CN212302054U - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变焦镜头，沿物侧至像侧方向，依次包括具有正光焦度的第一固定透镜群组、具有负光焦度的第一变焦透镜群组、孔径光阑(STO)、具有正光焦度的第二固定透镜群组、具有正光焦度度的第二变焦透镜群组、具有负光焦度的对焦透镜群组和具有正光焦度的第三变焦透镜群组。本实用新型的变焦镜头，可实现超过20倍的变倍比，满足高倍率小体积大光圈大靶面的性能需求，可实现全焦段4K成像。并通过合理的光焦度分配和特定玻璃材料的选择，实现了长焦端380～940nm之间色差和二级光谱校正，可满足全焦段红外共焦。还可以满足在‑40℃—+80℃温度范围内不虚焦。

Description

变焦镜头

技术领域

本实用新型涉及光学系统和器件设计技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。

背景技术

随着安防行业的发展，高端市场对画面的清晰度要求越来越高，4K分辨率逐渐成为主流。现有大倍率变焦镜头的望远端分辨率多再2M、4M水平，已经满足不了市场的需求。此外，变焦镜头变倍与镜头的前端口径和总长存在相互制约的关系，难以实现小型化。传统的“-变焦-对焦”或“两变焦-对焦”的架构自由度有限，难以实现长焦距大孔径大靶面，望远端红外离焦量大，难以实现红外共焦。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述问题，提供一种变焦镜头。

为实现上述目的，本实用新型提供一种变焦镜头，沿物侧至像侧方向，依次包括具有正光焦度的第一固定透镜群组、具有负光焦度的第一变焦透镜群组、孔径光阑、具有正光焦度的第二固定透镜群组、具有正光焦度度的第二变焦透镜群组、具有负光焦度的对焦透镜群组和具有正光焦度的第三变焦透镜群组。

根据本实用新型的一个方面，所述第一固定透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜和具有正光焦度的第四透镜。

根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜和第二透镜组成胶合镜片组。

根据本实用新型的一个方面，所述第一变焦透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有负光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜和具有负光焦度的第八透镜。

根据本实用新型的一个方面，所述第二固定透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜和具有正光焦度的第十一透镜。

根据本实用新型的一个方面，所述第二变焦透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有正光焦度的第十二透镜、具有负光焦度的第十三透镜和具有正光焦度的第十四透镜。

根据本实用新型的一个方面，所述第十三透镜和所述第十四透镜组成胶合镜片组。

根据本实用新型的一个方面，所述对焦透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有正光焦度或负光焦度的第十五透镜、具有正光焦度或负光焦度的第十六透镜，并且所述第十五透镜和第十六透镜组成胶合镜片组。

根据本实用新型的一个方面，所述第三变焦透镜群组包括具有正光焦度的第十七透镜。

根据本实用新型的一个方面，所述第一固定透镜群组、第一变焦透镜群组、第二固定透镜群组、第二变焦透镜群组、对焦透镜群组和第三变焦透镜群组的焦距依次为FG1、FG2、FG3、FG4、FG5、FG6，所述变焦镜头广角端的焦距为FW，满足：5.0≤FG1/FW≤8.5、-1.7≤FG2/FW≤-0.9、6.0≤FG3/FW≤9.5、1.7≤FG4/FW≤3.7、-3.0≤FG5/FW≤-1.0、2.5≤FG6/FW≤5.5。

根据本实用新型的一个方面，所述变焦镜头中的透镜至少有3枚为非球面透镜，并且所述非球面透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

根据本实用新型的一个方面，所述第一变焦透镜群组的行程为D2，所述变焦镜头的总长为TTL，满足：0.25＜|D2/TTL|＜0.35。

根据本实用新型的一个方面，所述第一变焦透镜群组的行程为D2，所述第二变焦透镜群组的行程为D4，满足0.3≤|D4/D2|≤0.4。

根据本实用新型的一个方面，所述第一变焦透镜群组的焦距FG2与所述对焦透镜群组的焦距FG5之间满足：0.5＜FG2/FG5＜1.5。

根据本实用新型的一个方面，所述第一固定透镜群组的最大透镜直径为ΦG1，所述变焦透镜的总长为TTL，满足：0.35＜ΦG1/TTL＜0.55。

本实用新型的变焦镜头，按照上述限定布置本实用新型的各个组成部分，采用光焦度为“正-负-正-正-负-正”的六群架构和“三变倍-对焦”的四群联动方式，可实现超过20倍的变倍化，满足高倍率、小体积、大光圈、大靶面的性能需求，实现全焦段4K成像。

本实用新型的变焦镜头，通过正负光焦度的合理搭配以及特定非球面透镜的实用，实现长焦端380-940nm之间色差和二级光谱校正，可满足全焦段红外共焦。

本实用新型的变焦镜头按照以上限定进行设置，可实现超过20倍的变倍比，满足高倍率小体积大光圈大靶面的性能需求，可实现全焦段4K成像。并通过合理的光焦度分配和特定玻璃材料的选择，实现了长焦端380～940nm之间色差和二级光谱校正，可满足全焦段红外共焦。还可以满足在-40℃—+80℃温度范围内不虚焦。

附图说明

图1示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头的结构示意图；

图2示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头在广角端的MTF图；

图3示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头在长焦端的MTF图；

图4示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头在广角端的850nm离焦曲线图；

图5示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头的结构示意图；

图6示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头在广角端的MTF图；

图7示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头在长焦端的MTF图；

图8示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头在广角端的850nm离焦曲线图；

图9示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头的结构示意图；

图10示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头在广角端的MTF图；

图11示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头在长焦端的MTF图；

图12示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头在广角端的850nm离焦曲线图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

参照附图1所示，本实用新型提供一种变焦镜头，沿物侧至像侧方向，依次包括第一固定透镜群组、第一变焦透镜群组、孔径光阑STO、第二固定透镜群组、第二变焦透镜群组、对焦透镜群组和第三变焦透镜群组。在本实用新型中，第一固定透镜群组具有正光焦度、第一变焦透镜群组具有负光焦度，第二固定透镜群组具有正光焦度、第二变焦透镜群组具有正光焦度、对焦透镜群组具有负光焦度、第三变焦透镜群组具有正光焦度。

本实用新型的变焦镜头，第一变焦透镜群组、第二变焦透镜群组和第三变焦透镜群组可沿光轴移动，用于本实用新型变焦镜头再广角端和望远端之间的光学变焦。本实用新型的对焦透镜群组可沿着光轴移动，用于补偿光学变焦过程中像面位置的变化。

本实用新型的变焦镜头，按照上述限定布置本实用新型的各个组成部分，采用光焦度为“正-负-正-正-负-正”的六群架构和“三变倍-对焦”的四群联动方式，可实现超过20倍的变倍化，满足高倍率、小体积、大光圈、大靶面的性能需求，实现全焦段4K成像。

具体来说，本实用新型的变焦镜头，沿物侧至像侧方向,第一固定透镜群组依次包括具有负光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3和具有正光焦度的第四透镜L4，并且第一透镜L1和第二透镜L2组成胶合镜片组。

在本实用新型中，沿物侧至像侧方向，第一变焦透镜群组依次包括具有负光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6、具有正光焦度的第七透镜L7和具有负光焦度的第八透镜L8。

本实用新型的第二固定透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有正光焦度的第九透镜L9、具有负光焦度的第十透镜L10和具有正光焦度的第十一透镜L11。

本实用新型的第二变焦透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有正光焦度的第十二透镜L12、具有负光焦度的第十三透镜L13和具有正光焦度的第十四透镜L14，并且第十三透镜L13和第十四透镜L14组成胶合镜片组。

本实用新型的对焦透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有正光焦度或负光焦度的第十五透镜L15、具有正光焦度或负光焦度的第十六透镜L16,并且第十五透镜L15和第十六透镜L16组成胶合镜片组。

本实用新型的第三变焦透镜群组包括具有正光焦度的第十七透镜L17。

本实用新型的变焦镜头，变焦镜头中的透镜至少有3枚为非球面透镜，并且所述非球面透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

本实用新型的变焦镜头，通过正负光焦度的合理搭配以及特定非球面透镜的实用，实现长焦端380-940nm之间色差和二级光谱校正，可满足全焦段红外共焦。

本实用新型的变焦透镜，第一固定透镜群组G1、第一变焦透镜群组G2、第二固定透镜群组G3、第二变焦透镜群组G4、对焦透镜群组G5和第三变焦透镜群组G6的焦距依次为FG1、FG2、FG3、FG4、FG5、FG6，所述变焦镜头广角端的焦距为FW，满足：5.0≤FG1/FW≤8.5、-1.7≤FG2/FW≤-0.9、6.0≤FG3/FW≤9.5、1.7≤FG4/FW≤3.7、-3.0≤FG5/FW≤-1.0、2.5≤FG6/FW≤5.5。第一变焦透镜群组的焦距FG2与对焦透镜群组的焦距FG5之间满足：0.5＜FG2/FG5＜1.5。

在本实用新型中，第一变焦透镜群组的行程为D2，本实用新型变焦镜头的总长为TTL，满足：0.25＜|D2/TTL|＜0.35。

第二变焦透镜群组的行程为D4，第二变焦透镜群组的行程D4与满足第一变焦透镜群组的行程D2之间满足关系式：0.3≤|D4/D2|≤0.4。

在本实用新型中，第一固定透镜群组的最大透镜直径为ΦG1，本实用新型的变焦透镜的总长为TTL，满足：0.35＜ΦG1/TTL＜0.55。

综上，本实用新型的变焦镜头按照以上限定进行设置，可实现超过20倍的变倍比，满足高倍率小体积大光圈大靶面的性能需求，可实现全焦段4K成像。并通过合理的光焦度分配和特定玻璃材料的选择，实现了长焦端380～940nm之间色差和二级光谱校正，可满足全焦段红外共焦。还可以满足在-40℃—+80℃温度范围内不虚焦。

以下根据本实用新型的上述设置给出3组具体实施方式来具体说明根据本实用新型的成像镜头。本实用新型的变焦镜头共包含17片透镜，其中第一透镜L1和第二透镜L2组成胶合镜片组，第十三透镜L13和第十四透镜L14组成胶合镜片组，第十五透镜L15和第十六透镜L16组成胶合镜片组，加上孔径光阑S、滤光片以及成像面，共包含35个光学面，为叙述方便，将35个光学面依次进行编号为S1-S35。

三组实施方式数据如下表1中数据：

表1

实施方式一：

图1是示意性表示根据本实用新型的实施方式一的变焦镜头结构图。

以下表2列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表2

表3列出的是本实施例中各非球面透镜的非球面系数，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶的非球面系数。

表3

在本实施例中，第九透镜L9、第十二透镜L12和第十七透镜L17为非球面透镜。

表4列出的是广角端、望远端变倍数据如下：

	广角端	长焦端
			T1	1.2	46.4
T2	46.4	1.2
			T3	17.1	1.5
T4	3.5	11.2
			T5	1.5	19.4
T6	11.5	1.5

表4

图2-4示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头在广角端的MTF图、头在长焦端的MTF图和在广角端的850nm离焦曲线图。结合附图可以得知，按照本实用新型实施例1得到的变焦镜头，实现了最大光圈1.6，变倍比超过20倍，矫正380～940nm之间的位置色差和倍率色差，满足全焦距段4K分辨率，镜头尺寸小，大倍率的光学变焦。

实施方式二：

图5是示意性表示根据本实用新型的实施方式二的变焦镜头结构图。

以下表5列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表5

表6列出的是本实施例中各非球面透镜的非球面系数，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶的非球面系数。

表6

在本实施例中，第六透镜L6、第九透镜L9、第十二透镜L12和第十七透镜L17为非球面透镜。

表7列出的是广角端、望远端变倍数据如下：

	广角端	长焦端
			T1	1.2	46.4
T2	46.4	1.2
			T3	17.1	1.5
T4	3.5	11.2
			T5	1.5	19.4
T6	11.5	1.5

表7

图6-8示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头在广角端的MTF图、头在长焦端的MTF图和在广角端的850nm离焦曲线图。结合附图可以得知，按照本实用新型实施例2得到的变焦镜头，实现了最大光圈1.6，变倍比超过20倍，矫正380～940nm之间的位置色差和倍率色差，满足全焦距段4K分辨率，镜头尺寸小，大倍率的光学变焦。

实施方式三：

图9是示意性表示根据本实用新型的实施方式三的变焦镜头结构图。

以下表8列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表8

表9列出的是本实施例中各非球面透镜的非球面系数，K为该表面的二次曲面常数，A、B、C、D、E分别为四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶的非球面系数。

表9

在本实施例中，第五透镜L5、第十二透镜L12和第十七透镜L17为非球面透镜。

表10列出的是广角端、望远端变倍数据如下：

	广角端	长焦端
			T1	1.5	44.3
T2	44.3	1.5
			T3	16.7	1.5
T4	4	12
			T5	1.5	20.2
T6	13	1.5

图10-12示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头在广角端的MTF图、头在长焦端的MTF图和在广角端的850nm离焦曲线图。结合附图可以得知，按照本实用新型实施例3得到的变焦镜头，实现了最大光圈1.6，变倍比超过20倍，矫正380～940nm之间的位置色差和倍率色差，满足全焦距段4K分辨率，镜头尺寸小，大倍率的光学变焦。

以上所述仅为本实用新型的一个实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种变焦镜头，其特征在于，沿物侧至像侧方向，依次包括具有正光焦度的第一固定透镜群组、具有负光焦度的第一变焦透镜群组、孔径光阑(STO)、具有正光焦度的第二固定透镜群组、具有正光焦度度的第二变焦透镜群组、具有负光焦度的对焦透镜群组和具有正光焦度的第三变焦透镜群组。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一固定透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有负光焦度的第一透镜(L1)、具有正光焦度的第二透镜(L2)、具有正光焦度的第三透镜(L3)和具有正光焦度的第四透镜(L4)。

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(L1)和第二透镜(L2)组成胶合镜片组。

4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一变焦透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有负光焦度的第五透镜(L5)、具有负光焦度的第六透镜(L6)、具有正光焦度的第七透镜(L7)和具有负光焦度的第八透镜(L8)。

5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二固定透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有正光焦度的第九透镜(L9)、具有负光焦度的第十透镜(L10)和具有正光焦度的第十一透镜(L11)。

6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二变焦透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有正光焦度的第十二透镜(L12)、具有负光焦度的第十三透镜(L13)和具有正光焦度的第十四透镜(L14)。

7.根据权利要求6所述的变焦镜头，其特征在于，所述第十三透镜(L13)和所述第十四透镜(L14)组成胶合镜片组。

8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述对焦透镜群组沿物侧至像侧方向依次包括具有正光焦度或负光焦度的第十五透镜(L15)、具有正光焦度或负光焦度的第十六透镜(L16),并且所述第十五透镜(L15)和第十六透镜(L16)组成胶合镜片组。

9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第三变焦透镜群组包括具有正光焦度的第十七透镜(L17)。

10.根据权利要求1-9任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一固定透镜群组、第一变焦透镜群组、第二固定透镜群组、第二变焦透镜群组、对焦透镜群组和第三变焦透镜群组的焦距依次为FG1、FG2、FG3、FG4、FG5、FG6，所述变焦镜头广角端的焦距为FW，满足：5.0≤FG1/FW≤8.5、-1.7≤FG2/FW≤-0.9、6.0≤FG3/FW≤9.5、1.7≤FG4/FW≤3.7、-3.0≤FG5/FW≤-1.0、2.5≤FG6/FW≤5.5。

11.根据权利要求1-9任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头中的透镜至少有3枚为非球面透镜，并且所述非球面透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

12.根据权利要求1-9任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一变焦透镜群组的行程为D2，所述变焦镜头的总长为TTL，满足：0.25＜|D2/TTL|＜0.35。

13.根据权利要求1-9任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一变焦透镜群组的行程为D2，所述第二变焦透镜群组的行程为D4，满足0.3≤|D4/D2|≤0.4。

14.根据权利要求10所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一变焦透镜群组的焦距FG2与所述对焦透镜群组的焦距FG5之间满足：0.5＜FG2/FG5＜1.5。

15.根据权利要求1-9任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一固定透镜群组的最大透镜直径为ΦG1，所述变焦透镜的总长为TTL，满足：0.35＜ΦG1/TTL＜0.55。

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