变焦镜头的制作方法

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1.本发明涉及光学领域，具体涉及一种变焦镜头。

背景技术：

2.变焦镜头是一种焦距连续变化、变倍过程中像面位置保持不变的光学镜头。由于其焦距可变的特性，广泛应用于安防、智能交通、视频会议等领域，能够实现广角拍摄与目标细节的详查。随着近几年的技术发展，变焦镜头逐步朝着高像素、大光圈、低成本的方向突破。近年来，市场上不断推陈出新，高分辨率、日夜共焦、高低温共焦的变焦镜头，已逐渐成为主流，这对变焦镜头的研发能力和制造水平提出了更严苛的要求。
3.目前市面上具有高分辨率、日夜共焦、高低温共焦的二组变焦镜头，其前组镜片通光口径通常较大，导致头部体积大，无法满足小尺寸机型和更多海内外客户的需求。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种变焦镜头，以解决目前变焦镜头难以兼顾成本、体积以及成像质量的问题，可以实现小型化、低成本、具有红外共焦、高低温性能优良以及广角端视场角超过136
°
的超高清画质变焦镜头。
5.本发明实施例提供一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括具有负光焦度的补偿透镜组、光阑和具有正光焦度的变倍透镜组和平板，所述补偿透镜组和所述变倍透镜组沿所述光轴可移动，所述补偿透镜组依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述变倍透镜组依次包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，所述第二透镜为近轴区凹凸的非球面透镜。
6.优选地，所述第一透镜光焦度为负，所述第二透镜光焦度为正或者负，所述第三透镜光焦度为负，所述第四透镜光焦度为正。
7.优选地，所述第五透镜光焦度为正，所述第六透镜光焦度为负，所述第七透镜光焦度为正，所述第八透镜光焦度为负，所述第九透镜光焦度为正，所述第十透镜光焦度为负。
8.优选地，所述第一透镜为凸凹或平凹或凹凹透镜，所述第三透镜为近轴区凹凹透镜，所述第四透镜为近轴区凸凸透镜，所述第五透镜为凸凸透镜，所述第六透镜为凹凸透镜，所述第七透镜为近轴区凸凹透镜，所述第八透镜为近轴区凹凹透镜，所述第九透镜为近轴区凸凸透镜，所述第十透镜为近轴区凹凹或凹凸或凹平透镜。
9.优选地，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜和所述第十透镜均为塑胶非球面透镜。
10.优选地，所述补偿透镜组焦距fa与所述变倍透镜组焦距fb之间满足如下关系：
11.0.74≤|fa/fb|≤0.78。
12.优选地，所述变倍透镜组焦距fb与所述变焦镜头的广角端焦距fw之间满足关系式：
13.2.87≤fb/fw≤3.02；
14.所述变倍透镜组焦距fb与所述变焦镜头的望远端焦距ft之间满足关系式：
15.1.14≤fb/ft≤1.20。
16.优选地，所述变倍透镜组从所述变焦镜头的广角端移动至望远端的距离δd与所述变焦镜头的广角端光学总长ttl之间满足关系式：
17.δd/ttl≤0.15。
18.优选地，所述第一透镜的光学有效径d1和所述变焦镜头的广角端光学总长ttl之间满足关系式：
19.d1/ttl≤0.28。
20.优选地，所述第五透镜与所述第六透镜组成胶合透镜组。
21.优选地，所述胶合透镜组的焦距f56与所述变倍透镜组焦距fb之间满足如下关系：
22.1.09≤f56/fb≤1.16。
23.优选地，所述第五透镜的折射率nd5和阿贝数vd5满足以下条件：
24.1.48≤nd5≤1.57；
25.68.53≤vd5≤84.87。
26.优选地，所述第五透镜的阿贝数vd5与所述第六透镜的阿贝数vd6满足以下条件：
27.15.30≤vd5-vd6≤28.80。
28.优选地，所述第八透镜焦距f8和所述第九透镜焦距f9满足以下关系式：
[0029]-1.25≤f8/f9≤-1.24。
[0030]
根据本发明的至少一个方案，通过合理配置各透镜的光焦度，使得有限空间条件下可实现3倍变焦，同时兼具高分辨率和红外共焦。
[0031]
根据本发明的至少一个方案，采用玻璃镜片与塑胶镜片搭配，在使用极少玻璃镜片的情况下，仍然保证了系统的各项性能，同时大大减小了生产成本。
[0032]
根据本发明的至少一个方案，通过合理使用高折射率镜片材料，有效减小镜头前端外形尺寸，可兼容多种视窗，变倍全程无暗角。
[0033]
根据本发明的至少一个方案，通过合理的透镜材料选择与搭配，使光学系统在高温80℃和低温-40℃状态下仍能保证良好的分辨率，高低温下不虚焦。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
[0035]
图1为本发明实施例一的变焦镜头的广角端的光学结构示意图；
[0036]
图2为本发明实施例一的变焦镜头的望远端的光学结构示意图；
[0037]
图3为本发明实施例二的变焦镜头的广角端的光学结构示意图；
[0038]
图4为本发明实施例二的变焦镜头的望远端的光学结构示意图；
[0039]
图5为本发明实施例三的变焦镜头的广角端的光学结构示意图；
[0040]
图6为本发明实施例三的变焦镜头的望远端的光学结构示意图。
具体实施方式
[0041]
此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。
[0042]
此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。
[0043]
如图1-图6所示，本发明实施例的变焦镜头沿光轴从物侧至像侧的方向依次包括具有负光焦度的补偿透镜组、光阑s和具有正光焦度的变倍透镜组，所述补偿透镜组和所述变倍透镜组沿所述光轴可移动，所述补偿透镜组依次包括第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3和第四透镜l4，所述变倍透镜组依次包括第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8、第九透镜l9和第十透镜l10，其中，所述第二透镜l2为近轴区凹凸的非球面透镜。可以实现小型化、低成本、具有红外共焦、高低温性能优良以及广角端视场角超过136
°
的超高清画质变焦镜头。
[0044]
在本发明的优选实施例中，第一透镜l1是具有负光焦度的凸凹玻璃球面透镜、或具有负光焦度的平凹玻璃球面透镜、或具有负光焦度的凹凹玻璃球面透镜。第二透镜l2是具有正或负光焦度的近轴区凹凸塑胶非球面透镜。第三透镜l3是具有负光焦度的近轴区凹凹塑胶非球面透镜。第四透镜l4是具有正光焦度的近轴区凸凸塑胶非球面透镜。第五透镜l5是具有正光焦度的凸凸玻璃球面透镜。第六透镜l6是具有负光焦度的凹凸玻璃球面透镜。第七透镜l7是具有正光焦度的近轴区凸凹塑胶非球面透镜。第八透镜l8是具有负光焦度的近轴区凹凹塑胶非球面透镜。第九透镜l9是具有正光焦度的近轴区凸凸塑胶非球面透镜。第十透镜l10是具有负光焦度的近轴区凹凹塑胶非球面透镜、或具有负光焦度的近轴区凹凸塑胶非球面透镜、或具有负光焦度的近轴区凹平塑胶非球面透镜。
[0045]
基于上述设置，通过合理地配置各透镜的面型(球面或非球面)，可以更好地校正系统的轴上、轴外初阶像差及各类高阶像差，从而提高了变焦镜头的分辨率，实现高清4k解析力。通过巧妙地搭配玻璃和塑胶镜片，完美地补偿了镜头高低温下的后焦漂移，既降低了成本，又保证镜头在极限温度条件下的清晰成像。
[0046]
在本发明的一些优选实施例中，第五透镜l5与第六透镜l6组成胶合透镜组b1。胶合透镜组b1的焦距f56与所述变倍透镜组焦距fb之间满足如下关系：1.09≤f56/fb≤1.16。由此，通过设置一胶合透镜组，且合理分配胶合透镜组的光焦度，进一步提升补偿透镜组至变倍透镜组的光线的传递性，减小镜头变倍透镜组的体积，既能实现高效变焦，还能实现轻巧化以及降低生产成本。
[0047]
在本发明的一些优选实施例中，第五透镜l5的阿贝数vd5与第六透镜l6的阿贝数vd6满足以下条件：15.30≤vd5-vd6≤28.80。由此，通过合理地配置胶合透镜组的阿贝数搭配，校正了系统的球差、差，保证了镜头成像的锐利度，同时降低透镜组的公差敏感。
[0048]
在本发明的一些优选实施例中，所述补偿透镜组焦距fa与所述变倍透镜组焦距fb之间满足如下关系：0.74≤|fa/fb|≤0.78。由此，合理分配组间光焦度，有益于提高光线
的传递性，更好地实现镜头对焦与变焦。
[0049]
在本发明的一些优选实施例中，所述变倍透镜组焦距fb与所述变焦镜头的广角端焦距fw之间满足关系式：2.87≤fb/fw≤3.02；所述变倍透镜组焦距fb与所述变焦镜头的望远端焦距ft之间满足关系式：1.14≤fb/ft≤1.20。由此，通过合理设置变倍透镜组的焦距与镜头广角端和望远端的焦距的关系，在有限空间条件下尽可能实现大的变倍比，更好的限制镜头的总长从而减小镜头的体积。
[0050]
在本发明的一些优选实施例中，所述变倍透镜组从所述变焦镜头的广角端移动至望远端的距离δd与所述变焦镜头的广角端光学总长ttl之间满足关系式：δd/ttl≤0.15。由此，以较小的组间隔变化量实现大的变倍比，提高变焦效率，压缩镜头总长，实现镜头小体积化。
[0051]
在本发明的一些优选实施例中，第一透镜l1的光学有效径d1和所述变焦镜头的广角端光学总长ttl之间满足关系式：d1/ttl≤0.28。由此，缩减了镜头的头部尺寸，实现小体积化。
[0052]
在本发明的一些优选实施例中，第五透镜l5的折射率nd5和阿贝数vd5满足以下条件：1.48≤nd5≤1.57；68.53≤vd5≤84.87。由此，合理设置第五透镜的材料能够进一步矫正镜头的差，在使镜头紫边得到较好平衡的同时，实现可见和红外完全共焦。
[0053]
在本发明的一些优选实施例中，第八透镜l8焦距f8和第九透镜l9焦距f9满足以下关系式：-1.25≤f8/f9≤-1.24。由此，正负光焦度搭配关系有利于像差校正，并且有效保证变焦镜头在高低温状态下的补偿。
[0054]
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
[0055]
(1)通过合理地配置各个透镜的光焦度，使得有限空间条件下可实现3倍变焦，同时兼具高分辨率和红外共焦；
[0056]
(2)采用玻璃镜片与塑胶镜片搭配，在使用极少玻璃镜片的情况下，仍然保证了系统的各项性能，同时大大减小了生产成本；
[0057]
(3)通过合理使用高折射率镜片材料，有效减小镜头前端外形尺寸，可兼容多种视窗，变倍全程无暗角；
[0058]
(4)通过镜片合理的材料选择与合理的搭配，使系统在高温80℃和低温-40℃状态下仍能保证良好的分辨率，高低温下不虚焦。
[0059]
下面以三个实施例结合附图和表格来具体说明本发明的变焦镜头。在下面的各个实施例中，将光阑s记为一面，将像面ima记为一面。
[0060]
具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示：
[0061][0062][0063]
表1在本发明的实施例中，该变焦镜头的非球面透镜满足下列公式：
[0064]
在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为y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
、a
14
、a
16
···
分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶
···
非球面系数。
[0065]
实施例一
[0066]
如图1-2所示，在实施例一中，变焦镜头的焦距为3.55～9.01mm；变焦镜头的f number为1.76～3.24；变焦镜头的广角端光学总长为47.96mm；变焦镜头的广角端视场角为136.5
°
。
[0067]
在实施例一中，变焦镜头的各面的曲率半径r、厚度d、折射率nd以及阿贝数vd参见下表(表2)：
[0068][0069][0070]
表2
[0071]
在实施例一中，变焦镜头的k值与非球面系数参见下表(表3)：
[0072]
面序号k值a4a6a8a10a12a14a16337.87-3.41e-04-2.81e-051.60e-062.04e-08-1.39e-091.83e-116.92e-144-88.79-2.35e-034.06e-053.69e-07-1.16e-081.97e-10-6.65e-12-3.50e-145-1.07-1.29e-036.14e-05-3.65e-067.09e-081.13e-09-6.42e-119.62e-1364.52-1.03e-033.19e-05-2.61e-061.48e-082.05e-092.25e-12-1.50e-127-8.72-2.56e-044.43e-061.15e-06-1.77e-08-9.03e-106.84e-11-1.63e-12862.82-4.18e-06-2.88e-063.81e-071.89e-08-1.11e-10-3.83e-12-6.78e-13136.65-3.38e-03-5.96e-055.72e-063.06e-077.62e-09-1.98e-094.51e-1114-23.02-2.37e-03-1.21e-058.15e-062.16e-074.57e-08-6.85e-10-3.87e-111598.462.72e-03-7.56e-05-4.71e-063.62e-071.74e-084.62e-09-3.70e-10168.451.46e-03-2.86e-05-1.55e-05-4.61e-081.26e-071.02e-08-1.44e-0917-8.441.38e-03-1.00e-043.97e-061.71e-079.20e-089.22e-09-1.17e-091866.08-5.94e-04-1.20e-05-5.08e-077.45e-079.07e-08-3.78e-083.27e-0919-80.61-1.72e-03-3.72e-05-4.53e-068.26e-07-1.75e-07-5.21e-091.83e-09
20-99.00-4.23e-04-3.88e-05-5.40e-08-2.73e-071.78e-08-3.97e-093.32e-10
[0073]
表3
[0074]
在实施例一中，变焦镜头的广角端变化至望远端时，可变间隔数值(即表2中d1、d2和d3)参见下表(表4)：
[0075]
面序号厚度广角端望远端8d19.812.599d27.870.7920d34.8811.96
[0076]
表4
[0077]
结合图1-2以及上述表1-4所示，本实施例通过合理配置透镜光焦度、形状及光学参数，可以实现小型化、低成本、具有红外共焦、高低温性能优良以及广角端视场角超过136
°
的超高清画质变焦镜头。
[0078]
实施例二
[0079]
如图3-4所示，在实施例二中，变焦镜头的焦距为3.59～9.02mm；变焦镜头的f number为1.77～3.24；变焦镜头的广角端光学总长为47.90mm；变焦镜头的广角端视场角为136.5
°
。
[0080]
在实施例二中，变焦镜头的各面的曲率半径r、厚度d、折射率nd以及阿贝数vd参见下表(表5)：
[0081]
面序号表面类型曲率半径r厚度d折射率nd阿贝数vd1球面818.970.602.0029.12球面7.403.01
ꢀꢀ
3非球面-31.701.541.6423.54非球面-33.490.12
ꢀꢀ
5非球面-20.881.591.5455.76非球面12.600.07
ꢀꢀ
7非球面11.481.901.6620.48非球面-64.09d1
ꢀꢀ
9(s)球面infinityd2
ꢀꢀ
10球面6.925.411.5081.611球面-5.720.601.6855.512球面-13.850.06
ꢀꢀ
13非球面11.311.421.5456.014非球面14.330.34
ꢀꢀ
15非球面-35.252.631.6423.516非球面12.900.06
ꢀꢀ
17非球面6.923.911.5456.018非球面-48.060.66
ꢀꢀ
19非球面-26.901.001.6423.520非球面-12469.09d3
ꢀꢀ
21球面infinity0.71.5264.222球面infinity0.1
ꢀꢀ
23(ima)球面infinity
‑‑‑
[0082]
表5
[0083]
在实施例二中，变焦镜头的k值与非球面系数参见下表(表6)：
[0084][0085][0086]
表6
[0087]
在实施例二中，变焦镜头的广角端变化至望远端时，可变间隔数值(即表2中d1、d2和d3)参见下表(表7)：
[0088]
面序号厚度广角端望远端8d19.392.589d27.920.8620d34.8711.94
[0089]
表7
[0090]
结合图3-4以及上述表1、5-7所示，本实施例通过合理配置透镜光焦度、形状及光学参数，可以实现小型化、低成本、具有红外共焦、高低温性能优良以及广角端视场角超过136
°
的超高清画质变焦镜头。
[0091]
实施例三
[0092]
如图5-6所示，在实施例三中，变焦镜头的焦距为3.48～8.79mm；变焦镜头的f number为1.75～3.21；变焦镜头的广角端光学总长为47.79mm；变焦镜头的广角端视场角为136.5
°
。
[0093]
在实施例三中，变焦镜头的各面的曲率半径r、厚度d、折射率nd以及阿贝数vd参见下表(表8)：
[0094][0095][0096]
表8
[0097]
在实施例三中，变焦镜头的k值与非球面系数参见下表(表9)：
[0098]
面序号k值a4a6a8a10a12a14a16338.19-3.49e-04-2.74e-051.59e-062.03e-08-1.37e-091.79e-11-1.17e-144-99.00-2.35e-034.07e-053.78e-07-1.19e-081.71e-10-7.82e-12-4.28e-145-1.45-1.29e-036.20e-05-3.65e-067.12e-081.15e-09-6.38e-119.36e-1364.46-1.03e-033.16e-05-2.62e-061.43e-082.03e-092.23e-12-1.50e-127-8.61-2.57e-043.88e-061.13e-06-1.80e-08-8.97e-106.88e-11-1.64e-12868.20-1.59e-05-2.32e-064.04e-071.93e-08-1.26e-10-4.63e-12-6.62e-13136.65-3.38e-03-5.97e-055.72e-063.07e-077.71e-09-1.97e-094.51e-1114-22.99-2.36e-03-1.17e-058.19e-062.19e-074.60e-08-6.46e-10-3.22e-111598.302.72e-03-7.57e-05-4.71e-063.65e-071.75e-084.61e-09-3.75e-10168.431.46e-03-2.93e-05-1.56e-05-5.68e-081.25e-079.99e-09-1.50e-0917-8.511.37e-03-1.00e-043.94e-061.56e-078.94e-088.93e-09-1.18e-091866.17-5.91e-04-1.32e-05-6.30e-077.55e-079.33e-08-3.79e-083.32e-0919-81.19-1.71e-03-3.61e-05-4.37e-068.66e-07-1.70e-07-4.43e-091.84e-0920-98.65-4.61e-04-3.72e-055.06e-07-2.17e-071.66e-08-4.77e-094.18e-10
[0099]
表9
[0100]
在实施例三中，变焦镜头的广角端变化至望远端时，可变间隔数值(即表2中d1、d2和d3)参见下表(表10)：
[0101]
面序号厚度广角端望远端8d19.672.679d27.870.7920d34.8811.95
[0102]
表10
[0103]
结合图5-6以及上述表1、8-10所示，本实施例通过合理配置透镜光焦度、形状及光学参数，可以实现小型化、低成本、具有红外共焦、高低温性能优良以及广角端视场角超过136
°
的超高清画质变焦镜头。
[0104]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

技术特征：

1.一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括具有负光焦度的补偿透镜组、光阑(s)、具有正光焦度的变倍透镜组和平板(cg)，所述补偿透镜组和所述变倍透镜组沿所述光轴可移动，所述补偿透镜组依次包括第一透镜(l1)、第二透镜(l2)、第三透镜(l3)和第四透镜(l4)，所述变倍透镜组依次包括第五透镜(l5)、第六透镜(l6)、第七透镜(l7)、第八透镜(l8)、第九透镜(l9)和第十透镜(l10)，其特征在于，所述第二透镜(l2)为近轴区凹凸的非球面透镜。2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(l1)和所述第三透镜(l3)光焦度为负，所述第二透镜(l2)光焦度为正或者负，所述第四透镜(l4)光焦度为正。3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第五透镜(l5)、所述第七透镜(l7)和所述第九透镜(l9)光焦度为正，所述第六透镜(l6)、所述第八透镜(l8)和所述第十透镜(l10)光焦度为负。4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(l1)为凸凹或平凹或凹凹透镜，所述第三透镜(l3)和所述第八透镜(l8)为近轴区凹凹透镜，所述第四透镜(l4)和所述第九透镜(l9)为近轴区凸凸透镜，所述第五透镜(l5)为凸凸透镜，所述第六透镜(l6)为凹凸透镜，所述第七透镜(l7)为近轴区凸凹透镜，所述第十透镜(l10)为近轴区凹凹或凹凸或凹平透镜。5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜(l2)、所述第三透镜(l3)、所述第四透镜(l4)、所述第七透镜(l7)、所述第八透镜(l8)、所述第九透镜(l9)和所述第十透镜(l10)均为塑胶非球面透镜。6.根据权利要求1-5任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述补偿透镜组焦距fa与所述变倍透镜组焦距fb之间满足如下关系：0.74≤|fa/fb|≤0.78。7.根据权利要求1-5任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变倍透镜组焦距fb与所述变焦镜头的广角端焦距fw之间满足关系式：2.87≤fb/fw≤3.02；所述变倍透镜组焦距fb与所述变焦镜头的望远端焦距ft之间满足关系式：1.14≤fb/ft≤1.20。8.根据权利要求1-5任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述变倍透镜组从所述变焦镜头的广角端移动至望远端的距离δd与所述变焦镜头的广角端光学总长ttl之间满足关系式：δd/ttl≤0.15。9.根据权利要求1-5任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(l1)的光学有效径d1和所述变焦镜头的广角端光学总长ttl之间满足关系式：d1/ttl≤0.28。10.根据权利要求1-5任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第五透镜(l5)与所述第六透镜(l6)组成胶合透镜组(b1)。

技术总结

本发明涉及一种变焦镜头，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括具有负光焦度的补偿透镜组、光阑、具有正光焦度的变倍透镜组和平板，所述补偿透镜组和所述变倍透镜组沿所述光轴可移动，所述补偿透镜组依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述变倍透镜组依次包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，其中，所述第二透镜为近轴区凹凸的非球面透镜，本发明的变焦镜头通过合理的透镜配置，可以实现小型化、低成本、具有红外共焦、高低温性能优良以及广角端视场角超过136