CN102043238A - 四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头涉及视频、监控、摄像镜头装置，采用新颖的四组元结构形式的多点变焦距镜头，具有变倍比高、焦距长、大孔径、高分辨和宽光谱共焦等性能；同时，具有结构长度短之特点，光路由前固定组（A）、变倍组（B）、后固定（D）和补偿组（E）四个组元组成；通过变倍组（B）与补偿组（E）沿光轴前后对应移动，可以方便地改变光学系统的焦距，在光路设计时，合理分配四个组元的光焦度，使光学镜头达到了高变倍比、长焦距、大相对孔径的性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种视频监控摄像镜头装置，特别涉及一种四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头。
背景技术
如图2所示为现有四组元多点变焦距镜头的结果示意图，四组元多点变焦距镜头早在上世纪九十年代就应用于视频摄像系统中，但是它的光学性能指标低，变倍比小于10，最长焦距在50~60mm左右；没有在光路中使用超低色散玻璃，镜头的分辨率比较低，只能与20～30像素的CCD或CMOS摄像机适配，没有对宽光谱范围进行色差校正，镜头适应的光谱范围窄，只能在480nm～650nm的白昼光照条件下使用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，为视频摄像系统提供一种长焦距、变倍比高的高分辨宽光谱共焦的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，它与高清的摄像机适配产生高性能的视频图像，以对远距离的目标进行全天时监测。
本发明的技术方案在于：一种四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：沿光路入射方向分别设置有光焦度为正的前固定镜片组（A），光焦度为负的变倍镜片组（B），可变光栏（C）、光焦度为正的后固定镜片组（D）及光焦度为正的补偿镜片组（E）及像面，所述前固定镜片组（A）依次设有负月牙型镜片A-1和双凸镜片A-2密接的胶合组Ⅰ及双凸镜片A-3，变倍镜片组（B）依次设有负月牙型镜片B-1及与之相隔的双凹镜片B-2与正月牙型镜片B-3密接的胶合组Ⅱ，所述后固定镜片组（D）依次设有双凸镜片D-1、双凸镜片D-2和双凹镜片D-3，所述补偿镜片组（E）依次设有正月牙型镜片E-1及与其相隔的由负月牙型镜片E-2和双凸镜片E-3密接的胶合组Ⅲ。
所述前固定镜片组（A）与变倍组（B）之间的间距为26.99mm~42.43mm，变倍镜片组（B）与后固定镜片组（D）之间的间距为16.96mm~1.52mm，后固定镜片组（D）与补偿镜片组（E）之间的间距为7.4mm~16.99mm，补偿镜片组（E）与像面之间的间距为16.82mm~7.23mm。
所述前固定镜片组（A）中负月牙型镜片A-1和双凸镜片A-2密接的胶合组Ⅰ与双凸镜片A-3之间的间距为0.2mm，变倍镜片组（B）中负月牙型镜片B-1与双凹镜片B-2与正月牙型镜片B-3密接的胶合组Ⅱ之间的间距为3.16mm，后固定镜片组（D）中双凸镜片D-1与双凸镜片D-2之间的间距为0.21mm，双凸镜片D-2与双凹镜片D-3之间的间距为0.21mm，补偿镜片组（E）中正月牙型镜片E-1与负月牙型镜片E-2和双凸镜片E-3密接的胶合组Ⅲ的间隔为0.05mm。
所述前固定镜片组（A）外周部设有前固定组镜座，所述前固定组镜座通过螺纹连接于设于后侧的前主筒相连接，所述前主筒内侧设有变倍组镜座，变倍组镜座内安装有变倍镜片组（B），前主筒内壁周部上开设有前主筒螺旋槽，变倍组镜座外侧设置有一端伸入变倍组镜座，另一端嵌入前主筒螺旋槽内并可沿前主筒螺旋槽移动的变倍组导钉，所述前主筒外侧设有用于驱动变倍组导钉移动的前组调节环，前主筒后端连接有后主筒，所述后主筒内侧前端螺接有后固定组镜座，所述后固定组镜座内侧安装有后固定镜片组（D），所述后主筒内壁周部上开设有后主筒螺旋槽，后主筒内侧后端设有后组移动座，所述后组移动座侧壁上设有一端与后组移动座固定连接，另一端嵌入后主筒螺旋槽的补偿组导钉，后组移动座后侧端部通过螺纹与补偿组镜座实现联动，所述补偿组镜座内安装有补偿镜片组（E）。
所述前固定镜片组（A）中，双凸镜片A-2和双凸镜片A-3之间设有前固定组隔圈，负月牙型镜片A-1前侧设有前固定组前压圈。
所述变倍镜片组（B）中，负月牙型镜片B-1前侧设有变倍组前压圈。
所述后固定镜片组（D）中，双凸镜片D-1和双凸镜片D-2之间设有后固定组隔圈，双凹镜片D-3后侧设有后固定组后压圈。
所述补偿镜片组（E）中，正月牙型镜片E-1与负月牙型镜片E-2之间设有补偿组隔圈，正月牙型镜片E-1前侧设有补偿组前压圈。
所述前组调节环周侧上开设有螺纹孔，前组锁紧螺钉穿过该螺纹孔固定，所述后组移动座周侧上开设有螺纹孔，后组锁紧螺钉穿过该螺纹孔固定。
前固定镜片组中双凸镜片A-3采用超低色散玻璃材料制成。
本发明的优点在于：1、通过变倍镜头组（B）与补偿镜头组（E）沿光轴前后对应移动达到改变光学系统焦距的功能；
2、合理分配A、B、D、E四个组元的光焦度，使光学镜头的最大焦距和最小焦距之比高达12倍，fmax′=120mm、fmin′=10mm，相对孔径D/f′=1/1.6，光学结构长≤120mm；
3、应用高折射、低色散的光学玻璃材料巧妙配合，前固定镜片组（A）的A-3镜片选用超低色散的光学玻璃，通过计算机光学辅助设计和优化完善地校正了光学镜头的各种像差，使镜头的分辨率高，能适应高清晰度视频摄像的要求；
4、在光学设计时对485～850nm的宽光谱范围进行像差校正和平衡使变焦镜头在宽光谱范围都有优良的像质，实现了宽光谱共焦，镜头不仅能在白昼的光照环境下清晰成像，在夜间零照度环境下，通过红外补光，也能清晰成像；
5、在结构设计时，采用三维动态仿真技术进行优化，提高了镜头的强度和抗振动性能，并且使镜头的结构紧凑，体积小，重量轻。。
附图说明
图1为本发明的光路结构示意图。
图2为目前现有技术条件下的四组元镜头的光路结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。
具体实施方式
一种四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：沿光路入射方向分别设置有光焦度为正的前固定镜片组（A），光焦度为负的变倍镜片组（B），可变光栏（C）、光焦度为正的后固定镜片组（D）及光焦度为正的补偿镜片组（E）及像面，所述前固定镜片组（A）依次设有负月牙型镜片A-1和双凸镜片A-2密接的胶合组Ⅰ及双凸镜片A-3，变倍镜片组（B）依次设有负月牙型镜片B-1及与之相隔的双凹镜片B-2与正月牙型镜片B-3密接的胶合组Ⅱ，所述后固定镜片组（D）依次设有双凸镜片D-1、双凸镜片D-2和双凹镜片D-3，所述补偿镜片组（E）依次设有正月牙型镜片E-1及与其相隔的由负月牙型镜片E-2和双凸镜片E-3密接的胶合组Ⅲ。
所述前固定镜片组（A）与变倍组（B）之间的间距为26.99mm~42.43mm，变倍镜片组（B）与后固定镜片组（D）之间的间距为16.96mm~1.52mm，后固定镜片组（D）与补偿镜片组（E）之间的间距为7.4mm~16.99mm，补偿镜片组（E）与像面F之间的间距为16.82mm~7.23mm。
所述前固定镜片组（A）中负月牙型镜片A-1和双凸镜片A-2密接的胶合组Ⅰ与双凸镜片A-3之间的间距为0.2mm，变倍镜片组（B）中负月牙型镜片B-1与双凹镜片B-2与正月牙型镜片B-3密接的胶合组Ⅱ之间的间距为3.16mm，后固定镜片组（D）中双凸镜片D-1与双凸镜片D-2之间的间距为0.21mm，双凸镜片D-2与双凹镜片D-3之间的间距为0.21mm，补偿镜片组（E）中正月牙型镜片E-1与负月牙型镜片E-2和双凸镜片E-3密接的胶合组Ⅲ的间隔为0.05mm。
所述前固定镜片组（A）外周部设有前固定组镜座1，所述前固定组镜座通过螺纹连接于设于后侧的前主筒2相连接，所述前主筒内侧设有变倍组镜座3，变倍组镜座内安装有变倍镜片组（B），前主筒内壁周部上开设有前主筒螺旋槽4，变倍组镜座外侧设置有一端22伸入变倍组镜座，另一端23嵌入前主筒螺旋槽内并可沿前主筒螺旋槽移动的变倍组导钉5，所述前主筒外侧设有用于驱动变倍组导钉移动的前组调节环6，前主筒后端连接有后主筒7，所述后主筒内侧前端螺接有后固定组镜座8，所述后固定组镜座内侧安装有后固定镜片组（D），所述后主筒内壁周部上开设有后主筒螺旋槽9，后主筒内侧后端设有后组移动座10，所述后组移动座侧壁上设有一端24与后组移动座固定连接，另一端25嵌入后主筒螺旋槽的补偿组导钉11，后组移动座后侧端部通过螺纹与补偿组镜座12实现联动，所述补偿组镜座内安装有补偿镜片组（E）。
为了实现手动调焦，即变倍镜片组合补偿镜片组需要再轴向位置进行移动，且移动量有严格的尺寸及位置要求，变倍组镜座和补偿组镜座外侧紧密配合有导钉，为了在转动或震动过程中不发生跑焦情况，铜质导钉采用螺纹配合，且在导钉外包裹尼龙圆环。
为了保证前固定镜片组中镜片的通光和镜片之间的空气距离，所述前固定镜片组（A）中，双凸镜片A-2和双凸镜片A-3之间设有前固定组隔圈13，为了保证前固定组组件的稳定性，负月牙型镜片A-1前侧设有前固定组前压圈14。
为了保证变倍组组件的稳定性，所述变倍镜片组（B）中，负月牙型镜片B-1前侧设有变倍组前压圈15。
为了保证后固定镜片组中镜片的通光和镜片之间的空气距离，所述后固定镜片组（D）中，双凸镜片D-1和双凸镜片D-2之间设有后固定组隔圈16，为了保证后固定组组件的稳定性，双凹镜片D-3后侧设有后固定组后压圈17。
为了保证补偿镜片组中镜片的通光和镜片之间的空气距离，所述补偿镜片组（E）中，正月牙型镜片E-1与负月牙型镜片E-2之间设有补偿组隔圈18，为了保证补偿组组件的稳定性，正月牙型镜片E-1前侧设有补偿组前压圈19。
为防止已经确认的焦距在摄象机移动或者震动过程中脱焦，所述前组调节环周侧上开设有螺纹孔，前组锁紧螺钉20穿过该螺纹孔固定，所述后组移动座周侧上开设有螺纹孔，后组锁紧螺钉21穿过该螺纹孔固定，锁紧前组锁紧螺钉和后组锁紧螺钉可将前组调节环和后组调节环锁紧，防止变倍组镜座和补偿组镜座移动。
为了使镜头不仅能在白昼的光照条件下清晰成像，还能在夜间零照度的环境下，采用红外补光而清晰成像，前固定镜片组中双凸镜片A-3采用超低色散玻璃材料制成。
综上所述：
四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头涉及视频、监控、摄像镜头装置，采用新颖的四组元结构形式的多点变焦距镜头，具有变倍比高、焦距长、大孔径、高分辨和宽光谱共焦等性能；同时，具有结构长度短之特点。光路由前固定镜片组（A）、变倍镜片组（B）、后固定镜片组（D）和补偿镜片组（E）四个组元组成；通过变倍镜片组（B）与补偿镜片组（E）沿光轴前后对应移动，可以方便地改变光学系统的焦距。
在光路设计时，合理分配四个组元的光焦度，使光学镜头达到了高变倍比、长焦距、大相对孔径的性能指标；同时，对可见光和近红外的光谱范围进行像差校正和平衡；通过选用玻璃材料，其中前固定组A-3镜片采用超低色散玻璃材料，使镜头不仅能在白昼的光照条件下清晰成像，还能在夜间零照度的环境下，采用红外补光而清晰成像。通过计算机光学辅助设计和优化，使成像分辨率高达百万像素。与高性能的CCD或CMOS摄像机适配，实现高清晰度视频摄像。
本发明实现的技术指标如下：
1、焦距：f′=10～120mm；
2、变倍比：12倍；
3、相对孔径D/f’=1/1.6；
4、视场角2ω：33.4°～2.85°；
5、分辨率：优于100万像素；
6、光路总长∑D≤120mm；
7、适用谱线范围：480nm～850nm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：沿光路入射方向分别设置有光焦度为正的前固定镜片组（A），光焦度为负的变倍镜片组（B），可变光栏（C）、光焦度为正的后固定镜片组（D）及光焦度为正的补偿镜片组（E）及像面，所述前固定镜片组（A）依次设有负月牙型镜片A-1和双凸镜片A-2密接的胶合组Ⅰ及双凸镜片A-3，变倍镜片组（B）依次设有负月牙型镜片B-1及与之相隔的双凹镜片B-2与正月牙型镜片B-3密接的胶合组Ⅱ，所述后固定镜片组（D）依次设有双凸镜片D-1、双凸镜片D-2和双凹镜片D-3，所述补偿镜片组（E）依次设有正月牙型镜片E-1及与其相隔的由负月牙型镜片E-2和双凸镜片E-3密接的胶合组Ⅲ。
2.根据权利要求1所述的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：所述前固定镜片组（A）与变倍组（B）之间的间距为26.99mm~42.43mm，变倍镜片组（B）与后固定镜片组（D）之间的间距为16.96mm~1.52mm，后固定镜片组（D）与补偿镜片组（E）之间的间距为7.4mm~16.99mm，补偿镜片组（E）与像面之间的间距为16.82mm~7.23mm。
3.根据权利要求1所述的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：所述前固定镜片组（A）中负月牙型镜片A-1和双凸镜片A-2密接的胶合组Ⅰ与双凸镜片A-3之间的间距为0.2mm，变倍镜片组（B）中负月牙型镜片B-1与双凹镜片B-2与正月牙型镜片B-3密接的胶合组Ⅱ之间的间距为3.16mm，后固定镜片组（D）中双凸镜片D-1与双凸镜片D-2之间的间距为0.21mm，双凸镜片D-2与双凹镜片D-3之间的间距为0.21mm，补偿镜片组（E）中正月牙型镜片E-1与负月牙型镜片E-2和双凸镜片E-3密接的胶合组Ⅲ的间隔为0.05mm。
4.根据权利要求1所述的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：所述前固定镜片组（A）外周部设有前固定组镜座，所述前固定组镜座通过螺纹连接于设于后侧的前主筒相连接，所述前主筒内侧设有变倍组镜座，变倍组镜座内安装有变倍镜片组（B），前主筒内壁周部上开设有前主筒螺旋槽，变倍组镜座外侧设置有一端伸入变倍组镜座，另一端嵌入前主筒螺旋槽内并可沿前主筒螺旋槽移动的变倍组导钉，所述前主筒外侧设有用于驱动变倍组导钉移动的前组调节环，前主筒后端连接有后主筒，所述后主筒内侧前端螺接有后固定组镜座，所述后固定组镜座内侧安装有后固定镜片组（D），所述后主筒内壁周部上开设有后主筒螺旋槽，后主筒内侧后端设有后组移动座，所述后组移动座侧壁上设有一端与后组移动座固定连接，另一端嵌入后主筒螺旋槽的补偿组导钉，后组移动座后侧端部通过螺纹与补偿组镜座实现联动，所述补偿组镜座内安装有补偿镜片组（E）。
5.根据权利要求4所述的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：所述前固定镜片组（A）中，双凸镜片A-2和双凸镜片A-3之间设有前固定组隔圈，负月牙型镜片A-1前侧设有前固定组前压圈。
6.根据权利要求4所述的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：所述变倍镜片组（B）中，负月牙型镜片B-1前侧设有变倍组前压圈。
7.根据权利要求4所述的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：所述后固定镜片组（D）中，双凸镜片D-1和双凸镜片D-2之间设有后固定组隔圈，双凹镜片D-3后侧设有后固定组后压圈。
8.根据权利要求4所述的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：所述补偿镜片组（E）中，正月牙型镜片E-1与负月牙型镜片E-2之间设有补偿组隔圈，正月牙型镜片E-1前侧设有补偿组前压圈。
9.根据权利要求4所述的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：所述前组调节环周侧上开设有螺纹孔，前组锁紧螺钉穿过该螺纹孔固定，所述后组移动座周侧上开设有螺纹孔，后组锁紧螺钉穿过该螺纹孔固定。
10.根据权利要求1所述的四组元高分辨率日夜两用多点变焦距镜头，其特征在于：前固定镜片组中双凸镜片A-3采用超低色散玻璃材料制成。
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