CN117075315B - 变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：具有正光焦度的第一固定透镜组G1、具有负光焦度的第一变倍透镜组G2、具有正光焦度的第二固定透镜组G3、具有负光焦度的对焦透镜组G4、具有正光焦度的第二变倍透镜组G5、具有负光焦度的第三固定透镜组G6、平行平板CG和像面IMA。本发明的变焦镜头至少具备小型化、低成本、大光圈、低畸变、大变倍比、大视场角等特点之一。

Description

变焦镜头
技术领域
本发明涉及成像镜头技术领域，尤其涉及一种小型化、低成本、大光圈、低畸变、大变倍比、大视场角的变焦镜头。
背景技术
变焦镜头具备焦距可变的特性，可满足多样监控场景的需求，因此该变焦镜头在安防监控、智能交通市场上受到广泛关注并得到广泛应用。
近年来，随着网络技术的迅猛发展，变焦镜头也被广泛应用在远程教育、视频会议、网络直播等各种复杂场景，因此，对光学镜头变倍比、畸变、体积等要求越来越高。
而目前的视讯变焦镜头普遍存在以下缺点：
1、现有技术中的变焦镜头虽然具有较高的像素和大角度，但是镜头尺寸偏大，光学总长过长，无法满足小型化需求，且成本高昂；
2、现有技术中的变焦镜头在变倍过程中画面失真较大，不能满足低畸变的需求；
3、现有技术中的变焦镜头在广角端位置时，光圈FNO普遍较大，使得在偏暗的环境中，像质明显变差。
因此，目前市场正需要一款在至少满足小型化、低成本、大光圈、低畸变、大变倍比、大视场角等特点之一的高倍率变焦镜头。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种至少具备小型化、低成本、大光圈、低畸变、大变倍比、大视场角等特点之一的变焦镜头。
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的方向，依次包括：具有正光焦度的第一固定透镜组、具有负光焦度的第一变倍透镜组、具有正光焦度的第二固定透镜组、具有负光焦度的对焦透镜组、具有正光焦度的第二变倍透镜组、具有负光焦度的第三固定透镜组、平行平板和像面。
根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜组依次包括：光焦度为负的第一透镜、光焦度均为正的第二透镜、第三透镜和第四透镜；
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均为凸凹型透镜；
所述第一透镜与所述第二透镜组成双胶合透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一变倍透镜组依次包括：光焦度为负的第五透镜、光焦度为正的第六透镜、光焦度为负的第七透镜、光焦度为正的第八透镜和光焦度为负的第九透镜；
所述第五透镜为凸凹型透镜；所述第六透镜为凹凸型透镜；所述第七透镜为双凹型透镜；所述第八透镜为双凸型透镜；所述第九透镜的像侧面为凹面；
所述第七透镜与所述第八透镜组成双胶合透镜。
根据本发明的一个方面，所述第二固定透镜组依次包括：光焦度为正的第十透镜、第十一透镜、光焦度为正的第十二透镜、光焦度为负的第十三透镜和光焦度为正的第十四透镜；
所述第十透镜、所述第十二透镜和所述第十四透镜为双凸型透镜；所述第十一透镜的物侧面为凸面；所述第十三透镜为双凹型透镜。
根据本发明的一个方面，所述对焦透镜组依次包括：光焦度为正的第十五透镜和光焦度为负的第十六透镜；
所述第十五透镜为凹凸型透镜；所述第十六透镜为双凹型透镜；
所述第十五透镜与所述第十六透镜组成双胶合透镜。
根据本发明的一个方面，所述第二变倍透镜组依次包括：光焦度为负的第十七透镜、光焦度均为正的第十八透镜和第十九透镜；
所述第十七透镜为双凹型透镜；所述第十八透镜和所述第十九透镜为双凸型透镜；
所述第十七透镜与所述第十八透镜组成双胶合透镜。
根据本发明的一个方面，所述第三固定透镜组包括光焦度为负的第二十透镜；
所述第二十透镜为凹凸型透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜组的有效焦距FI与所述变焦镜头在广角端位置的总有效焦距Fw满足如下关系：6.70≤FI/Fw≤7.22。
根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜组与所述第一变倍透镜组在所述变焦镜头的望远端位置的距离d12t、所述第一固定透镜组与所述第一变倍透镜组在所述变焦镜头的广角端位置的距离d12w、所述第二变倍透镜组与所述第三固定透镜组在所述变焦镜头的广角端位置的距离d56w、所述第二变倍透镜组与所述第三固定透镜组在所述变焦镜头的广望远端位置的距离d56t满足如下关系：3.02≤(d12t-d12w)/(d56w-d56t)≤3.32。
根据本发明的一个方面，所述变焦镜头在变倍过程中的有效通光全口径的最大值Dmax与所述变焦镜头的光学总长TTL满足如下关系：0.46≤Dmax/TTL≤0.50。
根据本发明的一个方面，所述第四透镜的有效焦距F4与所述第一固定透镜组的有效焦距FI满足如下关系：2.15≤F4/FI≤2.31。
根据本发明的一个方面，所述第六透镜的折射率Nd6满足如下关系：Nd6≥1.64。
根据本发明的一个方面，所述第七透镜和所述第八透镜的组合有效焦距F78与所述第一变倍透镜组的有效焦距FII满足如下关系：2.99≤F78/FII≤5.55。
根据本发明的一个方面，所述第十透镜的物侧面曲率半径R101、像侧面曲率半径R102与其厚度T10满足如下关系：-7.38≤(R101+R102)/T10≤-3.31。
根据本发明的一个方面，所述变焦镜头在望远端位置的总有效焦距Ft与所述变焦镜头的光学总长TTL满足如下关系：1.21≤Ft/TTL≤1.26。
根据本发明的一个方面，所述第十九透镜的物侧面曲率半径R191与像侧面曲率半径R192满足如下关系：-0.34≤(R191+R192)/(R191-R192）≤-0.13。
根据本发明的一个方面，所述第十三透镜的有效焦距F13与所述第十四透镜的有效焦距F14满足如下关系：-0.79≤F13/F14≤-0.59。
根据本发明的一个方面，所述第二固定透镜组与所述对焦透镜组在所述变焦镜头的望远端位置的距离d34t、所述第二固定透镜组与所述对焦透镜组在所述变焦镜头的广角端位置的距离d34w与所述对焦透镜组的有效焦距FIV 满足如下关系：-1.98≤FIV/(d34t-d34w)≤-1.32。
根据本发明的一个方面，所述第十五透镜的有效焦距F15与所述第十六透镜的有效焦距F16满足如下关系：-2.45≤F15/F16≤-2.28。
根据本发明的一个方面，所述第十七透镜的折射率满足如下关系：1.86≤Nd17≤1.91；
所述第十七透镜的阿贝数满足如下关系：36.5≤Vd17≤41.6。
根据本发明的一个方面，所述第十八透镜的折射率满足如下关系：1.43≤Nd18≤1.56；
所述第十八透镜的阿贝数满足如下关系：70≤Vd18≤96。
根据本发明的一个方面，所述第二十透镜的有效焦距F20满足如下关系：-85.81≤F20≤-49.60。
根据本发明的方案，通过第一变倍透镜组和第二变倍透镜组的共同运动，使变焦镜头的焦距可以实现从广角端到望远端的连续变化；通过对焦透镜组的移动，可以将焦距变化后的光线重新聚焦到像面上，使变焦镜头成像清晰，保证成像质量；通过对各透镜组的位置的合理布置，及合理分配各透镜组的光焦度，具有正光焦度的第一固定透镜组有利于增大视场角；具有负光焦度的第一变倍透镜组和具有正光焦度的第二变倍透镜组，沿光轴线性移动，实现从广角端向望远端变倍；具有正光焦度的第二固定透镜组，有利于校正轴外像差；具有负光焦度的对焦透镜组，做非线性移动，用于对焦（或调焦），实现像面校正，保证该光学系统的像面的成像质量在变倍过程中的稳定；具有负光焦度的第三固定透镜组，有利于校正轴外像差及畸变；优化设置各透镜的光焦度和形状，以及合理的参数设置，从而实现至少具备小型化、低成本、大光圈、低畸变、大变倍比、大视场角等特点之一的高倍率变焦镜头。
附图说明
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。
图1为本发明中实施例一的变焦镜头的结构示意图；
图2为本发明中实施例一的变焦镜头在广角端位置时的场曲图与畸变图；
图3为本发明中实施例一的变焦镜头在望远端位置时的场曲图与畸变图；
图4为本发明中实施例二的变焦镜头的结构示意图；
图5为本发明中实施例二的变焦镜头在广角端位置时的场曲图与畸变图；
图6为本发明中实施例二的变焦镜头在望远端位置时的场曲图与畸变图；
图7为本发明中实施例三的变焦镜头的结构示意图；
图8为本发明中实施例三的变焦镜头在广角端位置时的场曲图与畸变图；
图9为本发明中实施例三的变焦镜头在望远端位置时的场曲图与畸变图；
图10为本发明中实施例四的变焦镜头的结构示意图；
图11为本发明中实施例四的变焦镜头在广角端位置时的场曲图与畸变图；
图12为本发明中实施例四的变焦镜头在望远端位置时的场曲图与畸变图。
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。
在本文中，每个透镜最靠近被摄物的表面称为该透镜的物侧面，每个透镜最靠近成像侧的表面称为该透镜的像侧面。
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至图12所示，本发明的实施例提供一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：第一固定透镜组G1、第一变倍透镜组G2、第二固定透镜组G3、对焦透镜组G4、第二变倍透镜组G5、第三固定透镜组G6、平行平板CG和像面IMA，变焦镜头具有广角端位置和望远端位置。
其中，第一固定透镜组G1具有正光焦度，且相对像面IMA的位置固定，有利于增大视场角，实现在广角端位置大视场角FOV_w≥68°；第二固定透镜组G3具有正光焦度，且相对像面位置固定，有利于校正轴外像差；第三固定透镜组G6具有负光焦度，且相对像面位置固定，有利于校正轴外像差及畸变；
第一变倍透镜组G2具有负光焦度，第二变倍透镜组G5具有正光焦度，第一变倍透镜组G2和第二变倍透镜组G5沿光轴线性移动，实现从广角端向望远端变倍；对焦透镜组G4具有负光焦度，做非线性移动，用于对焦（或调焦），实现像面校正，保证该光学系统的像面的成像质量在变倍过程中的稳定，即改变第一变倍透镜组G2和第二变倍透镜组G5和对焦透镜组G4在光轴上的位置，以实现变焦镜头的连续变焦。
本发明实施例中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一固定透镜组G1依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4。
第一透镜L1具有负光焦度，有利于尽可能地汇聚大视场角的入射光线进入光学系统中，实现在广角端位置大视场角FOV_w≥68°；第一透镜L1为凸凹型透镜，像侧面为凹形，有效控制光线偏折角度，降低公差敏感度，提升良率；
第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4具有正光焦度，可以有效控制光学系统的入射光线走势，降低公差敏感度，提升良率；第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4采用物侧面为凸、像侧面为凹的弯月型透镜，有效校正球差和轴外像差，有利于提升像质。
其中，第一透镜L1与第二透镜L2组成双胶合透镜，有利于控制光线的走势，实现在广角端位置大视场角FOV_w≥68°；同时，能够有效校正系统色差，改善紫边，较大程度地提高成像质量。
本发明实施例中，第一变倍透镜组G2依次包括：第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8和第九透镜L9。
第五透镜L5具有负光焦度，有利于平缓从广角端向望远端变倍过程中入射光线的走势，提升镜头的解像力；第五透镜L5为凸凹型透镜，物侧面为凸形，有利于降低光学系统的敏感性；第六透镜L6为具有正光焦度的凹凸型透镜；第七透镜L7具有负光焦度，可以有效地校正色差，提升镜头解像；第七透镜L7为双凹型透镜，可以有效矫正球差和垂轴色差，提升镜头的解像力；第八透镜L8具有正光焦度，通过与第七透镜L7进行正负光焦度匹配，有利于在变倍过程中平衡球差；第八透镜L8为双凸型透镜，能够减小色差，改善紫边；第九透镜L9具有负光焦度，有利于校正畸变，提高镜头还原场景的真实感；第九透镜L9的像侧面为凹面，有利于平衡光系统的像散。
其中，第七透镜L7与第八透镜L8组成双胶合透镜，有利于降低变焦镜头的公差敏感度，提升生产组装良率。
本发明实施例中，第二固定透镜组G3依次包括：第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12、第十三透镜L13和第十四透镜L14。
第十透镜L10具有正光焦度，有利于校正场曲和像散，提升画面的均匀性；第十透镜L10为双凸型透镜，有利于校正场曲，提升镜头的解像力；第十一透镜L11的物侧面为凸面，具有正光焦度或负光焦度；第十二透镜L12具有正光焦度，有利于增大系统光圈，提升周边亮度；第十二透镜L12为双凸型透镜，有利于提升暗环境下的解像质量；第十三透镜L13具有负光焦度，有利于平衡边缘视场的像差；第十三透镜L13为双凹型透镜，有利于降低系统的敏感性，提升良率；第十四透镜L14为具有正光焦度的双凸型透镜。
本发明实施例中，对焦透镜组G4依次包括：第十五透镜L15和第十六透镜L16。
第十五透镜L15具有正光焦度，通过合理配置透镜材料，有利于校正轴向色差；第十五透镜L15为凹凸型透镜，有利于降低球差；第十六透镜L16具有负光焦度，通过与第十五透镜L15进行正负光焦度搭配，有利于校正各种像差，第十六透镜L16为双凹型透镜，保证变倍过程中解像力。
其中，第十五透镜L15与第十六透镜L16组成双胶合透镜，有利于校正色差，同时控制变倍过程中光线的偏折角，保证各焦距段的成像质量。
本发明实施例中，第二变倍透镜组G5依次包括：第十七透镜L17、第十八透镜L18和第十九透镜L19。
第十七透镜L17具有负光焦度，有利于平衡像散，提升周边解像；第十七透镜L17为双凹型透镜，有效控制光线走势，降低敏感度；第十八透镜L18具有正光焦度，通过与第十七透镜L17进行正负光焦度搭配，有利于校正像散和球差；第十八透镜L18为双凸型透镜，有利于进一步地提升像质；第十九透镜L19同样具有正光焦度，有利于控制光线走势，有效匹配芯片CRA；第十九透镜L19为双凸型透镜，有利于提升周边亮度。
其中，第十七透镜L17与第十八透镜L18组成双胶合透镜，有利于校正各种像差，提升解像。
本发明实施例中，第三固定透镜组G6包括光焦度为负的第二十透镜L20，有利于矫正畸变；第二十透镜L20为凹凸型透镜，有利于平衡从广角端到望远端的场曲，提升画面的均匀性。
本发明实施例中，光阑STO设置于第一变倍透镜组G2与第二固定透镜组G3之间，具体设置于第九透镜L9和第十透镜L10之间，光阑STO为可变光阑，能够有效地控制各焦距段的光通量，提高相对照度的同时提升成像质量。
本发明实施例中，第六透镜L6、第九透镜L9和第二十透镜L20为塑胶非球面透镜，第十透镜L10和第十九透镜L19为玻璃非球面透镜，其余透镜为玻璃球面透镜。
通过采用玻塑混合的搭配，有利于降低成本，同时克服了塑胶非球面透镜由于热膨胀系数大，容易在高低温环境下造成焦点漂移的困难，有利于实现-40℃~80℃温度范围内不虚焦，满足镜头在高低温环境下的使用要求。
本发明实施例中，第一固定透镜组G1的有效焦距FI与变焦镜头在广角端位置的总有效焦距Fw满足如下关系：6.70≤FI/Fw≤7.22，通过合理配置第一透镜组的光焦度分配方式，有利于使大角度入射光线汇聚进入光学系统中，有效扩大变焦镜头的视场角，使得变焦镜头在广角端位置时视场角满足FOV_w≥68°。
本发明实施例中，第一固定透镜组G1与第一变倍透镜组G2在变焦镜头的望远端位置的距离d12t、第一固定透镜组G1与第一变倍透镜组G2在变焦镜头的广角端位置的距离d12w、第二变倍透镜组G5与第三固定透镜组G6在变焦镜头的广角端位置的距离d56w、第二变倍透镜组G5与第三固定透镜组G6在变焦镜头的广望远端位置的距离d56t满足如下关系：3.02≤(d12t-d12w)/(d56w-d56t)≤3.32，其中，Δd2=（d12t-d12w），Δd2为第一变倍透镜组G2的行程，Δd5=(d56w-d56t)，Δd5为第二变倍透镜组G5的行程，通过合理控制第一变倍透镜组G2、第二变倍透镜组G5的行程，有效地使成像系统具有较大的变倍比，从而有利于实现变倍比≥19.6，满足市场需求。
本发明实施例中，变焦镜头在变倍过程中的有效通光全口径的最大值Dmax与变焦镜头的光学总长TTL满足如下关系：0.46≤Dmax/TTL≤0.50，在变焦镜头的光学总长一定的情况下，通过控制变焦镜头在变倍过程中的最大有效通光全口径，使得变焦镜头的最大有效通光全口径较小，有利于实现镜头小型化。
本发明实施例中，第四透镜L4的有效焦距F4与第一固定透镜组G1的有效焦距FI满足如下关系：2.15≤F4/FI≤2.31，通过合理控制第四透镜L4与第一固定透镜组G1的有效焦距，有利于减小光线的偏折角，降低公差敏感度，提升生产组装良率。
本发明实施例中，第六透镜L6的折射率Nd6满足如下关系：Nd6≥1.64，第六透镜L6使用折射率较高的塑胶非球面镜片，有利于校正大光圈带来的球差，提升像质。
本发明实施例中，第七透镜L7和第八透镜L8的组合有效焦距F78与第一变倍透镜组G2的有效焦距FII满足如下关系：2.99≤F78/FII≤5.55，通过合理调控第七透镜L7至第八透镜L8的组合有效焦距与第一变倍透镜组G2的光焦度分配方式，有利于控制光线的走势，进一步地降低变焦镜头的公差敏感度，提升生产组装良率。
本发明实施例中，第十透镜L10的物侧面曲率半径R101、像侧面曲率半径R102与其厚度T10满足如下关系：-7.38≤(R101+R102)/T10≤-3.31，合理调控第十透镜L10的物侧面与像侧面曲率半径以及第十透镜L10的厚度，可以使本申请的变焦镜头具有较大的入瞳直径，从而使得变焦镜头在广角端位置具有大光圈FNO_w≤1.84。
本发明实施例中，变焦镜头在望远端位置的总有效焦距Ft与变焦镜头的光学总长TTL满足如下关系：1.21≤Ft/TTL≤1.26，在变焦镜头望远端位置时的总有效焦距一定的情况下，通过控制变焦镜头的光学总长，使得光学总长较小，满足TTL≤105mm，有利于实现变焦镜头小型化。
本发明实施例中，第十九透镜L19的物侧面曲率半径R191与像侧面曲率半径R192满足如下关系：-0.34≤(R191+R192)/(R191-R192）≤-0.13，通过合理控制第十九透镜L19物侧面和像侧面曲率半径，有助于汇聚不同视场的入射光线，提高相对照度。
本发明实施例中，第十三透镜L13的有效焦距F13与第十四透镜L14的有效焦距F14满足如下关系：-0.79≤F13/F14≤-0.59，通过将第十三透镜L13与第十四透镜L14进行合理的正负光焦度搭配，使得透镜之间可以互相补偿高低温环境带来的不利影响，达到无热化效果。
本发明实施例中，第二固定透镜组G3与对焦透镜组G4在变焦镜头的望远端位置的距离d34t、第二固定透镜组G3与对焦透镜组G4在变焦镜头的广角端位置的距离d34w与对焦透镜组G4的有效焦距FIV 满足如下关系：-1.98≤FIV/(d34t-d34w)≤-1.32，其中，Δd4 =(d34t-d34w)，Δd4为对焦透镜组G4的行程，通过合理控制对焦透镜组G4的行程与对焦透镜组G4的有效焦距，有利于提升对焦效率，有利于提高对焦灵敏度。
本发明实施例中，第十五透镜L15的有效焦距F15与第十六透镜L16的有效焦距F16满足如下关系：-2.45≤F15/F16≤-2.28，通过对第十五透镜L15与第十六透镜L16进行合理的正负光焦度搭配，并将第十五透镜L15和第十六透镜L16进行胶合，有利于校正场曲和像散，使镜头在变倍过程中保证画面的均匀清晰，提升成像质量。
本发明实施例中，第十七透镜L17的折射率满足如下关系：1.86≤Nd17≤1.91；第十七透镜L17的阿贝数满足如下关系：36.5≤Vd17≤41.6；
第十八透镜L18的折射率满足如下关系：1.43≤Nd18≤1.56；第十八透镜L18的阿贝数满足如下关系：70≤Vd18≤96。
通过合理搭配第十七透镜L17和第十八透镜L18的折射率和阿贝数，能够有效地校正系统色差，使得在可见光下具有像质对比度较高的特点。
本发明实施例中，第二十透镜L20的有效焦距F20满足如下关系：-85.81≤F20≤-49.60，通过合理控制第二十透镜的焦距，同时选用塑胶非球面，有效校正成像系统各倍率的畸变。
以下根据本发明的上述设置给出五组具体实施方式来具体说明根据本发明的变焦镜头。因为根据本发明的变焦镜头共有二十枚透镜，第一透镜L1与第二透镜L2组成双胶合透镜，第七透镜L7与第八透镜L8组成双胶合透镜，第十五透镜L15与第十六透镜L16组成双胶合透镜，第十七透镜L17与第十八透镜L18组成双胶合透镜，将胶合透镜的每个胶合面记为一面，加上光阑STO、保护玻璃CG和像面IMG，共计40个面。其中，光阑STO设置于第九透镜L9和第十透镜L10之间。
为了便于叙述说明，将各个透镜面、光阑STO及保护玻璃CG编号为S1、S2至S40。且非球面满足下列公式：
在上述公式中， Z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为 Y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； 、/>、 />、 />、/>、/>、/>···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。
四组实施例数据如下表1中数据：
表1
实施例一
图1为本发明中实施例一的变焦镜头的结构示意图；
图2为本发明中实施例一的变焦镜头在广角端位置时的场曲图与畸变图；
图3为本发明中实施例一的变焦镜头在望远端位置时的场曲图与畸变图。
其中，结构示意图中的直线箭头表示该透镜组做线性移动，曲线箭头表示该透镜组做非线性移动，Field Curvature为场曲图，Distortion为畸变图。
在实施例一中，第一透镜L1为具有负光焦度的凸凹型透镜，第二透镜L2为具有正光焦度的凸凹型透镜，第三透镜L3为具有正光焦度的凸凹型透镜，第四透镜L4为具有正光焦度的凸凹型透镜，第五透镜L5为具有负光焦度的凸凹型透镜，第六透镜L6为具有正光焦度的凹凸型透镜，第七透镜L7为具有负光焦度的双凹型透镜，第八透镜L8为具有正光焦度的双凸型透镜；第九透镜L9为具有负光焦度的凸凹型透镜，第十透镜L10为具有正光焦度的双凸型透镜，第十一透镜L11为具有正光焦度的双凸型透镜，第十二透镜L12为具有正光焦度的双凸型透镜，第十三透镜L13为具有负光焦度的双凹型透镜，第十四透镜L14为具有正光焦度的双凸型透镜，第十五透镜L15为具有正光焦度的凹凸型透镜，第十六透镜L16为具有负光焦度的双凹型透镜，第十七透镜L17为具有负光焦度的双凹型透镜，第十八透镜L18为具有正光焦度的双凸型透镜；第十九透镜L19为具有正光焦度的双凸型透镜，第二十透镜L20为具有负光焦度的凹凸型透镜。
其中，非球面透镜为第六透镜L6、第九透镜L9、第十透镜L10、第十九透镜L19和第二十透镜L20。
表2列出本实施例的变焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数。
表2
表3列出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、十二阶非球面系数A12、十四阶非球面系数A14和十六阶非球面系数A16。
表3
表4列出本实施例的变焦镜头从广角端变化至长焦端时的各透镜组间的可变间隔数值。
表4
在实施例一中，变焦镜头在广角端位置的光圈数FNO_w为1.82，变焦镜头在望远端位置的光圈数FNO_t为4.47；变焦镜头在广角端位置的视场角FOV_w为68.00°，变焦镜头在望远端位置的视场角FOV_t为3.92°；变焦镜头在广角端位置的畸变DIS_w为-0.80%，变焦镜头在望远端位置的畸变DIS_t为0.39%；变焦镜头在广角端位置的有效焦距Fw为6.551mm，变焦镜头在望远端位置的有效焦距Ft为131.228mm。
结合图1至图3以及上述表1至表4所示，本实施例一为一种至少具备小型化、低成本、大光圈、低畸变、大变倍比、大视场角等特点之一的高倍率变焦镜头。
实施例二
图4为本发明中实施例二的变焦镜头的结构示意图；
图5为本发明中实施例二的变焦镜头在广角端位置时的场曲图与畸变图；
图6为本发明中实施例二的变焦镜头在望远端位置时的场曲图与畸变图。
其中，结构示意图中的直线箭头表示该透镜组做线性移动，曲线箭头表示该透镜组做非线性移动，Field Curvature为场曲图，Distortion为畸变图。
在实施例二中，第一透镜L1为具有负光焦度的凸凹型透镜，第二透镜L2为具有正光焦度的凸凹型透镜，第三透镜L3为具有正光焦度的凸凹型透镜，第四透镜L4为具有正光焦度的凸凹型透镜，第五透镜L5为具有负光焦度的凸凹型透镜，第六透镜L6为具有正光焦度的凹凸型透镜，第七透镜L7为具有负光焦度的双凹型透镜，第八透镜L8为具有正光焦度的双凸型透镜；第九透镜L9为具有负光焦度的双凹型透镜，第十透镜L10为具有正光焦度的双凸型透镜，第十一透镜L11为具有负光焦度的凸凹型透镜，第十二透镜L12为具有正光焦度的双凸型透镜，第十三透镜L13为具有负光焦度的双凹型透镜，第十四透镜L14为具有正光焦度的双凸型透镜，第十五透镜L15为具有正光焦度的凹凸型透镜，第十六透镜L16为具有负光焦度的双凹型透镜，第十七透镜L17为具有负光焦度的双凹型透镜，第十八透镜L18为具有正光焦度的双凸型透镜；第十九透镜L19为具有正光焦度的双凸型透镜，第二十透镜L20为具有负光焦度的凹凸型透镜。
其中，非球面透镜为第六透镜L6、第九透镜L9、第十透镜L10、第十九透镜L19和第二十透镜L20。
表5列出本实施例的变焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数。
表5
表6列出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、十二阶非球面系数A12、十四阶非球面系数A14和十六阶非球面系数A16。
表6
表7列出本实施例的变焦镜头从广角端变化至长焦端时的各透镜组间的可变间隔数值。
面序号 厚度 广角端 望远端
S7 D1 0.800 27.647
S16 D2 28.344 1.497
S27 D3 0.750 8.231
S30 D4 5.378 6.125
S35 D5 9.028 0.800
表7
在实施例二中，变焦镜头在广角端位置的光圈数FNO_w为1.84，变焦镜头在望远端位置的光圈数FNO_t为4.53；变焦镜头在广角端位置的视场角FOV_w为70.16°，变焦镜头在望远端位置的视场角FOV_t为4.10°；变焦镜头在广角端位置的畸变DIS_w为-0.60%，变焦镜头在望远端位置的畸变DIS_t为0.17%；变焦镜头在广角端位置的有效焦距Fw为6.541mm，变焦镜头在望远端位置的有效焦距Ft为128.874mm。
结合图4至图6以及上述表1、表5至表7所示，本实施例二为一种至少具备小型化、低成本、大光圈、低畸变、大变倍比、大视场角等特点之一的高倍率变焦镜头。
实施例三
图7为本发明中实施例三的变焦镜头的结构示意图；
图8为本发明中实施例三的变焦镜头在广角端位置时的场曲图与畸变图；
图9为本发明中实施例三的变焦镜头在望远端位置时的场曲图与畸变图。
其中，结构示意图中的直线箭头表示该透镜组做线性移动，曲线箭头表示该透镜组做非线性移动，Field Curvature为场曲图，Distortion为畸变图。
在实施例三中，第一透镜L1为具有负光焦度的凸凹型透镜，第二透镜L2为具有正光焦度的凸凹型透镜，第三透镜L3为具有正光焦度的凸凹型透镜，第四透镜L4为具有正光焦度的凸凹型透镜，第五透镜L5为具有负光焦度的凸凹型透镜，第六透镜L6为具有正光焦度的凹凸型透镜，第七透镜L7为具有负光焦度的双凹型透镜，第八透镜L8为具有正光焦度的双凸型透镜；第九透镜L9为具有负光焦度的双凹型透镜，第十透镜L10为具有正光焦度的双凸型透镜，第十一透镜L11为具有正光焦度的凸凹型透镜，第十二透镜L12为具有正光焦度的双凸型透镜，第十三透镜L13为具有负光焦度的双凹型透镜，第十四透镜L14为具有正光焦度的双凸型透镜，第十五透镜L15为具有正光焦度的凹凸型透镜，第十六透镜L16为具有负光焦度的双凹型透镜，第十七透镜L17为具有负光焦度的双凹型透镜，第十八透镜L18为具有正光焦度的双凸型透镜；第十九透镜L19为具有正光焦度的双凸型透镜，第二十透镜L20为具有负光焦度的凹凸型透镜。
其中，非球面透镜为第六透镜L6、第九透镜L9、第十透镜L10、第十九透镜L19和第二十透镜L20。
表8列出本实施例的变焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数。
表8
表9列出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、十二阶非球面系数A12、十四阶非球面系数A14和十六阶非球面系数A16。
表9
表10列出本实施例的变焦镜头从广角端变化至长焦端时的各透镜组间的可变间隔数值。
面序号 厚度 广角端 望远端
S7 D1 0.650 27.435
S16 D2 28.257 1.473
S27 D3 0.478 8.191
S30 D4 5.749 6.314
S35 D5 9.028 0.750
表10
在实施例三中，变焦镜头在广角端位置的光圈数FNO_w为1.84，变焦镜头在望远端位置的光圈数FNO_t为4.54；变焦镜头在广角端位置的视场角FOV_w为70.16°，变焦镜头在望远端位置的视场角FOV_t为4.13°；变焦镜头在广角端位置的畸变DIS_w为-0.61%，变焦镜头在望远端位置的畸变DIS_t为0.18%；变焦镜头在广角端位置的有效焦距Fw为6.542mm，变焦镜头在望远端位置的有效焦距Ft为128.539mm。
结合图7至图9以及上述表1、表8至表10所示，本实施例三为一种至少具备小型化、低成本、大光圈、低畸变、大变倍比、大视场角等特点之一的高倍率变焦镜头。
实施例四
图10为本发明中实施例四的变焦镜头的结构示意图；
图11为本发明中实施例四的变焦镜头在广角端位置时的场曲图与畸变图；
图12为本发明中实施例四的变焦镜头在望远端位置时的场曲图与畸变图。
其中，结构示意图中的直线箭头表示该透镜组做线性移动，曲线箭头表示该透镜组做非线性移动，Field Curvature为场曲图，Distortion为畸变图。
在实施例四中，第一透镜L1为具有负光焦度的凸凹型透镜，第二透镜L2为具有正光焦度的凸凹型透镜，第三透镜L3为具有正光焦度的凸凹型透镜，第四透镜L4为具有正光焦度的凸凹型透镜，第五透镜L5为具有负光焦度的凸凹型透镜，第六透镜L6为具有正光焦度的凹凸型透镜，第七透镜L7为具有负光焦度的双凹型透镜，第八透镜L8为具有正光焦度的双凸型透镜；第九透镜L9为具有负光焦度的双凹型透镜，第十透镜L10为具有正光焦度的双凸型透镜，第十一透镜L11为具有正光焦度的凸凹型透镜，第十二透镜L12为具有正光焦度的双凸型透镜，第十三透镜L13为具有负光焦度的双凹型透镜，第十四透镜L14为具有正光焦度的双凸型透镜，第十五透镜L15为具有正光焦度的凹凸型透镜，第十六透镜L16为具有负光焦度的双凹型透镜，第十七透镜L17为具有负光焦度的双凹型透镜，第十八透镜L18为具有正光焦度的双凸型透镜；第十九透镜L19为具有正光焦度的双凸型透镜，第二十透镜L20为具有负光焦度的凹凸型透镜。
其中，非球面透镜为第六透镜L6、第九透镜L9、第十透镜L10、第十九透镜L19和第二十透镜L20。
表11列出本实施例的变焦镜头中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率和阿贝数。
表11
表12列出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、十二阶非球面系数A12、十四阶非球面系数A14和十六阶非球面系数A16。
表12
表13列出本实施例的变焦镜头从广角端变化至长焦端时的各透镜组间的可变间隔数值。
面序号 厚度 广角端 望远端
S7 D1 0.650 27.194
S16 D2 28.226 1.682
S27 D3 0.480 7.432
S30 D4 5.374 6.863
S35 D5 9.192 0.750
表13
在实施例四中，变焦镜头在广角端位置的光圈数FNO_w为1.82，变焦镜头在望远端位置的光圈数FNO_t为4.49；变焦镜头在广角端位置的视场角FOV_w为69.06°，变焦镜头在望远端位置的视场角FOV_t为4.01°；变焦镜头在广角端位置的畸变DIS_w为-0.65%，变焦镜头在望远端位置的畸变DIS_t为0.28%；变焦镜头在广角端位置的有效焦距Fw为6.544mm，变焦镜头在望远端位置的有效焦距Ft为128.994mm。
结合图10至图12以及上述表1、表11至表13所示，本实施例四为一种至少具备小型化、低成本、大光圈、低畸变、大变倍比、大视场角等特点之一的高倍率变焦镜头。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (21)

1.一种变焦镜头，其特征在于，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：具有正光焦度的第一固定透镜组（G1）、具有负光焦度的第一变倍透镜组（G2）、具有正光焦度的第二固定透镜组（G3）、具有负光焦度的对焦透镜组（G4）、具有正光焦度的第二变倍透镜组（G5）、具有负光焦度的第三固定透镜组（G6）、平行平板（CG）和像面（IMA），具有光焦度的透镜组数量为六个；
所述第一固定透镜组（G1）依次包括：光焦度为负的第一透镜（L1）、光焦度均为正的第二透镜（L2）、第三透镜（L3）和第四透镜（L4）；
所述第一变倍透镜组（G2）依次包括：光焦度为负的第五透镜（L5）、光焦度为正的第六透镜（L6）、光焦度为负的第七透镜（L7）、光焦度为正的第八透镜（L8）和光焦度为负的第九透镜（L9）；
所述第二固定透镜组（G3）依次包括：光焦度为正的第十透镜（L10）、第十一透镜（L11）、光焦度为正的第十二透镜（L12）、光焦度为负的第十三透镜（L13）和光焦度为正的第十四透镜（L14）；
所述对焦透镜组（G4）依次包括：光焦度为正的第十五透镜（L15）和光焦度为负的第十六透镜（L16）；
所述第二变倍透镜组（G5）依次包括：光焦度为负的第十七透镜（L17）、光焦度均为正的第十八透镜（L18）和第十九透镜（L19）；
所述第三固定透镜组（G6）包括光焦度为负的第二十透镜（L20）；
所述第七透镜（L7）和所述第八透镜（L8）的组合有效焦距F78与所述第一变倍透镜组（G2）的有效焦距FII满足如下关系：2.99≤F78/FII≤5.55。
2.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（L1）、所述第二透镜（L2）、所述第三透镜（L3）和所述第四透镜（L4）均为凸凹型透镜；
所述第一透镜（L1）与所述第二透镜（L2）组成双胶合透镜。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第五透镜（L5）为凸凹型透镜；所述第六透镜（L6）为凹凸型透镜；所述第七透镜（L7）为双凹型透镜；所述第八透镜（L8）为双凸型透镜；所述第九透镜（L9）的像侧面为凹面；
所述第七透镜（L7）与所述第八透镜（L8）组成双胶合透镜。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十透镜（L10）、所述第十二透镜（L12）和所述第十四透镜（L14）为双凸型透镜；所述第十一透镜（L11）的物侧面为凸面；所述第十三透镜（L13）为双凹型透镜。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十五透镜（L15）为凹凸型透镜；所述第十六透镜（L16）为双凹型透镜；
所述第十五透镜（L15）与所述第十六透镜（L16）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，所述第十七透镜（L17）为双凹型透镜；所述第十八透镜（L18）和所述第十九透镜（L19）为双凸型透镜；
所述第十七透镜（L17）与所述第十八透镜（L18）组成双胶合透镜。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二十透镜（L20）为凹凸型透镜。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一固定透镜组（G1）的有效焦距FI与所述变焦镜头在广角端位置的总有效焦距Fw满足如下关系：6.70≤FI/Fw≤7.22。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一固定透镜组（G1）与所述第一变倍透镜组（G2）在所述变焦镜头的望远端位置的距离d12t、所述第一固定透镜组（G1）与所述第一变倍透镜组（G2）在所述变焦镜头的广角端位置的距离d12w、所述第二变倍透镜组（G5）与所述第三固定透镜组（G6）在所述变焦镜头的广角端位置的距离d56w、所述第二变倍透镜组（G5）与所述第三固定透镜组（G6）在所述变焦镜头的望远端位置的距离d56t满足如下关系：3.02≤(d12t-d12w)/(d56w-d56t)≤3.32。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头在变倍过程中的有效通光全口径的最大值Dmax与所述变焦镜头的光学总长TTL满足如下关系：0.46≤Dmax/TTL≤0.50。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜（L4）的有效焦距F4与所述第一固定透镜组（G1）的有效焦距FI满足如下关系：2.15≤F4/FI≤2.31。
12.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第六透镜（L6）的折射率Nd6满足如下关系：Nd6≥1.64。
13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十透镜（L10）的物侧面曲率半径R101、像侧面曲率半径R102与其厚度T10满足如下关系：-7.38≤(R101+R102)/T10≤-3.31。
14.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头在望远端位置的总有效焦距Ft与所述变焦镜头的光学总长TTL满足如下关系：1.21≤Ft/TTL≤1.26。
15.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十九透镜（L19）的物侧面曲率半径R191与像侧面曲率半径R192满足如下关系：-0.34≤(R191+R192)/(R191-R192）≤-0.13。
16.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十三透镜（L13）的有效焦距F13与所述第十四透镜（L14）的有效焦距F14满足如下关系：-0.79≤F13/F14≤-0.59。
17.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二固定透镜组（G3）与所述对焦透镜组（G4）在所述变焦镜头的望远端位置的距离d34t、所述第二固定透镜组（G3）与所述对焦透镜组（G4）在所述变焦镜头的广角端位置的距离d34w与所述对焦透镜组（G4）的有效焦距FIV 满足如下关系：-1.98≤FIV/(d34t-d34w)≤-1.32。
18.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十五透镜（L15）的有效焦距F15与所述第十六透镜（L16）的有效焦距F16满足如下关系：-2.45≤F15/F16≤-2.28。
19.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十七透镜（L17）的折射率满足如下关系：1.86≤Nd17≤1.91；
所述第十七透镜（L17）的阿贝数满足如下关系：36.5≤Vd17≤41.6。
20.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十八透镜（L18）的折射率满足如下关系：1.43≤Nd18≤1.56；
所述第十八透镜（L18）的阿贝数满足如下关系：70≤Vd18≤96。
21.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二十透镜（L20）的有效焦距F20满足如下关系：-85.81≤F20≤-49.60。
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