CN115308888A - 一种变焦镜头和成像装置 - Google Patents

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CN115308888A CN202211029646.3A CN202211029646A CN115308888A CN 115308888 A CN115308888 A CN 115308888A CN 202211029646 A CN202211029646 A CN 202211029646A CN 115308888 A CN115308888 A CN 115308888A
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fixed lens
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袁多
蔡平平
詹康盛
戴殷杰
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Jiaxing Zhongrun Optical Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及光学领域，具体为一种变焦镜头和成像装置。所述变焦镜头从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第一固定透镜群，负光焦度的变倍透镜群，光阑，正光焦度的第二固定透镜群，负光焦度的聚焦透镜群，正光焦度的第三固定透镜群组成；所述变焦镜头满足以下条件式：TTL＜55mm；ft/fw＞5；其中，TTL为所述变焦镜头的光学总长，ft为所述变焦镜头的望远状态的焦距，fw为所述变焦镜头的广角状态的焦距。实现了较小长度下中倍率的变焦镜头，增大了变焦镜头的应用场景，同时也减小了中倍率变焦镜头的光学总长，便于变焦镜头的使用。

Description

一种变焦镜头和成像装置
技术领域
本发明涉及光学领域，具体为一种变焦镜头和成像装置。
背景技术
变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角，不同大小的影像和不同景物范围的镜头，变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围，因此非常有利于画面构图。
随着变焦镜头的日益普及，其在监控、视讯等越来越多的领域发挥了其重要作用，然而目前的变焦镜头以使用玻璃镜片为主，越来越难以满足监控镜头日益增长的低成本、低重量、高成像质量需求。
目前，中倍率的变焦镜头由于其宽阔的变焦范围，对人们的日常生活起着至关重要的重要，但由于中倍率的变焦镜头在设计时同时考虑变焦范围以及成像质量的问题，继而造成了中倍率的变焦镜头光学总长较大的问题。
发明内容
本发明将解决现有的技术问题，提供一种变焦镜头和成像装置，实现了较小长度下中倍率的变焦镜头，增大了变焦镜头的应用场景，同时也减小了中倍率变焦镜头的光学总长，便于变焦镜头的使用。
本发明提供的技术方案如下：
一种变焦镜头，所述变焦镜头从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第一固定透镜群，负光焦度的变倍透镜群，光阑，正光焦度的第二固定透镜群，负光焦度的聚焦透镜群，正光焦度的第三固定透镜群组成；
所述变倍透镜群从物面侧到像面侧依次由负光焦度的第一变倍透镜，负光焦度的第二变倍透镜，正光焦度的第三变倍透镜组成；
所述第二固定透镜群从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第六固定透镜，正光焦度的第七固定透镜，负光焦度的第八固定透镜和正光焦度的第九固定透镜组成；
所述聚焦透镜群为一枚负光焦度的透镜；
所述第三固定透镜群为一枚正光焦度的透镜；
所述变焦镜头满足以下条件式：
TTL＜55mm；
ft/fw＞5；
其中，TTL为所述变焦镜头的光学总长，ft为所述变焦镜头的望远状态的焦距，fw为所述变焦镜头的广角状态的焦距。
本技术方案中，通过上述结构及参数的设置，实现了较小长度下中倍率的变焦镜头，增大了变焦镜头的应用场景，同时也减小了中倍率变焦镜头的光学总长，便于变焦镜头的使用。
优选地，所述第一固定透镜群从物面侧到像面侧依次由负光焦度的第一固定透镜，负光焦度的第二固定透镜，正光焦度的第三固定透镜，正光焦度的第四固定透镜组成；
或
所述第一固定透镜群由负光焦度的第一固定透镜，负光焦度的第二固定透镜，正光焦度的第三固定透镜，正光焦度的第四固定透镜组成，正光焦度的第五固定透镜组成。
优选地，所述第一固定透镜群内至少包括三枚非球面透镜。
本技术方案中，通过三枚非球面透镜的设置，降低了变焦镜头的成本，同时也降低了变焦镜头的设计难度，增加了变焦镜头的成像质量。
优选地，所述第一固定透镜至第三固定透镜为非球面透镜。
本技术方案中，通过将第一固定透镜至第三固定透镜设置为非球面透镜，降低了变焦镜头广角状态的像差与慧差，增加了变焦镜头广角状态的成像质量。
优选地，所述变焦镜头满足以下条件式：
|(R22+R31)/(R22-R31)|＞50；
其中，R22为第二固定透镜靠近像面侧曲面的曲率半径，R31为第三固定透镜靠近物面侧曲面的曲率半径。
本技术方案中，通过减小第二固定透镜与第三固定透镜相邻侧曲率之间曲率半径的差值，继而减小了后续透镜接收到的光线的成像质量，继而增加了变焦镜头的成像质量。
优选地，所述变焦镜头满足以下条件式：
D1c/D1e＜0.4；
D2c/D2e＜0.3；
其中，D1c为所述第一固定透镜沿主光轴方向上的厚度，D1e为所述第一固定透镜边沿的厚度，D2c为所述第二固定透镜沿主光轴方向上的厚度，D2e为所述第二固定透镜边沿的厚度。
本技术方案中，第一固定透镜及第二固定透镜中心与边沿厚度的限定，增加了变焦镜头对光路的调整的能力，降低了变焦镜头的像差及慧差，增加了变焦镜头的成像质量。
优选地，所述变焦镜头满足以下条件式：
0.5＜S2/ft＜0.6；
其中，S2为变焦透镜群的移动距离。
本技术方案中，通过上述参数的限定，实现了变焦镜头较大倍率的同时，还能够实现变焦镜头的小型化。
优选地，所述变焦镜头满足以下条件式：
S4/fw＜0.025；
其中，S4为聚焦透镜群的移动距离。
本技术方案中，通过上述参数的限定，极大地降低了变焦镜头的体积，实现了变焦镜头的小型化，还能够实现对变焦镜头群移动过程的调整。
本发明的目的之一还在于提供一种成像装置，包括：变焦镜头；及成像元件，被配置为接收由所述变焦镜头形成的图像。
与现有技术相比，本发明提供的一种变焦镜头和成像装置具有以下有益效果：
1、通过上述结构及参数的设置，实现了较小长度下中倍率的变焦镜头，增大了变焦镜头的应用场景，同时也减小了中倍率变焦镜头的光学总长，便于变焦镜头的使用。
2、通过将第一固定透镜至第三固定透镜设置为非球面透镜，降低了变焦镜头广角状态的像差与慧差，增加了变焦镜头广角状态的成像质量。
3、通过减小第二固定透镜与第三固定透镜相邻侧曲率之间曲率半径的差值，继而减小了后续透镜接收到的光线的成像质量，继而增加了变焦镜头的成像质量。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种变焦镜头和成像装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种变焦镜头望远状态的结构示意图；
图2是本发明一种变焦镜头广角状态的结构示意图；
图3是本发明一种变焦镜头望远状态的像差图；
图4是本发明一种变焦镜头广角状态的像差图；
图5是本发明一种变焦镜头望远状态的慧差图；
图6是本发明一种变焦镜头广角状态的慧差图；
图7是本发明另一种变焦镜头望远状态的结构示意图；
图8是本发明另一种变焦镜头广角状态的结构示意图；
图9是本发明另一种变焦镜头望远状态的像差图；
图10是本发明另一种变焦镜头广角状态的像差图；
图11是本发明另一种变焦镜头望远状态的慧差图；
图12是本发明另一种变焦镜头广角状态的慧差图。
附图标号说明：G1、第一固定透镜群；G2、变倍透镜群；G3、第二固定透镜群；G4、聚焦透镜群；G5、第三固定透镜群；G6、辅助组件；a1、第一固定透镜；a2、第二固定透镜；a3、第三固定透镜；a4、第四固定透镜；a5、第五固定透镜；a6、第六固定透镜；a7、第七固定透镜；a8、第八固定透镜；a9、第九固定透镜；a10、第十固定透镜；b1、第一变倍透镜；b2、第二变倍透镜；b3、第三变倍透镜；c1、第一聚焦透镜；STO、光阑；CG1、第一保护玻璃；CG2、第二保护玻璃。
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做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。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
实施例1
如图1和图7所示，一种变焦镜头，所述变焦镜头从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第一固定透镜群G1，负光焦度的变倍透镜群G2，光阑STO，正光焦度的第二固定透镜群G3，负光焦度的聚焦透镜群G4，正光焦度的第三固定透镜群G5组成；
所述变倍透镜群G2从物面侧到像面侧依次由负光焦度的第一变倍透镜b1，负光焦度的第二变倍透镜b2，正光焦度的第三变倍透镜b3组成；
所述第二固定透镜群G3从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第六固定透镜a6，正光焦度的第七固定透镜a7，负光焦度的第八固定透镜a8和正光焦度的第九固定透镜a9组成；
所述聚焦透镜群G4为一枚负光焦度的透镜；
所述第三固定透镜群G5为一枚正光焦度的透镜；
所述变焦镜头满足以下条件式：
TTL＜55mm；
ft/fw＞5；
其中，TTL为所述变焦镜头的光学总长，ft为所述变焦镜头的望远状态的焦距，fw为所述变焦镜头的广角状态的焦距。
本实施例中，通过上述结构及参数的设置，实现了较小长度下中倍率的变焦镜头，增大了变焦镜头的应用场景，同时也减小了中倍率变焦镜头的光学总长，便于变焦镜头的使用。
所述第一固定透镜群G1从物面侧到像面侧依次由负光焦度的第一固定透镜a1，负光焦度的第二固定透镜a2，正光焦度的第三固定透镜a3，正光焦度的第四固定透镜a4组成；
或
所述第一固定透镜群G1由负光焦度的第一固定透镜a1，负光焦度的第二固定透镜a2，正光焦度的第三固定透镜a3，正光焦度的第四固定透镜a4组成，正光焦度的第五固定透镜a5组成。
所述第一固定透镜群G1内至少包括三枚非球面透镜。
本实施例中，通过三枚非球面透镜的设置，降低了变焦镜头的成本，同时也降低了变焦镜头的设计难度，增加了变焦镜头的成像质量。
所述第一固定透镜a1至第三固定透镜a3为非球面透镜。
本实施例中，通过将第一固定透镜a1至第三固定透镜a3设置为非球面透镜，降低了变焦镜头广角状态的像差与慧差，增加了变焦镜头广角状态的成像质量。
所述变焦镜头满足以下条件式：
|(R22+R31)/(R22-R31)|＞50；
其中，R22为第二固定透镜a2靠近像面侧曲面的曲率半径，R31为第三固定透镜a3靠近物面侧曲面的曲率半径。
本实施例中，通过减小第二固定透镜a2与第三固定透镜a3相邻侧曲率之间曲率半径的差值，继而减小了后续透镜接收到的光线的成像质量，继而增加了变焦镜头的成像质量。
所述变焦镜头满足以下条件式：
D1c/D1e＜0.4；
D2c/D2e＜0.3；
其中，D1c为所述第一固定透镜a1沿主光轴方向上的厚度，D1e为所述第一固定透镜a1边沿的厚度，D2c为所述第二固定透镜a2沿主光轴方向上的厚度，D2e为所述第二固定透镜a2边沿的厚度。
第一固定透镜a1及第二固定透镜a2中心与边沿厚度的限定，增加了变焦镜头对光路的调整的能力，降低了变焦镜头的像差及慧差，增加了变焦镜头的成像质量。
所述变焦镜头满足以下条件式：
0.5＜S2/ft＜0.6；
其中，S2为变焦透镜群的移动距离。
通过上述参数的限定，实现了变焦镜头较大倍率的同时，还能够实现变焦镜头的小型化。
所述变焦镜头满足以下条件式：
S4/fw＜0.025；
其中，S4为聚焦透镜群G4的移动距离。
通过上述参数的限定，极大地降低了变焦镜头的体积，实现了变焦镜头的小型化，还能够实现对变焦镜头群移动过程的调整。
实施例2
如图1至图6所示，一种变焦镜头，所述变焦镜头从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第一固定透镜群G1，负光焦度的变倍透镜群G2，光阑STO，正光焦度的第二固定透镜群G3，负光焦度的聚焦透镜群G4，正光焦度的第三固定透镜群G5和辅助组件G6组成；
所述第一固定透镜群G1由负光焦度的第一固定透镜a1，负光焦度的第二固定透镜a2，正光焦度的第三固定透镜a3，正光焦度的第四固定透镜a4组成。
所述变倍透镜群G2从物面侧到像面侧依次由负光焦度的第一变倍透镜b1，负光焦度的第二变倍透镜b2，正光焦度的第三变倍透镜b3组成；
所述第二固定透镜群G3从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第六固定透镜a6，正光焦度的第七固定透镜a7，负光焦度的第八固定透镜a8和正光焦度的第九固定透镜a9组成，第八固定透镜a8和第九固定透镜a9胶合。
所述聚焦透镜群G4为一枚负光焦度的第一聚焦透镜c1；
所述第三固定透镜群G5为一枚正光焦度的第十固定透镜a10；
辅助组件G6由第一保护玻璃CG1和第二保护玻璃CG2组成。
将本实施例的变焦镜头的基本透镜数据示于表1中，将表1中的可变参数示于表2，将非球面系数示于表3中。
在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号；在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型；在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径，曲率半径为正时表明表面向物侧方向弯曲，曲率半径为负时表明表面向像侧方向弯曲；在中心厚度栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔；在折射率栏示出了某一透镜的折射率；在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
在表2中，WIDE栏表示变焦镜头处于广角端状态时，各个可变参数的具体数值，TELE栏表示变焦镜头处于望远端状态时，各个可变参数的具体数值。
在表3中，K为圆锥系数，e为科学计数号，例如e-05表示10-5。
【表1】
Figure BDA0003815511040000091
Figure BDA0003815511040000101
【表2】
WIDE TELE
D1 0.5 15.26
D2 14.86 0.1
D3 0.1 0.2
D4 1.82 1.72
【表3】
Figure BDA0003815511040000102
Figure BDA0003815511040000111
本实施例中，TTL＝53.3mm，ft＝25mm，fw＝4.5mm，ft/fw＝5.56，FNO＝1.8～2；
其中，TTL为所述变焦镜头的光学总长，ft为所述变焦镜头的望远状态的焦距，fw为所述变焦镜头的广角状态的焦距，FNO为所述变焦镜头的光圈数。
R22＝22.16mm，R31＝21.44mm，|(R22+R31)/(R22-R31)|＝60.57；
其中，R22为第二固定透镜a2靠近像面侧曲面的曲率半径，R31为第三固定透镜a3靠近物面侧曲面的曲率半径。
D1c＝0.6mm，D1e＝2.4mm，D1c/D1e＝0.25；
D2c＝0.7mm，D2e＝2.83mm，D2c/D2e＝0.247；
其中，D1c为所述第一固定透镜a1沿主光轴方向上的厚度，D1e为所述第一固定透镜a1边沿的厚度，D2c为所述第二固定透镜a2沿主光轴方向上的厚度，D2e为所述第二固定透镜a2边沿的厚度。
S2＝14.76mm，S2/ft＝0.59；
S4＝0.1mm，S4/fw＝0.022；
其中，S2为变焦透镜群的移动距离，S4为聚焦透镜群G4的移动距离。
实施例3
如图7至图12所示，一种变焦镜头，所述变焦镜头从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第一固定透镜群G1，负光焦度的变倍透镜群G2，光阑STO，正光焦度的第二固定透镜群G3，负光焦度的聚焦透镜群G4，正光焦度的第三固定透镜群G5和辅助组件G6组成；
所述第一固定透镜群G1由负光焦度的第一固定透镜a1，负光焦度的第二固定透镜a2，正光焦度的第三固定透镜a3，正光焦度的第四固定透镜a4组成，正光焦度的第五固定透镜a5组成。
所述变倍透镜群G2从物面侧到像面侧依次由负光焦度的第一变倍透镜b1，负光焦度的第二变倍透镜b2，正光焦度的第三变倍透镜b3组成；
所述第二固定透镜群G3从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第六固定透镜a6，正光焦度的第七固定透镜a7，负光焦度的第八固定透镜a8和正光焦度的第九固定透镜a9组成。
所述聚焦透镜群G4为一枚负光焦度的第一聚焦透镜c1；
所述第三固定透镜群G5为一枚正光焦度的第十固定透镜a10；
辅助组件G6由第一保护玻璃CG1和第二保护玻璃CG2组成。
将本实施例的变焦镜头的基本透镜数据示于表4中，将表4中的可变参数示于表5，将非球面系数示于表6中。
在面编号栏中示出了将物侧的面设为第1面而随着朝向像侧逐一增加了编号时的面编号；在表面类型栏示出了某一透镜的表面类型；在曲率半径栏示出了某一透镜在的曲率半径，曲率半径为正时表明表面向物侧方向弯曲，曲率半径为负时表明表面向像侧方向弯曲；在中心厚度栏中示出了各面与在其像侧相邻的面的光轴上的面间隔；在折射率栏示出了某一透镜的折射率；在阿贝数栏示出了某一透镜的阿贝数。
在表5中，WIDE栏表示变焦镜头处于广角端状态时，各个可变参数的具体数值，TELE栏表示变焦镜头处于望远端状态时，各个可变参数的具体数值。
在表6中，K为圆锥系数，e为科学计数号，例如e-05表示10-5。
【表4】
Figure BDA0003815511040000121
Figure BDA0003815511040000131
【表5】
WIDE TELE
D1 0.5 15.26
D2 14.86 0.1
D3 0.1 0.2
D4 1.82 1.72
【表6】
Figure BDA0003815511040000141
本实施例中，TTL＝52.76mm，ft＝25mm，fw＝4.6mm，ft/fw＝5.43，FNO＝1.87～2.33；
其中，TTL为所述变焦镜头的光学总长，ft为所述变焦镜头的望远状态的焦距，fw为所述变焦镜头的广角状态的焦距，FNO为所述变焦镜头的光圈数。
R22＝31.62mm，R31＝31.18mm，|(R22+R31)/(R22-R31)|＝142.7；
其中，R22为第二固定透镜a2靠近像面侧曲面的曲率半径，R31为第三固定透镜a3靠近物面侧曲面的曲率半径。
D1c＝0.61mm，D1e＝1.76mm，D1c/D1e＝0.347；
D2c＝0.8mm，D2e＝2.89mm，D2c/D2e＝0.277；
其中，D1c为所述第一固定透镜a1沿主光轴方向上的厚度，D1e为所述第一固定透镜a1边沿的厚度，D2c为所述第二固定透镜a2沿主光轴方向上的厚度，D2e为所述第二固定透镜a2边沿的厚度。
S2＝14.76mm，S2/ft＝0.59；
S4＝0.1mm，S4/fw＝0.022；
其中，S2为变焦透镜群的移动距离，S4为聚焦透镜群G4的移动距离。
实施例4
如图1至图12所示，一种成像装置，包括：如上述任意一种实施例所描述的变焦镜头，及成像元件，被配置为接收由变焦镜头形成的图像。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第一固定透镜群，负光焦度的变倍透镜群，光阑，正光焦度的第二固定透镜群，负光焦度的聚焦透镜群，正光焦度的第三固定透镜群组成；
所述变倍透镜群从物面侧到像面侧依次由负光焦度的第一变倍透镜，负光焦度的第二变倍透镜，正光焦度的第三变倍透镜组成；
所述第二固定透镜群从物面侧到像面侧依次由正光焦度的第六固定透镜，正光焦度的第七固定透镜，负光焦度的第八固定透镜和正光焦度的第九固定透镜组成；
所述聚焦透镜群为一枚负光焦度的透镜；
所述第三固定透镜群为一枚正光焦度的透镜；
所述变焦镜头满足以下条件式：
TTL＜55mm；
ft/fw＞5；
其中，TTL为所述变焦镜头的光学总长，ft为所述变焦镜头的望远状态的焦距，fw为所述变焦镜头的广角状态的焦距。
2.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：
所述第一固定透镜群从物面侧到像面侧依次由负光焦度的第一固定透镜，负光焦度的第二固定透镜，正光焦度的第三固定透镜，正光焦度的第四固定透镜组成；
或
所述第一固定透镜群由负光焦度的第一固定透镜，负光焦度的第二固定透镜，正光焦度的第三固定透镜，正光焦度的第四固定透镜组成，正光焦度的第五固定透镜组成。
3.根据权利要求2所述的一种变焦镜头，其特征在于：
所述第一固定透镜群内至少包括三枚非球面透镜。
4.根据权利要求3所述的一种变焦镜头，其特征在于：
所述第一固定透镜至第三固定透镜为非球面透镜。
5.根据权利要求4所述的一种变焦镜头，其特征在于：
所述变焦镜头满足以下条件式：
|(R22+R31)/(R22-R31)|＞50；
其中，R22为第二固定透镜靠近像面侧曲面的曲率半径，R31为第三固定透镜靠近物面侧曲面的曲率半径。
6.根据权利要求2所述的一种变焦镜头，其特征在于：
所述变焦镜头满足以下条件式：
D1c/D1e＜0.4；
D2c/D2e＜0.3；
其中，D1c为所述第一固定透镜沿主光轴方向上的厚度，D1e为所述第一固定透镜边沿的厚度，D2c为所述第二固定透镜沿主光轴方向上的厚度，D2e为所述第二固定透镜边沿的厚度。
7.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：
所述变焦镜头满足以下条件式：
0.5＜S2/ft＜0.6；
其中，S2为变焦透镜群的移动距离。
8.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：
所述变焦镜头满足以下条件式：
S4/fw＜0.025；
其中，S4为聚焦透镜群的移动距离。
9.一种成像装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至8中任何一项所述的变焦镜头；
及成像元件，被配置为接收由所述变焦镜头形成的图像。
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