一种变焦透镜系统和镜头的制作方法

本发明涉及光学仪器领域，特别涉及一种变焦透镜系统和镜头。

背景技术：

随着高清画面呈现技术的发展，1080P高清画面已经无法满足人们的需求，4K技术应运而生；伴随近年来，数据传输技术、数据存储技术、图像处理技术以及高清电视显示技术的技术创新与突破，使得实现4K分辨率的超高清画面呈现已成为可能，并且必将成为今后的发展趋势；这就要求镜头(透镜系统)要有更高的分辨率，以满足4K摄像机的成像要求。

随着透镜加工工艺的改进和光学材料性能的提高，变焦透镜系统得到了长足发展，但是目前现有的变焦透镜系统，可见光模式下分辨率水平仅能满足500万像素以下(大多数都在200万像素以下)的摄像机需求；并且夜晚切换到红外模式下，共焦性能很差，实际成像清晰度比可见光效果更差。造成这一现象的主要原因是：现有的变焦透镜系统采用透镜的结构形状比较单一，不同形状的透镜不能很好的结合，光学玻璃材质的性能较为落后，各项参数与成像条件不能很好的匹配，使得透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差并未得到很好的校正，从而无法实现更高的光学性能。

综上所述，现有变焦透镜系统和镜头存在较大的像差、成像分辨率较低，无法满足现在的高清画面显示要求。

技术实现要素：

本发明提供一种变焦透镜系统和镜头，用以解决现有技术无法满足高清画面显示要求的问题。

本发明实施例提供了一种变焦透镜系统，沿光轴线从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜组，孔径光阑和具有正光焦度的第二透镜组；

所述第二透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜，具有正光焦度的第二透镜，具有负光焦度的第一子组，具有负光焦度的第三透镜，具有正光焦度的第四透镜，具有负光焦度的第二子组，具有正光焦度的第五透镜和具有负光焦度的第六透镜；

所述第一子组包括至少一个透镜；

所述第二子组包括至少一个透镜；

所述第五透镜与所述第六透镜胶合在一起。

由于本发明实施例的第二透镜组中最靠近物侧选用两个正光焦度的透镜可以有效的对光线进行收敛，增加光线强度；最靠近像侧的两个透镜胶合在一起，使得整个变焦透镜系统色差较小，系统结构稳定，从而提高成像质量。

可选的，所述具有正光焦度的第一透镜为第一双凸透镜，并且所述第一双凸透镜的折射率不小于设定阈值。

由于本发明实施例的第一双凸透镜的主要作用是对从孔径光阑入射的光线进行收敛，主要校正系统慧差、像散，折射率越高同时匹配合理的阿贝系数，所取得的效果越佳，限定第一双凸透镜的折射率不小于设定阈值1.7，可以有效保证对入射的光线的收敛。

可选的，所述具有正光焦度的第二透镜为第二双凸透镜，所述第二双凸透镜与所述第一子组胶合在一起，并且所述第二双凸透镜的阿贝系数大于80。

由于本发明实施例的第二双凸透镜的主要作用是对从孔径光阑入射的光线进行收敛，同时限定第二双凸透镜的阿贝系数应大于80，可以有效减少色散，提高成像质量，第二双凸透镜与第一子组胶合在一起，可以有效减少色差，提高成像稳定性。

可选的，所述第一子组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第一双凹透镜和光焦度为正的第三双凸透镜；

所述第一双凹透镜和第三双凸透镜胶合在一起。

由于本发明实施例的第一双凹透镜和第三双凸透镜胶合在一起，胶合的结构可以有效消除系统色差，提高成像质量，并且可以使透镜系统结构更加稳定。

可选的，所述具有负光焦度的第三透镜为第二双凹透镜；

所述具有正光焦度的第四透镜为第四双凸透镜；

所述第二双凹透镜和所述第四双凸透镜胶合在一起。

由于本发明实施例的第二透镜组中包括第二双凹透镜和第四双凸透镜，可以有效地平衡系统的球差、慧差、像散，从而提高成像品质。

可选的，所述第二双凹透镜的阿贝系数大于65，折射率小于1.55。

由于本发明实施例的第二双凹透镜的阿贝系数大于65，折射率小于1.55，可以有效保证当镜片偏离光轴时，成像质量变化不大，从而提高透镜系统的稳定性。

可选的，所述第二子组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为正的第一弯月透镜和光焦度为负的第二弯月透镜；

所述第一弯月透镜和所述第二弯月透镜胶合在一起；

其中，所述第一弯月透镜和所述第二弯月透镜的凸面均朝向物侧。

由于本发明实施例的第二子组中包括两个弯月透镜，弯月透镜一面为凸面，一面为凹面的特性，可以最大限度地减少球差，从而提高成像质量，两个弯月透镜胶合在一起，胶合的结构可以有效消除系统色差，提高成像质量，并且可以使透镜系统结构更加稳定。

可选的，所述第五透镜与所述第六透镜分别为第五双凸透镜和第三双凹透镜；

所述第五双凸透镜的阿贝系数大于80；

所述第五双凸透镜的折射率小于所述第三双凹透镜的折射率，所述第五双凸透镜的阿贝系数大于所述第三双凹透镜的阿贝系数。

由于本发明实施例限定第五双凸透镜的阿贝系数大于80，可以有效减少色 散，第五双凸透镜和第三双凹透镜胶合在一起，可以有效消除系统色差，使透镜系统结构更加稳定，易于生产，并且能够提高系统成像质量。

可选的，第一透镜组，沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第三弯月透镜、第四双凹透镜和光焦度为正的第四弯月透镜；其中，所述第三弯月透镜和第四弯月透镜的凸面均朝向物侧。

由于本发明实施例的第一透镜组中采用正负透镜结合的方式有利于平衡系统球差，采用三个透镜可以有效减小轴外像差，提高成像质量。

可选的，变焦透镜系统中，第一透镜组1的焦距f₁、变焦透镜系统在最短

焦状态时的焦距f_w和变焦透镜系统在最长焦状态时的焦距f_t之间，满足下

列条件式：

1.85≤│f₁│/(f_w·f_t)^1/2≤2.25 ⑴。

由于本发明实施例的第一透镜组1的焦距f₁限定在合理范围内，使得透镜系统的变焦率更大，而且可以有效减少像差，更利于成像。

可选的，变焦透镜系统中，第二透镜组3的焦距f₂、变焦透镜系统在最短焦状态时的焦距f_w以及变焦透镜系统在最长焦状态时的焦距f_t之间，满足下列条件式：

0.8<f₂/f_w<1.2 ⑵。

由于本发明实施例的第二透镜组3的焦距f₂大小限定在合理范围内，使得透镜系统的变焦率更大，而且可以有效减少像差，从而更利于成像。

可选的，变焦透镜系统在最短焦状态时的焦距f_w和变焦透镜系统在最长焦状态时的焦距f_t之间以及第一透镜组1中两个具有负光焦度的镜片(第三弯月透镜和第四双凹透镜)的玻璃材质的平均折射率N_n，满足下列条件式：

0.4<N_n·f_w/f_t<0.55 ⑶。

由于本发明实施例的具有负光焦度的透镜对光线具有发散作用，而且折射率越大，对光线的发散作用越明显，限定第一透镜组1中两个具有负光焦度的镜片的玻璃材质的平均折射率N_n在一确定的范围，限制了第一透镜组1对光 线发散的程度，有利于系统成像，从而提高成像质量。

本发明实施例中的一种镜头，包括上述的变焦透镜系统。

由于本发明实施例的镜头，采用上述的变焦透镜系统，像差得到很好地校正，成像分辨率高，成像品质优异。

附图说明

图1(a)为本发明实施例变焦透镜系统分别在短焦状态和长焦状态时的结构示意图；

图1(b)为本发明实施例变焦透镜系统中第二透镜组可变型的结构示意图一；

图1(c)为本发明实施例变焦透镜系统中第二透镜组可变型的结构示意图二；

图1(d)为本发明实施例变焦透镜系统中第二透镜组可变型的结构示意图三；

图1(e)为本发明实施例变焦透镜系统中第二透镜组可变型的结构示意图四；

图1(f)为本发明实施例变焦透镜系统中第二透镜组可变型的结构示意图五；

图1(g)为本发明实施例变焦透镜系统中第二透镜组可变型的结构示意图六；

图2为本发明实施例镜头的结构示意图；

图3为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的光学传递函数的曲线图；

图4为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的光学传递函数的曲线图；

图5(a)为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的光线扇形图一；

图5(b)为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的光线扇形图二；

图5(c)为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的光线扇形图三；

图5(d)为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的光线扇形图四；

图5(e)为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的光线扇形图五；

图6(a)为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的光线扇形图一；

图6(b)为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的光线扇形图二；

图6(c)为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的光线扇形图三；

图6(d)为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的光线扇形图四；

图6(e)为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的光线扇形图五；

图7为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的点列图；

图8为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的点列图；

图9(a)为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的场曲图；

图9(b)为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的畸变图；

图10(a)为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的场曲图；

图10(b)为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的畸变图；

图11为本发明实施例变焦透镜系统在短焦状态时对应的色差图；

图12为本发明实施例变焦透镜系统在长焦状态时对应的色差图；

图13为本发明实施例变焦透镜系统在短焦红外模式状态时对应的光学传递函数的曲线图；

图14为本发明实施例变焦透镜系统在长焦红外模式状态时对应的光学传递函数的曲线图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种变焦透镜系统，沿光轴线从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜组，孔径光阑和具有正光焦度的第二透镜组；其中，第二透镜组沿光轴线从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜， 具有正光焦度的第二透镜，具有负光焦度的第一子组，具有负光焦度的第三透镜，具有正光焦度的第四透镜，具有负光焦度的第二子组，具有正光焦度的第五透镜和具有负光焦度的第六透镜；第一子组包括至少一个透镜；第二子组包括至少一个透镜；第五透镜与所述第六透镜胶合在一起。这种变焦透镜系统的第二透镜组中，最靠近物侧的两个正光焦度的透镜，可以有效地对光线进行收敛，最靠近像侧的两个透镜胶合的结构，使得整个变焦透镜系统色差较小，系统结构稳定，利于更好的成像。

本发明提供的一种变焦透镜系统，可应用于安防监控系统，电视、电影摄像，望远、显微摄影等科技领域，也可应用在宇宙空间探索，导弹试验，追击观测火箭记录等军事领域。该变焦透镜系统以其高分辨率水平和更佳的红外夜视效果可以广泛应用于成像系统。

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。

如图1(a)所示，为本发明实施案例提供的一种变焦透镜系统的结构示意图。该变焦透镜系统，沿光轴线从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜组1，孔径光阑2和具有正光焦度的第二透镜组3；

第二透镜组3沿光轴线从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一双凸透镜7，具有正光焦度的第二双凸透镜8，具有负光焦度的第一子组，具有负光焦度的第二双凹透镜11，具有正光焦度的第四双凸透镜12，具有负光焦度的第二子组，具有正光焦度的第五双凸透镜15和具有负光焦度的第三双凹透镜透镜16；

第一子组包括光焦度为负的第一双凹透镜9和光焦度为正的第三双凸透镜10；

第二子组包括光焦度为正第一弯月透镜13和光焦度为负的第二弯月透镜14；

第五双凸透镜15与第三双凹透镜透镜16胶合在一起。

第二透镜组3中，第一双凸透镜7和第二双凸透镜8可以有效地对光线收 敛；最靠近像侧的第五双凸透镜15和第三双凹透镜透镜16胶合的结构，使得整个变焦透镜系统色差较小，系统结构稳定，利于更好的成像。

第二透镜组3中，第三双凹透镜透镜16还可以是平凹透镜，其结构如图1(b)所示，如图中第一平凹透镜17。

第二透镜组3中，第三双凹透镜透镜16还可以是光焦度为负的弯月透镜，其结构如图1(c)所示，如图中第四弯月透镜18。

第二透镜组3中，第一子组还可以只包括一个光焦度为负的双凹透镜，如图1(d)所示，如图中第五双凹透镜19。

第二透镜组3中，第一子组还可以只包括一个光焦度为负的弯月透镜，如图1(e)所示，如图中第五弯月透镜20。

第二透镜组3中，第二子组还可以只包括一个光焦度为负的弯月透镜，如图1(f)所示，如图中第六弯月透镜21。

第二透镜组3中，第二子组还可以只包括一个光焦度为负的双凹透镜，如图1(g)所示，如图中第六双凹透镜22。

本发明实施例提供的一种镜头的结构还包括滤色片GF和成像面IMA，沿光轴线从物侧到像侧依次包括：第一透镜组1，孔径光阑2，第二透镜组3，滤色片GF和成像面IMA；如图2所示的镜头的结构示意图，该图仅为本发明优选实施例的结构示意图。而对于包含有如图1(b)、1(c)、1(d)、1(e)、1(f)和1(g)所示的第二透镜组的镜头，限于篇幅不在附图中给出。

可选的，第一双凸透镜7的折射率不小于设定阈值。

本发明实施例中第一双凸透镜7的主要作用是对从孔径光阑入射的光线进行收敛，主要校正系统慧差、像散，折射率越高同时匹配合理的阿贝系数，所取得的效果越佳，限定第一双凸透镜7的折射率不小于设定阈值1.7，可以有效保证对入射的光线的收敛。

可选的，第二双凸透镜8与第一子组胶合在一起，并且第二双凸透镜8的阿贝系数大于80。

本发明实施例中第二双凸透镜8与第一子组中第一双凹透镜9胶合在一起，胶合的结构可以有效消除系统色差，限定第二双凸透镜8的阿贝系数大于80，可以有效减少色散，提高成像质量。

可选的，第一双凹透镜9和第三双凸透镜10胶合在一起。

本发明实施例中第一双凹透镜9和第三双凸透镜10胶合在一起，胶合的结构可以有效消除系统色差，提高成像质量，并且可以使透镜系统结构更加稳定。

可选的，第二双凹透镜11和第四双凸透镜12胶合在一起。

本发明实施例中第二透镜组3中包括胶合在一起的第二双凹透镜11和第四双凸透镜12，胶合的结构可以有效消除系统色差，使透镜系统结构更加稳定，同时，还可以有效地平衡系统的球差、慧差、像散，从而提高成像品质。

可选的，第二双凹透镜11的阿贝系数大于65，折射率小于1.55。

本发明实施例中，限定第二双凹透镜11的阿贝系数大于65和折射率小于1.55，可以有效保证当镜片偏离光轴时，成像质量变化不大，从而提高透镜系统的稳定性。

可选的，第一弯月透镜13和第二弯月透镜14胶合在一起；

其中，第一弯月透镜13和第二弯月透镜14的凸面均朝向物侧。

本发明实施例中，第二子组中采用两个弯月透镜，即：第一弯月透镜13和第二弯月透镜14，弯月透镜一面为凸面，一面为凹面的特性，可以最大限度地减少球差，从而提高成像质量。

可选的，第五双凸透镜15的阿贝系数大于80；并且第五双凸透镜15的折射率小于第三双凹透镜16的折射率，第五双凸透镜15的阿贝系数大于第三双凹透镜16的阿贝系数。

由于本发明实施例限定第五双凸透镜15的阿贝系数大于80，可以有效减少色散，第五双凸透镜15和第三双凹透镜16胶合在一起，可以有效消除系统色差，使透镜系统结构更加稳定，易于生产，并且能够提高系统成像质量。

可选的，第一透镜组1，沿光轴线从物侧到像侧依次包括：光焦度为负的第三弯月透镜4，第四双凹透镜5和光焦度为正的第四弯月透镜6；其中，第三弯月透镜4和第四弯月透镜6的凸面均朝向物侧。

本发明实施例中第一透镜组1中采用正负透镜结合的方式有利于平衡系统球差，采用三个透镜可以有效减小轴外像差，提高成像质量。

可选的，变焦透镜系统中，第一透镜组1的焦距f1、变焦透镜系统在最短焦状态时的焦距fw和变焦透镜系统在最长焦状态时的焦距ft之间，满足下列条件式：

1.85≤│f₁│/(f_w·f_t)^1/2≤2.25 ⑴。

本发明实施例中，将第一透镜组1的焦距f₁大小限定在合理范围内，使得透镜系统的变焦率更大，而且可以有效减少像差，从而更利于成像。

可选的，变焦透镜系统中，第二透镜组3的焦距f₂、变焦透镜系统在最短焦状态时的焦距f_w以及变焦透镜系统在最长焦状态时的焦距f_t之间，满足下列条件式：

0.8<f₂/f_w<1.2 ⑵。

本发明实施例中，将第二透镜组3的焦距f₂大小限定在合理范围内，使得透镜系统的变焦率更大，而且可以有效减少像差，从而更利于成像。

可选的，变焦透镜系统中，变焦透镜系统在最短焦状态时的焦距f_w和变焦透镜系统在最长焦状态时的焦距f_t之间以及第一透镜组1中两个具有负光焦度的镜片(第三弯月透镜4和第四双凹透镜5)的玻璃材质的平均折射率N_n，满足下列条件式：

0.4<N_n·f_w/f_t<0.55 ⑶。

本发明实施例中，具有负光焦度的透镜对光线具有发散作用，而且折射率越大，对光线的发散作用越明显，限定第一透镜组1中两个具有负光焦度的镜片的玻璃材质的平均折射率N_n在一确定的范围，限制了第一透镜组1对光线发散的程度，有利于系统成像，从而提高成像质量。

本发明实施例中的一种镜头，采用了上述的变焦透镜系统。

本发明实施例中的镜头，采用上述的变焦透镜系统，像差得到很好地校正，成像分辨率高，成像品质优异。

变焦透镜系统中每个透镜的各项参数满足表1所列的条件：

表1

其中，R1为透镜朝向物侧的面的曲率半径，R2为透镜朝向像侧的面的曲率半径，Tc为透镜中心厚度，Nd为透镜的折射率，Vd为透镜的阿贝系数。

本发明实施例中，限定所采用的十三个透镜的曲率半径、中心厚度，所选用玻璃材质的阿贝系数和折射率，使得变焦透镜系统的结构形状，阿贝系数等参数与成像条件匹配，进而使透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正，达到更高的分辨率。

可选的，在第一透镜组1中，第三弯月透镜4的中心和第四双凹透镜5的中心在光轴方向上的间隔的取值范围为[7.5mm，10.5mm]；第四双凹透镜5的中心和第四弯月透镜6的中心在光轴方向上的间隔的取值范围为[0mm，4mm]。在第二透镜组3中，第一双凸透镜7的中心和第二双凸透镜8的中心在光轴方向上的间隔的取值范围为[0.1mm，0.5mm]；第二双凸透镜8、第一双凹透镜9和第三双凸透镜10三者胶合，形成三胶合透镜；第三双凸透镜10的中心和第二双凹透镜11的中心在光轴方向上的间隔的取值范围为[0.5mm，1.5mm]；第二双凹透镜11与第四双凸透镜12二者胶合，形成双胶合透镜；第四双凸透镜12的中心和第一弯月透镜13的中心在光轴方向上的间隔的取值范围为[0.1mm，0.5mm]；第一弯月透镜13与第二弯月透镜14二者胶合，形成双胶合透镜；第二弯月透镜14的中心和第五双凸透镜15的中心在光轴方向上的间隔的取值范围为[0.1mm，1mm]；第五双凸透镜15与第三双凹透镜16二者胶合，形成双胶合透镜。

本发明实施例中，对第一透镜组1和第二透镜组3中各个透镜之间的间距范围进行限定，使得变焦透镜系统的结构形状与成像条件更好地匹配，最大限度地校正系统的像差，实现更高的分辨率和成像质量。

可选的，在第一透镜组1中，第三弯月透镜4的中心和第四双凹透镜5的中心在光轴方向上的间隔为10mm；第四双凹透镜5的中心和第四弯月透镜6的中心在光轴方向上的间隔为2.4mm。

第二透镜组3中，第一双凸透镜7的中心和第二双凸透镜8的中心在光轴方向上的间隔为0.1mm；第三双凸透镜10的中心和第二双凹透镜11的中心在光轴方向上的间隔为0.7mm；第四双凸透镜12的中心和第一弯月透镜13的中心在光轴方向上的间隔为0.1mm；第二弯月透镜14的中心和第五双凸透镜15的中心在光轴方向上的间隔为0.3mm。

在具体实施过程中，所述变焦系统的各个透镜的参数满足表2所列的条件：

表2

在变焦透镜系统满足上述结构特征，以及各个透镜的参数满足上述要求，该变焦透镜系统具有如下光学指标：

光学总长TTL≤95.7mm；

变焦镜头的系统焦距f为3.7-16mm；

变焦镜头的系统像面：1/1.7〞；

光圈范围F为1.5-2.6。

下面结合附图和具体的实施例对本发明进行说明。

在实施例中，所述变焦透镜系统中各透镜满足表2所确定的条件；且该变焦透镜系统还满足：第一透镜组1中，第三弯月透镜4的中心和第四双凹透镜5的中心在光轴方向上的间隔为10mm；第四双凹透镜5的中心和第四弯月透镜6的中心在光轴方向上的间隔为2.4mm；第二透镜组3中，第一双凸透镜7的中心和第二双凸透镜8的中心在光轴方向上的间隔为0.1mm；第三双凸透镜 10的中心和第二双凹透镜11的中心在光轴方向上的间隔为0.7mm；第四双凸透镜12的中心和第一弯月透镜13的中心在光轴方向上的间隔为0.1mm；第二弯月透镜14的中心和第五双凸透镜15的中心在光轴方向上的间隔为0.3mm。

下面结合该变焦透镜系统的光学传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)曲线图，对本发明实施例提供的变焦透镜系统实现超高分辨率的情况进行说明。其中，光学传递函数用来评价一个光学系统的成像质量，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好。

若变焦透镜系统在短焦状态和长焦状态时对应的MTF的曲线图较一致，两种状态下MTF曲线都比较平滑且集中，并且全视场MTF平均值越高，表明该变焦透镜系统能够在整个可变焦距范围内保证十分优异的成像品质，该变焦透镜系统对各种像差，如：球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差等能够进行很好的校正。

如图3、4所示两种状态下MTF曲线都比较平滑且集中，而且全视场MTF平均值在0.64以上，因此本发明实施例提供的变焦透镜系统能够达到很高的分辨率，能够满足1200万像素及4K摄像机的成像要求。

下面通过对变焦透镜系统进行详细的光学系统分析，进一步介绍本实施例提供的变焦透镜系统。

在变焦透镜系统短焦状态时对应的光线扇形图和长焦状态时对应的光线扇形图中，光线扇形图中像差曲线越接近x轴，越平坦，则说明系统的像差校正的越好。

如图5(a)所示变焦透镜系统在短焦状态下，像高为0mm视场对应的光线扇形图；图5(b)所示变焦透镜系统在短焦状态下，像高为2.3mm视场对应的光线扇形图；图5(c)所示变焦透镜系统在短焦状态下，像高为3.0mm视场对应的光线扇形图；图5(d)所示变焦透镜系统在短焦状态下，像高为3.6mm视场对应的光线扇形图；图5(e)所示变焦透镜系统在短焦状态下，像高为4.4mm视场对应的光线扇形图；

如图6(a)所示变焦透镜系统在长焦状态下，像高为0mm视场对应的光线扇形图；图6(b)所示变焦透镜系统在长焦状态下，像高为2.3mm视场对应的光线扇形图；图6(c)所示变焦透镜系统在长焦状态下，像高为3.0mm视场对应的光线扇形图；图6(d)所示变焦透镜系统在长焦状态下，像高为3.6mm视场对应的光线扇形图；图6(e)所示变焦透镜系统在长焦状态下，像高为4.4mm视场对应的光线扇形图。

以上十幅图中，E_Y表示子午方向像差；P_Y表示子午方向归一化入瞳；E_X表示弧矢方向像差；E_X表示弧矢方向归一化入瞳。

由以上十幅图可知，采用本实施例提供的变焦透镜系统，得到的像差曲线平坦并与x轴十分接近；因此，在整个可变焦距范围内，都能够保证十分优异的成像品质。

在变焦透镜系统在短焦状态时对应的点列图和在长焦状态时对应的点列图中，点列图中斑点的半径尺寸越小，成像质量越好，说明在整个可变焦距范围内，都能够保证十分优异的成像品质，例如4K摄像机的pixl size尺寸为1.85μm。如图7、图8所示显示全视场的斑点之心尺寸都小于2倍的pixl size，中心甚至小于等于1倍的pixl size，因此，采用本实施例提供的变焦透镜系统，系统像差校正比较好，成像品质优异。

变焦透镜系统的场曲图由三条曲线T和三条曲线S构成，三条曲线T分别表示三种波长(486nm、587nm和656nm)对应的子午光束(Tangential Rays)的像差，三条曲线S分别表示三种波长(486nm、587nm和656nm)对应的弧矢光束(Sagittial Rays)的像差，子午场曲值和弧矢场曲值越小，说明变焦透镜系统成像品质越好。

变焦透镜系统的畸变图中，畸变曲线越靠近y轴，说明变焦透镜系统的畸变越小。

如图9(a)所示，为变焦透镜系统在短焦状态时对应的场曲图子午场曲值控制在0～0.015mm范围内，弧矢场曲值控制在0～0.01mm范围内。

如图9(b)所示，为变焦透镜系统在短焦状态时对应的畸变图，其中畸变率控制在-27.5％～0范围内。

如图10(a)所示，为变焦透镜系统在长焦状态时对应的场曲图，其中，子午场曲值控制在0～0.05mm范围内，弧矢场曲值控制在0～0.05mm范围内。

如图10(b)所示，为变焦透镜系统在长焦状态时对应的畸变图，其中畸变率控制在-2.3％～0范围内。

在变焦透镜系统的色差图中，曲线代表初级色差特性曲线，色差特性曲线越靠近y轴，说明变焦透镜系统的色差越小。

如图11、图12所示，其中，图11为变焦透镜系统在长焦状态时对应的色差图，可见，初级色差控制在-0.02～+0.02之间；图12为变焦透镜系统在长焦状态时对应的色差图，可见，初级色差控制在-0.05～+0.05之间。

从上述图5(a)、5(b)、5(c)、5(d)、5(e)、图6(a)、6(b)、6(c)、6(d)、6(e)、图7、图8、图9、图10、图11和图12可知，本实施例提供的变焦透镜系统，其产生的球差、慧差、象散、场曲及色差都被控制在较小的范围内，畸变被控制在合理的数值。

在变焦透镜系统光学传递函数图中，短焦红外模式状态和长焦红外模式状态时对应的MTF的曲线图较一致，两种状态下MTF曲线都比较平滑且集中，而且全视场MTF平均值越高(普通镜头的红外MTF值通常≤0.3)，说明变焦透镜系统在红外共焦方面具有十分出色的的分辨率水平和光学性能。

如图13、图14所示，其中，图13为变焦透镜系统在短焦红外模式状态时对应的光学传递函数的曲线图；图14为变焦透镜系统在长焦红外模式状态时对应的光学传递函数的曲线图；从这两幅图中可知，两图中MTF的曲线图较一致，两种状态下MTF曲线都比较平滑且集中，而且全视场MTF平均值达到0.55以上，远远高出普通镜头的红外MTF值(通常≤0.3)。可见本发明实施例提供的变焦透镜系统在红外共焦方面也具有十分出色的的分辨率水平和光学性能。

从上述内容可以看出：本发明实施例提供的变焦透镜系统，采用十三个特定结构形状的光学透镜，并按照从物侧至像侧依次排列，以及通过各个光学透镜的光焦度的分配，同时采用了超低色散光学玻璃材质，使得变焦透镜系统的结构形状，阿贝系数等参数与成像条件匹配，进而使透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正。

本发明实施例提供了一种变焦透镜系统，用以提高透镜系统的分辨率水平。本发明提供的变焦透镜系统具有第一透镜组和第二透镜组两个透镜组结构，且在第一透镜组和第二透镜组中的各个透镜位置相对固定，通过各个光学透镜的光焦度的分配，使得变焦透镜系统的结构形状，色散系数等参数与成像条件匹配，并能够有效的减小系统的各种像差，从而达到更高的分辨率(最高支持1200万像素摄像机)和更佳的红外夜视效果，可以应用到成像装置，实现全天候的超高清画面显示。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。