CN116047732A - 小变倍变焦镜头 - Google Patents

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CN116047732A CN202211587452.5A CN202211587452A CN116047732A CN 116047732 A CN116047732 A CN 116047732A CN 202211587452 A CN202211587452 A CN 202211587452A CN 116047732 A CN116047732 A CN 116047732A
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鲍康倩
肖明志
王浩
谭穗静
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Abstract

本发明公开一种小变倍变焦镜头，小变倍变焦镜头包括镜筒和透镜组，透镜组包括自物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜组、光阑组件、具有负光焦度的第二透镜组、ICR组件、以及感光芯片，第一透镜组沿光轴方向移动实现变焦，第二透镜组沿光轴方向移动实现对焦，且第二透镜组和小变倍变焦镜头满足：0.2≤fw/f2≤0.4，0.9≤fT/f2≤1.2，通过两个透镜组的合理设置以及小变倍变焦镜头广角端焦距和第二透镜组焦距比值的有条件的限制，使得小变倍变焦镜头处于广角端的最大视场角达150°以上，处于望远端最小视场角达35°以下，小变倍变焦镜头的最大光圈F≤1.3，焦距变倍比大于或等于3.0，以提供一种可变倍率较大、光圈较大的小变倍变焦镜头。

Description

小变倍变焦镜头
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及小变倍变焦镜头。
背景技术
小变倍光学系统工作原理：两群光学组件相对像面位置移动来实现焦距变化。
现有的能实现变倍功能同类产品一般可变倍率小，光圈小，低照环境下画面效果不佳，适用范围受限。而同等倍率性能的产品架构复杂，成本高，并且重量重。很多小变倍产品是固定光圈，无法实现不同环境下通过调整光圈来控制曝光的功能，也无法调整景深。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种小变倍变焦镜头，旨在提供一种可变倍率较大、光圈较大的小变倍变焦镜头。
为实现上述目的，本发明提出的一种小变倍变焦镜头，所述小变倍变焦镜头具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述小变倍变焦镜头包括：
镜筒；以及，
透镜组，所述透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜组、光阑组件、具有负光焦度的第二透镜组、ICR组件、以及感光芯片，其中，所述第一透镜组和所述第二透镜组均沿所述光轴方向可移动地安装于所述镜筒，所述第一透镜组沿所述光轴方向移动，以使得所述小变倍变焦镜头对焦，所述第二透镜组沿所述光轴方向移动，以使得所述小变倍变焦镜头变焦；
其中，所述第一透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜，所述第二透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜；
所述第二透镜组的焦距为f2，所述小变倍变焦镜头处于广角端的焦距为fw，所述小变倍变焦镜头处于望远端的焦距为fT，其中，所述小变倍变焦镜头满足以下条件：0.2≤fw/f2≤0.4，0.9≤fT/f2≤1.2。
可选地，在所述第一透镜、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、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十透镜中，其中至多有四个透镜设置为玻璃透镜，其它透镜设置为塑胶透镜。
可选地，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、第九透镜和所述第十透镜为塑胶透镜。
可选地，所述第四透镜设置为玻璃透镜。
可选地，所述第一透镜组的焦距为f1，所述第一透镜组和所述第二透镜组满足以下条件：-1.1≤f1/f2≤-0.6。
可选地，所述第四透镜的折射率为nd4，其中，1.42≤nd4≤1.6；
所述第四透镜的阿贝数为vd4，其中，65≤vd4≤96。
可选地，所述第六透镜的折射率为nd6，其中，1.58≤nd6≤1.64；
所述第六透镜的阿贝数为vd6，其中，20≤vd6≤30。
可选地，所述第九透镜的折射率为nd9，其中，1.62≤nd9≤1.69。
可选地，所述第七透镜和所述第八透镜胶合连接。
可选地，所述光阑组件设置为可调光阑。
本发明提供的技术方案中，自物侧至像侧依次设置有第一透镜组、光阑组件、第二透镜组、ICR组件，所述第一透镜组和所述第二透镜组沿光轴方向可活动地安装于所述镜筒，其中，所述第一透镜组用以进行对焦，所述第二透镜组用以进行变焦，在所述第一透镜组和所述第二透镜组中沿所述光轴方向协同移动，以使得所述小变倍变焦镜头由广角端变焦至望远端，且使得所述小变倍变焦镜头在变焦过程中保持所述成像面成像清晰，其中，所述第一透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜，所述第二透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜，通过两个透镜组的合理设置以及所述小变倍变焦镜头广角端焦距和第二透镜组焦距比值的有条件的限制，使得所述小变倍变焦镜头处于广角端的最大视场角达150°以上，处于望远端最小视场角达35°以下，所述小变倍变焦镜头的最大光圈F数F≤1.3，焦距变倍比大于或等于3.0，以提供一种可变倍率较大、光圈较大的小变倍变焦镜头。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的小变倍变焦镜头处于广角端时的结构示意图；
图2为图1中的小变倍变焦镜头处于望远端时的结构示意图；
图3为图1中的小变倍变焦镜头处于广角端时的像差图；
图4为图1中的小变倍变焦镜头处于广角端时的场曲图和畸变图；
图5为图2中的小变倍变焦镜头处于望远端时的像差图；
图6为图2中的小变倍变焦镜头处于望远端时的场曲图和畸变图。
附图标号说明：
Figure BDA0003988596740000031
Figure BDA0003988596740000041
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
小变倍光学系统工作原理：两群光学组件相对像面位置移动来实现焦距变化。现有的能实现变倍功能同类产品一般可变倍率小，光圈小，低照环境下画面效果不佳，适用范围受限。而同等倍率性能的产品架构复杂，成本高，并且重量重。很多小变倍产品是固定光圈，无法实现不同环境下通过调整光圈来控制曝光的功能，也无法调整景深。
为了解决上述问题，本发明提供一种小变倍变焦镜头，图1至图3为本发明提供的小变倍变焦镜头的具体实施例。
请参阅图1，所述小变倍变焦镜头所述小变倍变焦镜头具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述小变倍变焦镜头包括镜筒和透镜组，所述透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜组、光阑组件、具有负光焦度的第二透镜组、ICR组件、以及感光芯片，其中，所述第一透镜组和所述第二透镜组均沿所述光轴方向可移动地安装于所述镜筒，所述第一透镜组沿所述光轴方向移动，以使得所述小变倍变焦镜头对焦，所述第二透镜组沿所述光轴方向移动，以使得所述小变倍变焦镜头变焦，其中，所述第一透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜，所述第二透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜；所述第二透镜组的焦距为f2，所述小变倍变焦镜头处于广角端的焦距为fw，所述小变倍变焦镜头处于望远端的焦距为fT，其中，所述小变倍变焦镜头满足以下条件：0.2≤fw/f2≤0.4，0.9≤fT/f2≤1.2。
本发明提供的技术方案中，自物侧至像侧依次设置有第一透镜组、光阑组件、第二透镜组、ICR组件，所述第一透镜组和所述第二透镜组沿光轴方向可活动地安装于所述镜筒，其中，所述第一透镜组用以进行变焦，所述第二透镜组用以进行对焦，在所述第一透镜组和所述第二透镜组中沿所述光轴方向协同移动，以使得所述小变倍变焦镜头由广角端变焦至望远端，且使得所述小变倍变焦镜头在变焦过程中保持所述成像面成像清晰，其中，所述第一透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜，所述第二透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜，通过两个透镜组的合理设置以及所述小变倍变焦镜头广角端焦距和第二透镜组焦距比值的有条件的限制，使得所述小变倍变焦镜头处于广角端的最大视场角达150°以上，处于望远端最小视场角达35°以下，所述小变倍变焦镜头的最大光圈F数F≤1.3，焦距变倍比大于或等于3.0，以提供一种可变倍率较大、光圈较大的小变倍变焦镜头。
具体地，在本实施例中，在所述第一透镜、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、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十透镜中，其中至多有四个透镜设置为玻璃透镜，其它透镜设置为塑胶透镜。
具体地，因玻璃材质的透镜具有硬度高、耐磨性强、使用寿命长的特点。并且全玻璃镜头化学性质稳定，不容易受热胀冷缩的影响出现跑焦现象，也不容易被腐蚀。全玻璃镜头可以很好的抵抗镜头受热变形的问题，长时间保持镜头的高精度。
在本实施例中，所述第四透镜设置为玻璃透镜，但是因全玻璃镜头在价格上会比较高，提高了成本，采用全玻璃镜头的镜头价格会稍高一些，且全玻璃镜头的抗冲击能力也较弱。
在本实施例中，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、第九透镜和所述第十透镜为塑胶透镜。如此通过玻塑混合搭配，不仅保证了所述小编倍变焦镜头能在实际使用高低温变化的情况，保证常温20℃对焦状况下，在高低温环境中，镜头仍有足够清晰度，并且减轻了镜头的重量，降低了成本，提升了镜头的抗冲击力。
具体地，所述第一透镜组的焦距为f1，所述第一透镜组和所述第二透镜组满足以下条件：-1.1≤f1/f2≤-0.6。通过焦距设置比值的设置，能够使得所述小变倍变焦镜头的焦距的最小焦距达到3.2mm，能够控制所述小变倍变焦镜头的焦距的最大焦距达到10mm，实现倍率3x。
具体地，所述第四透镜的折射率为nd4，其中，1.42≤nd4≤1.6；所述第四透镜的阿贝数为vd4，其中，65≤vd4≤96，并且，在本实施例中，所述第四透镜设置为玻璃透镜。
具体地，在本实施例中，所述第六透镜的折射率为nd6，其中，1.58≤nd6≤1.64；且所述第六透镜的阿贝数为vd6，其中，20≤vd6≤30。
具体地，在本实施例中，所述第九透镜的折射率为nd9，其中，1.62≤nd9≤1.69。
具体地，为了让光学元器件改善光学系统象质，减少光能损失，增加成像清晰度，保护刻度面，进一步优化加工流程达到设计要求，在本实施例中，所述第七透镜和所述第八透镜胶合连接。合适分配光焦度，结合玻璃材料的热参数，很好的矫正像差及实现高低温无热化的效果，也有效减少色差使之达到可见光波段与近红外波段成像共焦面、同时清晰的效果，满足日夜共用需求。
进一步地，为了实现不同景深，光通量的调整，在本实施例中，所述光阑组件设置为可调光阑。如此，可实现不同倍率下的景深调整，以及不同环境下通光量的调整，以便达到更好的成像效果，或者画面具备更丰富的层次。
需要说明的是，在所述小变倍变焦透镜中，所述光阑组件限制轴上光束通光口径在变焦过程中拦掉部分光线，减少了光斑、提高了图像对比度，并有助于提升像质。
可以理解的是，所述感光芯片朝向所述物侧的表面为成像面。
所述小变倍变焦镜头还包括滤光片，所述滤光片位于所述第二透镜组与所述成像面之间，所述滤光片可有效滤掉非工作波段的杂光，以减小光噪声，为后续的光电模块处理部分减小困难，从而提高成像质量。
具体地，所述成像面可以理解为所述感光芯片朝向所述物侧的表面，即可以为CCD或者CMOS等摄像元件的表面，可以理解的是，携带被摄物体信息的光线能够依次经过所述第一透镜、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、所述第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，并最终成像于所述成像面上。
具体地，本实施例中，镜片的面型、曲率半径、厚度和圆锥系数如下表所示：
表1
Figure BDA0003988596740000081
进一步地，在本实施例中，非球面透镜的非球面表面形状满足以下条件：
Figure BDA0003988596740000082
其中，c为半径所对应的曲率，y为径向坐标(其单位和透镜长度单位相同)，k(Conic)为圆锥二次曲线系数，(当k系数小于-1时面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时为抛物线，当k系数介于-1到0之间时为椭圆，当k系数等于0时为圆形，当k系数大于0时为扁圆形)，请参照下表2，通过以上参数即可设定透镜物侧面和像侧面非球面的形状尺寸。
表2非球面镜片对应的非球面系数
Figure BDA0003988596740000083
Figure BDA0003988596740000091
在另一实施例中，镜片的面型、曲率半径、厚度和圆锥系数如下表所示：
表3
Figure BDA0003988596740000092
请参照下表4，在该实施例中，通过以上参数即可设定透镜物侧面和像侧面非球面的形状尺寸。
表4非球面镜片对应的非球面系数
Figure BDA0003988596740000093
Figure BDA0003988596740000101
在又一实施例中，镜片的面型、曲率半径、厚度和圆锥系数如下表所示：
表5
Figure BDA0003988596740000102
请参照下表6，在该实施例中，通过以上参数即可设定透镜物侧面和像侧面非球面的形状尺寸。
表6非球面镜片对应的非球面系数
Figure BDA0003988596740000103
Figure BDA0003988596740000111
在本实施例中，请参照图1至图2，为所述小变倍变焦镜头分别处于广角端时、和望远端时的结构示意图；所述小变倍变焦镜头中各个透镜组的位置示意图。
图3至图4，图3为所述小变倍变焦镜头处于广角端时的像差图(longitudinalaberration)，图4为所述小变倍变焦镜头广角端时的场曲图(field curvature)以及畸变图(distortion)，其中，波长λ含435-656nm波段，图中的S、T，分别为弧矢像面、子午像面所对应的像差。
请参照图5至图6，图5为所述小变倍变焦镜头处于望远端时的球面像差图，图6为所述小变倍变焦镜头处于望远端时的场曲图以及畸变图，其中，波长λ含435-656nm波段，图中的S、T，分别为弧矢像面、子午像面所对应的像差。
由上述图可知，本实施例中的所述小变倍变焦镜头分别在广角端、望远端时的球面像差、场曲以及畸变均能够获得良好的校正。
综上所述，本发明所述的所述小变倍变焦镜头采用了两群结构，焦距可在广角端<3.2mm,望远端>10mm变化，广角端与望远端光学畸变小于60％以内，使得所述小变倍变焦镜头处于广角端的最大视场角达150°以上，处于望远端最小视场角达35°以下，所述小变倍变焦镜头的最大光圈F数F≤1.3，焦距变倍比大于或等于3.0，具备广角，小畸变，大变倍的效果；并且所述小变倍变焦镜头中含有玻璃透镜，充分保证良好的光学性能。
所述小变倍变焦镜头可使用可调光阑3，而且在广角端光圈数达到1.3，在望远端光圈数达到2.8的情况下，具有极高的感光性能，即使在较暗的环境下仍可拍摄较清晰的画面。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种小变倍变焦镜头，其特征在于，所述小变倍变焦镜头具有沿光轴方向呈相对设置的物侧和像侧，所述小变倍变焦镜头包括：
镜筒；以及，
透镜组，所述透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜组、光阑组件、具有负光焦度的第二透镜组、ICR组件、以及感光芯片，其中，所述第一透镜组和所述第二透镜组均沿所述光轴方向可移动地安装于所述镜筒，所述第一透镜组沿所述光轴方向移动，以使得所述小变倍变焦镜头对焦，所述第二透镜组沿所述光轴方向移动，以使得所述小变倍变焦镜头变焦；
其中，所述第一透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜，所述第二透镜组包括自所述物侧至所述像侧依次设置的具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜；
所述第二透镜组的焦距为f2，所述小变倍变焦镜头处于广角端的焦距为fw，所述小变倍变焦镜头处于望远端的焦距为fT，其中，所述小变倍变焦镜头满足以下条件：0.2≤fw/f2≤0.4，0.9≤fT/f2≤1.2。
2.如权利要求1所述的小变倍变焦镜头，其特征在于，在所述第一透镜、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、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十透镜中，其中至多有四个透镜设置为玻璃透镜，其它透镜设置为塑胶透镜。
3.如权利要求2所述的小变倍变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、第九透镜和所述第十透镜为塑胶透镜。
4.如权利要求2所述的小变倍变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜设置为玻璃透镜。
5.如权利要求1所述的小变倍变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组的焦距为f1，所述第一透镜组和所述第二透镜组满足以下条件：-1.1≤f1/f2≤-0.6。
6.如权利要求1所述的小变倍变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜的折射率为nd4，其中，1.42≤nd4≤1.6；
所述第四透镜的阿贝数为vd4，其中，65≤vd4≤96。
7.如权利要求1所述的小变倍变焦镜头，其特征在于，所述第六透镜的折射率为nd6，其中，1.58≤nd6≤1.64；
所述第六透镜的阿贝数为vd6，其中，20≤vd6≤30。
8.如权利要求1所述的小变倍变焦镜头，其特征在于，所述第九透镜的折射率为nd9，其中，1.62≤nd9≤1.69。
9.如权利要求1所述的小变倍变焦镜头，其特征在于，所述第七透镜和所述第八透镜胶合连接。
10.如权利要求1所述的小变倍变焦镜头，其特征在于，所述光阑组件设置为可调光阑。
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