：L2_nd<1.72，L3_nd<1.72，L4_nd<1.72，L8_nd<1.72，L9_nd<1.72。

可选地，当所述变焦镜头的像高为4.4mm时，则所述变焦镜头在广角端的物方视场角FOV_W和在长焦端的物方视场角FOV_T满足：130<FOV_W<145，50<FOV_T<60；

所述变焦镜头在广角端的光焦度满足0.2<W_F<0.25。

本发明实施例提供的变焦镜头，通过设置包括合焦群组、固定群组和变倍群组，并设置合焦群组、固定群组和变倍群组的光焦度与变焦镜头在广角端的光焦度满足-0.6<G1_F/W_F<-0.4，0<G2_F/W_F<0.1，0.32<G3_F/W_F<0.42；同时设置合焦群组包括三个透镜、固定群组包括一个透镜、变倍群组包括六个透镜，并设置各透镜和所属的群组光焦度之间满足0.7<L1_F/G1_F<0.9，0.35<L2_F/G1_F<0.7，-0.42<L3_F/G1_F<-0.2，L4_F＝G2_F，0.8<L5_F/G3_F<1，0.1<U_F/G3_F<0.42，实现了变倍群组在光轴上的移动实现变焦的同时，合焦群组可通过在光轴上的移动来补偿像差，实现清晰成像，同时还可以实现将部分透镜采用塑料材质进行制备，并配合采用非球面或球面的表面形状来调节群组的变焦功能或补偿功能，从而有助于实现变焦镜头中透镜的轻量化，降低成本。本发明实施例可实现采用4枚玻璃镜片和6枚塑料镜片混合构成变焦镜头，并且通过合理的搭配该10枚镜片的光焦度配比，选用合适的材料，可以适当降低该变焦镜头的制作成本，实现轻量化的同时，较好的校正可见光像差，保证可见光与红外的共焦，实现1/1.8英寸CMOS靶面下，对角视场角从约140度到54度，日夜共焦的高性能变焦镜头。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种变焦镜头的结构示意图；

图2是图1所示变焦镜头的广角端球差曲线图；

图3是图1所示变焦镜头的长焦端球差曲线图；

图4是图1所示变焦镜头的广角端的场曲和畸变曲线图；

图5是图1所示变焦镜头的长焦端的场曲和畸变曲线图；

图6是图1所示变焦镜头的广角端的垂轴色差曲线图；

图7是图1所示变焦镜头的长焦端的垂轴色差曲线图；

图8是图1所示变焦镜头的广角端的色焦移曲线图；

图9是图1所示变焦镜头的长焦端的色焦移曲线图；

图10是本发明实施例提供的另一种变焦镜头的结构示意图；

图11是图10所示变焦镜头的广角端球差曲线图；

图12是图10所示变焦镜头的长焦端球差曲线图；

图13是图10所示变焦镜头的广角端的场曲和畸变曲线图；

图14是图10所示变焦镜头的长焦端的场曲和畸变曲线图；

图15是图10所示变焦镜头的广角端的垂轴色差曲线图；

图16是图10所示变焦镜头的长焦端的垂轴色差曲线图；

图17是图10所示变焦镜头的广角端的色焦移曲线图；

图18是图10所示变焦镜头的长焦端的色焦移曲线图；

图19是本发明实施例提供的又一种变焦镜头的结构示意图；

图20是图19所示变焦镜头的广角端球差曲线图；

图21是图19所示变焦镜头的长焦端球差曲线图；

图22是图19所示变焦镜头的广角端的场曲和畸变曲线图；

图23是图19所示变焦镜头的长焦端的场曲和畸变曲线图；

图24是图19所示变焦镜头的广角端的垂轴色差曲线图；

图25是图19所示变焦镜头的长焦端的垂轴色差曲线图；

图26是图19所示变焦镜头的广角端的色焦移曲线图；

图27是图19所示变焦镜头的长焦端的色焦移曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种变焦镜头的结构示意图，参考图1，该变焦镜头包括由物方至像方依次设置的合焦群组100、固定群组200和变倍群组300；变焦镜头还包括光阑400，光阑400设置于固定群组200中；在变倍过程中，固定群组200位置固定，变倍群组300和合焦群组100沿光轴移动；其中，变焦镜头在广角端的光焦度为W_F，合焦群组100、固定群组200和变倍群组300的光焦度分别为G1_F、G2_F和G3_F；各群组相对于变焦镜头在广角端的光焦度满足：-0.6<G1_F/W_F<-0.4，0<G2_F/W_F<0.1，0.32<G3_F/W_F<0.42；

合焦群组100包括第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3，固定群组200包括第四透镜4，变倍群组300包括第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10；第六透镜6和第七透镜7相邻近的表面胶合组成胶合镜组310；第一透镜1至第五透镜5的光焦度分别为L1_F、L2_F、L3_F、L4_F、L5_F，胶合镜组310的光焦度为U_F，各个透镜相对于所属群组的光焦度满足以下关系式：0.7<L1_F/G1_F<0.9，0.35<L2_F/G1_F<0.7，-0.42<L3_F/G1_F<-0.2，L4_F＝G2_F，0.8<L5_F/G3_F<1，0.1<U_F/G3_F<0.42。

其中，可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜或镜组，也可以适用于表征多个透镜共同组成的系统(即组群或镜组)。在本实施例中，可将合焦群组100、固定群组200和变倍群组300设置于一个镜筒中，固定群组200在该镜筒中位置固定，而合焦群组100和变倍群组300可在镜筒中沿光轴作往复移动。其中，变倍群组300通过移动用于调节镜头的焦距，实现变焦镜头的焦距变化，而合焦群组100则用于补偿变倍群组300移动过程中引起的像差等。可以理解的是，变焦镜头通过移动对应的群组实现变焦的过程中，焦距最短时即该变焦镜头位于广角端，而焦距最长时即该变焦镜头位于长焦端，在广角端和长焦端，变焦镜头具有不同的焦距和光焦度，也具有不同的长度或形态。通过设置合焦群组100、固定群组200和变倍群组300的光焦度与变焦镜头在广角端的光焦度满足：-0.6<G1_F/W_F<-0.4，0<G2_F/W_F<0.1，0.32<G3_F/W_F<0.42，可使得合焦群组100、固定群组200和变倍群组300的光焦度相互配合，并使得合焦群组100能够补偿变倍群组300变焦移动过程中引起的像差，即通过同步移动变倍群组300和合焦群组100时，能够实现变焦功能，同时保证不同焦距状态下图像的清晰。

此外，合焦群组100设置包括三个透镜，固定群组200设置包括一个透镜，变倍群组300设置包括六个透镜，各透镜之间可通过麦拉片或者隔圈间接承靠。而通过设置各个透镜与所属群组的光焦度满足：0.7<L1_F/G1_F<0.9，0.35<L2_F/G1_F<0.7，-0.42<L3_F/G1_F<-0.2，L4_F＝G2_F，0.8<L5_F/G3_F<1，0.1<U_F/G3_F<0.42，一方面用于限定各透镜在所属群组中的作用，保证各透镜的相互配合，实现变焦和清晰成像；另一方面，还用于在确保部分透镜在该限定的光焦度的基础上，可以设置采用塑料材质进行制备，并配合采用非球面或球面的表面形状来调节群组的变焦功能或补偿功能，从而有助于实现变焦镜头中透镜的轻量化，降低成本。

本发明实施例提供的变焦镜头，通过设置包括合焦群组、固定群组和变倍群组，并设置合焦群组、固定群组和变倍群组的光焦度与变焦镜头在广角端的光焦度满足-0.6<G1_F/W_F<-0.4，0<G2_F/W_F<0.1，0.32<G3_F/W_F<0.42；同时设置合焦群组包括三个透镜、固定群组包括一个透镜、变倍群组包括六个透镜，并设置各透镜和所属的群组光焦度之间满足0.7<L1_F/G1_F<0.9，0.35<L2_F/G1_F<0.7，-0.42<L3_F/G1_F<-0.2，L4_F＝G2_F，0.8<L5_F/G3_F<1，0.1<U_F/G3_F<0.42，实现了变倍群组在光轴上的移动实现变焦的同时，合焦群组可通过在光轴上的移动来补偿像差，实现清晰成像，同时还可以实现将部分透镜采用塑料材质进行制备，并配合采用非球面或球面的表面形状来调节群组的变焦功能或补偿功能，从而有助于实现变焦镜头中透镜的轻量化，降低成本。本发明实施例可实现采用4枚玻璃镜片和6枚塑料镜片混合构成变焦镜头，并且通过合理的搭配该10枚镜片的光焦度配比，选用合适的材料，可以适当降低该变焦镜头的制作成本，实现轻量化的同时，较好的校正可见光像差，保证可见光与红外的共焦，实现1/1.8英寸CMOS靶面下，对角视场角从约140度到54度，日夜共焦的高性能变焦镜头。

在上述实施例的基础上，令第二透镜2的折射率为L2_nd，第三透镜3的折射率为L3_nd，第四透镜4的折射率为L4_nd，第八透镜8的折射率为L8_nd，第九透镜9的折射率为L9_nd，可选地，可设置各透镜满足：L2_nd<1.72，L3_nd<1.72，L4_nd<1.72，L8_nd<1.72，L9_nd<1.72。

其中，设置透镜的折射率低于1.72，其实质为限定透镜材质选用塑料材质。具体地，可设置第一透镜1、第六透镜6和第七透镜7均为玻璃球面透镜；第五透镜5为玻璃非球面透镜；第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10均为塑料非球面透镜。此时，将变焦镜头中的部分透镜包括第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10均采用折射率低于1.72的塑料透镜，可以减少变焦透镜的重量，降低透镜的制作难度，降低成本。并且，塑料透镜采用非球面透镜，可以更好地校正成像时形成的像差。进一步地，可以根据实际条件和需求设计各透镜的形状。可选地，可设置第一透镜1为凹凸或平凹或双凹的玻璃球面透镜，第二透镜2为双凹的塑料非球面透镜，第三透镜3为凹凸或凹平或双凹的塑料非球面透镜，第四透镜4为凹凸的塑料非球面透镜，第五透镜5为双凸的玻璃非球面透镜，第七透镜7为双凸的玻璃球面透镜。其中，第八透镜8可设置采用塑料非球面正透镜，第九透镜9可设置采用塑料非球面负透镜，第十透镜10可设置采用塑料非球面正透镜。可选地，可设置第八透镜8的光焦度L8_F、第九透镜9的光焦度L9_F和第十透镜10的光焦度L10_F满足0<L8_F/G3_F<0.5，-1<L9_F/G3_F<-0.4，0<L10_F/G3_F<0.5。

具体地，为了保证变焦镜头具有足够的变倍数，并且能够合焦实现清晰成像。令合焦群组从广角端到长焦端过程中沿光轴移动距离为G1_L，变倍群组从广角端到长焦端过程中沿光轴移动距离为G3_L，变焦镜头在广角端从第一透镜1的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，变焦镜头在长焦端的光焦度为T_F，可设置合焦群组100和变倍群组20满足：0.1<G1_L/TTL_W<0.22，0.05<G3_L/TTL_W<0.15；变焦镜头满足：0.43<T_F/W_F<0.52。

此外，为了较好地校正850nm波长的红外光相对于可见光的色焦移，可选地，在上述实施例的基础上，可设置第六透镜6和第七透镜7的光焦度关系满足：-1<L6_F/L7_F<-0.7；令第一透镜1的阿贝数为L1_vd，第五透镜5的阿贝数为L5_vd，第七透镜的阿贝数为L7_vd，第一透镜1、第五透镜5和第七透镜7的阿贝数满足：L1_vd>40，L5_vd>70，L7_vd>60。

其中，分别限定第一透镜1、第五透镜5和第七透镜7的阿贝数的下限值，可以限制该些透镜的色散能力，保证不同波长的光线通过该些透镜时色散较低，从而对850nm的较长波长的红外光相对于可见光的色焦移进行有效校正。同时，限制第六透镜6和第七透镜7的光焦度比例关系在-1～-0.7之间，实质是限制了胶合镜组310内部的光焦度分配，可以保证胶合镜组310的色差校正能力，在限定第七透镜7的阿贝数大于60的基础上，也能够减少红外光相对于可见光的色焦移。

在上述实施例的基础上，为了提高变焦镜头的光学效果，改善变焦镜头的装配质量，需要对合焦群组100进行合理配置。可选地，可设置第三透镜3的折射率为L3_nd，第三透镜的折射率满足：L3_nd>1.6。

其中，光学偏心是指系统中各元件光学中心相对于理想光学轴线的偏差，光学系统偏心对光学系统的像质有直接的影响，对于高质量的变焦镜头，偏心需要严格要求，同时，透镜的折射率反应了镜片对光线的折射能力。本领域技术人员可以理解的是，适当提高合焦群组100中第三透镜3的折射率，一定程度上能够降低光线在此处的光线偏折程度，从而能够有效降低合焦群组内装配偏心的感度，有利于提升变焦透镜的制备良率。

同时，为了避免变焦镜头的镜头口径过大，对于合焦群组100中的第一透镜1，令第一透镜1的折射率为L1_nd，第一透镜的最大通光口径为S1_DIA，变焦镜头在广角端从第一透镜1的前表面顶点到像面的距离为TTL_W。可设置第一透镜1的折射率满足：L1_nd>1.65；变焦镜头满足：S1_DIA/TTL_W<0.45。

另外，需要说明的是，该变焦镜头沿光轴方向成像于焦面上设置的成像传感器上，其中间位置还需设置平板滤光片以进行滤光，保证成像效果。为了确保变焦镜头具有足够的空间安装成像传感器和平板滤光片，令变焦镜头在广角端从最后一枚透镜的后表面顶点到像面的距离为BFL_W，从第一枚透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，可设置变焦镜头满足：BFL_W/TTL_W>0.1。此时，变焦镜头的后表面可具有足够的距离和空间来安装其他光学成像元件，有助于提高装配的便利性，方便变焦镜头的制备。

在上述实施例的基础上，可选地，为了确保变焦镜头的通光亮足够大，同时变倍群组的镜片尺寸不会太大，可将光阑设置于第四透镜4与第三透镜3或第五透镜5之间。并且，令光阑的直径为STO_DIA，光阑到像面的距离为STO_IMA，变焦镜头在广角端从第一透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，可设置变焦镜头满足：STO_DIA/TTL_W>0.17，0.5<STO_IMA/TTL_W<0.6。

进一步可选地，为了使得变焦镜头具有大的视场角，可设置当变焦镜头的像高为4.4mm时，变焦镜头在广角端的物方视场角FOV_W和在长焦端的物方视场角FOV_T满足：130<FOV_W<145，50<FOV_T<60。同时，可设置变焦镜头在广角端的光焦度满足0.2<W_F<0.25。

本发明实施例采用玻塑混合的光学结构，塑料透镜易于加工，玻璃透镜以及塑料的非球面透镜均可以进行较好地像差校正，使得镜头制备难度降低，成本降低，同时提高了解析度，实现可见光与红外光的共焦。下面以三个具体实施例对上述的变焦镜头进行说明。

实施例1中，如图1所示，该变焦镜头包括由物方至像方依次设置的合焦群组100、固定群组200和变倍群组300；变焦镜头还包括光阑400，光阑400设置于固定群组200中；在变倍过程中，固定群组200位置固定，变倍群组300和合焦群组100沿光轴移动；其中，变焦镜头在广角端的光焦度为W_F，合焦群组100、固定群组200和变倍群组300的光焦度分别为G1_F、G2_F和G3_F；各群组相对于变焦镜头在广角端的光焦度满足：-0.6<G1_F/W_F<-0.4，0<G2_F/W_F<0.1，0.32<G3_F/W_F<0.42。

合焦群组100包括第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3，固定群组200包括第四透镜4，变倍群组300包括第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10；第六透镜6和第七透镜7相邻近的表面胶合组成胶合镜组310；第一透镜1至第十透镜10的光焦度分别为L1_F、L2_F、L3_F、L4_F、L5_F、L6_F、L7_F、L8_F、L9_F、L10_F，胶合镜组310的光焦度为U_F，各个透镜相对于所属群组的光焦度满足以下关系式：0.7<L1_F/G1_F<0.9，0.35<L2_F/G1_F<0.7，-0.42<L3_F/G1_F<-0.2，L4_F＝G2_F，0.8<L5_F/G3_F<1，0.1<U_F/G3_F<0.42，0<L8_F/G3_F<0.5，-1<L9_F/G3_F<-0.4，0<L10_F/G3_F<0.5。

其中，在该实施例1中，第一透镜1至第十透镜10的各个设计值如下表1所示。

表1为所述变焦镜头的一种设计值

表1中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜的前表面，“2”代表第一透镜的后表面，依次类推；其中面序号9，面形STO表示为孔径光阑。曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“INF”表示曲率半径为无穷大，代表该表面为平面；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性，空格代表当前位置为空气；K值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面上的点到光轴的距离；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

本实施例1中非球面面型参数见表2：

表2为所述变焦镜头中非球面系数的一种设计值

本实施例1中，变焦镜头在广角端和长焦端的变焦间隔参数见表3：

表3为所述变焦镜头中广角端和长焦端变焦间隔的一种设计值

	广角端	长焦端
			变焦间隔1(mm)	10.569	1.466
变焦间隔2(mm)	6.260	0.949
			变焦间隔3(mm)	5.222	10.534

本实施例1中，变焦镜头中各对应参数见表4：

表4为所述变焦镜头中各对应参数的设计值

由表4可知，本实施例1提供的变焦镜头中，合焦群组100的光焦度为负，固定群组200的光焦度为正，变倍群组300的光焦度为正，胶合镜组310的光焦度为正，且第一透镜1为玻璃球面负透镜，第二透镜2为塑料非球面负透镜，第三透镜3为塑料非球面正透镜，第四透镜4为塑料非球面正透镜，第五透镜5为玻璃非球面正透镜，第六透镜6为玻璃球面负透镜，第七透镜7为玻璃球面正透镜，第八透镜8为塑料非球面正透镜，第九透镜9为塑料非球面负透镜，第十透镜10为塑料非球面正透镜。

图2是图1所示变焦镜头的广角端球差曲线图，图3是图1所示变焦镜头的长焦端球差曲线图，图4是图1所示变焦镜头的广角端的场曲和畸变曲线图，图5是图1所示变焦镜头的长焦端的场曲和畸变曲线图，图6是图1所示变焦镜头的广角端的垂轴色差曲线图，图7是图1所示变焦镜头的长焦端的垂轴色差曲线图，图8是图1所示变焦镜头的广角端的色焦移曲线图，图9是图1所示变焦镜头的长焦端的色焦移曲线图。由图2和图3所示，该实施例1提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端的球差和轴上色差均获得了较好的校正；由图4和图5所示，该实施例1提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端的场曲和像散均获得了较好地校正；由图6和图7所示，该实施例1提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端的垂轴色差均获得了较好地校正；由图8和图9可以看出，该实施例1提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端，850nm波长的光线相对于可见光的焦移得到了较好的校正。综上可知，该实施例1提供的变焦镜头，实现了各类像差的校正，保证了在广角端和长焦端的成像质量，即本实施例1提供的变焦镜头在变焦过程中具有良好的成像效果。

需要说明的是，如图2和图3所示，本发明实施例提供的球差曲线中波长范围均为0.436-0.850μm；如图4和图5所示，本发明实施例提供的场曲和畸变曲线中，最大视场分别为68.585°和27.155°；如图6和图7所示，本发明实施例提供的的垂轴色差曲线中，均采用0.5876μm为基准波长。

实施例2中，图10是本发明实施例提供的另一种变焦镜头的结构示意图，参考图10，该变焦镜头包括由物方至像方依次设置的合焦群组100、固定群组200和变倍群组300；变焦镜头还包括光阑400，光阑400设置于固定群组200中；在变倍过程中，固定群组200位置固定，变倍群组300和合焦群组100沿光轴移动；其中，变焦镜头在广角端的光焦度为W_F，合焦群组100、固定群组200和变倍群组300的光焦度分别为G1_F、G2_F和G3_F；各群组相对于变焦镜头在广角端的光焦度满足：-0.6<G1_F/W_F<-0.4，0<G2_F/W_F<0.1，0.32<G3_F/W_F<0.42。

合焦群组100包括第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3，固定群组200包括第四透镜4，变倍群组300包括第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10；第六透镜6和第七透镜7相邻近的表面胶合组成胶合镜组310；第一透镜1至第十透镜10的光焦度分别为L1_F、L2_F、L3_F、L4_F、L5_F、L6_F、L7_F、L8_F、L9_F、L10_F，胶合镜组310的光焦度为U_F，各个透镜相对于所属群组的光焦度满足以下关系式：0.7<L1_F/G1_F<0.9，0.35<L2_F/G1_F<0.7，-0.42<L3_F/G1_F<-0.2，L4_F＝G2_F，0.8<L5_F/G3_F<1，0.1<U_F/G3_F<0.42，0<L8_F/G3_F<0.5，-1<L9_F/G3_F<-0.4，0<L10_F/G3_F<0.5。

其中，在该实施例2中，第一透镜1至第十透镜10的各个设计值如下表5所示。

表5为所述变焦镜头的一种设计值

表5中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜的前表面，“2”代表第一透镜的后表面，依次类推；其中面序号9，面形STO表示为孔径光阑。曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“INF”表示曲率半径为无穷大，代表该表面为平面；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性，空格代表当前位置为空气；K值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面上的点到光轴的距离；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

本实施例1中非球面面型参数见表6：

表6为所述变焦镜头中非球面系数的一种设计值

序号

A

B

C

D

E

F

3

-2.802049E-4

5.184597E-6

-8.885305E-8

-8.070910E-10

3.365508E-11

-7.734538E-14

4

-2.133802E-4

-1.080857E-5

6.343753E-8

5.037119E-10

5.255119E-12

-6.914650E-14

5

1.941587E-4

-1.345394E-5

2.177297E-7

1.791887E-9

-4.429789E-11

-2.324502E-13

6

-6.812040E-7

2.080425E-7

-9.409592E-9

2.864117E-9

-3.174779E-11

-8.394460E-13

7

-1.627982E-4

-1.987652E-6

-1.211407E-8

-1.416324E-9

-3.719455E-11

1.353072E-12

8

-2.282837E-4

-1.376063E-7

-3.548033E-8

-2.996612E-9

7.047401E-11

-2.981820E-13

10

-1.473636E-4

3.012053E-6

-1.603152E-7

3.362654E-9

-2.724019E-11

-5.093384E-13

11

3.647079E-4

-1.537080E-6

-1.025173E-9

-4.934591E-10

-4.816624E-12

-1.079268E-13

15

-2.585139E-4

1.154245E-5

-1.539438E-6

3.490092E-9

5.818201E-10

-3.829054E-12

16

9.451098E-4

-1.118549E-4

2.055103E-6

3.534566E-8

-1.497079E-9

5.985980E-12

17

-7.896687E-4

-6.625037E-5

2.063507E-7

2.049117E-7

-4.251044E-9

-5.396773E-11

18

-2.821526E-4

-5.763968E-5

3.823271E-6

-5.235753E-8

-7.819410E-10

-1.646547E-11

19

-2.275189E-3

-5.110574E-5

2.862076E-6

-8.853282E-8

-5.343468E-9

2.970325E-10

20

-1.490021E-3

-3.196860E-5

2.784049E-6

-1.434357E-7

1.940429E-9

7.806196E-11

本实施例2中，变焦镜头在广角端和长焦端的变焦间隔参数见表7：

表7为所述变焦镜头中广角端和长焦端变焦间隔的一种设计值

	广角端	长焦端
			变焦间隔1(mm)	9.889	1.165
变焦间隔2(mm)	5.642	0.249
			变焦间隔3(mm)	5.124	10.517

本实施例2中，变焦镜头中各对应参数见表8：表8为所述变焦镜头中各对应参数的设计值

由表8可知，本实施例2提供的变焦镜头中，合焦群组100的光焦度为负，固定群组200的光焦度为正，变倍群组300的光焦度为正，胶合镜组310的光焦度为正，且第一透镜1为玻璃球面负透镜，第二透镜2为塑料非球面负透镜，第三透镜3为塑料非球面正透镜，第四透镜4为塑料非球面正透镜，第五透镜5为玻璃非球面正透镜，第六透镜6为玻璃球面负透镜，第七透镜7为玻璃球面正透镜，第八透镜8为塑料非球面正透镜，第九透镜9为塑料非球面负透镜，第十透镜10为塑料非球面正透镜。

图11是图10所示变焦镜头的广角端球差曲线图，图12是图10所示变焦镜头的长焦端球差曲线图，图13是图10所示变焦镜头的广角端的场曲和畸变曲线图，图14是图10所示变焦镜头的长焦端的场曲和畸变曲线图，图15是图10所示变焦镜头的广角端的垂轴色差曲线图，图16是图10所示变焦镜头的长焦端的垂轴色差曲线图，图17是图10所示变焦镜头的广角端的色焦移曲线图，图18是图10所示变焦镜头的长焦端的色焦移曲线图。由图11和图12所示，该实施例2提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端的球差和轴上色差均获得了较好的校正；由图13和图14所示，该实施例2提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端的场曲和像散均获得了较好地校正；由图15和图16所示，该实施例2提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端的垂轴色差均获得了较好地校正；由图17和图18可以看出，该实施例2提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端，850nm波长的光线相对于可见光的焦移得到了较好的校正。综上可知，该实施例2提供的变焦镜头，实现了各类像差的校正，保证了在广角端和长焦端的成像质量，即本实施例2提供的变焦镜头在变焦过程中具有良好的成像效果。

实施例3中，图19是本发明实施例提供的又一种变焦镜头的结构示意图，参考图19，该变焦镜头包括由物方至像方依次设置的合焦群组100、固定群组200和变倍群组300；变焦镜头还包括光阑400，光阑400设置于固定群组200中；在变倍过程中，固定群组200位置固定，变倍群组300和合焦群组100沿光轴移动；其中，变焦镜头在广角端的光焦度为W_F，合焦群组100、固定群组200和变倍群组300的光焦度分别为G1_F、G2_F和G3_F；各群组相对于变焦镜头在广角端的光焦度满足：-0.6<G1_F/W_F<-0.4，0<G2_F/W_F<0.1，0.32<G3_F/W_F<0.42。

合焦群组100包括第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3，固定群组200包括第四透镜4，变倍群组300包括第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9和第十透镜10；第六透镜6和第七透镜7相邻近的表面胶合组成胶合镜组310；第一透镜1至第十透镜10的光焦度分别为L1_F、L2_F、L3_F、L4_F、L5_F、L6_F、L7_F、L8_F、L9_F、L10_F，胶合镜组310的光焦度为U_F，各个透镜相对于所属群组的光焦度满足以下关系式：0.7<L1_F/G1_F<0.9，0.35<L2_F/G1_F<0.7，-0.42<L3_F/G1_F<-0.2，L4_F＝G2_F，0.8<L5_F/G3_F<1，0.1<U_F/G3_F<0.42，0<L8_F/G3_F<0.5，-1<L9_F/G3_F<-0.4，0<L10_F/G3_F<0.5。

其中，在该实施例3中，第一透镜1至第十透镜10的各个设计值如下表9所示。

表9为所述变焦镜头的一种设计值

表9中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中“1”代表第一透镜的前表面，“2”代表第一透镜的后表面，依次类推；其中面序号9，面形STO表示为孔径光阑。曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“INF”表示曲率半径为无穷大，代表该表面为平面；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1；阿贝数代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性，空格代表当前位置为空气；K值代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。

非球面圆锥系数可用以下非球面公式进行限定，但不仅限于以下表示方法：

其中，z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面上的点到光轴的距离；c为拟合球面的曲率，数值上为曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数。

本实施例1中非球面面型参数见表10：

表10为所述变焦镜头中非球面系数的一种设计值

本实施例3中，变焦镜头在广角端和长焦端的变焦间隔参数见表11：

表11为所述变焦镜头中广角端和长焦端变焦间隔的一种设计值

本实施例3中，变焦镜头中各对应参数见表12：表12为所述变焦镜头中各对应参数的设计值

由表12可知，本实施例3提供的变焦镜头中，合焦群组100的光焦度为负，固定群组200的光焦度为正，变倍群组300的光焦度为正，胶合镜组310的光焦度为正，且第一透镜1为玻璃球面负透镜，第二透镜2为塑料非球面负透镜，第三透镜3为塑料非球面正透镜，第四透镜4为塑料非球面正透镜，第五透镜5为玻璃非球面正透镜，第六透镜6为玻璃球面负透镜，第七透镜7为玻璃球面正透镜，第八透镜8为塑料非球面正透镜，第九透镜9为塑料非球面负透镜，第十透镜10为塑料非球面正透镜。

图20是图19所示变焦镜头的广角端球差曲线图，图21是图19所示变焦镜头的长焦端球差曲线图，图22是图19所示变焦镜头的广角端的场曲和畸变曲线图，图23是图19所示变焦镜头的长焦端的场曲和畸变曲线图，图24是图19所示变焦镜头的广角端的垂轴色差曲线图，图25是图19所示变焦镜头的长焦端的垂轴色差曲线图，图26是图19所示变焦镜头的广角端的色焦移曲线图，图27是图19所示变焦镜头的长焦端的色焦移曲线图。由图20和图21所示，该实施例3提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端的球差和轴上色差均获得了较好的校正；由图22和图23所示，该实施例3提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端的场曲和像散均获得了较好地校正；由图24和图25所示，该实施例3提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端的垂轴色差均获得了较好地校正；由图26和图27可以看出，该实施例3提供的变焦镜头分别在广角端和长焦端，850nm波长的光线相对于可见光的焦移得到了较好的校正。综上可知，该实施例3提供的变焦镜头，实现了各类像差的校正，保证了在广角端和长焦端的成像质量，即本实施例3提供的变焦镜头在变焦过程中具有良好的成像效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种变焦镜头，其特征在于，包括由物方至像方依次设置的合焦群组、固定群组和变倍群组；所述变焦镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述固定群组中；在变倍过程中，所述固定群组位置固定，所述变倍群组和所述合焦群组沿光轴移动；

其中，所述变焦镜头在广角端的光焦度为W_F，所述合焦群组、所述固定群组和所述变倍群组的光焦度分别为G1_F、G2_F和G3_F；各群组相对于所述变焦镜头在广角端的光焦度满足：

-0.6<G1_F/W_F<-0.4；

0<G2_F/W_F<0.1；

0.32<G3_F/W_F<0.42；

所述合焦群组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述固定群组包括第四透镜，所述变倍群组包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜；所述第六透镜和所述第七透镜相邻近的表面胶合组成胶合镜组；所述第一透镜至所述第五透镜的光焦度分别为L1_F、L2_F、L3_F、L4_F、L5_F，所述胶合镜组的光焦度为U_F，各个透镜相对于所属群组的光焦度满足以下关系式：

0.7<L1_F/G1_F<0.9；

0.35<L2_F/G1_F<0.7；

-0.42<L3_F/G1_F<-0.2；

L4_F＝G2_F；

0.8<L5_F/G3_F<1；

0.1<U_F/G3_F<0.42。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第十透镜的光焦度依次为负、负、正、正、正、负、正、正、正或负、正或负。

3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第八透镜的光焦度L8_F、所述第九透镜的光焦度L9_F和所述第十透镜的光焦度L10_F满足：

0<L8_F/G3_F<0.5；

-1<L9_F/G3_F<-0.4；

0<L10_F/G3_F<0.5。

4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第六透镜和所述第七透镜的光焦度关系满足：-1<L6_F/L7_F<-0.7；

所述第一透镜的阿贝数为L1_vd，所述第五透镜的阿贝数为L5_vd，所述第七透镜的阿贝数为L7_vd，所述第一透镜、所述第五透镜和所述第七透镜的阿贝数满足：L1_vd>40，L5_vd>70，L7_vd>60。

5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第三透镜的折射率为L3_nd，所述第三透镜的折射率满足：L3_nd>1.6。

6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率为L1_nd，所述第一透镜的折射率满足：L1_nd>1.65；

所述第一透镜的最大通光口径为S1_DIA，所述变焦镜头在广角端从所述第一透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，所述变焦镜头满足：S1_DIA/TTL_W<0.45。

7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，在广角端，所述变焦镜头从所述第九透镜后表面顶点到像面的距离为BFL_W，从所述第一透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，所述变焦镜头满足：BFL_W/TTL_W>0.1。

8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述合焦群组从广角端到长焦端过程中沿光轴移动距离为G1_L，所述变倍群组从广角端到长焦端过程中沿光轴移动距离为G3_L，所述变焦镜头在广角端从所述第一透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，所述合焦群组和所述变倍群组满足：0.1<G1_L/TTL_W<0.22，0.05<G3_L/TTL_W<0.15；

所述变焦镜头在长焦端的光焦度为T_F，所述变焦镜头满足：0.43<T_F/W_F<0.52。

9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述光阑设置于所述第四透镜与所述第三透镜或所述第五透镜之间；

所述光阑的直径为STO_DIA，所述光阑到像面的距离为STO_IMA，所述变焦镜头在广角端从所述第一透镜的前表面顶点到像面的距离为TTL_W，所述变焦镜头满足：STO_DIA/TTL_W>0.17，0.5<STO_IMA/TTL_W<0.6。

10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜的折射率为L2_nd，所述第三透镜的折射率为L3_nd，所述第四透镜的折射率为L4_nd，所述第八透镜的折射率为L8_nd，所述第九透镜的折射率为L9_nd，则各透镜满足：L2_nd<1.72，L3_nd<1.72，L4_nd<1.72，L8_nd<1.72，L9_nd<1.72。

11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，当所述变焦镜头的像高为4.4mm时，则所述变焦镜头在广角端的物方视场角FOV_W和在长焦端的物方视场角FOV_T满足：130<FOV_W<145，50<FOV_T<60；

所述变焦镜头在广角端的光焦度满足0.2<W_F<0.25。

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