CN117369105A - 一种变焦镜头 - Google Patents

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CN117369105A CN202311394008.6A CN202311394008A CN117369105A CN 117369105 A CN117369105 A CN 117369105A CN 202311394008 A CN202311394008 A CN 202311394008A CN 117369105 A CN117369105 A CN 117369105A
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zoom lens
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黄慧
梁伟朝
应永茂
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Abstract

本申请公开了一种变焦镜头，该变焦镜头沿光轴由物侧至像侧依序包括第一透镜群组、第二透镜群组、第三透镜群组和第四透镜群组，其中，第一透镜群组为具有正光焦度的固定群组；第二透镜群组为具有负光焦度的变焦群组；第三透镜群组为具有正光焦度的固定群组，包括六片具有光焦度的透镜，分别是沿光轴由物侧至像侧依序排列的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜、具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜和具有负光焦度的第十三透镜；第四透镜群组为具有正光焦度的对焦群组。

Description

一种变焦镜头
技术领域
本申请涉及光学元件领域，更具体地，涉及一种变焦镜头。
背景技术
近年来，光学镜头技术快速发展，光学镜头在越来越多的领域被广泛应用。变焦镜头具有可以适应不同场景的使用需求的特点，其市场需求量不断增大。随着现代社会的发展以及科学技术的进步，变焦光学系统已广泛应用于生活的各个方面，例如安防监控、智能交通等领域。变焦镜头的使用量逐年上涨，因此对变焦镜头的光学性能和产品稳定性的要求也越来越高。
然而，目前市场上的变焦镜头仍存在如下的诸多不足：现有的变焦镜头通常成像靶面尺寸小，采集的图像分辨率低；现有的变焦镜头普遍光圈较小且变焦过程中光圈变化，成像画面不通透；另外，现有的变焦镜头一般镜片数量使用较多，镜头尺寸较大，使得整个摄像机难以实现小型化的设计。
因此，针对目前变焦镜头的发展现状，能够满足大光圈、低畸变和大靶面等设计要求的变焦镜头是当前市场的需求之一。
发明内容
本申请提供一种变焦镜头，该变焦镜头沿光轴由物侧至像侧依序可包括第一透镜群组、第二透镜群组、第三透镜群组和第四透镜群组，其中，所述第一透镜群组为具有正光焦度的固定群组；所述第二透镜群组为具有负光焦度的变焦群组；所述第三透镜群组为具有正光焦度的固定群组，包括六片具有光焦度的透镜，分别是沿所述光轴由物侧至像侧依序排列的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜、具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜和具有负光焦度的第十三透镜；以及所述第四透镜群组为具有正光焦度的对焦群组。
在一个实施方式中，所述第一透镜群组可包括沿所述光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中，所述第一透镜具有正光焦度；所述第二透镜具有负光焦度；以及所述第三透镜具有正光焦度。
在一个实施方式中，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面或平面；所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；以及所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。
在一个实施方式中，所述第二透镜与所述第三透镜胶合形成双胶合透镜。
在一个实施方式中，所述第二透镜群组可包括四片具有光焦度的透镜，分别是沿所述光轴由物侧至像侧依序排列的第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，其中，所述第四透镜具有负光焦度；所述第五透镜具有负光焦度。
在一个实施方式中，所述第四透镜的像侧面为凹面；所述第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；以及所述第六透镜的像侧面为凹面。
在一个实施方式中，所述第五透镜与所述第六透镜胶合形成双胶合透镜；或所述第六透镜与所述第七透镜胶合形成双胶合透镜。
在一个实施方式中，所述第八透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；所述第九透镜的物侧面为凸面；所述第十透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第十一透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；所述第十二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；以及所述第十三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面。
在一个实施方式中，所述第十透镜与所述第十一透镜胶合形成双胶合透镜；以及所述第十二透镜与所述第十三透镜胶合形成双胶合透镜。
在一个实施方式中，所述第四透镜群组可包括三片具有光焦度的透镜，分别是沿所述光轴由物侧至像侧依序排列的第十四透镜、第十五透镜和第十六透镜，其中，所述第十四透镜具有正光焦度；所述第十五透镜具有正光焦度；以及所述第十六透镜具有负光焦度。
在一个实施方式中，所述第十四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；所述第十五透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；以及所述第十六透镜的物侧面为凹面。
在一个实施方式中，所述第十五透镜和所述第十六透镜胶合形成双胶合透镜。
在一个实施方式中，所述第一透镜群组的有效焦距FG1与所述变焦镜头在广角端时的焦距Fw可满足：4.7≤FG1/Fw≤5.6。
在一个实施方式中，所述第二透镜群组的有效焦距FG2与所述变焦镜头在广角端时的焦距Fw可满足：-1.7≤FG2/Fw≤-1.2。
在一个实施方式中，所述第三透镜群组的有效焦距FG3与所述变焦镜头在广角端时的焦距Fw可满足：2.7≤FG3/Fw≤4.4。
在一个实施方式中，所述第四透镜群组的有效焦距FG4与所述变焦镜头在广角端时的焦距Fw可满足：1.6≤FG4/Fw≤2.2。
在一个实施方式中，所述第二透镜群组在所述变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中沿所述光轴移动的距离D2与所述变焦镜头的全像高IH可满足：2.1≤D2/IH≤2.8。
在一个实施方式中，所述第二透镜群组在所述变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中沿所述光轴移动的距离D2与所述变焦镜头的光学总长TTL可满足：0.2≤D2/TTL≤0.3。
在一个实施方式中，所述第四透镜群组在所述变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中沿所述光轴移动的距离D4与所述变焦镜头的光学总长TTL可满足：0≤D4/TTL≤0.1。
在一个实施方式中，所述第二透镜群组在所述变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中沿所述光轴移动的距离D2与所述变焦镜头在所述广角端时的焦距Fw可满足：2.0≤D2/Fw≤2.5。
在一个实施方式中，所述第三透镜群组中包括至少一片透镜的阿贝数Vd(G3)可满足：65≤Vd(G3)≤95。
在一个实施方式中，所述第三透镜群组中包括至少一片透镜的折射率Nd(G3)可满足：1.4≤Nd(G3)≤1.6。
在一个实施方式中，所述第四透镜群组在所述光轴上的中心厚度TG4与所述第四透镜群组的有效焦距FG4可满足：0.3≤TG4/FG4≤0.7。
在一个实施方式中，所述变焦镜头在长焦端时的焦距Ft与所述第一透镜群组的有效焦距FG1可满足：0.7≤Ft/FG1≤0.9。
在一个实施方式中，所述变焦镜头的光学总长TTL与所述变焦镜头在长焦端时的焦距Ft可满足：1.9≤TTL/Ft≤2.1。
在一个实施方式中，所述第三透镜群组中最靠近物侧的第八透镜的有效焦距f8与所述第三透镜群组的有效焦距FG3可满足：0.5≤f8/FG3≤1.5。
在一个实施方式中，所述第四透镜群组中最靠近像侧的第十六透镜在所述光轴上的中心厚度T16与所述第四透镜群组在所述光轴上的中心厚度TG4可满足：0.1≤T16/TG4≤0.5。
在一个实施方式中，所述第二透镜群组中最靠近物侧的第四透镜在所述变焦镜头处于广角端时的全口径Dmax4与所述变焦镜头的全像高IH可满足：1.7≤Dmax4/IH≤2.3。
根据本申请实施方式的变焦镜头包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜群组、第二透镜群组、第三透镜群组和第四透镜群组，其中，第一透镜群组为具有正光焦度的固定群组；第二透镜群组为具有负光焦度的变焦群组；第三透镜群组为具有正光焦度的固定群组，包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的分别具有正、正、正、负、正、负光焦度的六片透镜；第四透镜群组为具有正光焦度的对焦群组。通过对变焦镜头的这种设置，可以实现变焦镜头具有大光圈、低畸变、大靶面、小型化和高成像质量等至少之一的有益效果。
附图说明
结合附图，通过以下实施方式的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1是根据本申请实施例1的变焦镜头在广角端时的结构示意图；
图2是根据本申请实施例1的变焦镜头在长焦端时的结构示意图；
图3是根据本申请实施例1的变焦镜头在广角端时的畸变曲线图；
图4是根据本申请实施例1的变焦镜头在长焦端时的畸变曲线图；
图5是根据本申请实施例2的变焦镜头在广角端时的结构示意图；
图6是根据本申请实施例2的变焦镜头在长焦端时的结构示意图；
图7是根据本申请实施例2的变焦镜头在广角端时的畸变曲线图；
图8是根据本申请实施例2的变焦镜头在长焦端时的畸变曲线图；
图9是根据本申请实施例3的变焦镜头在广角端时的结构示意图；
图10是根据本申请实施例3的变焦镜头在长焦端时的结构示意图；
图11是根据本申请实施例3的变焦镜头在广角端时的畸变曲线图；
图12是根据本申请实施例3的变焦镜头在长焦端时的畸变曲线图；
图13是根据本申请实施例4的变焦镜头在广角端时的结构示意图；
图14是根据本申请实施例4的变焦镜头在长焦端时的结构示意图；
图15是根据本申请实施例4的变焦镜头在广角端时的畸变曲线图；以及
图16是根据本申请实施例4的变焦镜头在长焦端时的畸变曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。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。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度形式化意义解释，除非本文中明确如此限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
以下对本申请的特征、原理和其它方面进行详细描述。
在示例性实施方式中，变焦镜头可包括第一透镜群组、第二透镜群组、第三透镜群组和第四透镜群组。第一透镜群组至第四透镜群组可沿光轴由物侧至像侧依序排列。
在示例性实施方式中，第一透镜群组可以具有正光焦度，第一透镜群组可为固定群组，相对像面位置固定，主要作用为校正系统的像差及畸变，同时减小公差敏感度，保证画面的均匀性。
在示例性实施方式中，第二透镜群组可以具有负光焦度，第二透镜群组可为变焦群组，可沿光轴从物侧方向像侧方移动，实现变焦镜头从广角端向长焦端变倍。
在示例性实施方式中，第三透镜群组可以具有正光焦度，第三透镜群组可为固定群组，相对像面位置固定，可以使出射光线平缓，减少像差的产生。第三透镜群组可包括六片具有光焦度的透镜，这六片透镜分别是沿光轴由物侧至像侧依序排列的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜、具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜和具有负光焦度的第十三透镜。
在示例性实施方式中，第四透镜群组可以具有正光焦度，第四透镜群组可为对焦群组，用于对焦(或补偿)，主要承担像面补偿作用，能够在镜头进行连续变焦的过程中，对像面进行补偿，从而保证镜头主体连续变焦时的成像质量。
根据本申请示例性实施方式的变焦镜头包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜群组、第二透镜群组、第三透镜群组和第四透镜群组，其中，第一透镜群组为具有正光焦度的固定群组；第二透镜群组为具有负光焦度的变焦群组；第三透镜群组为具有正光焦度的固定群组，包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的分别具有正、正、正、负、正、负光焦度的六片透镜；第四透镜群组为具有正光焦度的对焦群组。通过对变焦镜头的这种设置，可以实现变焦镜头具有大光圈、低畸变、大靶面、小型化和高成像质量等至少之一的有益效果。
在示例性实施方式中，第一透镜群组可包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜。第一透镜可以具有正光焦度；第二透镜可以具有负光焦度；第三透镜可以具有正光焦度。
在示例性实施方式中，第一透镜的物侧面可以为凸面，像侧面可以为凸面或者平面。第二透镜的物侧面可以为凸面，像侧面可以为凹面。第三透镜的物侧面可以为凸面，像侧面可以为凹面。
在示例性实施方式中，第一透镜群组包含两枚正透镜和一枚负透镜。第一透镜为正的凸凸或凸平透镜，第二透镜为负的凸凹透镜，有利于收集大视场光线进入光学系统中，实现变焦镜头在广角端时具有大视场角，例如FOV_w≥55°。同时，第二透镜和第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面的镜片设置，还有利于减小畸变。
在示例性实施方式中，第二透镜与第三透镜可以胶合形成双胶合透镜。
在示例性实施方式中，第二透镜群组可包括四片具有光焦度的透镜，例如它们分别是沿光轴由物侧至像侧依序排列的第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜。第四透镜可以具有负光焦度；第五透镜可以具有负光焦度。
在示例性实施方式中，第四透镜的像侧面可以为凹面。第五透镜的物侧面可以为凹面，像侧面可以为凹面。第六透镜的像侧面可以为凹面。
在示例性实施方式中，第五透镜与第六透镜可以胶合形成双胶合透镜。
在示例性实施方式中，第六透镜与第七透镜可以胶合形成双胶合透镜。
在示例性实施方式中，第二透镜群组包含一枚双胶合透镜，有利于平衡第二透镜群组的位置色差，降低第二透镜群组的公差敏感度。
在示例性实施方式中，第三透镜群组可包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜，第八至第十三透镜可依次分别具有正、正、正、负、正、负光焦度。
在示例性实施方式中，第八透镜的物侧面可以为凸面，像侧面可以为凸面。第九透镜的物侧面可以为凸面。第十透镜的物侧面可以为凹面，像侧面可以为凸面。第十一透镜的物侧面可以为凹面，像侧面可以为凹面。第十二透镜的物侧面可以为凸面，像侧面可以为凸面。第十三透镜的物侧面可以为凹面，像侧面可以为凹面。
在示例性实施方式中，第十透镜与第十一透镜可以胶合形成双胶合透镜；第十二透镜与第十三透镜可以胶合形成双胶合透镜。
在示例性实施方式中，第三透镜群组包含两枚胶合透镜。采用正负镜片的组合，有利于正负球差的相互补偿，有利于提高系统的解像。
在示例性实施方式中，第四透镜群组可包括三片具有光焦度的透镜，例如它们分别是沿光轴由物侧至像侧依序排列的第十四透镜、第十五透镜和第十六透镜。第十四透镜可以具有正光焦度；第十五透镜可以具有正光焦度；第十六透镜可以具有负光焦度。
在示例性实施方式中，第十四透镜的物侧面可以为凸面，像侧面可以为凸面。第十五透镜的物侧面可以为凸面，像侧面可以为凸面；第十六透镜的物侧面可以为凹面。
在示例性实施方式中，第十五透镜和第十六透镜可以胶合形成双胶合透镜。
在示例性实施方式中，第四透镜群组可包含一枚正透镜和一枚双胶合透镜。通过设置一枚正透镜可以有利于平衡前组引入的像散和畸变。通过设置一枚双胶合透镜可以有利于平衡前方透镜引入的色差，同时有利于平衡光学系统的各类像差。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头还可包括光阑，光阑例如可位于第二透镜群组和第三透镜群组之间。需要说明的是，此处公开的光阑的位置仅是示例而非限制；在替代的实施方式中，也可根据实际需要将光阑设置在其他位置。
在示例性实施方式中，变焦镜头还可进一步包括设置于成像面的感光元件。可选地，设置于成像面的感光元件可以是感光耦合元件(CCD)或互补性氧化金属半导体元件(CMOS)。
在示例性实施方式中，根据需要，本申请的变焦镜头还可包括设置在第四透镜群组与成像面之间的滤光片和/或保护玻璃。滤光片可以对具有特定波长的光线进行过滤，保护玻璃可以防止变焦镜头的像侧元件(例如，芯片)被损坏。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：4.7≤FG1/Fw≤5.6，其中，FG1是第一透镜群组的有效焦距，Fw是变焦镜头在广角端时的焦距。通过控制第一透镜群组的有效焦距与变焦镜头在广角端时的焦距的比值在该范围，有利于使大角度入射光线汇聚进入光学系统中，有效扩大光学系统的视场角。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：-1.7≤FG2/Fw≤-1.2，其中，FG2是第二透镜群组的有效焦距，Fw是变焦镜头在广角端时的焦距。通过控制第二透镜群组的有效焦距与变焦镜头在广角端时的焦距的比值在该范围，可以在实现成像性能的同时保证变倍过程中所需的变焦比。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：2.7≤FG3/Fw≤4.4，其中，FG3是第三透镜群组的有效焦距，Fw是变焦镜头在广角端时的焦距。通过控制第三透镜群组的有效焦距与变焦镜头在广角端时的焦距的比值在该范围，有利于第三透群镜组收集第二透镜群组的出射光线，使光线平缓过渡，有效减小像差的产生，提高光学成像质量。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：1.6≤FG4/Fw≤2.2，其中，FG4是第四透镜群组的有效焦距，Fw是变焦镜头在广角端时的焦距。通过控制第四透镜群组的有效焦距与变焦镜头在广角端时的焦距的比值在该范围，可以保证变倍过程中像面稳定，也可以减少整个变焦过程中球面像差和畸变的变化，以获得高成像性能。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：2.1≤D2/IH≤2.8，其中，D2是在变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中第二透镜群组沿光轴移动的距离，IH是变焦镜头的全像高。通过控制第二透镜群组在变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中沿光轴移动的距离与变焦镜头的全像高的比值在该范围，在相同成像面相同像高情况下，可以有效地限制光学镜头的长度，进而有利于实现光学镜头的小型化。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：0.2≤D2/TTL≤0.3，其中，D2是在变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中第二透镜群组沿光轴移动的距离，TTL是变焦镜头的光学总长，即第一透镜群组中最靠近物侧的第一透镜的物侧面至变焦镜头的成像面在光轴上的距离。通过控制第二透镜群组在变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中沿光轴移动的距离与变焦镜头的光学总长的比值在该范围，可以使变焦镜头具有更快的变倍速度。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：0≤D4/TTL≤0.1，其中，D4是在变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中第四透镜群组沿光轴移动的距离，TTL是变焦镜头的光学总长。通过控制第四透镜群组在变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中沿光轴移动的距离与变焦镜头的光学总长的比值在该范围，可以使变焦镜头具有更快的对焦速度。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：2.0≤D2/Fw≤2.5，其中，D2是在变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中第二透镜群组沿光轴移动的距离，Fw是变焦镜头在广角端时的焦距。通过控制第二透镜群组在变焦镜头从广角端到长焦端的切换过程中沿光轴移动的距离与变焦镜头在广角端时的焦距的比值在该范围，可以减小第一透镜群组和第二透镜群组之间产生的像差，同时也可以控制镜头的体积，缩减设计成本。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：65≤Vd(G3)≤95，其中，Vd(G3)是第三透镜群组中所包括的透镜的阿贝数，第三透镜群组中至少包含一片阿贝数满足条件式65≤Vd(G3)≤95的透镜。通过控制第三透镜群组中包括至少一片透镜的阿贝数满足条件式65≤Vd(G3)≤95，可以有效地校正第三透镜群组的色差，从而提高光学系统的成像质量。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：1.4≤Nd(G3)≤1.6，其中，Nd(G3)是第三透镜群组中所包括的透镜的折射率，第三透镜群组中至少包含一片折射率满足条件式1.4≤Nd(G3)≤1.6的透镜。通过控制第三透镜群组中包括至少一片透镜的折射率满足条件式1.4≤Nd(G3)≤1.6，可以有效地校正第三透镜群组的球差，从而提高光学系统的成像质量。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：0.3≤TG4/FG4≤0.7，其中，TG4是第四透镜群组在光轴上的中心厚度，即第四透镜群组的光学总长，也即第四透镜群组中最靠近物侧的第十四透镜的物侧面至第四透镜群组中最靠近像侧的第十六透镜的像侧面在光轴上的距离，FG4是第四透镜群组的有效焦距。通过控制第四透镜群组的光学总长与第四透镜群组的有效焦距的比值在该范围，可以使得第四透镜群组的体积较小，有利于实现镜头的小型化。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：0.7≤Ft/FG1≤0.9，其中，Ft是变焦镜头在长焦端时的焦距，FG1是第一透镜群组的有效焦距。通过控制变焦镜头在长焦端时的焦距与第一透镜群组的有效焦距的比值在该范围，可以平衡长焦端的各类像差，提升解像。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：1.9≤TTL/Ft≤2.1，其中，TTL是变焦镜头的光学总长，Ft是变焦镜头在长焦端时的焦距。通过控制变焦镜头的光学总长与变焦镜头在长焦端时的焦距的比值在该范围，可以使得系统光学总长较小，有利于实现小型化。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：0.5≤f8/FG3≤1.5，其中，f8是第三透镜群组中最靠近物侧的第八透镜的有效焦距，FG3是第三透镜群组的有效焦距。通过控制第三透镜群组中最靠近物侧的第八透镜的有效焦距与第三透镜群组的有效焦距的比值在该范围，可以使第八透镜具有收光效果，进而保证通光量。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：0.1≤T16/TG4≤0.5，其中，T16是第四透镜群组中最靠近像侧的第十六透镜在光轴上的中心厚度，TG4是第四透镜群组在光轴上的中心厚度，即第四透镜群组中最靠近物侧的第十四透镜的物侧面至第四透镜群组中最靠近像侧的第十六透镜的像侧面在光轴上的距离。通过控制第四透镜群组中最靠近像侧的第十六透镜在光轴上的中心厚度与第四透镜群组在光轴上的中心厚度的比值在该范围，有利于附近光线平稳过渡，有利于场曲的矫正。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可满足：1.7≤Dmax4/IH≤2.3，其中，Dmax4是第二透镜群组中最靠近物侧的第四透镜在变焦镜头处于广角端时的全口径，IH是变焦镜头的全像高。通过控制第二透镜群组中最靠近物侧的第四透镜在变焦镜头处于广角端时的全口径与变焦镜头的全像高的比值在该范围，有利于进入光学系统的光线有效收束，有利于减小光学系统镜片口径。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头具有恒定光圈。镜头变焦过程中光圈恒定，解像不下降，成像画面通透，背景虚化自然。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头可实现双光路成像。通过合理地材料搭配，结合分光棱镜，使得红外光与可见光独立成像，夜晚可得到彩色的画面。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦镜头采用固定、变焦、固定、对焦的四群组架构搭配一个光阑，四个透镜群组分别具有正、负、正、正光焦度，变焦镜头的这种架构设置可以很好地校正场曲和畸变，使得广角端畸变绝对值最小可做到7％，同时满足大靶面(最大成像靶面可达12.8mm)的使用需求。
根据本申请实施方式的变焦镜头可包括沿光轴由物侧至像侧依序排列的四个透镜群组，通过合理设置第一至第四透镜群组依次具有正、负、正、正的光焦度，并设置第一和第三透镜群组为固定群组、第二透镜群组为变焦群组、第四透镜群组为对焦群组，同时合理设置各透镜群组包含的透镜数量、光焦度以及面型、折射率、阿贝数等参数，可以实现变焦镜头具有大光圈、低畸变、大靶面、小型化、广角和高成像质量等至少之一的有益效果。
然而，本领域的技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可改变构成镜头的透镜群组的结构和数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。例如，虽然在实施方式中以四个透镜群组为例进行了描述，但是该变焦镜头不限于包括该四个透镜群组，且各透镜群组所包括的透镜数量也不限于上述实施方式所描述的数量。如果需要，该变焦镜头还可包括其它数量的透镜群组或透镜。下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的变焦镜头的具体实施例。
实施例1
图1是根据本申请实施例1的变焦镜头处于广角端时的结构示意图，图2是根据本申请实施例1的变焦镜头处于长焦端时的结构示意图，以下参照图1和图2描述根据本申请实施例1的变焦镜头。
如图1和图2所示，变焦镜头沿光轴由物侧至像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、光阑STO、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12、第十三透镜L13、第十四透镜L14、第十五透镜L15、第十六透镜L16、分光棱镜P1和位于像侧端的像面(IMA)。
在该实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3这三片透镜构成第一透镜群组，其中，第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1为凸面，像侧面S2为凸面；第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面；第三透镜L3具有正光焦度，其物侧面S4为凸面，像侧面S5为凹面；并且，第二透镜L2和第三透镜L3胶合形成双胶合透镜。第一透镜群组具有正光焦度，为固定群组，相对像面位置固定，可校正系统的像差及畸变，同时减小公差敏感度，保证画面的均匀性。
在该实施例中，第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7这四片透镜构成第二透镜群组，其中，第四透镜L4具有负光焦度，其物侧面S6为凹面，像侧面S7为凹面；第五透镜L5具有负光焦度，其物侧面S8为凹面，像侧面S9为凹面；第六透镜L6具有负光焦度，其物侧面S10为凹面，像侧面S11为凹面；第七透镜L7具有正光焦度，其物侧面S11为凸面，像侧面S12为凸面；并且，第六透镜L6和第七透镜L7胶合形成双胶合透镜。第二透镜群组具有负光焦度，为变焦群组，第二透镜群组沿光轴从物侧方向像侧方移动，实现该变焦镜头从广角端向长焦端变倍。
在该实施例中，第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13这六片透镜构成第三透镜群组，其中，第八透镜L8具有正光焦度，其物侧面S14为凸面，像侧面S15为凸面；第九透镜L9具有正光焦度，其物侧面S16为凸面，像侧面S17为凹面；第十透镜L10具有正光焦度，其物侧面S18为凹面，像侧面S19为凸面；第十一透镜L11具有负光焦度，其物侧面S19为凹面，像侧面S20为凹面；第十二透镜L12具有正光焦度，其物侧面S21为凸面，像侧面S22为凸面；第十三透镜L13具有负光焦度，其物侧面S22为凹面，像侧面S23为凹面；并且，第十透镜L10和第十一透镜L11胶合形成双胶合透镜；第十二透镜L12和第十三透镜L13胶合形成双胶合透镜。第三透镜群组具有正光焦度，为固定群组，相对像面位置固定，可使出射光线平缓，减少像差的产生。
在该实施例中，第十四透镜L14、第十五透镜L15和第十六透镜L16这三片透镜构成第四透镜群组，其中，第十四透镜L14具有正光焦度，其物侧面S24为凸面，像侧面S25为凸面；第十五透镜L15具有正光焦度，其物侧面S26为凸面，像侧面S27为凸面；第十六透镜L16具有负光焦度，其物侧面S27为凹面，像侧面S28为凸面；并且，第十五透镜L15和第十六透镜L16胶合形成双胶合透镜。第四透镜群组具有正光焦度，为对焦群组，用于对焦(或补偿)，在镜头进行连续变焦的过程中，对像面进行补偿，保证镜头主体连续变焦时的成像质量。
在该实施例中，变焦镜头的光阑STO设置在第二透镜群组和第三透镜群组之间，更具体地，设置在第七透镜L7与第八透镜L8之间。
表1示出了实施例1的变焦镜头的各透镜的曲率半径R、厚度/距离、折射率Nd以及阿贝数Vd。
表1
在该实施例中，通过改变第二透镜群组、第四透镜组在光轴上的位置，可以使该变焦镜头的总有效焦距随着被摄物体的距离的变化而变化，从而实现该变焦镜头的连续变焦。表1中S5行所对应的距离T1可以是一个变量，T1可以表示该变焦镜头处于广角端和长焦端时的第一透镜群组和第二透镜群组在光轴上的空气间隔；表1中S12行所对应的距离T2也可以是一个变量，T2可以表示该变焦镜头处于广角端和长焦端时的第二透镜群组和光阑STO在光轴上的空气间隔；表1中S23行所对应的距离T3也可以是一个变量，T3可以表示该变焦镜头处于广角端和长焦端时的第三透镜群组和第四透镜群组在光轴上的空气间隔；以及，表1中S28行所对应的距离T4也可以是一个变量，T4可以表示该变焦镜头处于广角端和长焦端时的第四透镜群组和分光棱镜P1在光轴上的空气间隔。在该实施例中，通过移动第二透镜群组和第四透镜群组，变焦镜头实现变倍，当镜头分别处于广角端和长焦端时上述各变量T1、T2、T3和T4的数值(单位为mm)分别如下表2所示。
表2
图3示出了实施例1的变焦镜头在广角端时的畸变曲线图；图4示出了实施例1的变焦镜头在长焦端时的畸变曲线图。根据图3和图4可知，实施例1所给出的变焦镜头能够实现低畸变的效果。
实施例2
图5示出了根据本申请实施例2的变焦镜头处于广角端时的结构示意图，图6示出了根据本申请实施例2的变焦镜头处于长焦端时的结构示意图，以下参照图5和图6描述根据本申请实施例2的变焦镜头。
如图5和图6所示，该实施例中的变焦镜头具有与实施例1中的变焦镜头基本相同的结构设置，即，沿光轴由物侧至像侧依序包括第一透镜L1至第十六透镜L16以及分光棱镜P1和位于像侧端的像面，其中，十六片透镜同样可分为四个透镜群组：第一至第三透镜构成第一透镜群组，第四至第七透镜构成第二透镜群组，第八至第十三透镜构成第三透镜群组，第十四至第十六透镜构成第四透镜群组。并且，四个透镜群组的光焦度、作动方式均与实施例1中描述的变焦镜头相同，各透镜群组所包括的透镜数量、透镜光焦度、面型特征及胶合特征等也均与实施例1中描述的变焦镜头基本相同，仅第二透镜群组中所包括的第七透镜L7与实施例1中的第七透镜L7具有不同的面型特征。因此，为简洁起见，在该实施例中省略了与实施例1相似的部分描述，仅就二者的不同之处做出如下说明：
在该实施例中，第七透镜L7的物侧面S11为凸面，像侧面S12为凹面。
表3示出了实施例2的变焦镜头的各透镜的曲率半径R、厚度/距离、折射率Nd以及阿贝数Vd。
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表3
在该实施例中，通过改变第二透镜群组和第四透镜群组在光轴上的位置，可以使该变焦镜头的总有效焦距随着距被摄物体的距离的变化而变化，从而实现该变焦镜头的连续变焦。表3中S5行所对应的距离T1、S12行所对应的距离T2、S23行所对应的距离T3以及S28行所对应的距离T4与实施例1中所描述的T1至T4分别具有相同的含义。在该实施例中，通过移动第二透镜群组和第四透镜群组，变焦镜头实现变倍，当镜头分别处于广角端和长焦端时上述各变量T1、T2、T3和T4的数值(单位为mm)分别如下表4所示。
面号 距离 广角端 长焦端
S5 T1 1.21 35.13
S12 T2 35.44 1.52
S23 T3 4.50 4.76
S28 T4 2.45 2.19
表4
图7示出了实施例2的变焦镜头在广角端时的畸变曲线图；图8示出了实施例2的变焦镜头在长焦端时的畸变曲线图。根据图7和图8可知，实施例2所给出的变焦镜头能够实现低畸变的效果。
实施例3
图9示出了根据本申请实施例3的变焦镜头处于广角端时的结构示意图，图10示出了根据本申请实施例3的变焦镜头处于长焦端时的结构示意图，以下参照图9和图10描述根据本申请实施例3的变焦镜头。
如图9和图10所示，变焦镜头沿光轴由物侧至像侧依序包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、光阑STO、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12、第十三透镜L13、第十四透镜L14、第十五透镜L15、第十六透镜L16、分光棱镜P1和位于像侧端的像面(IMA)。
在该实施例中，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3这三片透镜构成第一透镜群组，其中，第一透镜L1具有正光焦度，其物侧面S1为凸面，像侧面S2为凸面；第二透镜L2具有负光焦度，其物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面；第三透镜L3具有正光焦度，其物侧面S4为凸面，像侧面S5为凹面；并且，第二透镜L2和第三透镜L3胶合形成双胶合透镜。第一透镜群组具有正光焦度，为固定群组，相对像面位置固定，可校正系统的像差及畸变，同时减小公差敏感度，保证画面的均匀性。
在该实施例中，第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7这四片透镜构成第二透镜群组，其中，第四透镜L4具有负光焦度，其物侧面S6为凸面，像侧面S7为凹面；第五透镜L5具有负光焦度，其物侧面S8为凹面，像侧面S9为凹面；第六透镜L6具有正光焦度，其物侧面S9为凸面，像侧面S10为凹面；第七透镜L7具有负光焦度，其物侧面S11为凹面，像侧面S12为凹面；并且，第五透镜L5和第六透镜L6胶合形成双胶合透镜。第二透镜群组具有负光焦度，为变焦群组，第二透镜群组沿光轴从物侧方向像侧方移动，实现该变焦镜头从广角端向长焦端变倍。
在该实施例中，第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13这六片透镜构成第三透镜群组，其中，第八透镜L8具有正光焦度，其物侧面S14为凸面，像侧面S15为凸面；第九透镜L9具有正光焦度，其物侧面S16为凸面，像侧面S17为凸面；第十透镜L10具有正光焦度，其物侧面S18为凹面，像侧面S19为凸面；第十一透镜L11具有负光焦度，其物侧面S19为凹面，像侧面S20为凹面；第十二透镜L12具有正光焦度，其物侧面S21为凸面，像侧面S22为凸面；第十三透镜L13具有负光焦度，其物侧面S22为凹面，像侧面S23为凹面；并且，第十透镜L10和第十一透镜L11胶合形成双胶合透镜；第十二透镜L12和第十三透镜L13胶合形成双胶合透镜。第三透镜群组具有正光焦度，为固定群组，相对像面位置固定，可使出射光线平缓，减少像差的产生。
在该实施例中，第十四透镜L14、第十五透镜L15和第十六透镜L16这三片透镜构成第四透镜群组，其中，第十四透镜L14具有正光焦度，其物侧面S24为凸面，像侧面S25为凸面；第十五透镜L15具有正光焦度，其物侧面S26为凸面，像侧面S27为凸面；第十六透镜L16具有负光焦度，其物侧面S27为凹面，像侧面S28为凹面；并且，第十五透镜L15和第十六透镜L16胶合形成双胶合透镜。第四透镜群组具有正光焦度，为对焦群组，用于对焦(或补偿)，在镜头进行连续变焦的过程中，对像面进行补偿，保证镜头主体连续变焦时的成像质量。
在该实施例中，变焦镜头的光阑STO设置在第二透镜群组和第三透镜群组之间，更具体地，设置在第七透镜L7与第八透镜L8之间。
表5示出了实施例3的变焦镜头的各透镜的曲率半径R、厚度/距离、折射率Nd以及阿贝数Vd。
表5
在该实施例中，通过改变第二透镜群组和第四透镜群组在光轴上的位置，可以使该变焦镜头的总有效焦距随着距被摄物体的距离的变化而变化，从而实现该变焦镜头的连续变焦。表5中S5行所对应的距离T1、S12行所对应的距离T2、S23行所对应的距离T3以及S28行所对应的距离T4与实施例1中所描述的T1至T4分别具有相同的含义。在该实施例中，通过移动第二透镜群组和第四透镜群组，变焦镜头实现变倍，当镜头分别处于广角端和长焦端时上述各变量T1、T2、T3和T4的数值(单位为mm)分别如下表6所示。
面号 距离 广角端 长焦端
S5 T1 0.50 31.69
S12 T2 33.27 2.08
S23 T3 3.83 4.72
S28 T4 3.22 2.33
表6
图11示出了实施例3的变焦镜头在广角端时的畸变曲线图；图12示出了实施例3的变焦镜头在长焦端时的畸变曲线图。根据图11和图12可知，实施例3所给出的变焦镜头能够实现低畸变的效果。
实施例4
图13示出了根据本申请实施例4的变焦镜头处于广角端时的结构示意图，图14示出了根据本申请实施例4的变焦镜头处于长焦端时的结构示意图，以下参照图13和图14描述根据本申请实施例4的变焦镜头。
如图13和图14所示，该实施例中的变焦镜头具有与实施例3中的变焦镜头基本相同的结构设置，即，沿光轴由物侧至像侧依序包括第一透镜L1至第十六透镜L16以及分光棱镜P1和位于像侧端的像面，其中，十六片透镜同样可分为四个透镜群组：第一至第三透镜构成第一透镜群组，第四至第七透镜构成第二透镜群组，第八至第十三透镜构成第三透镜群组，第十四至第十六透镜构成第四透镜群组。并且，四个透镜群组的光焦度、作动方式均与实施例3中描述的变焦镜头相同，以及各透镜群组所包括的透镜数量、透镜光焦度、面型特征及胶合特征等也均与实施例3中描述的变焦镜头基本相同，仅第一透镜群组中所包括的第一透镜L1、第三透镜群组中所包括的第九透镜L9和第四透镜群组中所包括的第十六透镜L16这三片透镜与实施例3中的第一透镜L1、第九透镜L9和第十六透镜L16相比分别具有不同的面型特征。因此，为简洁起见，在该实施例中省略了与实施例3相似的部分描述，仅就二者的不同之处做出如下说明：
在该实施例中，第一透镜L1的物侧面S1为凸面，像侧面S2为平面。第九透镜L9的物侧面S16为凸面，像侧面S17为凹面。第十六透镜L16的物侧面S27为凹面，像侧面S28为凸面。
表7示出了实施例4的变焦镜头的各透镜的曲率半径R、厚度/距离、折射率Nd以及阿贝数Vd。
表7
在该实施例中，通过改变第二透镜群组和第四透镜群组在光轴上的位置，可以使该变焦镜头的总有效焦距随着距被摄物体的距离的变化而变化，从而实现该变焦镜头的连续变焦。表7中S5行所对应的距离T1、S12行所对应的距离T2、S23行所对应的距离T3以及S28行所对应的距离T4与实施例1中所描述的T1至T4分别具有相同的含义。在该实施例中，通过移动第二透镜群组和第四透镜群组，变焦镜头实现变倍，当镜头分别处于广角端和长焦端时上述各变量T1、T2、T3和T4的数值(单位为mm)分别如下表8所示。
面号 距离 广角端 长焦端
S5 T1 0.57 29.54
S12 T2 32.00 3.03
S23 T3 5.36 5.73
S28 T4 1.87 1.50
表8
图15示出了实施例4的变焦镜头在广角端时的畸变曲线图；图16示出了实施例4的变焦镜头在长焦端时的畸变曲线图。根据图15和图16可知，实施例4所给出的变焦镜头能够实现低畸变的效果。
实施例1至实施例4中，变焦镜头分别处于广角端和长焦端时的有效焦距f(Fw-Ft)、变焦镜头分别处于广角端和长焦端时的光圈数FNO(Fw-Ft)、以及变焦镜头分别处于广角端和长焦端时的畸变(Fw-Ft)如表9中所示。
实施例/参数 f(Fw-Ft) FNO(w-t) 畸变(w-t)
1 14-60(mm) 1.62 -12％、2.3％
2 14-60(mm) 1.64 -12％、2.0％
3 14-60(mm) 1.63 -7％、2.0％
4 14-60(mm) 1.64 -7％、2.0％
表9
实施例1至实施例4分别满足下表10所示的关系。
表10
本申请还提供了一种电子设备，该电子设备可包括根据本申请上述实施方式的变焦镜头及用于将所述变焦镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种变焦镜头，其特征在于，沿光轴由物侧至像侧依序包括第一透镜群组、第二透镜群组、第三透镜群组和第四透镜群组，其中，
所述第一透镜群组为具有正光焦度的固定群组；
所述第二透镜群组为具有负光焦度的变焦群组；
所述第三透镜群组为具有正光焦度的固定群组，包括六片具有光焦度的透镜，分别是沿所述光轴由物侧至像侧依序排列的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜、具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜和具有负光焦度的第十三透镜；以及
所述第四透镜群组为具有正光焦度的对焦群组。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜群组包括沿所述光轴由物侧至像侧依序排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中，
所述第一透镜具有正光焦度；
所述第二透镜具有负光焦度；以及
所述第三透镜具有正光焦度。
3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面或平面；
所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；以及
所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。
4.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第二透镜与所述第三透镜胶合形成双胶合透镜。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜群组包括四片具有光焦度的透镜，分别是沿所述光轴由物侧至像侧依序排列的第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，其中，
所述第四透镜具有负光焦度；
所述第五透镜具有负光焦度。
6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第四透镜的像侧面为凹面；
所述第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；以及
所述第六透镜的像侧面为凹面。
7.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第五透镜与所述第六透镜胶合形成双胶合透镜；或
所述第六透镜与所述第七透镜胶合形成双胶合透镜。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第八透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
所述第九透镜的物侧面为凸面；
所述第十透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；
所述第十一透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；
所述第十二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；以及
所述第十三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第十透镜与所述第十一透镜胶合形成双胶合透镜；以及
所述第十二透镜与所述第十三透镜胶合形成双胶合透镜。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜群组包括三片具有光焦度的透镜，分别是沿所述光轴由物侧至像侧依序排列的第十四透镜、第十五透镜和第十六透镜，其中，
所述第十四透镜具有正光焦度；
所述第十五透镜具有正光焦度；以及
所述第十六透镜具有负光焦度。
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