CN102253472B - 适配于3ccd摄像机的变焦距摄像镜头 - Google Patents

适配于3ccd摄像机的变焦距摄像镜头 Download PDF

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肖维军
刘辉
蔡清辉
黄霞霞
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Abstract

本发明涉及一种适配于3CCD摄像机的变焦距摄像镜头,包括主镜筒,其特征在于:所述主镜筒内沿光线自左向右入射方向分别设置光焦度为正的前固定镜组A、光焦度为负的变倍镜组B、光焦度为负的补偿镜组C和光焦度为正的后固定镜组D。本发明的产品能为1/2″3CCD彩色摄像机提供光电信号,产生清晰的彩色视频图像,以对远近目标进行实时监控,镜头的特点是高分辨率、低色像差、长后截距、结构长度短,并具有焦距值预置功能。

Description

适配于3CCD摄像机的变焦距摄像镜头
技术领域
[0001] 本发明涉及一种适配于3CXD摄像机的变焦距摄像镜头,应用于3CXD摄像机,属于光电技术领域。
背景技术
[0002] 如图8所示,机械补偿式变焦距摄像镜头在视频摄像技术领域已应用了 20〜30年了。它的结构型式一般由前固定组、变倍镜组、补偿组和后固定组四个组元组成。但是它们普遍存在结构长度长、光学后截距短、色像差较大、分辨率低、适用性差等缺陷。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种适配于3CXD摄像机的变焦距摄像镜头,有利于满足3CCD摄像机对镜头高分辨率、低色像差、长后截距、结构长度短等的要求。
[0004] 本发明的特征在于:一种适配于3CXD摄像机的变焦距摄像镜头,包括主镜筒,其特征在于:所述主镜筒内沿光线自左向右入射方向分别设置光焦度为正的前固定镜组A、光焦度为负的变倍镜组B、光焦度为负的补偿镜组C和光焦度为正的后固定镜组D ;所述的前固定镜组A由负月牙型透镜A-1与双凹透镜A-2密接的胶合组、正月牙型透镜A-3构成,所述的变倍镜组B由双凹透镜B-1、负月牙型透镜B-2与双凸透镜B-3密接的胶合组构成,所述的补偿镜组C由双凹透镜C-1与正月牙型透镜C-2密接的胶合组构成,所述后固定镜组D由双凸透镜D-1、正月牙型透镜D-2、双凸透镜D-3与双凹透镜D-4密接的胶合组、正月牙型透镜D-5、负月牙型透镜D-6、双凸透镜D-7构成。
[0005] 所述前固定镜组A与变倍镜组B之间的空气间隔是6.65〜80.09mm,所述变倍镜组B与补偿镜组C之间的空气间隔是38.76〜63.55mm,所述补偿镜组C与后固定镜组D之间的空气间隔是103.27〜5.04mm ;所述前固定镜组A中,负月牙型透镜A-1与双凹透镜A-2密接的胶合组和正月牙型透镜A-3之间的空气间隔是0.16mm ;所述变倍镜组B中,双凹透镜B-1和负月牙型透镜B-2与双凸透镜B-3密接的胶合组之间的空气间隔是1.65mm ;所述后固定镜组D中,双凸透镜D-1与正月牙型透镜D-2之间的空气间隔是0.2mm ;正月牙型透镜D-2和双凸透镜D-3与双凹透镜D-4密接的胶合组之间的空气间隔是0.56mm ;双凸透镜D-3与双凹透镜D-4密接的胶合组和正月牙型透镜D-5之间的空气间隔是1.35 ;正月牙型透镜D-5与负月牙型透镜D-6之间的空气间隔是15.79mm ;负月牙型透镜D-6与双凸透镜D-7之间的空气间隔是1.98mm。
[0006] 所述主镜筒的前部设有电动调焦机构,所述主镜筒的后部设有电动光栏调节机构,所述电动调焦机构与电动光栏调节机构之间的主镜筒上还设有电动变焦机构;所述电动调焦机构包括通过调焦电机架固联在主镜筒外周上的调焦电机和置于主镜筒内周上的调焦镜座,所述调焦电机的输出轴上设有调焦主动齿轮,所述调焦主动齿轮啮合驱动外周具有从动齿的调焦环,所述调焦环与调焦镜座之间通过螺纹配合连接,所述调焦镜座内周上通过螺纹固连有用以安设前固定镜组A的前组镜筒,所述主镜筒的前部沿径向均布有三条导槽,所述导槽内分别安设有端部连接在调焦镜座的导钉;所述电动变焦机构包括设于主镜筒外周上的变焦电机和横设于主镜筒内的导杆,所述变焦电机的输出轴上设有变焦主动齿轮,所述变焦主动齿轮啮合驱动外周具有从动齿且经设于主镜筒外周上的钢珠与主镜筒连接的变焦凸轮,所述凸轮上开有两条导槽,所述导槽内分别安设有贯穿主镜筒且端部连接在用以安设变倍镜组B的变焦移动座上和用以安设补偿镜组C的补偿移动座上的导钉,所述变焦移动座和补偿移动座经固设于其上的变倍滑套和补偿滑套与导杆实现滑动连接;所述电动光栏调节机构包括通过螺钉固联在主镜筒后端部上且内周用以安设后固定镜组D的光栏座和通过光栏电机架固联在光栏座外周部上的光栏调节电机,所述光栏调节电机的输出轴上设有光栏调节主动齿轮,所述光栏调节主动齿轮啮合驱动位于光栏座外端部上的光栏调节环,所述光栏调节环经置于其内壁凹槽的导钉和置于光栏座凹槽内且与导钉端部固定连接的光栏动环连接,所述光栏动环上设有位于补偿镜组C和后固定镜组D之间的光栏片。
[0007] 本发明的优点:
[0008] 1、在光路设计时合理分配四个镜组元的焦距,并减小各组元镜片的厚度,使镜头的结构长度短。
[0009] 2、在所述正月牙型透镜A-3采用超低色散的FK61氟冕玻璃材料,有效地校正光学系统的色像差,使摄像镜头具有低色像差,达到了高分辨率,与3CCD彩色摄像机适配后,摄像系统的色还原性好,可获取鲜艳逼真的视频图像。
[0010] 3、在对所述的后固定镜组设计计算时,把它的后主面后移,使系统的后截距增大。本发明的后截距达到115.3_,使镜头能与各种类型的3CXD摄像机适配,还可以根据不同场合的使用要求,在光路中设置滤色片,密封玻璃等光学原件;或者采用转像棱镜或反光镜以对光路进行转折,将3CCD摄像机放置在镜头上方,从而减少系统的长度。
[0011] 4、本发明各机构运动过程中,动作灵活可靠,各焦距段成像不离焦,变焦全过程光轴共轴性好,图像清晰,像面不跳动;本发明在机械结构设计时,通过在镜头后端加装两个反射镜,使光线通过两个反射镜转折180°,将3CCD安装在镜头的后端的上方,从而达到减小系统的结构总长的目的;本发明在机构设计时,为实现焦距预置的功能,设计时在变焦结构上加入电位器,使变焦电机与电位器形成一个传感器结构,从而实现焦距精确定位功倉泛。
附图说明
[0012] 图1为本发明实施例光路结构示意图。
[0013] 图2为本发明实施例整体结构示意图。
[0014] 图3为图2的左视结构示意图。
[0015] 图4为本发明实施例的电动调焦机构结构示意图。
[0016] 图5为本发明实施例的电动变焦机构结构示意图。
[0017] 图6为本发明实施例的电动光栏调节机构结构示意图。
[0018] 图7为本发明实施例的反射镜结构示意图。
[0019] 图8当前该类型镜头的光路结构示意图。具体实施方式
[0020] 参考图1至图7,一种适配于3CXD摄像机的变焦距摄像镜头,包括主镜筒1,所述主镜筒I内沿光线自左向右入射方向分别设置光焦度为正的前固定镜组A、光焦度为负的变倍镜组B、光焦度为负的补偿镜组C和光焦度为正的后固定镜组D ;所述的前固定镜组A由负月牙型透镜A-1与双凹透镜A-2密接的胶合组、正月牙型透镜A-3构成,所述的变倍镜组B由双凹透镜B-1、负月牙型透镜B-2与双凸透镜B-3密接的胶合组构成,所述的补偿镜组C由双凹透镜C-1与正月牙型透镜C-2密接的胶合组构成,所述后固定镜组D由双凸透镜D-1、正月牙型透镜D-2、双凸透镜D-3与双凹透镜D-4密接的胶合组、正月牙型透镜D-5、负月牙型透镜D-6、双凸透镜D-7构成。
[0021] 上述前固定镜组A与变倍镜组B之间的空气间隔是6.65〜80.09mm,所述变倍镜组B与补偿镜组C之间的空气间隔是38.76〜63.55mm,所述补偿镜组C与后固定镜组D之间的空气间隔是103.27〜5.04mm ;所述前固定镜组A中,负月牙型透镜A-1与双凹透镜A-2密接的胶合组和正月牙型透镜A-3之间的空气间隔是0.16mm ;所述变倍镜组B中,双凹透镜B-1和负月牙型透镜B-2与双凸透镜B-3密接的胶合组之间的空气间隔是1.65mm ;所述后固定镜组D中,双凸透镜D-1与正月牙型透镜D-2之间的空气间隔是0.2mm ;正月牙型透镜D-2和双凸透镜D-3与双凹透镜D-4密接的胶合组之间的空气间隔是0.56mm ;双凸透镜D-3与双凹透镜D-4密接的胶合组和正月牙型透镜D-5之间的空气间隔是1.35 ;正月牙型透镜D-5与负月牙型透镜D-6之间的空气间隔是15.79mm ;负月牙型透镜D-6与双凸透镜D-7之间的空气间隔是1.98mm。
[0022] 上述正月牙型透镜A-3选用超低色散的FK61型号氟冕玻璃。
[0023] 上述主镜筒I的前部设有电动调焦机构2,所述主镜筒I的后部设有电动光栏调节机构3,所述电动调焦机构2与电动光栏调节机构4之间的主镜筒I上还设有电动变焦机构3 ;所述电动调焦机构2包括通过调焦电机架2-1固联在主镜筒I外周部上的调焦电机
2-2和置于主镜筒I内周上的调焦镜座2-3,所述调焦电机2-2的输出轴上设有调焦主动齿轮2-4,所述调焦主动齿轮2-4啮合驱动外周具有从动齿的调焦环2-5,所述调焦环2-5与调焦镜座2-3之间通过螺纹配合连接,所述调焦镜座2-3内周上通过螺纹固连有用以安设前固定镜组A的前组镜筒2-6,所述主镜筒I的前部沿径向均布有三条导槽,所述导槽内分别安设有端部连接在调焦镜座2-3导槽内的导钉2-7 ;所述电动变焦机构3包括设于主镜筒I外周上的变焦电机3-1和横设于主镜筒I内的导杆3-2,所述变焦电机3-1的输出轴上设有变焦主动齿轮3-8,所述变焦主动齿轮3-8啮合驱动外周具有从动齿且经设于主镜筒I外周上的钢珠3-3与主镜筒I连接的变焦凸轮3-4,所述凸轮3-4上开有两条导槽,所述导槽内分别安设有贯穿主镜筒I且端部连接在用以安设变倍镜组B的变焦移动座3-5上和用以安设补偿镜组C的补偿移动座7上的两个的导钉3-6,所述变焦移动座3-5和补偿移动座7经固设于其上的变倍滑套3-7和补偿滑套8与导杆3-2实现滑动连接;所述电动光栏调节机构4包括通过螺钉固联在主镜筒I后端部上且内周用以安设后固定镜组D的的光栏座4-1和通过光栏电机架4-2固联在光栏座4-1外周部上的光栏调节电机4-3,所述光栏调节电机4-3的输出轴上设有光栏调节主动齿轮4-4,所述光栏调节主动齿轮4-4啮合驱动位于光栏座4-1外端部上的光栏调节环4-5,所述光栏调节环4-5经置于其内壁凹槽的导钉4-6和置于光栏座4-1凹槽内且与导钉4-6端部固定连接的光栏动环4-7连接,所述光栏动环4-7上设有位于补偿镜组C和后固定镜组D之间的光栏片4-10。
[0024] 上述变焦主动齿轮3-8还经与其啮合的电位器齿轮5和与变焦电机3-1连接在一起的电位器6连接。
[0025] 上述光栏调节环4-5的外端部上设有通过螺纹与光栏座外周壁连接的光栏调节环压圈4_8。
[0026] 上述光栏座4-1凹槽的内周壁上设有用以顶压在光栏动环4-7外周壁上的光栏动环压圈4-9。
[0027] 上述光栏座4-1外还连接有用以实现从后固定镜组D中射出光线180度反转的一对反射镜座9,所述反射镜座9的出口与3CXD摄像机10相连,所述一对反射镜座9上分别设有用以实现光线90度转折的反射镜一 11和反射镜二 12。
[0028] 本发明达到的光学指标:
[0029]焦距 f' =50 -500mm ;
[0030]相对孔径 D IV =1 / 5 -I / 6.7 ;
[0031] 设计分辨率,在特征频率1081p / mm时:
[0032] O ω MTF 彡 0.35
[0033] 0.7 ω MTF 彡 0.3
[0034] 焦距预置精度:短焦彡3 %,长焦彡I % ;
[0035] 结构长度(从第一片顶点到最后一片镜片顶点)ZD ( 230臟,光学后截距Γ >115.3mm ;
`[0036] 变倍导程:彡73.5_。
[0037] 具体实施步骤:如图1所示,沿光线自左向右入射方向分别设置光焦度为正的前固定镜组A、光焦度为负的变倍镜组B、光焦度为负的补偿镜组C和光焦度为正的后固定镜组D。
[0038] 发明者在光路设计时,合理地分配所述四个组元的光焦度,并尽量减小各组元镜片的厚度,使变焦镜头的结构长度短。
[0039] 发明者在所述的前固定镜组A中的A-3透镜采用超低色散的FK61氟冕玻璃材料,有效地校正了光学系统的色像差,使摄像镜头具有低色像差,达到了高分辨率,与3CCD彩色摄像机适配后,摄像系统的色还原性能好,可获取色泽鲜艳逼真的彩色视频图像。
[0040] 发明者在对所述的后固定镜组D设计计算时,把后组D的后主面后移,使系统的后截距增大。本发明的后截距达到115.3mm,使镜头能与各种类型的3CXD摄像机适配,还可以根据不同场合的使用要求,在光路中设置滤色片、密封玻璃等光学原件;也可以采用转像棱镜或者反射镜,对光路进行转折。以便把3CCD摄像机放置在镜头的上方,缩短系统的的结构长度。
[0041] 为了达到所需的光学参数要求,本发明在结构方面做了如下设计:
[0042] 电动调焦机构的设计
[0043] 如图4镜头的电动调焦机构。调焦电机通过调焦电机架固定在主镜筒上,将调焦电机通电使调焦主动齿轮转动,调焦主动齿轮带动调焦环转动,调焦环带动调焦镜座经由3个120°均布的导钉实现轴向移动,保证调焦过程的精度。前组镜筒通过螺纹与调焦镜座固联为一体,调焦镜座移动使整个镜头的前组移动。主镜筒与调焦环之间采用多头牙螺纹付联接,调焦环与调焦镜座之间采用左旋螺纹联接,具有调焦快速、灵活、空回小等优点。
[0044] 电动变焦机构的设计
[0045] 本发明采用导杆式传动形式来实现镜头的变焦:即把变倍镜组和补偿镜组固定在相应的移动座上。两个镜组的移动座设于导杆上,按照优化设计后的变焦凸轮曲线轨迹在导杆上滑动。为了减小变倍过程中,凸轮转动时的提升角,把变倍镜组的线性运动轨迹,改为非线性运动曲线,并在凸轮的转动轴上加装高精度的钢球滚动,使凸轮的运转平稳、不卡滞,从而保证了变焦过程图像稳定。
[0046] 镜头的电动变焦机构,如图5示。变焦主动齿轮带动变焦凸轮转动,凸轮通过钢珠的滚动经由导钉带动变焦移动座在导杆上平稳的移动,从而实现系统焦距的变化,完成变焦过程。同时,变焦主动齿轮带动电位器齿轮转动,电位器齿轮的转动使电位器的阻值发生改变,由此,焦距和电位器阻值之间形成一对一的关系。通过这种传感器方式可以实现焦距的预置功能。(即将电位器阻值与焦距对应关系表输入到控制芯片(CPU)中,通过控制软件输入所需焦距所对应的电位器阻值。CPU收到命令指示后驱动变焦电机转动,变焦电机带动变焦主动齿轮转动,变焦主动齿轮带动凸轮转动,同时也带动电位器齿轮转动,凸轮则通过钢珠和导钉带动变焦移动座在导杆上移动。当CPU检测到电位器阻值与输入的阻值一致时,CPU给出信号使变焦电机停止转动,此时两组镜座的位置就是所需焦距值,从而实现焦距预置功能。)
[0047] 电动光栏机构的设计
[0048] 如图6镜头的电动光栏机构。光栏调节电机通过光栏电机架固定在光栏座上,将光栏调节电机通电使光栏主动齿轮转动,光栏主动齿轮带动光栏调节环转动,光栏调节环通过固定在光栏动环上的导钉带动光栏动环转动,光栏动环带动光栏片转动,从而控制光栏的开口大小的变化,实现电动控制光栏大小的过程。通过调整光栏调节环压圈和光栏动环压圈的位置,可以控制光栏调节环和光栏动环转动过程的松紧,使转动过程平稳,无跳动。
[0049] 反射镜结构的设计
[0050] 本发明通过在镜头后端加装两个反射镜,使光线通过两个反射镜转折180°,将3CCD安装在镜头的后端的上方,从而达到减小摄像系统结构长度的目的。
[0051] 如图7示,是镜头的反射镜结构。进入镜头的光线经过前端光学镜片的折射经由最后一片镜片出射,出射后的光线通过反射镜一进行一次反射,使光线转折90°进入反射镜座,进入反射镜座的光线再经过反射镜二进行第二次反射,实现光线180°转折,最后到达彩色3CXD摄像机4的像面。
[0052] 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 (7)

1.一种适配于3CXD摄像机的变焦距摄像镜头,包括主镜筒,其特征在于:所述主镜筒内沿光线自左向右入射方向分别设置光焦度为正的前固定镜组(A)、光焦度为负的变倍镜组(B)、光焦度为负的补偿镜组(C)和光焦度为正的后固定镜组(D);所述的前固定镜组(A)由第一负月牙型透镜(A-1)与第一双凹透镜(A-2)密接的胶合组、第一正月牙型透镜(A-3)构成,所述的变倍镜组(B)由第二双凹透镜(B-1)、第二负月牙型透镜(B-2)与第一双凸透镜(B-3)密接的胶合组构成,所述的补偿镜组(C)由第三双凹透镜(C-1)与第二正月牙型透镜(C-2)密接的胶合组构成,所述后固定镜组⑶由第二双凸透镜(D-1)、第三正月牙型透镜(D-2)、第三双凸透镜(D-3)与第四双凹透镜(D-4)密接的胶合组、第四正月牙型透镜(D-5)、第三负月牙型透镜(D-6)、第四双凸透镜(D-7)构成;所述前固定镜组㈧与变倍镜组(B)之间的空气间隔是6.65〜80.09mm,所述变倍镜组(B)与补偿镜组(C)之间的空气间隔是38.76〜63.55mm,所述补偿镜组(C)与后固定镜组(D)之间的空气间隔是103.27〜5.04mm ;所述前固定镜组(A)中,第一负月牙型透镜(A-1)与第一双凹透镜(A-2)密接的胶合组和第一正月牙型透镜(A-3)之间的空气间隔是0.16mm;所述变倍镜组(B)中,第二双凹透镜(B-1)和第二负月牙型透镜(B-2)与第一双凸透镜(B-3)密接的胶合组之间的空气间隔是1.65mm;所述后固定镜组(D)中,第二双凸透镜(D-1)与第三正月牙型透镜(D-2)之间的空气间隔是0.2mm;第三正月牙型透镜(D-2)和第三双凸透镜(D-3)与第四双凹透镜(D-4)密接的胶合组之间的空气间隔是0.56mm;第三双凸透镜(D-3)与第四双凹透镜(D-4)密接的胶合组和第四正月牙型透镜(D-5)之间的空气间隔是1.35 ;第四正月牙型透镜(D-5)与第三负月牙型透镜(D-6)之间的空气间隔是15.79mm;第三负月牙型透镜(D-6)与第四双凸透镜(D-7)之间的空气间隔是1.98mm。
2.根据权利要求1所述的适配于3C⑶摄像机的变焦距摄像镜头,其特征在于:所述第一正月牙型透镜(A-3)选用超低色散的FK61型号氟冕玻璃。
3.根据权利要求1所述的适配于3CXD摄像机的变焦距摄像镜头,其特征在于:所述主镜筒的前部设有电动调焦机构,所述主镜筒的后部设有电动光栏调节机构,所述电动调焦机构与电动光栏调节机构之间的主镜筒上还设有电动变焦机构;所述电动调焦机构包括通过调焦电机架固联在主镜筒外周上的调焦电机和置于主镜筒内周上的调焦镜座,所述调焦电机的输出轴上设有调焦主动齿轮,`所述调焦主动齿轮啮合驱动外周具有从动齿的调焦环,所述调焦环与调焦镜座之间通过螺纹配合连接,所述调焦镜座内周上通过螺纹固连有用以安设前固定镜组(A)的前组镜筒,所述主镜筒的前部沿径向均布有三条导槽,所述导槽内分别安设有端部连接在调焦镜座的导钉;所述电动变焦机构包括设于主镜筒外周上的变焦电机和横设于主镜筒内的导杆,所述变焦电机的输出轴上设有变焦主动齿轮,所述变焦主动齿轮啮合驱动外周具有从动齿且经设于主镜筒外周上的钢珠与主镜筒连接的变焦凸轮,所述凸轮上开有两条导槽,所述导槽内分别安设有贯穿主镜筒且端部连接在用以安设变倍镜组(B)的变焦移动座上和用以安设补偿镜组(C)的补偿移动座上的导钉,所述变焦移动座和补偿移动座经固设于其上的变倍滑套和补偿滑套与导杆实现滑动连接;所述电动光栏调节机构包括通过螺钉固联在主镜筒后端部上且内周用以安设后固定镜组(D)的光栏座和通过光栏电机架固联在光栏座外周部上的光栏调节电机,所述光栏调节电机的输出轴上设有光栏调节主动齿轮,所述光栏调节主动齿轮啮合驱动位于光栏座外端部上的光栏调节环,所述光栏调节环经置于其内壁凹槽的导钉和置于光栏座凹槽内且与导钉端部固定连接的光栏动环连接,所述光栏动环上设有位于补偿镜组(C)和后固定镜组(D)之间的光栏片。
4.根据权利要求3所述的适配于3CXD摄像机的变焦距摄像镜头,其特征在于:所述变焦主动齿轮还经与其啮合的电位器齿轮和与变焦电机连接在一起的电位器连接。
5.根据权利要求3所述的适配于3C⑶摄像机的变焦距摄像镜头,其特征在于:所述光栏调节环的外端部上设有通过螺纹与光栏座外周壁连接的光栏调节环压圈。
6.根据权利要求3所述的适配于3C⑶摄像机的变焦距摄像镜头,其特征在于:所述光栏座凹槽的内周壁上设有用以顶压在光栏动环外周壁上的光栏动环压圈。
7.根据权利要求3所述的适配于3C⑶摄像机的变焦距摄像镜头,其特征在于:所述光栏座外还连接有用以实现从后固定镜组(D)中射出光线180度反转的一对反射镜座,所述反射镜座的出口与3CCD摄像机相连,所述一对反射镜座上分别设有用以实现光线90度转折的反射镜一和反射镜二。·
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