CN116679431B - 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,包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一固定透镜组、变倍透镜组、第二固定透镜组和补偿透镜组,第一固定透镜组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜;变倍透镜组包括第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜;第二固定透镜组包括第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜;补偿透镜组包括第十三透镜和第十四透镜。本发明提供的变焦镜头,仅采用14枚透镜,减小了镜头长度,降低了成本和重量,同时,通过合理搭配各个透镜组以及其中各个透镜的光焦度,有效实现了各焦段的像差平衡,保证不同焦距状态下系统的像质。

Description

一种变焦镜头
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
变焦镜头鉴于其焦距连续可变的特点进而可实现多种监控场景,在安防监控市场上越来越受欢迎。变焦镜头按照变倍比的大小可分为小变倍变焦镜头与大变倍变焦镜头;按照角度来分可以分为广角变焦与长焦变焦。
现有安防领域通常将变焦镜头应用于大范围搜索,小范围监控的应用场景,一般来说,变倍比越大,可监控的范围越广,但现有的技术而言,大变倍比的变焦镜头通常具有较冗长的结构,兼顾小型化设计是设计难点也是目前行业发展方向之一。
发明内容
本发明提供一种变焦镜头,以在较短的全长限制内实现较高像质,并降低成本和重量。
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固定透镜组、变倍透镜组、第二固定透镜组和补偿透镜组;所述第一固定透镜组和所述第二固定透镜组固定设置,所述变倍透镜组和所述补偿透镜组沿所述光轴方向移动设置;
所述第一固定透镜组包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜;所述变倍透镜组包括沿光轴从物面至像面依次排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜;所述第二固定透镜组沿光轴从物面至像面依次排列的包括第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜;所述补偿透镜组包括沿光轴从物面至像面依次排列的第十三透镜和第十四透镜;
所述第一透镜为负光焦度透镜,所述第二透镜为正光焦度透镜,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,所述第五透镜为负光焦度透镜,所述第六透镜为负光焦度透镜,所述第七透镜为正光焦度透镜,所述第八透镜为负光焦度透镜,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,所述第十一透镜为正光焦度透镜,所述第十二透镜为负光焦度透镜,所述第十三透镜为正光焦度透镜,所述第十四透镜为负光焦度透镜。
可选的,所述固定透镜组具有正光焦度,所述变倍透镜组具有负光焦度,所速第二固定透镜组具有正光焦度,所述补偿透镜组具有正光焦度。
可选的,所述固定透镜组的光焦度为G1;所述变倍透镜组元的光焦度为Z1;所述第二固定透镜组的光焦度为G2;所述补偿透镜组的光焦度为B,其中:
0.05≤|G1/B|≤1;0.5≤|Z1/B|≤5;0.2≤|G2/B|≤4。
可选的,所述第一透镜和所述第二透镜组成双胶合透镜,所述第七透镜和所述第八透镜组成双胶合透镜。
可选的,所述第十一透镜和所述第十二透镜组成双胶合透镜,所述第十三透镜和所述第十四透镜组成双胶合透镜。
可选的,所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为玻璃球面透镜;所述第九透镜为非球面透镜;所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜为非球面透镜(不局限于玻璃或塑料材料)。
可选的,所述变焦镜头还包括光阑,所述光阑设置在所述第八透镜和所述第九透镜之间的光路中。
可选的,所述第一透镜的光焦度为所述第二透镜的光焦度为/>所述第三透镜的光焦度为/>所述第四透镜的光焦度为/>所述第五透镜的光焦度为/>所述第六透镜的光焦度为/>所述第七透镜的光焦度为/>所述第八透镜的光焦度为/>所述第九透镜的光焦度为/>所述第十透镜的光焦度为/>所述第十一透镜的光焦度为/>所述第十二透镜的光焦度为/>所述第十三透镜的光焦度为/>所述第十四透镜的光焦度为所述变倍透镜组的光焦度为Z1,所述补偿透镜组的光焦度为B,其中:
可选的,所述第一透镜的折射率为n1,所述第二透镜的折射率为n2,所述第三透镜的折射率为n3,所述第四透镜的折射率为n4,所述第五透镜的折射率为n5,所述第六透镜的折射率为n6,所述第七透镜的折射率为n7,所述第八透镜的折射率为n8,所述第九透镜的折射率为n9,所述第十透镜的折射率为n10,所述第十一透镜的折射率为n11,所述第十二透镜的折射率为n12,所述第十三透镜的折射率为n13,所述第十四透镜的折射率为n14,其中:
1.55≤n1≤1.95;1.41≤n2≤1.65;1.43≤n3≤1.75;1.43≤n4≤1.75;
1.60≤n5≤1.95;1.50≤n6≤1.95;1.50≤n7≤1.95;
1.45≤n8≤1.75;1.40≤n9≤1.75;1.40≤n10≤1.85;
1.40≤n11≤1.78;1.45≤n12≤1.85;1.45≤n13≤1.85;
1.43≤n14≤1.85。
可选的,所述变焦镜头的像面直径为IC,所述变焦镜头的总长为TTL,其中,0.015≤IC/TTL≤1.35。
本发明实施例提供的变焦镜头,包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一固定透镜组、变倍透镜组、第二固定透镜组和补偿透镜组,并具体采用14枚透镜,透镜数量较少,从而有助于减小镜头长度。通过合理搭配各个透镜组以及其中各个透镜的光焦度,可以有效实现各焦段的像差平衡,保证不同焦距状态下图像的清晰,实现了一种具有大变倍比且兼顾小型化的变焦镜头。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种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一种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一种变焦镜头在广角端的球差曲线图;
图4为发明本实施例一提供的一种变焦镜头在广角端的光线光扇图;
图5为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在广角端的点列图;
图6为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在广角端的场曲畸变图;
图7为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在长焦端的球差曲线图;
图8为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在长焦端的光线光扇图;
图9为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在长焦端的点列图;
图10为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在长焦端的场曲畸变图;
图11为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的结构示意图;
图12为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的结构示意图;
图13为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的球差曲线图;
图14为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的光线光扇图;
图15为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的点列图;
图16为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的场曲畸变图;
图17为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的球差曲线图;
图18为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的光线光扇图;
图19为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的点列图;
图20为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的场曲畸变图;
图21为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的结构示意图;
图22为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的结构示意图;
图23为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的球差曲线图;
图24为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的光线光扇图;
图25为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的点列图;
图26为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的场曲畸变图;
图27为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的球差曲线图;
图28为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的光线光扇图;
图29为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的点列图;
图30为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的场曲畸变图。
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一种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一种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一种变焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一固定透镜组11、变倍透镜组12、第二固定透镜组13和补偿透镜组14;第一固定透镜组11和第二固定透镜组13固定设置,变倍透镜组12和补偿透镜组14沿光轴方向移动设置。
第一固定透镜组11包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113和第四透镜114,变倍透镜组12包括沿光轴从物面至像面依次排列的第五透镜121、第六透镜122、第七透镜123和第八透镜124,第二固定透镜组13包括沿光轴从物面至像面依次排列的第九透镜131、第十透镜132、第十一透镜133和第十二透镜134,补偿透镜组14包括沿光轴从物面至像面依次排列的第十三透镜141和第十四透镜142。
第一透镜111为负光焦度透镜,第二透镜112为正光焦度透镜,第三透镜113为正光焦度透镜,第四透镜114为正光焦度透镜,第五透镜121为负光焦度透镜,第六透镜122为负光焦度透镜,第七透镜123为正光焦度透镜,第八透镜124为负光焦度透镜,第九透镜131为正光焦度透镜,第十透镜132为正光焦度透镜,第十一透镜133为正光焦度透镜,第十二透镜134为负光焦度透镜,第十三透镜141为正光焦度透镜,第十四透镜142为负光焦度透镜。
其中,在本实施例提供的变焦镜头中,可将第一固定透镜组11、变倍透镜组12、第二固定透镜组13和补偿透镜组14设置于一个镜筒(图1和图2中未示出)内。第一固定透镜组11和第二固定透镜组13在该镜筒中位置固定,此时,第一固定透镜组11和第二固定透镜组13相对像面不动。变倍透镜组12和补偿透镜组14可在镜筒中沿光轴作往复移动,移动变倍透镜组12可以起到变倍作用,移动补偿透镜组14以补偿变倍透镜组12变焦移动过程中引起的像面离焦,进而保证不同焦距状态下图像的清晰的作用,变倍透镜组12和补偿透镜组14根据各自变焦曲线进行相应的运动,可以使变焦镜头的焦距实现从广角到长焦的连续变化。
可以理解的是,变焦镜头通过移动变倍透镜组12和补偿透镜组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相同的长度。
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,其数值为焦距的倒数,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)。
其中,透镜邻近物面一侧的表面为物侧面,透镜邻近像面一侧的表面为像侧面。在本实施例中,通过设置第一固定透镜组11包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113和第四透镜114,变倍透镜组12包括沿光轴从物面至像面依次排列的第五透镜121、第六透镜122、第七透镜123和第八透镜124,第二固定透镜组13包括沿光轴从物面至像面依次排列的第九透镜131、第十透镜132、第十一透镜133和第十二透镜134,补偿透镜组14包括沿光轴从物面至像面依次排列的第十三透镜141和第十四透镜142,并合理分配第一固定透镜组11、变倍透镜组12、第二固定透镜组13、补偿透镜组14,以及各个透镜的光焦度,使得各个透镜组和各个透镜的光焦度相互配合,以补偿变倍透镜组12和补偿透镜组14变焦移动过程中引起的像差,可以有效实现各焦段的像差平衡,保证不同焦距状态下图像的清晰。
同时,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,从而有助于减小镜头长度,可在较短的全长限制内实现较高像质,降低了成本和重量。
综上所述,本发明实施例提供的变焦镜头,包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一固定透镜组、变倍透镜组、第二固定透镜组和补偿透镜组,并具体采用14枚透镜,透镜数量较少,从而有助于减小镜头长度。通过合理搭配各个透镜组以及其中各个透镜的光焦度,可以有效实现各焦段的像差平衡,保证不同焦距状态下图像的清晰,实现了一种具有大变倍比且兼顾小型化的变焦镜头。
作为一种可行的实施方式,如图1和图2所示,第一固定透镜组11具有正光焦度,变倍透镜组12具有负光焦度,第二固定透镜组13具有正光焦度,补偿透镜组14具有正光焦度。
其中,通过合理调整第一透镜111至第十三透镜142光焦度数值,使得第一固定透镜组11具有正光焦度,变倍透镜组12具有负光焦度,第二固定透镜组13具有正光焦度,补偿透镜组14具有正光焦度,第一固定透镜组11、第二固定透镜组13和补偿透镜组14的光焦度相互配合,能够补偿变倍透镜组12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。
在上述实施例的基础上,如图1和图2所示,可选的,第一固定透镜组11的光焦度为G1;变倍透镜组12的光焦度为Z1;第二固定透镜组13的光焦度为G2;补偿透镜组14的光焦度为B,其中:
0.05≤|G1/B|≤1;0.5≤|Z1/B|≤5;0.2≤|G2/B|≤4。
其中,通过合理设置第一固定透镜组11、变倍透镜组12、第二固定透镜组13与补偿透镜组14的光焦度关系,补偿变倍透镜组12和补偿透镜组14变焦移动过程中引起的像差,有效实现变焦透镜各焦段的像差平衡,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,如图1和图2所示,第一透镜111和第二透镜112组成双胶合透镜,第七透镜123和第八透镜124组成双胶合透镜。
其中,通过组成双胶合透镜设置,可以有效减小第一透镜111和第二透镜112之间以及第七透镜123和第八透镜124之间的空气间隔,减小变焦镜头总长。此外,双胶合透镜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,双胶合透镜使用还可减少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,第十一透镜133和第十二透镜134组成双胶合透镜,第十三透镜141和第十四透镜142组成双胶合透镜。
其中,通过组成双胶合透镜设置,可以有效减小第十一透镜133和第十二透镜134之间以及第十三透镜141和第十四透镜142之间的空气间隔,减小变焦镜头总长。此外,双胶合透镜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,双胶合透镜使用还可减少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,第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113、第四透镜114和第五透镜121为玻璃球面透镜;第九透镜131为非球面透镜;第六透镜122、第七透镜123、第八透镜124、第十透镜132、第十一透镜133、第十二透镜134、第十三透镜141和第十四透镜142为非球面透镜。
其中,通过设置第九透镜131、第七透镜123、第八透镜124、第十透镜132、第十一透镜133、第十二透镜134、第十三透镜141和第十四透镜142为非球面透镜,可有效地矫正高级像差。由于塑料材质的透镜成本远低于玻璃材质的透镜成本,第七透镜123、第八透镜124、第十透镜132、第十一透镜133、第十二透镜134、第十三透镜141和第十四透镜142可以采用塑料非球面透镜,可以大幅度降低变焦镜头的成本,第九透镜131的材质可以为玻璃或者塑胶,这里不做限制。进一步地,玻璃材质的透镜的光线转折能力较强,设置第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113、第四透镜114和第五透镜121为玻璃球面透镜,有助于减少透镜数量,从而降低镜头体积。
同时,玻璃和塑料这两类材质还可以起到互相补偿作用,可以平衡高低温,使得变焦镜头具有高低温性能稳定的特点,有助于提高变焦镜头的环境适应性,满足变焦镜头在-40℃-80℃的高低温环境中的使用条件。
需要说明的是,塑料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。
作为一种可行的实施方式,如图1和图2所示,变焦镜头还包括光阑15,光阑15设置在第八透镜124和第九透镜131之间的光路中。
其中,光阑15包括孔径光阑和视场光阑,孔径光阑指的是限制光束最多的光阑,视场光阑指的是限制视场(大小)最多的光阑,光阑15可以设置在第八透镜124和第九透镜131之间的光路中,通过增设光阑15可以起到调节第八透镜124出射的光束到第九透镜131入射面的传播方向,进而对变焦镜头中的光束或者视场范围进行限制,有利于提高变焦镜头的成像质量。但本发明实施例对光阑15的具体设置位置不进行限定。
作为一种可行的实施方式,如图1和图2所示,第一透镜111的光焦度为第二透镜112的光焦度为/>第三透镜113的光焦度为/>第四透镜114的光焦度为/>第五透镜121的光焦度为/>第六透镜122的光焦度为/>第七透镜123的光焦度为/>第八透镜124的光焦度为/>第九透镜131的光焦度为/>第十透镜132的光焦度为/>第十一透镜133的光焦度为/>第十二透镜134的光焦度为/>第十三透镜141的光焦度为/>第十四透镜142的光焦度为/>变倍透镜组12的光焦度为Z1,补偿透镜组14的光焦度为B,其中:
其中,通过合理分配各第一透镜111到第十四透镜142分别与变倍透镜组12和补偿透镜组14的光焦度,有利于较好的校正像差,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,如图1和图2所示,第一透镜111的折射率为n1,第二透镜112的折射率为n2,第三透镜113的折射率为n3,第四透镜114的折射率为n4,第五透镜121的折射率为n5,第六透镜122的折射率为n6,第七透镜123的折射率为n7,第八透镜124的折射率为n8,第九透镜131的折射率为n9,第十透镜132的折射率为n10,第十一透镜133的折射率为n11,第十二透镜134的折射率为n12,第十三透镜141的折射率为n13,第十四透镜142的折射率为n14,其中:
1.55≤n1≤1.95;1.41≤n2≤1.65;1.43≤n3≤1.75;1.43≤n4≤1.75;
1.60≤n5≤1.95;1.50≤n6≤1.95;1.50≤n7≤1.95;
1.45≤n8≤1.75;1.40≤n9≤1.75;1.40≤n10≤1.85;
1.40≤n11≤1.78;1.45≤n12≤1.85;1.45≤n13≤1.85;
1.43≤n14≤1.85。
其中,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,通过搭配设置变焦镜头中第一透镜111到第十四透镜142的折射率,有利于实现变焦镜头的小型化设计;同时,还有利于实现较高的像素分辨率与较大的光圈。
作为一种可行的实施方式,变焦镜头的像面直径为IC,变焦镜头的总长为TTL,其中,0.015≤IC/TTL≤1.35。
其中,变焦镜头的有效像面直径为IC(Image circle),第一透镜111的物侧面的光轴中心至像面的距离为变焦镜头的光学总长TTL,在本实施例中,通过合理设置变焦镜头的像面直径IC与变焦镜头的总长TTL之间的关系,使其适用1/2.7英寸靶面的感光芯片,在满足镜头像面需求的同时,还可以有效地控制镜头全长,从而降低光学镜头的镜头总长,实现变焦镜头的小型化,有利于后期的装配。
作为一种可行的实施方式,如图1和图2所示,变焦镜头还包括滤光片16,滤光片16设置在第十四透镜142的像侧面一侧。
其中,通过在第十四透镜142和像面之间设置具有一定厚度的滤光片16,起到保护作用的同时,还可滤除不需要的杂散光,从而提高变焦镜头的成像质量,例如,通过滤光片16在白天滤除红外光来提高变焦镜头的成像质量。
综上所述,本发明实施例提供的变焦镜头,使用14枚透镜,通过合理的搭配其光焦度、折射率配比,选用合适的材料,使得变焦镜头可以较好的校正像差,具有大变倍比且兼顾小型化结构,在较短的全长限制内实现较高像质以及较大的光圈,可适用1/2.7英寸CMOS感光靶面,满足-40℃-80℃的高低温环境中的使用条件。
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
面序号 表面类型 曲率半径(R) 厚度(T) 材料(nd) K系数
1 球面 73.540 1.214 1.849 0.00
2 球面 42.324 6.372 1.496 0.00
3 球面 -7164.154 0.081 0.00
4 球面 46.749 2.824 1.552 0.00
5 球面 88.469 0.081 0.00
6 球面 35.323 3.957 1.590 0.00
7 球面 110.111 可变间距1 0.00
8 球面 -238.526 0.847 1.830 0.00
9 球面 9.033 1.470 0.00
10 非球面 21.240 1.413 1.692 -70.85
11 非球面 13.102 1.590 -29.08
12 球面 无限 0.091 0.00
13 非球面 22.152 2.853 1.669 -35.94
14 非球面 -14.863 1.872 1.537 -2.64
15 非球面 17.754 可变间距2 0.65
16 STO 无限 0.478 0.00
17 非球面 10.992 4.839 1.439 -1.30
18 非球面 -17.961 0.000 -19.11
19 球面 无限 1.169 0.00
20 非球面 26.222 1.461 1.671 5.38
21 非球面 -326.131 0.000 -300.30
22 球面 无限 0.355 0.00
23 非球面 27.849 1.807 1.541 18.22
24 非球面 -27.780 1.179 1.615 29.67
25 非球面 6.054 可变间距3 0.62
26 非球面 13.263 2.377 1.551 4.26
27 非球面 -8.486 1.638 1.608 1.74
28 非球面 -20.780 可变间距4 5.99
29 球面 无限 0.816 1.520 0.00
30 球面 无限 2.876 0.00
31 IMG 无限
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1代表第一透镜111的物侧面,面序号2代表第一透镜112的像侧面,依次类推;R为曲率半径,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;T为厚度,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);nd为折射率,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;k系数代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。
表2表示表1中可变间距的数值,单位为毫米(mm)。
表2变焦镜头的可变间距的设计值
可变间距 广角端 长焦端
可变间距1 0.8 32.87
可变间距2 33.27 1.2
可变间距3 7.042 11.044
可变间距4 6.002 2.0
通过调整透镜可变间距1、可变间距2、可变间距1、可变间距2分别在广角端和长焦端的距离,改变变焦透镜的变焦倍数,使其具有较大的变倍比。
其非球面表面形状方程Z满足:
其中,y表示距离光轴的垂直距离,Z为非球面沿光轴方向在y位置时,距非球面顶点的距离矢高;c为拟合球面的曲率,c=1/R,R表示镜面的近轴曲率半径;k为圆锥系数;A、B、C、D、E和F为高次非球面系数。
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
其中,4.243E-04表示面序号为10的系数A为4.243*10-4,依此类推。
本实施例提供的变焦镜头达到了如下技术指标:
表4变焦镜头的技术指标
广角端 长焦端
光圈F 1.705 3.712
焦距 5.523mm 103.914mm
视场角 35.5° 1.84°
进一步的,图3为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在广角端的球差曲线图,如图3所示,该变焦镜头在不同波长(436nm、486nm、546mm、587mm和656nm)下的球差均在0.025mm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,本发明实施例一提供的变焦镜头在广角端能够较好地校正像差。
图4为发明本实施例一提供的一种变焦镜头在广角端的光线光扇图,如图4所示,不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)在该变焦镜头的不同视场角下的成像范围均在20μm以内且曲线非常集中,保证了不同视场区域的像差较小,也即说明了本发明实施例一提供的变焦镜头在广角端较好地校正了光学系统的像差。
图5为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在广角端的点列图,如图5所示,其中,点列图是现代光学设计中最常用的评价方法之一。点列图是指由一点光源发出的许多光线经光学系统后,因像差使其与像面的交点不再集中于同一点,而形成了一个散布在一定范围的弥散图形。如图5所示,本发明实施例提供的变焦镜头,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在各个视场下的弥散图形比较集中,分布也比较均匀,没有出现某个视场下的弥散图形随波长而上下分离得很开的现象,说明无明显紫边。同时,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在该变焦镜头的各视场位置处的均方根半径值(RMS半径)分别为1.355μm、1.302μm、1.645μm、1.167μm和1.035μm,表明各视场的RMS半径均小于2μm,也即说明了该变焦镜头在广角端具有较低的色差和像差,解决了各波段成像的紫边问题,能够实现高分辨率的成像。
图6为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在广角端的场曲畸变图,如图6所示,左侧坐标系中,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6左侧坐标系可以看出,本实施例提供的变焦镜头从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(-0.05mm,0.05mm)以内,即在成像时,中心的像质和周边的像质差距较小;右侧坐标系中,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6左侧坐标系可以看出,本实施例一提供的变焦镜头在广角端的畸变从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(-20%,0)以内,得到了较好地矫正,成像畸变较小,满足低畸变的要求。
图7为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在长焦端的球差曲线图,如图7所示,该变焦镜头在不同波长(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)下的球差均在0.015mm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在长焦端能够较好地校正像差。
图8为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在长焦端的光线光扇图,如图8所示,不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)在该变焦镜头的不同视场角下的成像范围均在20μm以内且曲线非常集中,保证了不同视场区域的像差较小,也即说明了该变焦镜头在长焦端较好地校正了光学系统的像差。
图9为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在长焦端的点列图,如图9所示,本发明实施例提供的变焦镜头,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在各个视场下的弥散图形比较集中,分布也比较均匀,没有出现某个视场下的弥散图形随波长而上下分离得很开的现象,说明无明显紫边。同时,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在该变焦镜头的各视场位置处的均方根半径值(RMS半径)分别为0.215μm、0.560μm、0.555μm、0.695μm和0.664μm,表明各视场的RMS半径均小于1μm,也即说明了该变焦镜头在长焦端具有较低的色差和像差,解决了各波段成像的紫边问题,能够实现高分辨率的成像。
图10为本发明实施例一提供的一种变焦镜头在长焦端的场曲畸变图,如图10所示,左侧坐标系中,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10左侧坐标系可以看出,本实施例提供的变焦镜头从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(-0.05mm,0.05mm)以内,即在成像时,中心的像质和周边的像质差距较小;右侧坐标系中,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10左侧坐标系可以看出,本实施例提供的变焦镜头本实施例提供的变焦镜头在长焦端的畸变从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(0,2%)以内,得到了非常好地矫正,成像畸变较小,满足低畸变的要求。
实施例二
图11为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的结构示意图;图12为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的结构示意图。如图11和图12所示,本发明实施例提供的一种变焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一固定透镜组11、变倍透镜组12、第二固定透镜组13和补偿透镜组14;第一固定透镜组11和第二固定透镜组13固定设置,变倍透镜组12和补偿透镜组14沿光轴方向移动设置。
第一固定透镜组11包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113和第四透镜114,变倍透镜组12包括沿光轴从物面至像面依次排列的第五透镜121、第六透镜122、第七透镜123和第八透镜124,第二固定透镜组13包括沿光轴从物面至像面依次排列的第九透镜131、第十透镜132、第十一透镜133和第十二透镜134,补偿透镜组14包括沿光轴从物面至像面依次排列的第十三透镜141和第十四透镜142。
光阑15设置在第八透镜124和第九透镜131之间的光路中,平板玻璃16设置在第十四透镜142的像侧面一侧。
第一透镜111为负光焦度透镜,第二透镜112为正光焦度透镜,第三透镜113为正光焦度透镜,第四透镜114为正光焦度透镜,第五透镜121为负光焦度透镜,第六透镜122为负光焦度透镜,第七透镜123为正光焦度透镜,第八透镜124为负光焦度透镜,第九透镜131为正光焦度透镜,第十透镜132为正光焦度透镜,第十一透镜133为正光焦度透镜,第十二透镜134为负光焦度透镜,第十三透镜141为正光焦度透镜,第十四透镜142为负光焦度透镜。
示例性的,表5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5中的变焦镜头对应图11和图12所示的变焦镜头。
表5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1代表第一透镜111的物侧面,面序号2代表第一透镜112的像侧面,依次类推;R为曲率半径,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;T为厚度,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);nd为折射率,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;k系数代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。
表6表示表5中可变间距的数值,单位为毫米(mm)。
表6变焦镜头的可变间距的设计值
广角端 长焦端
可变间距1 0.8 32.959
可变间距2 33.359 1.2
可变间距3 6.86 11.233
可变间距4 5.184 0.811
通过调整透镜可变间距1、可变间距2、可变间距1、可变间距2分别在广角端和长焦端的距离,改变变焦透镜的变焦倍数,使其具有较大的变倍比。其非球面表面形状方程Z满足:
其中,y表示距离光轴的垂直距离,Z为非球面沿光轴方向在y位置时,距非球面顶点的距离矢高;c为拟合球面的曲率,c=1/R,R表示镜面的近轴曲率半径;k为圆锥系数;A、B、C、D、E和F为高次非球面系数。
示例性的,表7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7变焦镜头中各透镜非球面系数的设计值
序号 A B C D E F
10 3.161E-04 2.654E-05 -4.848E-07 1.547E-09 4.121E-11 0.000E+00
11 1.250E-04 2.918E-05 1.875E-07 -2.331E-08 3.448E-10 0.000E+00
13 -8.920E-04 1.595E-05 4.605E-08 -6.611E-09 5.973E-11 0.000E+00
14 -8.026E-04 9.119E-06 3.107E-07 -1.356E-08 1.113E-10 0.000E+00
15 -6.764E-04 4.545E-06 7.277E-08 -3.401E-09 2.822E-11 0.000E+00
17 3.383E-05 -4.413E-06 5.920E-08 1.838E-10 -2.138E-11 0.000E+00
18 -2.564E-04 -4.214E-06 3.050E-07 -6.462E-09 3.979E-11 0.000E+00
20 7.762E-05 -9.905E-07 -1.109E-07 -8.131E-09 7.195E-11 3.006E-12
21 3.060E-04 1.216E-05 -1.382E-06 1.554E-08 2.703E-10 -2.365E-12
23 -4.195E-04 1.197E-05 -1.707E-08 -1.509E-08 2.490E-10 4.839E-12
24 1.210E-03 -2.251E-06 -1.271E-05 1.338E-06 -5.602E-08 8.853E-10
25 -1.367E-03 1.252E-05 -4.344E-06 5.172E-07 -2.885E-08 4.802E-10
26 -4.278E-04 8.692E-06 -1.973E-06 1.241E-07 -4.258E-09 5.451E-11
27 2.384E-03 -3.133E-04 2.717E-05 -9.602E-07 2.965E-09 4.945E-10
28 1.333E-05 -1.836E-05 1.417E-06 -7.609E-08 2.141E-09 -2.482E-11
其中,4.243E-04表示面序号为10的系数A为4.243*10-4,依此类推。
本实施例提供的变焦镜头达到了如下技术指标:
表8变焦镜头的技术指标
广角端 长焦端
光圈F 1.692 3.714
焦距 5.431mm 103.952mm
视场角 35.5° 1.84°
进一步的,图13为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的球差曲线图,如图13所示,该变焦镜头在不同波长(435nm、486nm、546nm、587nm和656nm)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,本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端能够较好地校正像差。
图14为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的光线光扇图,如图14所示,不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)在该变焦镜头的不同视场角下的成像范围均在20μm以内且曲线非常集中,保证了不同视场区域的像差较小,也即说明了本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端较好地校正了光学系统的像差。
图15为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的点列图,如图15所示,其中,点列图是现代光学设计中最常用的评价方法之一。点列图是指由一点光源发出的许多光线经光学系统后,因像差使其与像面的交点不再集中于同一点,而形成了一个散布在一定范围的弥散图形。如图15所示,本发明实施例提供的变焦镜头,不同波长的光线(0.4360μm、0.4861μm、0.5460μm、0.5876μm和0.6563μm)在各个视场下的弥散图形比较集中,分布也比较均匀,没有出现某个视场下的弥散图形随波长而上下分离得很开的现象,说明无明显紫边。同时,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在该变焦镜头的各视场位置处的均方根半径值(RMS半径)分别为0.746μm、1.190μm、1.112μm、0.611μm和1.012μm,表明各视场的RMS半径均小于1.5μm,也即说明了本发明实施例二提供的变焦镜头在广角端具有较低的色差和像差,解决了各波段成像的紫边问题,能够实现高分辨率的成像。
图16为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在广角端的场曲畸变图,如图16所示,左侧坐标系中,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16左侧坐标系可以看出,本实施例提供的变焦镜头从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(-0.05mm,0.05mm)以内,即在成像时,中心的像质和周边的像质差距较小;右侧坐标系中,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16左侧坐标系可以看出,本实施例二提供的变焦镜头在广角端的畸变从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(-20%,0)以内,得到了较好地矫正,成像畸变较小,满足低畸变的要求。
图17为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的球差曲线图,如图17所示,该变焦镜头在不同波长(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)下的球差均在0.02mm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,本发明实施例二提供的变焦镜头在长焦端能够较好地校正像差。
图18为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的光线光扇图,如图18所示,不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)在该变焦镜头的不同视场角下的成像范围均在20μm以内且曲线非常集中,保证了不同视场区域的像差较小,也即说明了该变焦镜头在长焦端较好地校正了光学系统的像差。
图19为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的点列图,如图19所示,本发明实施例提供的变焦镜头,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在各个视场下的弥散图形比较集中,分布也比较均匀,没有出现某个视场下的弥散图形随波长而上下分离得很开的现象,说明无明显紫边。同时,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在该变焦镜头的各视场位置处的均方根半径值(RMS半径)分别为0.189μm、0.338μm、0.421μm、0.503μm和0.693μm,表明各视场的RMS半径均小于1μm,也即说明了该变焦镜头在长焦端具有较低的色差和像差,解决了各波段成像的紫边问题,能够实现高分辨率的成像。
图20为本发明实施例二提供的一种变焦镜头在长焦端的场曲畸变图,如图20所示,左侧坐标系中,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20左侧坐标系可以看出,本实施例提供的变焦镜头从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(-0.05mm,0.05mm)以内,即在成像时,中心的像质和周边的像质差距较小;右侧坐标系中,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20左侧坐标系可以看出,本实施例二提供的变焦镜头在广角端的畸变从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(0,2%)以内,得到了非常好地矫正,成像畸变较小,满足低畸变的要求。
实施例三
图21为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的结构示意图;图22为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的结构示意图。如图21和图22所示,本发明实施例提供的一种变焦镜头包括沿光轴从物面到像面依次排列的第一固定透镜组11、变倍透镜组12、第二固定透镜组13和补偿透镜组14;第一固定透镜组11和第二固定透镜组13固定设置,变倍透镜组12和补偿透镜组14沿光轴方向移动设置。
第一固定透镜组11包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113和第四透镜114,变倍透镜组12包括沿光轴从物面至像面依次排列的第五透镜121、第六透镜122、第七透镜123和第八透镜124,第二固定透镜组13包括沿光轴从物面至像面依次排列的第九透镜131、第十透镜132、第十一透镜133和第十二透镜134,补偿透镜组14包括沿光轴从物面至像面依次排列的第十三透镜141和第十四透镜142。
光阑15设置在第八透镜124和第九透镜131之间的光路中,平板玻璃16设置在第十四透镜142的像侧面一侧。
第一透镜111为负光焦度透镜,第二透镜112为正光焦度透镜,第三透镜113为正光焦度透镜,第四透镜114为正光焦度透镜,第五透镜121为负光焦度透镜,第六透镜122为负光焦度透镜,第七透镜123为正光焦度透镜,第八透镜124为负光焦度透镜,第九透镜131为正光焦度透镜,第十透镜132为正光焦度透镜,第十一透镜133为正光焦度透镜,第十二透镜134为负光焦度透镜,第十三透镜141为正光焦度透镜,第十四透镜142为负光焦度透镜。
示例性的,表9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9中的变焦镜头对应图21和图22所示的变焦镜头。
表9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1代表第一透镜111的物侧面,面序号2代表第一透镜112的像侧面,依次类推;R为曲率半径,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;T为厚度,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);nd为折射率,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;k系数代表该非球面的最佳拟合圆锥系数的数值大小。
表10表示表9中可变间距的数值,单位为毫米(mm)。
表10变焦镜头的可变间距的设计值
通过调整透镜可变间距1、可变间距2、可变间距1、可变间距2分别在广角端和长焦端的距离,改变变焦透镜的变焦倍数,使其具有较大的变倍比。
其非球面表面形状方程Z满足:
其中,y表示距离光轴的垂直距离,Z为非球面沿光轴方向在y位置时,距非球面顶点的距离矢高;c为拟合球面的曲率,c=1/R,R表示镜面的近轴曲率半径;k为圆锥系数;A、B、C、D、E和F为高次非球面系数。
示例性的,表11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11变焦镜头中各透镜非球面系数的设计值
序号 A B C D E F
10 3.208E-04 2.705E-05 -5.048E-07 1.347E-09 4.034E-11 0.000E+00
11 1.250E-04 3.033E-05 1.617E-07 -2.414E-08 3.423E-10 0.000E+00
13 -8.611E-04 1.558E-05 4.867E-08 -6.417E-09 5.664E-11 0.000E+00
14 -8.212E-04 9.504E-06 2.920E-07 -1.260E-08 9.270E-11 0.000E+00
15 -6.761E-04 4.504E-06 5.963E-08 -2.691E-09 1.839E-11 0.000E+00
17 3.621E-05 -4.403E-06 6.709E-08 2.655E-10 -2.380E-11 0.000E+00
18 -2.547E-04 -3.955E-06 3.097E-07 -6.462E-09 3.779E-11 0.000E+00
20 7.372E-05 -1.316E-06 -1.167E-07 -8.223E-09 7.509E-11 3.291E-12
21 2.940E-04 1.214E-05 -1.387E-06 1.550E-08 2.744E-10 -2.134E-12
23 -4.026E-04 1.224E-05 -1.567E-08 -1.616E-08 2.033E-10 5.683E-12
24 1.242E-03 -3.645E-06 -1.258E-05 1.331E-06 -5.641E-08 9.115E-10
25 -1.366E-03 1.343E-05 -4.517E-06 5.184E-07 -2.847E-08 4.495E-10
26 -4.614E-04 1.160E-05 -2.167E-06 1.264E-07 -4.024E-09 4.759E-11
27 2.599E-03 -3.281E-04 2.549E-05 -7.952E-07 9.552E-10 3.568E-10
28 5.143E-05 -2.158E-05 1.583E-06 -7.456E-08 1.805E-09 -1.744E-11
其中,3.208E-04表示面序号为10的系数A为3.208*10-4,依此类推。
本实施例提供的变焦镜头达到了如下技术指标:
表12变焦镜头的技术指标
广角端 长焦端
光圈F 1.701 3.713
焦距 5.498mm 103.944mm
视场角 35.5° 1.84°
进一步的,图23为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的球差曲线图,如图23所示,该变焦镜头在不同波长(435nm、486nm、546nm、587nm和656nm)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,本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端能够较好地校正像差。
图24为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的光线光扇图,如图24所示,不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)在该变焦镜头的不同视场角下的成像范围均在20μm以内且曲线非常集中,保证了不同视场区域的像差较小,也即说明了本发明实施例三提供的变焦镜头在广角端较好地校正了光学系统的像差。
图25为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的点列图,如图25所示,其中,点列图是现代光学设计中最常用的评价方法之一。点列图是指由一点光源发出的许多光线经光学系统后,因像差使其与像面的交点不再集中于同一点,而形成了一个散布在一定范围的弥散图形。如图25所示,本发明实施例提供的变焦镜头,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在各个视场下的弥散图形比较集中,分布也比较均匀,没有出现某个视场下的弥散图形随波长而上下分离得很开的现象,说明无明显紫边。同时,不同波长的光线(0.4360μm、0.4861μm、0.5460μm、0.5876μm和0.6563μm)在该变焦镜头的各视场位置处的均方根半径值(RMS半径)分别为1.252μm、1.056μm、1.092μm、0.612μm和0.625μm,表明各视场的RMS半径均小于1.5μm,也即说明了该变焦镜头在广角端具有较低的色差和像差,解决了各波段成像的紫边问题,能够实现高分辨率的成像。
图26为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在广角端的场曲畸变图,如图26所示,左侧坐标系中,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26左侧坐标系可以看出,本实施例提供的变焦镜头从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(-0.05mm,0.05mm)以内,即在成像时,中心的像质和周边的像质差距较小;右侧坐标系中,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26左侧坐标系可以看出,本实施例三提供的变焦镜头在广角端的畸变从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(-20%,0)以内,得到了较好地矫正,成像畸变较小,满足低畸变的要求。
图27为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的球差曲线图,如图27所示,该变焦镜头在不同波长(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)下的球差均在0.020mm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,本发明实施例二提供的变焦镜头在长焦端能够较好地校正像差。
图28为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的光线光扇图,如图28所示,不同波长光线(0.436μm、0.486μm、0.546μm、0.587μm和0.656μm)在该变焦镜头的不同视场角下的成像范围均在20μm以内且曲线非常集中,保证了不同视场区域的像差较小,也即说明了该变焦镜头在长焦端较好地校正了光学系统的像差。
图29为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的点列图,如图29所示,本发明实施例提供的变焦镜头,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在各个视场下的弥散图形比较集中,分布也比较均匀,没有出现某个视场下的弥散图形随波长而上下分离得很开的现象,说明无明显紫边。同时,不同波长的光线(0.4360μm、0.4860μm、0.5460μm、0.5870μm和0.6560μm)在该变焦镜头的各视场位置处的均方根半径值(RMS半径)分别为0.201μm、0.601μm、0.490μm、0.590μm和0.562μm,表明各视场的RMS半径均小于1μm,也即说明了该变焦镜头在长焦端具有较低的色差和像差,解决了各波段成像的紫边问题,能够实现高分辨率的成像。
图30为本发明实施例三提供的一种变焦镜头在长焦端的场曲畸变图,如图30所示,左侧坐标系中,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30左侧坐标系可以看出,本实施例提供的变焦镜头从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(-0.05mm,0.05mm)以内,即在成像时,中心的像质和周边的像质差距较小;右侧坐标系中,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30左侧坐标系可以看出,本实施例二提供的变焦镜头在广角端的畸变从波长为436nm的光到656nm的光,在场曲上被有效地控制在(0,2%)以内,得到了非常好地矫正,成像畸变较小,满足低畸变的要求。
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三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
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 (9)

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固定透镜组、变倍透镜组、第二固定透镜组和补偿透镜组;所述第一固定透镜组和所述第二固定透镜组固定设置,所述变倍透镜组和所述补偿透镜组沿所述光轴方向移动设置;
所述第一固定透镜组包括沿光轴从物面至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜;所述变倍透镜组包括沿光轴从物面至像面依次排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜;所述第二固定透镜组沿光轴从物面至像面依次排列的包括第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜;所述补偿透镜组包括沿光轴从物面至像面依次排列的第十三透镜和第十四透镜;
所述第一透镜为负光焦度透镜,所述第二透镜为正光焦度透镜,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,所述第五透镜为负光焦度透镜,所述第六透镜为负光焦度透镜,所述第七透镜为正光焦度透镜,所述第八透镜为负光焦度透镜,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,所述第十一透镜为正光焦度透镜,所述第十二透镜为负光焦度透镜,所述第十三透镜为正光焦度透镜,所述第十四透镜为负光焦度透镜;
所述第一透镜的光焦度为φ1,所述第二透镜的光焦度为φ2,所述第三透镜的光焦度为φ3,所述第四透镜的光焦度为φ4,所述第五透镜的光焦度为φ5,所述第六透镜的光焦度为φ6,所述第七透镜的光焦度为φ7,所述第八透镜的光焦度为φ8,所述第九透镜的光焦度为φ9,所述第十透镜的光焦度为φ10,所述第十一透镜的光焦度为φ11,所述第十二透镜的光焦度为φ12,所述第十三透镜的光焦度为φ13,所述第十四透镜的光焦度为φ14,所述变倍透镜组的光焦度为Z1,所述补偿透镜组的光焦度为B,其中:
0.02≤|φ1/Z1|≤2.5;0.02≤|φ2/Z1|≤1.8;0.02≤|φ3/Z1|≤2.0;0.03≤|φ4/Z1|≤1.8;
1.0≤|φ5/Z1|≤20;0.02≤|φ6/Z1|≤1.8;1.0≤|φ7/Z1|≤18;1.0≤|φ8/Z1|≤20;
1.0≤|φ9/Z1|≤22;0.5≤|φ10/Z1|≤15;0.05≤|φ11/Z1|≤6;0.5≤|φ12/Z1|≤12;
0.2≤|φ13/B|≤12;0.1≤|φ14/B|≤10。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头,其特征在于,所述第一固定透镜组具有正光焦度,所述变倍透镜组具有负光焦度,所速第二固定透镜组具有正光焦度,所述补偿透镜组具有正光焦度。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头,其特征在于,所述第一固定透镜组的光焦度为G1;所述变倍透镜组的光焦度为Z1;所述第二固定透镜组的光焦度为G2;所述补偿透镜组的光焦度为B,其中:
0.05≤|G1/B|≤1;0.5≤|Z1/B|≤5;0.2≤|G2/B|≤4。
4.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双胶合透镜,所述第七透镜和所述第八透镜组成双胶合透镜。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头,其特征在于,所述第十一透镜和所述第十二透镜组成双胶合透镜,所述第十三透镜和所述第十四透镜组成双胶合透镜。
6.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、所述第四透镜和所述第五透镜为玻璃球面透镜;所述第九透镜为非球面透镜;所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜为非球面透镜。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头,所述变焦镜头还包括光阑,所述光阑设置在所述第八透镜和所述第九透镜之间的光路中。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头,其特征在于,所述第一透镜的折射率为n1,所述第二透镜的折射率为n2,所述第三透镜的折射率为n3,所述第四透镜的折射率为n4,所述第五透镜的折射率为n5,所述第六透镜的折射率为n6,所述第七透镜的折射率为n7,所述第八透镜的折射率为n8,所述第九透镜的折射率为n9,所述第十透镜的折射率为n10,所述第十一透镜的折射率为n11,所述第十二透镜的折射率为n12,所述第十三透镜的折射率为n13,所述第十四透镜的折射率为n14,其中:
1.55≤n1≤1.95;1.41≤n2≤1.65;1.43≤n3≤1.75;1.43≤n4≤1.75;
1.60≤n5≤1.95;1.50≤n6≤1.95;1.50≤n7≤1.95;
1.45≤n8≤1.75;1.40≤n9≤1.75;1.40≤n10≤1.85;
1.40≤n11≤1.78;1.45≤n12≤1.85;1.45≤n13≤1.85;
1.43≤n14≤1.85。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头,其特征在于,所述变焦镜头的像面直径为IC,所述变焦镜头的总长为TTL,其中,0.015≤IC/TTL≤1.35。
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