变焦镜头的制作方法

1.本实用新型涉及光学镜头领域，具体设计一种变焦镜头。


背景技术：

2.目前市面上的智能家居类镜头，多数为定焦、双目或数码变倍，已经满足不了市场的需求。变焦镜头变倍比与镜头的前端口径和总长存在相互制约的关系，难以实现小型化；若变焦镜头采用大光圈，虽然可在暗场与夜间保证捕捉足够光线，但同时往往带来了像差明显、成像不够清晰的影响。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种变焦镜头，兼顾镜头的体积、光圈和靶面大小，且可以清晰的成像。
4.本实用新型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固定透镜群组、具有正光焦度的变焦透镜群组和具有正光焦度的对焦透镜群组，其中，用于所述变焦镜头在广角端和望远端之间实现光学变焦的所述变焦透镜群组和用于补偿光学变焦过程中像面的位置变化的所述对焦透镜群组沿所述光轴可移动，所述变焦透镜群组依次包括具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜，光阑设置于所述第五透镜和所述第六透镜之间。
5.优选地，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述固定透镜群组依次包括具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜和具有正光焦度的第三透镜。
6.优选地，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述第一透镜为近轴区凸凹透镜，所述第二透镜和所述第三透镜为近轴区凹凸透镜。
7.优选地，所述第四透镜和所述第七透镜具有负光焦度，所述第五透镜和所述第六透镜具有正光焦度
8.优选地，所述第四透镜和所述第五透镜构成具有正光焦度的双胶合透镜。
9.优选地，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述第四透镜和所述第五透镜为凸凹透镜，所述第六透镜为近轴区凸凸透镜，所述第七透镜为近轴区凹凹透镜。
10.优选地，所述第五透镜的阿贝数vd5满足如下关系：60≤vd5≤90。
11.优选地，所述第四透镜的折射率nd4满足如下关系：nd4≤1.65；和所述第五透镜的折射率nd5满足如下关系：nd5≤1.65。
12.优选地，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述对焦透镜群组依次包括具有正光焦度的第八透镜和具有负光焦度的第九透镜。
13.优选地，沿光轴从物侧至像侧的方向，所述第八透镜为近轴区凸凸透镜，所述第九透镜为近轴区凹凸透镜。
14.优选地，所述变焦镜头包括七枚塑胶非球面透镜。
15.优选地，所述固定透镜群组的焦距fg1与所述变焦镜头的广角端的焦距fw满足如
下关系：-1.8≤fg1/fw≤-1.5；所述变焦透镜群组的焦距fg2与所述变焦镜头的广角端的焦距fw满足如下关系：1.7≤fg2/fw≤1.9；所述对焦透镜群组的焦距fg3与所述变焦镜头的广角端的焦距fw满足如下关系：4.1≤fg3/fw≤4.4。
16.优选地，所述变焦镜头的靶面直径与所述变焦镜头的总长ttl满足如下关系：
17.优选地，所述变焦透镜群组的行程的绝对值d2和所述变焦镜头的总长ttl满足如下关系：0.1≤d2/ttl≤0.2。
18.根据本实用新型实施例的一个方面，采用三透镜群组结构，实现了大靶面和最大光圈可达f1.7，满足小体积大光圈大靶面的性能需求，可实现全焦段四百万成像。
19.根据本实用新型的一个方面，通过合理的透镜光焦度分配及特定玻璃材质选择，实现了长焦端435～850nm之间色差和二级光谱校正，可满足全焦段红外共焦。
20.根据本实用新型的一个方面，通过透镜的特定材料的折射率温度系数搭配，实现-40℃～80℃温度范围不虚焦，全焦段满足四百万分辨率成像。
21.根据本实用新型的一个方面，合理设置塑胶非球面透镜的数量实现低成本化。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
23.图1为本实用新型实施例一的变焦镜头的光学结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例二的变焦镜头的光学结构示意图；
25.图3为本实用新型实施例三的变焦镜头的光学结构示意图；
26.图4为本实用新型实施例四的变焦镜头的光学结构示意图。
27.附图标记说明：
28.固定透镜群组g1，变焦透镜群组g2，对焦透镜群组g3；
29.第一透镜-l1，第二透镜-l2，第三透镜-l3，第四透镜-l4，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，光阑-sto，平板cg。
具体实施方式
30.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。
31.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，而不能理解为对本实用新型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，本实用新型并不特别地限定于优选的实施方式。本实用新型的范围由权利要求书所界定。
32.如图1所示，是本实用新型实施例的变焦镜头的光学结构示意图。所述变焦镜头依
次包括具有负光焦度的固定透镜群组g1、具有正光焦度的变焦透镜群组g2和具有正光焦度的对焦透镜群组g3。其中，变焦透镜群组g2沿光轴方向移动用于变焦镜头在广角端和望远端之间实现光学变焦，对焦透镜群组g3沿光轴方向移动用于补偿光学变焦过程中像面的位置变化。沿光轴从物侧至像侧的方向，变焦透镜群组g2依次包括具有负光焦度的第四透镜l4、具有正光焦度的第五透镜l5、具有正光焦度的第六透镜l6和具有负光焦度的第七透镜l7，光阑sto设置于第五透镜l5和第六透镜l6之间。通过合理的分配透镜群组光焦度及透镜布置，可以实现变焦镜头小体积、大光圈和大靶面，且日夜共焦，全焦段分辨率可达四百万以上。
33.如图1所示，在本实施例中，固定透镜群组g1包括第一透镜l1、第二透镜l2和第三透镜l3。变焦透镜群组g2包括第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6和第七透镜l7。对焦透镜群组g3包括第八透镜l8和第九透镜l9。第一透镜l1为具有负光焦度的凸凹型塑胶非球面透镜，第二透镜l2为具有负光焦度的凹凸型塑胶非球面透镜，第三透镜l3为具有正光焦度的凹凸型塑胶非球面透镜，第四透镜l4为具有负光焦度的凸凹型玻璃球面透镜，第五透镜l5为具有正光焦度的凸凹型玻璃球面透镜，第六透镜l6为具有正光焦度的凸凸型塑胶非球面透镜，第七透镜l7为具有负光焦度的凹凹型塑胶非球面透镜，第八透镜l8为具有正光焦度的凸凸型塑胶非球面透镜，第九透镜l9为具有负光焦度的凹凸型塑胶非球面透镜。光阑sto设置在第五透镜l5和第六透镜l6之间。由此，通过合理的分配透镜光焦度和合理的设置透镜形状及材质，使得变焦镜头的像差得到了良好的矫正。
34.如图1所示，在本实施例中，第四透镜l4和第五透镜l5构成具有正光焦度的双胶合透镜，可以很好的消除部分色差。
35.如图1所示，在本实施例中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8和第九透镜l9均设置为塑胶材质的非球面透镜，可以降低成本，并保证变焦镜头在高低温下性能良好。
36.如图1所示，在本实施例中，固定透镜群组g1的焦距fg1与变焦镜头的广角端的焦距fw满足如下关系：-1.8≤fg1/fw≤-1.5；变焦透镜群组g2的焦距fg2与变焦镜头的广角端的焦距fw满足如下关系：1.7≤fg2/fw≤1.9；对焦透镜群组g3的焦距fg3与变焦镜头的广角端的焦距fw满足如下关系：4.1≤fg3/fw≤4.4。通过合理分配各透镜群组的焦距与光学系统焦距的比值，使经过透镜群组的光线平缓渡过，使得单部品及组装公差良好，具有良好的制造性，有利于提高光学系统的解像力。
37.如图1所示，在本实施例中，变焦镜头的靶面直径与变焦镜头的总长ttl满足如下关系：由此，有利于变焦镜头的小型化。
38.如图1所示，在本实施例中，第五透镜l5的阿贝数vd5满足如下关系：60≤vd5≤90。由此，通过选择恰当的材料搭配矫正二级光谱色差。
39.如图1所示，在本实施例中，第四透镜l4的折射率nd4满足如下关系：nd4≤1.65；第五透镜l5的折射率nd5满足如下关系：nd5≤1.65。由此，通过恰当的材料搭配可矫正二级光谱色差。
40.如图1所示，在本实施例中，变焦透镜群组g2的行程的绝对值d2和变焦镜头的总长ttl满足如下关系：0.1≤d2/ttl≤0.2。由此，有利于镜头更快的变倍以及小型化。
41.综上，本实用新型实施例的变焦镜头具有以下功效：
①
本实用新型采用三群架构，
实现了大靶面和最大光圈可达f1.7，满足小体积大光圈大靶面的性能需求，可实现全焦段四百万成像；
②
本实用新型通过合理的光焦度分配和特定玻璃材料的选择，实现了长焦端435～850nm之间色差和二级光谱校正，可满足全焦段红外共焦；
③
本实用新型通过特定材料的折射率温度系数搭配，实现-40℃～ 80℃温度内不虚焦，全焦端满足四百万分辨率成像；
④
本实用新型通过合理使用塑胶非球面实现低成本化。
42.下面以四个实施例结合附图和表格来具体说明本实用新型的变焦镜头。在下面的各个实施例中，本实用新型将光阑sto记为一面，将像面ima记为一面。
43.具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示：
[0044][0045]
表1在本实用新型的实施例中，该变焦镜头的非球面透镜满足下列公式：
[0046][0047]
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。
[0048]
实施例一
[0049]
如图1所示，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)：
[0050]
[0051][0052]
表2
[0053]
表2中，面序号指的是，变焦镜头由物侧至像侧各透镜的面，例如，面序号1、2代表第一透镜l1的两面，面序号3、4代表第二透镜l2的两面，以此类推；sto为光阑，ima为像面。
[0054]
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)：
[0055]
面序号k值a4a6a8a10a12150.00-3.24e-034.95e-04-2.98e-059.04e-07-1.10e-082-0.68-3.38e-032.98e-041.42e-04-1.95e-051.28e-063-6.18-3.79e-031.34e-03-2.26e-042.12e-05-1.16e-064-35.403.10e-03-1.08e-04-3.00e-051.17e-06-2.87e-07585.65-3.06e-03-1.96e-04-2.95e-055.46e-06-4.51e-076-22.33-5.03e-033.36e-04-6.00e-054.97e-06-1.56e-07115.05-2.26e-03-9.95e-05-5.63e-056.67e-06-4.53e-0712-10.667.99e-041.28e-04-5.69e-055.72e-06-5.49e-0713-20.951.49e-032.12e-04-8.51e-06-1.46e-06-1.97e-0714-50.003.62e-03-3.39e-049.23e-05-1.44e-057.59e-07159.15-5.30e-03-4.90e-043.39e-056.01e-06-8.39e-07168.06-2.30e-034.41e-05-4.31e-05-9.89e-074.50e-07170.041.82e-02-5.14e-04-7.20e-055.59e-075.04e-0718-0.731.14e-02-2.88e-04-6.29e-052.85e-061.26e-08
[0056]
表3
[0057]
在实施例一中，变焦镜头广角端和望远端变倍数据参见下表(表4)：
[0058][0059][0060]
表4
[0061]
结合图1以及上述表1-4所示，本实施例的变焦镜头采用9枚镜片，其中7枚塑胶非球面镜片，一枚双胶合镜片，最大光圈f1.7，矫正435～850nm之间的位置色差和倍率色差，实现435～850nm共焦；-40℃-80℃高低温不需重新对焦仍然满足全四百万分辨率。镜头尺
寸小，光圈大，适用于更多不同条件的场景。
[0062]
实施例二
[0063]
如图2所示，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)：
[0064]
面序号表面类型曲率半径r厚度d折射率nd阿贝数vd1非球面47.421.001.54562非球面3.762.40
ꢀꢀ
3非球面-3.640.601.54564非球面-8.880.07
ꢀꢀ
5非球面-49.951.391.6620.46非球面-10.053.34
ꢀꢀ
7球面5.790.501.60388球面4.801.381.6486.19球面218.670.09
ꢀꢀ
10(sto)球面infinity0.07
ꢀꢀ
11非球面8.721.181.5455.712非球面-8.840.22
ꢀꢀ
13非球面-12.070.501.6620.414非球面19.290.70
ꢀꢀ
15非球面16.421.181.5455.716非球面-9.300.38
ꢀꢀ
17非球面-3.400.801.6423.418非球面-4.264.41
ꢀꢀ
19球面infinity0.801.5264.220球面infinity0.20
ꢀꢀ
ima球面infinity0.00
ꢀꢀ
[0065]
表5
[0066]
表5中，面序号指的是，变焦镜头由物侧至像侧各透镜的面，例如，面序号1、2代表第一透镜l1的两面，面序号3、4代表第二透镜l2的两面，以此类推；sto为光阑，ima为像面。
[0067]
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)：
[0068]
面序号k值a4a6a8a10a121-64.14-4.24e-035.06e-04-2.96e-059.05e-07-1.11e-082-0.79-3.64e-032.37e-041.50e-04-2.22e-051.50e-063-6.74-4.00e-031.31e-03-2.28e-042.02e-05-1.34e-064-32.433.33e-03-1.09e-04-3.33e-059.34e-07-4.82e-075-87.00-2.65e-03-1.24e-04-2.11e-055.37e-06-5.46e-076-30.70-4.82e-033.37e-04-5.90e-055.34e-06-1.79e-07116.30-7.39e-04-4.15e-05-5.24e-056.96e-06-4.82e-0712-6.177.04e-041.91e-04-4.68e-057.16e-06-4.43e-07
13-45.391.76e-032.30e-04-2.82e-06-4.96e-071.56e-081435.035.42e-03-1.88e-049.21e-05-1.52e-059.84e-0715-4.38-5.62e-03-5.20e-042.52e-054.69e-06-7.01e-07168.43-2.10e-037.46e-05-4.17e-05-9.34e-074.58e-07170.021.87e-02-4.97e-04-6.98e-058.28e-075.39e-0718-0.771.15e-02-2.91e-04-6.68e-052.73e-066.60e-08
[0069]
表6
[0070]
在实施例二中，变焦镜头广角端和望远端变倍数据参见下表(表7)：
[0071] 广角端望远端t13.340.50t20.703.04t34.414.91
[0072]
表7
[0073]
结合图2以及上述表1和表5-7所示，本实施例的变焦镜头采用9枚镜片，其中7枚塑胶非球面镜片，一枚双胶合镜片，最大光圈f1.7，矫正435～850nm之间的位置色差和倍率色差，实现435～850nm共焦；-40℃-80℃高低温不需重新对焦仍然满足全四百万分辨率。镜头尺寸小，光圈大，适用于更多不同条件的场景。
[0074]
实施例三
[0075]
如图3所示，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)：
[0076]
面序号表面类型曲率半径r厚度d折射率nd阿贝数vd1非球面51.231.001.54562非球面3.762.48
ꢀꢀ
3非球面-3.640.631.54564非球面-9.150.08
ꢀꢀ
5非球面-46.591.461.6620.46非球面-10.033.34
ꢀꢀ
7球面5.820.501.6236.38球面3.831.691.6462.99球面187.490.35
ꢀꢀ
10(sto)球面infinity-0.30
ꢀꢀ
11非球面8.691.371.5455.712非球面-8.790.16
ꢀꢀ
13非球面-11.860.631.6620.414非球面19.520.70
ꢀꢀ
15非球面16.711.401.5455.716非球面-9.180.31
ꢀꢀ
17非球面-3.380.801.6423.418非球面-4.254.41
ꢀꢀ
19球面infinity0.801.5264.220球面infinity0.20
ꢀꢀ
ima球面infinity0.00
ꢀꢀ
[0077]
表8
[0078]
表8中，面序号指的是，变焦镜头由物侧至像侧各透镜的面，例如，面序号1、2代表第一透镜l1的两面，面序号3、4代表第二透镜l2的两面，以此类推；sto为光阑，ima为像面。
[0079]
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)：
[0080][0081][0082]
表9
[0083]
在实施例三中，变焦镜头广角端和望远端变倍数据参见下表(表10)：
[0084] 广角端望远端t13.340.50t20.703.04t34.414.91
[0085]
表10
[0086]
结合图3以及上述表1和表8-10所示，本实施例的变焦镜头采用9枚镜片，其中7枚塑胶非球面镜片，一枚双胶合镜片，最大光圈f1.7，矫正435～850nm之间的位置色差和倍率色差，实现435～850nm共焦；-40℃-80℃高低温不需重新对焦仍然满足全四百万分辨率。镜头尺寸小，光圈大，适用于更多不同条件的场景。
[0087]
实施例四
[0088]
如图4所示，在实施例四中，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11)：
[0089][0090][0091]
表11
[0092]
表11中，面序号指的是，变焦镜头由物侧至像侧各透镜的面，例如，面序号1、2代表第一透镜l1的两面，面序号3、4代表第二透镜l2的两面，以此类推；sto为光阑，ima为像面。
[0093]
在实施例四中，变焦镜头的k值与非球面系数参见下表(表12)：
[0094]
面序号k值a4a6a8a10a121142.69-3.62e-034.99e-04-2.97e-059.07e-07-1.14e-082-0.70-3.42e-032.79e-041.43e-04-2.05e-051.43e-063-6.64-3.95e-031.34e-03-2.23e-042.06e-05-1.19e-064-37.843.32e-03-1.05e-04-3.02e-051.27e-06-3.90e-07591.41-2.89e-03-1.63e-04-2.91e-055.01e-06-4.32e-076-25.80-5.04e-033.23e-04-6.04e-055.10e-06-1.57e-07115.87-1.66e-03-6.97e-05-5.31e-056.93e-06-4.27e-0712-8.538.34e-041.78e-04-4.91e-056.78e-06-4.93e-0713-30.031.50e-032.01e-04-7.80e-06-1.06e-06-3.17e-0814-11.894.34e-03-2.75e-049.05e-05-1.48e-058.75e-071512.68-5.17e-03-4.46e-043.10e-055.05e-06-8.54e-07168.17-2.12e-036.35e-05-4.39e-05-1.25e-064.60e-07170.031.83e-02-5.20e-04-7.18e-058.37e-075.40e-07
18-0.781.15e-02-2.79e-04-6.22e-052.91e-062.07e-08
[0095]
表12
[0096]
在实施例四中，变焦镜头广角端和望远端变倍数据参见下表(表13)：
[0097] 广角端望远端t13.340.50t20.703.04t34.414.91
[0098]
表13
[0099]
结合图4以及上述表1和表11-13所示，本实施例的变焦镜头采用9枚镜片，其中7枚塑胶非球面镜片，一枚双胶合镜片，最大光圈f1.7，矫正435～850nm之间的位置色差和倍率色差，实现435～850nm共焦；-40℃-80℃高低温不需重新对焦仍然满足全四百万分辨率。镜头尺寸小，光圈大，适用于更多不同条件的场景。
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以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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。