CN212749364U - 一种变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列设置的第一固定群组(1)、变焦群组(2)、第二固定群组(3)，对焦群组(4)及滤光片(5)；所述变焦群组(2)可沿所述光轴移动，用于所述变焦镜头在广角端和望远端之间的光学变焦；所述对焦群组(4)可沿所述光轴移动，用于校正所述变焦群组(2)在变焦过程中的像面位置变化；所述第一固定群组(1)的焦距FA，所述变焦群组(2)的焦距FB，所述第二固定群组(3)的焦距FC、所述对焦群组(4)的焦距FD满足：1.45≤FA/FC≤3.25,‑2.3≤FB/FC≤‑0.45,1.10≤FD/FC≤3.45。本实用新型镜头体积小、像面大，可满足多种类型的摄像设备的使用需求。

Description

一种变焦镜头

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AI人脸识别技术的发展,变焦镜头在在该领域有利进一步的发展应用空间。但由于在AI人脸识别领域需要更加清晰的图像才能够实现其优秀的识别精度和处理效率。因此，对摄像机镜头的光圈、像面、分辨率、红外性能及高低温性能提出了更高的要求。但目前使用的镜头普遍存在如下缺点：光圈小，不能满足低照度环境下图像对亮度的要求；大像面与小体积不能兼顾，不能满足镜头的空间要求；分辨率低，目前主流的1080P镜头，分辨率在200万，显然已经不能满足人脸识别对高像素的需求；红外性能与高低温性能不能兼顾，往往通过牺牲高低温性能来满足日夜共焦的要求，但这也已经满足不了高低温环境下人脸识别对实时性的要求。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种变焦镜头，能够适用于日夜共焦的4K清晰成像。

为实现上述目的，本实用新型提供一种变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列设置的第一固定群组、变焦群组、第二固定群组，对焦群组及滤光片；

所述变焦群组可沿所述光轴移动，用于所述变焦镜头在广角端和望远端之间的光学变焦；

所述对焦群组可沿所述光轴移动，用于校正所述变焦群组在变焦过程中的像面位置变化；

所述第一固定群组的焦距FA，所述变焦群组的焦距FB，所述第二固定群组的焦距FC、所述对焦群组的焦距FD满足：1.45≤FA/FC≤3.25,-2.3≤FB/FC≤-0.45,1.10≤FD/FC≤3.45。

根据本实用新型的一个方面，所述变焦镜头的广角端焦距Fw与所述第二固定群组的焦距FC满足：0.5≤Fw/FC≤1.4。

根据本实用新型的一个方面，所述第一固定群组为正光焦度；所述变焦群组为负光焦度；所述第二固定群组为正光焦度；所述对焦群组为正光焦度。

根据本实用新型的一个方面，从物侧至像侧所述第一固定群组依次包括：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。

根据本实用新型的一个方面，从物侧至像侧所述变焦群组依次包括：具有负光焦度的第四透镜；具有负光焦度的第五透镜；具有正光焦度的第六透镜。

根据本实用新型的一个方面，从物侧至像侧所述第二固定群组依次包括：具有正光焦度的第七透镜；具有正光焦度的第八透镜；具有正光焦度的第九透镜；具有负光焦度的第十透镜。

根据本实用新型的一个方面，从物侧至像侧所述对焦群组依次包括：具有正光焦度的第十一透镜；具有正或负光焦度的第十二透镜；具有正或负光焦度的第十三透镜；具有负光焦度的第十四透镜；具有正光焦度的第十五透镜。

根据本实用新型的一个方面，所述第一固定群组,所述第二固定群组和所述对焦群组中分别有至少1枚透镜的材料折射率nd满足：1.43≤nd≤1.64，以及该所述透镜的透镜材料的阿贝数vd满足：60≤vd≤96。

根据本实用新型的一个方面，所述变焦镜头所包含的透镜中至少有1枚为非球面透镜，且所述非球面透镜的两个面均为非球面。

根据本实用新型的一个方面，所述非球面透镜中至少有1枚的折射率温度系数A满足：A<-8.0*10^-5/℃。

根据本实用新型的一个方面，所述变焦镜头中至少含有1个由相邻透镜胶合而成的胶合透镜。

根据本实用新型的一个方面，所述变焦镜头所覆盖的靶面直径φ与所述变焦镜头的总长TTL之间满足：φ/TTL≤0.27。

根据本实用新型的一个方面，还包括光阑，所述光阑位于所述变焦群组和所述第二固定群组之间。

根据本实用新型的一个方案，使得本实用新型的透镜群组之间的透镜数量和体积分布更加合理，确保了该变焦镜头的整体质量的均衡。同时，通过上述设置还有利于降低群组件的组装公差，对提高本实用新型的可装配性有利。

根据本实用新型的一个方案，还实现了对群组光焦度的优化分配，从而使得本实用新型的变焦镜头在保证较大视场角的同时减小总体长度，不仅有效提高了本实用新型传递光线的效率，还有效降低了本实用新型的生产成本。

根据本实用新型的一个方案，使其各透镜满足上述光焦度的搭配，进而能够实现该变焦镜头拥有对可见和红外光谱的优秀共焦成像能力，同时，通过上述设置能够使得本实用新型的变焦镜头在不同环境温度下实现温度补偿功能，在大光圈状态下仍具有良好的解析度，达到清晰成像的效果。

根据本实用新型的一个方案，本实用新型的镜头通过冕牌玻璃和火石玻璃的搭配组合，实现了420-940nm波段的色差和二级光谱的校正，在日夜切换时不重新对焦也可保证解像力。

根据本实用新型的一个方案，本实用新型镜头体积小、像面大，可满足多种类型的摄像设备的使用需求。

根据本实用新型的一个方案，本实用新型镜头在兼顾红外性能的前提下，解决了高低温环境下焦点漂移的问题，使得本实用新型镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，适用于各种高低温环境，极大地拓宽了本实用新型镜头的应用范围。

附图说明

图1是示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头的结构图；

图2是示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头可见光下广角端MTF图；

图3是示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头红外光下广角端MTF图；

图4是示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头可见光下长焦端MTF图；

图5是示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头红外光下长焦端MTF图；

图6是示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头的结构图；

图7是示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头可见光下广角端MTF图；

图8是示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头红外光下广角端MTF图；

图9是示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头可见光下长焦端MTF图；

图10是示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头红外光下长焦端MTF图；

图11是示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头的结构图；

图12是示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头可见光下广角端MTF图；

图13是示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头红外光下广角端MTF图；

图14是示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头可见光下长焦端MTF图；

图15是示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头红外光下长焦端MTF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。

在针对本实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列设置的第一固定群组1、变焦群组2、第二固定群组3，对焦群组4及滤光片5。在本实施方式中，变焦群组2可沿光轴移动，用于变焦镜头在广角端和望远端之间的光学变焦；对焦群组4可沿光轴移动，用于校正变焦群组2在变焦过程中的像面位置变化。在本实施方式中，第一固定群组1的焦距FA，变焦群组2的焦距FB，第二固定群组3的焦距FC、对焦群组4的焦距FD满足：1.45≤FA/FC≤3.25,-2.3≤FB/FC≤-0.45,1.10≤FD/FC≤3.45。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，变焦镜头的广角端焦距Fw与第二固定群组3的焦距FC满足：0.5≤Fw/FC≤1.4。在本实施方式中，变焦群组2沿着光轴从物侧向像侧移动，实现本实用新型的变焦镜头从广角端向望远端的变倍(变焦)。

通过上述设置，使得本实用新型的透镜群组之间的透镜数量和体积分布更加合理，确保了该变焦镜头的整体质量的均衡。同时，通过上述设置还有利于降低群组件的组装公差，对提高本实用新型的可装配性有利。

通过上述设置，还实现了对群组光焦度的优化分配，从而使得本实用新型的变焦镜头在保证较大视场角的同时减小总体长度，不仅有效提高了本实用新型传递光线的效率，还有效降低了本实用新型的生产成本。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，第一固定群组1为正光焦度；变焦群组2为负光焦度；第二固定群组3为正光焦度；对焦群组4为正光焦度。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，从物侧至像侧第一固定群组1依次包括：具有负光焦度的第一透镜11，具有正光焦度的第二透镜12，具有正光焦度的第三透镜13。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，从物侧至像侧变焦群组2依次包括：具有负光焦度的第四透镜21；具有负光焦度的第五透镜22；具有正光焦度的第六透镜23。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，从物侧至像侧第二固定群组3依次包括：具有正光焦度的第七透镜31；具有正光焦度的第八透镜32；具有正光焦度的第九透镜33；具有负光焦度的第十透镜34。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，从物侧至像侧对焦群组4依次包括：具有正光焦度的第十一透镜41；具有正或负光焦度的第十二透镜42；具有正或负光焦度的第十三透镜43；具有负光焦度的第十四透镜44；具有正光焦度的第十五透镜45。

通过上述设置的变焦镜头，使其各透镜满足上述光焦度的搭配，进而能够实现该变焦镜头拥有对可见和红外光谱的优秀共焦成像能力，同时，通过上述设置能够使得本实用新型的变焦镜头在不同环境温度下实现温度补偿功能，在大光圈状态下仍具有良好的解析度，达到清晰成像的效果。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，第一固定群组1,第二固定群组3和对焦群组4中分别有至少1枚透镜的材料折射率nd满足：1.43≤nd≤1.64，以及该透镜的透镜材料的阿贝数vd满足：60≤vd≤96。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，变焦镜头所包含的透镜中至少有1枚为非球面透镜，且非球面透镜的两个面均为非球面。在本实施方式中，非球面透镜中至少有1枚的折射率温度系数A满足：A<-8.0*10^-5/℃。

通过上述设置，本实用新型的镜头通过冕牌玻璃和火石玻璃的搭配组合，实现了420-940nm波段的色差和二级光谱的校正，在日夜切换时不重新对焦也可保证解像力。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，变焦镜头中至少含有1个由相邻透镜胶合而成的胶合透镜。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，变焦镜头所覆盖的靶面直径φ与变焦镜头的总长TTL之间满足：φ/TTL≤0.27。

通过上述设置，本实用新型镜头体积小、像面大，可满足多种类型的摄像设备的使用需求。

如图1所示，根据本实用新型的一种变焦镜头，还包括光阑S，光阑S位于变焦群组2和第二固定群组3之间。在本实施方式中，光阑S为可变光阑。通过上述设置，将光阑设置在变焦群组之后，实现光阑的后置，在采用可变光阑的情况下，实现了本实用新型的变焦镜头的光圈最大可达F1.4，使得本实用新型的变焦镜头在低照度环境的的进光量充足，保证所成的像的亮度。

通过上述设置，本实用新型镜头在兼顾红外性能的前提下，解决了高低温环境下焦点漂移的问题，使得本实用新型镜头在-40℃～80℃温度范围内不虚焦，适用于各种高低温环境，极大地拓宽了本实用新型镜头的应用范围。

以下采用三组实施例来具体说明根据本实用新型的变焦镜头。三组实施例中的数据如下表1所示：

	具体实施例一	具体实施例二	具体实施例三
				FA/FC	1.63	3.21	1.48
FB/FC	-0.563	-2.23	-0.46
				FD/FC	1.20	3.27	3.43
Fw/FC	1.36	1.38	0.524
				胶合镜片数量	3	2	4

表1

由表1可知，根据本实用新型的三组实施例的变焦镜头中各项参数的设置，满足本实用新型变焦镜头对于各参数条件的要求。

图1是示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头的结构图。如图1所示，在本实施例中，变焦镜头的第一固定群组1包括三枚透镜，变焦群组2包括三枚透镜，第二固定群组3包括四枚透镜，对焦群组4包括五枚透镜。为了便于叙述说明，根据光学面的个数进行编号，由于具有多个透镜胶合构成的胶合透镜，进而在胶合面采用一个编号。因此，在本实施方式中编号为S1-S27。另外，在采用本实用新型的变焦镜头的成像系统中还具有光阑面STO，滤光片的面S28、S29，成像面IMA。

以下表2列出了各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、折射率、阿贝数：

表2

以下表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以下表4列出的是本实施例中广角端与长焦端变倍数据：

	广角端	长焦端
			Z1	1.083	12.673
Z2	11.776	0.186
			Z3	3.824	2.598
Z4	0.705	1.931

表4

变焦镜头的第七透镜31为两个面均为非球面的透镜。非球面满足下列公式：

式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h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；A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂分别表示四阶、六阶、八阶、十二阶非球面系数。

由表1、表2、表3、表4可知，在本实施例中，各透镜相关参数的设置满足本实用新型变焦镜头的条件要求。图2-图5分别是示意性表示根据本实用新型实施例1的变焦镜头的广角端和长焦端的MTF图。由图2-图5可知，依照实施例1中各透镜的相关参数来布置本实用新型的变焦镜头，能够使本实用新型的变焦镜头具备红外可见共焦，变焦倍率大，实现F1.4大光圈，体积小，大靶面，全焦距段日夜共焦，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦等优点。

图6是示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头广角端的结构图。如图6所示，在本实施例中，变焦镜头的第一固定群组1包括三枚透镜，变焦群组2包括三枚透镜，第二固定群组3包括四枚透镜，对焦群组4包括五枚透镜。为了便于叙述说明，根据光学面的个数进行编号，由于具有多个透镜胶合构成的胶合透镜，进而在胶合面采用一个编号。因此，在本实施方式中编号为S1-S28。另外，在采用本实用新型的变焦镜头的成像系统中还具有光阑面STO、滤光片的面S29、S30，成像面IMA。

以下表5列出了各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、折射率、阿贝数：

表5

以下表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以下表7列出的是本实施例中广角端与长焦端变倍数据：

	广角端	长焦端
			Z1	1.583	12.156
Z2	10.759	0.186
			Z3	3.482	2.256
Z4	4.287	5.513

表7

变焦镜头的第八透镜32为两个面均为非球面的透镜，第十三透镜43也为两个面均为非球面的透镜。非球面满足下列公式：

式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h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；A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂分别表示四阶、六阶、八阶、十二阶非球面系数。

由表1、表5、表6、表7可知，在本实施例中，各透镜相关参数的设置满足本实用新型变焦镜头的条件要求。图7-图10分别是示意性表示根据本实用新型实施例2的变焦镜头的广角端和长焦端的MTF图。由图7-图10可知，依照实施例2中各透镜的相关参数来布置本实用新型的变焦镜头，能够使本实用新型的变焦镜头具备红外可见共焦，变焦倍率大，实现F1.38大光圈，体积小，大靶面，全焦距段日夜共焦，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦等优点。

图11是示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头广角端的结构图。如图11所示，在本实施例中，变焦镜头的第一固定群组1包括三枚透镜，变焦群组2包括三枚透镜，第二固定群组3包括四枚透镜，对焦群组4包括五枚透镜。为了便于叙述说明，根据光学面的个数进行编号，由于具有多个透镜胶合构成的胶合透镜，进而在胶合面采用一个编号。因此，在本实施方式中编号为S1-S26。另外，在采用本实用新型的变焦镜头的成像系统中还具有光阑面STO、滤光片的面S27、S28，成像面IMA。

以下表8列出了各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、折射率、阿贝数：

表8

以下表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以下表10列出的是本实施例中广角端与长焦端变倍数据：

	广角端	长焦端
			Z1	0.759	12.349
Z2	12.300	0.71
			Z3	3.482	0.856
Z4	0.905	3.531

表10

变焦镜头的第七透镜31为两个面均为非球面的透镜，第十五透镜45也为两个面均为非球面的透镜。非球面满足下列公式：

式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h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；A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂分别表示四阶、六阶、八阶、十二阶非球面系数。

由表1、表8、表9、表10可知，在本实施例中，各透镜相关参数的设置满足本实用新型变焦镜头的条件要求。图12-图15分别是示意性表示根据本实用新型实施例3的变焦镜头的广角端和长焦端的MTF图。由图12-图15可知，依照实施例3中各透镜的相关参数来布置本实用新型的变焦镜头，能够使本实用新型的变焦镜头具备红外可见共焦，变焦倍率大，实现F1.4大光圈，体积小，大靶面，全焦距段日夜共焦，在-40℃～80℃温度范围内不虚焦等优点。

上述内容仅为本实用新型的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本实用新型的一个方案而已，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 (13)

1.一种变焦镜头，其特征在于，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列设置的第一固定群组(1)、变焦群组(2)、第二固定群组(3)，对焦群组(4)及滤光片(5)；

所述变焦群组(2)可沿所述光轴移动，用于所述变焦镜头在广角端和望远端之间的光学变焦；

所述对焦群组(4)可沿所述光轴移动，用于校正所述变焦群组(2)在变焦过程中的像面位置变化；

所述第一固定群组(1)的焦距FA，所述变焦群组(2)的焦距FB，所述第二固定群组(3)的焦距FC、所述对焦群组(4)的焦距FD满足：1.45≤FA/FC≤3.25,-2.3≤FB/FC≤-0.45,1.10≤FD/FC≤3.45。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头的广角端焦距Fw与所述第二固定群组(3)的焦距FC满足：0.5≤Fw/FC≤1.4。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一固定群组(1)为正光焦度；所述变焦群组(2)为负光焦度；所述第二固定群组(3)为正光焦度；所述对焦群组(4)为正光焦度。

4.根据权利要求1至3任一项所述的变焦镜头，其特征在于，从物侧至像侧所述第一固定群组(1)依次包括：具有负光焦度的第一透镜(11)，具有正光焦度的第二透镜(12)，具有正光焦度的第三透镜(13)。

5.根据权利要求1至3任一项所述的变焦镜头，其特征在于，从物侧至像侧所述变焦群组(2)依次包括：具有负光焦度的第四透镜(21)；具有负光焦度的第五透镜(22)；具有正光焦度的第六透镜(23)。

6.根据权利要求1至3任一项所述的变焦镜头，其特征在于，从物侧至像侧所述第二固定群组(3)依次包括：具有正光焦度的第七透镜(31)；具有正光焦度的第八透镜(32)；具有正光焦度的第九透镜(33)；具有负光焦度的第十透镜(34)。

7.根据权利要求1至3任一项所述的变焦镜头，其特征在于，从物侧至像侧所述对焦群组(4)依次包括：具有正光焦度的第十一透镜(41)；具有正或负光焦度的第十二透镜(42)；具有正或负光焦度的第十三透镜(43)；具有负光焦度的第十四透镜(44)；具有正光焦度的第十五透镜(45)。

8.根据权利要求1至3任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一固定群组(1),所述第二固定群组(3)和所述对焦群组(4)中分别有至少1枚透镜的材料折射率nd满足：1.43≤nd≤1.64，以及该所述透镜的透镜材料的阿贝数vd满足：60≤vd≤96。

9.根据权利要求1至3任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头所包含的透镜中至少有1枚为非球面透镜，且所述非球面透镜的两个面均为非球面。

10.根据权利要求9所述的变焦镜头，其特征在于，所述非球面透镜中至少有1枚的折射率温度系数A满足：A<-8.0*10^-5/℃。

11.根据权利要求1至3任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头中至少含有1个由相邻透镜胶合而成的胶合透镜。

12.根据权利要求1至3任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头所覆盖的靶面直径φ与所述变焦镜头的总长TTL之间满足：φ/TTL≤0.27。

13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，还包括光阑，所述光阑位于所述变焦群组(2)和所述第二固定群组(3)之间。

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