CN111399177A

CN111399177A - 一种高分辨率的变焦镜头

Info

Publication number: CN111399177A
Application number: CN202010333416.0A
Authority: CN
Inventors: 上官秋和; 刘青天; 李雪慧
Original assignee: Xiamen Leading Optics Co Ltd
Current assignee: Xiamen Leading Optics Co Ltd
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2040-04-24
Also published as: CN111399177B

Abstract

本发明涉及镜头技术领域。本发明公开了一种高分辨率的变焦镜头，具有十一片透镜，第一透镜至第三透镜构成调焦透镜组，第四透镜至第十一透镜构成变倍透镜组，光阑设置在调焦透镜组和变倍透镜组之间，并对第一透镜至第十一透镜的屈光率和面型进行相应限定，且第四透镜采用非球面透镜，该变焦镜头至少有3组胶合透镜，胶合透镜由第一透镜至第十一透镜中的两个透镜相互胶合构成。本发明具有大通光；高分辨率；大像面；日夜共焦性好；小巧轻便的优点。

Description

一种高分辨率的变焦镜头

技术领域

本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种高分辨率的变焦镜头。

背景技术

随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，光学成像镜头被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、无人机航拍等各个领域。

变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角，不同大小的影象和不同景物范围的照相机镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围，因此使用非常便捷，被越来越广泛地使用。

但目前市场上用于安防监控的变焦镜头还存在着许多不足，如通光小，一般FNO值在1.6-2.8间，无法满足低照需求，特别是在低照环境中，会造成监控画面暗，视频噪点多；如果要实现大通光，则分辨率很难提高，像质差，且不同焦距段很难同时实现高清画质；像面比较小，适配不了大像面高像素的传感器；体积较大，镜头个头比较大，相对笨重等，已无法满足用户日益提高的要求，需对其进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分辨率的变焦镜头用以解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高分辨率的变焦镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第三透镜、光阑以及第四透镜至第十一透镜；第一透镜至第十一透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

第一透镜具负屈光率，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面；第一透镜至第三透镜构成调焦透镜组；

第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面；第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凹面；第七透镜具负屈光率，第七透镜的像侧面为凹面；第八透镜具正屈光率，第八透镜的物侧面为凸面，第八透镜的像侧面为凸面；第九透镜具负屈光率，第九透镜的物侧面为凹面，第九透镜的像侧面为凸面；第十透镜具正屈光率，第十透镜的物侧面为凸面，第十透镜的像侧面为凸面；第十一透镜具负屈光率，第十一透镜的物侧面为凹面，第十一透镜的像侧面为凹面；第四透镜至第十一透镜构成变倍透镜组；

第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面，该变焦镜头至少有3组胶合透镜，胶合透镜由第一透镜至第十一透镜中的两个透镜相互胶合构成，该变焦镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第十一透镜。

进一步的，该变焦镜头更满足：0.8＜∣F1/F2∣＜1.2，其中，F1为调焦透镜组的焦距，F2为变倍透镜组的焦距。

进一步的，该变焦镜头更满足：0.8＜∣f2/f3∣＜1.2，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距。

进一步的，该变焦镜头更满足：0.8＜∣f6/f10∣＜1.2，其中，f6为第六透镜的焦距，f10为第十透镜的焦距。

进一步的，该变焦镜头更满足：nd1＞1.8，其中，nd1为第一透镜的折射率。

进一步的，第二透镜与第三透镜相互胶合，第五透镜与第六透镜相互胶合，第八透镜与第九透镜相互胶合，第十透镜与第十一透镜相互胶合。

更进一步的，该变焦镜头更满足：∣vd5-vd6∣＞30，其中，vd5为第五透镜的色散系数，vd6为第六透镜的色散系数。

进一步的，该变焦镜头更满足：∣vd10-vd11∣＞30，其中，vd10为第十透镜的色散系数，vd11为第十一透镜的色散系数。

进一步的，第一透镜至第十一透镜均采用玻璃材料制成。

本发明的有益技术效果：

本发明具有通光大，大大提高镜头的进光量，低照效果好，画面更加透亮干净；传递函数管控好，高分辨率，高解像；光学系统工艺性好，敏感度低，使得实际成品更为接近设计；像面大，可支持9.5mm的像高；焦距段跨度大，远近监控灵活切换；可实现日夜两用，红外共焦性好；小巧，质量轻，大大减小监控相机的空间占用的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例一的处于最短焦距时的结构示意图；

图2为本发明实施例一的处于最长焦距时的结构示意图；

图3为本发明实施例一的处于最短焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图4为本发明实施例一的处于中焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图5为本发明实施例一的处于最长焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图6为本发明实施例一的可见光0.440-0.656μm在60lp/mm的离焦曲线图；

图7为本发明实施例一的红外0.850μm在60lp/mm的离焦曲线图；

图8为本发明实施例二的处于最短焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图9为本发明实施例二的处于中焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图10为本发明实施例二的处于最长焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图11为本发明实施例二的可见光0.440-0.656μm在60lp/mm的离焦曲线图；

图12为本发明实施例二的红外0.850μm在60lp/mm的离焦曲线图；

图13为本发明实施例三的处于最短焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图14为本发明实施例三的处于中焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图15为本发明实施例三的处于最长焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图16为本发明实施例三的可见光0.440-0.656μm在60lp/mm的离焦曲线图；

图17为本发明实施例三的红外0.850μm在60lp/mm的离焦曲线图；

图18为本发明实施例四的处于最短焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图19为本发明实施例四的处于中焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图20为本发明实施例四的处于最长焦距时的0.435-0.656μm的MTF图；

图21为本发明实施例四的可见光0.440-0.656μm在60lp/mm的离焦曲线图；

图22为本发明实施例四的红外0.850μm在60lp/mm的离焦曲线图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。

本发明提供了一种高分辨率的变焦镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第三透镜、光阑以及第四透镜至第十一透镜；第一透镜至第十一透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。

第一透镜具负屈光率，第一透镜的像侧面为凹面；第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凹面；第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面；第一透镜至第三透镜构成调焦透镜组，可在光轴上相对于光阑相对移动，起承担重新对焦的功能。

第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凸面；第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面；第六透镜具负屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凹面；第七透镜具负屈光率，第七透镜的像侧面为凹面；第八透镜具正屈光率，第八透镜的物侧面为凸面，第八透镜的像侧面为凸面；第九透镜具负屈光率，第九透镜的物侧面为凹面，第九透镜的像侧面为凸面；第十透镜具正屈光率，第十透镜的物侧面为凸面，第十透镜的像侧面为凸面；第十一透镜具负屈光率，第十一透镜的物侧面为凹面，第十一透镜的像侧面为凹面；第四透镜至第十一透镜构成变倍透镜组，可在光轴上相对于光阑相对移动，起承担变焦距变倍的功能。

第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面，优化像质，矫正像差，控制光学系统总长，该变焦镜头至少有3组胶合透镜，胶合透镜由第一透镜至第十一透镜中的两个透镜相互胶合构成，优化色差的同时，可以有效控制光学系统总长，实现小型化，该变焦镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第十一透镜。

本发明具有通光大，大大提高镜头的进光量，低照效果好，画面更加透亮干净；传递函数管控好，高分辨率，高解像力；光学系统工艺性好，敏感度低，使得实际成品更为接近设计；像面大，可支持9.5mm的像高；焦距段跨度大，远近监控灵活切换；可实现日夜两用，红外共焦性好；小巧，质量轻，大大减小监控相机的空间占用的优点。

优选的，该变焦镜头更满足：0.8＜∣F1/F2∣＜1.2，其中，F1为调焦透镜组的焦距，F2为变倍透镜组的焦距，使得系统得到一个更好的表现，即有大像面和较高的像质。

优选的，该变焦镜头更满足：0.8＜∣f2/f3∣＜1.2，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，平衡光焦度，降低低敏感度，获得高分辨率。

优选的，该变焦镜头更满足：0.8＜∣f6/f10∣＜1.2，其中，f6为第六透镜的焦距，f10为第十透镜的焦距，合理的焦距搭配，进一步实现大通光，保持高像质。

优选的，该变焦镜头更满足：nd1＞1.8，其中，nd1为第一透镜的折射率，有利于缩小透镜的外径，实现系统小型化。

优选的，第二透镜与第三透镜相互胶合，第五透镜与第六透镜相互胶合，第八透镜与第九透镜相互胶合，第十透镜与第十一透镜相互胶合，进一步优化色差的同时，可以有效控制光学系统总长，实现小型化。

更优选的，该变焦镜头更满足：∣vd5-vd6∣＞30，其中，vd5为第五透镜的色散系数，vd6为第六透镜的色散系数，高低色散材料结合，进一步矫正色差，优化日夜共焦性。

优选的，该变焦镜头更满足：∣vd10-vd11∣＞30，其中，vd10为第十透镜的色散系数，vd11为第十一透镜的色散系数，高低色散材料结合，进一步矫正色差，优化日夜共焦性。

优选的，第一透镜至第十一透镜均采用玻璃材料制成，进一步提高该变焦镜头的光学性能。

下面将以具体实施例对本发明的高分辨率的变焦镜头进行详细说明。

实施例一

如图1和2所示，本发明提供了一种高分辨率的变焦镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑120、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜100、第十一透镜110、保护玻璃130和成像面140；该第一透镜1至第十一透镜110各自包括一朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面。

第一透镜1具负屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凹面；第二透镜2具负屈光率，第二透镜2的物侧面21为凹面，第二透镜2的像侧面22为凹面；第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面31为凸面，第三透镜3的像侧面32为凹面；第一透镜1至第三透镜3构成调焦透镜组，可在光轴I上相对于光阑120相对移动，起承担重新对焦的功能。

第四透镜4具正屈光率，第四透镜4的物侧面41为凸面，第四透镜4的像侧面42为凸面；第五透镜5具正屈光率，第五透镜5的物侧面51为凸面，第五透镜5的像侧面52为凸面；第六透镜6具负屈光率，第六透镜6的物侧面61为凹面，第六透镜6的像侧面62为凹面；第七透镜7具负屈光率，第七透镜7的物侧面71为平面，第七透镜7的像侧面72为凹面；第八透镜8具正屈光率，第八透镜8的物侧面81为凸面，第八透镜8的像侧面82为凸面；第九透镜9具负屈光率，第九透镜9的物侧面91为凹面，第九透镜9的像侧面92为凸面；第十透镜100具正屈光率，第十透镜100的物侧面101为凸面，第十透镜100的像侧面102为凸面；第十一透镜110具负屈光率，第十一透镜110的物侧面111为凹面，第十一透镜110的像侧面112为凹面；第四透镜4至第十一透镜110构成变倍透镜组，可在光轴I上相对于光阑120相对移动，起承担变焦距变倍的功能。

第四透镜4的物侧面41和像侧面42均为非球面。

本具体实施例中，第二透镜2与第三透镜3相互胶合，第五透镜5与第六透镜6相互胶合，第八透镜8与第九透镜9相互胶合，第十透镜100与第十一透镜110相互胶合，但并不限于此，在其它实施例中，也可以只有其中任意三组胶合透镜，或更多透镜胶合等。

本具体实施例中，第一透镜1至第十一透镜110均采用玻璃材料制成，但并不限于此。

当然，在其它实施例中，第一透镜1的物侧面11也可以是凹面或平面，第三透镜3的像侧面32也可以是平面或凸面，第七透镜7的物侧面71也可以是凸面或凹面。

本具体实施例的最短焦距时的详细光学数据如表1-1所示。

表1-1实施例一的最短焦距时的详细光学数据

本具体实施例中，物侧面41和像侧面42依下列非球面曲线公式定义：

其中：

z：非球面的深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；

c：非球面顶点的曲率(the vertex curvature)；

K：锥面系数(Conic Constant)；

径向距离(radial distance)；

r_n：归一化半径(normalization radius(NRADIUS))；

u：r/r_n；

a_m：第m阶Q^con系数(is the m^th Q^con coefficient)；

Q_m ^con：第m阶Q^con多项式(the m^th Q^conpolynomial)；

各个非球面的参数详细数据请参考下表：

表面

K＝

a4＝

a6＝

a8＝

a10＝

a12＝

41

-2.666

-6.06E-05

-2.13E-06

-7.87E-09

-6.87E-10

-3.34E-12

42

1.288

-1.80E-05

-1.68E-06

-4.00E-09

-5.01E-10

-1.47E-12

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。

本具体实施例的MTF曲线图请参阅图3至图5，从图上可以看出对传函管控好，分辨率高，短焦、中焦、长焦的分辨率都可达到200lp/mm；离焦曲线图请参阅图6-7，可以看出可见和红外的离焦在10μm内，可达到日夜两用的使用需求。

本具体实施例中，变焦镜头的焦距f＝4-10mm；最小光圈值FNO＝1.3，视场角FOV＝150°-56°，像面高度IMH＝9.5mm，最短焦距时，第一透镜1的物侧面11至成像面140在光轴I上的距离TTL＝61.71mm。

实施例二

本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第一透镜1的物侧面11为凹面，第七透镜7的物侧面71为凸面，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也不同。

本具体实施例的最短焦距时的详细光学数据如表2-1所示。

表2-1实施例二的最短焦距时的详细光学数据

本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：

表面

K＝

a4＝

a6＝

a8＝

a10＝

a12＝

41

-2.53

-5.67E-05

-2.18E-06

-1.05E-08

-7.19E-10

7.84E-14

42

1.21

-1.54E-05

-1.85E-06

-6.64E-09

-4.83E-10

4.46E-13

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。

本具体实施例的解像力请参阅图8至图10，从图上可以看出对传函管控好，分辨率高，短焦、中焦、长焦的分辨率都可达到200lp/mm；离焦曲线图请参阅图11-12，可以看出可见和红外的离焦在10μm内，可达到日夜两用的使用需求。

本具体实施例中，变焦镜头的焦距f＝4-10mm；最小光圈值FNO＝1.3，视场角FOV＝150°-56°，像面高度IMH>9.5mm，最短焦距时，第一透镜1的物侧面11至成像面140在光轴I上的距离TTL＝61.49mm。

实施例三

本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第一透镜1的物侧面11为平面，第三透镜3的像侧面32为平面，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也不同。

本具体实施例的最短焦距时的详细光学数据如表3-1所示。

表3-1实施例三的最短焦距时的详细光学数据

本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。

本具体实施例的解像力请参阅图13至图15，从图上可以看出对传函管控好，分辨率高，短焦、中焦、长焦的分辨率都可达到200lp/mm；离焦曲线图请参阅图16-17，可以看出可见和红外的离焦在10μm内，可达到日夜两用的使用需求。

本具体实施例中，变焦镜头的焦距f＝4-10mm；最小光圈值FNO＝1.3，视场角FOV＝150°-54°，像面高度IMH>9.5mm，最短焦距时，第一透镜1的物侧面11至成像面140在光轴I上的距离TTL＝55.23mm。

实施例四

本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第一透镜1的物侧面11为凹面，第七透镜7的物侧面71为凸面，第二透镜2与第三透镜3不胶合，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也不同。

本具体实施例的最短焦距时的详细光学数据如表4-1所示。

表4-1实施例四的最短焦距时的详细光学数据

本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：

表面

K＝

a4＝

a6＝

a8＝

a10＝

a12＝

41

-2.51

-6.08E-05

-1.96E-06

-1.50E-08

-6.49E-10

1.27E-12

42

1.32

-1.81E-05

-1.77E-06

-7.19E-09

-4.32E-10

4.22E-13

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。

本具体实施例的解像力请参阅图18至图20，从图上可以看出对传函管控好，分辨率高，短焦、中焦、长焦的分辨率都可达到200lp/mm；离焦曲线图请参阅图21-22，可以看出可见和红外的离焦在10μm内，可达到日夜两用的使用需求。

本具体实施例中，变焦镜头的焦距f＝4-10mm；最小光圈值FNO＝1.3，视场角FOV＝150°-54°，像面高度IMH>9.5mm，最短焦距时，第一透镜1的物侧面11至成像面140在光轴I上的距离TTL＝68.17mm。

表5本发明四个实施例的相关表达式的数值表

	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四
					F1	-11.4	-11.5	-10.9	-10.8
F2	12.6	12.5	11.6	12.4
					∣F1/F2∣	0.90	0.92	0.94	0.87
∣f2/f3∣	0.91	0.93	0.93	0.89
					∣f6/f10∣	1.11	1.06	1.02	1.06
∣vd5-vd6∣	60.67	60.67	60.76	60.76
					∣vd10-vd11∣	38.86	38.86	38.86	38.86

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高分辨率的变焦镜头，其特征在于：从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第三透镜、光阑以及第四透镜至第十一透镜；第一透镜至第十一透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

2.根据权利要求1所述的高分辨率的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头更满足：0.8＜∣F1/F2∣＜1.2，其中，F1为调焦透镜组的焦距，F2为变倍透镜组的焦距。

3.根据权利要求1所述的高分辨率的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头更满足：0.8＜∣f2/f3∣＜1.2，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距。

4.根据权利要求1所述的高分辨率的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头更满足：0.8＜∣f6/f10∣＜1.2，其中，f6为第六透镜的焦距，f10为第十透镜的焦距。

5.根据权利要求1所述的高分辨率的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头更满足：nd1＞1.8，其中，nd1为第一透镜的折射率。

6.根据权利要求1所述的高分辨率的变焦镜头，其特征在于：第二透镜与第三透镜相互胶合，第五透镜与第六透镜相互胶合，第八透镜与第九透镜相互胶合，第十透镜与第十一透镜相互胶合。

7.根据权利要求6所述的高分辨率的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头更满足：∣vd5-vd6∣＞30，其中，vd5为第五透镜的色散系数，vd6为第六透镜的色散系数。

8.根据权利要求6所述的高分辨率的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头更满足：∣vd10-vd11∣＞30，其中，vd10为第十透镜的色散系数，vd11为第十一透镜的色散系数。

9.根据权利要求1所述的高分辨率的变焦镜头，其特征在于：第一透镜至第十一透镜均采用玻璃材料制成。