变焦镜头的制作方法

本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种变焦镜头。
背景技术：
：在安防监控行业，对清晰度的追求是行业发展重要驱动力。从最初的标清，到目前高清、全高清，甚至于超高清，记录着视频安防监控从“看得见”到“看得清”再到“看得准”再到最后的“ai识别”，整个监控过程的实现依靠着光学镜头的信息采集、超大数据流的信息传输和后端的图像处理。目前随着5g技术的商用和图像处理技术的迅猛发展，在不久的将来肯定会实现4k监控的快速普及。而具备4k分辨率的变焦镜头因其特殊的工作方式，可以采集数倍超于常规定焦镜头的监控信息，在未来安防监控领域必将大放异彩。但目前变焦镜头在满足4k超高分辨率的同时，普遍存在红外不共焦、光圈值较小，全焦距段4k能力差、温度适应性差等问题。技术实现要素：本发明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，本发明提供一种变焦镜头，包括：沿着光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群、光阑、具有正光焦度的第三透镜群、具有正光焦度的第四透镜群、具有正光焦度的第五透镜群，所述第一透镜群、所述第三透镜群和所述第五透镜群为固定透镜群，所述第二透镜群为变焦群，所述第四透镜群为聚焦群；所述第二透镜群沿着光轴移动时，实现从广角端向望远端的变倍；所述第四透镜群沿着光轴移动时，实现伴随变倍的像面变动的校正和调焦；所述第一透镜群的焦距f1、所述第二透镜群的焦距f2、所述第三透镜群的焦距f3、所述第四透镜群的焦距f4和所述第五透镜群的焦距f5与所述变焦镜头的广角端的焦距fw的比值依次满足以下范围：f1:fw＝1.5～10，f2:fw＝-3～-0.7,f3:fw＝1～6,f4:fw＝1.5～5.5，f5:fw＝2～8。根据本发明的一个方面，所述第一透镜群包括具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜和具有正光焦度的第三透镜；所述第一透镜为凸-凹透镜。根据本发明的一个方面，所述第二透镜群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和具有负光焦度的第七透镜；所述第五透镜为双凹透镜。根据本发明的一个方面，所述第三透镜群包括具有正光焦度的第八透镜、具有负光焦度的第九透镜、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；所述第八透镜和所述第十二透镜为双凸透镜；所述第十三透镜为双凹透镜。根据本发明的一个方面，所述第四透镜群包括具有正光焦度的第十四透镜、具有正光焦度的第十五透镜和具有负光焦度的第十六透镜；所述第十四透镜和所述第十五透镜为双凸透镜；所述第十六透镜为双凹透镜。根据本发明的一个方面，所述第五透镜群包括具有正光焦度的第十七透镜和具有负光焦度的第十八透镜；所述第十七透镜为双凸透镜。根据本发明的一个方面，所述第十八透镜距离所述变焦镜头的像面的光学长度bfl满足：2＜bfl＜13。根据本发明的一个方面，所述第七透镜的材料折射率范围为1.35～1.65。根据本发明的一个方面，所述第八透镜和所述第九透镜的材料折射率范围均为1.35～1.65。根据本发明的一个方面，所述第一透镜和所述第二透镜组成双胶合透镜。根据本发明的一个方面，所述第九透镜、所述第十透镜和所述第十一透镜组成三胶合透镜，所述第十二透镜和所述第十三透镜组成双胶合透镜。根据本发明的一个方面，所述第十五透镜和所述第十六透镜组成双胶合透镜。根据本发明的一个方面，各胶合透镜中相邻的两个透镜之间的阿贝数差值的绝对值a满足：15＜a＜80。根据本发明的一个方面，所述第二透镜群、所述第三透镜群和所述第四透镜群中至少包括一个非球面透镜。根据本发明的一个方面，所述第二透镜群从所述变焦镜头的广角端移动至长焦端的距离d与所述变焦镜头的总长ttl之间满足：0.15＜d/ttl＜0.536。根据本发明的一个方面，所述第一透镜群中的最大透镜的直径d与所述变焦镜头的总长ttl之间满足：0.3＜d/ttl＜2。根据本发明的变焦镜头，通过合理的透镜群组光焦度搭配，极大降低了光学元件的公差敏感度，满足普通工艺即可进行大批量生产；本发明的变焦镜头光圈恒定，最大可以达到fno1.2，通过匹配的图像处理，具备黑光级夜视效果；本发明的变焦镜头通过特定的材料选择，矫正了420～940nm之间的位置色差和倍率色差，满足全焦距段4k分辨率，全焦距段红外共焦，同时镜头可以达到-40℃～80℃环境下全焦距段不虚焦、极大程度扩宽了镜头的使用场合。附图说明图1是示意性表示根据本发明的实施方式一的变焦镜头结构图；图2表示本发明的实施方式一的变焦镜头在常温20度、可见光下广角端的mtf图；图3表示本发明的实施方式一的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm长广角的mtf图；图4表示本发明的实施方式一的变焦镜头在常温20度、可见光下长焦端的mtf图；图5表示本发明的实施方式一的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm长焦端的mtf图；图6表示本发明的实施方式一的变焦镜头在低温-40度、可见光下广角端的mtf图；图7表示本发明的实施方式一的变焦镜头在高温80度、可见光下广角端的mtf图；图8表示本发明的实施方式一的变焦镜头在低温-40度、可见光下长焦端的mtf图；图9表示本发明的实施方式一的变焦镜头在高温80度、可见光下长焦端的mtf图。图10是示意性表示根据本发明的实施方式二的变焦镜头结构图；图11表示本发明的实施方式二的变焦镜头在常温20度、可见光下广角端的mtf图；图12表示本发明的实施方式二的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm长广角的mtf图；图13表示本发明的实施方式二的变焦镜头在常温20度、可见光下长焦端的mtf图；图14表示本发明的实施方式二的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm长焦端的mtf图；图15表示本发明的实施方式二的变焦镜头在低温-40度、可见光下广角端的mtf图；图16表示本发明的实施方式二的变焦镜头在高温80度、可见光下广角端的mtf图；图17表示本发明的实施方式二的变焦镜头在低温-40度、可见光下长焦端的mtf图；图18表示本发明的实施方式二的变焦镜头在高温80度、可见光下长焦端的mtf图。图19是示意性表示根据本发明的实施方式三的变焦镜头结构图；图20表示本发明的实施方式三的变焦镜头在常温20度、可见光下广角端的mtf图；图21表示本发明的实施方式三的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm长广角的mtf图；图22表示本发明的实施方式三的变焦镜头在常温20度、可见光下长焦端的mtf图；图23表示本发明的实施方式三的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm长焦端的mtf图；图24表示本发明的实施方式三的变焦镜头在低温-40度、可见光下广角端的mtf图；图25表示本发明的实施方式三的变焦镜头在高温80度、可见光下广角端的mtf图；图26表示本发明的实施方式三的变焦镜头在低温-40度、可见光下长焦端的mtf图；图27表示本发明的实施方式三的变焦镜头在高温80度、可见光下长焦端的mtf图。具体实施方式为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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。在针对本发明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发明和简化描述，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发明的限制。下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的变焦镜头的结构图。如图1所示，本发明的变焦镜头包括沿着光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第一透镜群g1、具有负光焦度的第二透镜群g2、光阑s、具有正光焦度的第三透镜群g3、具有正光焦度的第四透镜群g4、具有正光焦度的第五透镜群g5和保护玻璃cg。在本发明中，第一透镜群g1、第三透镜群g3和第五透镜群g5为固定透镜群，第二透镜群g2为变焦群，第四透镜群g4为聚焦群。在本发明中，第二透镜群g2沿着光轴移动时，实现从广角端向望远端的变倍。第四透镜群g4沿着光轴移动时，实现伴随变倍的像面变动的校正和调焦。在本发明中，第一透镜群g1的焦距f1、第二透镜群g2的焦距f2、第三透镜群g3的焦距f3、第四透镜群g4的焦距f4和第五透镜群g5的焦距f5与变焦镜头的广角端的焦距fw的比值依次满足以下范围：f1:fw＝1.5～10，f2:fw＝-3～-0.7,f3:fw＝1～6,f4:fw＝1.5～5.5，f5:fw＝2～8。在本发明中，第一透镜群g1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和具有正光焦度的第三透镜l3。其中，第一透镜l1为凸-凹透镜。第二透镜群g2包括具有负光焦度的第四透镜l4、具有负光焦度的第五透镜l5、具有正光焦度的第六透镜l6和具有负光焦度的第七透镜l7。其中，第五透镜l5为双凹透镜。第三透镜群g3包括具有正光焦度的第八透镜l8、具有负光焦度的第九透镜l9、具有正光焦度的第十透镜l10、具有负光焦度的第十一透镜l11、具有正光焦度的第十二透镜l12和具有负光焦度的第十三透镜l13。其中，第八透镜l8和第十二透镜l12为双凸透镜，第十三透镜l13为双凹透镜。第四透镜群g4包括具有正光焦度的第十四透镜l14、具有正光焦度的第十五透镜l15和具有负光焦度的第十六透镜l16。其中，第十四透镜l14和第十五透镜l15为双凸透镜，第十六透镜l16为双凹透镜。第五透镜群l5包括具有正光焦度的第十七透镜l17和具有负光焦度的第十八透镜l18。其中，第十七透镜l17为双凸透镜，第十八透镜l18距离变焦镜头的像面的光学长度bfl满足2＜bfl＜13。在本发明中，第七透镜l7、第八透镜l8和第九透镜l9的材料折射率范围均为1.35～1.65。优选地，第一透镜l1和第二透镜l2组成双胶合透镜，第九透镜l9、第十透镜l10和第十一透镜l11组成三胶合透镜，第十二透镜l12和第十三透镜l13组成双胶合透镜，第十五透镜l15和第十六透镜l16组成双胶合透镜。并且，上述各胶合透镜中相邻的两个透镜之间的阿贝数差值的绝对值a满足：15＜a＜80。此外，在本发明中，第二透镜群g2、第三透镜群g3和第四透镜群g4中至少包括一个非球面透镜，优选为玻璃非球面透镜。且非球面满足下列公式：其中，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。第二透镜群g2从变焦镜头的广角端移动至长焦端的距离d与变焦镜头的总长ttl之间满足：0.15＜d/ttl＜0.536。第一透镜群g1中的最大透镜的直径d与变焦镜头的总长ttl之间满足：0.3＜d/ttl＜2。根据本发明的变焦镜头的上述设置，通过合理的透镜群组光焦度搭配，极大降低了光学元件的公差敏感度，满足普通工艺即可进行大批量生产；本发明的变焦镜头光圈恒定，最大可以达到fno1.2，通过匹配的图像处理，具备黑光级夜视效果；本发明的变焦镜头通过特定的材料选择，矫正了420～940nm之间的位置色差和倍率色差，满足全焦距段4k分辨率，全焦距段红外共焦，同时镜头可以达到-40℃～80℃环境下全焦距段不虚焦、极大程度扩宽了镜头的使用场合。以下根据本发明的上述设置给出三个具体实施方式来具体说明根据本发明的变焦镜头。因为根据本发明的变焦镜头共有18片透镜，实施方式一至三中，第一透镜l1和第二透镜l2组成双胶合透镜，第九透镜l9、第十透镜l10和第十一透镜l11组成三胶合透镜，第十二透镜l12和第十三透镜l13组成双胶合透镜，第十五透镜l15和第十六透镜l16组成双胶合透镜。再加上光阑s、镜头的成像面ima，一共35个面。为了便于叙述说明，将各个面编号按为s1至s35。实施方式一：图1是示意性表示根据本发明的实施方式一的变焦镜头结构图。实施方式一中的光圈fno＝1.38。以下表1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1在本实施方式中，非球面数据如下表2所示，其中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、十二阶的非球面系数：面序号kabcdes150.354-3.87e-063.34e-08-9.75e-101.58e-11-1.87e-13s16-11.20e-051.54e-08-7.02e-101.18e-11-1.73e-13表2在本实施方式中，变焦镜头的广角端和望远端变倍数据如下表3所示：广角端长焦端t11.150824.0511t224.1452.092t38.201357.5503t41.822.446表3在本实施方式中，第一透镜群g1的焦距f1、第二透镜群g2的焦距f2、所述第三透镜群g3的焦距f3、第四透镜群g4的焦距f4和第五透镜群g5的焦距f5与变焦镜头的广角端的焦距fw的比值依次为：3.83、-0.96、2.937、2.153和5.404。第三透镜群g3中的第八透镜l8为非球面透镜；第二透镜群g2从变焦镜头的广角端移动至长焦端的距离d与所述变焦镜头的总长ttl之间满足d/ttl＝0.245；第一透镜群g1中的最大透镜的直径d与变焦镜头的总长ttl之间满足：d/ttl＝0.425；第七透镜l7的折射率为1.52，第八透镜l8的折射率为1.62，第九透镜l9的折射率为1.62；第十八透镜l18距离像面的光学长度bfl＝6mm。图2至图9分别表示本发明的实施方式一的变焦镜头在常温20度、可见光下广角端的mtf图；在常温20度、夜间红外850nm长广角的mtf图；在常温20度、可见光下长焦端的mtf图；在常温20度、夜间红外850nm长焦端的mtf图；在低温-40度、可见光下广角端的mtf图；在高温80度、可见光下广角端的mtf图；在低温-40度、可见光下长焦端的mtf图；在高温80度、可见光下长焦端的mtf图。由图2至图9可以看出，根据本实施方式变焦镜头的设置，矫正了420～940nm之间的位置色差和倍率色差，满足全焦距段4k分辨率，全焦距段红外共焦，同时镜头可以达到-40℃～80℃环境下全焦距段不虚焦、光学元件敏感度低等特点。实施方式二：图10是示意性表示根据本发明的实施方式二的变焦镜头结构图。实施方式二中的光圈fno＝1.2。以下表4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4在本实施方式中，非球面数据如下表5所示，其中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、十二阶的非球面系数：面序号kabcdes121.000-8.51e-067.35e-08-2.15e-093.48e-11-4.12e-13s13-1.002.65e-053.38e-08-1.54e-092.59e-11-3.80e-13s150.389-4.25e-063.67e-08-1.07e-091.74e-11-2.06e-13s16-1.151.32e-051.69e-08-7.72e-101.29e-11-1.90e-13表5在本实施方式中，变焦镜头的广角端和望远端变倍数据如下表6所示：广角端长焦端t1217.5t2182.5t38.201355.0453t41.824.951表6在本实施方式中，第一透镜群g1的焦距f1、第二透镜群g2的焦距f2、所述第三透镜群g3的焦距f3、第四透镜群g4的焦距f4和第五透镜群g5的焦距f5与变焦镜头的广角端的焦距fw的比值依次为：3.74、-0.808、3.415、1.778和2.483。第二透镜群g2从变焦镜头的广角端移动至长焦端的距离d与所述变焦镜头的总长ttl之间满足d/ttl＝0.171；第一透镜群g1中的最大透镜的直径d与变焦镜头的总长ttl之间满足：d/ttl＝0.383；第七透镜l7的折射率为1.53，第八透镜l8的折射率为1.62，第九透镜l9的折射率为1.62；第十八透镜l18距离像面的光学长度bfl＝10.3mm。图11至图18分别表示本发明的实施方式二的变焦镜头在常温20度、可见光下广角端的mtf图；在常温20度、夜间红外850nm长广角的mtf图；在常温20度、可见光下长焦端的mtf图；在常温20度、夜间红外850nm长焦端的mtf图；在低温-40度、可见光下广角端的mtf图；在高温80度、可见光下广角端的mtf图；在低温-40度、可见光下长焦端的mtf图；在高温80度、可见光下长焦端的mtf图。由图11至图18可以看出，根据本实施方式变焦镜头的设置，矫正了420～940nm之间的位置色差和倍率色差，满足全焦距段4k分辨率，全焦距段红外共焦，同时镜头可以达到-40℃～80℃环境下全焦距段不虚焦、光学元件敏感度低等特点。实施方式三：图19是示意性表示根据本发明的实施方式三的变焦镜头结构图。实施方式二中的光圈fno＝1.62。以下表7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7在本实施方式中，非球面数据如下表8所示，其中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、十二阶的非球面系数：表8在本实施方式中，变焦镜头的广角端和望远端变倍数据如下表9所示：广角端长焦端t13.1520.925t2191.225t386.7993t42.0223.197表9在本实施方式中，第一透镜群g1的焦距f1、第二透镜群g2的焦距f2、所述第三透镜群g3的焦距f3、第四透镜群g4的焦距f4和第五透镜群g5的焦距f5与变焦镜头的广角端的焦距fw的比值依次为：2.11、-0.53、3.133、1.192和7.9。第二透镜群g2从变焦镜头的广角端移动至长焦端的距离d与所述变焦镜头的总长ttl之间满足d/ttl＝0.203；第一透镜群g1中的最大透镜的直径d与变焦镜头的总长ttl之间满足：d/ttl＝0.335；第七透镜l7的折射率为1.53，第八透镜l8的折射率为1.66，第九透镜l9的折射率为1.66；第十八透镜l18距离像面的光学长度bfl＝5mm。图20至图27分别表示本发明的实施方式三的变焦镜头在常温20度、可见光下广角端的mtf图；在常温20度、夜间红外850nm长广角的mtf图；在常温20度、可见光下长焦端的mtf图；在常温20度、夜间红外850nm长焦端的mtf图；在低温-40度、可见光下广角端的mtf图；在高温80度、可见光下广角端的mtf图；在低温-40度、可见光下长焦端的mtf图；在高温80度、可见光下长焦端的mtf图。由图20至图27可以看出，根据本实施方式变焦镜头的设置，矫正了420～940nm之间的位置色差和倍率色差，满足全焦距段4k分辨率，全焦距段红外共焦，同时镜头可以达到-40℃～80℃环境下全焦距段不虚焦、光学元件敏感度低等特点。以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3