CN102736220B - 大视场航拍数码相机镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大视场航拍数码相机镜头，包括光学镜头、可变光栏(A)、电子快门(C)及控制部分，其特征在于：所述光学镜头中沿光线自左向右入射方向分别设有光焦度为正的前组(B)和光焦度为正的后组(D)，所述可变光栏(A)设于前组(B)的左侧，所述电子快门(C)设于前组(B)及后组(D)之间，即沿光线的入射方向依次设有可变光栏(A)、前组(B)、电子快门(C)及后组(D)，该镜头解决了普通镜头因量子效率低和像面照度不均匀无法与先进的带微透镜阵列的大靶面CCD芯片适配的问题，并且具有大视场、大孔径、高分辨率、体积小、重量轻等特点适用于大范围的目标定位及城市巡逻。

Description

大视场航拍数码相机镜头

技术领域

本发明涉及一种航拍数码相机镜头，特别涉及一种体积小、重量轻的大视场航拍数码相机镜头，主要用于大范围的目标定位及城市巡逻。

背景技术

航拍数码相机因其覆盖范围大，分辨率高等突出优点已成为人员搜救，灾情勘测，目标定位以及城市巡逻的重要设备。不仅可以在短时间内同时发现多个目标，向各级指挥人员提供实时的数字图像信息，而且还可以对目标进行跟踪识别，在现代的人员搜救，灾情勘测和城市安全中发挥着越来越大的作用。

随着CCD芯片制造技术的不断发展，为了提高芯片的灵敏度和量子效率，CCD芯片的制造厂商开发出了带微透镜阵列的CCD芯片，可将绝对量子效率的峰值由普通芯片的16%提高到50%。微透镜阵列的引入大大提高了CCD芯片的灵敏度，但是微透镜阵列量子效率受光线的入射角影响很大，随着水平方向入射角的增加，量子效率下降迅速。因此，对选择微透镜阵列的CCD时就必须考虑入射角度问题，镜头必须选用像方远心光路，以提高数码相机的量子效率和像面照度的均匀性，而现有航拍数码相机受限于重量和体积，导致观测视场较小，严重影响系统的探测能力。

发明内容

鉴于现有航拍数码相机受限于重量和体积，导致观测视场较小，严重影响系统的探测能力等技术的不足，本发明的目的在于提供一种大视场航拍数码相机镜头，该镜头解决了普通镜头因量子效率低和像面照度不均匀无法与先进的带微透镜阵列的大靶面CCD芯片适配的问题，并且具有大视场、大孔径、高分辨率、体积小、重量轻等特点，适用于大范围的目标定位及城市巡逻。

本发明的技术方案在于：一种大视场航拍数码相机镜头，包括光学镜头、可变光栏A、电子快门C及控制部分，其特征在于：所述光学镜头中沿光线自左向右入射方向分别设有光焦度为正的前组B和光焦度为正的后组D，所述可变光栏A设于前组B的左侧，所述电子快门C设于前组B及后组D之间，即沿光线的入射方向依次设有可变光栏A、前组B、电子快门C及后组D。

进一步地，所述前组B中依次设有第一正月牙透镜B-1及由第二正月牙透镜B-2和第一负月牙透镜B-3密接的第一胶合组，所述光焦度为正的后组D中依次设有由第一双凹透镜D-1和第一双凸透镜D-2密接的第二胶合组，第二双凸透镜D-3，第三双凸透镜D-4及第二负月牙透镜D-5。

进一步地，所述前组B和后组D之间的空气间隔是16.0mm；所述前组B中的第一正月牙透镜B-1和由第二正月牙透镜B-2和第一负月牙透镜B-3密接的第一胶合组之间的空气间隔是0.4mm；所述后组由第一双凹透镜D-10和第一双凸透镜D-2密接的第二胶合组与第二双凸透镜D-3之间的空气间隔是0.2mm；第二双凸透镜D-3与第三双凸透镜D-4之间的空气间隔是0.2mm，第三双凸透镜D-4与第二负月牙透镜D-5之间的空气间隔是16.3mm。

进一步地，所述可变光栏包括与前组B固定连接的光栏座1和安装在光栏座1内的光栏片2，所述光栏片2的前后侧分别铆接有光栏动钉3和光栏定钉4，所述光栏座1与光栏片2通过光栏定钉4实现固定连接，所述光栏动钉3与安装在光栏座内的光栏动环5相连，所述光栏动环5通过设于前端的光栏动环压圈6与光栏座1固定，光栏动环5上设有光栏拔钉7，所述光栏拔钉的一端头与光栏动环5固定连接，光栏拔钉的另一端头穿过光栏座1与光栏调节环8实现联动，所述光栏调节环8通过设于前端的光栏调节环压圈9与光栏座1固定，所述光栏座的外周部上还安装有光栏电机架10，电机11安装在所述光栏电机架10上，电机输出齿轮12的一侧与光栏调节环8外周部的齿轮啮合传动，所述电机输出齿轮12的另一侧与电位器齿轮13啮合传动，所述电位器齿轮13与一电位器14同轴连接。

进一步地，大视场航拍数码相机镜头的外壳15与相机16采用法兰连接，所述相机16与机载底板17连接，所述外壳15的前端部设有一辅助支承架18，所述辅助支承架18的底板19通过固定螺钉20与所述机载底板17连接。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：（1）为了适应航拍的特殊用途，因此在满足高斯光学和提高光学系统像质的前提下，尽量优化结构，减小镜头的重量和体积；

（2）对应于微透镜阵列CCD对光线小入射角的特殊要求在光学设计中采用远心光路，参考图1及图5，本发明镜头把孔径光栏安置在镜头的前焦面上，出瞳位于无穷远处，出射主光线平行于光轴，因此最后一片镜片的通光口径与CCD芯片最大的通光尺寸相近，光线也几乎垂直于CCD芯片入射，入射角度接近0度，相对量子效率接近100%，因而像面照度只受本发明镜头渐晕的影响，大大优于现有普通的镜头像面照度的均匀性；

（3）航拍数码相机镜头为了能够方便安装可变光栏及电子快门，同时考虑到整体的外型尺寸要求，所以电子快门的尺寸应尽可能小，因此只有将可变光栏前置，而在镜头光线束最小的孔径光栏处放置机械电子快门，并且加大孔径光栏处的空气间隔，以满足放置机械电子快门的要求；将可变光栏设置在镜头前端的光学结构虽然不具有完全对称性，但是本发明镜头仍然采用双高斯结构作为雏形，利用双高斯光学结构前组与后组镜片对称的特性，有利于像差的校正，提高镜头分辨率，使视场中心与边缘都具有良好的分辨率。

附图说明

图1为本发明实施例光学系统的构造示意图。

图2为本发明实施例光学成像质量评价传递函数图。

图3为本发明实施例的外形接口示意图。

图4为图3的侧视图。

图5为本发明实施例的光束走向示意图。

图6为本发明实施例的电子快门结构示意图。

图7为本发明实施例的光栏结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

参考图1，一种大视场航拍数码相机镜头，包括光学镜头、可变光栏A、电子快门C及控制部分，其特征在于：所述光学镜头中沿光线自左向右入射方向分别设有光焦度为正的前组B和光焦度为正的后组D，所述可变光栏A设于前组B的左侧，所述电子快门C设于前组B及后组D之间，即沿光线的入射方向依次设有可变光栏A、前组B、电子快门C及后组D。

所述前组B中依次设有第一正月牙透镜B-1及由第二正月牙透镜B-2和第一负月牙透镜B-3密接的第一胶合组，所述光焦度为正的后组D中依次设有由第一双凹透镜D-1和第一双凸透镜D-2密接的第二胶合组，第二双凸透镜D-3，第三双凸透镜D-4及第二负月牙透镜D-5。

所述前组B和后组D之间的空气间隔是16.0mm；所述前组B中的第一正月牙透镜B-1和由第二正月牙透镜B-2和第一负月牙透镜B-3密接的第一胶合组之间的空气间隔是0.4mm；所述后组由第一双凹透镜D-10和第一双凸透镜D-2密接的第二胶合组与第二双凸透镜D-3之间的空气间隔是0.2mm；第二双凸透镜D-3与第三双凸透镜D-4之间的空气间隔是0.2mm，第三双凸透镜D-4与第二负月牙透镜D-5之间的空气间隔是16.3mm。

由上述所述系统构成如下的技术指标：

1、焦距：  f′=45 mm

2、光圈：  F2.79～F16

3、视场角：45 °×31 °（对角线视场54 °）

4、波段：  λ0 =0.589μm，在0.4μm ～ 0.8μm复消色差

5、最大畸变＝0.77％

6、白光透过率＞88％

7、光学总长＜73 mm

8、传递函数特征频率56lp/mm时，参考图2，0视场MTF=61%，0.7视场MTF=47%

10 镜头的总长：不大于82.5mm

11 CCD有效面积 37.25×25.7mm

12 工作温度 ﹣40℃～﹢60℃

13 存贮温度 ﹣55℃～﹢65℃

14 振动：1～500Hz，功率密度谱 W=0.01g /Hz

15 冲击 15g，半正弦波形 11ms。

如图3及图4所示，镜头总长81.5mm，加上相机长度为133mm，镜头的大小在67mm×67mm的相机尺寸范围内，为了承受机载振动和冲击要求，大视场航拍数码相机镜头的外壳15与相机16采用法兰连接，并且灌封为一整体，相机与机载底板联接所述相机16与机载底板17连接，所述外壳15的前端部设有一辅助支承架18，所述辅助支承架18的底板19通过固定螺钉20与所述机载底板17连接，这样使镜头和相机、机载底板联为一体，可以降低镜头和相机的固有频率从而提高镜头的抗振性能。

所述的镜头需适配带微透镜阵列的CCD，因此要求镜头采用远心光路，镜头出射光线高度大于φ42mm，按常规把快门设计在镜头与CCD之间，则快门的孔径必须大于φ42mm，则快门的外径大于φ110mm，体积太大，不能满足使用要求，若把快门放在镜头的前面入瞳处，镜头的入瞳为17mm，则快门的外径约为65mm，镜头的外形还是偏大，不能满足客户要求，无法装入机箱内。

通过分析如图5所示的光路走向，得到本镜头的光束在孔径光栏处最小，光线束约为φ11mm，并且孔径光栏处镜头的前后组间隔约为11mm，可以为电子快门提供足够的空间，经与光学设计协调，把镜头的孔径光栏改为前光栏，镜头的前后组之间设计电子快门，电子快门的孔径设计为12mm，外径为33mm，连接部分为φ42mm，电子快门的控制部分高度为R28mm，如图6所示，这样设计后的镜头的外型接口如图3所示，可以满足客户要求镜头外型尺寸体积小的要求。

如图7所示，所述可变光栏包括与前组B固定连接的光栏座1和安装在光栏座1内的光栏片2，所述光栏片2的前后侧分别铆接有光栏动钉3和光栏定钉4，所述光栏座1与光栏片2通过光栏定钉4实现固定连接，所述光栏动钉3与安装在光栏座内的光栏动环5相连，所述光栏动环5通过设于前端的光栏动环压圈6与光栏座1固定，光栏动环5上设有光栏拔钉7，所述光栏拔钉的一端头与光栏动环5固定连接，光栏拔钉的另一端头穿过光栏座1与光栏调节环8实现联动，所述光栏调节环8通过设于前端的光栏调节环压圈9与光栏座1固定，所述光栏座的外周部上还安装有光栏电机架10，电机11安装在所述光栏电机架10上，电机输出齿轮12的一侧与光栏调节环8外周部的齿轮啮合传动，所述电机输出齿轮12的另一侧与电位器齿轮13啮合传动，所述电位器齿轮13与一电位器14同轴连接。

当电机做正反转运动时，通过电机输出齿轮啮合带动光栏调节环作正反向转动，并且通过光栏拔钉的联动带动光栏动环正反向运动，光栏动环正反向旋转带动光栏片上的动钉在光栏动环上的动环槽中作直线运动，而光栏片上的定钉安装在光栏座的铆钉孔中，作为光栏片转动的圆心点；这样光栏片在光栏动环的作用下，通过光栏动钉使光栏片作开合运动，从而调整镜头孔径光栏的大小，电机输出齿轮与光栏动环啮合的同时与电位器上的电位器齿轮啮合，从而带动电位器旋转，使电位器的阻值发生变化，作为光栏开合大小的反馈信号反馈给系统。

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 (3)

1.一种大视场航拍数码相机镜头，包括光学镜头、可变光栏(A)、电子快门(C)及控制部分，其特征在于：所述光学镜头中沿光线自左向右入射方向分别设有光焦度为正的前组(B)和光焦度为正的后组(D)，所述可变光栏(A)设于前组(B)的左侧，所述电子快门(C)设于前组(B)及后组(D)之间，即沿光线的入射方向依次设有可变光栏(A)、前组(B)、电子快门(C)及后组(D)；

所述前组(B)中依次设有第一正月牙透镜(B-1)及由第二正月牙透镜(B-2)和第一负月牙透镜(B-3)密接的第一胶合组，所述光焦度为正的后组(D)中依次设有由第一双凹透镜(D-1)和第一双凸透镜(D-2)密接的第二胶合组，第二双凸透镜(D-3)，第三双凸透镜(D-4)及第二负月牙透镜(D-5)；

所述前组(B)和后组(D)之间的空气间隔是16.0mm；所述前组(B)中的第一正月牙透镜(B-1)和由第二正月牙透镜(B-2)和第一负月牙透镜(B-3)密接的第一胶合组之间的空气间隔是0.4mm；所述后组由第一双凹透镜(D-1)和第一双凸透镜（D-2）密接的第二胶合组与第二双凸透镜（D-3）之间的空气间隔是0.2mm；第三双凸透镜（D-3）与第三双凸透镜（D-4）之间的空气间隔是0.2mm，第三双凸透镜（D-4）与第二负月牙透镜（D-5）之间的空气间隔是16.3mm。

2.根据权利要求1所述的大视场航拍数码相机镜头，其特征在于：所述可变光栏包括与前组（B）固定连接的光栏座（1）和安装在光栏座（1）内的光栏片（2），所述光栏片（2）的前后侧分别铆接有光栏动钉（3）和光栏定钉（4），所述光栏座（1）与光栏片（2）通过光栏定钉（4）实现固定连接，所述光栏动钉（3）与安装在光栏座内的光栏动环（5）相连，所述光栏动环（5）通过设于前端的光栏动环压圈（6）与光栏座（1）固定，光栏动环（5）上设有光栏拔钉（7），所述光栏拔钉的一端头与光栏动环（5）固定连接，光栏拔钉的另一端头穿过光栏座（1）与光栏调节环（8）实现联动，所述光栏调节环（8）通过设于前端的光栏调节环压圈（9）与光栏座（1）固定，所述光栏座的外周部上还安装有光栏电机架（10），电机（11）安装在所述光栏电机架（10）上，电机输出齿轮（12）的一侧与光栏调节环（8）外周部的齿轮啮合传动，所述电机输出齿轮（12）的另一侧与电位器齿轮（13）啮合传动，所述电位器齿轮（13）与一电位器（14）同轴连接。

3.根据权利要求1所述的大视场航拍数码相机镜头，其特征在于：大视场航拍数码相机镜头的外壳（15）与相机（16）采用法兰连接，所述相机（16）与机载底板（17）连接，所述外壳（15）的前端部设有一辅助支承架（18），所述辅助支承架（18）的底板（19）通过固定螺钉（20）与所述机载底板（17）连接。

Images