一种变焦镜头的制作方法

本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种变焦镜头。

背景技术：

随着技术的不断进步，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，被广泛应用在智能手机、平板电脑、视频会议、安防监控等各个领域，因此，对于光学成像镜头的要求也越来越高。

变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角，不同大小的影象和不同景物范围的照相机镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围，因此使用非常便捷。

但目前应用于安防监控领域的变焦镜头还存在着以下缺陷：通光较小，低照特性不好，在光线不好情形下，不可实现清晰的彩色图像；对传递函数管控不好，分辨率低，低解析，图像锐度差，图像不均匀；焦距段跨度小，视场角跨度小，切换灵活性差；红外共焦性不好，在切换可见红外的时候离焦量大，需要切换片或滤光片补偿；红外共焦镜头在可见光时色差会偏大，色彩还原不准确，容易产生蓝紫边现象。因此亟需对现有的应用于安防监控领域的变焦镜头进行改进，以满足消费者日益提高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变焦镜头用以解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种变焦镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第四透镜、光阑以及第五透镜至第十二透镜；该第一透镜至第十二透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

该第一透镜具负屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具负屈光率，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具负屈光率，该第三透镜的物侧面为凹面，该第三透镜的像侧面为凹面；该第四透镜具正屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凸面；该第一透镜至第四透镜构成调焦透镜组；

该第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面；第六透镜具正屈光率，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凸面；第七透镜具负屈光率，该第七透镜的物侧面为凹面，该第七透镜的像侧面为凹面；第八透镜具正屈光率，该第八透镜的物侧面为凹面，该第八透镜的像侧面为凸面；第九透镜具正屈光率，该第九透镜的物侧面为凸面，该第九透镜的像侧面为凸面；第十透镜具负屈光率，该第十透镜的物侧面为凸面，该第十透镜的像侧面为凹面；第十一透镜具正屈光率，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十一透镜的像侧面为凸面；该第十二透镜具负屈光率，该第十二透镜的物侧面为凹面，该第十二透镜的像侧面为凹面；该第五透镜至第十二透镜构成变倍透镜组；

该第一透镜至第十二透镜中至少有两个透镜相互胶合，该变焦镜头具有屈光率的透镜只有上述十二片。

进一步的，该第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面相互胶合。

进一步的，该第三透镜的像侧面与第四透镜的物侧面相互胶合。

更进一步的，该变焦镜头更满足：vd3-vd4>28，其中，vd3和vd4分别为该第三透镜和第四透镜在d线的色散系数。

进一步的，该第六透镜的像侧面与第七透镜的物侧面相互胶合。

更进一步的，该变焦镜头更满足：vd6-vd7>30，其中，vd6和vd7分别为该第六透镜和第七透镜在d线的色散系数。

进一步的，该第十一透镜的像侧面与第十二透镜的物侧面相互胶合。

更进一步的，该变焦镜头更满足：vd11-vd12>30，其中，vd11和vd12分别为该第十一透镜和第十二透镜在d线的色散系数。

进一步的，该变焦镜头更满足：vd3>56，vd6>60，vd11>60，其中，vd3、vd6和vd11分别为该第三透镜、第六透镜和第十一透镜在d线的色散系数。

进一步的，该变焦镜头更满足：nd8>1.8，nd9>1.8，nd12>1.8，其中，nd8、nd9和nd12分别为该第八透镜、第九透镜和第十二透镜在d线的折射率。

进一步的，该变焦镜头更满足：0.3<fw/bflw<0.4，其中，fw为最短焦距(即广角位置时的焦距)，bflw为最短焦距时的后焦距。

进一步的，该变焦镜头更满足：0.7<ft/bflt<0.8，其中，ft为最长焦距(即长焦位置时的焦距)，bflt为最长焦距时的后焦距。

本发明的有益技术效果：

本发明通光大，低照特性好，在光线不好情形下，亦可实现清晰的彩色图像。

本发明对传递函数管控好，高分辨率，高解析，图像锐度高，图像均匀。

本发明焦距段跨度大，视场角跨度大，切换灵活性强。

本发明红外共焦性好，广角模式下切换可见红外的时候离焦量小(可小于3μm)。

本发明可见光时色差管控较好(小于5.5μm)，色彩还原性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本发明实施例一的处于最短焦距时的结构示意图；

图2为本发明实施例一的处于最长焦距时的结构示意图；

图3为本发明实施例一的处于最短焦距时的0.435-0.656μm的mtf图；

图4为本发明实施例一的处于最短焦距时的可见光0.435-0.656μm的离焦曲线图；

图5为本发明实施例一的处于最短焦距时的红外850nm的mtf图；

图6为本发明实施例一的处于最短焦距时的红外线850nm的离焦曲线图；

图7为本发明实施例一的处于最短焦距时的横向色差曲线图；

图8为本发明实施例一的处于最短焦距时的纵向像差图示意图；

图9为本发明实施例一的处于最长焦距时的0.435-0.656μm的mtf图；

图10为本发明实施例一的处于最长焦距时的可见光0.435-0.656μm的离焦曲线图；

图11为本发明实施例一的处于最长焦距时的红外850nm的mtf图；

图12为本发明实施例一的处于最长焦距时的红外线850nm的离焦曲线图；

图13为本发明实施例一的处于最长焦距时的横向色差曲线图；

图14为本发明实施例一的处于最长焦距时的纵向像差图示意图；

图15为本发明实施例二的处于最短焦距时的0.435-0.656μm的mtf图；

图16为本发明实施例二的处于最短焦距时的可见光0.435-0.656μm的离焦曲线图；

图17为本发明实施例二的处于最短焦距时的红外850nm的mtf图；

图18为本发明实施例二的处于最短焦距时的红外线850nm的离焦曲线图；

图19为本发明实施例二的处于最短焦距时的横向色差曲线图；

图20为本发明实施例二的处于最短焦距时的纵向像差图示意图；

图21为本发明实施例二的处于最长焦距时的0.435-0.656μm的mtf图；

图22为本发明实施例二的处于最长焦距时的可见光0.435-0.656μm的离焦曲线图；

图23为本发明实施例二的处于最长焦距时的红外850nm的mtf图；

图24为本发明实施例二的处于最长焦距时的红外线850nm的离焦曲线图；

图25为本发明实施例二的处于最长焦距时的横向色差曲线图；

图26为本发明实施例二的处于最长焦距时的纵向像差图示意图；

图27为本发明实施例三的处于最短焦距时的0.435-0.656μm的mtf图；

图28为本发明实施例三的处于最短焦距时的可见光0.435-0.656μm的离焦曲线图；

图29为本发明实施例三的处于最短焦距时的红外850nm的mtf图；

图30为本发明实施例三的处于最短焦距时的红外线850nm的离焦曲线图；

图31为本发明实施例三的处于最短焦距时的横向色差曲线图；

图32为本发明实施例三的处于最短焦距时的纵向像差图示意图；

图33为本发明实施例三的处于最长焦距时的0.435-0.656μm的mtf图；

图34为本发明实施例三的处于最长焦距时的可见光0.435-0.656μm的离焦曲线图；

图35为本发明实施例三的处于最长焦距时的红外850nm的mtf图；

图36为本发明实施例三的处于最长焦距时的红外线850nm的离焦曲线图；

图37为本发明实施例三的处于最长焦距时的横向色差曲线图；

图38为本发明实施例三的处于最长焦距时的纵向像差图示意图；

图39为本发明实施例四的处于最短焦距时的0.435-0.656μm的mtf图；

图40为本发明实施例四的处于最短焦距时的可见光0.435-0.656μm的离焦曲线图；

图41为本发明实施例四的处于最短焦距时的红外850nm的mtf图；

图42为本发明实施例四的处于最短焦距时的红外线850nm的离焦曲线图；

图43为本发明实施例四的处于最短焦距时的横向色差曲线图；

图44为本发明实施例四的处于最短焦距时的纵向像差图示意图；

图45为本发明实施例四的处于最长焦距时的0.435-0.656μm的mtf图；

图46为本发明实施例四的处于最长焦距时的可见光0.435-0.656μm的离焦曲线图；

图47为本发明实施例四的处于最长焦距时的红外850nm的mtf图；

图48为本发明实施例四的处于最长焦距时的红外线850nm的离焦曲线图；

图49为本发明实施例四的处于最长焦距时的横向色差曲线图；

图50为本发明实施例四的处于最长焦距时的纵向像差图示意图；

图51为本发明四个实施例的相关参数的数值表。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为r值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。r值可常见被使用于光学设计软件中，例如zemax或codev。r值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lensdatasheet)中。以物侧面来说，当r值为正时，判定为物侧面为凸面；当r值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当r值为正时，判定像侧面为凹面；当r值为负时，判定像侧面为凸面。

本发明提供了一种变焦镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第四透镜、光阑以及第五透镜至第十二透镜；该第一透镜至第十二透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。

该第一透镜具负屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具负屈光率，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具负屈光率，该第三透镜的物侧面为凹面，该第三透镜的像侧面为凹面；该第四透镜具正屈光率，该第四透镜的物侧面为凸面，该第四透镜的像侧面为凸面；该第一透镜至第四透镜构成调焦透镜组，可沿光轴相对于光阑来回移动。

该第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面；第六透镜具正屈光率，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凸面；第七透镜具负屈光率，该第七透镜的物侧面为凹面，该第七透镜的像侧面为凹面；第八透镜具正屈光率，该第八透镜的物侧面为凹面，该第八透镜的像侧面为凸面；第九透镜具正屈光率，该第九透镜的物侧面为凸面，该第九透镜的像侧面为凸面；第十透镜具负屈光率，该第十透镜的物侧面为凸面，该第十透镜的像侧面为凹面；第十一透镜具正屈光率，该第十一透镜的物侧面为凸面，该第十一透镜的像侧面为凸面；该第十二透镜具负屈光率，该第十二透镜的物侧面为凹面，该第十二透镜的像侧面为凹面；该第五透镜至第十二透镜构成变倍透镜组，可沿光轴相对于光阑来回移动。

该第一透镜至第十二透镜中至少有两个透镜相互胶合，以进行较好管控色差，该变焦镜头具有屈光率的透镜只有上述十二片。本发明通光大，低照特性好，在光线不好情形下，亦可实现清晰的彩色图像；对传递函数管控好，高分辨率，高解析，图像锐度高，图像均匀；焦距段跨度大，视场角跨度大，切换灵活性强；红外共焦性好，广角模式下切换可见红外的时候离焦量小；可见光时色差管控较好，色彩还原性好。

优选的，该第一透镜的像侧面与第二透镜的物侧面相互胶合，有利于校正色差。

优选的，该第三透镜的像侧面与第四透镜的物侧面相互胶合，有利于校正色差。

更优选的，该变焦镜头更满足：vd3-vd4>28，其中，vd3和vd4分别为该第三透镜和第四透镜在d线的色散系数，有利于进一步校正色差。

优选的，该第六透镜的像侧面与第七透镜的物侧面相互胶合，有利于校正色差。

更优选的，该变焦镜头更满足：vd6-vd7>30，其中，vd6和vd7分别为该第六透镜和第七透镜在d线的色散系数，有利于进一步校正色差。

优选的，该第十一透镜的像侧面与第十二透镜的物侧面相互胶合，有利于校正色差。

更优选的，该变焦镜头更满足：vd11-vd12>30，其中，vd11和vd12分别为该第十一透镜和第十二透镜在d线的色散系数，有利于进一步校正色差。

优选的，该变焦镜头更满足：vd3>56，vd6>60，vd11>60，其中，vd3、vd6和vd11分别为该第三透镜、第六透镜和第十一透镜在d线的色散系数，以减小光的色散，优化色差。

优选的，该变焦镜头更满足：nd8>1.8，nd9>1.8，nd12>1.8，其中，nd8、nd9和nd12分别为该第八透镜、第九透镜和第十二透镜在d线的折射率，能够比较好的优化光学结构。

优选的，该变焦镜头更满足：0.3<fw/bflw<0.4，其中，fw为最短焦距(即广角位置时的焦距)，bflw为最短焦距时的后焦距，使得后焦距较长，可以更好地适应各种摄像机。

优选的，该变焦镜头更满足：0.7<ft/bflt<0.8，其中，ft为最长焦距(即长焦位置时的焦距)，bflt为最长焦距时的后焦距，使得后焦距较长，可以更好地适应各种摄像机。

下面将以具体实施例对本发明的变焦镜头进行详细说明。

实施一

如图1和2所示，本发明提供了一种变焦镜头，从物侧a1至像侧a2沿一光轴i依次包括第一透镜11至第四透镜14、光阑3、第五透镜21至第十二透镜28、保护玻璃4和成像面5；该第一透镜11至第十二透镜28各自包括一朝向物侧a1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧a2且使成像光线通过的像侧面。

该第一透镜11具负屈光率，该第一透镜11的物侧面111为凸面，该第一透镜11的像侧面112为凹面；第二透镜12具负屈光率，该第二透镜12的物侧面121为凸面，该第二透镜12的像侧面122为凹面；第三透镜13具负屈光率，该第三透镜13的物侧面131为凹面，该第三透镜13的像侧面132为凹面；该第四透镜14具正屈光率，该第四透镜14的物侧面141为凸面，该第四透镜14的像侧面142为凸面；该第一透镜11至第四透镜14构成调焦透镜组1，可沿光轴i相对于光阑3来回移动。

该第五透镜21具正屈光率，该第五透镜21的物侧面211为凸面，该第五透镜21的像侧面212为凸面；第六透镜22具正屈光率，该第六透镜22的物侧面221为凸面，该第六透镜22的像侧面222为凸面；第七透镜23具负屈光率，该第七透镜23的物侧面231为凹面，该第七透镜23的像侧面232为凹面；第八透镜24具正屈光率，该第八透镜24的物侧面241为凹面，该第八透镜24的像侧面242为凸面；第九透镜25具正屈光率，该第九透镜25的物侧面251为凸面，该第九透镜25的像侧面252为凸面；第十透镜26具负屈光率，该第十透镜26的物侧面261为凸面，该第十透镜26的像侧面262为凹面；第十一透镜27具正屈光率，该第十一透镜27的物侧面271为凸面，该第十一透镜27的像侧面272为凸面；该第十二透镜28具负屈光率，该第十二透镜28的物侧面281为凹面，该第十二透镜28的像侧面282为凹面；该第五透镜21至第十二透镜28构成变倍透镜组2，可沿光轴i相对于光阑3来回移动。

本具体实施例例中，第一透镜11的像侧面112与第二透镜12的物侧面121相互胶合，该第三透镜13的像侧面132与第四透镜14的物侧面141相互胶合，该第六透镜22的像侧面222与第七透镜23的物侧面231相互胶合，该第十一透镜27的像侧面272与第十二透镜28的物侧面281相互胶合。当然，在其它实施例中，也可以是其它透镜相互胶合，胶合后的透镜组个数也可以不是4个。

本具体实施例的最短焦距(广角)时的详细光学数据如表1-1所示。

表1-1实施例一的最短焦距时的详细光学数据

本具体实施例的最长焦距(长焦)时的详细光学数据如表1-2所示。

表1-2实施例一的最长焦距时的详细光学数据

本具体实施例的一些条件表达式的数值请参考图51。

本具体实施例的解像力请参阅图3、图5、图9和图11，从图上可以看出对传函管控好，解析度高，可见光环境下，在广角时，200lp/mm空间频率的mtf值大于0.25，在长焦时，200lp/mm空间频率的mtf值大于0.15；在红外环境下，200lp/mm空间频率下，mtf值均大于0.15；可见光与红外850nm共焦性请参阅图4、图6、图10和图12，可以看出可见光与红外共焦性好，广角下，可见与红外切换时的离焦量为2μm；长焦下，可见与红外切换时的离焦量为13μm；横向色差图详见图7和图13，可以看出横向色差小于±0.005mm；纵向像差图详见图8和图14，可以看出纵轴色差小于±0.055mm。

本具体实施例中，变焦镜头的焦距f＝3-12mm；光圈值fno＝1.4-2.64，在广角时，第一透镜11的物侧面111至成像面5在光轴i上的距离ttlw＝68.096mm；在长焦时，第一透镜11的物侧面111至成像面5在光轴i上的距离ttlt＝50.181mm，视场角dfov＝34℃。

实施二

本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数不同。

本具体实施例的最短焦距(广角)时的详细光学数据如表2-1所示。

表2-1实施例二的最短焦距时的详细光学数据

本具体实施例的最长焦距(长焦)时的详细光学数据如表2-2所示。

表2-2实施例二的最长焦距时的详细光学数据

本具体实施例的一些条件表达式的数值请参考图51。

本具体实施例的解像力请参阅图15、图17、图21和图23，从图上可以看出对传函管控好，解析度高，可见光环境下，在广角时，200lp/mm空间频率的mtf值大于0.25，在长焦时，200lp/mm空间频率的mtf值大于0.15；在红外环境下，200lp/mm空间频率下，mtf值均大于0.15；可见光与红外850nm共焦性请参阅图16、图18、图22和图24，可以看出可见光与红外共焦性好，广角下，可见与红外切换时的离焦量为2μm；长焦下，可见与红外切换时的离焦量为13μm；横向色差图详见图19和图25，可以看出横向色差小于±0.005mm；纵向像差图详见图20和图26，可以看出纵轴色差小于±0.055mm。

本具体实施例中，变焦镜头的焦距f＝3-12mm；光圈值fno＝1.4-2.64，在广角时，第一透镜11的物侧面111至成像面5在光轴i上的距离ttlw＝67.992mm；在长焦时，第一透镜11的物侧面111至成像面5在光轴i上的距离ttlt＝50.284mm，视场角dfov＝34℃。

实施三

本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数不同。

本具体实施例的最短焦距(广角)时的详细光学数据如表3-1所示。

表3-1实施例三的最短焦距时的详细光学数据

本具体实施例的最长焦距(长焦)时的详细光学数据如表3-2所示。

表3-2实施例三的最长焦距时的详细光学数据

本具体实施例的一些条件表达式的数值请参考图51。

本具体实施例的解像力请参阅图27、图29、图33和图35，从图上可以看出对传函管控好，解析度高，可见光环境下，在广角时，200lp/mm空间频率的mtf值大于0.25，在长焦时，200lp/mm空间频率的mtf值大于0.15；在红外环境下，200lp/mm空间频率下，mtf值均大于0.15；可见光与红外850nm共焦性请参阅图28、图30、图34和图36，可以看出可见光与红外共焦性好，广角下，可见与红外切换时的离焦量为2μm；长焦下，可见与红外切换时的离焦量为13μm；横向色差图详见图31和图37，可以看出横向色差小于±0.005mm；纵向像差图详见图32和图38，可以看出纵轴色差小于±0.055mm。

本具体实施例中，变焦镜头的焦距f＝3-12mm；光圈值fno＝1.4-2.64，在广角时，第一透镜11的物侧面111至成像面5在光轴i上的距离ttlw＝67.667mm；在长焦时，第一透镜11的物侧面111至成像面5在光轴i上的距离ttlt＝49.281mm，视场角dfov＝34℃。

实施四

本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数不同。

本具体实施例的最短焦距(广角)时的详细光学数据如表4-1所示。

表4-1实施例四的最短焦距时的详细光学数据

本具体实施例的最长焦距(长焦)时的详细光学数据如表4-2所示。

表4-2实施例四的最长焦距时的详细光学数据

本具体实施例的一些条件表达式的数值请参考图51。

本具体实施例的解像力请参阅图39、图41、图45和图47，从图上可以看出对传函管控好，解析度高，可见光环境下，在广角时，200lp/mm空间频率的mtf值大于0.25，在长焦时，200lp/mm空间频率的mtf值大于0.15；在红外环境下，200lp/mm空间频率下，mtf值均大于0.15；可见光与红外850nm共焦性请参阅图40、图42、图46和图48，可以看出可见光与红外共焦性好，广角下，可见与红外切换时的离焦量为2μm；长焦下，可见与红外切换时的离焦量为13μm；横向色差图详见图43和图49，可以看出横向色差小于±0.005mm；纵向像差图详见图44和图50，可以看出纵轴色差小于±0.055mm。

本具体实施例中，变焦镜头的焦距f＝3-12mm；光圈值fno＝1.4-2.64，在广角时，第一透镜11的物侧面111至成像面5在光轴i上的距离ttlw＝67.361mm；在长焦时，第一透镜11的物侧面111至成像面5在光轴i上的距离ttlt＝49.214mm，视场角dfov＝34℃。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。