變焦鏡頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種變焦鏡頭，該變焦鏡頭包括第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組沿光軸從物方至像方依次排列；第一透鏡組固定于第一預定位置上，第三透鏡組固定于第二預定位置上；第二透鏡組沿光軸移動以實現變焦鏡頭的變焦；第四透鏡組沿光軸移動以補償因第二透鏡組移動而引起的像差；其中，變焦鏡頭滿足：0.95≤Fno_w≤1.2，0.9≤Fno_full/Fno_w≤1.1；Fno_w表示變焦鏡頭在廣角端的最大光圈，Fno_full表示變焦鏡頭在全焦段任意焦距下的最大光圈。本實用新型的變焦鏡頭的恒定超大光圈在全焦段都能滿足低照度環境下監控的需求。
【專利說明】
變焦鏡頭
技術領域
[0001] 本實用新型涉及安防監控設備領域，具體而言，涉及一種變焦鏡頭。
【背景技術】
[0002] 隨著安防監控市場的快速發展，人們對安防監控鏡頭的性能要求大大提高。低照 度環境指環境光較弱且不宜外加補光設備的環境，使用普通光圈鏡頭通光量通常不夠，因 此不能獲得目標物體足夠的細節信息。超大光圈鏡頭能保證足夠通光量的同時，因其光圈 超大，光學設計如軸外像差的校正的難度也越大，鏡頭的口徑、總長及體積往往會相應增 加。普通變焦鏡頭的光圈隨焦距增大而減小，為保證全焦段都保持恒定超大光圈，鏡頭光學 系統結構往往比普通超大光圈系統更加復雜。對于現有超大光圈變焦鏡頭，大多包含多片 非球面透鏡，使得鏡頭光學系統的成本較高。且通常只在鏡頭的廣角端具備超大光圈，遠攝 端的光圈往往小很多，因此僅廣角端附近較小范圍內的焦段能在低照度環境下達到較好的 監控效果。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的主要目的在于提供一種變焦鏡頭，其恒定超大光圈能實現全焦段適 用于低照度環境下的監控。
[0004] 為了實現上述目的，根據本實用新型的一個方面，提供了一種變焦鏡頭，包括第一 透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第 四透鏡組沿光軸從物方至像方依次排列；第一透鏡組固定于第一預定位置上，第三透鏡組 固定于第二預定位置上;第二透鏡組沿光軸移動以實現變焦鏡頭的變焦;第四透鏡組沿光 軸移動以補償因第二透鏡組移動而引起的像差;其中，變焦鏡頭滿足:0.95 < Fno_w < 1.2， 0.9 < Fno_full/Fno_w < 1.1;其中，Fno_w表示變焦鏡頭在廣角端的最大光圈，Fno_full表 示變焦鏡頭在全焦段任意焦距下的最大光圈。
[0005] 進一步地，第一透鏡組的光焦度為正，第二透鏡組的光焦度為負，第三透鏡組的光 焦度為正，第四透鏡組的光焦度為正。
[0006] 進一步地，變焦鏡頭還包括孔徑光闌，孔徑光闌位于第二透鏡組和第三透鏡組之 間，且孔徑光闌的軸線與光軸一致。
[0007] 進一步地，孔徑光闌的半徑在7mm至11mm的范圍內。
[0008] 進一步地，變焦鏡頭滿足:2.2〈f t/fw〈3.5;其中，f t表示變焦鏡頭遠攝端的焦距， fw表示變焦鏡頭廣角端的焦距。
[0009] 進一步地，第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組均滿足: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、f4〇依次為第一 透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組以及第四透鏡組的焦距，fw表示變焦鏡頭廣角端的焦距。
[0010] 進一步地，在變焦過程中，第二透鏡組與第四透鏡組滿足：1.5〈 | d2/f2Q |〈2; 0.2〈 d4/f4〇 |〈0.5;其中，d2為第二透鏡組的最大移動距離，d4為第四透鏡組的最大移動距離，f 20 和f40依次為第二透鏡組和第四透鏡組的焦距。
[0011]進一步地，第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組包含的鏡片數量均 為3~5片。
[0012] 進一步地，第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組均包含一個膠合透 鏡。
[0013] 進一步地，膠合透鏡的兩個鏡片的阿貝數之差大于30,第四透鏡組中從物側到像 側排列的第二個鏡片的材料為nd = l .48，vd = 70.13。
[0014] 應用本實用新型的技術方案，第一透鏡組左側為物方，第四透鏡組右側為像方，沿 著光軸從物方到像方，依次是第一透鏡組，第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組，工作時， 物方光線依次經過第一透鏡組，第二透鏡組，第三透鏡組，再經過第四透鏡組，最后到達像 方的感光芯片，感光芯片將光信息轉換為電信號，輸出最終圖像。本實用新型的變焦鏡頭滿 足在廣角端的最大光圈Fno_w滿足0.95 < Fno_w < 1.2,全焦段任意焦距下的最大光圈Fno_ fu 11與廣角端的最大光圈Fno_w滿足0.9 < Fno_fu 11 /Fno_w < 1.1時，本申請的變焦鏡頭的 恒定超大光圈在全焦段都能實現低照度環境下監控的需求。
【附圖說明】
[0015] 構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用 新型的示意性實用新型及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限 定。在附圖中：
[0016] 圖1示意性示出了本實用新型的變焦鏡頭在廣角端的結構圖；
[0017] 圖2示意性示出了本實用新型的變焦鏡頭在廣角端的MTF曲線圖；
[0018] 圖3示意性示出了本實用新型的變焦鏡頭在廣角端的低頻MTF曲線圖；
[0019] 圖4示意性示出了本實用新型在廣角端的離焦曲線圖；
[0020] 圖5示意性示出了本實用新型的變焦鏡頭在遠攝端的結構圖；
[0021] 圖6示意性示出了本實用新型的變焦鏡頭在遠攝端的MTF曲線圖；
[0022]圖7示意性示出了本實用新型的變焦鏡頭在遠攝端的低頻MTF曲線圖；以及
[0023] 圖8示意性示出了本實用新型的變焦鏡頭在遠攝端的離焦曲線圖。
[0024] 其中，上述附圖包括以下附圖標記：
[0025] 10、第一透鏡組；11、第一透鏡組第一透鏡；12、第一透鏡組第二透鏡；13、第一透鏡 組第三透鏡；20、第二透鏡組;21、第二透鏡組第一透鏡；22、第二透鏡組第二透鏡；23、第二 透鏡組第三透鏡;30、第三透鏡組;31、第三透鏡組第一透鏡;32、第三透鏡組第二透鏡；33、 第三透鏡組第三透鏡;34、第三透鏡組第四透鏡;35、第三透鏡組第五透鏡;40、第四透鏡組； 41、第四透鏡組第一透鏡;42、第四透鏡組第二透鏡;43、第四透鏡組第三透鏡;44、第四透鏡 組第四透鏡;50、成像面;60、孔徑光闌。
【具體實施方式】
[0026] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實用新型及實用新型中的特征可 以相互組合。下面將參考附圖并結合實用新型來詳細說明本實用新型。
[0027] 參見圖1和圖5所示，根據本實用新型，提供了一種變焦鏡頭，本實施例中的變焦鏡 頭包括第一透鏡組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30和第四透鏡組40，其中，第一透鏡組10、 第二透鏡組20、第三透鏡組30和第四透鏡組40沿光軸從物方至像方依次排列。
[0028]組裝的時候，將第一透鏡組10固定于第一預定位置上，第三透鏡組30固定于第二 預定位置上。這里的第一預定位置和第二預定位置可以是任何一個便于安裝第一透鏡組10 和第三透鏡組30的位置，例如可以是攝像機機架上的定位結構上便于安裝鏡組的位置。 [0029]在使用變焦鏡頭的過程中，第二透鏡組20沿光軸方向來回移動，從而對變焦鏡頭 進行變焦，第四透鏡組40也沿光軸方向來回移動以補償因第二透鏡組20移動而引起的像 差，保證變焦鏡頭的成像面50位置不變。
[0030] 本實施例中的變焦鏡頭滿足:0.95<Fno_w< 1.2,0.9<Fno_full/Fno_w< 1.1;其 中，？11〇_￥表示變焦鏡頭在廣角端的最大光圈，Fno_full表示變焦鏡頭在全焦段任意焦距下 的最大光圈。由于本實施例中的變焦鏡頭在廣角端的最大光圈，？11〇_'\￥在0.95至1.2的范圍 內，且全焦段任意焦距下的最大光圈Fno_full與Fno_w之比在0.9至1.1的范圍內，能夠滿足 變焦鏡頭在低照度環境下監控目標的需求。
[0031] 再次參見圖1所示，在實際使用過程中，第一透鏡組10左側為物方，第四透鏡組40 右側為像方，物方光線依次經過第一透鏡組10，第二透鏡組20，第三透鏡組30，再經過第四 透鏡組40,最后到達像方的感光芯片，感光芯片將光信息轉換為電信號，輸出最終圖像。當 本實用新型的變焦鏡頭滿足在廣角端的最大光圈Fno_w滿足0.95<Fn 〇_w< 1.2,全焦段任 意焦距下的最大光圈Fno_full與廣角端的最大光圈Fno_w滿足0.9 < Fno_full/Fno_w < 1.1 時，變焦鏡頭的恒定超大光圈在全焦段適用于低照度環境下監控。
[0032]本實用新型中的第一透鏡組10的光焦度為正，第二透鏡組20的光焦度為負，第三 透鏡組30的光焦度為正，第四透鏡組40的光焦度為正。在本實用新型的其他實施例中，第一 透鏡組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30和第四透鏡組40的光焦度還可以采用其他布置方 式，只要能夠滿足〇 ? 95 < Fno_w < 1 ? 2，0 ? 9 < Fno_full/Fno_w < 1 ? 1，從而使得變焦鏡頭的恒 定超大光圈能實現全焦段適用于低照度環境下監控即可。
[0033]本實用新型的變焦鏡頭的焦距為8-24mm，為了對變焦鏡頭的進光量進行控制，本 實施例中的變焦鏡頭還包括孔徑光闌60,該孔徑光闌60位于第二透鏡組20和第三透鏡組30 之間。
[0034]光學系統工作時，物方光線依次經過第一透鏡組10,第二透鏡組20,孔徑光闌60， 第三透鏡組30,再經過第四透鏡組40,最后在感光芯片上成像。優選地，本實用新型的孔徑 光闌60的半徑在7mm至11mm的范圍內，例如為9.5mm，在全焦段都具有超大光圈Fno_full < 1.1，能滿足低照度環境下監控目標的需求。
[0035]優選地，本實用新型的所有透鏡兩側表面均為普通球面，無需非球面加工工藝，各 片透鏡的中心厚度和邊緣厚度適當，加工方便。
[0036] 在本實施例中，第一透鏡組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30、第四透鏡組40均包 含一個膠合透鏡。膠合透鏡的兩個鏡片分別采用兩種不同的光學材料，阿貝數之差均大于 30,可以較好地校正色差。可以理解的是，這些膠合鏡片還可以通過其他適當方式組合在一 起，例如通過外設框架而組合在一起。
[0037]在本實用新型的一種優選的實施例中，膠合起來的兩個鏡片可以是成都光明生產 的 H-ZK9B 和 H-ZF52A，H-ZK9B的阿貝數為 60.3，H-ZF52A 的阿貝數為 23.8。
[0038]在本實用新型中，第四透鏡組40中從物側到像側排列的第二個鏡片，即第四透鏡 組第二透鏡42所用材料為nd=l .48，vd = 70.13,其中nd為d光折射率，vd為d光的阿貝數，d 光波長為587nm，第四透鏡組第二透鏡42所用材料是一種高阿貝數低色散材料，對校正色差 的作用明顯。
[0039]本實用新型的變焦鏡頭遠攝端的焦距ft與廣角端的焦距fw的比值滿足2.2〈ft/fw 〈3.5。第一透鏡組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30和第四透鏡組40均滿足:7〈 | fWfw |〈9， 4 ? 5〈 | fWf2Q |〈6，0 ? 6〈 | fWf3Q |〈 1 ? 1，3〈 | fWf4Q |〈4 ? 1 ;其中，f1()、f2Q、f3Q、f4Q依次為第一透鏡 組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30以及第四透鏡組40的焦距，fw表示變焦鏡頭廣角端的焦 距。在變焦過程中，第二透鏡組20與第四透鏡組40滿足：1.5〈 | d2/f2〇 |〈2，0.2〈 | d4/f4〇 |〈0.5， 其中，d2為第二透鏡組20的最大移動距離，d4為第四透鏡組40的最大移動距離。
[0040] 優選地，第一透鏡組10、第二透鏡組20、第三透鏡組30、第四透鏡組40包含的鏡片 數量均為3~5片。參見圖1至圖5所示，在本實用新型的一種優選的實施例中，第一透鏡組10 包括第一透鏡組第一透鏡11、第一透鏡組第二透鏡12和第一透鏡組第三透鏡13。第二透鏡 組20包括第二透鏡組第一透鏡21、第二透鏡組第二透鏡22、第二透鏡組第三透鏡23。第三透 鏡組30包括第三透鏡組第一透鏡31、第三透鏡組第二透鏡32、第三透鏡組第三透鏡33、第三 透鏡組第四透鏡34和第三透鏡組第五透鏡35。第四透鏡組40包括第四透鏡組第一透鏡41、 第四透鏡組第二透鏡42、第四透鏡組第三透鏡43和第四透鏡組第四透鏡44。根據以上條件， 可以確定變焦鏡頭的各透鏡組的一種結構如下：
[0041] 表1列出了本實用新型中各光學元件的名稱、從物方到像方依次編號的透鏡面的 序號、各光學表面的曲率半徑、沿光軸方向各光學面的間距、以及各透鏡所用材料的d光折 射率和d光阿貝數。表2列出本實用新型在廣角端和遠攝端的焦距、光圈以及發生變化的間 距。
[0042] 表 1
[0046]本實施例中對變焦鏡頭處于廣角端和遠攝端的使用效果進行了驗證。如圖5示意 性示出了本實用新型的變焦鏡頭在遠攝端的結構圖，圖中71至96為對應鏡片的光學表面， 對比圖1可知，第一透鏡組10和第三透鏡組30分別固定于第一預定位置和第二預定位置上。 第二透鏡組20沿光軸移動實現鏡頭的變焦，第四透鏡組40沿光軸移動實現鏡頭的聚焦。 [0047] MTF調制傳遞函數常用于分析鏡頭的解像力，測定MTF時以1mm范圍內能呈現多少 條黑白線對來度量，單位為lp/mm。
[0048]本實用新型圖2所示為本實用新型在430nm至700nm的工作光譜范圍下廣角端的 MTF曲線圖。圖6所示為本實用新型在430nm至700nm的工作光譜范圍下遠攝端的MTF曲線圖。 該變焦鏡頭在廣角端和遠攝端工作時，中心視場在1601p/mm處的調制傳遞函數MTF>0.4,邊 緣視場在120 lp/mm處的調制傳遞函數MTF>0.3。結合圖3和圖7所示，中心視場和邊緣視場在 低頻20lp/mm處的調制傳遞函數MTF>0.85，低頻MTF較高，使本實用新型的變焦鏡頭的成像 具有更好的通透性。
[0049] 圖4所示為本實用新型的變焦鏡頭在廣角端的離焦曲線圖。圖8所示為本實用新型 的變焦鏡頭在遠攝端的離焦曲線圖。該變焦鏡頭在廣角端和遠攝端工作時，離焦量都在 0.020mm以內，有效保證了變焦鏡頭在廣角端和遠攝端均能成像清晰。
[0050] 以上所述僅為本實用新型的優選實用新型而已，并不用于限制本實用新型，對于 本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原 則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種變焦鏡頭，其特征在于，包括第一透鏡組（10)、第二透鏡組（20)、第三透鏡組 (30)和第四透鏡組(40)，所述第一透鏡組（10)、所述第二透鏡組(20)、所述第三透鏡組(30) 和所述第四透鏡組(40)沿光軸從物方至像方依次排列； 所述第一透鏡組（10)固定于第一預定位置上，所述第三透鏡組(30)固定于第二預定位 置上； 所述第二透鏡組(20)沿所述光軸移動以實現所述變焦鏡頭的變焦； 所述第四透鏡組(40)沿所述光軸移動以補償因所述第二透鏡組（20)移動而引起的像 差;其中，所述變焦鏡頭滿足： 0.95 < Fno-w < 1.2， 0.9 < Fno_full/Fno_w <1.1； 其中，Fno_w表示所述變焦鏡頭在廣角端的最大光圈，Fno_full表示所述變焦鏡頭在全 焦段任意焦距下的最大光圈。2. 根據權利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組（10)的光焦度為正， 所述第二透鏡組(20)的光焦度為負，所述第三透鏡組(30)的光焦度為正，所述第四透鏡組 (40)的光焦度為正。3. 根據權利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述變焦鏡頭還包括孔徑光闌（60)， 所述孔徑光闌（60)位于所述第二透鏡組(20)和所述第三透鏡組(30)之間，且所述孔徑光闌 (60)的軸線與所述光軸一致。4. 根據權利要求3所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述孔徑光闌（60)的半徑在7mm至 Ilmm的范圍內。5. 根據權利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述變焦鏡頭滿足： 2.2<ft/fw<3.5； 其中，ft表示所述變焦鏡頭遠攝端的焦距，fw表示所述變焦鏡頭廣角端的焦距。6. 根據權利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組（10)、所述第二透鏡 組(20 )、所述第三透鏡組(30)和所述第四透鏡組(40)均滿足： 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()依次為所述第一透鏡組（1())、所述第二透鏡組(2())、所述第三透鏡 組(30)以及所述第四透鏡組(40)的焦距，fw表示所述變焦鏡頭廣角端的焦距。7. 根據權利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，在變焦過程中，所述第二透鏡組(20) 與所述第四透鏡組(40)滿足： 1.5<|d2/f2〇|<2； 0.2< I d4/f4〇 I <0.5 ； 其中，d2為所述第二透鏡組(20)的最大移動距離，d4為所述第四透鏡組(40)的最大移動 距離，f 2〇和f 4〇依次為所述第二透鏡組(20)和所述第四透鏡組(40)的焦距。8. 根據權利要求1至7中任一項所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組（10)、所 述第二透鏡組(20)、所述第三透鏡組(30)、所述第四透鏡組(40)包含的鏡片數量均為3~5 片。9. 根據權利要求8所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡組（10)、所述第二透鏡 組(20 )、所述第三透鏡組(30 )、所述第四透鏡組(40)均包含一個膠合透鏡。10. 根據權利要求9所述的變焦鏡頭，其特征在于，所述膠合透鏡的兩個鏡片的阿貝數 之差大于30,所述第四透鏡組(40)中從物側到像側排列的第二個所述鏡片的材料為nd = 1.48,vd = 70.13〇
【文檔編號】G02B15/14GK205507203SQ201620274272
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】羅紅妹, 劉超, 楊坤, 王威, 何品將
【申請人】杭州海康威視數字技術股份有限公司