CN112666689A

CN112666689A - 一种变焦镜头

Info

Publication number: CN112666689A
Application number: CN202011385028.3A
Authority: CN
Inventors: 白万涛; 李守林; 李建华; 王晓; 王浩; 吕祖文; 邱盛平; 龚俊强
Original assignee: Union Optech Co Ltd
Current assignee: Union Optech Co Ltd
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: CN112666689B

Abstract

本发明公开一种变焦镜头，具有沿光轴方向呈相对设置的物方和像方，变焦镜头包括从物方到像依次排列的具有负光焦度的补偿透镜组和具有正光焦度的变倍透镜组，变倍透镜组沿光轴方向靠近和远离补偿透镜组设置，以使得变倍透镜组与补偿透镜组之间的距离可调节；补偿透镜组包括从物方到像方依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜以及具有正光焦度的第三透镜；变倍透镜组包括从物方到像方依次排列的具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜以及具有正光焦度的第九透镜。提供了一种大光圈、高性能、小体积的超广角超高清变焦镜头。

Description

一种变焦镜头

技术领域

本发明涉及光学系统设计技术领域，特别涉及一种变焦镜头。

背景技术

由于定焦镜头的视场角固定，导致在许多场景下定焦镜头无法满足使用要求。变焦镜头由于在一定范围内视场角和焦距均连续可变，可适应更多种的应用场景，因此在安防领域得到很大的关注与应用。广角变焦镜头是安防监控系统常用的镜头类型，目前主流的广角变焦镜头通常使用5片以上的玻璃镜片，成本较高难以大量推广。

目前，市面上有各种各样的小变倍变焦镜头应用于安防系统中。但是，由于大多使用玻璃球面设计，镜头在像素、性能及成本上很难满足市场需求，同时，目前市场对安防镜头的使用条件越发苛刻，经常会需要在低照明条件下进行摄像拍摄，市面上的小变倍变焦镜头绝大多数设计都是小光圈的设计，会导致在低照明条件下拍摄亮度不够，分辨不清楚画面。为了提高性能及扩大光圈，故现今使用更多玻璃镜片来达到更高清的像质，也因此大大增加了产品成本，导致产品推广难度提升。目前，在安防行业中，鲜有真正意义上的低成本、高像质、结构紧凑且大光圈的高清多点变焦镜头。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种变焦镜头，旨在改善现有技术中，拍摄亮度不够、画面不清晰的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种变焦镜头，具有沿光轴方向呈相对设置的物方和像方，所述变焦镜头包括从所述物方到所述像依次排列的具有负光焦度的补偿透镜组和具有正光焦度的变倍透镜组，所述变倍透镜组沿所述光轴方向靠近和远离所述补偿透镜组设置，以使得所述变倍透镜组与所述补偿透镜组之间的距离可调节；

其中，所述补偿透镜组包括从所述物方到所述像方依次排列的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜以及具有正光焦度的第三透镜；

所述变倍透镜组包括从所述物方到所述像方依次排列的具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜以及具有正光焦度的第九透镜。

可选地，所述补偿透镜组的总焦距为Ff，所述变倍透镜组的总焦距为Fz， -1.2＜Ff/Fz＜-1.1。

可选地，所述第二透镜的焦距为F2，所述第三透镜的焦距为F3，所述第四透镜的焦距为F4，所述第五透镜的焦距为F5，所述第六透镜的焦距为F6，所述第九透镜的焦距为F9，1.5<F2/Ff<1.7，且-2.8<F3/Ff<-2.5，且1.1<F4/Fz< 1.5，且2.2<F5/Fz<2.8，且-1.2<F6/Fz<-0.5，且0.7<F9/Fz<1.2。

可选地，所述第一透镜为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第九透镜为塑料非球面透镜。

可选地，所述第七透镜和所述第八透镜为玻璃球面透镜并且还为胶合透镜。

可选地，所述第四透镜为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜。

可选地，所述第一透镜为凸凹透镜，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凸透镜。

可选地，所述变焦镜头还包括光阑，所述光阑设于所述第三透镜与所述第四透镜之间。

可选地，所述第一透镜的折射率为nd1，所述第三透镜的折射率为nd3，所述第四透镜的折射率为nd4，所述第七透镜的折射率为nd7，1.59≤nd1≤ 1.75，且1.61≤nd3≤1.72，且1.43≤nd4≤1.55，且1.43≤nd6≤1.55。

可选地，所述变焦镜头的焦距变焦比大于或等于2.8。

在本发明提供的技术方案中，通过合理设计各透镜的结构及材质之间的搭配，以实现一种大光圈、高性能、小体积的超广角超高清变焦镜头，在-40° ～80°的环境下使用不虚焦，视场角变化范围广，可实现可见光与红外光共焦且成像清晰度与分辨率均在4K以上，最大光圈可达F1.2，综合性能优异。在保证镜头高性能的同时降低制作成本，具备广阔的市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的变焦镜头广角端一实施例的结构示意图；

图2为图1中变焦镜头长焦端的结构示意图；

图3为图1中变焦镜头广角端可见光的调制传递函数MTF曲线示意图；

图4为图1中变焦镜头广角端红外光的MTF曲线示意图；

图5为图1中变焦镜头广角端在-40℃时可见光的MTF曲线示意图；

图6为图1中变焦镜头广角端在80℃时可见光的MTF曲线示意图；

图7为图1中变焦镜头长焦端可见光的MTF曲线示意图；

图8为图1中变焦镜头长焦端红外光的MTF曲线示意图；

图9为图1中变焦镜头长焦端在-40℃时可见光的MTF曲线示意图；

图10为图1中变焦镜头长焦端在80℃时可见光的MTF曲线示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	补偿透镜组	2	变倍透镜组
101	第一透镜	102	第二透镜
				103	第三透镜	104	第四透镜
105	第五透镜	106	第六透镜
				107	第七透镜	108	第八透镜
109	第九透镜	110	光阑

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、 “第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B 同时满足的方案。还有就是，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

鉴于此，本发明提供一种变焦镜头，旨在改善现有技术中，拍摄亮度不够、画面不清晰的技术问题。请参阅图1至图10为本发明提供的变焦镜头的一实施例。

本实施例提供的一种变焦镜头，具有沿光轴方向呈相对设置的物方和像方，其特征在于，所述变焦镜头包括从所述物方到所述像依次排列的具有负光焦度的补偿透镜组1和具有正光焦度的变倍透镜组2，所述变倍透镜组2沿所述光轴方向靠近和远离所述补偿透镜组1设置，以使得所述变倍透镜组2 与所述补偿透镜组1之间的距离可调节；其中，所述补偿透镜组1包括从所述物方到所述像方依次排列的具有负光焦度的第一透镜101、具有负光焦度的第二透镜102以及具有正光焦度的第三透镜103；所述变倍透镜组2包括从所述物方到所述像方依次排列的具有正光焦度的第四透镜104、具有正光焦度的第五透镜105、具有负光焦度的第六透镜106、具有正光焦度的第七透镜107、具有负光焦度的第八透镜108以及具有正光焦度的第九透镜109。

图1所示为本发明实施例提供的一种变焦镜头广角端的结构示意图，图2 所示为图1提供的变焦镜头长焦端的结构示意图。参考图1和图2，本发明实施例提供的变焦镜头包括沿光轴从物方到像方排列的负光焦度的补偿透镜组 1和正光焦度的变倍透镜组2，补偿透镜组1与变倍透镜组2在变焦时沿光轴往复移动。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，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。在本实施例中，可以将补偿透镜组1和变倍透镜组2设置于一个镜筒(图1中未示出) 内，变倍透镜组2用于实现镜头焦距变化，补偿透镜组1用于补偿变倍透镜组2移动时引起的像差，通过补偿透镜组1和变倍透镜组2组合移动实现清晰的变焦功能。补偿透镜组包括从物方到像方依次排列的具有负光焦度的第一透镜101、具有负光焦度的第二透镜102以及具有正光焦度的第三透镜103；变倍透镜组2包括从物方到像方依次排列的具有正光焦度的第四透镜104、具有正光焦度的第五透镜105、具有负光焦度的第六透镜106、具有正光焦度的第七透镜107、具有负光焦度的第八透镜108以及具有正光焦度的第九透镜109。通过合理设计各透镜的结构及材质之间的搭配，以实现一种大光圈、高性能、小体积的超广角超高清变焦镜头，在-40°～80°的环境下使用不虚焦，视场角变化范围广，可实现可见光与红外光共焦且成像清晰度与分辨率均在4K以上，最大光圈可达F1.2，综合性能优异。在保证镜头高性能的同时降低制作成本，具备广阔的市场前景。进一步地，在本实施例中，补偿透镜组1的总焦距为Ff，所述变倍透镜组2的总焦距为Fz，两者满足如下关系，-1.2＜Ff/Fz＜-1.1。用以实现焦距变焦比大于或等于2.8。

进一步地，在本实施例中，所述第二透镜102的焦距为F2，所述第三透镜103的焦距为F3，所述第四透镜104的焦距为F4，所述第五透镜105的焦距为F5，所述第六透镜106的焦距为F6，所述第九透镜109的焦距为F9， 1.5<F2/Ff<1.7，且-2.8<F3/Ff<-2.5，且1.1<F4/Fz<1.5，且2.2<F5/Fz<2.8，且 -1.2<F6/Fz<-0.5，且0.7<F9/Fz<1.2。通过调整第二透镜102、第三透镜103、第四透镜104、第五透镜105、第六透镜106、第九透镜109的焦距与补偿透镜组1的焦距以及变倍透镜组2的焦距，以达到大光圈、超高性能和小体积的要求。具体地，F1/Ff是1.4，F2/Ff是1.6，F3/Ff是-2.6，F4/Fz是1.2， F5/Fz是2.6，F6/Fz是-0.9，F7/Fz是1.7，F8/Fz是-1.1，F9/Fz是1.1，视场角为40°～140°，FNO(支持光圈)为1.2～2.3。

进一步地，在本实施例中，所述第一透镜101、所述第七透镜107以及所述第八透镜108为玻璃球面透镜，所述第二透镜102、所述第三透镜103、所述第五透镜105、所述第六透镜106以及所述第九透镜109为塑料非球面透镜。使用玻璃材质可以有效的减少镜头表面脏污刮痕问题。所述第二透镜102、所述第三透镜103、所述第五透镜105、所述第六透镜106和所述第九透镜109 均为塑料非球面透镜。玻璃透镜易于加工，塑料非球面透镜可以较好的矫正像差，镜头具备较高的成像性能，过采用大多数塑料透镜加少量玻璃透镜混合的光学结构，塑料透镜低廉的成本极大地降低了镜头的整体价格。通过合理分配玻璃透镜和塑料非球面镜片的光焦度，使得镜头可以在-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F1.2，具有广阔的市场前景。

进一步地，在本实施例中，所述第七透镜107和所述第八透镜108为玻璃球面透镜并且还为胶合透镜。所述第七透镜107和第八透镜108为玻璃球面透镜，且为胶合透镜，可以很好的矫正光学系统内的色差，使色彩还原度更高。

进一步地，在本实施例中，所述第四透镜104为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜。可以很好的矫正光学系统内的像差，使性能更高。

进一步地，在本实施例中，所述第一透镜101为凸凹透镜，所述第二透镜102为双凹透镜，所述第三透镜103为双凸透镜，所述第四透镜104为双凸透镜。

进一步地，在本实施例中，所述变焦镜头还包括光阑110，所述光阑110 设于所述第三透镜103与所述第四透镜104之间。所述光阑110的口径的大小可以是固定不变的形式还可以是可以改变的形式。

进一步地，在本实施例中，所述第一透镜101的折射率为nd1，所述第三透镜103的折射率为nd3，所述第四透镜104的折射率为nd4，所述第七透镜 107的折射率为nd7，1.59≤nd1≤1.75，且1.61≤nd3≤1.72，且1.43≤nd4 ≤1.55，且1.43≤nd6≤1.55。

进一步地，在本实施例中，所述变焦镜头的焦距变焦比大于或等于2.8。

进一步地，在本实施例中，焦镜头的各透镜一种参数设计值如下表。

其中，前指的是物方的面，后指的是靠近像方的面。M1表示光阑与第四透镜104之间的虚拟平面，M2表示第七透镜和第八透镜粘合后形成的面， M3表示第九透镜109到像面之间的虚拟平面；R表示球面半径，正表示球面中心靠近像面一侧，负表示球面中心靠近物面一侧；d表示当前表面到下一个表面的在光轴上距离；nd表示透镜的折射率；k表示非球面的圆锥系数。A 表示广角端的值为11；长焦端的值为1.4。B表示广角端的值为0.6；长焦端的值为0.1。C表示广角端的值为0.55；长焦端的值为6.4。

其中，各非球面透镜的面型由公式：

其中，z为矢高，c为曲面顶点处的曲率，r为曲面点坐标在垂直于光轴平面的投影与光轴的距离，k为圆锥系数，a1、a2、a3、a4、a5、a6、 a7和a8表示偶次项对应的系数。

进一步地，在本实施例中，各非球面的偶次项系数如下两表。

其中，E-01表示的是10的-1次方，E-02表示的是10的-2次方，依此类推，E-N表示的是10的-N次方。

以上所述仅为本发明的可选地实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种变焦镜头，具有沿光轴方向呈相对设置的物方和像方，其特征在于，所述变焦镜头包括从所述物方到所述像依次排列的具有负光焦度的补偿透镜组和具有正光焦度的变倍透镜组，所述变倍透镜组沿所述光轴方向靠近和远离所述补偿透镜组设置，以使得所述变倍透镜组与所述补偿透镜组之间的距离可调节；

2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述补偿透镜组的总焦距为Ff，所述变倍透镜组的总焦距为Fz，-1.2＜Ff/Fz＜-1.1。

3.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜的焦距为F2，所述第三透镜的焦距为F3，所述第四透镜的焦距为F4，所述第五透镜的焦距为F5，所述第六透镜的焦距为F6，所述第九透镜的焦距为F9，1.5<F2/Ff<1.7，且-2.8<F3/Ff<-2.5，且1.1<F4/Fz<1.5，且2.2<F5/Fz<2.8，且-1.2<F6/Fz<-0.5，且0.7<F9/Fz<1.2。

4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为玻璃球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第九透镜为塑料非球面透镜。

5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第七透镜和所述第八透镜为玻璃球面透镜并且还为胶合透镜。

6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜。

7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为凸凹透镜，所述第二透镜为双凹透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凸透镜。

8.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括光阑，所述光阑设于所述第三透镜与所述第四透镜之间。

9.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率为nd1，所述第三透镜的折射率为nd3，所述第四透镜的折射率为nd4，所述第七透镜的折射率为nd7，1.59≤nd1≤1.75，且1.61≤nd3≤1.72，且1.43≤nd4≤1.55，且1.43≤nd6≤1.55。

10.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头的焦距变焦比大于或等于2.8。