变焦镜头的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种变焦镜头，该变焦镜头包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组沿光轴从物方至像方依次排列；第一透镜组固定于第一预定位置上，第三透镜组固定于第二预定位置上；第二透镜组沿光轴移动以实现变焦镜头的变焦；第四透镜组沿光轴移动以补偿因第二透镜组移动而引起的像差；其中，变焦镜头满足：0.95≤Fno_w≤1.2，0.9≤Fno_full/Fno_w≤1.1；Fno_w表示变焦镜头在广角端的最大光圈，Fno_full表示变焦镜头在全焦段任意焦距下的最大光圈。本实用新型的变焦镜头的恒定超大光圈在全焦段都能满足低照度环境下监控的需求。
【专利说明】
变焦镜头
技术领域
[0001] 本实用新型涉及安防监控设备领域，具体而言，涉及一种变焦镜头。
【背景技术】
[0002] 随着安防监控市场的快速发展，人们对安防监控镜头的性能要求大大提高。低照 度环境指环境光较弱且不宜外加补光设备的环境，使用普通光圈镜头通光量通常不够，因 此不能获得目标物体足够的细节信息。超大光圈镜头能保证足够通光量的同时，因其光圈 超大，光学设计如轴外像差的校正的难度也越大，镜头的口径、总长及体积往往会相应增 加。普通变焦镜头的光圈随焦距增大而减小，为保证全焦段都保持恒定超大光圈，镜头光学 系统结构往往比普通超大光圈系统更加复杂。对于现有超大光圈变焦镜头，大多包含多片 非球面透镜，使得镜头光学系统的成本较高。且通常只在镜头的广角端具备超大光圈，远摄 端的光圈往往小很多，因此仅广角端附近较小范围内的焦段能在低照度环境下达到较好的 监控效果。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的主要目的在于提供一种变焦镜头，其恒定超大光圈能实现全焦段适 用于低照度环境下的监控。
[0004] 为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种变焦镜头，包括第一 透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第 四透镜组沿光轴从物方至像方依次排列；第一透镜组固定于第一预定位置上，第三透镜组 固定于第二预定位置上;第二透镜组沿光轴移动以实现变焦镜头的变焦;第四透镜组沿光 轴移动以补偿因第二透镜组移动而引起的像差;其中，变焦镜头满足:0.95 < Fno_w < 1.2， 0.9 < Fno_full/Fno_w < 1.1;其中，Fno_w表示变焦镜头在广角端的最大光圈，Fno_full表 示变焦镜头在全焦段任意焦距下的最大光圈。
[0005] 进一步地，第一透镜组的光焦度为正，第二透镜组的光焦度为负，第三透镜组的光 焦度为正，第四透镜组的光焦度为正。
[0006] 进一步地，变焦镜头还包括孔径光阑，孔径光阑位于第二透镜组和第三透镜组之 间，且孔径光阑的轴线与光轴一致。
[0007] 进一步地，孔径光阑的半径在7mm至11mm的范围内。
[0008] 进一步地，变焦镜头满足:2.2〈f t/fw〈3.5;其中，f t表示变焦镜头远摄端的焦距， fw表示变焦镜头广角端的焦距。
[0009] 进一步地，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组均满足:7〈|fWfW 〈9;4 ? 5〈 | f10/f2〇 |〈6; 0 ? 6〈 | f10/f301〈1 ? 1; 3〈 | f10/f4〇 |〈4 ? 1;其中，f10、f2〇、f3〇、f4〇依次为第一 透镜组、第二透镜组、第三透镜组以及第四透镜组的焦距，fw表示变焦镜头广角端的焦距。
[0010] 进一步地，在变焦过程中，第二透镜组与第四透镜组满足：1.5〈 | d2/f2Q |〈2; 0.2〈 d4/f4〇 |〈0.5;其中，d2为第二透镜组的最大移动距离，d4为第四透镜组的最大移动距离，f 20 和f40依次为第二透镜组和第四透镜组的焦距。
[0011]进一步地，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组包含的镜片数量均 为3~5片。
[0012] 进一步地，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组均包含一个胶合透 镜。
[0013] 进一步地，胶合透镜的两个镜片的阿贝数之差大于30,第四透镜组中从物侧到像 侧排列的第二个镜片的材料为nd = l .48，vd = 70.13。
[0014] 应用本实用新型的技术方案，第一透镜组左侧为物方，第四透镜组右侧为像方，沿 着光轴从物方到像方，依次是第一透镜组，第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，工作时， 物方光线依次经过第一透镜组，第二透镜组，第三透镜组，再经过第四透镜组，最后到达像 方的感光芯片，感光芯片将光信息转换为电信号，输出最终图像。本实用新型的变焦镜头满 足在广角端的最大光圈Fno_w满足0.95 < Fno_w < 1.2,全焦段任意焦距下的最大光圈Fno_ fu 11与广角端的最大光圈Fno_w满足0.9 < Fno_fu 11 /Fno_w < 1.1时，本申请的变焦镜头的 恒定超大光圈在全焦段都能实现低照度环境下监控的需求。
【附图说明】
[0015] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用 新型的示意性实用新型及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限 定。在附图中：
[0016] 图1示意性示出了本实用新型的变焦镜头在广角端的结构图；
[0017] 图2示意性示出了本实用新型的变焦镜头在广角端的MTF曲线图；
[0018] 图3示意性示出了本实用新型的变焦镜头在广角端的低频MTF曲线图；
[0019] 图4示意性示出了本实用新型在广角端的离焦曲线图；
[0020] 图5示意性示出了本实用新型的变焦镜头在远摄端的结构图；
[0021] 图6示意性示出了本实用新型的变焦镜头在远摄端的MTF曲线图；
[0022]图7示意性示出了本实用新型的变焦镜头在远摄端的低频MTF曲线图；以及
[0023] 图8示意性示出了本实用新型的变焦镜头在远摄端的离焦曲线图。
[0024] 其中，上述附图包括以下附图标记：
[0025] 10、第一透镜组；11、第一透镜组第一透镜；12、第一透镜组第二透镜；13、第一透镜 组第三透镜；20、第二透镜组;21、第二透镜组第一透镜；22、第二透镜组第二透镜；23、第二 透镜组第三透镜;30、第三透镜组;31、第三透镜组第一透镜;32、第三透镜组第二透镜；33、 第三透镜组第三透镜;34、第三透镜组第四透镜;35、第三透镜组第五透镜;40、第四透镜组； 41、第四透镜组第一透镜;42、第四透镜组第二透镜;43、第四透镜组第三透镜;44、第四透镜 组第四透镜;50、成像面;60、孔径光阑。
【具体实施方式】
[0026] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实用新型及实用新型中的特征可 以相互组合。下面将参考附图并结合实用新型来详细说明本实用新型。
[0027] 参见图1和图5所示，根据本实用新型，提供了一种变焦镜头，本实施例中的变焦镜 头包括第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30和第四透镜组40，其中，第一透镜组10、 第二透镜组20、第三透镜组30和第四透镜组40沿光轴从物方至像方依次排列。
[0028]组装的时候，将第一透镜组10固定于第一预定位置上，第三透镜组30固定于第二 预定位置上。这里的第一预定位置和第二预定位置可以是任何一个便于安装第一透镜组10 和第三透镜组30的位置，例如可以是摄像机机架上的定位结构上便于安装镜组的位置。 [0029]在使用变焦镜头的过程中，第二透镜组20沿光轴方向来回移动，从而对变焦镜头 进行变焦，第四透镜组40也沿光轴方向来回移动以补偿因第二透镜组20移动而引起的像 差，保证变焦镜头的成像面50位置不变。
[0030] 本实施例中的变焦镜头满足:0.95<Fno_w< 1.2,0.9<Fno_full/Fno_w< 1.1;其 中，？11〇_￥表示变焦镜头在广角端的最大光圈，Fno_full表示变焦镜头在全焦段任意焦距下 的最大光圈。由于本实施例中的变焦镜头在广角端的最大光圈，？11〇_'\￥在0.95至1.2的范围 内，且全焦段任意焦距下的最大光圈Fno_full与Fno_w之比在0.9至1.1的范围内，能够满足 变焦镜头在低照度环境下监控目标的需求。
[0031] 再次参见图1所示，在实际使用过程中，第一透镜组10左侧为物方，第四透镜组40 右侧为像方，物方光线依次经过第一透镜组10，第二透镜组20，第三透镜组30，再经过第四 透镜组40,最后到达像方的感光芯片，感光芯片将光信息转换为电信号，输出最终图像。当 本实用新型的变焦镜头满足在广角端的最大光圈Fno_w满足0.95<Fn 〇_w< 1.2,全焦段任 意焦距下的最大光圈Fno_full与广角端的最大光圈Fno_w满足0.9 < Fno_full/Fno_w < 1.1 时，变焦镜头的恒定超大光圈在全焦段适用于低照度环境下监控。
[0032]本实用新型中的第一透镜组10的光焦度为正，第二透镜组20的光焦度为负，第三 透镜组30的光焦度为正，第四透镜组40的光焦度为正。在本实用新型的其他实施例中，第一 透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30和第四透镜组40的光焦度还可以采用其他布置方 式，只要能够满足〇 ? 95 < Fno_w < 1 ? 2，0 ? 9 < Fno_full/Fno_w < 1 ? 1，从而使得变焦镜头的恒 定超大光圈能实现全焦段适用于低照度环境下监控即可。
[0033]本实用新型的变焦镜头的焦距为8-24mm，为了对变焦镜头的进光量进行控制，本 实施例中的变焦镜头还包括孔径光阑60,该孔径光阑60位于第二透镜组20和第三透镜组30 之间。
[0034]光学系统工作时，物方光线依次经过第一透镜组10,第二透镜组20,孔径光阑60， 第三透镜组30,再经过第四透镜组40,最后在感光芯片上成像。优选地，本实用新型的孔径 光阑60的半径在7mm至11mm的范围内，例如为9.5mm，在全焦段都具有超大光圈Fno_full < 1.1，能满足低照度环境下监控目标的需求。
[0035]优选地，本实用新型的所有透镜两侧表面均为普通球面，无需非球面加工工艺，各 片透镜的中心厚度和边缘厚度适当，加工方便。
[0036] 在本实施例中，第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30、第四透镜组40均包 含一个胶合透镜。胶合透镜的两个镜片分别采用两种不同的光学材料，阿贝数之差均大于 30,可以较好地校正色差。可以理解的是，这些胶合镜片还可以通过其他适当方式组合在一 起，例如通过外设框架而组合在一起。
[0037]在本实用新型的一种优选的实施例中，胶合起来的两个镜片可以是成都光明生产 的 H-ZK9B 和 H-ZF52A，H-ZK9B的阿贝数为 60.3，H-ZF52A 的阿贝数为 23.8。
[0038]在本实用新型中，第四透镜组40中从物侧到像侧排列的第二个镜片，即第四透镜 组第二透镜42所用材料为nd=l .48，vd = 70.13,其中nd为d光折射率，vd为d光的阿贝数，d 光波长为587nm，第四透镜组第二透镜42所用材料是一种高阿贝数低色散材料，对校正色差 的作用明显。
[0039]本实用新型的变焦镜头远摄端的焦距ft与广角端的焦距fw的比值满足2.2〈ft/fw 〈3.5。第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30和第四透镜组40均满足:7〈 | fWfw |〈9， 4 ? 5〈 | fWf2Q |〈6，0 ? 6〈 | fWf3Q |〈 1 ? 1，3〈 | fWf4Q |〈4 ? 1 ;其中，f1()、f2Q、f3Q、f4Q依次为第一透镜 组10、第二透镜组20、第三透镜组30以及第四透镜组40的焦距，fw表示变焦镜头广角端的焦 距。在变焦过程中，第二透镜组20与第四透镜组40满足：1.5〈 | d2/f2〇 |〈2，0.2〈 | d4/f4〇 |〈0.5， 其中，d2为第二透镜组20的最大移动距离，d4为第四透镜组40的最大移动距离。
[0040] 优选地，第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30、第四透镜组40包含的镜片 数量均为3~5片。参见图1至图5所示，在本实用新型的一种优选的实施例中，第一透镜组10 包括第一透镜组第一透镜11、第一透镜组第二透镜12和第一透镜组第三透镜13。第二透镜 组20包括第二透镜组第一透镜21、第二透镜组第二透镜22、第二透镜组第三透镜23。第三透 镜组30包括第三透镜组第一透镜31、第三透镜组第二透镜32、第三透镜组第三透镜33、第三 透镜组第四透镜34和第三透镜组第五透镜35。第四透镜组40包括第四透镜组第一透镜41、 第四透镜组第二透镜42、第四透镜组第三透镜43和第四透镜组第四透镜44。根据以上条件， 可以确定变焦镜头的各透镜组的一种结构如下：
[0041] 表1列出了本实用新型中各光学元件的名称、从物方到像方依次编号的透镜面的 序号、各光学表面的曲率半径、沿光轴方向各光学面的间距、以及各透镜所用材料的d光折 射率和d光阿贝数。表2列出本实用新型在广角端和远摄端的焦距、光圈以及发生变化的间 距。
[0042] 表 1
[0046]本实施例中对变焦镜头处于广角端和远摄端的使用效果进行了验证。如图5示意 性示出了本实用新型的变焦镜头在远摄端的结构图，图中71至96为对应镜片的光学表面， 对比图1可知，第一透镜组10和第三透镜组30分别固定于第一预定位置和第二预定位置上。 第二透镜组20沿光轴移动实现镜头的变焦，第四透镜组40沿光轴移动实现镜头的聚焦。 [0047] MTF调制传递函数常用于分析镜头的解像力，测定MTF时以1mm范围内能呈现多少 条黑白线对来度量，单位为lp/mm。
[0048]本实用新型图2所示为本实用新型在430nm至700nm的工作光谱范围下广角端的 MTF曲线图。图6所示为本实用新型在430nm至700nm的工作光谱范围下远摄端的MTF曲线图。 该变焦镜头在广角端和远摄端工作时，中心视场在1601p/mm处的调制传递函数MTF>0.4,边 缘视场在120 lp/mm处的调制传递函数MTF>0.3。结合图3和图7所示，中心视场和边缘视场在 低频20lp/mm处的调制传递函数MTF>0.85，低频MTF较高，使本实用新型的变焦镜头的成像 具有更好的通透性。
[0049] 图4所示为本实用新型的变焦镜头在广角端的离焦曲线图。图8所示为本实用新型 的变焦镜头在远摄端的离焦曲线图。该变焦镜头在广角端和远摄端工作时，离焦量都在 0.020mm以内，有效保证了变焦镜头在广角端和远摄端均能成像清晰。
[0050] 以上所述仅为本实用新型的优选实用新型而已，并不用于限制本实用新型，对于 本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原 则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种变焦镜头，其特征在于，包括第一透镜组（10)、第二透镜组（20)、第三透镜组 (30)和第四透镜组(40)，所述第一透镜组（10)、所述第二透镜组(20)、所述第三透镜组(30) 和所述第四透镜组(40)沿光轴从物方至像方依次排列； 所述第一透镜组（10)固定于第一预定位置上，所述第三透镜组(30)固定于第二预定位 置上； 所述第二透镜组(20)沿所述光轴移动以实现所述变焦镜头的变焦； 所述第四透镜组(40)沿所述光轴移动以补偿因所述第二透镜组（20)移动而引起的像 差;其中，所述变焦镜头满足： 0.95 < Fno-w < 1.2， 0.9 < Fno_full/Fno_w <1.1； 其中，Fno_w表示所述变焦镜头在广角端的最大光圈，Fno_full表示所述变焦镜头在全 焦段任意焦距下的最大光圈。2. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组（10)的光焦度为正， 所述第二透镜组(20)的光焦度为负，所述第三透镜组(30)的光焦度为正，所述第四透镜组 (40)的光焦度为正。3. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括孔径光阑（60)， 所述孔径光阑（60)位于所述第二透镜组(20)和所述第三透镜组(30)之间，且所述孔径光阑 (60)的轴线与所述光轴一致。4. 根据权利要求3所述的变焦镜头，其特征在于，所述孔径光阑（60)的半径在7mm至 Ilmm的范围内。5. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头满足： 2.2<ft/fw<3.5； 其中，ft表示所述变焦镜头远摄端的焦距，fw表示所述变焦镜头广角端的焦距。6. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组（10)、所述第二透镜 组(20 )、所述第三透镜组(30)和所述第四透镜组(40)均满足： 7<|fio/fw|<9； 4.5<|fio/f2〇|<6； 0.6<|fio/f3〇|<l.l； 3<|fio/f4〇|<4.1； 其中，丨1()、￡2()、￡3()、￡4()依次为所述第一透镜组（1())、所述第二透镜组(2())、所述第三透镜 组(30)以及所述第四透镜组(40)的焦距，fw表示所述变焦镜头广角端的焦距。7. 根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，在变焦过程中，所述第二透镜组(20) 与所述第四透镜组(40)满足： 1.5<|d2/f2〇|<2； 0.2< I d4/f4〇 I <0.5 ； 其中，d2为所述第二透镜组(20)的最大移动距离，d4为所述第四透镜组(40)的最大移动 距离，f 2〇和f 4〇依次为所述第二透镜组(20)和所述第四透镜组(40)的焦距。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组（10)、所 述第二透镜组(20)、所述第三透镜组(30)、所述第四透镜组(40)包含的镜片数量均为3~5 片。9. 根据权利要求8所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组（10)、所述第二透镜 组(20 )、所述第三透镜组(30 )、所述第四透镜组(40)均包含一个胶合透镜。10. 根据权利要求9所述的变焦镜头，其特征在于，所述胶合透镜的两个镜片的阿贝数 之差大于30,所述第四透镜组(40)中从物侧到像侧排列的第二个所述镜片的材料为nd = 1.48,vd = 70.13〇
【文档编号】G02B15/14GK205507203SQ201620274272
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】罗红妹, 刘超, 杨坤, 王威, 何品将
【申请人】杭州海康威视数字技术股份有限公司