CN113917674B - 一种变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变焦镜头，包括沿光轴从物面到像面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，第一透镜组包括具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜以及具有正光焦度的第五透镜；第二透镜组包括具有负光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜以及具有正光焦度的第八透镜；第三透镜组包括具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜以及具有负光焦度的第十一透镜；第四透镜组包括具有正光焦度的第十二透镜、具有负光焦度的第十三透镜以及具有正光焦度的第十四透镜。本发明实施例提供的变焦镜头，在保证像质的同时，降低了镜头成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。
背景技术
随着光学产业的发展，变焦镜头已经广泛应用于安防监控领域，得益于焦距可变的特征，变焦镜头可以在远近两端都拥有良好的像质。
为了满足大变倍、高分辨率的需求，现有的变焦镜头往往镜片数量较多，成本较高。
发明内容
本发明提供一种变焦镜头，以在保证像质的同时，降低成本。
本发明实施例提供了一种变焦镜头，包括沿光轴从物面到像面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；
所述第一透镜组和所述第三透镜组固定设置，所述第二透镜组和所述第四透镜组沿所述光轴方向移动设置；
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正光焦度，所述第四透镜组具有正光焦度；
所述第一透镜组包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜为正光焦度透镜，所述第二透镜为负光焦度透镜，所述第三透镜为正光焦度透镜，所述第四透镜为正光焦度透镜，所述第五透镜为正光焦度透镜；
所述第二透镜组包括沿光轴从物面到像面依次排列的第六透镜、第七透镜和第八透镜，所述第六透镜为负光焦度透镜，所述第七透镜为负光焦度透镜，所述第八透镜为正光焦度透镜；
所述第三透镜组包括沿光轴从物面到像面依次排列的第九透镜、第十透镜和第十一透镜，所述第九透镜为正光焦度透镜，所述第十透镜为正光焦度透镜，所述第十一透镜为负光焦度透镜；
所述第四透镜组包括沿光轴从物面到像面依次排列的第十二透镜、第十三透镜和第十四透镜，所述第十二透镜为正光焦度透镜，所述第十三透镜为负光焦度透镜，所述第十四透镜为正光焦度透镜。
可选的，所述第一透镜和所述第二透镜组成第一胶合透镜组。
可选的，所述第十二透镜和所述第十三透镜组成第二胶合镜组。
可选的，所述第一透镜组的光焦度为G1，所述第二透镜组的光焦度为G2，所述第三透镜组的光焦度为G3、所述第四透镜组的光焦度为G4，所述变焦镜头在广角端的光焦度为Fw，其中：
0.018＜G1/Fw＜0.224；-0.534＜G2/Fw＜-0.793；0.011＜G3/Fw＜0.243；0.221＜G4/Fw＜0.425。
可选的，所述第二透镜组从广角端到长焦端沿光轴移动距离为D1，所述第一透镜的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，0.174＜D1/TTL＜0.382。
可选的，所述第四透镜组从广角端到长焦端沿光轴移动距离为D2，所述第一透镜的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，0.05＜D2/TTL＜0.2。
可选的，所述第二透镜的阿贝数为vd2，所述第三透镜的阿贝数为vd3，所述第四透镜的阿贝数为vd4，所述第九透镜的阿贝数为vd9，所述第十二透镜的阿贝数为vd12，其中，vd2＞60.0；vd3＞60.0；vd4＞60.0；vd9＞60.0；vd12＞60.0。
可选的，所述第六透镜的折射率为nd6，其中，nd6＞1.75。
可选的，所述变焦镜头还包括光阑；
所述光阑位于所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的光路中。
可选的，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第八透镜和所述第十二透镜为玻璃球面透镜；
所述第七透镜、所述第十透镜、所述第十四透镜为塑胶非球面透镜；
所述第九透镜、所述第十一透镜、所述第十三透镜为玻璃球面透镜或者塑胶非球面透镜。
本发明实施例提供的变焦镜头，仅采用14枚透镜，透镜数量较少，同时通过合理搭配该14枚透镜的光焦度，可选用合适的材料，采用玻塑混合搭配，以进一步降低该变焦镜头的制作成本，实现轻量化的同时，还可较好的校正像差，实现最大F1.6大光圈，同时满足-40℃～80℃温度范围内不虚焦，满足安防监控需求。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的变焦镜头在广角端的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的变焦镜头在长焦端的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的变焦镜头在广角端的畸变曲线图；
图4为本发明实施例一提供的变焦镜头在广角端的场曲曲线图；
图5为本发明实施例一提供的变焦镜头在广角端的轴向像差图；
图6为本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端的结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的变焦镜头在长焦端的结构示意图；
图8为本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端的畸变曲线图；
图9为本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端的场曲曲线图；
图10为本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端的轴向像差图；
图11为本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端的结构示意图；
图12为本发明实施例三提供的变焦镜头在长焦端的结构示意图；
图13为本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端的畸变曲线图；
图14为本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端的场曲曲线图；
图15为本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端的轴向像差图；
图16为本发明实施例四提供的变焦镜头在广角端的结构示意图；
图17为本发明实施例四提供的变焦镜头在长焦端的结构示意图；
图18为本发明实施例四提供的变焦镜头在广角端的畸变曲线图；
图19为本发明实施例四提供的变焦镜头在广角端的场曲曲线图；
图20为本发明实施例四提供的变焦镜头在广角端的轴向像差图。
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。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的变焦镜头在广角端的结构示意图，图2为本发明实施例一提供的变焦镜头在长焦端的结构示意图，如图1和图2所示，本发明实施例提供的变焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜组11、第二透镜组12、第三透镜组13和第四透镜组14，第一透镜组11和第三透镜组13固定设置，第二透镜组12和第四透镜组14沿所述光轴方向移动设置。第一透镜组11具有正光焦度，第二透镜组12具有负光焦度，第三透镜组13具有正光焦度，第四透镜组14具有正光焦度。第一透镜组11包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140和第五透镜150，第一透镜110为正光焦度透镜，第二透镜120为负光焦度透镜，第三透镜130为正光焦度透镜，第四透镜140为正光焦度透镜，第五透镜150为正光焦度透镜。第二透镜组12包括沿光轴从物面到像面依次排列的第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180，第六透镜160为负光焦度透镜，第七透镜170为负光焦度透镜，第八透镜180为正光焦度透镜。第三透镜组13包括沿光轴从物面到像面依次排列的第九透镜190、第十透镜200和第十一透镜210，第九透镜190为正光焦度透镜，第十透镜200为正光焦度透镜，第十一透镜210为负光焦度透镜。第四透镜组14包括沿光轴从物面到像面依次排列的第十二透镜220、第十三透镜230和第十四透镜240，第十二透镜220为正光焦度透镜，第十三透镜230为负光焦度透镜，第十四透镜240为正光焦度透镜。
其中，在本实施例提供的变焦镜头中，可将第一透镜组11、第二透镜组12、第三透镜组13和第四透镜组14设置于一个镜筒(图1中未示出)内。第一透镜组11和第三透镜组13在该镜筒中位置固定，第二透镜组12和第四透镜组14可在镜筒中沿光轴作往复移动，通过第二透镜组12和第四透镜组14的共同运动，使变焦镜头的焦距可以实现从广角到长焦的连续变化，保证变焦镜头在各个焦点位置均有较高画质的同时能够保证变焦镜头的小型化。
可以理解的是，变焦镜头通过移动第二透镜组12和第四透镜组14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。
进一步的，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，通过设置第一透镜组11具有正光焦度，第二透镜组12具有负光焦度，第三透镜组13具有正光焦度，第四透镜组14具有正光焦度，使得第一透镜组11、第二透镜组12、第三透镜组13和第四透镜组14的光焦度相互配合，能够补偿第二透镜组12和第四透镜组14变焦移动过程中引起的像差，保证不同焦距状态下图像的清晰。
继续参考图1和图2，第一透镜组11包括具有正光焦度的第一透镜110、具有负光焦度的第二透镜120、具有正光焦度的第三透镜130、具有正光焦度的第四透镜140以及具有正光焦度的第五透镜150；第二透镜组12包括具有负光焦度的第六透镜160、具有负光焦度的第七透镜170以及具有正光焦度的第八透镜180；第三透镜组13包括具有正光焦度的第九透镜190、具有正光焦度的第十透镜200以及具有负光焦度的第十一透镜210；第四透镜组14包括具有正光焦度的第十二透镜220、具有负光焦度的第十三透镜230以及具有正光焦度的第十四透镜240。通过上述设置，一方面限定了各透镜在所属透镜组中的作用，保证各透镜的相互配合，实现变焦和清晰成像；另一方面，在确保部分透镜在该限定的光焦度的基础上，可以设置部分透镜采用塑胶材质进行制备，并配合采用非球面或球面的表面形状来调节透镜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。
综上所述，本发明实施例提供的变焦镜头，仅采用14枚透镜，透镜数量较少，同时通过合理搭配该14枚透镜的光焦度，可选用合适的材料，采用玻塑混合搭配，以进一步降低该变焦镜头的制作成本，实现轻量化的同时，还可较好的校正像差，实现最大F1.6大光圈，同时满足-40℃～80℃温度范围内不虚焦，满足安防监控需求。
作为一种可行的实施方式，如图1和图2所示，第一透镜110和第二透镜120组成第一胶合透镜组310。
其中，通过设置第一透镜110和第二透镜120组成第一胶合透镜组310，可有效减小第一透镜110和第二透镜120之间的空气间隔，从而减小镜头总长。此外，第一胶合透镜组310可最大限度地减少色差或消除色差，使得变焦镜头的各种像差可得到充分校正，在结构紧凑的前提下，可提高分辨率，优化畸变等光学性能，并可减少镜片间反射引起光量损失，提升照度，从而改善像质、提升镜头成像的清晰度。另外，第一胶合透镜组310的使用还可减少两个镜片之间的组立部件，简化镜头制造过程中的装配程序，降低成本，并降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。
作为一种可行的实施方式，如图1和图2所示，第十二透镜220和第十三透镜230组成第二胶合镜组320。
其中，通过设置第十二透镜220和第十三透镜230组成第二胶合镜组320，可有效减小第十二透镜220和第十三透镜230之间的空气间隔，从而减小镜头总长。此外，第二胶合镜组320可最大限度地减少色差或消除色差，使得变焦镜头的各种像差可得到充分校正，在结构紧凑的前提下，可提高分辨率，优化畸变等光学性能，并可减少镜片间反射引起光量损失，提升照度，从而改善像质、提升镜头成像的清晰度。另外，第二胶合镜组320的使用还可减少两个镜片之间的组立部件，简化镜头制造过程中的装配程序，降低成本，并降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。
作为一种可行的实施方式，第一透镜组11的光焦度为G1，第二透镜组12的光焦度为G2，第三透镜组13的光焦度为G3、第四透镜组14的光焦度为G4，变焦镜头在广角端的光焦度为Fw，其中：0.018＜G1/Fw＜0.224；-0.534＜G2/Fw＜-0.793；0.011＜G3/Fw＜0.243；0.221＜G4/Fw＜0.425。
其中，通过合理分配第一透镜组11、第二透镜组12、第三透镜组13和第四透镜组14的光焦度，使其相互配合，可补偿第二透镜组12和第四透镜组14变焦移动过程中引起的像差，实现变焦功能的同时，同时保证不同焦距状态下图像的清晰。
作为一种可行的实施方式，第二透镜组12从广角端到长焦端沿光轴移动距离为D1，第一透镜110的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，0.174＜D1/TTL＜0.382。
其中，第一透镜110的物侧面的光轴中心至像面的距离为光学总长TTL，在本实施例中，通过合理设置第二透镜组12从广角端到长焦端沿光轴移动的距离D1与变焦镜头的光学总长TTL之间的关系，以保证变焦镜头具有足够的变倍数，同时能够合焦实现清晰成像。
作为一种可行的实施方式，第四透镜组14从广角端到长焦端沿光轴移动距离为D2，第一透镜110的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，0.05＜D2/TTL＜0.2。
其中，第一透镜110的物侧面的光轴中心至像面的距离为光学总长TTL，在本实施例中，通过合理设置第四透镜组14从广角端到长焦端沿光轴移动的距离D2与变焦镜头的光学总长TTL之间的关系，以保证变焦镜头具有足够的变倍数，同时能够合焦实现清晰成像。
作为一种可行的实施方式，第二透镜120的阿贝数为vd2，第三透镜130的阿贝数为vd3，第四透镜140的阿贝数为vd4，第九透镜190的阿贝数为vd9，第十二透镜220的阿贝数为vd12，其中，vd2＞60.0；vd3＞60.0；vd4＞60.0；vd9＞60.0；vd12＞60.0。
其中，阿贝数是用以表示透明介质色散能力的指数，介质色散越严重，阿贝数越小；反之，介质的色散越轻微，阿贝数越大。
在本实施例中，通过分别限定第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第九透镜190和第十二透镜220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上述透镜时色散较低，从而对较长波长的红外光相对于可见光的色焦移进行有效校正，以有效提高镜头日夜共焦能力，保证夜间红外成像效果。
作为一种可行的实施方式，第六透镜160的折射率为nd6，其中，nd6＞1.75。
其中，折射率是光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，主要用来描述材料对光的折射能力，不同的材料的折射率不同。
在本实施例中，通过设置第六透镜160的折射率nd6大于1.75，以适当提高第六透镜160的折射率，一定程度上能够提高光线在此处的光线偏折程度，有助于提高变焦镜头的光学效果，改善变焦镜头的装配质量。
作为一种可行的实施方式，如图1和图2所示，本发明实施例提供的变焦镜头还包括光阑410，光阑410位于第二透镜组12和第三透镜组13之间的光路中。
其中，通过设置光阑410位于第二透镜组12和第三透镜组13之间的光路中，可以调节光束的传播方向，有利于提高成像质量。
作为一种可行的实施方式，第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140、第五透镜150、第六透镜160、第八透镜180和第十二透镜220为玻璃球面透镜；第七透镜170、第十透镜200、第十四透镜240为塑胶非球面透镜；第九透镜190、第十一透镜210、第十三透镜230为玻璃球面透镜或者塑胶非球面透镜。
其中，塑胶非球面透镜的材质可为本领域技术人员可知的各种塑胶，玻璃球面透镜的材质为本领域技术人员可知的各种类型的玻璃，本发明实施例对此不赘述也不作限定。由于塑胶材质的透镜成本远低于玻璃材质的透镜成本，本发明实施例提供的变焦镜头中，采用了玻璃透镜与塑胶透镜混合搭配的方式，可使得在确保变焦镜头的光学性能的同时能够有效地控制变焦镜头的成本。
作为一种可行的实施方式，如图1和图2所示，本发明实施例提供的变焦镜头还包括平板滤光片420，平板滤光片420设置在第十四透镜240的像侧面一侧。
示例性的，表1以一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例一提供的变焦镜头中各个透镜的具体光学物理参数，表1中的变焦镜头对应图1和图2所示的变焦镜头。
表1变焦镜头的光学物理参数的设计值
其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，面序号“S1”代表第一透镜110的物侧面，面序号“S2”代表第一透镜110的像侧面，依次类推；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“PL”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，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)；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；STO代表光阑。
表2表示表1中可变间距的数值。
表2变焦镜头的广角端和长焦端可变间距的设计值
| 广角端 | 长焦端 | |
| 可变间距1 | 0.470 | 26.100 |
| 可变间距2 | 25.797 | 0.167 |
| 可变间距3 | 7.683 | 16.791 |
| 可变间距4 | 10.288 | 1.180 |
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为非球面的高度；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-G为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项、16阶项系数。
示例性的，表3以一种可行的实施方式详细说明了本实施例一中各透镜的非球面系数。
表3变焦镜头中各透镜非球面系数的设计值
| A | B | C | D | E | F | G | |
| S12 | -9.110E-05 | -1.386E-05 | 7.496E-07 | -1.398E-08 | -4.916E-11 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| S13 | -2.582E-04 | -1.462E-05 | 1.005E-06 | -2.993E-08 | 2.660E-10 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| S17 | 5.057E-05 | 1.631E-06 | -1.233E-07 | -1.204E-10 | 2.781E-11 | -1.307E-12 | -1.957E-14 |
| S18 | 4.147E-06 | 1.879E-07 | -7.959E-08 | -1.165E-09 | -5.888E-11 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| S19 | 2.210E-04 | 1.785E-06 | 1.392E-07 | 8.736E-10 | -5.723E-11 | 0.000E+00 | 0.000E+00 |
| S20 | 9.286E-05 | 2.920E-06 | 2.620E-07 | -1.046E-08 | 3.662E-10 | -1.604E-12 | -1.205E-13 |
| S26 | -1.609E-04 | -5.019E-07 | -8.166E-08 | 1.060E-09 | 1.515E-11 | -7.453E-13 | 0.000E+00 |
| S27 | 5.018E-05 | 1.624E-06 | -2.286E-07 | 8.241E-09 | -1.641E-10 | 1.485E-12 | -7.310E-15 |
其中，-9.110E-05表示面序号为“S12”的系数A为-9.110*10-5，依此类推。
进一步的，图3为本发明实施例一提供的变焦镜头在广角端的畸变曲线图，如图3所示，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图3可以看出，本实施例提供的变焦镜头的畸变得到了较好地矫正，成像畸变较小，满足低畸变的要求。
图4为本发明实施例一提供在广角端的变焦镜头的场曲曲线图，如图4所示，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧失；由图4可以看出，本实施例提供的变焦镜头对于波长为546nm的光，在场曲上得到有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小。
图5为本发明实施例一提供的变焦镜头在广角端的轴向像差图，如图2所示，该变焦镜头在不同波长(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm)下的球差均在0.1mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该变焦镜头的轴向像差较小，从而可知，本发明实施例提供的变焦镜头能够较好地校正像差。
实施例二
图6为本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端的结构示意图，图7为本发明实施例二提供的变焦镜头在长焦端的结构示意图，如图6和图7所示，本发明实施例二提供的变焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜组11、第二透镜组12、第三透镜组13和第四透镜组14，第一透镜组11具有正光焦度，第二透镜组12具有负光焦度，第三透镜组13具有正光焦度，第四透镜组14具有正光焦度。第一透镜组11包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140和第五透镜150，第一透镜110为正光焦度透镜，第二透镜120为负光焦度透镜，第三透镜130为正光焦度透镜，第四透镜140为正光焦度透镜，第五透镜150为正光焦度透镜。第二透镜组12包括沿光轴从物面到像面依次排列的第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180，第六透镜160为负光焦度透镜，第七透镜170为负光焦度透镜，第八透镜180为正光焦度透镜。第三透镜组13包括沿光轴从物面到像面依次排列的第九透镜190、第十透镜200和第十一透镜210，第九透镜190为正光焦度透镜，第十透镜200为正光焦度透镜，第十一透镜210为负光焦度透镜。第四透镜组14包括沿光轴从物面到像面依次排列的第十二透镜220、第十三透镜230和第十四透镜240，第十二透镜220为正光焦度透镜，第十三透镜230为负光焦度透镜，第十四透镜240为正光焦度透镜。其中，光阑410设置于第二透镜组12和第三透镜组13之间的光路中；第一透镜110和第二透镜120组成第一胶合透镜组310；第十二透镜220和第十三透镜230组成第二胶合镜组320；平板滤光片420设置在第十四透镜240的像侧面一侧。
示例性的，表4以一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例二提供的变焦镜头中各个透镜的具体光学物理参数，表4中的变焦镜头对应图6和图7所示的变焦镜头。
表4变焦镜头的光学物理参数的设计值
其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，面序号“S1”代表第一透镜110的物侧面，面序号“S2”代表第一透镜110的像侧面，依次类推；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“PL”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，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)；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；STO代表光阑。
表5表示表4中可变间距的数值。
表5变焦镜头的广角端和长焦端可变间距的设计值
| 广角端 | 长焦端 | |
| 可变间距1 | 0.800 | 26.454 |
| 可变间距2 | 26.300 | 1.546 |
| 可变间距3 | 9.186 | 18.136 |
| 可变间距4 | 10.695 | 1.745 |
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为非球面的高度；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-G为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项、16阶项系数。
示例性的，表6以一种可行的实施方式详细说明了本实施例二中各透镜的非球面系数。
表6变焦镜头中各透镜非球面系数的设计值
| A | B | C | D | E | F | G | |
| S12 | -1.47E-04 | -5.70E-06 | 4.18E-07 | -1.34E-08 | 2.37E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S13 | -1.70E-04 | -1.58E-05 | 6.67E-07 | -1.52E-08 | 1.29E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S17 | 1.32E-04 | 1.98E-06 | -1.23E-07 | -7.97E-11 | 2.55E-11 | -1.47E-12 | 0.00E+00 |
| S18 | 2.56E-05 | 6.41E-07 | -7.50E-08 | -1.01E-09 | -5.08E-11 | 1.01E-13 | 0.00E+00 |
| S19 | 2.11E-04 | 1.52E-06 | 1.43E-07 | 4.08E-10 | -1.07E-10 | 2.62E-13 | 0.00E+00 |
| S20 | 2.30E-04 | 5.15E-06 | 2.32E-07 | -1.27E-08 | 2.87E-10 | -4.88E-12 | 0.00E+00 |
| S21 | 5.80E-05 | -1.53E-06 | 1.82E-08 | -3.94E-09 | -2.86E-11 | 5.81E-13 | 0.00E+00 |
| S22 | -3.70E-05 | 1.88E-06 | -9.60E-08 | 3.05E-09 | -1.40E-11 | -7.23E-13 | 0.00E+00 |
| S26 | -1.95E-04 | -1.24E-06 | -1.16E-08 | 7.44E-10 | -1.76E-11 | 5.06E-14 | 0.00E+00 |
| S27 | 3.09E-05 | 2.73E-06 | -2.51E-07 | 8.63E-09 | -1.50E-10 | 9.67E-13 | 0.00E+00 |
其中，-1.47E-04表示面序号为“S12”的系数A为-1.47*10-4，依此类推。
进一步的，图8为本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端的畸变曲线图，如图8所示，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图8可以看出，本实施例提供的变焦镜头的畸变得到了较好地矫正，成像畸变较小，满足低畸变的要求。
图9为本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端的场曲曲线图，如图9所示，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧失；由图9可以看出，本实施例提供的变焦镜头对于波长为546nm的光，在场曲上得到有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小。
图10为本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端的轴向像差图，如图10所示，该变焦镜头在不同波长(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm)下的球差均在0.15mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该变焦镜头的轴向像差较小，从而可知，本发明实施例提供的变焦镜头能够较好地校正像差。
实施例三
图11为本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端的结构示意图，图12为本发明实施例三提供的变焦镜头在长焦端的结构示意图，如图11和图12所示，本发明实施例三提供的变焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜组11、第二透镜组12、第三透镜组13和第四透镜组14，第一透镜组11具有正光焦度，第二透镜组12具有负光焦度，第三透镜组13具有正光焦度，第四透镜组14具有正光焦度。第一透镜组11包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140和第五透镜150，第一透镜110为正光焦度透镜，第二透镜120为负光焦度透镜，第三透镜130为正光焦度透镜，第四透镜140为正光焦度透镜，第五透镜150为正光焦度透镜。第二透镜组12包括沿光轴从物面到像面依次排列的第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180，第六透镜160为负光焦度透镜，第七透镜170为负光焦度透镜，第八透镜180为正光焦度透镜。第三透镜组13包括沿光轴从物面到像面依次排列的第九透镜190、第十透镜200和第十一透镜210，第九透镜190为正光焦度透镜，第十透镜200为正光焦度透镜，第十一透镜210为负光焦度透镜。第四透镜组14包括沿光轴从物面到像面依次排列的第十二透镜220、第十三透镜230和第十四透镜240，第十二透镜220为正光焦度透镜，第十三透镜230为负光焦度透镜，第十四透镜240为正光焦度透镜。其中，光阑410设置于第二透镜组12和第三透镜组13之间的光路中；第一透镜110和第二透镜120组成第一胶合透镜组310；平板滤光片420设置在第十四透镜240的像侧面一侧。
示例性的，表7以一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例三提供的变焦镜头中各个透镜的具体光学物理参数，表7中的变焦镜头对应图11和图12所示的变焦镜头。
表7变焦镜头的光学物理参数的设计值
其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，面序号“S1”代表第一透镜110的物侧面，面序号“S2”代表第一透镜110的像侧面，依次类推；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“PL”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，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)；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；STO代表光阑。
表8表示表7中可变间距的数值。
表8变焦镜头的广角端和长焦端可变间距的设计值
| 广角端 | 长焦端 | |
| 可变间距1 | 0.470 | 26.100 |
| 可变间距2 | 25.825 | 0.195 |
| 可变间距3 | 8.979 | 17.891 |
| 可变间距4 | 10.443 | 1.531 |
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为非球面的高度；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-G为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项、16阶项系数。
示例性的，表9以一种可行的实施方式详细说明了本实施例三中各透镜的非球面系数。
表9变焦镜头中各透镜非球面系数的设计值
| A | B | C | D | E | F | G | |
| S12 | -8.28E-05 | -1.22E-05 | 3.67E-07 | -2.78E-08 | 4.92E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S13 | -1.35E-04 | -2.00E-05 | 8.04E-07 | -2.59E-08 | 3.50E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S17 | 1.32E-04 | 1.90E-06 | -1.07E-07 | -1.98E-10 | 1.60E-11 | -1.69E-12 | -2.78E-14 |
| S18 | 1.43E-05 | 9.02E-07 | -1.00E-07 | -1.91E-09 | -8.31E-11 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S19 | 2.27E-04 | 1.32E-06 | 1.75E-07 | 5.20E-10 | -1.21E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S20 | 3.14E-04 | 7.23E-06 | 1.98E-07 | -1.19E-08 | 3.85E-10 | -1.11E-12 | -2.23E-13 |
| S21 | -2.10E-05 | 2.57E-06 | -1.14E-07 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S22 | 1.24E-05 | -5.62E-06 | 1.69E-07 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S25 | -5.71E-05 | -2.48E-06 | -3.41E-08 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S26 | -8.43E-05 | -9.90E-07 | -2.50E-08 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S27 | -1.57E-04 | -1.56E-06 | -6.73E-08 | 1.18E-09 | 1.66E-11 | -5.81E-13 | 0.00E+00 |
| S28 | 8.49E-06 | 8.64E-07 | -2.34E-07 | 8.56E-09 | -1.56E-10 | 1.57E-12 | -9.48E-15 |
其中，-8.28E-05表示面序号为“S12”的系数A为-8.28*10-5，依此类推。
进一步的，图13为本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端的畸变曲线图，如图13所示，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图13可以看出，本实施例提供的变焦镜头的畸变得到了较好地矫正，成像畸变较小，满足低畸变的要求。
图14为本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端的场曲曲线图，如图14所示，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧失；由图14可以看出，本实施例提供的变焦镜头对于波长为546nm的光，在场曲上得到有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小。
图15为本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端的轴向像差图，如图15所示，该变焦镜头在不同波长(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm)下的球差均在0.25mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该变焦镜头的轴向像差较小，从而可知，本发明实施例提供的变焦镜头能够较好地校正像差。
实施例四
图16为本发明实施例四提供的变焦镜头在广角端的结构示意图，图17为本发明实施例四提供的变焦镜头在长焦端的结构示意图，如图16和图17所示，本发明实施例四提供的变焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜组11、第二透镜组12、第三透镜组13和第四透镜组14，第一透镜组11具有正光焦度，第二透镜组12具有负光焦度，第三透镜组13具有正光焦度，第四透镜组14具有正光焦度。第一透镜组11包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140和第五透镜150，第一透镜110为正光焦度透镜，第二透镜120为负光焦度透镜，第三透镜130为正光焦度透镜，第四透镜140为正光焦度透镜，第五透镜150为正光焦度透镜。第二透镜组12包括沿光轴从物面到像面依次排列的第六透镜160、第七透镜170和第八透镜180，第六透镜160为负光焦度透镜，第七透镜170为负光焦度透镜，第八透镜180为正光焦度透镜。第三透镜组13包括沿光轴从物面到像面依次排列的第九透镜190、第十透镜200和第十一透镜210，第九透镜190为正光焦度透镜，第十透镜200为正光焦度透镜，第十一透镜210为负光焦度透镜。第四透镜组14包括沿光轴从物面到像面依次排列的第十二透镜220、第十三透镜230和第十四透镜240，第十二透镜220为正光焦度透镜，第十三透镜230为负光焦度透镜，第十四透镜240为正光焦度透镜。其中，光阑410设置于第二透镜组12和第三透镜组13之间的光路中；第一透镜110和第二透镜120组成第一胶合透镜组310；第十二透镜220和第十三透镜230组成第二胶合镜组320；平板滤光片420设置在第十四透镜240的像侧面一侧。
示例性的，表10以一种可行的实施方式，详细说明了本发明实施例四提供的变焦镜头中各个透镜的具体光学物理参数，表10中的变焦镜头对应图16和图17所示的变焦镜头。
表10变焦镜头的光学物理参数的设计值
其中，面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，例如，面序号“S1”代表第一透镜110的物侧面，面序号“S2”代表第一透镜110的像侧面，依次类推；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“PL”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，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)；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；STO代表光阑。
表11表示表10中可变间距的数值。
表11变焦镜头的广角端和长焦端可变间距的设计值
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为非球面的高度；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-G为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项、16阶项系数。
示例性的，表12以一种可行的实施方式详细说明了本实施例四中各透镜的非球面系数。
表12变焦镜头中各透镜非球面系数的设计值
| A | B | C | D | E | F | G | |
| S12 | -1.73E-04 | -6.69E-06 | 4.84E-07 | -1.14E-08 | 2.98E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S13 | -1.82E-04 | -1.74E-05 | 7.36E-07 | -1.27E-08 | 6.40E-11 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S19 | 2.42E-04 | 1.21E-06 | 1.22E-07 | 2.44E-10 | -9.90E-11 | 6.76E-13 | 0.00E+00 |
| S20 | 1.99E-04 | 4.87E-06 | 2.38E-07 | -1.26E-08 | 2.87E-10 | -4.92E-12 | 0.00E+00 |
| S21 | 4.21E-05 | -3.45E-07 | 2.96E-08 | -3.70E-09 | -2.32E-11 | 4.55E-13 | 0.00E+00 |
| S22 | -3.02E-05 | 7.73E-08 | -1.09E-07 | 2.89E-09 | -1.72E-11 | -2.82E-13 | 0.00E+00 |
| S26 | -1.83E-04 | -1.23E-06 | -3.09E-08 | 6.02E-10 | -1.47E-11 | 1.66E-13 | 0.00E+00 |
| S27 | 5.35E-05 | 2.62E-06 | -2.52E-07 | 8.44E-09 | -1.51E-10 | 1.09E-12 | 0.00E+00 |
其中，-1.73E-04表示面序号为“S12”的系数A为-1.73*10-4，依此类推。
进一步的，图18为本发明实施例四提供的变焦镜头在广角端的畸变曲线图，如图18所示，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图18可以看出，本实施例提供的变焦镜头的畸变得到了较好地矫正，成像畸变较小，满足低畸变的要求。
图19为本发明实施例四提供的变焦镜头在广角端的场曲曲线图，如图19所示，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧失；由图19可以看出，本实施例提供的变焦镜头对于波长为546nm的光，在场曲上得到有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小。
图20为本发明实施例四提供的变焦镜头在广角端的轴向像差图，如图20所示，该变焦镜头在不同波长(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.588μm、0.656μm和0.850μm)下的球差均在0.35mm以内，不同波长曲线相对较集中，说明该变焦镜头的轴向像差较小，从而可知，本发明实施例提供的变焦镜头能够较好地校正像差。
为了更加清楚的对上述实施例进行说明，表13详细说明了本发明实施例一至四提供的变焦镜头中各个透镜的具体光学物理参数以及其他可行的光学物理参数。
表13变焦镜头的光学物理参数的设计值
| 对应参数 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 |
| 0.018＜G1/Fw＜0.224 | 0.118 | 0.124 | 0.119 | 0.124 |
| -0.534＜G2/Fw＜-0.793 | -0.637 | -0.679 | -0.634 | -0.693 |
| 0.011＜G3/Fw＜0.243 | 0.111 | 0.136 | 0.136 | 0.143 |
| 0.221＜G4/Fw＜0.425 | 0.321 | 0.323 | 0.323 | 0.325 |
| 0.174＜D1/TTL＜0.382 | 0.282 | 0.274 | 0.282 | 0.274 |
| 0.05＜D2/TTL＜0.2 | 0.100 | 0.096 | 0.098 | 0.091 |
| vd2＞60 | 90.2 | 68.6 | 90.2 | 68.6 |
| vd3＞60 | 95.1 | 95.1 | 95.1 | 95.1 |
| vd4＞60 | 81.6 | 81.6 | 81.6 | 81.6 |
| vd9＞60 | 81.6 | 81.6 | 81.6 | 68.6 |
| vd12＞60 | 81.6 | 81.6 | 81.6 | 81.6 |
| nd6＞1.75 | 1.90 | 1.90 | 1.95 | 1.90 |
其中，第一透镜组11的光焦度为G1，第二透镜组12的光焦度为G2，第三透镜组13的光焦度为G3、第四透镜组14的光焦度为G4，变焦镜头在广角端的光焦度为Fw。第二透镜组12从广角端到长焦端沿光轴移动距离为D1，第四透镜组14从广角端到长焦端沿光轴移动距离为D2，第一透镜110的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL。第二透镜120的阿贝数为vd2，第三透镜130的阿贝数为vd3，第四透镜140的阿贝数为vd4，第九透镜190的阿贝数为vd9，第十二透镜220的阿贝数为vd12，第六透镜160的折射率为nd6。
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、相互组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 (7)
1.一种变焦镜头，其特征在于，包括沿光轴从物面到像面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；
所述第一透镜组和所述第三透镜组固定设置，所述第二透镜组和所述第四透镜组沿所述光轴方向移动设置；
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正光焦度，所述第四透镜组具有正光焦度；
所述第一透镜组包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜为正光焦度透镜，所述第二透镜为负光焦度透镜，所述第三透镜为正光焦度透镜，所述第四透镜为正光焦度透镜，所述第五透镜为正光焦度透镜；
所述第二透镜组包括沿光轴从物面到像面依次排列的第六透镜、第七透镜和第八透镜，所述第六透镜为负光焦度透镜，所述第七透镜为负光焦度透镜，所述第八透镜为正光焦度透镜；
所述第三透镜组包括沿光轴从物面到像面依次排列的第九透镜、第十透镜和第十一透镜，所述第九透镜为正光焦度透镜，所述第十透镜为正光焦度透镜，所述第十一透镜为负光焦度透镜；
所述第四透镜组包括沿光轴从物面到像面依次排列的第十二透镜、第十三透镜和第十四透镜，所述第十二透镜为正光焦度透镜，所述第十三透镜为负光焦度透镜，所述第十四透镜为正光焦度透镜；
所述第一透镜组的光焦度为G1，所述第二透镜组的光焦度为G2，所述第三透镜组的光焦度为G3、所述第四透镜组的光焦度为G4，所述变焦镜头在广角端的光焦度为Fw，其中：
0.018＜G1/Fw＜0.224；-0.534＜G2/Fw＜-0.793；0.011＜G3/Fw＜0.243；0.221＜G4/Fw＜0.425；
所述第二透镜组从广角端到长焦端沿光轴移动距离为D1，所述第一透镜的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，0.174＜D1/TTL＜0.382；
所述第四透镜组从广角端到长焦端沿光轴移动距离为D2，所述第一透镜的物侧面的光轴中心至像面的距离为TTL，其中，0.05＜D2/TTL＜0.2。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第一透镜和所述第二透镜组成第一胶合透镜组。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第十二透镜和所述第十三透镜组成第二胶合镜组。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第二透镜的阿贝数为vd2，所述第三透镜的阿贝数为vd3，所述第四透镜的阿贝数为vd4，所述第九透镜的阿贝数为vd9，所述第十二透镜的阿贝数为vd12，其中，vd2＞60.0；vd3＞60.0；vd4＞60.0；vd9＞60.0；vd12＞60.0。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第六透镜的折射率为nd6，其中，nd6＞1.75。
6.根据权利要求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组和所述第三透镜组之间的光路中。
7.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、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第八透镜和所述第十二透镜为玻璃球面透镜；
所述第七透镜、所述第十透镜、所述第十四透镜为塑胶非球面透镜；
所述第九透镜、所述第十一透镜、所述第十三透镜为玻璃球面透镜或者塑胶非球面透镜。
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