一种高性能长焦距连续变焦镜头

1.本发明涉及变焦镜头，具体涉及一种高性能长焦距连续变焦镜头。


背景技术：

2.高性能长焦距连续变焦镜头在商用监控、数码摄像、医疗诊断、公安侦查、边防监控及森林防火等领域有着广泛的应用。除了要求视场大、像面稳定、成像质量好外，还要求大倍率、焦距长、畸变小，结构紧凑，具有调焦、变焦和调光功能，一般要求成像范围φ≥32mm，在0.8视场以内、空间频率50lp/mm时，mtf≥0.25，倍率一般为20倍，长焦不小于1米，短焦的畸变＜2％，长焦的畸变＜0.5％。
3.目前的高性能长焦距连续变焦镜头通常包括前固定组、变焦组、补偿组和后固定组，一般采用变焦组和补偿组做非线性运动，或者结合多组联动等方式实现变焦，并且镜组采用多组高次非球面的镜片用于校正像差，以获得较好的成像质量。但这类长焦距连续变焦镜头的缺点是机械结构复杂、加工要求较高，而且可见光高次非球面镜片的加工、检测及装调难度较大，工艺性不好。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有长焦距连续变焦镜头机械结构复杂、加工难度要求高、检测及装调难度较大的技术问题，而提供一种高性能长焦距连续变焦镜头。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种高性能长焦距连续变焦镜头，包括由物侧到像侧依次设置的前固定组1、变焦组2、补偿组3和后固定组4，其特殊之处在于：
7.所述前固定组1、变焦组2、补偿组3和后固定组4均采用球面镜，球面镜具有较好的工艺性；
8.所述前固定组1位置固定，用于色差和球差校正，以及轴外像差的辅助校正；
9.所述变焦组2在前固定组1与补偿组3之间做线性运动，用于实现变焦，同时辅助校正所述前固定组1剩余的像差；所述变焦组2包括由物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第五透镜21、具有负光焦度的第六透镜22、具有负光焦度的第七透镜23和具有正光焦度的第八透镜24；所述第七透镜23和第八透镜24组成第一胶合镜；变焦组2通过线性调节光学间隔，从而实现连续变焦；
10.所述补偿组3在变焦组2与后固定组4之间做非线性运动，用于补偿变焦组2在变焦过程中像面轴向位置的变化，同时辅助校正变焦组2剩余的像差；所述补偿组3包括由物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第九透镜31、具有负光焦度的第十透镜32、具有正光焦度的第十一透镜33和具有正光焦度的第十二透镜34；所述第十透镜32和第十一透镜33组成第二胶合镜；补偿组3通过非线性调节光学间隔变化实现像面的补偿，保证像面的稳定性；补偿组3具体做何种非线性运动，根据系统的成像特性进行理论计算，一般为平滑曲线运动；
11.所述后固定组4位置固定，包括由物侧到像侧依次设置的后固定组ⅰ5、后固定组ⅱ6和后固定组ⅲ7，所述补偿组3在变焦组2与后固定组ⅰ5之间做非线性运动；
12.所述后固定组ⅰ5用于对补偿组的剩余像差进行校正，剩余像差包括球差、色差、会差、像散、场曲和畸变等；
13.所述后固定组ⅱ6用于对后固定组ⅰ5的剩余像差进行校正；
14.所述后固定组ⅲ7用于校正场曲，以提高成像质量。
15.进一步地，所述前固定组1包括由物侧到像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜11、具有正光焦度的第二透镜12、具有负光焦度的第三透镜13和具有正光焦度的第四透镜14。
16.进一步地，所述后固定组ⅰ5包括由物侧到像侧依次设置的具有负光焦度的第十三透镜51、具有正光焦度的第十四透镜52、具有负光焦度的第十五透镜53、具有正光焦度的第十六透镜54和具有负光焦度的第十七透镜55。
17.进一步地，所述后固定组ⅱ6包括由物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第十八透镜61和具有负光焦度的第十九透镜62；
18.所述第十八透镜61和第十九透镜62组成第三胶合镜。
19.进一步地，所述后固定组ⅲ7包括具有正光焦度的第二十透镜71。
20.进一步地，还包括位于后固定组ⅰ5与补偿组3之间的孔径光栏；
21.所述孔径光栏位于所述后固定组ⅰ5的第一片透镜前，并与后固定组ⅰ5的第一片透镜紧贴，孔径光栏用于实现调光；
22.所述补偿组3在变焦组2与孔径光栏之间做非线性运动。
23.进一步地，所述第四透镜14与第五透镜21之间的距离为2.8mm～281.1mm。
24.进一步地，所述第八透镜24与第九透镜31之间的距离为2mm～419.5mm。
25.进一步地，所述第十二透镜34与孔径光栏之间的距离为1mm～140.2mm。
26.与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
27.本发明提供的高性能长焦距连续变焦镜头采用球面镜，具有较好的工艺性；变焦组做线性运动实现变焦，补偿组做非线性运动实现像面稳定，倍率较大、视场较大，畸变较低、成像质量较好，能够满足实际使用要求。
附图说明
28.图1为本发明高性能长焦距连续变焦镜头实施例的短焦状态光路图；
29.图2为本发明高性能长焦距连续变焦镜头实施例的中焦状态光路图；
30.图3为本发明高性能长焦距连续变焦镜头实施例的长焦状态光路图；
31.图4为本发明高性能长焦距连续变焦镜头实施例在空间频率为50lp/mm时短焦状态的mtf曲线图；
32.图5为本发明高性能长焦距连续变焦镜头实施例在空间频率为50lp/mm时中焦状态的mtf曲线图；
33.图6为本发明高性能长焦距连续变焦镜头实施例在空间频率为50lp/mm时长焦状态的mtf曲线图；
34.图7为本发明高性能长焦距连续变焦镜头实施例的短焦状态畸变曲线图；
35.图8为本发明高性能长焦距连续变焦镜头实施例的中焦状态畸变曲线图；
36.图9为本发明高性能长焦距连续变焦镜头实施例的长焦状态畸变曲线图；
37.附图标记说明如下：
38.1-前固定组，11第一透镜，12-第二透镜，13-第三透镜，14第四透镜；
39.2-变焦组，21-第五透镜，22-第六透镜，23第七透镜，24-第八透镜；
40.3-补偿组，31-第九透镜，32-第十透镜，33-第十一透镜，34-第十二透镜；
41.4-后固定组；
42.5-后固定组ⅰ，51第十三透镜，52-第十四透镜，53-第十五透镜，54-第十六透镜，55-第十七透镜；
43.6-后固定组ⅱ，61-第十八透镜，62-第十九透镜；
44.7-后固定组ⅲ，71-第二十透镜。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高性能长焦距连续变焦镜头作进一步详细说明。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.参见图1、图2、图3，一种高性能长焦距连续变焦镜头，包括由物侧到像侧依次设置的前固定组1、变焦组2、补偿组3和后固定组4。前固定组1、变焦组2、补偿组3和后固定组4均采用球面镜。
48.前固定组1位置固定，用于色差和球差校正，以及轴外像差的辅助校正，包括由物侧到像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜11、具有正光焦度的第二透镜12、具有负光焦度的第三透镜13、具有正光焦度的第四透镜14。
49.变焦组2在前固定组1与补偿组3之间做线性运动，包括由物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第五透镜21、具有负光焦度的第六透镜22、具有负光焦度的第七透镜23和具有正光焦度的第八透镜24，其中，第七透镜23和第八透镜24组成第一胶合镜。变焦组2主要用于实现变焦，同时辅助校正前固定组1剩余的像差。前固定组1的第四透镜14与变焦组2的第五透镜21之间的距离为2.8mm～281.1mm。
50.补偿组3在变焦组2与后固定组4之间做非线性运动，包括由物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第九透镜31、具有负光焦度的第十透镜32、具有正光焦度的第十一透镜33和具有正光焦度的第十二透镜34，其中，第十透镜32和第十一透镜33组成第二胶合镜。补偿组3用于补偿变焦组2变焦过程中像面轴向位置的变化，同时辅助校正变焦组2剩余的像差。变焦组2的第八透镜24与补偿组3的第九透镜31之间的距离为2mm～419.5mm。
51.后固定组4位置固定，包括由物侧到像侧依次设置的后固定组ⅰ5、后固定组ⅱ6和后固定组ⅲ7。后固定组ⅰ5用于对补偿组3剩余球差、色差和部分其他像差进行校正，包括由物侧到像侧依次设置的具有负光焦度的第十三透镜51、具有正光焦度的第十四透镜52、具有负光焦度的第十五透镜53、具有正光焦度的第十六透镜54、具有负光焦度的第十七透镜55。后固定组ⅱ6用于对后固定组ⅰ5的剩余像差进行校正，包括由物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第十八透镜61、具有负光焦度的第十九透镜62，其中，第十八透镜61和第十九
透镜62组成第三胶合镜。后固定组ⅲ7用于校正场曲，以实现提高成像质量目的，包括具有正光焦度的第二十透镜71。
52.同时，在后固定组ⅰ5与补偿组3之间设置孔径光栏，孔径光栏位于第十三透镜51前，用于实现调光。补偿组3的第十二透镜34与孔径光栏之间的距离为1mm～140.2mm。
53.连续改变第四透镜14与第五透镜21之间的距离、第八透镜24与第九透镜31之间的距离、第十二透镜34与孔径光栏之间的距离，可以实现本发明高性能长焦距连续变焦镜头的变焦和补偿。第四透镜14与第五透镜21之间的距离由2.8mm向264.6mm变化、第八透镜24与第九透镜31之间的距离由419.5mm向64.8mm变化、第十二透镜34与孔径光栏之间的距离由1mm向93.9mm变化时，系统焦距由短焦变为中焦。第四透镜14与第五透镜21之间的距离由264.6mm向281.1mm变化、第八透镜24与第九透镜31之间的距离由64.8mm向2mm变化、第十二透镜34与孔径光栏之间的距离由93.9mm向140.2mm变化时，系统焦距由中焦变为长焦。
54.变焦组2和补偿组3分别通过线性和非线性调节光学间隔变化实现光学镜头的连续变焦和补偿。图1、图2、图3所示，分别为本发明在短焦、中焦和长焦状态时的光路图。本发明采用6组20片式结构，镜片面形均采用球面，有较好的工艺性，变焦组2做线性运动实现变焦，补偿组3做非线性运动实现像面稳定，倍率较大、视场较大，畸变较低、成像质量较好。本发明的第一透镜11与第二十透镜71之间的距离，也即系统总长为872mm，焦距为46.7mm～1045mm，f数为f4～f10，成像尺寸为φ32.8mm，能够满足实际使用要求。如表1所示，为本发明在短焦状态时的光学元件参数表。
55.表1
56.57.[0058][0059]
如图4、图5、图6所示，分别为本发明提供的高性能长焦距连续变焦镜头在短焦、中焦、长焦状态下空间频率为50lp/mm时的mtf曲线图，如图7、图8、图9所示，分别为本发明提供的高性能长焦距连续变焦镜头在短焦、中焦、长焦状态下空间频率为50lp/mm时的畸变曲线图，可以看出，本发明具有较好的成像质量，全视场畸变较小，能够满足商用、边防和森林防火等监控要求。
[0060]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。

技术特征：
1.一种高性能长焦距连续变焦镜头，包括由物侧至像侧依次设置的前固定组(1)、变焦组(2)、补偿组(3)和后固定组(4)，其特征在于：所述前固定组(1)、变焦组(2)、补偿组(3)和后固定组(4)均采用球面镜；所述前固定组(1)位置固定，用于色差和球差校正，以及轴外像差的辅助校正；所述变焦组(2)在前固定组(1)与补偿组(3)之间做线性运动，用于实现变焦，同时辅助校正所述前固定组(1)剩余的像差；所述变焦组(2)包括由物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第五透镜(21)、具有负光焦度的第六透镜(22)、具有负光焦度的第七透镜(23)和具有正光焦度的第八透镜(24)；所述第七透镜(23)和第八透镜(24)组成第一胶合镜；所述补偿组(3)在变焦组(2)与后固定组(4)之间做非线性运动，用于补偿变焦组(2)在变焦过程中像面轴向位置的变化，同时辅助校正变焦组(2)剩余的像差；所述补偿组(3)包括由物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第九透镜(31)、具有负光焦度的第十透镜(32)、具有正光焦度的第十一透镜(33)和具有正光焦度的第十二透镜(34)；所述第十透镜(32)和第十一透镜(33)组成第二胶合镜；所述后固定组(4)位置固定，包括由物侧至像侧依次设置的后固定组ⅰ(5)、后固定组ⅱ(6)和后固定组ⅲ(7)，所述补偿组(3)在变焦组(2)与后固定组ⅰ(5)之间做非线性运动；所述后固定组ⅰ(5)用于对补偿组(3)的剩余像差进行校正；所述后固定组ⅱ(6)用于对后固定组ⅰ(5)的剩余像差进行校正；所述后固定组ⅲ(7)用于校正场曲，提高成像质量。2.根据权利要求1所述的一种高性能长焦距连续变焦镜头，其特征在于：所述前固定组(1)包括由物侧到像侧依次设置的具有负光焦度的第一透镜(11)、具有正光焦度的第二透镜(12)、具有负光焦度的第三透镜(13)和具有正光焦度的第四透镜(14)。3.根据权利要求2所述的一种高性能长焦距连续变焦镜头，其特征在于：所述后固定组ⅰ(5)包括由物侧到像侧依次设置的具有负光焦度的第十三透镜(51)、具有正光焦度的第十四透镜(52)、具有负光焦度的第十五透镜(53)、具有正光焦度的第十六透镜(54)和具有负光焦度的第十七透镜(55)。4.根据权利要求3所述的一种高性能长焦距连续变焦镜头，其特征在于：所述后固定组ⅱ(6)包括由物侧到像侧依次设置的具有正光焦度的第十八透镜(61)和具有负光焦度的第十九透镜(62)；所述第十八透镜(61)和第十九透镜(62)组成第三胶合镜。5.根据权利要求4所述的一种高性能长焦距连续变焦镜头，其特征在于：所述后固定组ⅲ(7)包括具有正光焦度的第二十透镜(71)。6.根据权利要求1-5任一所述的一种高性能长焦距连续变焦镜头，其特征在于：还包括位于后固定组ⅰ(5)与补偿组(3)之间的孔径光栏；所述孔径光栏位于所述后固定组ⅰ(5)前，并与后固定组ⅰ(5)的第一片透镜紧贴；所述补偿组(3)在变焦组(2)与孔径光栏之间做非线性运动。7.根据权利要求6所述的一种高性能长焦距连续变焦镜头，其特征在于：所述第四透镜(14)与第五透镜(21)之间的距离为2.8mm～281.1mm。8.根据权利要求7所述的一种高性能长焦距连续变焦镜头，其特征在于：所述第八透镜(24)与第九透镜(31)之间的距离为2mm～419.5mm。9.根据权利要求8所述的一种高性能长焦距连续变焦镜头，其特征在于：所述第十二透
镜(34)与孔径光栏之间的距离为1mm～140.2mm。

技术总结
本发明涉及变焦镜头，具体涉及一种高性能长焦距连续变焦镜头，解决了现有变焦镜头机械结构复杂、加工难度高的技术问题。本发明提供的连续变焦镜头包括由物侧到像侧依次设置的前固定组、变焦组、补偿组和后固定组，后固定组包括由物侧到像侧依次设置的后固定组Ⅰ、后固定组Ⅱ和后固定组Ⅲ。其中变焦组在前固定组与补偿组之间做线性运动，用于实现变焦，补偿组在变焦组与后固定组之间做非线性运动，用于补偿变焦过程中像面轴向位置的变化。本发明采用6组20片式结构，各个镜组所采用的透镜均为球面镜，具有较好的工艺性，变焦组做线性运动实现变焦，补偿组做非线性运动实现像面稳定，倍率较大、视场较大，畸变较低、成像质量较好。成像质量较好。成像质量较好。


技术研发人员：李刚
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/25