1.本发明涉及光学系统设计技术领域，特别涉及一种变焦镜头及光学系统。


背景技术：

2.变焦镜头广泛应用到人们的日常生活中，特别是安防监控等领域，对广角及长焦综合应用的镜头需求越来越大。目前的安防监控、路况监控装置存在如下缺点：短焦端红外不共焦，在晚上有部分灯光照明时，拍摄的画面无法整体清晰，总会有部分角落模糊；市场上大倍率镜头普遍像素低，并且现有的变焦镜头往往无法做到大倍率与体积兼容，倍率增大同时会引起镜头体积的急剧变化。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种变焦镜头，旨在改善现有技术中焦镜头镜头体积较大的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明提供一种变焦镜头，包括镜头主体，沿所述镜头主体的光轴自物方至像方的方向为自前至后；
5.所述镜头主体包括镜筒以及自前至后依次设于所述镜筒内的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群、具有正光焦度的第三透镜群、具有正光焦度的第四透镜群、具有负光焦度的第五透镜群和感光芯片，所述第二透镜群、所述第三透镜群、所述第四透镜群相对所述镜筒分别沿前后向可移动设置；
6.其中，所述第二透镜群、所述第三透镜群中至少一个沿所述光轴移动，以使得所述变焦镜头变焦，所述第四透镜群用于在外力驱动下沿所述光轴移动，以使得所述变焦镜头对焦。
7.可选地，所述第一透镜群包括自前至后依次设置的具有负光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜。
8.可选地，所述第一透镜和所述第二透镜构成正光焦度的第一胶合透镜。
9.可选地，所述第二透镜群包括自前至后依次设置的具有负光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有正光焦度的第七透镜，其中，所述第六透镜为非球面镜片。
10.可选地，所述第三透镜群包括自前至后依次设置的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜和具有负光焦度的第十一透镜，其中，所述第八透镜为非球面镜片。
11.可选地，所述第十透镜和所述第十一透镜构成负光焦度第二胶合透镜。
12.可选地，所述第四透镜群包括自前至后依次设置的具有正光焦度的第十二透镜、具有负光焦度的第十三透镜和具有负光焦度的第十四透镜，其中，所述第十二透镜为非球面镜片。
13.可选地，所述第十三透镜和所述第十四透镜构成负光焦度第三胶合透镜。
14.可选地，所述第五透镜群包括自前至后依次设置的具有正光焦度的第十五透镜和
具有负光焦度的第十六透镜，其中，所述第十五透镜为非球面镜片。
15.本发明还提供一种光学系统，所述光学系统包括如权利要求1-9任意一项所述的变焦镜头。
16.在本发明提供的技术方案中，所述镜头主体包括镜筒以及自前至后依次设于所述镜筒内的具有正光焦度的第一透镜群、具有负光焦度的第二透镜群、具有正光焦度的第三透镜群、具有正光焦度的第四透镜群、具有负光焦度的第五透镜群和感光芯片，所述第二透镜群、所述第三透镜群、所述第四透镜群相对所述镜筒分别沿前后向可移动设置；所述第二透镜群、所述第三透镜群中至少一个沿所述光轴移动，以使得所述变焦镜头变焦，所述第四透镜群用于在外力驱动下沿所述光轴移动，以使得所述变焦镜头对焦，本发明通过五个透镜群的合理设置，使得所述变焦镜头体积较小，透过率高、近距离拍摄清晰。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。
18.图1为本发明提供的变焦镜头一实施例的结构示意图；
19.图2为图1中变焦镜头处于广角端的mtf曲线示意图；
20.图3为图1中变焦镜头处于望远端的mtf曲线示意图。
21.附图标号说明：
22.标号名称标号名称1第一透镜群33第十透镜11第一透镜34第十一透镜12第二透镜4第四透镜群13第三透镜41第十二透镜14第四透镜42第十三透镜2第二透镜群43第十四透镜21第五透镜5第五透镜群22第六透镜51第十五透镜23第七透镜52第十六透镜3第三透镜群6光阑31第八透镜7感光芯片32第九透镜
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23.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
26.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。还有就是，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
27.变焦镜头广泛应用到人们的日常生活中，特别是安防监控等领域，对广角及长焦综合应用的镜头需求越来越大。目前的安防监控、路况监控装置存在如下缺点：短焦端红外不共焦，在晚上有部分灯光照明时，拍摄的画面无法整体清晰，总会有部分角落模糊；市场上大倍率镜头普遍像素低，并且现有的变焦镜头往往无法做到大倍率与体积兼容，倍率增大同时会引起镜头体积的急剧变化。
28.鉴于此，本发明的主要目的是提供一种变焦镜头及光学系统，旨在改善现有技术中焦镜头镜头体积较大的技术问题，请参照图1至图3为所述变焦镜头的一实施例。
29.首先，可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。
30.所述变焦镜头的光轴自物方至像方的方向为自前至后，可以理解的是所述物侧朝向被摄物，光线传递方向为自物侧至像侧。
31.所述变焦镜头包括镜头主体，所述镜头主体包括镜筒以及自前至后依次设于所述镜筒内的具有正光焦度的第一透镜群1、具有负光焦度的第二透镜群2、具有正光焦度的第三透镜群3、具有正光焦度的第四透镜群4、具有负光焦度的第五透镜群5和感光芯片7，所述第二透镜群2、所述第三透镜群3、所述第四透镜群4相对所述镜筒分别沿前后向可移动设置；其中，所述第二透镜群2、所述第三透镜群3中至少一个沿所述光轴移动，以使得所述变焦镜头变焦，所述第四透镜群4用于在外力驱动下沿所述光轴移动，以使得所述变焦镜头对焦。
32.进一步地，整个变焦镜头wide端的焦距与所述第一透镜群1、所述第二透镜群2、所述第三透镜群3、所述第四透镜群4、所述第五透镜群5的焦距比满足：fw/f1＝9/70，且fw/f2＝-(33/59)，且fw/f3＝18/73，且fw/f4＝19/48，且fw/f5＝-(9/43)，其中，fw为所述变焦镜头处于广角端的焦距，f1为所述第一透镜群的焦距，f2为所述第二透镜群的焦距，f3为所述第三透镜群的焦距，f4为所述第四透镜群的焦距，f5为所述第五透镜群的焦距。
33.具体地，所述第一透镜群1包括自前至后依次设置的具有负光焦度的第一透镜11、
具有负光焦度的第二透镜12、具有正光焦度的第三透镜13和具有正光焦度的第四透镜14，所述第一透镜11、所述第二透镜12、所述第三透镜13、所述第四透镜14为球面透镜，本实施例中，所述第一透镜11为凸凹透镜，所述第二透镜12为双凸透镜，所述第三透镜13物测面为凸面，像侧面为平面，所述第四透镜14为凸凹透镜，所述第一透镜11、所述第二透镜12、所述第三透镜13、所述第四透镜14的光焦度依次为：-3484、-153、113.4、133.7。
34.进一步地，第一透镜群1的焦距与所述的第一至第四透镜14的焦距的比值依次满足：f1/f11＝-(1/58)，且f1/f12＝-(11/28)，且f1/f13＝25/47，且f1/f14＝40/89，其中，f1所述第一透镜群的焦距，f11为所述第一透镜的焦距，f12为所述第二透镜的焦距，f13为所述第三透镜的焦距，f14为所述第四透镜的焦距。
35.进一步地，所述第一透镜11和所述第二透镜12构成正光焦度的第一胶合透镜，所述第一胶合透镜能够有效地较小色差。其中，所述第一透镜群1的焦距与所述第一胶合透镜的合焦距的比值满足：f1/f101＝2/57。
36.具体地，所述第二透镜群2包括自前至后依次设置的具有负光焦度的第五透镜21、具有负光焦度的第六透镜22和具有正光焦度的第七透镜23，所述第五透镜21、所述第七透镜23为球面透镜，所述第六透镜22为非球面镜片，在本实施例中，所述第五透镜21为双凹透镜，所述第六透镜22为双凹透镜，所述第七透镜23为双凸透镜，所述第五透镜21至所述第七透镜23的光焦度依次为：-13.9、-27、30.7。
37.所述第二透镜群2的焦距与所述的第五透镜21至第七透镜23焦距的比值依次满足：f2/f21＝1，且f2/f22＝20/39，且f2/f23＝-(40/89)；其中，f2为所述第二透镜群的焦距，f21为所述第五透镜的焦距，f22为所述第六透镜的焦距，f23为所述第七透镜的焦距。
38.具体地，所述第三透镜群3包括自前至后依次设置的具有正光焦度的第八透镜31、具有正光焦度的第九透镜32、具有负光焦度的第十透镜33和具有负光焦度的第十一透镜34，所述第九透镜32、所述第十透镜33、所述第十一透镜34为球面透镜，所述第八透镜31为非球面镜片，本实施例中，所述第八透镜31为凸凹透镜，所述第九透镜32为双凸透镜，所述第十透镜33为双凸透镜，所述第十一透镜34为双凹透镜，所述第八透镜31至所述第十一透镜34的光焦度依次为：54.2、22、-159.3、-21.5。
39.进一步地，所述第三透镜群3的焦距与第八透镜31至第十一透镜34焦距的比值依次满足：f3/f31＝41/71，且f3/f32＝138/97，且f3/f33＝-(11/56)，且f3/f34＝-(99/68)；其中，f3为所述第三透镜群的焦距，f31为所述第八透镜的焦距，f32为所述第九透镜的焦距，f33为所述第十透镜的焦距，f34为所述第十一透镜的焦距。
40.进一步地，所述第十透镜33和所述第十一透镜34构成具有负光焦度第二胶合透镜，所述三透镜群与所述第二胶合透镜的焦距比值为：3/f301＝-(91/66)。
41.具体地，所述第四透镜群4包括自前至后依次设置的具有正光焦度的第十二透镜41、具有负光焦度的第十三透镜42和具有负光焦度的第十四透镜43，所述第十二透镜41为非球面镜片，所述第十三透镜42、第十四透镜43为球面透镜。本实施例中，所述第十二透镜41为双凸透镜，所述第十三透镜42为双凹透镜，所述第十四透镜43物侧面为凸面，像侧面为平面，所述第十二透镜至所述第十四透镜的光焦度依次为：14.8、-53.3、-438.9。
42.进一步地，所述第四透镜群4的焦距与第十二至第十四透镜43焦距的比值依次满足：(83,63)、(15,-41)、(2,-45)，f4/f41＝83/63，且f4/f42＝-(15/41)，且f4/f43＝-(2/
45)；其中，f4为所述第四透镜群的焦距，f41为所述第十二透镜的焦距，f42为所述第十三透镜的焦距，f43为所述第十四透镜的焦距。
43.进一步地，所述第十三透镜42和所述第十四透镜43构成具有负光焦度的第三胶合透镜，所述第四透镜群和所述第三胶合透镜的比值为：f4/f401＝-(15/41)，其中，f4为所述第四透镜群4的焦距，f401为所述第三胶合透镜的焦距。
44.具体地，所述第五透镜群5包括自前至后依次设置的具有正光焦度的第十五透镜51和具有负光焦度的第十六透镜52，所述第十五透镜51为非球面镜片，所述第十六透镜52为球面透镜，本实施例中，所述第十五透镜51为双凸透镜，所述第十六透镜52为凹凸透镜，所述第十五透镜至所述第十六透镜的光焦度依次为：37.7、-17.1。
45.进一步地，所述第五透镜群5的焦距与第十五至第十六透镜52焦距的比值依次满足：f5/f51＝-(46/47)，且f5/f52＝41/19，其中，f5为所述第五透镜群5的焦距，f51为所述第十五透镜51的焦距，f52为所述第十六透镜52的焦距。
46.具体地，所述的变焦镜头自光学系统wide端位置至tele端位置的移动量与光学系统的光学总长的比值δzw-t(第二透镜群2)/oal＝20/61，δzw-t(第三透镜群3)/oal＝2/95，其中：δzw-t(第二透镜群2)为所述变焦透镜中的所述第五透镜21前顶点在广角端位置与望远端位置的相对位移，δzw-t(第三透镜群3)为所述变焦透镜中的所述第八透镜31前顶点在广角端位置与望远端位置的相对位移，oal为光学系统的光学总长，即第一透镜11前表面中心顶点至所述感光芯片7的感光面的间距。
47.具体地，所述变焦镜头还包括光阑6，所述光阑6位于所述所述第二透镜群2和所述第三透镜群3之间，也即所述光阑6位于所述第七透镜23和所述第八透镜31之间，在本实施例中，所述光阑6为可调光阑6，所述可调光阑6能够随着环境光照强度的变化而进行相应的缩放光圈措施，所述光阑6用于限制光束，以进一步提高所述变焦镜头的成像质量。
48.具体地，所述变焦镜头还包括滤光片，所述滤光片位于所述第五透镜21和所述感光芯片7之间，所述滤光镜用于滤除不必要波段的光线和杂散光，从而提高成像质量。
49.进一步地，所述变焦镜头还可以包括保护玻璃，所述保护玻璃设置在所述滤光片与所述感光芯片7之间，用以防止所述变焦镜头的内部元件(例如，芯片)被损坏。
50.基于上述，所述第六透镜22、所述第八透镜31、所述第十二透镜41、所述第十五透镜51均为非球面镜片，可以理解的是，非球面镜片的特点是：从镜片中心到镜片周边，曲率是连续变化的，与从镜片中心到镜片周边具有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点，采用非球面镜片后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量。
51.进一步地，在本实施例中，非球面透镜的非球面表面形状满足以下条件：
[0052][0053]
在此公式中，参数c为半径所对应的曲率，r为径向坐标，其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数，当k系数小于-1时面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时为抛物线，当k系数介于-1到0之间时为椭圆，等于0时为圆形，大于0时为扁圆形，α1至α8分别表示各径向坐标所对应的系数，通过以上参数可以精确设定透镜前后两面非球面的形状尺寸。
保证镜头有良好的画面要求的情况下实现产品重量轻的要求，减少驱动负担，对缩小驱动部件的体积有较大贡献。
[0054]
具体地，在本实施例中，所述变焦镜头的参数如下表所示。
[0055]
表1 所述变焦镜头各个透镜的参数
[0056]
[0057]
[0058][0059]
在本实施例中，各非球面的偶次项系数如下表所示。
[0060]
表3 所述变焦镜头非球面透镜的偶次项系数
[0061][0062]
本发明所述的变焦距的广角端焦距efl_w＝7.72mm，长焦端焦距efl_t＝54mm；恒定光圈数fno＝1.35；广角端水平场角fovh_w＝56
°
，长焦端水平视场角fovh_w＝8
°
；系统光学畸变∈(-6.5％,2.7％)；光学系统的光学总长(即第一透镜前表面中心顶点至像面的间距)ttl＝99.9mm。
[0063]
本发明所述的变焦距光学系统采用了“正负正正负”的五群结构，系统中含有4枚玻璃非球面，在实现广角、小畸变、大变倍率的情况下，充分的降低了制造成本。
[0064]
所述变焦镜头虽然使用了非球面镜片，但是通过对其焦距有条件的限制，使温度变化对镜头的性能影响很小，后焦变化极少，在室内环境变化的情况下性能稳定，无需重新对焦。
[0065]
所述变焦镜头中随着所述第二透镜群和所述第三透镜群前后移动，使得焦距发生
变化，所述第四透镜群组用于对焦功能，(以1/1.8”16:9的ccd为例)焦距可在广角端《7.72mm,长焦端》54.06mm变化，广角端(wide)拍摄角度水平》56
°
,广角端(wide)与长焦端光学畸变于3％以内。
[0066]
所述变焦镜头使用恒定光阑，fno.控制在1.35，有极高的感光性能，在较暗的环境下仍可拍摄较清晰的画面。
[0067]
所述变焦镜头以所述第一透镜群为最高点，所述第一透镜群与像面的距离位置是固定的，其高度小于100mm。
[0068]
所述变焦镜头能够达到高于4k(800万像素)的分辨率，以1/1.8”的sensor为例，所述变焦镜头还可以达到中心分辨率＞250lp/mm、周边0.7h(70％对角线位置)分辨率＞175lp/mm。
[0069]
本发明还提供一种光学系统，所述移动设备包括上述技术方案中所述的变焦镜头，所述光学系统可以是监控镜头，在此不做限制。
[0070]
以上所述仅为本发明的可选地实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。