CN113253442A - 长焦防振镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长焦防振镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组(G1)、第二透镜组(G2)、第三透镜组(G3)和第四透镜组(G4)，所述第四透镜组(G4)可沿光轴移动，所述第二透镜组(G2)可沿垂直于光轴的方向移动。本发明的长焦防振镜头结构紧凑，能减少防振驱动系统的负担，并具有良好的光学性能。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种长焦防振镜头。
背景技术
随着时代的发展，监控环境越来越复杂，一体机摄像头由于具备成像高清、体积精巧、集成度高、自动聚焦等功能，相对于普通监控摄像头而言能够更好的适应于各种监控环境。但一体机镜头的放大倍率普遍不高，这主要是由于增大倍率的同时会导致一体机的口径增加，从而使其成本升高。对此，常用的解决方案是将长焦镜头与一体机搭配使用，从而可随时切换不同的放大倍率来监控不同的环境，能够在一定程度上解决一体机放大倍率小的问题。
另外，由于交通工具数量急剧增加，急需在移动的汽车等移动物体上进行拍摄监控，但这类镜头在工作时会受到严重的振动影响，进而会导致摄像光学系统的图像产生模糊。因此，现有技术中存在一些可减少摄像光学系统振动及防止摄像图像模糊等功能的防振光学系统。这类光学系统通常利用一部分透镜组沿着与光轴垂直的方向移动而实现防振功能，使图像稳定化。但这类技术通常使整体透镜组进行防振移动，这就会造成透镜驱动系统的负担过大。因此有的技术采用使透镜组中单枚透镜进行防振移动的方案，从而可以大幅度减轻透镜驱动系统的负担。不过，这种方案通常采用正透镜进行防振驱动，当其与负透镜搭配使用时，由于负透镜的光束发散性，会使得防振驱动的正透镜口径偏大，同时重量也变大，难以实现小放大率透镜组进行迅速的防振控制。并且，进行防振校正时也难以充分校正像差。随着摄像机不断向着小型轻量化和省电力化发展，如何开发一种放大率较小且能进行迅速防振控制的透镜系统是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长焦防振镜头。
为实现上述发明目的，本发明提供一种长焦防振镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述第四透镜组可沿光轴移动，所述第二透镜组可沿垂直于光轴的方向移动。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜组具有正光焦度，所述第二透镜组具有负光焦度，所述第三透镜组具有负光焦度，所述第四透镜组具有正光焦度。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的光焦度为正的第一透镜、光阑、光焦度为正的第二透镜、光焦度为负的第三透镜、光焦度为正或负的第四透镜以及光焦度为正或负的第五透镜。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜和所述第三透镜胶合组成胶合镜组。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜组至少包含一枚光焦度为负的透镜。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜组仅包括第六透镜，或者，仅包括一枚由位于物侧的第一子透镜和位于像侧的第二子透镜组成的胶合镜组。
根据本发明的一个方面，所述第三透镜组至少包含一枚光焦度为负的透镜。
根据本发明的一个方面，所述第三透镜组仅包括第七透镜，或者，仅包括一枚由位于物侧的第三子透镜和位于像侧的第四子透镜组成的胶合镜组。
根据本发明的一个方面，所述第四透镜组至少包含一枚光焦度为正的透镜。
根据本发明的一个方面，所述第四透镜组仅包括第八透镜，或者，仅包括一枚由位于物侧的第五子透镜和位于像侧的第六子透镜组成的胶合镜组。
根据本发明的一个方面，所述长焦防振镜头的焦距F分别与所述第二透镜组的焦距F2和所述第四透镜组的焦距F4满足以下关系：-0.32≤F2/F≤-0.16；0.14≤F4/F≤0.19。
根据本发明的一个方面，所述光阑到所述第二透镜的距离d1满足以下条件：20≤d1≤40。
根据本发明的一个方面，所述长焦防振镜头的总长L和焦距F满足以下关系：0.6≤L/F≤0.9。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜的折射率Nd1和阿贝数Vd1与所述第二透镜的折射率Nd2和阿贝数Vd2分别满足以下条件：1.4≤Nd1≤1.6；60≤Vd1≤90；1.4≤Nd2≤1.6；60≤Vd2≤90。
根据本发明的一个方面，各透镜组中的透镜材质均为玻璃。
根据本发明的方案，提供一种长焦防振镜头，从而在保证紧凑性的前提下，能够减少防振驱动系统负担，并能具备良好的光学性能。
根据本发明的一个方案，通过合理设置第一透镜组中的透镜的正负性，能够很好收集成像光线，有利于校正第一透镜组内部的球差、像散和高低温性能，同时也能够减小群组内的公差敏感度，以保证画面的均匀性。并且，在第一透镜组中合理使用胶合镜组，可大幅度校正色差、球差和温度性能，同时易于保证公差敏感度。其中，负屈光力的透镜可以减少正透镜的屈光能力，使镜头能够更好的达到大像面的全画幅成像和较小的像面主光线入射角度，使得色彩还原性更佳。
根据本发明的一个方案，使第二透镜组可沿着垂直于光轴的方向移动，从而对摄影图像由于振动影响而产生的模糊进行校正，实现振动状态下的清晰成像。第二透镜组包含一枚透镜或胶合镜组，体积较小，有利于减少驱动系统的负担。
根据本发明的一个方案，通过合理设置第三透镜组的透镜组成，有利于分担防振透镜组的折射率及光焦度，进一步防止驱动系统负担增大，同时也有利于平衡对焦群的性能。
根据本发明的一个方案，使第四透镜组可沿光轴移动，从而实现不同物距过程中像面位置的变化，以得到清晰的像。并且，能够校正系统的像差，同时减小公差敏感度以及得到较小的像方主光线夹角，保证画面的均匀性。
根据本发明的一个方案，通过合理设置镜头焦距与第二透镜组和第四透镜组的关系，有利于第二透镜组实现防振功能以及第四透镜组的对焦效果。
根据本发明的一个方案，通过合理设置光阑到第二透镜的距离，可以有效地减小系统像差，同时可分担对焦群(即第四透镜组)的像差，从而提高整个系统的像质。
根据本发明的一个方案，通过合理设置镜头总长和焦距的关系，可以有效地减小对焦群产生的像差，同时分担其余群组的像差，以提高整个系统的像质，保证充分的后焦，并防止缩放。
根据本发明的一个方案，通过使第一、第二透镜的折射率和阿贝数满足一定条件，有利于色差与高低温的校正，同时可减小红外离焦量，提升可见光与红外光的解像力。
附图说明
图1、图2和图3分别示意性表示本发明的第一种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头的结构图、正防振时的示意图和负防振时的示意图；
图4、图5和图6分别示意性表示本发明的第一种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图7、图8和图9分别示意性表示本发明的第一种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头正防振时的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图10、图11和图12分别示意性表示本发明的第一种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头负防振时的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图13、图14和图15分别示意性表示本发明的第二种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头的结构图、正防振时的示意图和负防振时的示意图；
图16、图17和图18分别示意性表示本发明的第二种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图19、图20和图21分别示意性表示本发明的第二种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头正防振时的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图22、图23和图24分别示意性表示本发明的第二种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头负防振时的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图25、图26和图27分别示意性表示本发明的第三种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头的结构图、正防振时的示意图和负防振时的示意图；
图28、图29和图30分别示意性表示本发明的第三种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图31、图32和图33分别示意性表示本发明的第三种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头正防振时的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图34、图35和图36分别示意性表示本发明的第三种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头负防振时的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图37、图38和图39分别示意性表示本发明的第四种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头的结构图、正防振时的示意图和负防振时的示意图；
图40、图41和图42分别示意性表示本发明的第四种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图43、图44和图45分别示意性表示本发明的第四种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头正防振时的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图；
图46、图47和图48分别示意性表示本发明的第四种实施方式的物距为无限远时的长焦防振镜头负防振时的MTF图、像差曲线图和垂轴色差图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
参见图1，本发明的长焦防振镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4。第一透镜组G1具有正光焦度，第二透镜组G2具有负光焦度，第三透镜组G3具有负光焦度，第四透镜组G4具有正光焦度。其中，镜头在不同物距下，第四透镜组G4可沿光轴移动，实现像面位置变化从而得到清晰的像；第二透镜组G2可沿垂直于光轴的方向移动，从而对摄影图像中由于振动而产生的模糊进行校正，实现振动状态下的清晰成像。在进行正防振时，第二透镜组G2向上移动，如图2所示；在进行负防振时，第二透镜组G2向下移动，如图3所示。
本发明中，第一透镜组G1包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的光焦度为正的第一透镜L1、光阑STO、光焦度为正的第二透镜L2、光焦度为负的第三透镜L3、光焦度为正或负的第四透镜L4以及光焦度为正或负的第五透镜L5。如此，通过搭配使用正负透镜，能够很好收集成像光线，有利于校正第一透镜组G1内部的球差、像散、色差和高低温性能，同时也能够减小群内公差敏感度，保证画面的均匀性。其中，第二透镜L2和第三透镜L3胶合组成胶合镜组。如此，通过合理使用胶合镜组，可大幅度校正色差、球差和温度性能，同时易于保证公差敏感度。并且，负屈光力的透镜可以减少正透镜的屈光能力，使镜头能够更好的达到大像面的全画幅成像和较小的像面主光线入射角度，使得色彩还原性更佳。
本发明中，第二透镜组G2至少包含一枚光焦度为负的透镜。具体的，第二透镜组G2仅包括第六透镜L6，或者，仅包括一枚由位于物侧的第一子透镜L61和位于像侧的第二子透镜L62组成的胶合镜组。如此，第二透镜组G2沿着垂直于光轴方向的移动可以有效地对振动产生的模糊进行校正，实现振动状态下的清晰成像。由此也可以看出，第二透镜组G2仅包含一枚透镜或胶合镜组，因此体积较小，有利于减少驱动系统的负担。
本发明中，第三透镜组G3至少包含一枚光焦度为负的透镜。具体的，第三透镜组G3仅包括第七透镜L7，或者，仅包括一枚由位于物侧的第三子透镜L71和位于像侧的第四子透镜L72组成的胶合镜组。如此设置的第三透镜组G3有利于分担防振透镜组G2的折射率及光焦度，防止驱动系统负担增大，同时也有利于平衡对焦群的性能。
本发明中，第四透镜组G4至少包含一枚光焦度为正的透镜。具体的，第四透镜组G4仅包括第八透镜L8，或者，仅包括一枚由位于物侧的第五子透镜L81和位于像侧的第六子透镜L82组成的胶合镜组。如此设置的第四透镜组G4在沿光轴移动的过程中，可以实现不同物距过程中像面位置的变化得到清晰的像，校正系统的像差，同时减小公差敏感度以及得到较小的像方主光线夹角，保证画面的均匀性。当然，由于长焦镜头对场曲不敏感，因此只需选择对后焦有影响的正光焦度透镜去对焦。
本发明中，长焦防振镜头的焦距F分别与第二透镜组G2的焦距F2和第四透镜组G4的焦距F4满足以下关系：-0.32≤F2/F≤-0.16；0.14≤F4/F≤0.19。满足以上条件式，有利于第二透镜组G2对模糊的校正以及第四透镜组G4的对焦效果。
本发明中，光阑STO到第二透镜L2的距离d1满足以下条件：20≤d1≤40。若d1小于20，则系统像差平衡受到限制，解像力提升困难，透镜口径也会过大而使得成本急剧增加；若d1大于40，则对于高低温和像质平衡不利。因此，满足以上条件，可以有效地减小系统像差，同时可有效分担对焦群的像差，以提高整个系统的像质。
本发明中，长焦防振镜头的总长L和焦距F满足以下关系：0.6≤L/F≤0.9。满足以上关系式，可以有效地减小对焦群产生的像差，同时分担其余群组的像差，提高整个系统的像质，并保证充分的后焦，防止缩放。
本发明中，第一透镜L1的折射率Nd1和阿贝数Vd1与第二透镜L2的折射率Nd2和阿贝数Vd2分别满足以下条件：1.4≤Nd1≤1.6；60≤Vd1≤90；1.4≤Nd2≤1.6；60≤Vd2≤90。满足以上条件，有利于色差与高低温的校正，同时可减小红外离焦量，提升可见光与红外光的解像力。
综上所述，本发明采用全玻璃结构，合理的分布异常色散玻璃和高折射率玻璃，可以达到高质量的成像效果，并具有具有长焦、防振驱动系统负担小、成本低等优点。并且，通过正负透镜的合理搭配，使得不同物距下都能达到高像质性能，并且有利于高低温下温漂的校正。另外，镜头中采用一枚负光焦度的透镜沿着垂直于光轴的方向移动，从而对摄影图像由于振动产生的模糊进行校正，实现振动状态下的清晰成像，大大减少防振驱动系统重量及成本。再合理使用胶合镜组，有利于校正整个镜头的色差及球差，保证可见光与红外共焦。
以下以四组实施方式来具体说明本发明的长焦防振镜头。在下列各实施方式中，利用Sur1、Sur2、…、SurN来表示各透镜的面，光阑STO记为STOP，像面记为Image，胶合镜组的胶合面记为一面。
具体符合上述条件式的各实施方式的参数如下表1所示：
表1
第一种实施方式
参见图1至图3，在本实施方式中，第四透镜L4的光焦度为负，第五透镜L5的光焦度为正，第二透镜组G2仅包括第六透镜L6，第三透镜组G3仅包括第七透镜L7，第四透镜组G4仅包括第八透镜L8。第一透镜L1的折射率Nd1和阿贝数Vd1分别为：Nd1＝1.45；Vd1＝70。第二透镜L2的折射率Nd2和阿贝数Vd2分别为：Nd2＝1.5；Vd2＝63。
在本实施方式中，TTL＝244.02mm；FNO＝5；焦距F＝350mm。
本实施方式的长焦防振镜头的各透镜的参数包括表面类型(Type)、曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料的折射率(nd)、阿贝数(vd)，如下表2所示：
表2
结合图4至图12可知，本实施方式的长焦防振镜头合理的分布异常色散玻璃和高折射率玻璃，达到高质量的成像效果，具有长焦，防振驱动系统负担小，成本低，高低温温漂小，可见光与红外共焦等性能；并且采用一枚负光焦度的透镜朝与光轴垂直的方向移动，从而对伴随上述定焦透镜振动的摄影图像的模糊进行校正，实现振动状态下的清晰成像，大大减少防振驱动系统重量及成本。
第二种实施方式
参见图13至图15，在本实施方式中，第四透镜L4的光焦度为负，第五透镜L5的光焦度为正，第二透镜组G2仅包括一枚由第一子透镜L61和第二子透镜L62组成的胶合镜组，第三透镜组G3仅包括第七透镜L7，第四透镜组G4仅包括第八透镜L8。第一透镜L1的折射率Nd1和阿贝数Vd1分别为：Nd1＝1.5；Vd1＝81。第二透镜L2的折射率Nd2和阿贝数Vd2分别为：Nd2＝1.59；Vd2＝75。
在本实施方式中，TTL＝247mm；FNO＝5；焦距F＝306mm。
本实施方式的长焦防振镜头的各透镜的参数包括表面类型(Type)、曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料的折射率(nd)、阿贝数(vd)，如下表3所示：
表3
结合图16至图24可知，本实施方式的长焦防振镜头合理的分布异常色散玻璃和高折射率玻璃，达到高质量的成像效果，具有长焦，防振驱动系统负担小，成本低，高低温温漂小，可见光与红外共焦等性能；并且采用一枚负光焦度的透镜朝与光轴垂直的方向移动，从而对伴随上述定焦透镜振动的摄影图像的模糊进行校正，实现振动状态下的清晰成像，大大减少防振驱动系统重量及成本。
第三种实施方式
参见图25至图27，在本实施方式中，第四透镜L4的光焦度为负，第五透镜L5的光焦度为正，第二透镜组G2仅包括第六透镜L6，第三透镜组G3仅包括第七透镜L7，第四透镜组G4仅包括一枚由第五子透镜L81和第六子透镜L82组成的胶合镜组。第一透镜L1的折射率Nd1和阿贝数Vd1分别为：Nd1＝1.55；Vd1＝65。第二透镜L2的折射率Nd2和阿贝数Vd2分别为：Nd2＝1.46；Vd2＝85。
在本实施方式中，TTL＝244.88mm；FNO＝5；焦距F＝348mm。
本实施方式的长焦防振镜头的各透镜的参数包括表面类型(Type)、曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料的折射率(nd)、阿贝数(vd)，如下表4所示：
表4
结合图28至图36可知，本实施方式的长焦防振镜头合理的分布异常色散玻璃和高折射率玻璃，达到高质量的成像效果，具有长焦，防振驱动系统负担小，成本低，高低温温漂小，可见光与红外共焦等性能；并且采用一枚负光焦度的透镜朝与光轴垂直的方向移动，从而对伴随上述定焦透镜振动的摄影图像的模糊进行校正，实现振动状态下的清晰成像，大大减少防振驱动系统重量及成本。
第四种实施方式
参见图37至图39，在本实施方式中，第四透镜L4的光焦度为正，第五透镜L5的光焦度为负，第二透镜组G2仅包括第六透镜L6，第三透镜组G3仅包括一枚由第三子透镜L71和第四子透镜L72组成的胶合镜组，第四透镜组G4仅包括第八透镜L8。第一透镜L1的折射率Nd1和阿贝数Vd1分别为：Nd1＝1.5；Vd1＝86。第二透镜L2的折射率Nd2和阿贝数Vd2分别为：Nd2＝1.59；Vd2＝68。
在本实施方式中，TTL＝245.01mm；FNO＝5；焦距F＝350mm。
本实施方式的长焦防振镜头的各透镜的参数包括表面类型(Type)、曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料的折射率(nd)、阿贝数(vd)，如下表5所示：
表5
结合图40至图48可知，本实施方式的长焦防振镜头合理的分布异常色散玻璃和高折射率玻璃，达到高质量的成像效果，具有长焦，防振驱动系统负担小，成本低，高低温温漂小，可见光与红外共焦等性能；并且采用一枚负光焦度的透镜朝与光轴垂直的方向移动，从而对伴随上述定焦透镜振动的摄影图像的模糊进行校正，实现振动状态下的清晰成像，大大减少防振驱动系统重量及成本。
以上所述仅为本发明的一枚实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种长焦防振镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜组(G1)、第二透镜组(G2)、第三透镜组(G3)和第四透镜组(G4)，所述第四透镜组(G4)可沿光轴移动，其特征在于，所述第二透镜组(G2)可沿垂直于光轴的方向移动。
2.根据权利要求1所述的长焦防振镜头，其特征在于，所述第一透镜组(G1)具有正光焦度，所述第二透镜组(G2)具有负光焦度，所述第三透镜组(G3)具有负光焦度，所述第四透镜组(G4)具有正光焦度。
3.根据权利要求1所述的长焦防振镜头，其特征在于，所述第一透镜组(G1)包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的光焦度为正的第一透镜(L1)、光阑(STO)、光焦度为正的第二透镜(L2)、光焦度为负的第三透镜(L3)、光焦度为正或负的第四透镜(L4)以及光焦度为正或负的第五透镜(L5)。
4.根据权利要求3所述的长焦防振镜头，其特征在于，所述第二透镜(L2)和所述第三透镜(L3)胶合组成胶合镜组。
5.根据权利要求1所述的长焦防振镜头，其特征在于，所述第二透镜组(G2)至少包含一枚光焦度为负的透镜。
6.根据权利要求5所述的长焦防振镜头，其特征在于，所述第二透镜组(G2)仅包括第六透镜(L6)，或者，仅包括一枚由位于物侧的第一子透镜(L61)和位于像侧的第二子透镜(L62)组成的胶合镜组。
7.根据权利要求1所述的长焦防振镜头，其特征在于，所述第三透镜组(G3)至少包含一枚光焦度为负的透镜。
8.根据权利要求7所述的长焦防振镜头，其特征在于，所述第三透镜组(G3)仅包括第七透镜(L7)，或者，仅包括一枚由位于物侧的第三子透镜(L71)和位于像侧的第四子透镜(L72)组成的胶合镜组。
9.根据权利要求1所述的长焦防振镜头，其特征在于，所述第四透镜组(G4)至少包含一枚光焦度为正的透镜。
10.根据权利要求9所述的长焦防振镜头，其特征在于，所述第四透镜组(G4)仅包括第八透镜(L8)，或者，仅包括一枚由位于物侧的第五子透镜(L81)和位于像侧的第六子透镜(L82)组成的胶合镜组。
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