CN114839752B - 变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一固定透镜群组G1、变焦透镜群组G2、光阑Stop、第二固定透镜群组G3对焦透镜群组G4和第三固定透镜群组G5，变焦透镜群组G2沿光轴可移动，对焦透镜群组G4沿光轴可移动；第一固定透镜群组G1和第二固定透镜群组G3具有正光焦度，变焦透镜群组G2具有负光焦度，对焦透镜群组G4和第三固定透镜群组G5具有正光焦度或负光焦度；变焦镜头在广角端的焦距Fw、变焦镜头在长焦端的焦距Ft与第一固定透镜群组G1第一个面到成像面的距离TTL满足如下关系：12≤TTL/(Ft/Fw)≤25。本发明的变焦镜头，实现了小体积、低成本、大倍率、分辨率达8k的高成像性能。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种变焦镜头。
背景技术
AI人脸识别技术的发展,对摄像机镜头的光圈、像面、分辨率、红外性能及高低温性能提出了更高的要求。
现有技术中的镜头普遍存在如下缺点：光圈小，不能满足低照度环境下图像对亮度的要求；大像面与小体积不能兼顾，不能满足镜头的空间要求；分辨率低，目前主流的1080P镜头，分辨率在200万，已经不能满足人脸识别对高像素的需求；未进行无热化光学校正，在不同的工作温度中对性能影响较大，满足不了高低温环境下人脸识别对实时性的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种小体积、低成本、大倍率、分辨率达8k以上的变焦镜头。
为实现上述目的，本发明提供一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：第一固定透镜群组、变焦透镜群组、孔径光阑、第二固定透镜群组、对焦透镜群组和第三固定透镜群组，
所述变焦透镜群组和所述对焦透镜群组沿所述光轴可移动；
所述第一固定透镜群组和所述第二固定透镜群组具有正光焦度，所述变焦透镜群组具有负光焦度，所述对焦透镜群组和所述第三固定透镜群组具有正光焦度或负光焦度；
所述变焦镜头在广角端的焦距Fw、所述变焦镜头在长焦端的焦距Ft与所述第一固定透镜群组的第一个面到成像面的距离TTL满足如下关系：12≤TTL/(Ft/Fw)≤25。
根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜群组包括至少两枚正透镜；
所述第一固定透镜群组包括至少一枚负透镜；
所述第一固定透镜群组包括至少一枚双胶合透镜；
所述第一固定透镜群组中最靠近像侧的透镜的像侧面为凹面；
所述第一固定透镜群组中最靠近物侧的透镜的光焦度为负、物侧面为凸面且像侧面为凹面。
根据本发明的一个方面，所述变焦透镜群组包括至少两枚负透镜；
所述变焦透镜群组包括至少两枚塑胶透镜；
所述变焦透镜群组包括至少一枚正透镜，且其中至少一枚为塑胶透镜；
所述变焦透镜群组中最靠近像侧的透镜为塑胶透镜。
根据本发明的一个方面，所述变焦透镜群组中的至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD21≥50；
所述变焦透镜群组中的至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD22≤30。
根据本发明的一个方面，所述第二固定透镜群组包括至少五枚透镜；
所述第二固定透镜群组包括至少两枚负透镜；
所述第二固定透镜群组包括至少三枚正透镜；
所述第二固定透镜群组中最靠近物侧的透镜的光焦度为正、物侧面为凸面；
所述第二固定透镜群组中最靠近像侧的透镜的像侧面为凹面；
所述第二固定透镜群组包括至少两枚塑胶透镜；
所述第二固定透镜群组包括至少一枚胶合透镜。
根据本发明的一个方面，所述第二固定透镜群组中的至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD31≥50；
所述第二固定透镜群组中的至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD32≤30。
根据本发明的一个方面，所述第二固定透镜群组包括至少一枚低色散玻璃，所述至少一枚低色散玻璃的阿贝数VD和折射率ND满足以下条件式：65≤VD≤100；1.4≤ND≤1.6。
根据本发明的一个方面，所述对焦透镜群组包括至少一枚正透镜；
所述对焦透镜群组包括至少一枚塑胶透镜；
所述对焦透镜群组中最靠近物侧的透镜的光焦度为正；
所述对焦透镜群组中最靠近像侧的透镜为塑胶透镜。
根据本发明的一个方面，所述变焦镜头在长焦端时所述第一固定透镜群组的最后一个面到所述变焦透镜群组的第一个面的距离d12t、所述变焦镜头在广角端时所述第一固定透镜群组的最后一个面到所述变焦透镜群组的第一个面的距离d12w与所述变焦镜头在广角端的焦距Fw，满足如下关系：1.4≤(d12t-d12w)/Fw≤2.8。
根据本发明的一个方面，所述变焦镜头在长焦端时所述第一固定透镜群组的最后一个面到所述变焦透镜群组的第一个面的距离d12t、所述变焦镜头在广角端时所述第一固定透镜群组的最后一个面到所述变焦透镜群组的第一个面的距离d12w与所述第一固定透镜群组的第一个面到成像面的距离TTL，满足如下关系：3.1≤TTL/(d12t-d12w)≤5.7。
根据本发明的一个方面，所述变焦镜头在长焦端时所述第一固定透镜群组的最后一个面到所述变焦透镜群组的第一个面的距离d12t、所述变焦镜头在广角端时所述第一固定透镜群组的最后一个面到所述变焦透镜群组的第一个面的距离d12w、所述变焦镜头在广角端的焦距Fw与所述变焦镜头在长焦端的焦距Ft，满足如下关系：3.8≤(d12t-d12w)/(Ft/Fw)≤5.8。
根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜群组的第一个面到成像面的距离TTL与所述变焦镜头的成像靶面直径φ满足如下关系：7.5≤TTL/φ≤10。
根据本发明的一个方面，所述第二固定透镜群组的焦距F3与所述变焦镜头在广角端的焦距Fw满足如下关系：1.4≤F3/Fw≤2.2。
根据本发明的一个方面，本发明的变焦镜头，通过采用可变光阑，以及特定光焦度组合的五群架构的光学结构，使得变焦镜头的光圈可达到F1.1，在低照度环境下可保证图像的亮度，同时兼顾广视野、小体积、低成本且分辨率达8k以上的成像性能。采用玻塑混合的透镜结构，在保证较大放大倍率的同时降低设计成本，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，具有优良的解像力，在尽可能小的体积下实现性能最大化。
根据本发明的一个方面，通过合理配置低色散玻璃、高折射率玻璃及特定光焦度组合的五群架构的光学结构，还实现了420-940nm波段的色差和二级光谱的校正，在日夜切换时不重新对焦也可保证解像力。在兼顾红外性能的前提下，解决了高低温环境下焦点漂移的问题，使得本发明镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，适用于各种高低温环境，极大地拓宽了本发明镜头的应用范围。
根据本发明的一个方面，变焦镜头在变焦全程的畸变低，保证拍摄画面变形量少，还可实现对焦物距的范围广，变焦全程可保证物距0.1m到无穷远均可清晰对焦，成像效果好。另外，变焦镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
附图说明
图1示意性表示本发明实施例1的变焦镜头的物距为无限远时广角端(W)的镜头结构图；
图2示意性表示本发明实施例1的变焦镜头的物距为无限远时长焦端(T)的镜头结构图；
图3示意性表示本发明实施例2的变焦镜头的物距为无限远时广角端(W)的镜头结构图；
图4示意性表示本发明实施例2的变焦镜头的物距为无限远时长焦端(T)的镜头结构图；
图5示意性表示本发明实施例3的变焦镜头的物距为无限远时广角端(W)的镜头结构图；
图6示意性表示本发明实施例3的变焦镜头的物距为无限远时长焦端(T)的镜头结构图；
图7示意性表示本发明实施例4的变焦镜头的物距为无限远时广角端(W)的镜头结构图；
图8示意性表示本发明实施例4的变焦镜头的物距为无限远时长焦端(T)的镜头结构图。
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，本发明的一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括第一固定透镜群组G1、变焦透镜群组G2、光阑Stop、第二固定透镜群组G3、对焦透镜群组G4和第三固定透镜群组G5，变焦透镜群组G2沿光轴可移动，用于变焦镜头在广角端和长焦端之间的光学变焦，对焦透镜群组G4沿光轴可移动，用于校正光学变焦过程中像面位置的变化；
第一固定透镜群组G1和第二固定透镜群组G3具有正光焦度，变焦透镜群组G2具有负光焦度，对焦透镜群组G4和第三固定透镜群组G5具有正光焦度或负光焦度；
变焦镜头在广角端的焦距Fw、变焦镜头在长焦端的焦距Ft与第一固定透镜群组G1第一个面到成像面的距离TTL满足如下关系：12≤TTL/(Ft/Fw)≤25。
如图1和图2所示，通过使变焦透镜群组G2沿光轴从物侧向像侧移动，进行从广角端向长焦端的变倍。同时,通过使对焦透镜群组G4沿光轴移动，可以校正变倍过程中像面位置的变化。该变焦镜头通过采用可变光阑Stop以及上述光学机构的设计，光圈可达F1.1，变焦镜头在低照度环境下可保证图像的亮度，兼顾广视野、小体积、低成本和分辨率达8k以上的成像性能。
其中，变焦镜头在广角端的焦距Fw、变焦镜头在长焦端的焦距Ft与第一固定透镜群组G1第一个面到成像面的距离TTL满足如下关系：12≤TTL/(Ft/Fw)≤25。当上述关系式的值小于12时，变焦镜头无法在大倍率的前提下实现小体积；当上述关系式的值大于25时，镜头像差难以校正，导致变焦镜头解像力下降。
在本发明中，第二固定透镜群组G3包括至少五枚透镜；
第二固定透镜群组G3包括至少两枚负透镜；
第二固定透镜群组G3包括至少三枚正透镜；
第二固定透镜群组G3中最靠近物侧的透镜的光焦度为正，物侧面为凸面；
第二固定透镜群组G3中最靠近像侧的透镜的像侧面为凹面。
在本发明中，第二固定透镜群组G3包括至少两枚塑胶透镜；
第二固定透镜群组G3包括至少一枚胶合透镜。
在本发明中，第一固定透镜群组G1包括至少两枚正透镜；
第一固定透镜群组G1包括至少一枚负透镜；
第一固定透镜群组G1包括至少一枚双胶合透镜；
在本发明中，第一固定透镜群组G1中最靠近像侧的透镜的像侧面为凹面；
第一固定透镜群组G1中最靠近物侧的透镜的光焦度为负，物侧面为凸面，像侧面为凹面。
在本发明中，变焦透镜群组G2包括至少两枚负透镜；
变焦透镜群组G2包括至少两枚塑胶透镜；
变焦透镜群组G2包括至少一枚正透镜，且其中至少一枚正透镜为塑胶透镜；
变焦透镜群组G2中最靠近像侧的透镜为塑胶透镜。
在本发明中，对焦透镜群组G4至少具有一枚正透镜；
对焦透镜群组G4包括至少一枚塑胶透镜；
对焦透镜群组G4中最靠近物侧的透镜的光焦度为正；
对焦透镜群组G4中最靠近像侧的透镜为塑胶透镜。
通过采用玻塑混合的透镜结构，在保证较大放大倍率的同时降低设计成本，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，具有优良的解像力，在尽可能小的体积下实现性能最大化。
在本发明中，变焦镜头在长焦端时第一固定透镜群组G1最后一个面到变焦透镜群组G2第一个面的距离d12t、变焦镜头在广角端时第一固定透镜群组G1最后一个面到变焦透镜群组G2第一个面的距离d12w与变焦镜头广角端的焦距Fw，满足如下关系：1.4≤(d12t-d12w)/Fw≤2.8。
当上述关系式的值小于1.4时，第一固定透镜群组G1和变焦透镜群组G2之间产生的像差增大，使得变焦镜头的解像力下降；当上述关系式的值大于2.8时，变焦镜头的体积增大，使得设计成本增加。
在本发明中，变焦镜头在长焦端时第一固定透镜群组G1最后一个面到变焦透镜群组G2第一个面的距离d12t、变焦镜头在广角端时第一固定透镜群组G1最后一个面到变焦透镜群组G2第一个面的距离d12w与第一固定透镜群组G1第一个面到成像面的距离TTL，满足如下关系：3.1≤TTL/(d12t-d12w)≤5.7。
当上述关系式的值小于3.1时，变焦镜头的体积增大，设计成本增加，变倍效率降低；当上述关系式的值大于5.7时，第一固定透镜群0组G1和变焦透镜群组G2之间产生的像差增大，使得变焦镜头解像力下降，群组公差敏感度变差。
在本发明中，变焦镜头在长焦端时第一固定透镜群组G1最后一个面到变焦透镜群组G2第一个面的距离d12t、变焦镜头在广角端时第一固定透镜群组G1最后一个面到变焦透镜群组G2第一个面的距离d12w、变焦镜头在广角端的焦距Fw与变焦镜头在长焦端的焦距Ft，满足如下关系：3.8≤(d12t-d12w)/(Ft/Fw)≤5.8。
当上述关系式的值小于3.8时，变焦镜头同时兼顾长焦端和广角端的解像力下降，公差敏感度变差；当上述关系式的值大于5.8时，变焦镜头的体积增大，设计成本增加，变倍效率降低。
在本发明中，第一固定透镜群组G1第一个面到成像面的距离TTL与变焦镜头的成像靶面直径φ满足如下关系：7.5≤TTL/φ≤10。
当上述关系式的值小于7.5时，变焦镜头长焦端的像差平衡受到限制，解像力提升困难；当上述关系式的值大于10时，变焦镜头的体积增大，变焦效率降低，成本增加。
在本发明中，第二固定透镜群组G3的焦距F3与变焦镜头在广角端的焦距Fw满足如下关系：1.4≤F3/Fw≤2.2。
当上述关系式的值小于1.4时，第二固定透镜群组G3的公差敏感度变差，产品解像一致性差；当上述关系式的值大于2.2时，变焦镜头的体积(长度)加大，不利于实现镜头的小体积，导致成本增加。
在本发明中，变焦透镜群组G2至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD21≥50；
变焦透镜群组G2至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD22≤30。
当满足上述两个关系式时，可以有效减小广角端大入射角度光线产生的场曲与像散，全面提升广角端的解像力，且对系统高低温下广角端和长焦端焦点不一致问题的解决有关键作用。
在本发明中，第二固定透镜群组G3至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD31≥50；
第二固定透镜群组G3至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD32≤30。
当满足上述两个关系式时，有利于系统像差和色差的校正，全面提升光学系统整体的解像力，且对系统高低温下焦点漂移问题的解决有关键作用。
在本发明中，第二固定透镜群组G3至少包括一枚低色散玻璃，阿贝数VD和折射率ND满足以下条件式：65≤VD≤100；1.4≤ND≤1.60。
低色散玻璃的引入，可以合理的平衡第一固定透镜群组G1与变焦透镜群组G2产生的色差，提升系统红外和紫外性能，全面提升变焦全程的解像力。
以下以四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，光阑Stop记为一面，将像面IMA记为一面Image，将胶合透镜的胶合面记为一面，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：
| 条件式 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 12≤TTL/(ft/fw)≤25 | 15.95 | 12 | 25 | 20.89 |
| 1.4≤(d12t-d12w)/fw≤2.8 | 2.07 | 2.8 | 1.40 | 2.50 |
| 3.1≤TTL/(d12t-d12w)≤5.7 | 3.25 | 3.15 | 5.7 | 3.60 |
| 3.8≤(d12t-d12w)/(ft/fw)≤5.8 | 4.90 | 3.82 | 4.39 | 5.8 |
| 7.5≤TTL/φ≤10 | 7.62 | 7.98 | 8.52 | 9.98 |
| 1.4≤f3/fw≤2.2 | 1.47 | 1.86 | 1.92 | 1.77 |
表1
在发明中，该变焦镜头的非球面透镜满足以下公式：
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为圆锥系数；A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16……分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶……的非球面系数。
实施例1：
参见图1和图2，在本实施例中，变焦镜头各参数如下：
TTL＝67mm；
FNO(WIDE)＝1.3
广角端焦距Fw＝9.9mm；
长焦端焦距Ft＝41.6mm。
本实施例的变焦镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率ND和阿贝数VD，S1至S32表示变焦镜头中各枚透镜、胶合透镜、光阑Stop的每一个面，如下表2所示。
表2
非球面的数值如下表3所示。
表3
本实施例的变焦镜头的变倍数据，如下表4所示。
| 广角端 | 长焦端 | |
| D5 | 1.29 | 21.89 |
| D13 | 21.04 | 0.44 |
| D24 | 1.15 | 1.44 |
| D28 | 1.64 | 1.35 |
表4
其中：
变焦透镜群组G2中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL7：55.6。
变焦透镜群组G2中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL6：20.4。
第二固定透镜群组G3中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL12：55.6。
第二固定透镜群组G3中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL13：23.5。
第二固定透镜群组G3中包含两枚低色散玻璃，且折射率和阿贝数分别为：
NdL8：1.597；
VdL8：68.60；
NdL10：1.5；
VdL10：81.6。
根据图1-2以及表2-4，本实施例能够实现在低照度环境下保证图像的亮度，同时兼顾广视野、小体积、低成本且分辨率达8k以上的成像性能。采用玻塑混合的透镜结构，在保证较大放大倍率的同时降低设计成本，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，具有优良的解像力，在尽可能小的体积下实现性能最大化。
变焦镜头还实现了420-940nm波段的色差和二级光谱的校正，在日夜切换时不重新对焦也可保证解像力。在兼顾红外性能的前提下，解决了高低温环境下焦点漂移的问题，使得本发明镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，适用于各种高低温环境，极大地拓宽了本发明镜头的应用范围。
变焦镜头在变焦全程的畸变低，保证拍摄画面变形量少，还可实现对焦物距的范围广，变焦全程可保证物距0.1m到无穷远均可清晰对焦，成像效果好。另外，变焦镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
实施例2：
参见图3和图4，在本实施例中，变焦镜头各参数如下：
TTL＝70.22mm；
FNO(WIDE)＝1.3；
广角端焦距fw＝7.97mm；
长焦端焦距ft＝46.65mm。
本实施例的变焦镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率ND和阿贝数VD，S1至S32表示变焦镜头中各枚透镜、胶合透镜、光阑Stop的每一个面，如下表5所示。
表5
非球面的数值如下表6所示。
| 面序号 | K值 | 4th | 6th | 8th | 10th | 12th | 14th | 16th |
| S10 | -34.008 | -1.12E-04 | -5.08E-06 | 9.26E-08 | -3.99E-09 | 4.59E-11 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S11 | 1.626 | -3.44E-04 | 3.07E-06 | -1.03E-07 | -8.01E-10 | 2.43E-11 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S12 | -50 | -3.04E-04 | 6.77E-06 | -2.36E-07 | 2.73E-09 | 2.27E-11 | -1.56E-12 | 1.69E-14 |
| S13 | -29.298 | -9.73E-05 | -1.75E-06 | -3.69E-08 | 5.82E-10 | 2.02E-11 | -1.10E-12 | 1.20E-14 |
| S15 | 0 | -3.66E-05 | 5.68E-08 | -1.24E-09 | 1.33E-11 | -3.23E-13 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S16 | 0 | 1.89E-05 | 1.74E-07 | 2.12E-10 | -4.60E-11 | 5.46E-13 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S21 | 1.344 | -1.43E-04 | -5.19E-06 | -3.03E-08 | -8.75E-09 | 2.31E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S22 | 50 | -1.01E-04 | 4.51E-06 | -2.95E-07 | -5.72E-09 | 1.73E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S23 | 50 | -5.04E-04 | 2.16E-05 | -4.31E-08 | -3.01E-09 | -3.42E-10 | 6.37E-12 | -8.88E-14 |
| S24 | 50 | -4.19E-04 | 2.07E-05 | 2.02E-07 | 5.47E-10 | -3.45E-10 | 6.97E-12 | -9.21E-14 |
| S25 | 0 | -3.55E-04 | 2.31E-06 | 3.46E-07 | 3.75E-09 | -2.64E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S26 | 0 | -3.33E-04 | -7.58E-06 | -3.31E-07 | -4.98E-09 | 3.55E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S27 | -50 | -6.23E-04 | 4.15E-05 | -3.96E-06 | 1.14E-07 | -9.27E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S28 | 2.672 | 1.21E-04 | 1.94E-06 | -1.06E-06 | 5.42E-08 | -5.73E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S29 | 33.505 | -5.16E-03 | 2.75E-05 | 7.98E-07 | -2.91E-08 | -9.22E-10 | 2.91E-12 | -1.06E-12 |
| S30 | 1.517 | -4.92E-03 | 7.24E-05 | -1.84E-06 | -1.11E-08 | 4.82E-11 | 1.17E-11 | -6.13E-13 |
表6
本实施例的变焦镜头的变倍数据，如下表7所示。
表7
其中：
变焦透镜群组G2中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL7：55.6。
变焦透镜群组G2中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL6：20.4。
第二固定透镜群组G3中，两枚塑胶透镜阿贝数分别为：
VdL8：55.6；
VdL12：55.6。
第二固定透镜群组G3中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL13：23.5。
第二固定透镜群组G3中包含一枚低色散玻璃，且折射率和阿贝数分别为：
NdL10：1.5；
VdL10：81.6。
根据图3-4以及表6-7，本实施例能够实现在低照度环境下保证图像的亮度，同时兼顾广视野、小体积、低成本且分辨率达8k以上的成像性能。采用玻塑混合的透镜结构，在保证较大放大倍率的同时降低设计成本，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，具有优良的解像力，在尽可能小的体积下实现性能最大化。
变焦镜头还实现了420-940nm波段的色差和二级光谱的校正，在日夜切换时不重新对焦也可保证解像力。在兼顾红外性能的前提下，解决了高低温环境下焦点漂移的问题，使得本发明镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，适用于各种高低温环境，极大地拓宽了本发明镜头的应用范围。
变焦镜头在变焦全程的畸变低，保证拍摄画面变形量少，还可实现对焦物距的范围广，变焦全程可保证物距0.1m到无穷远均可清晰对焦，成像效果好。另外，变焦镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
实施例3：
参见图5和图6，在本实施例中，变焦镜头各参数如下：
TTL＝75mm；
FNO(WIDE)＝1.15；
广角端焦距fw＝9.6mm；
长焦端焦距ft＝21.2mm。
本实施例的变焦镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率ND和阿贝数VD，S1至S32表示变焦镜头中各枚透镜、胶合透镜、光阑Stop的每一个面，如下表8所示。
/>
表8
非球面的数值如下表9所示。
| 面序号 | K值 | 4th | 6th | 8th | 10th | 12th | 14th | 16th |
| S10 | 50 | -1.82E-04 | -3.66E-06 | 1.09E-07 | -5.84E-09 | 8.01E-11 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S11 | 12.417 | -2.54E-04 | 4.49E-06 | -7.27E-08 | -2.06E-09 | 4.47E-11 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S12 | -4.181 | -1.38E-04 | 7.76E-06 | -2.97E-07 | 4.61E-09 | 3.11E-11 | -2.79E-12 | 3.00E-14 |
| S13 | 50 | 4.27E-05 | -2.29E-06 | -6.54E-08 | 1.32E-09 | 3.86E-11 | -2.05E-12 | 2.20E-14 |
| S21 | -0.054 | -2.07E-04 | -7.01E-06 | -2.21E-08 | -8.16E-09 | 2.07E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S22 | -10.774 | -1.51E-05 | 4.73E-06 | -4.73E-07 | -1.11E-08 | 4.97E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S23 | 0.881 | -5.74E-04 | 1.49E-05 | -1.74E-07 | -5.74E-09 | -2.96E-10 | 1.05E-11 | 2.06E-14 |
| S24 | 0.652 | -9.01E-04 | 3.91E-06 | 3.66E-07 | -1.75E-08 | -1.08E-10 | 4.65E-12 | 8.15E-14 |
| S27 | 0 | -3.94E-04 | -7.58E-06 | 1.12E-07 | 1.05E-09 | -6.85E-11 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S28 | 0 | -1.17E-04 | -1.76E-05 | -3.63E-07 | 2.48E-09 | 1.30E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S29 | -29.327 | 1.79E-04 | -1.46E-05 | -4.90E-07 | -1.61E-08 | 4.12E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S30 | -50 | -3.79E-04 | 8.25E-06 | -6.63E-07 | -1.41E-08 | 2.86E-10 | 0.00E+00 | 0.00E+00 |
| S31 | -17.705 | -3.77E-03 | -9.13E-06 | 2.56E-06 | -4.61E-08 | 9.81E-10 | 2.76E-11 | -2.19E-12 |
| S32 | 0.893 | -3.20E-03 | 2.53E-06 | 1.38E-06 | -4.83E-08 | 1.09E-09 | 4.70E-12 | -7.07E-13 |
表9
本实施例的变焦镜头的变倍数据，如下表10所示。
| 广角端 | 长焦端 | |
| D5 | 1.56 | 14.72 |
| D13 | 19.11 | 5.95 |
| D24 | 5.35 | 5.52 |
| D30 | 1.32 | 1.15 |
表10
其中：
变焦透镜群组G2中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL7：55.6。
变焦透镜群组G2中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL6：20.4。
第二固定透镜群组G3中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL12：55.6。
第二固定透镜群组G3中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL13：23.5。
第二固定透镜群组G3中包含两枚低色散玻璃，且折射率和阿贝数分别为：
NdL8：1.597；
VdL8：68.6；
NdL10：1.554；
VdL10：75.5。
根据图5-6以及表8-10，本实施例能够实现在低照度环境可保证图像的亮度，同时兼顾广视野、小体积、低成本且分辨率达8k以上的成像性能。采用玻塑混合的透镜结构，在保证较大放大倍率的同时降低设计成本，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，具有优良的解像力，在尽可能小的体积下实现性能最大化。
变焦镜头还实现了420-940nm波段的色差和二级光谱的校正，在日夜切换时不重新对焦也可保证解像力。在兼顾红外性能的前提下，解决了高低温环境下焦点漂移的问题，使得本发明镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，适用于各种高低温环境，极大地拓宽了本发明镜头的应用范围。
变焦镜头在变焦全程的畸变低，保证拍摄画面变形量少，还可实现对焦物距的范围广，变焦全程可保证物距0.1m到无穷远均可清晰对焦，成像效果好。另外，变焦镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
实施例4：
参见图7和图8，在本实施例中，变焦镜头各参数如下：
TTL＝87.8mm；
FNO(WIDE)＝1.4；
广角端焦距fw＝9.74mm；
长焦端焦距ft＝40.92mm。
本实施例的变焦镜头的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径R值、厚度、材料的折射率ND和阿贝数VD，S1至S32表示变焦镜头中各枚透镜、胶合透镜、光阑Stop的每一个面，如下表11所示。
| 面序号 | 表面类型 | R值 | 厚度 | Nd | Vd |
| S1 | 球面 | 50.399 | 1 | 1.907 | 33.1 |
| S2 | 球面 | 31.561 | 4.625 | 1.5 | 81.6 |
| S3 | 球面 | 590.512 | 0.15 | - | - |
| S4 | 球面 | 26.863 | 4.225 | 1.5 | 81.6 |
| S5 | 球面 | 117.846 | D5可动 | - | - |
| S6 | 球面 | -100 | 0.6 | 1.59 | 64.7 |
| S7 | 球面 | 10.948 | 4.104 | - | - |
| S8 | 球面 | -21.922 | 0.814 | 1.58 | 54.2 |
| S9 | 球面 | -530.3 | 0.1 | - | - |
| S10 | 非球面 | 105.349 | 3 | 1.677 | 20.4 |
| S11 | 非球面 | -57.906 | 0.233 | - | - |
| S12 | 非球面 | -58.144 | 1.15 | 1.54 | 55.6 |
| S13 | 非球面 | -53.364 | D13可动 | - | - |
| Stop | 球面 | Infinity | 0.15 | - | - |
| S15 | 球面 | 15.227 | 6.031 | 1.597 | 68.6 |
| S16 | 球面 | 200 | 0.5 | - | - |
| S17 | 球面 | 11.14 | 1.2 | 1.643 | 30.4 |
| S18 | 球面 | 7.993 | 6.296 | 1.5 | 81.6 |
| S19 | 球面 | -20.668 | 0.613 | 1.738 | 35.1 |
| S20 | 球面 | 10.194 | 0.212 | - | - |
| S21 | 非球面 | 10.193 | 2 | 1.54 | 55.6 |
| S22 | 非球面 | 21.872 | 0.15 | - | - |
| S23 | 非球面 | 13.686 | 1.5 | 1.653 | 23.5 |
| S24 | 非球面 | 30.007 | D24可动 | - | - |
| S25 | 球面 | 200 | 1.94 | 1.911 | 31.4 |
| S26 | 球面 | -41.92 | 0.352 | - | - |
| S27 | 非球面 | -23.958 | 1.644 | 1.653 | 23.5 |
| S28 | 非球面 | 34.656 | D28可动 | - | - |
| S29 | 非球面 | 9.8 | 1.1 | 1.653 | 23.5 |
| S30 | 非球面 | 11.8 | 1.424 | - | - |
| S31 | 球面 | Infinity | 0.61 | 1.521 | 64.2 |
| S32 | 球面 | Infinity | 1.18 | - | - |
| Image |
表11
非球面的数值如下表12所示。
表12
本实施例的变焦镜头的变倍数据，如下表13所示。
| 广角端 | 长焦端 | |
| D5 | 1.56 | 25.92 |
| D13 | 33.81 | 9.45 |
| D24 | 4.46 | 4.85 |
| D30 | 1.08 | 0.69 |
表13
其中：
变焦透镜群组G2中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL7：55.6。
变焦透镜群组G2中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL6：20.4。
第二固定透镜群组G3中，两枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL12：55.6。
第二固定透镜群组G3中，一枚塑胶透镜阿贝数为：
VdL13：23.5。
第二固定透镜群组G3中包含两枚低色散玻璃，且折射率和阿贝数分别为：
NdL8：1.597；
VdL8：68.60；
NdL10：1.5；
VdL10：81.6。
根据图7-8以及表11-13，本实施例能够实现在低照度环境可保证图像的亮度，同时兼顾广视野、小体积、低成本且分辨率达8k以上的成像性能。采用玻塑混合的透镜结构，在保证较大放大倍率的同时降低设计成本，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，具有优良的解像力，在尽可能小的体积下实现性能最大化。
变焦镜头还实现了420-940nm波段的色差和二级光谱的校正，在日夜切换时不重新对焦也可保证解像力。在兼顾红外性能的前提下，解决了高低温环境下焦点漂移的问题，使得本发明镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，适用于各种高低温环境，极大地拓宽了本发明镜头的应用范围。
变焦镜头在变焦全程的畸变低，保证拍摄画面变形量少，还可实现对焦物距的范围广，变焦全程可保证物距0.1m到无穷远均可清晰对焦，成像效果好。另外，变焦镜头单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：第一固定透镜群组(G1)、变焦透镜群组(G2)、孔径光阑(Stop)、第二固定透镜群组(G3)、对焦透镜群组(G4)和第三固定透镜群组(G5)，其特征在于，
所述变焦透镜群组(G2)和所述对焦透镜群组(G4)沿所述光轴可移动；
所述第一固定透镜群组(G1)和所述第二固定透镜群组(G3)具有正光焦度，所述变焦透镜群组(G2)具有负光焦度，所述对焦透镜群组(G4)和所述第三固定透镜群组(G5)具有正光焦度或负光焦度；
所述第一固定透镜群组(G1)包括三枚透镜，所述变焦透镜群组(G2)包括四枚透镜，所述第二固定透镜群组(G3)包括六枚透镜，所述对焦透镜群组(G4)包括两枚或三枚透镜，所述第三固定透镜群组(G5)包括一枚透镜；
所述变焦镜头在广角端的焦距Fw、所述变焦镜头在长焦端的焦距Ft与所述第一固定透镜群组(G1)的第一个面到成像面的距离TTL满足如下关系：12mm≤TTL/(Ft/Fw)≤25mm；
所述第一固定透镜群组(G1)的第一个面到成像面的距离TTL≤87.813mm。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第一固定透镜群组(G1)包括至少两枚正透镜；
所述第一固定透镜群组(G1)包括至少一枚负透镜；
所述第一固定透镜群组(G1)包括至少一枚双胶合透镜；
所述第一固定透镜群组(G1)中最靠近像侧的透镜的像侧面为凹面；
所述第一固定透镜群组(G1)中最靠近物侧的透镜的光焦度为负、且物侧面为凸面且像侧面为凹面。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述变焦透镜群组(G2)包括至少两枚负透镜；
所述变焦透镜群组(G2)包括至少两枚塑胶透镜；
所述变焦透镜群组(G2)包括至少一枚正透镜，且其中至少一枚为塑胶透镜；
所述变焦透镜群组(G2)中最靠近像侧的透镜为塑胶透镜。
4.根据权利要求3所述的变焦镜头，其特征在于，
所述变焦透镜群组(G2)中的至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD21≥50；
所述变焦透镜群组(G2)中的至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD22≤30。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第二固定透镜群组(G3)包括至少五枚透镜；
所述第二固定透镜群组(G3)包括至少两枚负透镜；
所述第二固定透镜群组(G3)包括至少三枚正透镜；
所述第二固定透镜群组(G3)中最靠近物侧的透镜的光焦度为正、且物侧面为凸面；
所述第二固定透镜群组(G3)中最靠近像侧的透镜的像侧面为凹面；
所述第二固定透镜群组(G3)包括至少两枚塑胶透镜；
所述第二固定透镜群组(G3)包括至少一枚胶合透镜。
6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第二固定透镜群组(G3)中的至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD31≥50；
所述第二固定透镜群组(G3)中的至少一枚塑胶透镜的阿贝数满足如下条件：VD32≤30。
7.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二固定透镜群组(G3)包括至少一枚低色散玻璃，所述至少一枚低色散玻璃的阿贝数VD和折射率ND满足以下条件式：65≤VD≤100；1.40≤ND≤1.60。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述对焦透镜群组(G4)包括至少一枚正透镜；
所述对焦透镜群组(G4)包括至少一枚塑胶透镜；
所述对焦透镜群组(G4)中最靠近物侧的透镜的光焦度为正；
所述对焦透镜群组(G4)中最靠近像侧的透镜为塑胶透镜。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头在长焦端时所述第一固定透镜群组(G1)的最后一个面到所述变焦透镜群组(G2)的第一个面的距离d12t、所述变焦镜头在广角端时所述第一固定透镜群组(G1)的最后一个面到所述变焦透镜群组(G2)的第一个面的距离d12w与所述变焦镜头在广角端的焦距Fw，满足如下关系：1.4≤(d12t-d12w)/Fw≤2.8。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头在长焦端时所述第一固定透镜群组(G1)的最后一个面到所述变焦透镜群组(G2)的第一个面的距离d12t、所述变焦镜头在广角端时所述第一固定透镜群组(G1)的最后一个面到所述变焦透镜群组(G2)的第一个面的距离d12w与所述第一固定透镜群组(G1)的第一个面到成像面的距离TTL，满足如下关系：3.1≤TTL/(d12t-d12w)≤5.7。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头在长焦端时所述第一固定透镜群组(G1)的最后一个面到所述变焦透镜群组(G2)的第一个面的距离d12t、所述变焦镜头在广角端时所述第一固定透镜群组(G1)的最后一个面到所述变焦透镜群组(G2)的第一个面的距离d12w、所述变焦镜头在广角端的焦距Fw与所述变焦镜头在长焦端的焦距Ft，满足如下关系：3.8mm≤(d12t-d12w)/(Ft/Fw)≤5.8mm。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一固定透镜群组(G1)的第一个面到成像面的距离TTL与所述变焦镜头的成像靶面直径φ满足如下关系：7.5≤TTL/φ≤10。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二固定透镜群组(G3)的焦距F3与所述变焦镜头在广角端的焦距Fw满足如下关系：1.4≤F3/Fw≤2.2。
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2022
- 2022-06-10 CN CN202210658250.9A patent/CN114839752B/zh active Active
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