CN103809275B - 非球面红外夜视变焦摄像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非球面红外夜视变焦摄像镜头，其光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有光焦度为负的前组A、可变光栏C以及光焦度为正的后组B，所述前组A依次设有正月牙透镜A-1、由正月牙透镜A-2和负月牙透镜A-3密接的第一胶合组、由双凹透镜A-4和双凸透镜A-5密接的第二胶合组、双凹透镜A-6以及双凹透镜A-7，所述后组B依次设有非球面透镜B-1、由负月牙透镜B-2和双凸透镜B-3密接的第三胶合组、由双凸透镜B-4和正月牙透镜B-5密接的第四胶合组以及负月牙透镜B-6。该非球面红外夜视变焦摄像镜头具有光学指标高、光学靶面大、分辨率高于三百万像素等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种视频摄像镜头装置，特别是一种非球面红外夜视变焦摄像镜头，属于光电技术领域。
背景技术
红外镜头即IR镜头，它采用了特殊的光学玻璃材料，并用最新的光学设计方法，从而消除了可见光和红外光的焦面偏移，因此从可见光到红外光区的光线都可以在同一个焦面位置成像，使图像都能清晰。此外，红外镜头还采用了特殊的多层镀膜技术，以增加对红外光线的透过率，所以用IR镜头的摄像机比用普通镜头的摄像机夜晚监控的距离远。
目前，监控市场对24h连续监控的需求越来越多，由此产生了越来越多的日夜两用型摄像机。这种摄像机若采用普通的镜片，则其白天的图像调节清晰，晚上的图像就变得模糊；反之，晚上的图像调节清晰，白天就会模糊，即未能达到宽光谱共焦；若使用球面达到此效果，则由于球面镜片会出现像差，如球差、色差、彗差等，因而需要多片凹凸程度不同的镜片，进行分组组合来予以校正。
最简单的定焦镜头一般需要4片3组、6片4组或7片4组，而高档的变焦镜头则需要10多片10多组的镜片组合。显然，这不仅使镜头的体积和重量增加，而且使透过的光也减少了。对F值小的高感度镜头来说，其有效通光口径越大，球面像差就越大，当然其校正也就越困难。正是由于球面镜头的缺点，因此有必要一种研制了非球面镜头。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于为视频摄像系统提供一种光学指标高、光学靶面大、分辨率高于三百万像素的非球面红外夜视变焦摄像镜头。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种非球面红外夜视变焦摄像镜头，其光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有光焦度为负的前组A、可变光栏C以及光焦度为正的后组B，所述前组A依次设有正月牙透镜A-1、由正月牙透镜A-2和负月牙透镜A-3密接的第一胶合组、由双凹透镜A-4和双凸透镜A-5密接的第二胶合组、双凹透镜A-6以及双凹透镜A-7，所述后组B依次设有非球面透镜B-1、由负月牙透镜B-2和双凸透镜B-3密接的第三胶合组、由双凸透镜B-4和正月牙透镜B-5密接的第四胶合组以及负月牙透镜B-6。
进一步的，所述前组A与后组B之间的空气间隔为14.18mm~2.63mm。
进一步的，所述前组A与可变光栏C之间的空气间隔为13.88mm~2.30mm，所述后组B与可变光栏C之间的空气间隔为0.3mm~0.33mm。
进一步的，所述前组A中的正月牙透镜A-1与第一胶合组之间的空气间隔为0.1mm，所述第一胶合组与第二胶合组之间的空气间隔为0.92mm~12.25mm，所述第二胶合组与双凹透镜A-6之间的空气间隔为0.23mm，所述双凹透镜A-6与双凹透镜A-7之间的空气间隔为1.13mm。
进一步的，所述后组B中的非球面透镜B-1与第三胶合组之间的空气间隔为0.100mm，所述第三胶合组与第四胶合组之间的空气间隔为0.92mm~0.65mm，所述第四胶合组与负月牙透镜B-6之间的空气间隔为1.93mm。
进一步的，所述镜头的机械结构包括前组镜筒、主镜筒和后组镜筒，所述前组镜筒与主镜筒前端相连接，所述主镜筒外侧套设有由前锁紧钉锁紧的前凸轮，所述前凸轮、主镜筒前端内各加工有三个均分槽并穿设三个前导钉关联于前组镜座；所述后组镜筒外侧套设有由后锁紧钉锁紧的后凸轮，所述后凸轮、后组镜筒前端内各加工有三个均分槽并穿设三个后导钉关联于后组镜座。
进一步的，所述前组镜筒内依次安装正月牙透镜A-1和第一胶合组并由前压圈压紧，所述正月牙透镜A-1与第一胶合组之间设置有AB隔圈；所述前组镜座内依次安装第二胶合组、双凹透镜A-6和双凹透镜A-7并由D片压圈压紧，所述第二胶合组与双凹透镜A-6之间设置有EF隔圈；所述主镜筒后端内安装非球面透镜B-1和第三胶合组并由I片压圈压紧，所述非球面透镜B-1与第三胶合组之间设置有HI隔圈；所述后组镜座后端内依次安装有第四胶合组和负月牙透镜B-6并由后压圈压紧，所述第四胶合组与负月牙透镜B-6之间设置有KM隔圈。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）采用反远距型的光学结构，合理分配了前组A和后组B的光焦度；在后组B中，把三片式结构的第一片镜片改为非球面，使镜头达到大相对孔径、广角、结构长度短的性能指标。（2）通过合理选配前、后两组13片9组的光学玻璃材料，尽量选用高折射率、低色散的光学玻璃材料；通过计算机辅助光学设计和优化，完善地校正了光学镜头的各种象差，使镜头的分辨率高，能适应300万像素高清晰度视频摄像的要求。（3）在结构设计时，既保证镜头的同心度、精度和轴向位置的准确，又尽量使镜头的结构紧凑，另外考虑到镜头的实用性，采用了后端微“调焦”结构，避免了镜头的极限使用。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的光学系统图。
图2为本发明实施例的机械结构图。
图3为V型槽的结构示意图。
图中：1-前压圈，2-前组镜筒，3-前导钉，4-前凸轮，5-主镜筒，6-光驱，7-后导钉，8-后凸轮，9-后组镜筒，10-后组镜座，11-后压圈，12-负月牙透镜B-6，13-第四胶合组，14-KM隔圈，15-第三胶合组，16-I片压圈，17-凸轮卡环，18-HI隔圈，19-后锁紧钉，20-非球面透镜B-1，21-前锁紧钉，22-双凹透镜A-7，23-双凹透镜A-6，24-前组镜座，25-EF隔圈，26-第二胶合组，27-D片压圈，28-正月牙透镜A-1，29-第一胶合组，30-AB隔圈，31-V型槽。
具体实施方式
如图1所示，一种非球面红外夜视变焦摄像镜头，其光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有光焦度为负的前组A、由光驱6调节的可变光栏C以及光焦度为正的后组B，所述前组A依次设有正月牙透镜A-1、由正月牙透镜A-2和负月牙透镜A-3密接的第一胶合组、由双凹透镜A-4和双凸透镜A-5密接的第二胶合组、双凹透镜A-6以及双凹透镜A-7，所述后组B依次设有非球面透镜B-1、由负月牙透镜B-2和双凸透镜B-3密接的第三胶合组、由双凸透镜B-4和正月牙透镜B-5密接的第四胶合组以及负月牙透镜B-6。
在本实施例中，所述前组A与后组B之间的空气间隔为14.18mm~2.63mm，所述前组A与可变光栏C之间的空气间隔为13.88mm~2.30mm，所述后组B与可变光栏C之间的空气间隔为0.3mm~0.33mm。
在本实施例中，所述前组A中的正月牙透镜A-1与第一胶合组之间的空气间隔为0.1mm，所述第一胶合组与第二胶合组之间的空气间隔为0.92mm~12.25mm，所述第二胶合组与双凹透镜A-6之间的空气间隔为0.23mm，所述双凹透镜A-6与双凹透镜A-7之间的空气间隔为1.13mm。
在本实施例中，所述后组B中的非球面透镜B-1与第三胶合组之间的空气间隔为0.100mm，所述第三胶合组与第四胶合组之间的空气间隔为0.92mm~0.65mm，所述第四胶合组与负月牙透镜B-6之间的空气间隔为1.93mm。
本发明的后组B在三片式结构的原型上把第一片镜片改为非球面，以分担后组B的光焦度，提高了镜头的相对孔径，并利用胶合组正负镜片的折射率和色散的差异校正镜头的象差。非球面面形是在球面面形的基础上做细微的调整得出，面形复杂，材料可选用光学树脂；一片非球面镜片就能实现多个球面镜片校正像差的效果。显然，这不仅使镜头的体积和重量减少，而且使透过的光也增加了。
本发明由上述镜片组构成的光学系统达到了以下光学指标：（1）焦距：f′=10-50mm；（2）相对孔径D/f′=1/1.4；（3）靶面大小：1/2.7″；（4）分辨率：优于300万像素；（5）光路总长∑≤60mm；（6）适用谱线范围：480nm～850nm。
在本发明中，该镜头的分辨率为300万像素，此类镜头边缘视场与中心视场的分辨率要尽量保持一致，这就要求结构设计中要确保系统各组元的同心度及调焦等动作的精确、平稳等。
如图2所示，本发明的机械结构包括前组镜筒2、主镜筒5和后组镜筒9，所述前组镜筒2与主镜筒5前端相连接，所述主镜筒5外侧套设有由前锁紧钉21锁紧的前凸轮4，所述前凸轮4、主镜筒5前端内各加工有三个均分槽并穿设三个与前组镜座24固定连接的前导钉3，保证前组镜座24沿主镜筒5的导程运动；所述后组镜筒9外侧套设有由凸轮卡环17卡住并后锁紧钉19锁紧的后凸轮8，所述后凸轮8、后组镜筒9前端内各加工有三个均分槽并穿设三个与后组镜座10固定连接的后导钉，保证后组镜座10沿后组镜筒9的导程运动。如图3所示，所述后组镜筒9导程为V型槽，可以通过计算光学设计输出的位置明确后焦以提高整体调焦精度。
在本发明中，所述前组镜筒2内依次安装正月牙透镜A-1（28）和第一胶合组29并由前压圈1压紧，由同一机床加工的前组镜筒2可有效地保证前组A光路的同心度，所述前压圈1保证前组A镜片的装配稳定性且拦截杂散光以消除其对镜头成像质量的影响，所述正月牙透镜A-1（28）与第一胶合组29之间设置有AB隔圈30以保证其通光和空气距离。
在本发明中，所述前组镜座24内依次安装第二胶合组26、双凹透镜A-6（23）和双凹透镜A-7（22）并由D片压圈27压紧，所述第二胶合组26与双凹透镜A-6（23）之间设置有EF隔圈25以保证其通光和空气距离；所述主镜筒5后端内安装非球面透镜B-1（20）和第三胶合组（15）并由I片压圈16压紧，所述非球面透镜B-1（20）与第三胶合组（15）之间设置有HI隔圈18以保证其通光和空气距离。
在本发明中，所述后组镜座10后端内依次安装有第四胶合组（13）和负月牙透镜B-6（12）并由后压圈11压紧，所述后压圈11保证后组B镜片的装配稳定性以防止镜片松动或者掉出来，所述第四胶合组（13）与负月牙透镜B-6（12）之间设置有KM隔圈14以保证其通光和空气距离。
本发明的工作原理如下：光线经前组A的镜片传播至后组B的镜片内成像，当需要调整焦距时，手动控制使得前凸轮4通过均分槽和前导钉3驱动前组镜座24移动，同时后凸轮8通过均分槽和后导钉7驱动后组镜座10移动，调整前组镜座24和后组镜座10的间距，从而达到调整前组A的镜片和后组B的镜片的距离，以此来实现镜头的聚焦、变焦。
由于该镜头的结构紧凑，使得对镜片的精度要求较高，加工工艺要求会提高，相应地在结构设计中需要保证系统各组元的同心度及调焦等动作的精确、平稳和手感好。
本实施例未述部分与现有技术相同，且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)
1.一种非球面红外夜视变焦摄像镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有光焦度为负的前组A、可变光栏C以及光焦度为正的后组B，所述前组A依次设有正月牙透镜A-1、由正月牙透镜A-2和负月牙透镜A-3密接的第一胶合组、由双凹透镜A-4和双凸透镜A-5密接的第二胶合组、双凹透镜A-6以及双凹透镜A-7，所述后组B依次设有非球面透镜B-1、由负月牙透镜B-2和双凸透镜B-3密接的第三胶合组、由双凸透镜B-4和正月牙透镜B-5密接的第四胶合组以及负月牙透镜B-6；所述前组A与后组B之间的空气间隔为14.18mm~2.63mm，所述前组A与可变光栏C之间的空气间隔为13.88mm~2.30mm，所述后组B与可变光栏C之间的空气间隔为0.3mm~0.33mm；所述前组A中的正月牙透镜A-1与第一胶合组之间的空气间隔为0.1mm，所述第一胶合组与第二胶合组之间的空气间隔为0.92mm~12.25mm，所述第二胶合组与双凹透镜A-6之间的空气间隔为0.23mm，所述双凹透镜A-6与双凹透镜A-7之间的空气间隔为1.13mm；所述后组B中的非球面透镜B-1与第三胶合组之间的空气间隔为0.100mm，所述第三胶合组与第四胶合组之间的空气间隔为0.92mm~0.65mm，所述第四胶合组与负月牙透镜B-6之间的空气间隔为1.93mm。
2.根据权利要求1所述的非球面红外夜视变焦摄像镜头，其特征在于：所述镜头的机械结构包括前组镜筒、主镜筒和后组镜筒，所述前组镜筒与主镜筒前端相连接，所述主镜筒外侧套设有由前锁紧钉锁紧的前凸轮，所述前凸轮、主镜筒前端内各加工有三个均分槽并穿设三个前导钉关联于前组镜座；所述后组镜筒外侧套设有由后锁紧钉锁紧的后凸轮，所述后凸轮、后组镜筒前端内各加工有三个均分槽并穿设三个后导钉关联于后组镜座。
3.根据权利要求2所述的非球面红外夜视变焦摄像镜头，其特征在于：所述前组镜筒内依次安装正月牙透镜A-1和第一胶合组并由前压圈压紧，所述正月牙透镜A-1与第一胶合组之间设置有AB隔圈；所述前组镜座内依次安装第二胶合组、双凹透镜A-6和双凹透镜A-7并由D片压圈压紧，所述第二胶合组与双凹透镜A-6之间设置有EF隔圈；所述主镜筒后端内安装非球面透镜B-1和第三胶合组并由I片压圈压紧，所述非球面透镜B-1与第三胶合组之间设置有HI隔圈；所述后组镜座后端内依次安装有第四胶合组和负月牙透镜B-6并由后压圈压紧，所述第四胶合组与负月牙透镜B-6之间设置有KM隔圈。
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