CN104076494B - 宽光谱强光力摄像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽光谱强光力摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光路自左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定组、可变光阑以及光焦度为正的后调焦组，所述前固定组依次设有正月牙型透镜A-1、负月牙型透镜A-2、由双凸透镜A-3与双凹透镜A-4密接的第一胶合组以及由双凸透镜A-5与双凹透镜A-6密接的第二胶合组，所述后调焦组依次设有双凸透镜C-1以及由双凸透镜C-2与双凹透镜C-3密接的第三胶合组。该镜头提高了前固定镜组的光焦度承担能力，选用ED光学材料，有效地降低了光学镜头二级光谱等像差，使镜头能在宽光谱范围内工作且具有强光力特点，提高了在严重雾霾、沙尘、微光等苛刻气候条件下对远距离目标的探测能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽光谱强光力摄像镜头，属于光电技术领域。
背景技术
普通摄像镜头仅限于一般照明条件的应用场合，当应用于如微光、严重雾霾、沙尘等苛刻环境时，信号本身很弱或在传输过程中散射现象明显，会导致目标信号淹没于背景信号当中，无法正常使用，特别是目标信号位置较远，传播过程中信号强度损耗较大，因此对宽光谱、强光力的要求愈加强烈。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种宽光谱强光力摄像镜头。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种宽光谱强光力摄像镜头，包括光学系统和机械结构，所述光学系统中沿光路自左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定组、可变光阑以及光焦度为正的后调焦组，所述前固定组依次设有正月牙型透镜A-1、负月牙型透镜A-2、由双凸透镜A-3与双凹透镜A-4密接的第一胶合组以及由双凸透镜A-5与双凹透镜A-6密接的第二胶合组，所述后调焦组依次设有双凸透镜C-1以及由双凸透镜C-2与双凹透镜C-3密接的第三胶合组。
进一步的，所述前固定组与可变光阑之间的空气间隔为7.60mm，所述可变光阑与后调焦组之间的空气间隔为16.93mm。
进一步的，所述前固定组中的正月牙型透镜A-1与负月牙型透镜A-2之间的空气间隔为63.31mm，所述负月牙型透镜A-2与第一胶合组之间的空气间隔为2.92mm，所述第一胶合组与第二胶合组之间的空气间隔为0.15mm。
进一步的，所述后调焦组中的双凸透镜C-1与第三胶合组之间的空气间隔为3.87mm。
进一步的，所述双凸透镜A-3和双凸透镜A-5均由FK61超低色散材料制成。
进一步的，所述机械结构包含前组镜筒、光阑座镜筒和后组镜筒，所述前组镜筒后端与光阑座镜筒前端之间采用螺纹及主正面配合联接，所述后组镜筒前端与光阑座镜筒后端之间采用螺纹及主正面配合联接方式，所述后组镜筒套设在调焦镜筒上。
进一步的，所述前组镜筒前端设有圆形法兰，所述圆形法兰的后端面上均匀分布有六个用于主支撑固定的主螺纹孔，所述光阑座镜筒中部下方按100°对称分布有两个用于辅助支撑固定的辅助螺纹孔，所述光阑座镜筒通过两个辅助螺纹孔和相应螺栓安装有辅助支撑架。
进一步的，所述前组镜筒、后组镜筒与光阑座镜筒的螺纹联接处均采用锥端紧定螺钉抱窝涂胶紧固，所述圆形法兰的后端面上设有O型密封圈。
进一步的，所述机械结构还包含电动调光机构和电动调焦机构，所述电动调光机构和电动调焦机构的电机均采用背负式安装方式，所述电机的齿轮上设有打滑机构。
进一步的，所述电动调光机构和电动调焦机构均通过微动开关控制光阑、调焦到位。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：该镜头提高了前固定镜组的光焦度承担能力，选用ED（超低色散）光学材料，有效地降低了光学镜头二级光谱等像差，能够在宽光谱范围内工作，在严重雾霾、沙尘等环境下，能有效地利用近红外波段波长较长、散射现象不明显的特点，具有较强的穿透雾霾、沙尘的能力，同时具备强光力的特点，在微弱信号条件下也能良好成像，提高了在严重雾霾、沙尘、微光等苛刻气候条件下对远距离目标的探测能力。
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为图2的右视图。
图4为本发明实施例的剖视图。
图5为本发明实施例的电动调焦机构图。
图1中：A-前固定镜组，A-1-正月牙型透镜A-1，A-2-负月牙型透镜A-2，A-3-双凸透镜A-3，A-4-双凹透镜A-4，A-5-双凸透镜A-5，A-6-双凹透镜A-6，B-可变光阑，C-后调焦组，C-1-双凸透镜C-1，C-2-双凸透镜C-2，C-3-双凹透镜C-3。
图2~5中：1-镜盖，2-正月牙型透镜A-1，3-A-1透镜压圈，4-O型密封圈，5-前组镜筒，6-负月牙型透镜A-2，7-双凸透镜A-3，8-A-2透镜压圈，9-双凹透镜A-4，10-双凸透镜A-5，11-隔圈，12-双凹透镜A-6，13-光阑座镜筒，14-光阑片组件，15-光阑动环，16-光阑拨钉，17-光阑调节齿轮，18-光阑调节齿轮压圈，19-光阑动环压圈，20-C-1透镜压圈，21-后组镜筒，22-调焦导钉，23-调焦凸轮，24-调焦凸轮压圈，25-辅助支撑架，26-双凸透镜C-1，27-调焦镜筒，28-C-2透镜压圈，29-双凸透镜C-2，30-C-3透镜，31-调焦电机，32-调焦电机架，33-电机轴套，34-紧定螺钉，35-电机齿轮，36-打滑垫片，37-压簧，38-锁紧螺母，39-紧定螺钉，40-紧定螺钉，41-调焦过轮轴，42-调焦过轮，43-光阑电机，44-圆形法兰，45-光阑到位开关组件，46-调焦到位开关组件。
具体实施方式
如图1所示，一种宽光谱强光力摄像镜头，其光学系统中沿光路自左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定组A、可变光阑B以及光焦度为正的后调焦组C，所述前固定组A依次设有正月牙型透镜A-1、负月牙型透镜A-2、由双凸透镜A-3与双凹透镜A-4密接的第一胶合组以及由双凸透镜A-5与双凹透镜A-6密接的第二胶合组，所述后调焦组C依次设有双凸透镜C-1以及由双凸透镜C-2与双凹透镜C-3密接的第三胶合组。
在本实施例中，所述前固定组A与可变光阑之间的空气间隔为7.60mm，所述可变光阑与后调焦组C之间的空气间隔为16.93mm。所述前固定组A中的正月牙型透镜A-1与负月牙型透镜A-2之间的空气间隔为63.31mm，所述负月牙型透镜A-2与第一胶合组之间的空气间隔为2.92mm，所述第一胶合组与第二胶合组之间的空气间隔为0.15mm；所述后调焦组C中的双凸透镜C-1与第三胶合组之间的空气间隔为3.87mm。其中，所述双凸透镜A-3和双凸透镜A-5均由FK61超低色散材料制成。
在本实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：（1）焦距：f′=80mm；（2）相对孔径D/F=1/1；（3）视场角2ω：5.73°；（4）适用光谱范围：450nm～1100nm；（5）分辨率：与百万像素的高清晰度摄像机适配；（6）光路总长∑≤177mm；（7）工作温度：-30℃～+65℃±2℃；（8）力学冲击：10g半正弦波，冲击持续时间10±2ms，轴、径、切等正反方向，每向4次；（9）振动功率谱：20～50Hz6dB/oct，50～4000.01g2/Hz，400～10000.01g2/Hz，1000～2000-10dB/oct，试验时间为X、Y、Z每个轴向3分钟。
在光学设计时，在前固定组A使用了两片ED（超低色散）光学材料，并在光线高度最高的第一片镜片中使用高折射率的玻璃，提高了前固定组A的光焦度承担能力，有效地降低了光学镜头的二级光谱像差，使镜头具有宽光谱、强光力的特点，且具有较高的清晰度。通过膜系优化设计，使镜头在450-1100nm宽波段范围内有优于85%的透过率，提高对远距离目标的探测能力。后调焦组C用于对远近不同目标进行聚焦，弥补了大口径镜头景深小的缺陷；同时利用后调焦组C对温度引起的像面漂移进行温度调焦，使得镜头在高低温状态下仍能良好成像。
如图2~5所示，该镜头的所述机械结构包含前组镜筒5、光阑座镜筒13和后组镜筒21，所述前组镜筒5后端与光阑座镜筒13前端之间采用螺纹及主正面配合联接，所述后组镜筒21前端与光阑座镜筒13后端之间采用螺纹及主正面配合联接方式，能够有效保证同心度需求，减小外形尺寸，使镜头尽量轻便、小巧，同时兼顾到加工、装配及调试的方便性。该镜头总长为175.4mm，直径φ97mm。
在本实施例中，所述后组镜筒21内设有活动的调焦镜筒27，所述正月牙型透镜A-1安装于前组镜筒5内并由前方的A-1透镜压圈3压紧，所述负月牙型透镜A-2、双凸透镜A-3、双凹透镜A-4、双凸透镜A-5和双凹透镜A-6安装于光阑座镜筒13内并由前方的A-2透镜压圈8压紧，所述双凹透镜A-4与双凸透镜A-5之间设有隔圈11，所述双凸透镜C-1、双凸透镜C-2和双凹透镜C-3安装于调焦镜筒27内，所述双凸透镜C-1由C-1透镜压圈20压紧，所述双凸透镜C-2和双凹透镜C-3由C-2透镜压圈28压紧。
在本实施例中，为了承受振动及满足力学冲击要求，所述前组镜筒5前端设有圆形法兰44，所述圆形法兰44的后端面上均匀分布有六个用于主支撑固定的主螺纹孔，所述光阑座镜筒13中部下方按100°对称分布有两个用于辅助支撑固定的辅助螺纹孔，所述光阑座镜筒13通过两个辅助螺纹孔和相应螺栓安装有辅助支撑架25，所述圆形法兰44的后端面和辅助支撑架25分别与某手持机构的端面、底面联接，形成稳固的联接结构。可通过适当降低辅助支撑架25高度，尽可能降低系统的重心，以增加镜头的谐振频率，避免低频处产生共振，从而提高了镜头的抗振性能。此样机装调后，进行振动、冲击实验，实验结果在振动频率段没有产生共振现象，各项技术指标符合技术条件要求。
在本实施例中，所述前组镜筒5、后组镜筒21与光阑座镜筒13的螺纹联接处均涂胶紧固，并采用锥端紧定螺钉抱窝（环抱）紧固，保证联接牢靠，提高抗振动、耐冲击等性能。所述圆形法兰44的后端面上设有O型密封圈4，各片透镜装调后在正月牙型透镜A-1与A-1透镜压圈3的间隙处涂6704硅胶灌封，保证镜头与某手持机构的整体水密要求。所述前组镜筒5及各压圈、隔圈11等内壁处均可加工有若干条宽度适当的齿纹，并涂上消光漆，利用镜筒内壁对杂散光辐射的散射和吸收，从而达到抑制杂散光的目的。
在本实施例中，所述机械结构还包含电动调光机构和电动调焦机构，所述电动调光机构和电动调焦机构的电机均采用背负式安装方式，使得镜头整体简洁、美观；所述电动调光机构的电机通过相应电机架安装在光阑座镜筒13上，所述电动调焦机构的电机通过相应电机架安装在后组镜筒21上，所述电机的齿轮上均设有打滑机构，所述打滑机构包含电机轴套33、打滑垫片36、压簧37和锁紧螺母38，所述电机轴套33套设在电机轴上并由紧定螺钉34固定，所述齿轮套设在电机轴套33上并由压簧37通过打滑垫片36压紧，所述锁紧螺母38套设在电机轴套33的外螺纹上并由紧定螺钉39固定，当电机过载时齿轮打滑，以对电机进行保护。所述电动调光机构和电动调焦机构均通过微动开关控制光阑、调焦到位，即光阑到位开关组件45和调焦到位开关组件46，以防电机堵转而损坏。
在本实施例中，所述电动调光机构包含光阑电机43、电机齿轮、光阑调节齿轮17、光阑调节齿轮压圈18、光阑拨钉16、光阑动环15、光阑动环压圈19和光阑片组件14，所述光阑电机43的电机齿轮与光阑调节齿轮17相啮合，所述光阑调节齿轮17套设在光阑座镜筒13上并由光阑调节齿轮压圈18压紧，所述光阑调节齿轮压圈18通过紧定螺钉固定在光阑座镜筒13上，所述光阑调节齿轮17通过固定在光阑动环15上的光阑拨钉16带动光阑动环15转动，所述光阑动环15由光阑动环压圈19压紧在光阑座镜筒13内，所述光阑动环15带动光阑片组件14转动，从而控制光圈开口大小的变化，实现电动控制光圈大小的过程。
在本实施例中，所述电动调焦机构包含调焦电机31、电机齿轮35、调焦过轮42、调焦凸轮23和调焦凸轮压圈24，所述调焦过轮42通过调焦过轮轴41安装在调焦电机架32上，所述调焦凸轮压圈24通过紧定螺钉40固定在后组镜筒21上，所述调焦凸轮23活动套设在后组镜筒21上并由调焦凸轮压圈24压紧，所述调焦凸轮23通过三个均布的调焦导钉22与调焦镜筒27联接，所述调焦凸轮23上均匀分布有三个与相应调焦导钉22头部滑动配合的斜槽，所述后组镜筒21上均匀分布有三个供相应调焦导钉22穿过的直槽，所述调焦导钉22在相应直槽的导向作用下使调焦镜筒27作直线往返运动。当调焦电机31运转时，所述电机齿轮35通过调焦过轮42带动调焦凸轮23转动，所述调焦凸轮23通过调焦导钉22带动调焦镜筒27做直线运动，电机正反转即可带动后调焦组C前后运动，从而实现调焦目的。
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 (6)
1.一种宽光谱强光力摄像镜头，包括光学系统和机械结构，其特征在于：所述光学系统中沿光路自左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定组、可变光阑以及光焦度为正的后调焦组，所述前固定组依次设有正月牙型透镜A-1、负月牙型透镜A-2、由双凸透镜A-3与双凹透镜A-4密接的第一胶合组以及由双凸透镜A-5与双凹透镜A-6密接的第二胶合组，所述正月牙型透镜A-1和负月牙型透镜A-2均向物方侧凸出，所述后调焦组依次设有双凸透镜C-1以及由双凸透镜C-2与双凹透镜C-3密接的第三胶合组；所述前固定组与可变光阑之间的空气间隔为7.60mm，所述可变光阑与后调焦组之间的空气间隔为16.93mm；所述前固定组中的正月牙型透镜A-1与负月牙型透镜A-2之间的空气间隔为63.31mm，所述负月牙型透镜A-2与第一胶合组之间的空气间隔为2.92mm，所述第一胶合组与第二胶合组之间的空气间隔为0.15mm；所述后调焦组中的双凸透镜C-1与第三胶合组之间的空气间隔为3.87mm；所述双凸透镜A-3和双凸透镜A-5均由FK61超低色散材料制成。
2.根据权利要求1所述的宽光谱强光力摄像镜头，其特征在于：所述机械结构包含前组镜筒、光阑座镜筒和后组镜筒，所述前组镜筒后端与光阑座镜筒前端之间采用螺纹及主正面配合联接，所述后组镜筒前端与光阑座镜筒后端之间采用螺纹及主正面配合联接方式，所述后组镜筒套设在调焦镜筒上。
3.根据权利要求2所述的宽光谱强光力摄像镜头，其特征在于：所述前组镜筒前端设有圆形法兰，所述圆形法兰的后端面上均匀分布有六个用于主支撑固定的主螺纹孔，所述光阑座镜筒中部下方按100°对称分布有两个用于辅助支撑固定的辅助螺纹孔，所述光阑座镜筒通过两个辅助螺纹孔和相应螺栓安装有辅助支撑架。
4.根据权利要求3所述的宽光谱强光力摄像镜头，其特征在于：所述前组镜筒、后组镜筒与光阑座镜筒的螺纹联接处均采用锥端紧定螺钉抱窝涂胶紧固，所述圆形法兰的后端面上设有O型密封圈。
5.根据权利要求2所述的宽光谱强光力摄像镜头，其特征在于：所述机械结构还包含电动调光机构和电动调焦机构，所述电动调光机构和电动调焦机构的电机均采用背负式安装方式，所述电机的齿轮上设有打滑机构。
6.根据权利要求5所述的宽光谱强光力摄像镜头，其特征在于：所述电动调光机构和电动调焦机构均通过微动开关控制光阑、调焦到位。
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