变焦镜头的制作方法

1.本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。


背景技术：

2.随着网络速度的提升，高品质高分辨率的图像能进行快速地传输，也由此对安防领域光学镜头的成像质量提出了更高的要求，比如镜头的解像力、变焦范围等。现有技术中的监控普遍无法做到大像面与小体积兼容，且大像面的监控镜头大多是定焦镜头，在监控距离发生变化时难以控制，且体积较大。并且，现有的监控镜头在不同焦距段的光学畸变变化较大，分辨率较低，多为1080p，像素点数200万。可见，现有技术的监控镜头已经不足以满足当前逐渐普及的人脸识别、车牌识别等人工智能相关领域的需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种变焦镜头。
4.为实现上述发明目的，本发明提供一种变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一固定群、第一变焦群、光阑、第二固定群、聚焦群以及末端透镜群，所述末端透镜群为变焦群或固定群，所述第一变焦群可沿着光轴移动完成所述变焦镜头从广角到长焦的变化，所述聚焦群用于沿光轴移动来校正变倍引起的像面的移动，所述第二固定群和所述聚焦群均具有正光焦度。
5.根据本发明的一个方面，所述第一固定群具有正光焦度，所述第一变焦群具有负光焦度，所述末端透镜群具有正光焦度或负光焦度。
6.根据本发明的一个方面，所述第一固定群包括一枚具有负光焦度的透镜和三枚具有正光焦度的透镜。
7.根据本发明的一个方面，所述第一固定群包括一枚双胶合镜组。
8.根据本发明的一个方面，所述第一变焦群包括三枚具有负光焦度的透镜和一枚具有正光焦度的透镜。
9.根据本发明的一个方面，所述第一变焦群至少包括一枚双凹透镜和一枚弯月透镜。
10.根据本发明的一个方面，所述第二固定群至少包括两枚具有正光焦度的透镜和三枚具有负光焦度的透镜。
11.根据本发明的一个方面，所述第二固定群至少包括一枚非球面透镜和一枚三胶合镜组。
12.根据本发明的一个方面，所述第二固定群至少包括两枚双凸透镜和两枚弯月透镜。
13.根据本发明的一个方面，所述聚焦群包括两枚具有正光焦度的透镜和一枚具有负光焦度的透镜。
14.根据本发明的一个方面，所述聚焦群包括一枚双胶合镜组。
15.根据本发明的一个方面，所述聚焦群至少包括一枚双凸透镜。
16.根据本发明的一个方面，所述末端透镜群包括一枚具有正光焦度的透镜和一枚具有负光焦度的透镜。
17.根据本发明的一个方面，所述末端透镜群至少包括一枚弯月透镜或一枚双凸透镜。
18.根据本发明的一个方面，所述第一固定群、所述第一变焦群、所述第二固定群、所述聚焦群以及所述末端透镜群的焦距f1、f2、f3、f4、f5分别与所述变焦镜头广角端焦距fw满足以下关系：2≤f1/fw≤4，
‑
1≤f2/fw≤0，1≤f3/fw≤2，1.3≤f4/fw≤1.8，
‑
20≤f5/fw≤50。
19.根据本发明的一个方面，所述光阑的位置满足以下关系式：
20.0.4≤l
s
‑
img
/ttl≤0.55；
21.其中，l
s
‑
img
为所述光阑至像面的间距，ttl为所述变焦镜头的光学总长。
22.根据本发明的一个方面，所述第一变焦群从广角端到长焦端移动的距离z1与所述变焦镜头的光学总长ttl满足以下关系：0.15≤z1/ttl≤0.35。
23.根据本发明的一个方面，所述变焦镜头中沿光轴从物侧至像侧的第九枚透镜的折射率nd
l9
和阿贝数vd
l9
分别满足以下条件：1.5<nd
l9
<1.6；50<vd
l9
<90；
24.所述变焦镜头中沿光轴从物侧至像侧的第九枚透镜的折射率nd
l9
和第十枚透镜的折射率nd
l10
满足以下关系：0.03≤|nd
l9
‑
nd
l10
|≤0.12。
25.根据本发明的方案，提供一种可连续变焦的镜头，从而可以应用于安防领域。变焦镜头具备高分辨率、小畸变、大像面、小体积、大变倍比以及红外共焦的特点，能够适应监控距离存在较大变化的领域。
26.根据本发明的一个方案，变焦镜头中只使用一枚玻璃非球面透镜，从而使得镜头的敏感度降低，也使得其中的透镜易于加工，且镜头组装良率也极大地增加。
27.根据本发明的一个方案，变焦镜头能够实现高于400万像素的分辨率，对于9.2mm的1/1.8"的cmos而言，可以达到中心和周边0.7h(70％对角线位置)成像分辨率均匀的效果。
28.根据本发明的一个方案，通过采用非球面透镜和玻璃球面透镜相互搭配的方案，既可以使变焦镜头的像差得到有效的校正，还能使变焦镜头在
‑
40℃～80℃温度范围内不虚焦。
29.根据本发明的一个方案，变焦镜头可实现广角端fno≤2.0，变倍比≥30的大变焦范围，不但可以日夜两用，而且还克服了大相对孔径、日夜共焦、小畸变、高低温虚焦和解像力之间的矛盾，增加了镜头的使用场合及环境条件范围，从而提升了镜头产品的品质及竞争力。
附图说明
30.图1示意性表示本发明的第一种实施方式的变焦镜头的结构图；
31.图2示意性表示本发明的第一种实施方式的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm广角端mtf图；
32.图3示意性表示本发明的第一种实施方式的变焦镜头在常温20度、可见光下的广
角端through
‑
focus
‑
mtf图；
33.图4示意性表示本发明的第二种实施方式的变焦镜头的结构图；
34.图5示意性表示本发明的第二种实施方式的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm广角端mtf图；
35.图6示意性表示本发明的第二种实施方式的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端through
‑
focus
‑
mtf图；
36.图7示意性表示本发明的第三种实施方式的变焦镜头的结构图；
37.图8示意性表示本发明的第三种实施方式的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm广角端mtf图；
38.图9示意性表示本发明的第三种实施方式的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端through
‑
focus
‑
mtf图；
39.图10示意性表示本发明的第四种实施方式的变焦镜头的结构图；
40.图11示意性表示本发明的第四种实施方式的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm广角端mtf图；
41.图12示意性表示本发明的第四种实施方式的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端through
‑
focus
‑
mtf图；
42.图13示意性表示本发明的第五种实施方式的变焦镜头的结构图；
43.图14示意性表示本发明的第五种实施方式的变焦镜头在常温20度、夜间红外850nm广角端mtf图；
44.图15示意性表示本发明的第五种实施方式的变焦镜头在常温20度、可见光下的广角端through
‑
focus
‑
mtf图。
具体实施方式
45.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。
46.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。
47.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。
48.参见图1，本发明的大光圈、大像面、大倍率的变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一固定群g1、第一变焦群g2、光阑sto、第二固定群g3、聚焦群g4以及末端透镜群g5，还包括位于末端透镜群g5像侧的保护玻璃cg。其中，末端透镜群g5为变焦群或固定群，第一变焦群g2可沿着光轴移动完成变焦镜头从广角到长焦的变化，聚焦群g4用于沿光轴移动来校正变倍引起的像面的移动。本发明中，第二固定群g3和聚焦群g4均具有正光焦
度，使得本发明可实现大变倍比和大光圈，且公差敏感度更低。
49.本发明中，第一固定群g1具有正光焦度，第一变焦群g2具有负光焦度，末端透镜群g5具有正光焦度或负光焦度。第一固定群g1包括一枚具有负光焦度的透镜和三枚具有正光焦度的透镜。第一固定群g1包括一枚双胶合镜组。第一固定群g1包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3和第四透镜l4。
50.本发明中，第一变焦群g2包括三枚具有负光焦度的透镜和一枚具有正光焦度的透镜。第一变焦群g2至少包括一枚双凹透镜和一枚弯月透镜。第一变焦群g2包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7和第八透镜l8。
51.本发明中，第二固定群g3至少包括两枚具有正光焦度的透镜和三枚具有负光焦度的透镜。第二固定群g3至少包括一枚非球面透镜和一枚三胶合镜组。第二固定群g3至少包括两枚双凸透镜和两枚弯月透镜。本发明中，第二固定群g3具有光轴从物侧至像侧依次排列的五枚或六枚透镜，即第九透镜l9、第十透镜l10、第十一透镜l11、第十二透镜l12和第十三透镜l13，或者，第九透镜l9、第十透镜l10、第十一透镜l11、第十二透镜l12、第十三透镜l13和第十四透镜l14。
52.本发明中，聚焦群g4包括两枚具有正光焦度的透镜和一枚具有负光焦度的透镜。聚焦群g4包括一枚双胶合镜组。聚焦群g4至少包括一枚双凸透镜。聚焦组g4具备沿光轴从物侧至像侧依次排列的三枚透镜，即第十四透镜14、第十五透镜l15和第十六透镜l16，或者，第十五透镜l15、第十六透镜l16和第十七透镜l17。
53.本发明中，末端透镜群g5包括一枚具有正光焦度的透镜和一枚具有负光焦度的透镜。末端透镜群g5至少包括一枚弯月透镜或一枚双凸透镜。末端透镜群g5具有沿光轴从物侧至像侧依次排列的两枚透镜，即第十七透镜l17和第十八透镜l18，或者，第十八透镜l18和第十九透镜l19。
54.本发明中，第一固定群g1、第一变焦群g2、第二固定群g3、聚焦群g4以及末端透镜群g5的焦距f1、f2、f3、f4、f5分别与变焦镜头广角端焦距fw满足以下关系：2≤f1/fw≤4，
‑
1≤f2/fw≤0，1≤f3/fw≤2，1.3≤f4/fw≤1.8，
‑
20≤f5/fw≤50。
55.本发明中，光阑sto的位置满足以下关系式：
56.0.4≤l
s
‑
img
/ttl≤0.55；
57.其中，l
s
‑
img
为光阑sto至像面的间距，ttl为变焦镜头的光学总长，即第一透镜l1前表面中心顶点至成像面的间距。
58.本发明中，第一变焦群g2从广角端到长焦端移动的距离z1与变焦镜头的光学总长ttl满足以下关系：0.15≤z1/ttl≤0.35。满足上式可以减小摄像装置体积过大的可能。
59.本发明中，变焦镜头中沿光轴从物侧至像侧的第九枚透镜(即第九透镜l9)的折射率nd
l9
和阿贝数vd
l9
分别满足以下条件：1.5<nd
l9
<1.6；50<vd
l9
<90。变焦镜头中沿光轴从物侧至像侧的第九枚透镜的折射率nd
l9
和第十枚透镜(即第十透镜l10)的折射率nd
l10
满足以下关系：0.03≤|nd
l9
‑
nd
l10
|≤0.12。
60.综上所述，本发明的变焦镜头只使用了一枚玻璃非球面透镜，使得镜头的敏感度得到降低，也使得透镜易于加工，且镜头组装良率极大地增加。本发明的变焦镜头能够实现高于400万像素的分辨率，以9.2mm的1/1.8"的cmos为例，镜头可以达到中心和周边0.7h(70％对角线位置)成像分辨率均匀的效果。另外，通过采用非球面透镜和玻璃球面透镜相
互搭配的方案，既可以使变焦镜头的像差得到有效的校正，还能使变焦镜头在
‑
40℃～80℃温度范围内不虚焦。并且，变焦镜头可实现广角端fno≤2.0，变倍比≥30的大变焦范围，不但可以日夜两用，而且克服了大相对孔径、日夜共焦、小畸变、高低温虚焦和解像力之间的矛盾，增加了镜头的使用场合及环境条件范围，从而提升了镜头产品的品质及竞争力。
61.以下以五组实施方式来具体说明本发明的变焦镜头。在下列各实施方式中，利用s1、s2、
…
、sn来表示各透镜及保护玻璃cg的面，物面记为obj，光阑sto记为stop，像面记为ima，胶合镜组的胶合面记为一面。非球面透镜满足以下公式：
[0062][0063]
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、a
10
、a
12
分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶非球面系数。
[0064]
具体符合上述条件式的各实施方式的参数如下表1所示：
[0065][0066]
表1
[0067]
第一种实施方式
[0068]
参见图1，在本实施方式中，第二固定群g3具有五枚透镜，末端透镜群g5为具有负光焦度的变焦群。
[0069]
本实施方式的变焦镜头的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，如下表2所示：
[0070]
[0071][0072]
表2
[0073]
本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表3所示：
[0074][0075]
表3
[0076]
其中，k为该表面的二次曲面常数，a、b、c、d、e分别为二阶、四阶、六阶、八阶和十阶的非球面系数。
[0077]
各个透镜群于变焦镜头广角端和望远端的距离如下表4所示：
[0078]
厚度广角端望远端d11.42240.667d239.4460.201d36.9463.045d410.4860.100d50.64514.932
[0079]
表4
[0080]
其中，d1表示自第一固定群g1的像侧至第一变焦群g2的物测的距离、d2表示自第一变焦群g2的像侧至光阑的物测的距离、d3表示自第二固定群g3的像侧至聚焦群g4的物测的距离、d4表示自聚焦群g4的像侧至末端透镜群g5的物测的距离，d5表示自末端透镜群g5的像侧至保护玻璃cg的物测的距离。其中d1、d2、d3、d4、d5依广角端和望远端有所不同。
[0081]
结合图2和图3可知，本实施方式的变焦镜头实现了大变倍比，大像面，矫正了430
‑
850nm的色差，实现广角端日夜共焦，保证镜头在
‑
40
‑
70℃广角端不虚焦，扩大了镜头的适用场景。
[0082]
第二种实施方式
[0083]
参见图4，在本实施方式中，第二固定群g3具有五枚透镜，末端透镜群g5为具有正光焦度的固定群。
[0084]
本实施方式的变焦镜头的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，如下表5所示：
[0085]
面序号表面类型r值厚度折射率阿贝数obj球面infinf
ꢀꢀ
s1球面153.1811.5001.9031.3s2球面70.8047.2571.5081.6s3球面
‑
533.7240.100
ꢀꢀ
s4球面78.0534.2001.5081.6s5球面inf0.100
ꢀꢀ
s6球面55.3104.7021.4495.1s7球面384.738d1
ꢀꢀ
s8球面85.2720.9002.0029.1s9球面20.5072.232
ꢀꢀ
s10球面
‑
32.7590.6501.4970.4s11球面26.3870.327
ꢀꢀ
s12球面27.7233.8522.0019.3s13球面
‑
592.3490.887
ꢀꢀ
s14球面
‑
29.2390.6741.7944.2s15球面
‑
147.5450.100
ꢀꢀ
s16球面infd2
ꢀꢀ
stop球面inf3.500
ꢀꢀ
s18非球面19.8997.4271.5571.7s19非球面
‑
67.0520.100
ꢀꢀ
s20球面30.5720.6501.6253.9s21球面13.22310.7851.4690.2s22球面
‑
14.7070.6501.4970.4s23球面255.2870.100
ꢀꢀ
s24球面39.4210.6501.7444.9s25球面16.7073.302
ꢀꢀ
s26球面infd3
ꢀꢀ
s27球面24.8781.1891.4970.4s28球面45.3200.100
ꢀꢀ
s29球面24.7522.5581.6258.2s30球面
‑
49.2420.7242.0025.4s31球面
‑
275.5690.100
ꢀꢀ
s32球面infd41.8840.8s33球面22.4900.771
ꢀꢀ
s34球面10.0769.1831.8122.7s35球面18.9151.721
ꢀꢀ
s36球面88.9182.1911.5264.2s37球面inf0.700
ꢀꢀ
ima球面inf
ꢀꢀꢀ
[0086]
表5
[0087]
本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表6所示：
[0088]
面序号kabcdes180.0000.00e+007.04e
‑
068.78e
‑
091.99e
‑
122.70e
‑
14s190.0000.00e+007.36e
‑
06
‑
1.77e
‑
09
‑
1.09e
‑
11
‑
1.76e
‑
14
[0089]
表6
[0090]
其中，k为该表面的二次曲面常数，a、b、c、d、e分别为二阶、四阶、六阶、八阶和十阶的非球面系数。
[0091]
各个透镜群于变焦镜头广角端和望远端的距离如下表7所示：
[0092]
厚度广角端望远端d11.69741.326d239.7290.100d35.97912.714d48.1141.379
[0093]
表7
[0094]
其中，d1表示自第一固定群g1的像侧至第一变焦群g2的物测的距离、d2表示自第一变焦群g2的像侧至光阑的物测的距离、d3表示光阑的像侧至第二固定群g3的物测的距离、d4表示自第二固定群g3的像侧至聚焦群g4的物测的距离。其中d1、d2、d3、d4依广角端和
望远端有所不同。
[0095]
结合图5和图6可知，本实施方式的变焦镜头实现了大变倍比，大像面，矫正了430
‑
850nm的色差，实现广角端日夜共焦，保证镜头在
‑
40
‑
70℃广角端不虚焦，扩大了镜头的适用场景。
[0096]
第三种实施方式
[0097]
参见图7，在本实施方式中，第二固定群g3具有六枚透镜，末端透镜群g5为具有负光焦度的变焦群。
[0098]
本实施方式的变焦镜头的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，如下表8所示：
[0099]
[0100][0101]
表8
[0102]
本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表9所示：
[0103]
面序号kabcdes18
‑
1.0970.00e+007.79e
‑
061.38e
‑
081.25e
‑
105.06e
‑
14s190.0000.00e+007.17e
‑
068.35e
‑
082.42e
‑
10
‑
2.18e
‑
14
[0104]
表9
[0105]
其中，k为该表面的二次曲面常数，a、b、c、d、e分别为二阶、四阶、六阶、八阶和十阶的非球面系数。
[0106]
各个透镜群于变焦镜头广角端和望远端的距离如下表10所示：
[0107]
厚度广角端望远端d111.89040.096d231.8033.597d35.7072.466d410.1860.778d50.12412.773
[0108]
表10
[0109]
其中，d1表示自第一固定群g1的像侧至第一变焦群g2的物测的距离、d2表示自第一变焦群g2的像侧至光阑的物测的距离、d3表示光阑的像侧至第二固定群g3的物测的距离、d4表示自第二固定群g3的像侧至聚焦群g4的物测的距离、d5表示自聚焦群g4的像侧至末端透镜群g5的物测的距离。其中d1、d2、d3、d4、d5依广角端和望远端有所不同。
[0110]
结合图8和图9可知，本实施方式的变焦镜头实现了大变倍比，大像面，矫正了430
‑
850nm的色差，实现广角端日夜共焦，保证镜头在
‑
40
‑
70℃广角端不虚焦，扩大了镜头的适用场景。
[0111]
第四种实施方式
[0112]
参见图10，在本实施方式中，第二固定群g3具有五枚透镜，末端透镜群g5为具有负光焦度的固定群。
[0113]
本实施方式的变焦镜头的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，如下表11所示：
[0114][0115][0116]
表11
[0117]
本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表12所示：
[0118]
面序号kabcde
s17
‑
1.2190.00e+009.05e
‑
062.23e
‑
083.29e
‑
111.64e
‑
13s180.0000.00e+001.01e
‑
05
‑
6.01e
‑
09
‑
4.58e
‑
11
‑
3.49e
‑
13
[0119]
表12
[0120]
其中，k为该表面的二次曲面常数，a、b、c、d、e分别为二阶、四阶、六阶、八阶和十阶的非球面系数。
[0121]
各个透镜群于变焦镜头广角端和望远端的距离如下表13所示：
[0122]
厚度广角端望远端d14.46841.389d238.3361.415d31.98511.338d410.5991.246
[0123]
表13
[0124]
其中，d1表示自第一固定群g1的像侧至第一变焦群g2的物测的距离、d2表示自第一变焦群g2的像侧至光阑的物测的距离、d3表示光阑的像侧至第二固定群g3的物测的距离、d4表示自第二固定群g3的像侧至聚焦群g4的物测的距离。其中d1、d2、d3、d4依广角端和望远端有所不同。
[0125]
结合图11和图12可知，本实施方式的变焦镜头实现了大变倍比，大像面，矫正了430
‑
850nm的色差，实现广角端日夜共焦，保证镜头在
‑
40
‑
70℃广角端不虚焦，扩大了镜头的适用场景。
[0126]
第五种实施方式
[0127]
参见图13，在本实施方式中，第二固定群g3具有六枚透镜，末端透镜群g5为具有负光焦度的变焦群。
[0128]
本实施方式的变焦镜头的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，如下表14所示：
[0129]
[0130][0131]
表14
[0132]
本实施方式中各非球面透镜的非球面系数如下表15所示：
[0133]
面序号kabcdes18
‑
1.1200.00e+007.66e
‑
062.94e
‑
082.54e
‑
11
‑
4.57e
‑
13s190.0000.00e+008.15e
‑
06
‑
9.05e
‑
09
‑
6.33e
‑
11
‑
2.39e
‑
13
[0134]
表15
[0135]
其中，k为该表面的二次曲面常数，a、b、c、d、e分别为二阶、四阶、六阶、八阶和十阶的非球面系数。
[0136]
各个透镜群于变焦镜头广角端和望远端的距离如下表16所示：
[0137][0138][0139]
表16
[0140]
其中，d1表示自第一固定群g1的像侧至第一变焦群g2的物测的距离、d2表示自第一变焦群g2的像侧至光阑的物测的距离、d3表示光阑的像侧至第二固定群g3的物测的距离、d4表示自第二固定群g3的像侧至聚焦群g4的物测的距离、d5表示自聚焦群g4的像侧至
末端透镜群g5的物测的距离。其中d1、d2、d3、d4、d5依广角端和望远端有所不同。
[0141]
结合图14和图15可知，本实施方式的变焦镜头实现了大变倍比，大像面，矫正了430
‑
850nm的色差，实现广角端日夜共焦，保证镜头在
‑
40
‑
70℃广角端不虚焦，扩大了镜头的适用场景。
[0142]
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，均应包括在本发明的保护范围之内。