变焦镜头的制作方法

1.本发明属于光学成像技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。


背景技术：

2.随着安防技术领域的飞速发展，对于监控视频画面的清晰度要求也越来越高，这也使得高分辨率的相机逐渐占据市场。现有技术中，大光圈变焦镜头在望远端的分辨率大多处在较低的2m水平，并且也不能兼顾红外成像，因此无法满足日益复杂的工作要求。此外，现有的镜头的前端透镜口径较大，难以在满足小型化要求的同时实现大光圈。


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具有正光焦度的第一固定透镜组、具有负光焦度的变焦透镜组、光阑、具有正光焦度的第二固定透镜组以及具有正光焦度的对焦透镜组，还包括位于所述对焦透镜组像侧的具有正光焦度的第三固定透镜组。
5.根据本发明的一个方面，所述变焦透镜组可沿光轴移动，用于完成所述变焦镜头在广角端和望远端之间的光学变焦；
6.所述对焦透镜组可沿着光轴移动，用于补偿光学变焦过程中像面位置的变化。
7.根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜组、所述变焦透镜组和所述对焦透镜组的焦距fg1、fg2和fg4分别与所述变焦镜头的广角端焦距fw满足以下关系：4.09≤fg1/fw≤4.33；-1.47≤fg2/fw≤-1.24；1.98≤fg4/fw≤6.70。
8.根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜组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；
9.所述第一透镜和所述第二透镜胶合组成胶合镜组。
10.根据本发明的一个方面，所述变焦透镜组包括具有负光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有正光焦度的第七透镜。
11.根据本发明的一个方面，所述第二固定透镜组包括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、具有正光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜、具有负光焦度的第十三透镜和具有正光焦度的第十四透镜。
12.根据本发明的一个方面，所述对焦透镜组包括具有正光焦度的第十五透镜、具有正光焦度的第十六透镜和具有负光焦度的第十七透镜。
13.根据本发明的一个方面，所述第三固定透镜组包括具有正光焦度的第十八透镜。
14.根据本发明的一个方面，所述第一透镜的阿贝数ab1与所述第五透镜的阿贝数ab5分别满足以下条件：ab1≤30；ab5≥85。
15.根据本发明的一个方面，所述第七透镜的阿贝数ab7满足以下条件：ab7≤23。
16.根据本发明的一个方面，所述变焦透镜组的行程d2与所述对焦透镜组的行程d4满
足以下关系：10≤|d2/d4|≤21。
17.根据本发明的一个方面，所述变焦透镜组的焦距fg2与所述对焦透镜组的焦距fg4满足以下关系：-0.67≤fg2/fg4≤-0.20。
18.根据本发明的一个方面，所述第一固定透镜组的最大透镜直径与所述变焦镜头的总长ttl满足以下关系：
19.根据本发明的构思，提出一种变焦镜头，变倍可超过3倍，最大光圈可达f1.1，可在小体积的情况下实现大光圈，并在红外共焦成像的同时，保障1x-3x焦距内共焦，全焦段分辨率满足4k。
20.根据本发明的一个方案，通过合理设置第一固定透镜组、变焦透镜组和对焦透镜组的焦距与变焦镜头的广角端焦距的关系，可以实现大倍率与小体积的兼容，保证镜头全焦段分辨率满足4k。
21.根据本发明的一个方案，第一固定透镜组中的第一透镜和第二透镜胶合组成胶合镜组，从而可以矫正色差。
22.根据本发明的一个方案，通过合理设置第一透镜的阿贝数与第五透镜的阿贝数的关系，可以有效矫正系统色差，实现红外共焦。
23.根据本发明的一个方案，通过合理设置第七透镜的阿贝数，可以减少变焦过程中产生的像差，以实现高分辨率效果。
24.根据本发明的一个方案，通过合理设置变焦透镜组的行程与对焦透镜组的行程的关系，可以在满足小型化要求的同时实现大光圈。
25.根据本发明的一个方案，通过合理设置变焦透镜组的焦距与对焦透镜组的焦距的关系，可以在变焦时保持大光圈。
26.根据本发明的一个方案，通过合理设置第一固定透镜组的最大透镜直径与变焦镜头的总长的关系，可以实现小型化。
附图说明
27.图1是示意性表示根据本发明第一种实施方式的变焦镜头的结构图；
28.图2是示意性表示根据本发明第一种实施方式的变焦镜头在广角端的离焦曲线图；
29.图3是示意性表示根据本发明第一种实施方式的变焦镜头在长焦端的离焦曲线图；
30.图4是示意性表示根据本发明第一种实施方式的变焦镜头在广角端的850nm离焦曲线图；
31.图5是示意性表示根据本发明第二种实施方式的变焦镜头的结构图；
32.图6是示意性表示根据本发明第二种实施方式的变焦镜头在广角端的离焦曲线图；
33.图7是示意性表示根据本发明第二种实施方式的变焦镜头在长焦端的离焦曲线图；
34.图8是示意性表示根据本发明第二种实施方式的变焦镜头在广角端的850nm离焦曲线图；
35.图9是示意性表示根据本发明第三种实施方式的变焦镜头的结构图；
36.图10是示意性表示根据本发明第三种实施方式的变焦镜头在广角端的离焦曲线图；
37.图11是示意性表示根据本发明第三种实施方式的变焦镜头在长焦端的离焦曲线图；
38.图12是示意性表示根据本发明第三种实施方式的变焦镜头在广角端的850nm离焦曲线图。
具体实施方式
39.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。
40.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。
41.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。
42.参见图1，本发明的大光圈变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第一固定透镜组g1、具有负光焦度的变焦透镜组g2、光阑sto、具有正光焦度的第二固定透镜组g3、具有正光焦度的对焦透镜组g4以及具有正光焦度的第三固定透镜组g5。其中，变焦透镜组g2可沿光轴移动，用于完成变焦镜头在广角端和望远端之间的光学变焦；对焦透镜组g4可沿着光轴移动，用于补偿光学变焦过程中像面位置的变化。
43.本发明中，第一固定透镜组g1、变焦透镜组g2和对焦透镜组g4的焦距fg1、fg2和fg4分别与变焦镜头的广角端焦距fw满足以下关系：4.09≤fg1/fw≤4.33；-1.47≤fg2/fw≤-1.24；1.98≤fg4/fw≤6.70。如此，可以实现大倍率与小体积的兼容，保证镜头全焦段分辨率满足4k。
44.本发明中，第一固定透镜组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和第二透镜l2胶合组成胶合镜组，从而可以矫正色差。变焦透镜组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、具有负光焦度的第六透镜l6和具有正光焦度的第七透镜l7。第二固定透镜组g3包括具有正光焦度的第八透镜l8、具有正光焦度的第九透镜l9、具有负光焦度的第十透镜l10、具有正光焦度的第十一透镜l11、具有正光焦度的第十二透镜l12、具有负光焦度的第十三透镜l13和具有正光焦度的第十四透镜l14。对焦透镜组g4包括具有正光焦度的第十五透镜l15、具有正光焦度的第十六透镜l16和具有负光焦度的第十七透镜l17。第三固定透镜组g5包括具有正光焦度的第十八透镜l18。
45.本发明中，第一透镜l1的阿贝数ab1与第五透镜l5的阿贝数ab5分别满足以下条件：
ab1≤30；ab5≥85。如此，可以有效矫正系统色差，实现红外共焦。第七透镜l7的阿贝数ab7满足以下条件：ab7≤23。如此，可以减少变焦过程中产生的像差，以实现高分辨率效果。变焦透镜组g2的行程d2与对焦透镜组g4的行程d4满足以下关系：10≤|d2/d4|≤21。如此，可以在满足小型化要求的同时实现大光圈。变焦透镜组g2的焦距fg2与对焦透镜组g4的焦距fg4满足以下关系：-0.67≤fg2/fg4≤-0.20。如此，可以在变焦时保持大光圈。第一固定透镜组g1的最大透镜直径与变焦镜头的总长ttl满足以下关系：如此，可以实现小型化。
46.综上所述，本发明采用“正-负-正-正-正”的五群架构和“一变倍一对焦”的二群联动方式，再通过合理分配群组光焦度，可实现超过3倍的变倍比，满足大光圈、小体积与大靶面的性能需求，在大光圈条件下实现全焦段4k成像。并且，通过合理的光焦度分配和特定玻璃材料的选择，实现长焦端380～940nm之间色差和二级光谱校正，在1x-3x的变焦过程中均可满足红外共焦，在多场景和需求下均可发挥出色性能。而本发明使用可变光阑，最大光圈可达f1.1，可满足多种应用场景的使用要求。另通过合理的光焦度分配，可调整元件的加工制造性，从而便于制造与组装。
47.以下以三种实施方式来详细描述本发明的变焦镜头，以下实施方式中，以s1、s2、
…
、sn来表示各光学元件的面，光阑记为sto，像面记为ima。其中，塑胶非球面透镜满足以下公式：
[0048][0049]
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为该表面的二次曲面常数，a4、a6、a8、a
10
、a
12
、a
14
和a
16
分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶和十六阶的非球面系数。
[0050]
具体符合上述条件式的各实施方式的参数如下表1所示：
[0051][0052]
表1
[0053]
第一种实施方式
[0054]
参见图1，本实施方式中的变焦镜头的各参数如下表2所示：
[0055][0056][0057]
表2
[0058]
本实施方式中的各非球面透镜的非球面系数如下表3所示：
[0059][0060][0061]
表3
[0062]
本实施方式的变焦镜头在广角端和长焦端的变倍数据如下表4所示：
[0063][0064]
表4
[0065]
结合图2至图4，本实施方式的变焦镜头采用18枚透镜实现了最大光圈1.1，变倍比超过3倍，矫正380～940nm之间的位置色差和倍率色差，在1x-3x焦距实现日夜共焦，满足全焦距段4k分辨率，在小体积情况下实现大光圈。并且易于组装和加工，可高效生产。
[0066]
第二种实施方式
[0067]
参见图5，本实施方式中的变焦镜头的各参数如下表5所示：
[0068]
[0069][0070]
表5
[0071]
本实施方式中的各非球面透镜的非球面系数如下表6所示：
[0072]
[0073][0074]
表6
[0075]
本实施方式的变焦镜头在广角端和长焦端的变倍数据如下表7所示：
[0076][0077]
表7
[0078]
结合图6至图8，本实施方式的变焦镜头采用18枚透镜，广角端光圈可达1.1，变倍比超过3倍，矫正380～940nm之间的位置色差和倍率色差，实现1x-3x焦距段日夜共焦，满足全4k分辨率，镜头尺寸小，可实现大光圈的光学变焦。
[0079]
第三种实施方式
[0080]
参见图9，本实施方式中的变焦镜头的各参数如下表8所示：
[0081]
[0082][0083]
表8
[0084]
本实施方式中的各非球面透镜的非球面系数如下表9所示：
[0085]
[0086][0087]
表9
[0088]
本实施方式的变焦镜头在广角端和长焦端的变倍数据如下表10所示：
[0089][0090]
表10
[0091]
结合图10至图12，本实施方式的变焦镜头采用18枚透镜，广角端光圈可达1.1，变倍比超过3倍，矫正380～940nm之间的位置色差和倍率色差实现红外共焦，满足1x-3x日夜共焦，全焦距4k分辨率，镜头尺寸小、光圈大，在低光照仍然可实现高像质。
[0092]
以上所述仅为本发明的实施方式而已，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。