一种大光圈紧凑型变焦镜头的制作方法

1.本实用新型涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种大光圈紧凑型变焦镜头。


背景技术：

2.在安防领域内，针对环境照度降低或者监测环境光照不充足的情况是，为了提升最终成像的质量，需要在特定的情况下使用大光圈镜头，同时兼顾体积和变焦的需求，因此市面上对结构紧凑的大光圈的变焦镜头的需求日益增多。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种大光圈紧凑型变焦镜头，旨在提高低照环境的成像质量，同时减小镜头的体积。
4.为实现上述目的，本实用新型提出的大光圈紧凑型变焦镜头包括镜头主体，沿所述镜头主体的光轴自物方至像方的方向为自前至后；
5.所述镜头主体包括：
6.镜筒，沿前后向设置，所述镜筒内形成有空腔；
7.前固定群组，包括具有正光焦度的第一透镜组；
8.变倍群组，沿前后向可活动设于所述空腔内，包括自前至后间隔布设的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；
9.补偿群组，沿前后向可活动设于所述空腔内，包括具有正光焦度的第五透镜组，所述第五透镜组设于第四透镜组的后侧且与所述第四透镜组间隔设置；以及，
10.驱动装置，驱动连接所述变倍群组及所述补偿群组；
11.其中，所述大光圈紧凑型变焦镜头的光学总长为ttl，ttl≤140mm；
12.所述大光圈紧凑型变焦镜头的最小焦距时的f数是fnow，fnow≤1.1；
13.所述大光圈紧凑型变焦镜头的最大焦距为ft，所述大光圈紧凑型变焦镜头的最小焦距为fw，所述大光圈紧凑型变焦镜头的变倍比为ft/fw， ft/fw＝17.69。
14.可选地，所述第一透镜组包括自前至后依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；
15.所述第二透镜组包括自前至后依次设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜；
16.所述第三透镜组包括自前至后依次设置的第十一透镜和第十二透镜；
17.所述第四透镜组包括自前至后依次设置的第十三透镜、第十四透镜和第十五透镜；
18.所述第五透镜组包括自前至后依次设置的第十六透镜、第十七透镜、第十八透镜、第十九透镜、第二十透镜和第二十一透镜。
19.可选地，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第九透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十五透镜和所述第十七透镜均为凸面朝向物
方的凹凸透镜；
20.所述第二透镜、所述第四透镜和所述第十三透镜均为凸平透镜；
21.所述第七透镜、所述第十四透镜、所述第十八透镜、所述第二十透镜和所述第二十一透镜均为双凸透镜；
22.所述第八透镜为凹平透镜；
23.所述第十透镜和所述第十六透镜均为双凹透镜；
24.所述第十九透镜为平凹透镜。
25.可选地，所述第一透镜和所述第二透镜为双胶合镜片；
26.所述第七透镜和所述第八透镜为双胶合镜片；
27.所述第十一透镜和所述第十二透镜为双胶合镜片；
28.所述第十六透镜、所述第十七透镜和所述第十八透镜为三胶合镜片；
29.所述第十九透镜和所述第二十透镜为双胶合镜片；
30.所述第六透镜、所述第八透镜、所述第十一透镜、所述第十三透镜、所述第十四透镜、所述第十九透镜和所述第二十透镜均为非球面透镜。
31.可选地，所述第一透镜组的光焦度为φ
g1
，所述第二透镜组的光焦度为φ
g2
，所述第三透镜组的光焦度为φ
g3
，所述第四透镜组的光焦度为φ
g4
，所述第五透镜组的光焦度为φ
g5
，满足以下关系式：0.017≤φ
g1
≤0.0178、-0.113 ≤φ
g2
≤-0.114、0.014≤φ
g3
≤0.015、0.033≤φ
g4
≤0.035、0.044≤φ
g5
≤0.046。
32.可选地，所述镜头主体还包括光阑，所述光阑设于所述第四透镜组，且固定于所述第十三透镜和所述第十四透镜之间，以能够被所述第四透镜组带动而沿前后向移动。
33.可选地，所述第一透镜组包括自前至后依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；
34.所述第二透镜组包括自前至后依次设置的第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜；
35.所述第三透镜组包括自前至后依次设置的第十一透镜、第十二透镜和第十三透镜；
36.所述第四透镜组包括自前至后依次设置的第十四透镜、第十五透镜和第十六透镜；
37.所述第五透镜组包括自前至后依次设置的第十七透镜、第十八透镜、第十九透镜、第二十透镜、第二十一透镜和第二十二透镜。
38.可选地，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第九透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜、所述第十五透镜、所述第十八透镜和所述第二十透镜均为凸面朝向物方的凹凸透镜；
39.所述第二透镜、所述第七透镜、所述第十一透镜、所述第十四透镜、所述第二十一透镜和所述第二十二透镜均为双凸透镜；
40.所述第八透镜、所述第十透镜、所述第十六透镜和所述第十七透镜均为双凹透镜；
41.所述十九透镜为凸平透镜。
42.可选地，所述第一透镜和所述第二透镜为胶合镜片；
43.所述第七透镜和所述第八透镜为胶合镜片；
44.所述第十二透镜和所述第十三透镜为胶合镜片；
45.所述第十七透镜、所述第十八透镜和所述第十九透镜为三胶合镜片；
46.所述第二十透镜和所述第二十一透镜为双胶合镜片；
47.所述第六透镜、所述第八透镜、所述第十一透镜、所述第十四透镜和所述第十五透镜均为非球面透镜。
48.可选地，所述镜头主体还包括光阑，所述光阑设于所述第四透镜组的前侧，且相对所述第四透镜组固定，以能够被所述第四透镜组带动而沿前后向移动。
49.本实用新型的技术方案中，前固定群组、变倍群组和补偿群组沿镜头主体的光轴自物方至像方的方向依次布设，前固定群组包括具有正光焦度的第一透镜组，变倍群组包括自前至后间隔布设的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，补偿群组包括具有正光焦度的第五透镜组，变倍群组和补偿群组可在驱动装置的驱动下沿前后向活动，也即变倍群组与补偿群组之间相对移动，使得镜头主体的焦距可调节，变倍群组主要承担变倍作用，能够实现镜头主体自广角端至望远端之间的连续变焦，补偿群组主要承担像面补偿作用，能够在镜头主体进行连续变焦的过程中，对像面进行补偿，从而保证镜头主体连续变焦时的成像质量，在变倍群组与补偿群组的配合作用下，不仅缩短镜头主体的焦距，且能保证在焦距范围内的成像都是清晰的，进而缩小镜头的体积，本方案中，大光圈紧凑型变焦镜头的光学整体长度较小，结构紧凑，总体积小，在实际调焦过程中，可以通过改变变倍群组和补偿群组的相对位置来达到变焦的目的，大光圈紧凑型变焦镜头实现了广角宽视场到窄视场大范围的目标成像，增加监控设备的监测性能，满足高像质的需求，大光圈紧凑型变焦镜头在广角端具备大光圈，可满足低照环境的使用。
附图说明
50.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
51.图1为本实用新型大光圈紧凑型变焦镜头第一实施例为最小焦距下的示意图；
52.图2为图1中大光圈紧凑型变焦镜头为中间焦段下的示意图；
53.图3为图1中大光圈紧凑型变焦镜头为最大焦距下的示意图；
54.图4为本实用新型大光圈紧凑型变焦镜头第二实施例的示意图。
55.附图标号说明：
[0056][0057]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0058]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0059]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0060]
另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0061]
在安防领域内，针对环境照度降低或者监测环境光照不充足的情况是，为了提升最终成像的质量，需要在特定的情况下使用大光圈镜头，同时兼顾体积和变焦的需求，因此市面上对结构紧凑的大光圈的变焦镜头的需求日益增多。
[0062]
鉴于此，本实用新型提出一种大光圈紧凑型变焦镜头，图1至图3为本实用新型提供的大光圈紧凑型变焦镜头的第一实施例，图4为本实用新型提供的大光圈紧凑型变焦镜头的第二实施例，本实用新型总体积小，低照环境下成像质量高，以下将结合具体的附图对大光圈紧凑型变焦镜头进行说明。
[0063]
参照图1至图4，大光圈紧凑型变焦镜头100包括镜头主体，沿镜头主体的光轴自物方至像方的方向为自前至后，镜头主体包括镜筒(图中未示出)、前固定群组、变倍群组、补偿群组和驱动装置(图中未示出)，镜筒沿前后向设置，镜筒内形成有空腔，前固定群组设于所述空腔内，包括具有正光焦度的第一透镜组1，变倍群组沿前后向可活动设于空腔内，包括自前至后间隔布设的第二透镜组2、第三透镜组3和第四透镜组4，补偿群组沿前后向可活动设于空腔内，包括具有正光焦度的第五透镜组5，第五透镜组5设于第四透镜组4的后侧且与第四透镜组4间隔设置，驱动装置驱动连接变倍群组及补偿群组，大光圈紧凑型变焦镜头100的光学总长为ttl，ttl≤140mm；大光圈紧凑型变焦镜头100的f数为1.1～4，最小焦距时的f数是fnow，fnow ≤1.1；大光圈紧凑型变焦镜头100的最大焦距为ft，大光圈紧凑型变焦镜头 100的最小焦距为fw，大光圈紧凑型变焦镜头100的变倍比为ft/fw，ft/fw＝17.69。
[0064]
本实用新型的技术方案中，前固定群组、变倍群组和补偿群组沿镜头主体的光轴自物方至像方的方向依次布设，前固定群组包括具有正光焦度的第一透镜组1，变倍群组包括自前至后间隔布设的第二透镜组2、第三透镜组3 和第四透镜组4，补偿群组包括具有正光焦度的第五透镜组5，变倍群组和补偿群组可在驱动装置的驱动下沿前后向活动，也即变倍群组与补偿群组之间相对移动，使得镜头主体的焦距可调节，变倍群组主要承担变倍作用，能够实现镜头主体自广角端至望远端之间的连续变焦，补偿群组主要承担像面补偿作用，能够在镜头主体进行连续变焦的过程中，对像面进行补偿，从而保证镜头主体连续变焦时的成像质量，在变倍群组与补偿群组的配合作用下，不仅缩短镜头主体的焦距，且能保证在焦距范围内的成像都是清晰的，进而缩小镜头的体积，本方案中，大光圈紧凑型变焦镜头100的光学总长不超过 140mm，整体长度较小，结构紧凑，总体积小，在实际调焦过程中，可以通过改变变倍群组和补偿群组的相对位置来达到变焦的目的，变倍比为17.69，大光圈紧凑型变焦镜头100实现了广角宽视场到窄视场大范围的目标成像，增加监控设备的监测性能，满足高像质的需求，大光圈紧凑型变焦镜头100 在广角端具备大光圈，大光圈紧凑型变焦镜头100的f数为1.1～4，最小焦距时的f数是fnow，fnow≤1.1，可满足低照环境的使用。
[0065]
请参阅图1至图3，在第一实施例中，第一透镜组1包括自前至后依次设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14和第五透镜15，第二透镜组2包括自前至后依次设置的第六透镜21、第七透镜22、第八透镜 23、第九透镜24和第十透镜25，第三透镜组3包括自前至后依次设置的第十一透镜31和第十二透镜32，第四透镜组4包括自前至后依次设置的第十三透镜41、第十四透镜42和第十五透镜43，第五透镜组5包括自前至后依次设置的第十六透镜51、第十七透镜52、第十八透镜53、第十九透镜54、第二十透镜55和第二十一透镜56。
[0066]
第一透镜11、第三透镜13、第五透镜15、第六透镜21、第九透镜24、第十一透镜31、第十二透镜32、第十五透镜43和第十七透镜52均为凸面朝向物方的凹凸透镜，第二透镜12、第四透镜14和第十三透镜41均为凸平透镜，第七透镜22、第十四透镜42、第十八透镜53、第二十透镜55和第二十一透镜56均为双凸透镜，第八透镜23为凹平透镜，第十透镜25和第十
六透镜51均为双凹透镜，第十九透镜54为平凹透镜。
[0067]
第一透镜11和第二透镜12为双胶合镜片，第七透镜22和第八透镜23 为双胶合镜片，第十一透镜31和第十二透镜32为双胶合镜片，第十六透镜 51、第十七透镜52和第十八透镜53为三胶合镜片，第十九透镜54和第二十透镜55为双胶合镜片，第六透镜21、第八透镜23、第十一透镜31、第十三透镜41、第十四透镜42、第十九透镜54和第二十透镜55均为非球面透镜。
[0068]
第一透镜组1的光焦度为φ
g1
，第二透镜组2的光焦度为φ
g2
，第三透镜组3的光焦度为φ
g3
，第四透镜组4的光焦度为φ
g4
，第五透镜组5的光焦度为φ
g5
，满足以下关系式：0.017≤φ
g1
≤0.0178、-0.113≤φ
g2
≤-0.114、0.014 ≤φ
g3
≤0.015、0.033≤φ
g4
≤0.035、0.044≤φ
g5
≤0.046。
[0069]
基于上述参数，第二透镜组2、第三透镜组3、第四透镜组4和第五透镜组5中的每一透镜组在前后移动时，与相邻的透镜组之间存在相互靠近和相互远离的活动行程，通过调节变倍群组内第二透镜组2、第三透镜组3与第四透镜组4之间的相对位置，就能够对应改变镜头主体的焦距，实现调节镜头主体变动至所需倍数；通过调节第五透镜组5在镜筒内的相对位置，可实现调节镜头主体成像画面至所需成像质量，在本实施例中，变倍群组与补偿群组之间的相对移动，使得镜头的焦距产生变化，并保证该焦距范围内的成像都是清晰的。
[0070]
镜头在设计时考虑到安防领域内对体积的要求，因此在满足体积要求的前提下，实现了在大光圈紧凑型变焦镜头100的设计，光学长度小，满足低照环境的成像需求。
[0071]
为了提高成像的清晰度，在本实施例中，镜头主体还包括光阑6，光阑6 设于第四透镜组4，且固定于第十三透镜41和第十四透镜42之间，以能够被第四透镜组4带动而沿前后向移动。将光阑6固定于第十三透镜41和第十四透镜42之间，且跟随第四透镜组4沿前后向同步移动，能够在镜头主体的变焦过程中，使得成像具有适宜的明亮程度、清晰度。
[0072]
具体地，请参照下述表1至表2，表1至表2提供了实现第一实施例中的大光圈紧凑型变焦镜头100的具体数据。
[0073]
其中，表1中的s1～s39代表各光学元件的面编号，半径的正负满足光学的基本符号规则，光学材料中的每组数据表示该材料的折射率和阿贝数；表2 中的wide栏表示镜头处于最小焦距时可变参数的数值，tele栏表示镜头处于最大焦距是可变参数的数值，mid栏表示中间焦段。
[0074]
表1
[0075]
[0076][0077]
表2
[0078] widemidteleeffl13mm60mm230mmfno1.11.64d90.10017.53220.440d1819.7064.3120.200d2115.4698.8660.170d286.4768.28132.290d3711.42314.1670.100
[0079]
在本实施例中，光学总长ttl满足ttl≤140mm，焦距f满足 13mm～230mm，变倍比ft/fw为17.69，fno为1.1～4，fnow＝1.1，
[0080]
其中，非球面参数满足
[0081][0082]
其中，z为非球面在不同口径出的矢高，c为非球面曲率，k为非球面锥面系数，r为归一化半径，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为非球面各高阶次项系数。
[0083]
具体地，请参照下述表3，第六透镜21、第八透镜23、第十一透镜31、第十三透镜41、第十四透镜42、第十九透镜54和第二十透镜55非球面透镜，表3给出了非球面透镜的非球面系数。
[0084]
表3
[0085] s10s11s14s19s22s23s25s26k00000000a00000000b-4.52e-05-3.49e-05-1.48e-04-2.16e-05-5.86e-05-4.04e-04-3.10e-046.19e-05c4.29e-08-5.77e-08-1.36e-07-7.62e-08-2.85e-07-1.77e-06-1.25e-06-1.93e-07d-3.89e-105.42e-10-1.15e-092.33e-091.26e-091.45e-084.08e-091.21e-09e2.84e-12-1.70e-115.78e-11-8.03e-115.08e-124.21e-116.20e-11-8.46e-11
f-1.62e-141.59e-13-8.79e-131.13e-12-6.18e-13-5.64e-13-1.24e-131.34e-12g5.93e-17-9.03e-165.66e-15-7.80e-151.96e-15-1.52e-15-5.99e-16-1.08e-14h-9.00e-202.09e-18-1.46e-172.09e-171.07e-171.36e-17-1.37e-173.06e-17i00000000j00000000
[0086]
请参阅图4，在第二实施例中，第一透镜组1包括自前至后依次设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14和第五透镜15，第二透镜组2包括自前至后依次设置的第六透镜21、第七透镜22、第八透镜23、第九透镜24和第十透镜25，第三透镜组3包括自前至后依次设置的第十一透镜 31、第十二透镜32和第十三透镜41，第四透镜组4包括自前至后依次设置的第十四透镜42、第十五透镜43和第十六透镜51，第五透镜组5包括自前至后依次设置的第十七透镜52、第十八透镜53、第十九透镜54、第二十透镜 55、第二十一透镜56和第二十二透镜57。
[0087]
第一透镜11、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15、第六透镜21、第九透镜24、第十二透镜32、第十三透镜41、第十五透镜43、第十八透镜 53和第二十透镜55均为凸面朝向物方的凹凸透镜，第二透镜12、第七透镜 22、第十一透镜31、第十四透镜42、第二十一透镜56和第二十二透镜57均为双凸透镜，第八透镜23、第十透镜25、第十六透镜51和第十七透镜52均为双凹透镜，第十九透镜54为凸平透镜。
[0088]
第一透镜11和第二透镜12为胶合镜片，第七透镜22和第八透镜23为胶合镜片，第十二透镜32和第十三透镜41为胶合镜片，第十七透镜52、第十八透镜53和第十九透镜54为三胶合镜片，第二十透镜55和第二十一透镜 56为双胶合镜片，第六透镜21、第八透镜23、第十一透镜31、第十四透镜 42和第十五透镜43均为非球面透镜。
[0089]
需要说明的是，在本实施例中，镜头主体也设置有光阑6，光阑6设于第四透镜组4的前侧，且相对第四透镜组4固定，以能够被第四透镜组4带动而沿前后向移动。将光阑6固定于第四透镜组4，且跟随第四透镜组4沿前后向同步移动，能够在镜头主体的变焦过程中，使得成像具有适宜的明亮程度、清晰度。
[0090]
第二透镜组2、第三透镜组3、第四透镜组4和第五透镜组5中的每一透镜组在前后移动时，与相邻的透镜组之间存在相互靠近和相互远离的活动行程，通过调节变倍群组内第二透镜组2、第三透镜组3与第四透镜组4之间的相对位置，就能够对应改变镜头主体的焦距，实现调节镜头主体变动至所需倍数；通过调节第五透镜组5在镜筒内的相对位置，可实现调节镜头主体成像画面至所需成像质量，在本实施例中，变倍群组与补偿群组之间的相对移动，
[0091]
具体地，请参照下述表4至表5，表4至表5提供了实现第二实施例中的大光圈紧凑型变焦镜头100的具体数据。
[0092]
其中，表4中的s1～s41代表各光学元件的面编号，半径的正负满足光学的基本符号规则，光学材料中的每组数据表示该材料的折射率和阿贝数；表5 中的wide栏表示镜头处于最小焦距时可变参数的数值，tele栏表示镜头处于最大焦距是可变参数的数值，mid栏表示镜头处于最大焦距与最小焦距之间的某一焦段。
[0093]
表4
[0094]
[0095][0096]
[0097]
表5
[0098] widemidteleeffl13mm60mm230mmfno1.01.64.0d90.1119.2722.39d1825.8814.730.30d2320.892.542.98d302.7414.5930.50d396.645.030.12
[0099]
本实施例中，光学总长ttl满足ttl≤140mm，焦距f满足 13mm～230mm，变倍比ft/fw为17.69，fno为1.0～4，fnow＝1.0，
[0100]
其中，非球面参数满足
[0101][0102]
其中，z为非球面在不同口径出的矢高，c为非球面曲率，k为非球面锥面系数，r为归一化半径，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j为非球面各高阶次项系数。
[0103]
具体地，请参照下述表6，第六透镜21、第八透镜23、第十一透镜31、第十四透镜42和第十五透镜43均为非球面透镜，表6给出了非球面透镜的所有表面的非球面系数。
[0104]
表6
[0105]
[0106][0107]
以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。