CN114089521A

CN114089521A - 变焦镜头

Info

Publication number: CN114089521A
Application number: CN202111506220.8A
Authority: CN
Inventors: 白兴安; 陈汇东
Original assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Current assignee: Sunny Optics Zhongshan Co Ltd
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-02-25

Abstract

本发明涉及一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧依次包括：光焦度为正的第一固定透镜群组(G1)、光焦度为负的第一变焦透镜群组(G2)、孔径光阑(STO)、光焦度为正的第二固定透镜群组(G3)、光焦度为正的第二变焦透镜群组(G4)和光焦度为正的对焦透镜群组(G5)，所述第一变焦透镜群组(G2)、所述第二变焦透镜群组(G4)和所述对焦透镜群组(G5)都可沿着光轴方向移动，所述对焦透镜群组(G5)的焦距(FG5)与所述变焦镜头的广角端的焦距(FW)满足关系式：4.0≤FG5/FW≤5.0。本发明的变焦镜头的变倍比超过25倍，最大光圈可达F1.6，兼顾大变倍比、广角、低畸变和更小的体积，有效矫正色差，使全焦段紫边小于4个像素点，并保障全焦段分辨率满足4K成像。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。

背景技术

随着互联网的发展，视讯会议需求日益增加，互联网5G时代的到来，高端市场对画面的清晰度要求越来越高，4K分辨率成为主流。现有的大倍率变焦镜头的分辨率多在2M水平，已不能满足当下用户需求。此外，一方面，受到大倍率、广角、低畸变等规格条件限制，光学系统普遍难以实现小型化。另一方面，市面上现有的大倍率变焦镜头普遍存在紫边严重的问题，严重影响画面的整体效果。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种变焦镜头，变倍比超过25倍，最大光圈可达F1.6，兼顾大变倍比、广角、低畸变和更小的体积，有效矫正色差，使全焦段紫边小于4个像素点，紫边效果好，并保障全焦段分辨率满足4K成像。

为实现上述发明目的，本发明提供一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧依次包括：光焦度为正的第一固定透镜群组、光焦度为负的第一变焦透镜群组、孔径光阑、光焦度为正的第二固定透镜群组、光焦度为正的第二变焦透镜群组和光焦度为正的对焦透镜群组，所述第一变焦透镜群组、所述第二变焦透镜群组和所述对焦透镜群组都可沿着光轴方向移动，所述对焦透镜群组的焦距FG5与所述变焦镜头的广角端的焦距FW满足关系式：4.0≤FG5/FW≤5.0。

根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜群组的焦距FG1满足关系式：8.5≤FG1/FW≤10.5；

所述第一变焦透镜群组的焦距FG2满足关系式：-2.5≤FG2/FW≤-1.5；

所述第二变焦透镜群组的焦距FG4满足关系式：4.2≤FG4/FW≤5.0；

其中，FW为所述变焦镜头的广角端的焦距。

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述第一固定透镜群组依次包括光焦度为负的第一透镜、光焦度为正的第二透镜、光焦度为正的第三透镜和光焦度为正的第四透镜；

所述第一透镜和所述第二透镜胶合组成一个胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜的物侧面为凸、像侧面为凹；

所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的物侧面都为凸。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜的材料阿贝数Ab₂、所述第三透镜的材料阿贝数Ab₃和所述第四透镜的材料阿贝数Ab₄分别满足关系式：Ab₂≥70；Ab₃≥70；Ab₄≥65。

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述第一变焦透镜群组依次包括光焦度为负的第五透镜、光焦度为负的第六透镜、光焦度为负的第七透镜和光焦度为正的第八透镜。

根据本发明的一个方面，所述第五透镜和所述第六透镜的像侧面均为凹；

所述第七透镜的物侧面和像侧面均为凹；

所述第八透镜的物侧面和像侧面均为凸。

根据本发明的一个方面，所述第七透镜和所述第八透镜胶合组成一个双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第七透镜的材料阿贝数Ab₇满足关系式：Ab₇≥70。

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述第二固定透镜群组依次包括光焦度为正的第九透镜和光焦度为负的第十透镜。

根据本发明的一个方面，所述第九透镜的物侧面和像侧面均为凸。

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述第二变焦透镜群组依次包括光焦度为正的第十一透镜、光焦度为负的第十二透镜、光焦度为正的第十三透镜、光焦度为正的第十四透镜和光焦度为负的第十五透镜。

根据本发明的一个方面，所述第十一透镜物侧面和像侧面均为凸；

所述第十三透镜和所述第十四透镜的物侧面均为凸；

所述第十五透镜的像侧面为凹。

根据本发明的一个方面，所述第十三透镜的材料阿贝数Ab₁₃满足关系式：Ab₁₃≥70。

根据本发明的一个方面，所述第十四透镜的材料阿贝数Ab₁₄满足关系式：Ab₁₄≤25。

根据本发明的一个方面，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述对焦透镜群组依次包括光焦度为正或负的第十六透镜、光焦度为正或负的第十七透镜和光焦度为正或负的第十八透镜。

根据本发明的一个方面，所述变焦镜头至少包含一枚玻璃非球面透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一变焦透镜群组的行程D2与所述第二变焦透镜群组的行程D4满足关系式：1.5≤|D2/D4|≤2.0。

根据本发明的一个方面，所述第一变焦透镜群组的焦距FG2与所述第二变焦透镜群组的焦距FG4满足关系式：-0.46≤FG2/FG4≤-0.30。

根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜群组的最大透镜直径ΦG1与所述变焦镜头的总长TTL满足关系式：ΦG1/TTL≤0.4。

根据本发明的方案，通过采用“正-负-正-正-正”的五群架构和“两变倍、一对焦”的三群联动方式，使得该变焦镜头实现变倍比超过25倍，最大光圈可达F1.6。上述架构的合理设计，有效矫正了大角度的畸变，全焦段最大光学畸变小于5％，使成像画面均匀不失真。再具体结合五群群组的焦距、五群群组中各个透镜物侧面和像侧面的形状以及透镜面型等的合理组合，在实现大变倍比、广角低畸变的同时，兼顾光学系统更小体积、实现小型化，同时保障全焦段分辨率满足4K成像。

通过对18枚透镜中特定玻璃材料的选择、胶合透镜的合理搭配以及光焦度的分配，有效矫正了镜头的色差，使全焦段紫边小于4个像素点，具有良好的成像效果，紫边效果和色差效果更好。同时有效矫正镜头元件公差，使镜头具有良好的组装加工性，提高变焦镜头的分辨率。

附图说明

图1示意性表示本发明实施例1的变焦镜头的结构示意图；

图2示意性表示本发明实施例1的变焦镜头在广角端的离焦曲线图；

图3示意性表示本发明实施例1的变焦镜头在望远端的离焦曲线图；

图4示意性表示本发明实施例2的变焦镜头的结构示意图；

图5示意性表示本发明实施例2的变焦镜头在广角端的离焦曲线图；

图6示意性表示本发明实施例2的变焦镜头在望远端的离焦曲线图；

图7示意性表示本发明实施例3的变焦镜头的结构示意图；

图8示意性表示本发明实施例3的变焦镜头在广角端的离焦曲线图；

图9示意性表示本发明实施例3的变焦镜头在望远端的离焦曲线图。

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。

如图1所示，本发明的变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧依次包括：具有正光焦度的第一固定透镜群组G1、具有负光焦度的第一变焦透镜群组G2、孔径光阑STO、具有正光焦度的第二固定透镜群组G3、具有正光焦度的第二变焦透镜群组G4和具有正光焦度的对焦透镜群组G5。其中，第一变焦透镜群组G2、第二变焦透镜群组G4可沿着光轴方向移动，用于变焦镜头在广角端和望远端之间的光学变焦，对焦透镜群组G5也可沿着光轴方向移动，用于补偿变焦镜头在光学变焦过程中的像面位置的变化。同时，对焦透镜群组G5的焦距FG5与变焦镜头的广角端的焦距FW满足关系式：4.0≤FG5/FW≤5.0。实现大倍率与小体积兼容，保证镜头全焦段分辨率满足4K。

通过采用“正-负-正-正-正”的五群架构和“两变倍、一对焦”的三群联动方式，合理分配五群群组的光焦度、焦距和五群群组中各个透镜物侧面和像侧面的形状，使得本发明的变焦镜头变倍比超过25倍，最大光圈可达F1.6。上述架构的合理设计，有效矫正了大角度的畸变，全焦段最大光学畸变小于5％，使成像画面均匀不失真。在实现大变倍比、广角、低畸变的同时，保证全焦距段分辨率达到4K成像。

在本发明中，第一固定透镜群组G1的焦距FG1、第一变焦透镜群组G2的焦距FG2和第二变焦透镜群组G4的焦距FG4分别满足以下关系式：

8.5≤FG1/FW≤10.5；

-2.5≤FG2/FW≤-1.5；

4.2≤FG4/FW≤5.0；

其中，FW为变焦镜头的广角端的焦距。

在本发明中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一固定透镜群组G1依次包括：具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3和具有正光焦度的第四透镜L4。其中，第一透镜L1的物侧面为凸、像侧面为凹，第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4的物侧面都为凸。

在本发明中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一变焦透镜群组G2依次包括：具有负光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6、具有负光焦度的第七透镜L7和具有正光焦度的第八透镜L8。其中，第五透镜L5和第六透镜L6的像侧面均为凹，第七透镜L7的物侧面和像侧面均为凹，第八透镜L8的物侧面和像侧面均为凸。

在本发明中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第二固定透镜群组G3依次包括：光焦度为正的第九透镜L9和光焦度为负的第十透镜L10。其中，第九透镜L9的物侧面和像侧面均为凸。

在本发明中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第二变焦透镜群组G4依次包括：具有正光焦度的第十一透镜L11、具有负光焦度的第十二透镜L12、具有正光焦度的第十三透镜L13、具有正光焦度的第十四透镜L14和具有负光焦度的第十五透镜L15。其中，第十一透镜L11物侧面和像侧面均为凸，第十三透镜L13和第十四透镜L14的物侧面均为凸，第十五透镜L15的像侧面为凹。

在本发明中，沿光轴从物侧至像侧的方向，对焦透镜群组G5依次包括：光焦度为正或负的第十六透镜L16、光焦度为正或负的第十七透镜L17和光焦度为正或负的第十八透镜L18。

在本发明中，变焦镜头至少包含一枚玻璃非球面透镜。通过球面透镜和非球面透镜的组合，有效矫正变焦镜头的各类像差，提高分辨率。通过对18枚透镜的光焦度进行合理分配，以及特定玻璃材料的选择，矫正了镜头的色差，使全焦段紫边小于4个像素点，具有良好的成像效果。另外，由五个透镜群组中各枚透镜的光焦度所决定的五群特定的光焦度，有效矫正镜头元件公差，具有良好的组装加工性。

在本发明中，第一透镜L1和第二透镜L2胶合组成一个双胶合透镜。第七透镜L7和第八透镜L8胶合组成一个双胶合透镜。上述双胶合透镜的组合，可以有效矫正色差，提高变焦镜头的分辨率，并使得该镜头具备良好的组装性。

在本发明中，第二透镜L2的材料阿贝数Ab2、第三透镜L3的材料阿贝数Ab3和第四透镜L4的材料阿贝数Ab4分别满足关系式：Ab2≥70；Ab3≥70；Ab4≥65。通过对第二透镜L2至第四透镜L4的不同色散系数进行设计和组合，可有效矫正变焦镜头的长焦端色差，进一步提高分辨率。

第七透镜L7的材料阿贝数Ab7满足关系式：Ab7≥70，第十三透镜L13的材料阿贝数Ab13满足关系式：Ab13≥70。对第七透镜L7和第十三透镜L13的色散系数进行设计，有效矫正变焦镜头的色差，提高成像分辨率。第十四透镜L14的材料阿贝数Ab14满足关系式：Ab14≤25，可有效矫正色差，减少紫边。

在本发明中，第一变焦透镜群组G2的行程D2与第二变焦透镜群组G4的行程D4满足关系式：1.5≤|D2/D4|≤2.0。第一变焦透镜群组G2的焦距FG2与第二变焦透镜群组G4的焦距FG4满足关系式：-0.46≤FG2/FG4≤-0.30。通过对第一变焦透镜群组G2和第二变焦透镜群组G4的行程比例和焦距比例进行设计和组合，可使变焦镜头实现大倍率与小型化、小体积的兼容。

在本发明中，第一固定透镜群组G1的最大透镜直径ΦG1与变焦镜头的总长TTL满足关系式：ΦG1/TTL≤0.4。通过对第一固定透镜群组G1的最大透镜直径ΦG1和镜头光学总长TTL的比例及其范围进行限定，可使变焦镜头的体积进一步变得更加小型化。

以下以三个具体的实施例来具体说明该变焦镜头。在下列各个具体的实施例中，物侧面记为OBJ，像侧面记为IMA，孔径光阑STO记为一面，胶合镜组的胶合面记为一面，例如由2枚透镜胶合组成的一个双胶合透镜共有3面。

具体符合上述条件式的各实施例的参数如下表1所示：

关系式	实施例1	实施例2	实施例3
				8.5≤FG1/FW≤10.5	9.85	8.8	10.32
-2.5≤FG2/FW≤-1.5	-2.37	-1.86	-1.66
				4.2≤FG4/FW≤5.0	4.43	4.97	4.76
4.0≤FG5/FW≤5.0	4.82	4.14	4.6
				Ab2≥70	81.6	81.6	71.5
Ab3≥70	81.6	81.6	81.6
				Ab4≥65	81.6	68.6	81.6
Ab7≥70	71.5	81.6	81.6
				Ab13≥70	90.2	81.6	95.1
Ab14≤25	17.9	17.9	16.5
				1.5≤\|D2/D4\|≤2.0	1.84	1.77	1.51
-0.46≤FG2/FG4≤-0.30	-0.37	-0.33	-0.44
				ΦG1/TTL≤0.4	0.38	0.37	0.35

表1

在本发明中，该变焦镜头的非球面透镜满足以下公式：

在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为该表面的二次曲面常数；A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、A₁₄、A₁₆···分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶···非球面系数。

实施例1

本实施例的变焦镜头的各透镜的参数包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表2所示：

表2

本实施例的变焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀，如下表3所示。

表3

本实施例的变焦镜头的广角端和望远端变倍数据，如下表4所示。

	广角端	望远端
			T1	0.8	40.8
T2	40.5	0.5
			T3	23.2	1.5
T4	2.8	11.8
			T5	2.9	15.6

表4

参见图1至图3，结合表1至表4，在本实施例中，变焦镜头采用共计18枚透镜。其中一枚透镜为玻璃非球面透镜，一枚透镜为塑胶非球面透镜。该镜头广角端光圈可达1.6，变倍比超过25倍，有效矫正位置色差和倍率色差，紫边效果好，最大畸变小于5％，在-30℃～+70℃温度范围内不虚焦，全焦距4K分辨率。变焦镜头实现广角、低畸变，尺寸小，光圈大，温漂量小，适用于多种场景。该变焦镜头在保持良好光学性能的同时具备良好的组装公差，有利于生产组装，生产良率高。图2至图3反映了本实施例的变焦镜头的上述性能表现。

实施例2

本实施例的变焦镜头的各透镜的参数包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表5所示：

表5

本实施例的变焦镜头各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀，如下表6所示。

面序号	K	A<sub>4</sub>	A<sub>6</sub>	A<sub>8</sub>	A<sub>10</sub>
						S20	0.3843	-2.8584E-05	6.7744E-08	3.7630E-10	2.4369E-12
S21	0.0000	1.8646E-05	-7.5123E-08	9.1830E-10	0.0000E+00
						S34	0.0000	-5.2341E-06	-2.8625E-07	0.0000E+00	0.0000E+00
S35	0.0000	5.8761E-05	3.3359E-08	0.0000E+00	0.0000E+00

表6

本实施例的变焦镜头的广角端和望远端变倍数据，如下表7所示。

表7

参见图4至图6，结合表1、表5至表7，在本实施例中，变焦镜头采用共计18枚透镜。其中两枚透镜为玻璃非球面透镜。该变焦镜头广角端光圈可达1.6，变倍比超过25倍，矫正位置色差和倍率色差，紫边效果好，在-30℃～+70℃温度范围内不虚焦，最大畸变小于5％，全焦距4K分辨率。该镜头兼顾尺寸小，光圈大和温漂量小，适用于多种场景。图5至图6反映了本实施例的变焦镜头的上述性能表现。

实施例3

本实施例的变焦镜头的各透镜的参数包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率、阿贝数，如下表8所示：

表8

本实施例的变焦镜头各非球面透镜的非球面系数包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀，如下表9所示。

面序号	K	A<sub>4</sub>	A<sub>6</sub>	A<sub>8</sub>	A<sub>10</sub>
						S20	0.2691	-2.2796E-05	-1.0064E-07	6.3012E-10	-1.8090E-12
S21	-0.6044	1.4078E-05	-1.2716E-07	1.4510E-09	-5.1881E-12
						S34	4.8248	-1.6030E-05	-1.2930E-06	3.1875E-08	-6.8574E-10
S35	1.3958	1.1694E-04	-2.3764E-07	2.5964E-08	-5.0508E-10

表9

本实施例的变焦镜头的广角端和望远端变倍数据，如下表10所示。

	广角端	望远端
			T1	0.8	40.5
T2	40.8	1.1
			T3	27.8	1.5
T4	2.8	12.3
			T5	2.9	19.7

表10

参见图7至图9，结合表1、表8至表10，在本实施例中，变焦镜头采用共计18枚透镜。其中一枚透镜为玻璃非球面透镜，一枚透镜为塑胶非球面透镜。该变焦镜头广角端光圈可达1.6，变倍比超过25倍，最大畸变小于4％，矫正位置色差和倍率色差，紫边效果好，在-30℃～+70℃温度范围内不虚焦，全焦距4K分辨率。该镜头兼顾尺寸小、广角、低畸变、光圈大和温漂量小，适用于多种场景。图8至图9反映了本实施例的变焦镜头的上述性能表现。

以上所述仅为本发明的一个实施例而已，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

1.一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧依次包括：光焦度为正的第一固定透镜群组(G1)、光焦度为负的第一变焦透镜群组(G2)、孔径光阑(STO)、光焦度为正的第二固定透镜群组(G3)、光焦度为正的第二变焦透镜群组(G4)和光焦度为正的对焦透镜群组(G5)，所述第一变焦透镜群组(G2)、所述第二变焦透镜群组(G4)和所述对焦透镜群组(G5)都可沿着光轴方向移动，其特征在于，

所述对焦透镜群组(G5)的焦距(FG5)与所述变焦镜头的广角端的焦距(FW)满足关系式：4.0≤FG5/FW≤5.0。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述第一固定透镜群组(G1)依次包括光焦度为负的第一透镜(L1)、光焦度为正的第二透镜(L2)、光焦度为正的第三透镜(L3)和光焦度为正的第四透镜(L4)；

所述第一透镜(L1)和所述第二透镜(L2)胶合组成一个胶合透镜。

3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，

所述第一透镜(L1)的物侧面为凸、像侧面为凹；

所述第二透镜(L2)、所述第三透镜(L3)和所述第四透镜(L4)的物侧面都为凸。

4.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜(L2)的材料阿贝数(Ab₂)、所述第三透镜(L3)的材料阿贝数(Ab₃)和所述第四透镜(L4)的材料阿贝数(Ab₄)分别满足关系式：Ab₂≥70；Ab₃≥70；Ab₄≥65。

5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述第一变焦透镜群组(G2)依次包括光焦度为负的第五透镜(L5)、光焦度为负的第六透镜(L6)、光焦度为负的第七透镜(L7)和光焦度为正的第八透镜(L8)。

6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，

所述第五透镜(L5)和所述第六透镜(L6)的像侧面均为凹；

所述第七透镜(L7)的物侧面和像侧面均为凹；

所述第八透镜(L8)的物侧面和像侧面均为凸。

7.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，所述第七透镜(L7)和所述第八透镜(L8)胶合组成一个双胶合透镜。

8.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，所述第七透镜(L7)的材料阿贝数(Ab₇)满足关系式：Ab₇≥70。

9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，沿光轴从物侧至像侧的方向，

所述第二固定透镜群组(G3)依次包括光焦度为正的第九透镜(L9)和光焦度为负的第十透镜(L10)。

10.根据权利要求9所述的变焦镜头，其特征在于，所述第九透镜(L9)的物侧面和像侧面均为凸。