全文摘要
本实用新型实施例公开了一种变焦镜头。该镜头包括沿光轴从物方到像方排列的负光焦度的补偿透镜组和正光焦度的变倍透镜组，补偿透镜组与变倍透镜组在变焦时沿光轴往复移动；补偿透镜组包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜及正光焦度的第三透镜；变倍透镜组包括从物方到像方依次排列的正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜及正光焦度或负光焦度的第八透镜。本实用新型提供的变焦镜头，其焦距变焦比大于或等于2.7，在‑40℃～80℃的环境下使用不跑焦，视场角变化范围广，可实现可见光与红外光共焦且成像清晰度与分辨率均在4百万以上，最大光圈可达F1.6。
设计方案
1.一种变焦镜头，其特征在于，包括沿光轴从物方到像方排列的负光焦度的补偿透镜组和正光焦度的变倍透镜组，所述补偿透镜组与所述变倍透镜组在变焦时沿所述光轴往复移动；
所述补偿透镜组包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜以及正光焦度的第三透镜；
所述变倍透镜组包括从物方到像方依次排列的正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜以及正光焦度或负光焦度的第八透镜；
所述补偿透镜组的焦距与所述变倍透镜组的焦距满足如下关系式：
-1.1<Ff'\/Bf'<-0.7；
所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜的焦距与所述补偿透镜组的焦距以及所述变倍透镜组的焦距满足如下关系式：
1<f2\/Ff'<2；
-3.2<f3\/Ff'<-1.9；
1.4<f5\/Bf'<1.8；
-1.4<f6\/Bf'<-1；
-1.6<f5\/f6<-1.1；
其中，f2、f3、f5和f6分别表示所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的焦距，Ff'表示所述补偿透镜组的焦距，Bf'表示所述变倍透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为凸凹透镜、平凹透镜或双凹透镜中的一种；所述第二透镜为双凹透镜；所述第三透镜为凸凹透镜、凸平透镜或双凸透镜中的一种。
3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜通过透镜边缘直接承靠或使用隔圈承靠，所述第二透镜和所述第三透镜通过透镜边缘直接承靠或使用隔圈承靠。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜为凸平透镜、双凸透镜或凸凹透镜中的一种；所述第五透镜为凸平透镜、双凸透镜或凸凹透镜中的一种；所述第六透镜为双凹透镜；所述第七透镜为凸凹透镜、凸平透镜、双凸透镜或凹凸透镜中的一种。
5.根据权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜至所述第八透镜中相邻两个透镜边缘直接承靠或使用间隔圈承靠。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，还包括光阑，设置于所述第三透镜与所述第四透镜之间。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第四透镜均为玻璃透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为塑料透镜。
8.根据权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜，所述第四透镜为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜。
9.根据权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为塑料非球面透镜。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头的变焦比大于或等于2.7。
设计说明书
技术领域
本实用新型实施例涉及光学镜头技术，尤其涉及一种变焦镜头。
背景技术
由于定焦镜头的视场角固定，导致在许多场景下定焦镜头无法满足使用要求。变焦镜头由于在一定范围内视场角和焦距均连续可变，可适应更多种的应用场景，因此在安防领域得到很大的关注与应用。
广角变焦镜头是安防监控系统常用的镜头类型，目前主流的广角变焦镜头通常使用5片以上的玻璃镜片，成本较高难以大量推广。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种变焦镜头，以实现一种低成本的大光圈超广角高清变焦镜头的设计，其焦距变焦比大于或等于2.7，在-40℃～80℃的环境下使用不跑焦，视场角变化范围广，可实现可见光与红外光共焦且成像清晰度与分辨率均在4百万以上，最大光圈可达F1.6，综合性能优异。
本实用新型实施例提供一种变焦镜头，包括沿光轴从物方到像方排列的负光焦度的补偿透镜组和正光焦度的变倍透镜组，所述补偿透镜组与所述变倍透镜组在变焦时沿所述光轴往复移动；
所述补偿透镜组包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜以及正光焦度的第三透镜；
所述变倍透镜组包括从物方到像方依次排列的正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜以及正光焦度或负光焦度的第八透镜；
所述补偿透镜组的焦距与所述变倍透镜组的焦距满足如下关系式：
-1.1<Ff'\/Bf'<-0.7；
所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜的焦距与所述补偿透镜组的焦距以及所述变倍透镜组的焦距满足如下关系式：
1<f2\/Ff'<2；
-3.2<f3\/Ff'<-1.9；
1.4<f5\/Bf'<1.8；
-1.4<f6\/Bf'<-1；
-1.6<f5\/f6<-1.1；
其中，f2、f3、f5和f6分别表示所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的焦距，Ff'表示所述补偿透镜组的焦距，Bf'表示所述变倍透镜组的焦距。
可选的，所述第一透镜为凸凹透镜、平凹透镜或双凹透镜中的一种；所述第二透镜为双凹透镜；所述第三透镜为凸凹透镜、凸平透镜或双凸透镜中的一种。
可选的，所述第一透镜和所述第二透镜通过透镜边缘直接承靠或使用隔圈承靠，所述第二透镜和所述第三透镜通过透镜边缘直接承靠或使用隔圈承靠。
可选的，所述第四透镜为凸平透镜、双凸透镜或凸凹透镜中的一种；所述第五透镜为凸平透镜、双凸透镜或凸凹透镜中的一种；所述第六透镜为双凹透镜；所述第七透镜为凸凹透镜、凸平透镜、双凸透镜或凹凸透镜中的一种。
可选的，所述第四透镜至所述第八透镜中相邻两个透镜边缘直接承靠或使用间隔圈承靠。
可选的，还包括光阑，设置于所述第三透镜与所述第四透镜之间。
可选的，所述第一透镜和所述第四透镜均为玻璃透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为塑料透镜。
可选的，所述第一透镜为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜，所述第四透镜为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜。
可选的，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为塑料非球面透镜。
可选的，所述变焦镜头的变焦比大于或等于2.7。
本实用新型实施例提供的变焦镜头，包括沿光轴从物方到像方排列的负光焦度的补偿透镜组和正光焦度的变倍透镜组，补偿透镜组与变倍透镜组在变焦时沿光轴往复移动；补偿透镜组包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜以及正光焦度的第三透镜；变倍透镜组包括从物方到像方依次排列的正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜以及正光焦度或负光焦度的第八透镜；通过补偿透镜组与变倍透镜组沿光轴往复移动来改变两个镜组之间的间隔实现变焦，其焦距变焦比大于或等于2.7；通过合理设计各透镜的结构及材质之间的搭配，使得镜头可以在-40℃～80℃的环境下使用不跑焦，视场角变化范围广，视场角变化范围为40°以下到150°以上，也可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度、分辨率均在4百万以上，最大光圈达到F1.6，保证镜头高性能的同时降低制作成本，具备广阔的市场前景。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种变焦镜头广角端的结构示意图；
图2是图1提供的变焦镜头长焦端的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端可见光的调制传递函数MTF曲线示意图；
图4是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端红外光的MTF曲线示意图；
图5是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端在-40℃时可见光的MTF曲线示意图；
图6是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端在80℃时可见光的MTF曲线示意图；
图7是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端可见光的MTF曲线示意图；
图8是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端红外光的MTF曲线示意图；
图9是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端在-40℃时可见光的MTF曲线示意图；
图10是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端在80℃时可见光的MTF曲线示意图；
图11是本实用新型实施例提供的另一种变焦镜头广角端的结构示意图；
图12是图11提供的变焦镜头长焦端的结构示意图；
图13是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端可见光的MTF曲线示意图；
图14是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端红外光的MTF曲线示意图；
图15是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端在-40℃时可见光的MTF曲线示意图；
图16是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端在80℃时可见光的MTF曲线示意图；
图17是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端可见光的MTF曲线示意图；
图18是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端红外光的MTF曲线示意图；
图19是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端在-40℃时可见光的MTF曲线示意图；
图20是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端在80℃时可见光的MTF曲线示意图；
图21是本实用新型实施例提供的又一种变焦镜头广角端的结构示意图；
图22是图21提供的变焦镜头长焦端的结构示意图；
图23是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端可见光的MTF曲线示意图；
图24是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端红外光的MTF曲线示意图；
图25是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端在-40℃时可见光的MTF曲线示意图；
图26是本实用新型实施例提供的变焦镜头广角端在80℃时可见光的MTF曲线示意图；
图27是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端可见光的MTF曲线示意图；
图28是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端红外光的MTF曲线示意图；
图29是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端在-40℃时可见光的MTF曲线示意图；
图30是本实用新型实施例提供的变焦镜头长焦端在80℃时可见光的MTF曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
图1所示为本实用新型实施例提供的一种变焦镜头广角端的结构示意图，图2所示为图1提供的变焦镜头长焦端的结构示意图。参考图1和图2，本实用新型实施例提供的变焦镜头包括沿光轴从物方到像方排列的负光焦度的补偿透镜组10和正光焦度的变倍透镜组20，补偿透镜组10与变倍透镜组20在变焦时沿光轴往复移动；补偿透镜组10包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第一透镜101、负光焦度的第二透镜102以及正光焦度的第三透镜103；变倍透镜组20包括从物方到像方依次排列的正光焦度的第四透镜201、正光焦度的第五透镜202、负光焦度的第六透镜203、正光焦度的第七透镜204以及正光焦度或负光焦度的第八透镜205；
补偿透镜组10的焦距与变倍透镜组20的焦距满足如下关系式：
-1.1<Ff'\/Bf'<-0.7；
第二透镜102、第三透镜103、第五透镜202、第六透镜203的焦距与补偿透镜组10的焦距以及变倍透镜组20的焦距满足如下关系式：
1<f2\/Ff'<2；
-3.2<f3\/Ff'<-1.9；
1.4<f5\/Bf'<1.8；
-1.4<f6\/Bf'<-1；
-1.6<f5\/f6<-1.1；
其中，f2、f3、f5和f6分别表示第二透镜102、第三透镜103、第五透镜202和第六透镜203的焦距，Ff'表示补偿透镜组的焦距，Bf'表示变倍透镜组的焦距。
可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。在本实施例中，可以将补偿透镜组10和变倍透镜组20设置于一个镜筒(图1中未示出)内，变倍透镜组20用于实现镜头焦距变化，补偿透镜组10用于补偿变倍透镜组20移动时引起的像差，通过补偿透镜组10和变倍透镜组20组合移动实现清晰的变焦功能。通过设置补偿透镜组10的焦距与变倍透镜组20的焦距满足-1.1<Ff'\/Bf'<-0.7，可以实现焦距变焦比大于或等于2.7；通过调整第二透镜102、第三透镜103、第五透镜202、第六透镜203的焦距与补偿透镜组10的焦距以及变倍透镜组20的焦距关系，可以达到小型化、高性能的要求。
需要说明的是，在本实施例中第八透镜205的光焦度接近于0，在具体实施时，根据前七片透镜设计第八透镜205的光焦度为正或负，以提高变焦透镜的性能。
本实施例的技术方案，通过补偿透镜组与变倍透镜组沿光轴往复移动来改变两个镜组之间的间隔实现变焦，其焦距变焦比大于或等于2.7；通过合理设计各透镜的结构及材质之间的搭配，使得镜头可以在-40℃～80℃的环境下使用不跑焦，视场角变化范围广，视场角变化范围为40°以下到150°以上，也可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度、分辨率均在4百万以上，最大光圈达到F1.6，保证镜头高性能的同时降低制作成本，具备广阔的市场前景。
在上述技术方案的基础上，可选的，第一透镜101可以为凸凹透镜、平凹透镜或双凹透镜中的一种；第二透镜102可以为双凹透镜；第三透镜103可以为凸凹透镜、凸平透镜或双凸透镜中的一种。
可选的，第一透镜101和第二透镜102通过透镜边缘直接承靠或使用隔圈承靠，第二透镜102和第三透镜103通过透镜边缘直接承靠或使用隔圈承靠。
在具体实施时，可以根据实际条件和需求设计各透镜的形状，可以通过透镜边缘直接承靠，也可以在透镜边缘设置隔圈，例如可以是塑料隔圈，从而固定补偿透镜组10中各透镜的相对位置，避免两个透镜光线有效径区域发生碰撞。
可选的，第四透镜201可以为凸平透镜、双凸透镜或凸凹透镜中的一种；第五透镜202可以为凸平透镜、双凸透镜或凸凹透镜中的一种；第六透镜203可以为双凹透镜；第七透镜204可以为凸凹透镜、凸平透镜、双凸透镜或凹凸透镜中的一种。
可选的，第四透镜201至第八透镜205中相邻两个透镜边缘直接承靠或使用间隔圈承靠。
在具体实施时，当透镜边缘距离较近时，可以通过透镜边缘直接承靠，透镜边缘距离较远时，可以在透镜边缘设置隔圈，例如可以是塑料隔圈，从而固定变倍透镜组20中各透镜的相对位置。
可选的，继续参考图1和图2，本实施例提供的变焦镜头还包括光阑30，设置于第三透镜103与第四透镜201之间。当变焦镜头变焦时，光阑30位置固定不动，而补偿透镜组10与变倍透镜组20可选择性移动。
可选的，第一透镜101和第四透镜201均为玻璃透镜，第二透镜102、第三透镜103、第五透镜202、第六透镜203、第七透镜204和第八透镜205均为塑料透镜。
在本实施例中，通过采用大多数塑料透镜加少量玻璃透镜混合的光学结构，塑料透镜低廉的成本极大地降低了镜头的整体价格。
可选的，第一透镜101为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜，第四透镜201为玻璃球面透镜或玻璃非球面透镜。
可以理解的是，球面透镜容易加工，非球面透镜性能更高，具体实施时，根据实际需求综合考虑成像性能与成本选择玻璃透镜的面型。
可选的，第二透镜102、第三透镜103、第五透镜202、第六透镜203、第七透镜204和第八透镜205均为塑料非球面透镜。
本实施例的技术方案，通过合理分配玻璃透镜和塑料非球面镜片的光焦度，使得镜头可以在-40℃～80℃的环境下使用不跑焦，亦可以达到可见光与红外光共焦且成像清晰度均在4百万以上，最大光圈达到F1.6，具有广阔的市场前景。
示例性的，表1所示为图1所示的变焦镜头的一种焦距关系设计值，该镜头的变焦比可达3.0，支持光圈F＝1.6～3.1，视场角为40°～148°。
表1变焦镜头各焦距关系的设计值
表2所示为该变焦镜头的各透镜一种参数设计值：
表2变焦镜头各透镜的一种设计值
申请码:申请号:CN201920934118.X 申请日:2019-06-20 公开号:公开日:国家:CN 国家/省市:44(广东) 授权编号:CN209895079U 授权时间:20200103 主分类号:G02B15/177 专利分类号:G02B15/177;G02B13/00;G02B13/06;G02B13/18 范畴分类:30A; 申请人:东莞市宇瞳光学科技股份有限公司 第一申请人:东莞市宇瞳光学科技股份有限公司 申请人地址:523000 广东省东莞市长安镇乌沙环东路306号长通誉凯工业区D栋 发明人:张品光;张磊;何剑炜 第一发明人:张品光 当前权利人:东莞市宇瞳光学科技股份有限公司 代理人:孟金喆 代理机构:11332 代理机构编号:北京品源专利代理有限公司 11332 优先权:关键词:当前状态:审核中 类型名称:外观设计
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