阅读说明：本技术 一种变焦镜头 (Zoom lens ) 是由 朱光春 于 2019-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种变焦镜头。该变焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的前固定组、变倍组、补偿组、光阑以及后固定组,变倍组、补偿组和光阑在变焦时沿光轴往复移动；前固定组包括正光焦度的第一透镜,变倍组包括从物方到像方排列的负光焦度的第二透镜和负光焦度的第三透镜,补偿组包括正光焦度的第四透镜,后固定组包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜和正光焦度的第七透镜。本发明实施例的技术方案,可以实现15×连续变焦,且具有主动消热差功能,可以满足镜头在-40℃～60℃宽温度范围内稳定成像,其短焦具有更大的通光孔径,使得短焦成像效果更好,使成像具有高的对比度、画面更加清晰。(The embodiment of the invention discloses a zoom lens. The zoom lens comprises a front fixed group, a zoom group, a compensation group, a diaphragm and a rear fixed group which are sequentially arranged from an object side to an image side along an optical axis, wherein the zoom group, the compensation group and the diaphragm move in a reciprocating manner along the optical axis during zooming; the front fixed group comprises a first lens with positive focal power, the zoom group comprises a second lens with negative focal power and a third lens with negative focal power which are arranged from the object space to the image space, the compensation group comprises a fourth lens with positive focal power, and the rear fixed group comprises a fifth lens with negative focal power, a sixth lens with negative focal power and a seventh lens with positive focal power which are sequentially arranged from the object space to the image space. The technical scheme of the embodiment of the invention can realize 15 multiplied by continuous zooming, has the function of actively eliminating the heat difference, can meet the requirement of stable imaging of the lens in a wide temperature range of-40-60 ℃, has larger clear aperture for short focus, has better short focus imaging effect, and ensures that the imaging has high contrast and the image is clearer.)

一种变焦镜头

技术领域

本发明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

随着红外技术的不断发展，市场对长波红外镜头的需求越来越高，目前在红外安防监控领域和一些大场景应用领域，普遍需要多视场和连续变焦镜头来实现。由于连续变焦具有大范围搜索、小视场精准定位功能，保证在变焦过程中目标不丢失，成像稳定等特点，被广泛应用于边境防入侵、港口监控、森林防火、道路安全等大场景应用场合。

目前市面上普通连续变焦镜头大多采用恒定F数结构，这就使得连续变焦镜头变倍比超过10×以上的镜头，其首片镜片口径很大，造成加工难度大、成本高，最终导致整体镜头质量大、安装携带不便等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种变焦镜头，包括沿光轴从物方到像方依次排列的前固定组、变倍组、补偿组、光阑以及后固定组，所述变倍组、所述补偿组和所述光阑在变焦时沿所述光轴往复移动；

所述前固定组包括正光焦度的第一透镜，所述变倍组包括从物方到像方排列的负光焦度的第二透镜和负光焦度的第三透镜，所述补偿组包括正光焦度的第四透镜，所述后固定组包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜和正光焦度的第七透镜。

可选的，所述第一透镜至所述第七透镜的表面中，包括至少一个衍射面和至少一个非球面。

可选的，所述第一透镜为至少一个表面是衍射面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜；所述第二透镜为至少一个表面是非球面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜；所述第三透镜为至少一个表面是非球面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜；所述第四透镜至少一个表面是非球面；所述第五透镜为至少一个表面是非球面，且凹面朝向物侧的弯月形透镜；所述第六透镜为至少一个表面是非球面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜；所述第七透镜为至少一个面是非球面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜。

可选的，所述变焦镜头满足：

0.3<ft·(n-1)/(FNO·R1)<1.5；

0.05<fs·(n-1)/(FNO·R1)<0.3；

其中，ft表示所述变焦镜头处于长焦状态时的焦距；fs表示所述变焦镜头处于短焦状态时的焦距；n表示所述第一透镜的折射率；FNO表示所述变焦镜头的光圈F数；R1表示所述第一透镜朝向像侧的表面的曲率半径。

可选的，所述前固定组满足：

0.2<|f1/ft|<1.5；

其中，f1表示所述第一透镜的焦距，ft表示所述变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，所述变倍组满足：

0.01<|f23/ft|<0.3；

其中，f23为所述第二透镜和所述第三透镜的组合焦距，ft表示所述变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，所述补偿组满足：

0.1<|f4/ft|<0.6；

其中，f4表示所述第四透镜的焦距，ft所述变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，所述后固定组满足：

0.3<|f56/ft|<1.2；

0.05<|f7/ft|<0.4；

其中，f56表示所述第五透镜和所述第六透镜的组合焦距，f7表示所述第七透镜的焦距，ft为所述变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，所述变焦镜头满足：

0.05<|BFL/ft|<0.2；

其中，BFL表示所述第七透镜朝向像侧的轴上点到像面的距离，ft表示所述变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，所述光阑设置于所述第四透镜和所述第五透镜之间，且所述光阑在所述变焦镜头变焦时随所述第四透镜沿所述光轴移动。

可选的，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第六透镜和所述第七透镜均为单晶锗玻璃透镜，所述第五透镜为硫系玻璃透镜。

本发明实施例提供的变焦镜头，通过变倍组和补偿组沿光轴往复移动，实现变焦镜头的15×连续变焦；变焦过程中，光阑沿光轴移动，在不同焦距位置，相对孔径大小不同，从而实现镜头的F数变化。与传统恒定F数相比，广角具有更高的通光量，镜头在从广角搜索目标到长焦精准定位过程中，焦距可连续变化且保证目标物体不丢失，而且首片镜片相对于恒定F数结构口径可以减小25％以上，且其短焦具有更大的通光孔径，使得短焦成像效果更好，使成像具有高的对比度、画面更加清晰；通过合理设置个透镜的结构以及光焦度之间的搭配关系，使得变焦镜头具有主动消热差功能，可以满足镜头在-40℃～60℃宽温度范围内稳定成像，使镜头可以在温度变化较大的环境中使用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种变焦镜头的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种变焦镜头处于广角状态的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的变焦镜头处于广角状态的调制传递函数MTF曲线示意图；

图4是本发明实施例提供的变焦镜头处于广角状态的弥散斑示意图；

图5是本发明实施例提供的变焦镜头处于广角状态的场曲畸变示意图；

图6是本发明实施例提供的一种变焦镜头处于中焦状态的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的变焦镜头处于中焦状态的MTF曲线示意图；

图8是本发明实施例提供的变焦镜头处于中焦状态的弥散斑示意图；

图9是本发明实施例提供的变焦镜头处于中焦状态的场曲畸变示意图；

图10是本发明实施例提供的一种变焦镜头处于长焦状态的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的变焦镜头处于长焦状态的MTF曲线示意图；

图12是本发明实施例提供的变焦镜头处于长焦状态的弥散斑示意图；

图13是本发明实施例提供的变焦镜头处于长焦状态的场曲畸变示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明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发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示为本发明实施例提供的一种变焦镜头的结构示意图。参考图1，本发明实施例提供的变焦镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列的前固定组1、变倍组2、补偿组3、光阑4以及后固定组5，变倍组2、补偿组3和光阑4在变焦时沿光轴往复移动；前固定组1包括正光焦度的第一透镜11，变倍组2包括从物方到像方排列的负光焦度的第二透镜21和负光焦度的第三透镜22，补偿组3包括正光焦度的第四透镜31，后固定组5包括从物方到像方依次排列的负光焦度的第五透镜51、负光焦度的第六透镜52和正光焦度的第七透镜53。

可以理解的是，在本实施例中，可以将各透镜设置于一个镜筒(图1中未示出)内，通过变倍组2沿光轴往复移动实现了镜头焦距变化，同时，通过补偿组3沿光轴往复移动补偿了变倍组2移动时引起的像差，通过补偿组3和变倍组2组合移动实现本发明在变焦过程中清晰成像，减小了变焦过程中像面的偏移。通过光阑4的移动，实现在不同焦距位置，相对孔径大小不同，从而可以改变镜头的F数。通过设置各透镜之间的焦距及组合关系，在本发明的一个实施例中，变焦镜头为一种总长度384mm的长波红外连续变焦镜头，其焦距变倍比为15倍，变焦范围为20mm～300mm，在短焦状态时F数为0.88、长焦状态时F数为1.5；且适配于1024×768分辨率，像元大小为14μm的非制冷探测器。

本实施例的技术方案，通过变倍组和补偿组沿光轴往复移动，实现变焦镜头的15×连续变焦；变焦过程中，光阑沿光轴移动，在不同焦距位置，相对孔径大小不同，从而实现镜头的F数变化。与传统恒定F数相比，广角具有更高的通光量，镜头在从广角搜索目标到长焦精准定位过程中，焦距可连续变化且保证目标物体不丢失，而且首片镜片相对于恒定F数结构口径可以减小25％以上，且其短焦具有更大的通光孔径，使得短焦成像效果更好，使成像具有高的对比度、画面更加清晰；通过合理设置个透镜的结构以及光焦度之间的搭配关系，使得变焦镜头具有主动消热差功能，可以满足镜头在-40℃～60℃宽温度范围内稳定成像，使镜头可以在温度变化较大的环境中使用。

在上述技术方案的基础上，可选的，第一透镜11至第七透镜53的表面中，包括至少一个衍射面和至少一个非球面。

可以理解的是，衍射面可以改变不同波段光线的焦点位置，可以矫正长焦状态时的色差，改善成像质量。非球面相比于球面具有更佳的曲率半径特性，具有改善球差等像差的优点，能够使得视野变得更大而真实。采用非球面能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。

可选的，第一透镜11为至少一个表面是衍射面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜；第二透镜21为至少一个表面是非球面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜；第三透镜22为至少一个表面是非球面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜；第四透镜31至少一个表面是非球面；第五透镜51为至少一个表面是非球面，且凹面朝向物侧的弯月形透镜；第六透镜52为至少一个表面是非球面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜；第七透镜53为至少一个面是非球面，且凸面朝向物侧的弯月形透镜。

示例性的，表1为本发明实施例提供的一种变焦镜头在广角状态(短焦)下各透镜的光学参数设计值：

表1 变焦镜头在广角状态下各透镜的一种设计值

其中，面序号1表示第一透镜11靠近物方的前表面，依次类推，面序号15和16表示镜头保护玻璃，IMA表示像面。

示例性的，图2所示为本发明实施例提供的一种变焦镜头处于广角状态的结构示意图，图3所示为本发明实施例提供的变焦镜头处于广角状态的调制传递函数MTF曲线示意图，图4所示为本发明实施例提供的变焦镜头处于广角状态的弥散斑示意图，图5所示为本发明实施例提供的变焦镜头处于广角状态的场曲畸变示意图。

示例性的，表2为本发明实施例提供的一种变焦镜头在中焦状态下各透镜的光学参数设计值：

表2 变焦镜头在中焦状态下各透镜的一种设计值

面序号	面型	半径(mm)	间距(mm)	材料	口径(mm)
						1	球面	279.275	14	单晶锗	100
2	衍射面	490.161	114.58		97.3
						3	非球面	294.382	6	单晶锗	42
4	球面	232.12	4		39.4
						5	球面	174.00	5.5	单晶锗	39
6	非球面	76.077	55.52		36.2
						7	球面	716.392	6.5	单晶锗	35.5
8	非球面	-366.693	64.89		35.5
						9	非球面	-126.663	5.5	硫系玻璃	33.4
10	球面	-140.01	9.72		35.5
						11	球面	285.8	4.5	单晶锗	36
12	非球面	219.206	53.68		34.6
						13	球面	56.885	7	单晶锗	32.5
14	非球面	83.47	29.97		30
						15	球面	infinity	1	单晶锗
16	球面	infinity	1
						IMA	平面	infinity

其中，面序号1表示第一透镜11靠近物方的前表面，依次类推，面序号15和16表示镜头保护玻璃，IMA表示像面。

示例性的，图6所示为本发明实施例提供的一种变焦镜头处于中焦状态的结构示意图，图7所示为本发明实施例提供的变焦镜头处于中焦状态的MTF曲线示意图，图8所示为本发明实施例提供的变焦镜头处于中焦状态的弥散斑示意图，图9所示为本发明实施例提供的变焦镜头处于中焦状态的场曲畸变示意图。

示例性的，表3为本发明实施例提供的一种变焦镜头在长焦状态下各透镜的光学参数设计值：

表3 变焦镜头在长焦状态下各透镜的一种设计值

其中，面序号1表示第一透镜11靠近物方的前表面，依次类推，面序号15和16表示镜头保护玻璃，IMA表示像面。

示例性的，图10所示为本发明实施例提供的一种变焦镜头处于长焦状态的结构示意图，图11所示为本发明实施例提供的变焦镜头处于长焦状态的MTF曲线示意图，图12所示为本发明实施例提供的变焦镜头处于长焦状态的弥散斑示意图，图13所示为本发明实施例提供的变焦镜头处于长焦状态的场曲畸变示意图。

可选的，本实施例提供变焦镜头满足：

0.3<ft·(n-1)/(FNO·R1)<1.5；

0.05<fs·(n-1)/(FNO·R1)<0.3；

其中，ft表示变焦镜头处于长焦状态时的焦距；fs表示变焦镜头处于短焦状态时的焦距；n表示第一透镜11的折射率；FNO表示变焦镜头的光圈F数；R1表示第一透镜11朝向像侧的表面的曲率半径。

本实施例提供的变焦镜头，适用于红外波段，其中n表示第一透镜在中心波长10μm时的折射率，ft最大值为300mm，fs最小值为20mm，F最大为0.88，最小为1.5。

可选的，前固定组1满足：

0.2<|f1/ft|<1.5；

其中，f1表示第一透镜11的焦距，ft表示变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，变倍组2满足：

0.01<|f23/ft|<0.3；

其中，f23为第二透镜21和第三透镜22的组合焦距，ft表示变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，补偿组3满足：

0.1<|f4/ft|<0.6；

其中，f4表示第四透镜31的焦距，ft变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，后固定组5满足：

0.3<|f56/ft|<1.2；

0.05<|f7/ft|<0.4；

其中，f56表示第五透镜51和第六透镜52的组合焦距，f7表示第七透镜53的焦距，ft为变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，本实施例提供的变焦镜头满足：

0.05<|BFL/ft|<0.2；

其中，BFL表示第七透镜53朝向像侧的轴上点到像面的距离，ft表示变焦镜头处于长焦状态时的焦距。

可选的，参考图2、图6及图10，光阑4设置于第四透镜31和第五透镜51之间，且光阑4在变焦镜头变焦时随第四透镜31沿光轴移动。

通过光阑4沿光轴移动，在不同焦距位置，相对孔径大小不同，从而实现变焦镜头的F数变化，与传统恒定F数相比，广角具有更高的通光量，使成像具有高的对比度、画面更加清晰。

可选的，第一透镜11、第二透镜21、第三透镜22、第四透镜31、第六透镜52和第七透镜53均为单晶锗玻璃透镜，第五透镜51为硫系玻璃透镜。

在本实施例中，通过单晶锗玻璃和硫系玻璃材料的组合光学结构，实现了15×连续变焦，且具有主动消热差功能，可以满足镜头在-40℃～60℃宽温度范围内稳定成像，使镜头可以在温度变化较大的环境中使用，通过设计第五透镜采用硫系玻璃透镜，在大批量生产时可以使用精密模压工艺，大大降低成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。