CN112835187A - 变焦镜头 - Google Patents

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CN112835187A CN202110215135.XA CN202110215135A CN112835187A CN 112835187 A CN112835187 A CN 112835187A CN 202110215135 A CN202110215135 A CN 202110215135A CN 112835187 A CN112835187 A CN 112835187A
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欧俊星
费穷
王晓
肖明志
邱盛平
龚俊强
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Abstract

本发明公开了一种变焦镜头，变焦镜头具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述变焦镜头包括镜筒和透镜组，透镜组包括自物侧至像侧依次设置的正光焦度的第一透镜群、负光焦度的第二透镜群、正光焦度的第三透镜群、正光焦度的第四透镜群以及第五透镜群，第二透镜群沿光轴朝向像侧方向移动时，使得变焦镜头由广角端变焦至望远端，第四透镜群沿光轴移动，以使变焦镜头对焦；变焦镜头满足以下条件：0.03<fw/f1<0.08；‑0.56<fw/f2<‑0.26；0.06<fw/f3<0.15；0.1<fw/f4<0.35；‑0.26<fw/f5<0.26；fw为变焦镜头处于广角端的焦距，f1为第一透镜群的焦距，f2为第二透镜群的焦距，f3为第三透镜群的焦距，f4为第四透镜群的焦距，f5为第五透镜群的焦距，本发明通过五组透镜群合理设置，达到广角，小畸变的效果。

Description

变焦镜头
技术领域
本发明涉及光学系统设计技术领域，特别涉及一种应用于室内监控系统或视讯系统的变焦镜头。
背景技术
目前市面上主流的高像质变焦的监控镜头，需要镜头有足够大视场角以获得更为广阔的视野范围，常常会将镜头设计为具有广角的效果。而具有广角效果的镜头的设计理念是以牺牲镜头的畸变为代价，以极大的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。而在室内监控中，为了保证能够清晰地监控到大范围的被摄区域，对画面的畸变有着较高的要求。现有的监控镜头一般是通过很多枚玻璃非球面透镜来减弱畸变带来的影响，但是制造成本较高，而目前应用于室内监控系统或视讯系统的变焦镜头，开始往家庭化和低成本的方向发展，因此制造成本较高的监控镜头已无法满足市场需求。
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的镜头存在广角度和小畸变不能共存的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种变焦镜头，所述变焦镜头具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述变焦镜头包括：
镜筒；以及，
透镜组，所述透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群、具有正光焦度的第三透镜群、具有正光焦度的第四透镜群以及第五透镜群，其中，所述第一透镜群、第三透镜群、第五透镜群固定安装于所述镜筒，所述第二透镜群、所述第四透镜群沿所述光轴方向可移动地安装于所述镜筒，所述第二透镜群用于在外力驱动下沿所述光轴朝向所述像侧方向移动，以调节所述变焦镜头由广角端变焦至望远端，所述第四透镜群用于在外力驱动下沿所述光轴移动，以使得所述变焦镜头对焦；
其中，所述变焦镜头满足以下条件：0.03<fw/f1<0.08，且-0.56<fw/f2<-0.26，且0.06<fw/f3<0.15，且0.1<fw/f4<0.35，且-0.26<fw/f5<0.26；
其中，fw为所述变焦镜头处于广角端的焦距，f1为所述第一透镜群的焦距，f2为所述第二透镜群的焦距，f3为所述第三透镜群的焦距，f4为所述第四透镜群的焦距，f5为所述第五透镜群的焦距。
可选地，所述第一透镜群包括自所述物侧至所述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、具有正光焦度的第三透镜；
其中，所述第一透镜群与所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜满足以下条件：-0.85<f1/f11<-0.4，且0.5<f1/f12<1.1，且0.6<f1/f13<1.2；
其中，f1所述第一透镜群的焦距，f11为所述第一透镜的焦距，f12为所述第二透镜的焦距，f13为所述第三透镜的焦距。
可选地，所述第一透镜群中各个透镜的折射率满足以下条件：1.7<ND11<2.1，且1.4<ND12<1.7，且1.6<ND13<2；
所述第一透镜群中各个透镜的阿贝数满足以下条件：10<VD11<40，且60<VD12<100，且30<VD13<65；
其中，ND11为所述第一透镜11的折射率，ND12为所述第二透镜12的折射率，ND13为所述第三透镜13的折射率，VD11为所述第一透镜11的阿贝数，VD12为所述第二透镜12的阿贝数，VD13为所述第三透镜13的阿贝数。
可选地，所述第二透镜群包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第四透镜、第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜、具有正光焦度的第八透镜，并且所述第五透镜为塑胶非球面透镜；
其中，所述第二透镜群与所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜满足以下条件：0.7<f2/f21<1.3，且-0.14<f2/f22<0.14，且0.23<f2/f23<0.7，且0.13<f2/f24<0.4，且-0.9<f2/f25<-0.3；
其中，f2为所述第二透镜群的焦距，f21为所述第四透镜的焦距，f22为所述第五透镜的焦距，f23为所述第六透镜的焦距，f24为所述第七透镜的焦距，f25为所述第八透镜的焦距。
可选地，所述第三透镜群包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜、具有负光焦度的第十一透镜，并且所述第九透镜为玻璃非球面透镜；
其中，所述第三透镜群与所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜满足以下条件：1.3<f3/f31<3.2，且0.4<f3/f32<1.3，且-3<f3/f33<-1.3；
其中，f3为所述第三透镜群的焦距，f31为所述第九透镜的焦距，f32为所述第十透镜的焦距，f33为所述第十一透镜的焦距。
可选地，所述第四透镜群包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第十三透镜、具有正光焦度的第十四透镜、具有负光焦度的第十五透镜以及第十六透镜，并且所述第十六透镜为塑胶非球面透镜；
其中，所述第四透镜群与所述第十二透镜、所述第十三透镜、所述第十四透镜、所述第十五透镜、所述第十六透镜满足以下条件：0.4<f4/f41<1，且0.5<f4/f42<2.5，且0.7<f4/f43<2.5，且-5.8<f4/f44<-2.5；-1<f4/f45<1；
其中，f4为所述第四透镜群的焦距，f41为所述第十二透镜的焦距，f42为所述第十三透镜的焦距，f43为所述第十四透镜的焦距，f44为所述第十五透镜的焦距，f45为所述第十六透镜的焦距。
可选地，所述第五透镜群包括第十七透镜，所述第十七透镜为塑胶非球面透镜。
可选地，所述变焦镜头满足以下条件：
Figure BDA0002952884240000031
其中，
Figure BDA0002952884240000032
为所述第一透镜的有效通光孔径，TTL为所述变焦镜头的光学总长。
可选地，所述变焦镜头满足以下条件：0.25<ΔZW-T/TTL<0.5；
其中，ΔZW-T为所述第四透镜在所述变焦镜头处于广角端位置时与所述变焦镜头处于望远端位置时的相对位移，TTL为所述变焦镜头的光学总长。
可选地，所述变焦镜头还包括光阑，所述光阑位于所述第二透镜群与所述第三透镜群之间；
其中，所述变焦镜头满足以下条件：0.25<L/TTL<0.4；
其中，L为所述光阑到所述变焦镜头的成像面在所述光轴上的距离，TTL为所述变焦镜头的光学总长。
在本发明提供的技术方案中，所述第一透镜群、所述第三透镜群、所述第五透镜群固定安装于所述镜筒，所述第二透镜群、所述第四透镜群沿光轴方向可活动地安装于所述镜筒，其中，所述第二透镜群用以进行变焦，所述第四透镜群用以进行对焦，在所述第二透镜群受到外力驱动沿所述光轴朝向所述像侧方向移动时，以使得所述变焦镜头由广角端变焦至望远端，并且所述第四透镜群受到外力驱动沿着所述光轴做与所述第二透镜群的位置、成像波长、成像物距对应的移动对焦，使所述变焦镜头在变焦过程中保持所述成像面成像清晰，并且所述第一透镜群具有正光焦度、所述第二透镜群具有负光焦度、所述第三透镜群具有正光焦度、所述第四透镜群具有正光焦度、所述第五透镜群光焦度可以是正也可以是负，通过五个透镜群的合理设置以及所述变焦镜头广角端焦距和各透镜群焦距比值的有条件的限制，使得所述变焦镜头具备广角，小畸变的效果。
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第一实施例的结构示意图，其中，变焦镜头为处于中间倍率时的状态；
图2为图1中的变焦镜头处于广角端时的结构示意图；
图3为图1中的变焦镜头处于望远端时的结构示意图；
图4为图1中的变焦镜头处于中间倍率时的球面像差图；
图5为图1中的变焦镜头处于中间倍率时的场曲图；
图6为图1中的变焦镜头处于中间倍率时的畸变图；
图7为图2中的变焦镜头处于广角端时的球面像差图；
图8为图2中的变焦镜头处于广角端时的场曲图；
图9为图2中的变焦镜头处于广角端时的畸变图；
图10为图3中的变焦镜头处于望远端时的球面像差图；
图11为图3中的变焦镜头处于望远端时的场曲图；
图12为图3中的变焦镜头处于望远端时的畸变图；
图13为本发明提供的变焦镜头第二实施例的结构示意图，其中，变焦镜头为处于中间倍率时的状态；
图14为图13中的变焦镜头处于广角端时的结构示意图；
图15为图13中的变焦镜头处于望远端时的结构示意图；
图16为图13中的变焦镜头处于中间倍率时的球面像差图；
图17为图13中的变焦镜头处于中间倍率时的场曲图；
图18为图13中的变焦镜头处于中间倍率时的畸变图；
图19为图14中的变焦镜头处于广角端时的球面像差图；
图20为图14中的变焦镜头处于广角端时的场曲图；
图21为图14中的变焦镜头处于广角端时的畸变图；
图22为图15中的变焦镜头处于望远端时的球面像差图；
图23为图15中的变焦镜头处于望远端时的场曲图；
图24为图15中的变焦镜头处于望远端时的畸变图。
附图标号说明：
Figure BDA0002952884240000051
Figure BDA0002952884240000061
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。
目前市面上的变焦的监控镜头，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。常常会将镜头设计为具有广角的效果。而具有广角效果的镜头的设计理念是以牺牲镜头的畸变为代价，以极大的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。而在室内监控中，为了保证能够清晰地监控到大范围的被摄区域，对画面的畸变有着较高的要求。现有的监控镜头一般是通过很多枚玻璃非球面透镜来减弱畸变带来的影响，但是制造成本较高，而目前应用于室内监控系统或视讯系统的变焦镜头，开始往家庭化和低成本的方向发展，因此制造成本较高的监控和镜头已无法满足市场需求。
鉴于此，本发明提供一种变焦镜头，旨在改善现有技术中广角度和小畸变不能共存的技术问题，请参照图1至图24，附图所示为所述变焦镜头的具体实施例。
其中，图1至图12为本发明提供的变焦镜头的第一实施例。
请参照图1至图3，在一实施例中，所述变焦镜头具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述变焦镜头包括镜筒(图中未示出)以及透镜组，所述镜筒沿所述光轴方向延伸设置，所述透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜群1、具有负光焦度的第二透镜群2、具有正光焦度的第三透镜群3、具有正光焦度的第四透镜群4以及第五透镜群5，并且，所述第五透镜群的光焦度可以是正也可以是负，其中，所述第一透镜群1、所述第三透镜群3、所述第五透镜群5固定安装于所述镜筒，所述第二透镜群2、第四透镜群4沿所述光轴方向可移动地安装于所述镜筒，并且所述第二透镜群2用以进行变焦，所述第四透镜群4用以进行对焦，在所述第二透镜群2受到外力驱动沿所述光轴朝向所述像侧方向移动时，所述变焦镜头由广角端变焦至望远端，而所述第四透镜群4受到外力驱动沿着光轴做与所述第二透镜群2的位置、成像波长、成像物距对应的移动对焦，以使所述变焦镜头在变焦过程中保持所述成像面成像清晰。
并且，所述变焦镜头满足以下条件：0.03<fw/f1<0.08，且-0.56<fw/f2<-0.26，且0.06<fw/f3<0.15，且0.1<fw/f4<0.35，且-0.26<fw/f5<0.26；其中，fw为所述变焦镜头处于广角端的焦距，f1为所述第一透镜群1的焦距，f2为所述第二透镜群2的焦距，f3为所述第三透镜群3的焦距，f4为所述第四透镜群4的焦距，f5为所述第五透镜群5的焦距。
需要说明的是所述第二透镜群2、所述第四透镜群4均能够受到外力驱动而沿所述光轴方向移动，其中，外力驱动可以是驱动电机驱动，也可以是人工手动调节在此不做限制。
在本发明提供的技术方案中，所述第一透镜群、所述第三透镜群、所述第五透镜群固定安装于所述镜筒中，所述第二透镜群、所述第四透镜群沿光轴方向可移动地安装于所述镜筒，其中所述第二透镜群用以进行变焦，所述第四透镜群用以进行对焦，并且所述第一透镜群具有正光焦度、所述第二透镜群具有负光焦度、所述第三透镜群具有正光焦度、所述第四透镜群具有正光焦度、所述第五透镜群的光焦度可以是正也可以是负，通过五个透镜群的合理设置，使得所述变焦镜头具备广角，小畸变，大变倍的效果。
具体地，所述第一透镜群1包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜11、具有正光焦度的第二透镜12、具有正光焦度的第三透镜13，更为具体地，在本实施例中，所述第一透镜11为具有负光焦度的凸凹球面透镜，即所述第一透镜11的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第二透镜12为具有正光焦度的双凸球面透镜，所述第三透镜13为具有正光焦度的凸凹球面透镜；并且，所述第一透镜群1与所述第一透镜11、所述第二透镜12、所述第三透镜13满足以下条件：-0.85<f1/f11<-0.4，且0.5<f1/f12<1.1，且0.6<f1/f13<1.2；其中，f1所述第一透镜群1的焦距，f11为所述第一透镜11的焦距，f12为所述第二透镜12的焦距，f13为所述第三透镜13的焦距。
进一步地，在本实施中，所述第一透镜11与所述第二透镜12通过胶合形成具有正光焦度的第一胶合透镜，并且满足以下条件：0.17<f1/f1112<0.3；其中，f1为所述第一透镜群1的焦距，f1112为所述第一胶合透镜的焦距。
更进一步地，在本实施例中，所述第一透镜群1中各个透镜分别满足以下条件：1.7<ND11<2.1，且1.4<ND12<1.7，且1.6<ND13<2，且10<VD11<40，且60<VD12<100，且30<VD13<65；其中，ND11为所述第一透镜11的折射率，ND12为所述第二透镜12的折射率，ND13为所述第三透镜13的折射率，VD11为所述第一透镜11的阿贝数，VD12为所述第二透镜12的阿贝数，VD13为所述第三透镜13的阿贝数。
具体地，所述第二透镜群2包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第四透镜21、第五透镜22、具有负光焦度的第六透镜23、具有负光焦度的第七透镜24、具有正光焦度的第八透镜25，并且所述第五透镜为塑胶非球面透镜，所述第五透镜的光焦度可以是正也可以是负；更为具体地，在本实施例中，所述第四透镜21为具有负光焦度的凸凹球面透镜，所述第五透镜22为凹凸非球面透镜，所述第六透镜23为具有负光焦度的双凹球面透镜，所述第七透镜24为具有负光焦度的凹凸球面透镜，所述第八透镜25为具有正光焦度的凹凸球面透镜；并且，所述第二透镜群2与所述第四透镜21、所述第五透镜22、所述第六透镜23、所述第七透镜24、所述第八透镜25满足以下条件：0.7<f2/f21<1.3，且-0.14<f2/f22<0.14，且0.23<f2/f23<0.7，且0.13<f2/f24<0.4，且-0.9<f2/f25<-0.3；其中，f2为所述第二透镜群2的焦距，f21为所述第四透镜21的焦距，f22为所述第五透镜22的焦距，f23为所述第六透镜23的焦距，f24为所述第七透镜24的焦距，f25为所述第八透镜25的焦距。
更进一步地，在本实施例中，所述第四透镜21满足以下条件：1.8<ND21<2.1，且15<VD21<45；其中，ND21为所述第四透镜21的折射率，VD21为所述第四透镜21的阿贝数。
具体地，所述第三透镜群3包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第九透镜31、具有正光焦度的第十透镜32、具有负光焦度的第十一透镜33，并且，所述第九透镜为玻璃非球面透镜；更为具体地，在本实施例中，所述第九透镜31为具有正光焦度的双凸非球面透镜，所述第十透镜32为具有正光焦度的凸凹球面透镜，所述第十一透镜33为具有负光焦度的凸凹球面透镜，并且，所述第三透镜群3与所述第九透镜31、所述第十透镜32、所述第十一透镜33满足以下条件：1.3<f3/f31<3.2，且0.4<f3/f32<1.3，且-3<f3/f33<-1.3；其中，f3为所述第三透镜群3的焦距，f31为所述第九透镜31的焦距，f32为所述第十透镜32的焦距，f33为所述第十一透镜33的焦距。
进一步地，在本实施例中，所述第十透镜32与所述第十一透镜33通过胶合形成第二胶合透镜，所述第二胶合透镜具有负光焦度，并且满足以下条件：-1.6<f3/f3233<-0.8；其中，f3为所述第三透镜群3的焦距，f3233为所述第二胶合透镜的焦距。
更进一步地，在本实施中，所述第九透镜31满足以下条件：1.4<ND31<1.65，且50<VD31<90；其中，ND31为所述第九透镜31的折射率，VD31为所述第九透镜31的阿贝数；并且，所述第十透镜32的折射率大于所述第十一透镜33的折射率。
具体地，所述第四透镜群4包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第十二透镜41、具有正光焦度的第十三透镜42、具有正光焦度的第十四透镜43、具有负光焦度的第十五透镜44以及第十六透镜45，并且，所述第十六透镜为塑胶非球面透镜，所述第十六透镜的光焦度可以是正也可以是负；更为具体地，在本实施例中，所述第十二透镜41为具有正光焦度的凸凹球面透镜，所述第十三透镜42为具有正光焦度的双凸球面透镜，所述第十四透镜43为具有正光焦度的双凸球面透镜，所述第十五透镜44为具有负光焦度的双凹球面透镜，所述第十六透镜45为具有负光焦度的凸凹球面透镜，并且，所述第四透镜群4与所述第十二透镜41、所述第十三透镜42、所述第十四透镜43、所述第十五透镜44、所述第十六透镜45满足以下条件：0.4<f4/f41<1，且0.5<f4/f42<2.5，且0.7<f4/f43<2.5，且-5.8<f4/f44<-2.5；-1<f4/f45<1；其中，f4为所述第四透镜群4的焦距，f41为所述第十二透镜42的焦距，f42为所述第十三透镜42的焦距，f43为所述第十四透镜43的焦距，f44为所述第十五透镜44的焦距，f45为所述第十六透镜45的焦距。
进一步地，在本实施例中，所述第十四透镜43与所述第十五透镜44通过胶合形成第三胶合透镜，所述第三胶合透镜具有负光焦度，并且满足以下条件：-3.3<f4/f4344<-1.2；其中，f4为所述第四透镜群4的焦距，f4344为所述第三胶合透镜的焦距。
更进一步地，在本实施中，所述第四透镜群4中各个透镜分别满足以下条件：1.4<ND41<1.7，且1.4<ND42<1.7，且1.4<ND43<1.7，且1.7<ND44<2.1，且60<VD41<100，且60<VD42<100，且60<VD43<100，且15<VD44<45；其中，ND41为所述第十二透镜41的折射率，ND42为所述第十三透镜42的折射率，ND43为所述第十四透镜43的折射率，ND44为所述第十五透镜44的折射率，VD41为所述第十二透镜41的阿贝数，VD42为所述第十三透镜42的阿贝数，VD43为所述第十四透镜43的阿贝数，VD44为所述第十五透镜44的阿贝数。
具体地，在本实施例中，所述第五透镜群5包括至少一个非球面透镜，即所述第五透镜群5包括第十七透镜51，所述第十七透镜51为塑胶非球面透镜。
具体地，所述变焦镜头还包括光阑6，所述光阑6位于所述第二透镜群2与所述第三透镜群3之间；即所述光阑6位于所述第八透镜25和所述第九透镜31之间，在本实施例中，所述光阑6为可调光阑，所述可调光阑能够随着环境光照强度的变化而进行相应的缩放光圈措施，并且，所述变焦镜头满足以下条件：0.25<L/TTL<0.4；其中，L为所述光阑6到所述成像面8在所述光轴上的距离，TTL为所述变焦镜头的光学总长，需要说明的是，所述光学总长即为所述第一透镜11的物侧面中心顶点到所述成像面8的距离。
具体地，在本实施例中，所述变焦镜头还包括滤光镜7，所述滤光镜7位于所述第五透镜群5与所述成像面8之间，所述滤光镜7用于滤除不必要波段的光线和杂散光，从而提高成像质量。
具体地，所述成像面8可以理解为图像传感器的表面，即可以为CCD或者CMOS等摄像元件的表面，更为具体地，在本实施例中，所述成像面8为CMOS固体摄像元件的表面(本实施例中CMOS的尺寸为1/2.5”inch H*V＝6.26mm*3.56mm)，可以理解的是，携带被摄物体信息的光线能够依次经过所述第一透镜群1、所述第二透镜群2、所述光阑6、所述第三透镜群3、所述第四透镜群4、所述第五透镜群5、所述滤光镜7并最终成像于所述成像面8上。
具体地，在本实施例中，所述变焦镜头满足以下条件：
Figure BDA0002952884240000112
其中，
Figure BDA0002952884240000113
为所述第一透镜11的有效通光孔径，TTL为所述变焦镜头的光学总长。
具体地，在本实施例中，所述变焦镜头满足以下条件：0.25<ΔZW-T/TTL<0.5；其中，ΔZW-T为所述第四透镜21在所述变焦镜头处于广角端位置时与所述变焦镜头处于望远端位置时的相对位移，TTL为所述变焦镜头的光学总长。
具体地，在本实施例中，所述第五透镜22、所述第十六透镜45、所述第十七透镜51为非球面塑胶镜片，所述第九透镜31为非球面玻璃透镜，非球面镜片的特点是：从镜片中心到镜片周边，曲率是连续变化的，与从镜片中心到镜片周边具有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点，采用非球面镜片后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量，而采用玻璃材质的镜片，可减小温度对镜头光学性能的影响，塑胶材质的镜片可以减轻所述光学镜头的质量，并且降低成本。
进一步地，在本实施例中，非球面透镜的非球面表面形状满足以下条件：
Figure BDA0002952884240000111
其中，c为半径所对应的曲率，y为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)，k为圆锥二次曲线系数，(当k系数小于-1时面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时为抛物线，当k系数介于-1到0之间时为椭圆，当k系数等于0时为圆形，当k系数大于0时为扁圆形)，A、B、C、D、E、F为高次非球面系数(请参照下表2)，通过以上参数即可设定透镜物侧面和像侧面非球面的形状尺寸。
具体地，在本实施例中，所述变焦镜头的参数如下所示：
广角端焦距fw＝3.86mm，望远端焦距ft＝48.5mm；广角端光圈数Fnow＝1.8，望远端光圈数FnoT＝3；广角端水平场角FOVHw＝81°，望远端半视场角FOVHT＝7.3°；光学畸变范围在-5％到5％之间；所述变焦镜头的光学总长TTL＝119.6mm。
具体地，本实施例中，镜片的材质折射率，曲率半径，厚度间隔如下表所示：
表1镜片的参数
Figure BDA0002952884240000121
Figure BDA0002952884240000131
表2非球面镜片对应的圆锥系数和非球面系数
Figure BDA0002952884240000132
表3变焦镜头分别处于广角端、中间倍率位置、长焦端的变倍数据
广角 中间倍率 望远
T(5) 0.479 36.336 44.238
T(15) 43.8 7.943 0.042
T(21) 14.435 6.375 1.514
T(31) 2.113 10.173 15.035
通过上述参数数据可知，本实施例中所述变焦镜头焦距比值数据如下所示：
所述变焦镜头处于广角端的焦距与各个透镜群的焦距的比值如下所：fw/f1＝0.05；fw/f2＝-0.36；fw/f3＝0.10；fw/f4＝0.14；fw/f5＝-0.21；
所述第一透镜群1与其中各个透镜的焦距比值如下所示：f1/f11＝-0.54；f1/f12＝0.76；f1/f13＝0.8；f1/f1112＝0.22；
所述第二透镜群2与其中各个透镜的焦距比值如下所示：f2/f21＝0.91；f2/f22＝0.09；f2/f23＝0.34；f2/f24＝0.23；f2/f25＝-0.44；
所述第三透镜群3与其中各个透镜的焦距比值如下所示：f3/f31＝1.92；f3/f32＝0.64；f3/f33＝-1.82；f3/f3233＝-1.14；
所述第四透镜群4与其中各个透镜的焦距比值如下所示：f4/f41＝0.63；f4/f42＝1.28；f4/f43＝1.38；f4/f44＝-3.52；f4/f45＝-0.02；f4/f4344＝-1.79；
所述光阑6到所述成像面8的距离与所述变焦镜头的光学总长的比值：L/TTL＝0.32；
所述第一透镜11的有效通光孔径与所述变焦镜头的光学总长的比值：
Figure BDA0002952884240000141
所述第二透镜群2在所述变焦镜头自广角端至望远端时的移动量与所述变焦镜头的光学总长的比值：ΔZW-T/TTL＝0.37；
在本实施例中，请参照图1至图3，为所述变焦镜头分别处于中间倍率时、广角端时、望远端时的结构示意图；其中，中间倍率可以理解为所述变焦镜头处于广角端和望远端之间时，所述变焦镜头中各个透镜群的位置示意图。
图4至图6分别显示所述变焦镜头处于中间倍率时的球面像差图(longitudinalaberration)、场曲图(fied curvature)以及畸变图(distortion)，其中，d线(λ＝588nm)，图中的S、T，分别为弧矢像面、子午像面所对应的像差；由图可知，波长为588nm的光束的球面像差控制在-0.02mm到0之间，波长为588nm的光束的弧矢像面场曲值与子午像面场曲值均控制在-0.01mm到0.01mm之间，波长为588nm的光束的畸变率控制在0到5％之间。
请参照图7至图9，为所述变焦镜头处于广角端时的球面像差图、场曲图以及畸变图，其中，d线(λ＝588nm)，图中的S、T，分别为弧矢像面、子午像面所对应的像差；由图可知，波长为588nm的光束的球面像差控制在-0.01mm到0.01mm之间，波长为588nm的光束的弧矢像面场曲值与子午像面场曲值均控制在-0.01mm到0.02mm之间，波长为588nm的光束的畸变率控制在-5％到0之间；
请参照图10至图12，为所述变焦镜头处于望远端时的球面像差图、场曲图以及畸变图，其中，d线(λ＝588nm)，图中的S、T，分别为弧矢像面、子午像面所对应的像差；由图可知，波长为588nm的光束的球面像差控制在-0.02mm到0.02mm之间，波长为588nm的光束的弧矢像面场曲值与子午像面场曲值均控制在-0.02mm到0.01mm之间，波长为588nm的光束的畸变率控制在0到5％之间。
由上述图可知，本实施例中的所述变焦镜头分别在中间倍率、广角端、望远端时的球面像差、场曲以及畸变均能够获得良好的校正。
图13至图24为所述变焦镜头的第二实施例。
需要说明的是，下述实施例沿用前述实施例的部分内容，省略了相同技术内容的说明，关于相同的元件名称可以参考前述实施例的部分内容，下述实施例不再重复赘述。
与第一实施例相比，本实施例的区别在于：所述第二透镜12为具有正光焦度的物侧面为凸面像侧面为平面的球面透镜，所述第五透镜22为具有负光焦度的凸凹非球面塑胶透镜，所述第十七透镜51为具有正光焦度的凹凸非球面塑胶透镜。
具体地，在本实施例中，所述变焦镜头的参数如下所示：
广角端焦距fw＝3.86mm，望远端焦距ft＝46.5mm；广角端光圈数Fnow＝1.8，望远端光圈数FnoT＝3；广角端水平场角FOVHw＝81°，望远端半视场角FOVHT＝7.4°；光学畸变范围在-5％到5％之间；所述变焦镜头的光学总长TTL＝119.5mm。
具体地，本实施例中，镜片的材质折射率，曲率半径，厚度间隔如下表所示：
表4镜片的参数
Figure BDA0002952884240000161
Figure BDA0002952884240000171
进一步地，在本实施例中，非球面透镜的非球面表面形状满足以下条件：
Figure BDA0002952884240000172
其中，c为半径所对应的曲率，y为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)，k为圆锥二次曲线系数，(当k系数小于-1时面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时为抛物线，当k系数介于-1到0之间时为椭圆，当k系数等于0时为圆形，当k系数大于0时为扁圆形)，A、B、C、D、E、F为高次非球面系数(请参照下表5)，通过以上参数即可设定透镜物侧面和像侧面非球面的形状尺寸。
表5非球面镜片对应的圆锥系数和非球面系数
Figure BDA0002952884240000173
表6变焦镜头分别处于广角端、中间倍率位置、长焦端的变倍数据
广角 中间倍率 望远
T(5) 0.48 35.95171 42.87504
T(15) 42.92636 7.45465 0.531314
T(21) 13.60203 6.578703 1.918879
T(31) 1.871584 8.894911 13.55474
通过上述参数数据可知，本实施例中所述变焦镜头各比值数据如下所示：
所述变焦镜头处于广角端的焦距与各个透镜群的焦距的比值如下所：fw/f1＝0.05；fw/f2＝-0.36；fw/f3＝0.08；fw/f4＝0.18；fw/f5＝0.17；
所述第一透镜群1与其中各个透镜的焦距比值如下所示：f1/f11＝-0.57；f1/f12＝0.78；f1/f13＝0.82；f1/f1112＝0.20；
所述第二透镜群2与其中各个透镜的焦距比值如下所示：f2/f21＝0.84；f2/f22＝0.09；f2/f23＝0.39；f2/f24＝0.21；f2/f25＝-0.46；
所述第三透镜群3与其中各个透镜的焦距比值如下所示：f3/f31＝1.96；f3/f32＝1.17；f3/f33＝-2.43；f3/f3233＝-1.19；
所述第四透镜群4与其中各个透镜的焦距比值如下所示：f4/f41＝0.62；f4/f42＝0.90；f4/f43＝1.19；f4/f44＝-2.93；f4/f45＝0.12；f4/f4344＝-1.37；
所述光阑6到所述成像面8的距离与所述变焦镜头的光学总长的比值：L/TTL＝0.33；
所述第一透镜11的有效通光孔径与所述变焦镜头的光学总长的比值：
Figure BDA0002952884240000181
所述第二透镜群2在所述变焦镜头自广角端至望远端时的移动量与所述变焦镜头的光学总长的比值：ΔZW-T/TTL＝0.35；
在本实施例中，请参照图13至图15，为所述变焦镜头分别处于中间倍率、广角端、望远端时的结构示意图；
请参照图16至图18，为所述变焦镜头处于中间倍率时的球面像差图、场曲图以及畸变图，其中，d线(λ＝588nm)，图中的S、T，分别为弧矢像面、子午像面所对应的像差；由图可知，波长为588nm的光束的球面像差控制在-0.02mm到0.02mm之间，波长为588nm的光束的弧矢像面场曲值与子午像面场曲值均控制在-0.02mm到0.02mm之间，波长为588nm的光束的畸变率控制在0到5％之间。
请参照图19至图21，为所述变焦镜头处于广角端时的球面像差图、场曲图以及畸变图，其中，d线(λ＝588nm)，图中的S、T，分别为弧矢像面、子午像面所对应的像差；由图可知，波长为588nm的光束的球面像差控制在-0.01mm到0.02mm之间，波长为588nm的光束的弧矢像面场曲值与子午像面场曲值均控制在-0.02mm到0.03mm之间，波长为588nm的光束的畸变率控制在-5％到0之间；
请参照图22至图24，为所述变焦镜头处于望远端时的球面像差图、场曲图以及畸变图，其中，d线(λ＝588nm)，图中的S、T，分别为弧矢像面、子午像面所对应的像差；由图可知，波长为588nm的光束的球面像差控制在-0.04mm到0.03mm之间，波长为588nm的光束的弧矢像面场曲值与子午像面场曲值均控制在-0.04mm到0.02mm之间，波长为588nm的光束的畸变率控制在0到5％之间。
由上述图可知，本实施例中的所述变焦镜头分别在中间倍率、广角端、望远端时的球面像差、场曲以及畸变均能够获得良好的校正。
本发明所述的变焦镜头采用了“正负正正+非球面”的五群结构，其中一个变倍群一个聚焦群三个固定群，使得所述变焦镜头具备广角，小畸变，大变倍的效果；并且所述变焦镜头中含有3枚塑胶非球面和仅1枚玻璃非球面，在保证良好的光学性能的情况下，充分的降低了制造成本。
所述变焦镜头虽然使用了塑胶非球面镜片，但是通过对其焦距有条件的限制，使温度变化对镜头的性能影响很小，后焦变化极少，在室内环境变化的情况下性能稳定，无需重新对焦。
所述变焦镜头使用可调光阑，而且在广角端光圈数达到1.8，在望远端光圈数达到3的情况下，具有极高的感光性能，即使在较暗的环境下仍可拍摄较清晰的画面。
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 (10)

1.一种变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述变焦镜头包括：
镜筒；以及，
透镜组，所述透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群、具有正光焦度的第三透镜群、具有正光焦度的第四透镜群以及第五透镜群，其中，所述第一透镜群、第三透镜群、第五透镜群固定安装于所述镜筒，所述第二透镜群、所述第四透镜群沿所述光轴方向可移动地安装于所述镜筒，所述第二透镜群用于在外力驱动下沿所述光轴朝向所述像侧方向移动，以调节所述变焦镜头由广角端变焦至望远端，所述第四透镜群用于在外力驱动下沿所述光轴移动，以使得所述变焦镜头对焦；
其中，所述变焦镜头满足以下条件：0.03<fw/f1<0.08，且-0.56<fw/f2<-0.26，且0.06<fw/f3<0.15，且0.1<fw/f4<0.35，且-0.26<fw/f5<0.26；
其中，fw为所述变焦镜头处于广角端的焦距，f1为所述第一透镜群的焦距，f2为所述第二透镜群的焦距，f3为所述第三透镜群的焦距，f4为所述第四透镜群的焦距，f5为所述第五透镜群的焦距。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜群包括自所述物侧至所述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、具有正光焦度的第三透镜；
其中，所述第一透镜群与所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜满足以下条件：-0.85<f1/f11<-0.4，且0.5<f1/f12<1.1，且0.6<f1/f13<1.2；
其中，f1所述第一透镜群的焦距，f11为所述第一透镜的焦距，f12为所述第二透镜的焦距，f13为所述第三透镜的焦距。
3.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜群中各个透镜的折射率满足以下条件：1.7<ND11<2.1，且1.4<ND12<1.7，且1.6<ND13<2；
所述第一透镜群中各个透镜的阿贝数满足以下条件：10<VD11<40，且60<VD12<100，且30<VD13<65；
其中，ND11为所述第一透镜11的折射率，ND12为所述第二透镜12的折射率，ND13为所述第三透镜13的折射率，VD11为所述第一透镜11的阿贝数，VD12为所述第二透镜12的阿贝数，VD13为所述第三透镜13的阿贝数。
4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜群包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第四透镜、第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜、具有正光焦度的第八透镜，并且所述第五透镜为塑胶非球面透镜；
其中，所述第二透镜群与所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜满足以下条件：0.7<f2/f21<1.3，且-0.14<f2/f22<0.14，且0.23<f2/f23<0.7，且0.13<f2/f24<0.4，且-0.9<f2/f25<-0.3；
其中，f2为所述第二透镜群的焦距，f21为所述第四透镜的焦距，f22为所述第五透镜的焦距，f23为所述第六透镜的焦距，f24为所述第七透镜的焦距，f25为所述第八透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第三透镜群包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜、具有负光焦度的第十一透镜，并且所述第九透镜为玻璃非球面透镜；
其中，所述第三透镜群与所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜满足以下条件：1.3<f3/f31<3.2，且0.4<f3/f32<1.3，且-3<f3/f33<-1.3；
其中，f3为所述第三透镜群的焦距，f31为所述第九透镜的焦距，f32为所述第十透镜的焦距，f33为所述第十一透镜的焦距。
6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜群包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第十三透镜、具有正光焦度的第十四透镜、具有负光焦度的第十五透镜、以及第十六透镜，并且所述第十六透镜为塑胶非球面透镜；
其中，所述第四透镜群与所述第十二透镜、所述第十三透镜、所述第十四透镜、所述第十五透镜、所述第十六透镜满足以下条件：0.4<f4/f41<1，且0.5<f4/f42<2.5，且0.7<f4/f43<2.5，且-5.8<f4/f44<-2.5；-1<f4/f45<1；
其中，f4为所述第四透镜群的焦距，f41为所述第十二透镜的焦距，f42为所述第十三透镜的焦距，f43为所述第十四透镜的焦距，f44为所述第十五透镜的焦距，f45为所述第十六透镜的焦距。
7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第五透镜群包括第十七透镜，所述第十七透镜为塑胶非球面透镜。
8.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头满足以下条件：
Figure FDA0002952884230000031
其中，
Figure FDA0002952884230000032
为所述第一透镜的有效通光孔径，TTL为所述变焦镜头的光学总长。
9.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头满足以下条件：0.25<ΔZW-T/TTL<0.5；
其中，ΔZW-T为所述第四透镜在所述变焦镜头处于广角端位置时与所述变焦镜头处于望远端位置时的相对位移，TTL为所述变焦镜头的光学总长。
10.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括光阑，所述光阑位于所述第二透镜群与所述第三透镜群之间；
其中，所述变焦镜头满足以下条件：0.25<L/TTL<0.4；
其中，L为所述光阑到所述变焦镜头的成像面在所述光轴上的距离，TTL为所述变焦镜头的光学总长。
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