变焦镜头的制作方法

1.本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种变焦镜头。


背景技术：

2.随着ccd、cmos等芯片技术的发展，再加上人们对视频会议图像质量要求的提高，相应的对配套光学系统的成像质量的标准也越来越高。为了满足这一趋势，要求搭载在视频会议类产品上的光学镜头具备高分辨率、大变倍率、低畸变等性能。
3.而现有的大倍率变焦镜头仍存在一些性能缺陷，从而限制其使用场景。例如解像力不足、分辨率较低，又如广角端角度不够大、拍摄范围有限，以及长焦端倍率不够大，放大作用不足等。并且，还存在畸变较大、成像画面变形严重等缺陷。而现有镜头的可对焦物距范围也不够广，导致其使用场景有限。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种变焦镜头。
5.为实现上述发明目的，本发明提供一种变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、光阑、具有正或负光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组以及具有正光焦度的第五透镜组，在所述第五透镜组的像侧还包括具有正或负光焦度的第六透镜组，所述第六透镜组为固定透镜组。
6.根据本发明的一个方面，所述第一透镜组和所述第三透镜组为固定透镜组；
7.所述第二透镜组和所述第四透镜组为变倍透镜组，所述第五透镜组为对焦透镜组。
8.根据本发明的一个方面，所述第一透镜组至少包含三枚正透镜和一枚负透镜。
9.根据本发明的一个方面，所述第一透镜组至少包含一枚双凸型正透镜和一枚凸凹型正透镜。
10.根据本发明的一个方面，所述第二透镜组至少包含一枚正透镜和两枚负透镜。
11.根据本发明的一个方面，所述第二透镜组至少包含一枚凸凹型负透镜。
12.根据本发明的一个方面，所述第三透镜组至少包含一枚正透镜和一枚负透镜。
13.根据本发明的一个方面，所述第三透镜组至少包含一枚双凹型负透镜。
14.根据本发明的一个方面，所述第四透镜组至少包含两枚正透镜和一枚负透镜。
15.根据本发明的一个方面，所述第四透镜组至少包含一枚双凸型正透镜和一枚凸凹型透镜。
16.根据本发明的一个方面，所述第五透镜组至少包含一枚正透镜和一枚负透镜。
17.根据本发明的一个方面，所述第五透镜组至少包含一枚凸凹型透镜。
18.根据本发明的一个方面，所述第六透镜组至少包含一枚凹凸型透镜。
19.根据本发明的一个方面，所述变焦镜头至少包含两枚胶合镜组。
20.根据本发明的一个方面，所述第四透镜组至少包含一枚胶合镜组。
21.根据本发明的一个方面，所述胶合镜组的焦距fa与所述第四透镜组的焦距f4满足以下关系：-8.84≤fa/f4≤19.70。
22.根据本发明的一个方面，所述变焦镜头至少包含五枚非球面透镜。
23.根据本发明的一个方面，所述非球面透镜中至少三枚的材质为塑胶。
24.根据本发明的一个方面，所述第一透镜组的焦距f1分别与所述变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：
25.13.10≤f1/fw≤19.86；
26.0.72≤f1/ft≤1.11。
27.根据本发明的一个方面，所述第二透镜组的焦距f2分别与所述变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：
[0028]-2.99≤f2/fw≤-2.06；
[0029]-0.17≤f2/ft≤-0.11。
[0030]
根据本发明的一个方面，所述第三透镜组的焦距f3分别与所述变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：
[0031]-133.09≤f3/fw≤168.21；
[0032]-10.75≤f3/ft≤12.70。
[0033]
根据本发明的一个方面，所述第四透镜组的焦距f4分别与所述变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：
[0034]
5.06≤f4/fw≤6.35；
[0035]
0.28≤f4/ft≤0.36。
[0036]
根据本发明的一个方面，所述第五透镜组的焦距f5分别与所述变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：
[0037]
8.17≤f5/fw≤18.78；
[0038]
0.45≤f5/ft≤1.05。
[0039]
根据本发明的一个方面，所述第六透镜组的焦距f6分别与所述变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：
[0040]-77.80≤f6/fw≤55.08；
[0041]-4.33≤f6/ft≤3.07。
[0042]
根据本发明的一个方面，所述变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft分别与所述变焦镜头的光学总长ttl满足以下关系：
[0043]
0.02≤fw/ttl≤0.03；
[0044]
0.49≤ft/ttl≤0.52。
[0045]
根据本发明的构思，提供一种高分辨率、大变倍率、低畸变的变焦镜头。
[0046]
根据本发明的一个方案，通过合理设置固定、变倍和对焦透镜组的位置和光焦度，使得可对焦物距范围较广，使变焦全程可保证物距从0.1m到无穷远均可清晰对焦，以实现较好的成像效果，并且变倍倍率较高，从广角端到长焦端，倍率变化范围可达20x以上。
[0047]
根据本发明的一个方案，通过合理设置各透镜组中的透镜的光焦度及形状，再配合合理分布群组的正负光焦度，使得分辨率可达4k以上，且使广角端视野范围广阔，可达85度以上。
[0048]
根据本发明的一个方案，通过合理设置胶合镜组，使得变焦全程畸变绝对值小于5％，保证拍摄画面变形量较少，单部品及组装公差较好，具备良好的制造性。
[0049]
根据本发明的一个方案，采用玻塑混合结构，并合理设置非球面透镜，可以在保证较大放大倍率的同时，降低设计成本。
[0050]
根据本发明的一个方案，通过合理设置各透镜组的焦距与镜头广角端和望远端焦距的关系，可使对焦物距范围较广，使变焦全程可保证物距0.1m到无穷远均可清晰对焦，以实现较好的成像效果，并使变倍倍率较高，从广角端到长焦端，倍率变化范围可达20x以上。
[0051]
根据本发明的一个方案，通过合理设置镜头广角端和望远端焦距与光学总长的关系，使得变倍倍率较高，从广角端到长焦端，倍率变化范围可达20x以上，且可满足镜头小型化的要求。
附图说明
[0052]
图1示意性表示本发明的第一种实施方式的变焦镜头的结构图；
[0053]
图2示意性表示本发明的第二种实施方式的变焦镜头的结构图；
[0054]
图3示意性表示本发明的第三种实施方式的变焦镜头的结构图；
[0055]
图4示意性表示本发明的第四种实施方式的变焦镜头的结构图；
[0056]
图5示意性表示本发明的第五种实施方式的变焦镜头的结构图。
具体实施方式
[0057]
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
[0058]
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
[0059]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0060]
参见图1，本发明的变焦镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度的第一透镜组g1、具有负光焦度的第二透镜组g2、光阑sto、具有正或负光焦度的第三透镜组g3、具有正光焦度的第四透镜组g4、具有正光焦度的第五透镜组g5以及具有正或负光焦度的第六透镜组g6。其中，第一透镜组g1、第三透镜组g3和第六透镜组g6为固定透镜组。第二透镜组g2和第四透镜组g4为变倍透镜组，第五透镜组g5为对焦透镜组。如此，使得可对焦物距范围较广，使变焦全程可保证物距0.1m到无穷远均可清晰对焦，成像效果较好，变倍倍率较高，从广角端到长焦端，倍率变化范围可达20x以上。
[0061]
本发明中，第一透镜组g1至少包含三枚正透镜和一枚负透镜。第一透镜组g1至少包含一枚双凸型正透镜和一枚凸凹型正透镜。第二透镜组g2至少包含一枚正透镜和两枚负
透镜。第二透镜组g2至少包含一枚凸凹型负透镜。第三透镜组g3至少包含一枚正透镜和一枚负透镜。第三透镜组g3至少包含一枚双凹型负透镜。第四透镜组g4至少包含两枚正透镜和一枚负透镜。第四透镜组g4至少包含一枚双凸型正透镜和一枚凸凹型透镜。第五透镜组g5至少包含一枚正透镜和一枚负透镜。第五透镜组g5至少包含一枚凸凹型透镜。第六透镜组g6至少包含一枚凹凸型透镜。如此，通过合理的分配透镜的正负光焦度及形状，并合理分布群组的正负光焦度，使得分辨率可达4k以上，广角端视野范围广阔，可达85度以上。
[0062]
本发明中，沿光轴从物侧至像侧的方向，第一透镜组g1包括第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3和第四透镜l4，第二透镜组g2包括第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7和第八透镜l8，第三透镜组g3包括第九透镜l9和第十透镜l10，第四透镜组g4包括第十一透镜l11、第十二透镜l12、第十三透镜l13和第十四透镜l14，第五透镜组g5包括第十五透镜l15、第十六透镜l16和第十七透镜l17，第六透镜组g6包括第十八透镜l18。
[0063]
本发明中，变焦镜头至少包含两枚胶合镜组。其中，第四透镜组g4至少包含一枚胶合镜组，且胶合镜组的焦距fa与第四透镜组g4的焦距f4满足以下关系：-8.84≤fa/f4≤19.70。如此，使得变焦全程畸变绝对值小于5％，保证拍摄画面变形量少，且单部品及组装公差较好，有良好的制造性。
[0064]
本发明中，变焦镜头至少包含五枚非球面透镜，其中至少三枚的材质为塑胶。如此，采用玻塑混合结构，可以在保证较大的放大倍率的同时，降低设计成本。
[0065]
本发明中，第一透镜组g1的焦距f1分别与变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：13.10≤f1/fw≤19.86；0.72≤f1/ft≤1.11。第二透镜组g2的焦距f2分别与变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：-2.99≤f2/fw≤-2.06；-0.17≤f2/ft≤-0.11。第三透镜组g3的焦距f3分别与变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：-133.09≤f3/fw≤168.21；-10.75≤f3/ft≤12.70。第四透镜组g4的焦距f4分别与变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：5.06≤f4/fw≤6.35；0.28≤f4/ft≤0.36。第五透镜组g5的焦距f5分别与变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：8.17≤f5/fw≤18.78；0.45≤f5/ft≤1.05。第六透镜组g6的焦距f6分别与变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft满足以下关系：-77.80≤f6/fw≤55.08；-4.33≤f6/ft≤3.07。如此，使得可对焦物距范围较广，使变焦全程可保证物距0.1m到无穷远均可清晰对焦，成像效果较好，变倍倍率较高，从广角端到长焦端，倍率变化范围可达20x以上。
[0066]
本发明中，变焦镜头的广角端焦距fw和望远端焦距ft分别与变焦镜头的光学总长ttl满足以下关系：0.02≤fw/ttl≤0.03；0.49≤ft/ttl≤0.52。如此，使得变倍倍率较高，从广角端到长焦端，倍率变化范围可达20x以上，且可满足镜头小型化。
[0067]
综上所述，变焦镜头合理分配透镜的正负光焦度及透镜形状，并合理分布群组的正负光焦度，使得分辨率可达4k以上。且变焦镜头的广角端视野范围广阔，可达85度以上；变倍倍率较高，从广角端到长焦端，倍率变化范围可达20x以上；在变焦全程畸变绝对值小于5％，可保证拍摄画面变形量少；可对焦物距范围广，变焦全程可保证物距0.1m到无穷远均可清晰对焦，成像效果较好。另外，变焦镜头采用玻塑混合结构，可以在保证较大的放大倍率的同时，降低设计成本。而变焦镜头单部品及组装公差也较好，从而具备良好的制造性。
[0068]
以下以五种实施方式来详细描述本发明的变焦镜头，下列实施方式中，以1、2、
…
、
n表示各光学元件的面，光阑记为sto，像面记为image。非球面公式为：
[0069][0070]
其中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h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。
[0071]
具体符合上述条件式的各实施方式的参数如下表1所示：
[0072]
[0073][0074]
表1
[0075]
第一种实施方式
[0076]
参见图1，在本实施方式中，第二透镜组g2包含两枚正透镜和两枚负透镜；第三透镜组g3光焦度为正；第四透镜组g4包含三枚正透镜和一枚负透镜；第五透镜组g5包含两枚正透镜和一枚负透镜；第六透镜组g6光焦度为负。
[0077]
本实施方式的变焦镜头包含三枚胶合镜组和五枚非球面透镜，其中四枚非球面透镜的材质为塑胶，其他参数为：ttl＝125.015mm；fno(wide)＝1.88；广角端焦距fw＝3.48mm；长焦端焦距ft＝62.58mm。
[0078]
本实施方式的变焦镜头中的各光学元件的参数如下表2所示：
[0079]
[0080][0081]
表2
[0082]
本实施方式中的各非球面透镜的非球面系数如下表3所示：
[0083]
[0084][0085]
表3
[0086]
本实施方式的变焦镜头的广角端和望远端变倍数据如下表4所示：
[0087]
厚度d广角端望远端t10.8338.54t240.112.4t313.151.13t43.2393.253t54.46616.472
[0088]
表4
[0089]
第二种实施方式
[0090]
参见图2，在本实施方式中，第二透镜组g2包含一枚正透镜和三枚负透镜；第三透镜组g3光焦度为负；第四透镜组g4包含三枚正透镜和一枚负透镜；第五透镜组g5包含两枚正透镜和一枚负透镜；第六透镜组g6光焦度为负。
[0091]
本实施方式的变焦镜头包含三枚胶合镜组和五枚非球面透镜，其中四枚非球面透镜的材质为塑胶，其他参数为：ttl＝125mm；fno(wide)＝1.88；广角端焦距fw＝3.48mm；长焦端焦距ft＝62.60mm。
[0092]
本实施方式的变焦镜头中的各光学元件的参数如下表5所示：
[0093]
[0094][0095]
表5
[0096]
本实施方式中的各非球面透镜的非球面系数如下表6所示：
[0097][0098]
表6
[0099]
本实施方式的变焦镜头的广角端和望远端变倍数据如下表7所示：
[0100]
厚度d广角端望远端t10.844.02t245.622.4t311.351.13t43.2453.247t54.54514.763
[0101]
表7
[0102]
第三种实施方式
[0103]
参见图3，在本实施方式中，第二透镜组g2包含一枚正透镜和三枚负透镜；第三透镜组g3光焦度为正；第四透镜组g4包含两枚正透镜和两枚负透镜；第五透镜组g5包含两枚正透镜和一枚负透镜；第六透镜组g6光焦度为正；
[0104]
本实施方式的变焦镜头包含三枚胶合镜组和五枚非球面透镜，其中三枚非球面透镜的材质塑胶，其他参数为：ttl＝126.03mm；fno(wide)＝1.88；广角端焦距fw＝3.48mm；长焦端焦距ft＝62.56mm。
[0105]
本实施方式的变焦镜头中的各光学元件的参数如下表8所示：
[0106]
[0107][0108]
表8
[0109]
本实施方式中的各非球面透镜的非球面系数如下表9所示：
[0110]
[0111][0112]
表9
[0113]
本实施方式的变焦镜头的广角端和望远端变倍数据如下表10所示：
[0114]
厚度d广角端望远端t10.838.29t239.892.4t316.891.13t42.999.471t55.7415.019
[0115]
表10
[0116]
第四种实施方式
[0117]
参见图4，在本实施方式中，第二透镜组g2包含一枚正透镜和三枚负透镜；第三透镜组g3光焦度为正；第四透镜组g4包含两枚正透镜和两枚负透镜；第五透镜组g5包含一枚正透镜和两枚负透镜；第六透镜组g6光焦度为正。
[0118]
本实施方式的变焦镜头包含两枚胶合镜组和六枚非球面透镜，其中五枚非球面透镜的材质为塑胶，其他参数为：ttl＝125.01mm；fno(wide)＝1.89；广角端焦距fw＝3.55mm；长焦端焦距ft＝63.96mm。
[0119]
本实施方式的变焦镜头中的各光学元件的参数如下表11所示：
[0120]
[0121][0122]
表11
[0123]
本实施方式中的各非球面透镜的非球面系数如下表12所示：
[0124]
[0125][0126]
表12
[0127]
本实施方式的变焦镜头的广角端和望远端变倍数据如下表13所示：
[0128]
厚度d广角端望远端t10.834.6t236.22.4t316.291.1t43.533.505t53.8419.055
[0129]
表13
[0130]
第五种实施方式
[0131]
参见图5，在本实施方式中，第二透镜组g2包含一枚正透镜和三枚负透镜；第三透镜组g3光焦度为正；第四透镜组g4包含两枚正透镜和两枚负透镜；第五透镜组g5包含一枚正透镜和两枚负透镜；第六透镜组g6光焦度为正。
[0132]
本实施方式的变焦镜头包含三枚胶合镜组和七枚非球面透镜，其中六枚非球面透镜的材质为塑胶，其他参数为：ttl＝125mm；fno(wide)＝1.87；广角端焦距fw＝3.56mm；长焦端焦距ft＝64.09mm。
[0133]
本实施方式的变焦镜头中的各光学元件的参数如下表14所示：
[0134]
[0135]
[0136][0137]
表14
[0138]
本实施方式中的各非球面透镜的非球面系数如下表15所示：
[0139]
[0140][0141]
表15
[0142]
本实施方式的变焦镜头的广角端和望远端变倍数据如下表16所示：
[0143]
厚度d广角端望远端t10.830.55t232.152.4t317.851.1t43.1413.103t53.88920.677
[0144]
表16
[0145]
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的保护范围之内。