CN104570302A - 转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头及其控制方法 - Google Patents

转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头及其控制方法，该镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设有光焦度为正的前安置组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的补偿组C、可变光阑组件D、光焦度为正的后安置组E以及转折反射镜组F。本发明通过对光路进行180度转折，实现小巧、紧凑的外型结构，具有长焦距、大视场角、高分辨率等优点，适用于机载摄像领域；并可通过电动聚焦机构、电动变焦机构和电动调光机构等，实现聚焦控制功能、连续变焦距控制功能、手动/自动调光功能及图像输出功能。

Description

转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头及其控制方法
技术领域
本发明涉及视频摄像技术领域，特别是一种转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头及其控制方法。
背景技术
适用于机载监测的摄像镜头要求观测距离远、观察范围大、清晰度高、体积小、质量轻，对目标既能作大区域小倍率的全景观察，又能作小区域大倍率的放大观测。而传统的常规变焦距镜头普遍存在着焦距短，图像质量不佳，外形体积较大，不适用于机载环境等缺点。且现有的机载变焦距镜头受限于使用环境，外形体积较大，图像质量不佳，限制了观测能力。
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具有长焦距、大视场角、高分辨率、适用于机载摄像领域的高分辨率机载变焦距摄像镜头及其控制方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案一是：一种转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设有光焦度为正的前安置组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的补偿组C、可变光阑组件D、光焦度为正的后安置组E以及转折反射镜组F，所述前安置组A依次设有负月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、双凸透镜A-3以及正月牙透镜A-4，所述变倍组B依次设有双凹透镜B-1以及由双凹透镜B-2与双凸透镜B-3密接的第一胶合组，所述补偿组C设有双凸透镜C-1、由负月牙透镜C-2与双凸透镜C-3密接的第二胶合组以及双凸透镜C-4，所述后安置组E依次设有由双凹透镜E-1与正月牙透镜E-2密接的第三胶合组、由双凸透镜E-3与双凹透镜E-4密接的第四胶合组以及双凸透镜E-5，所述转折反射镜组F依次设有反射镜F-1和反射镜F-2。
进一步的，所述前安置组A和变倍组B之间的空气间隔是61.0～87.5mm，所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是57.8～1.7mm，所述补偿组C和后安置组E之间的空气间隔是4.8～34.5mm，所述后安置组E和转折反射镜组F之间的空气间隔是15.6mm。
进一步的，所述前安置组A中的负月牙透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔是1.1mm，所述正月牙透镜A-2和双凸透镜A-3之间的空气间隔是1.0mm，所述双凸透镜A-3和正月牙透镜A-4之间的空气间隔是0.2mm。
进一步的，所述变倍组B中的双凹透镜B-1和第一胶合组之间的空气间隔是2.2mm。
进一步的，所述补偿组C中的双凸透镜C-1和第二胶合组之间的空气间隔是0.2mm，所述第二胶合组和双凸透镜C-4之间的空气间隔是0.2mm。
进一步的，所述后安置组E中的第三胶合组和第四胶合组之间的空气间隔是11.1mm，所述第四胶合组和双凸透镜E-5之间的空气间隔是0.2mm。
进一步的，所述转折反射镜组F中的反射镜F-1和反射镜F-2之间的空气间隔是60mm。
进一步的，所述镜头的前部设有电动聚焦机构，所述镜头的中部设有电动变焦机构，所述镜头的后部设有电动调光机构。
进一步的，所述电动变焦机构设置有一个实现焦距预置功能的变焦电位器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案二是：一种转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头的控制方法，采用如上所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，通过电动聚焦机构进行镜头的聚焦控制，通过电动变焦机构进行镜头的连续变焦距控制，通过电动调光机构进行镜头的手动/自动调光。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头通过对光路进行180度转折，实现小巧、紧凑的外型结构，具有长焦距、大视场角、高分辨率等优点，适用于机载摄像领域。
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主视图。
图3为本发明实施例的机械结构右视图。
图4为本发明实施例的机械结构左视图。
图5为本发明实施例的机械结构立体图。
图6为本发明实施例的电动聚焦机构主视图。
图7为本发明实施例的电动聚焦机构右视图。
图8为本发明实施例的电动聚焦机构立体图。
图9为本发明实施例的电动变焦机构主视图。
图10为本发明实施例的电动变焦机构右视图。
图11为本发明实施例的电动变焦机构立体图。
图12为本发明实施例的电动调光机构主视图。
图13为本发明实施例的电动调光机构右视图。
图14为本发明实施例的电动调光机构立体图。
图1中：A.前安置镜组，A-1.负月牙透镜A-1，A-2.正月牙透镜A-2，A-3.双凸透镜A-3，A-4.正月牙透镜A-4；B.变倍镜组，B-1.双凹透镜透镜B-1，B-2.双凹透镜B-2，B-3.双凸透镜B-3；C.补偿镜组，C-1.双凸透镜C-1，C-2.负月牙透镜C-2，C-3.双凸透镜C-3；D.可变光阑组件；E.后安置镜组，E-1.双凹透镜E-1，E-2.正月牙透镜E-2，E-3.双凸透镜E-3，E-4.双凹透镜E-4，E-5.双凸透镜E-5。
图2~5中：2-1.聚焦组件，2-2.变焦凸轮组件，2-3.变焦组件，2-4.补偿组件，2-5.后安置组件，2-6.摄像机组件，2-7.电动变焦机构，2-8.电动聚焦机构，2-9.电动调光机构。
图6~8中：3-1.负月牙透镜A-1，3-2.正月牙透镜A-2，3-3.双凸透镜A-3，3-4.正月牙透镜A-4，3-5.前组隔圈Ⅲ，3-6.前组隔圈Ⅱ，3-7.前组隔圈Ⅰ，3-8.前组压圈，3-9.聚焦凸轮压圈，3-10.前组镜筒，3-11.聚焦导钉组件，3-12.聚焦凸轮，3-13.聚焦主镜筒，3-14.聚焦电机，3-15.聚焦电机支架，3-16.聚焦齿轮，3-17.聚焦限位支架，3-18.聚焦霍尔元件，3-19.聚焦磁铁座，3.20.聚焦磁铁。
图9~11中：4-1.前组垫片，4-2.主镜筒，4-3.前精密钢球，4-4.变倍镜组，4-5.变倍滑架，4-6.变倍导钉组件，4-7.变焦凸轮，4-8.后精密钢球，4-9.变焦轴承，4-10.变焦凸轮压圈，4-11.补偿镜组，4-12.补偿滑架，4-13.补偿导钉组件，4-14.变焦限位支架，4-15.变焦霍尔元件，4-16.变焦磁铁，4-17.变焦电位器齿轮，4-18.变焦电位器支架，4-19.变焦电位器，4-20.变焦电机支架，4-21.变焦齿轮，4-22.变焦电机。
图12~14中：5-1.后组垫片，5-2.光阑动环压圈，5-3.光阑动环，5-4.光阑铆钉，5-5.光阑片，5-6.双凹透镜E-1，5-7.正月牙透镜E-2，5-8.双凸透镜E-3，5-9.双凹透镜E-4，5-10.双凸透镜E-5，5-11.光阑座，5-12.后组隔圈Ⅰ，5-13.后组隔圈Ⅱ，5-14.后组压圈Ⅱ，5-15.反射镜F-1，5-16.反射镜压板，5-17.光阑调节环，5-18.光阑导钉，5-19.光阑调节环压圈，5-20.后组压圈Ⅰ，5-21.光阑电机支架，5-22.光阑限位支架，5-23.光阑磁铁，5-24.光阑磁铁座，5-25.光阑霍尔元件，5-26.光阑电机。
具体实施方式
如图1所示，一种转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，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正的前安置组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的补偿组C、可变光阑组件D、光焦度为正的后安置组E以及转折反射镜组F，所述前安置组A依次设有负月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、双凸透镜A-3以及正月牙透镜A-4，所述变倍组B依次设有双凹透镜B-1以及由双凹透镜B-2与双凸透镜B-3密接的第一胶合组，所述补偿组C设有双凸透镜C-1、由负月牙透镜C-2与双凸透镜C-3密接的第二胶合组以及双凸透镜C-4，所述后安置组E依次设有由双凹透镜E-1与正月牙透镜E-2密接的第三胶合组、由双凸透镜E-3与双凹透镜E-4密接的第四胶合组以及双凸透镜E-5，所述转折反射镜组F依次设有反射镜F-1和反射镜F-2。
在本实施例中，所述前安置组A和变倍组B之间的空气间隔是61.0～87.5mm，所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是57.8～1.7mm，所述补偿组C和后安置组E之间的空气间隔是4.8～34.5mm，所述后安置组E和转折反射镜组F之间的空气间隔是15.6mm；所述前安置组A中的负月牙透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔是1.1mm，所述正月牙透镜A-2和双凸透镜A-3之间的空气间隔是1.0mm，所述双凸透镜A-3和正月牙透镜A-4之间的空气间隔是0.2mm；所述变倍组B中的双凹透镜B-1和第一胶合组之间的空气间隔是2.2mm；所述补偿组C中的双凸透镜C-1和第二胶合组之间的空气间隔是0.2mm，所述第二胶合组和双凸透镜C-4之间的空气间隔是0.2mm；所述后安置组E中的第三胶合组和第四胶合组之间的空气间隔是11.1mm，所述第四胶合组和双凸透镜E-5之间的空气间隔是0.2mm；所述转折反射镜组F中的反射镜F-1和反射镜F-2之间的空气间隔是60mm。
在本实施例中，该转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头达到了以下技术指标：（1）焦距：80mm～400mm；（2）视场角：2ω=7.9°～1.58°；（3）相对孔径：1∶4；（4）聚焦范围：200m～∞。
如图2~5所示，所述镜头的装配结构从左往右依次为前安置组件2-1、变焦凸轮组件2-2、变倍组件2-3、补偿组件2-4、后安置组件2-5和摄像机组件2-6，所述镜头的前部设有电动聚焦机构2-8，所述镜头的中部设有电动变焦机构2-7，所述镜头的后部设有电动调光机构2-9，其控制方法如下：通过电动聚焦机构进行镜头的聚焦控制，通过电动变焦机构进行镜头的连续变焦距控制，通过电动调光机构进行镜头的手动/自动调光。因此，该镜头具有聚焦控制功能、连续变焦距控制功能、焦距预置、手动/自动调光功能及图像输出功能。所述电动聚焦机构2-8、电动变焦机构2-7和电动调光机构2-9分别环绕分布在镜头的四周，其中电动变焦机构2-7设置有一个实现焦距预置功能的变焦电位器4-19，所述变焦电位器4-19为精密电位器。
如图6~8所示，所述前安置组件2-1是用前组压圈3-8将负月牙透镜A-1（3-1）、正月牙透镜A-2（3-2）、双凸透镜A-3（3-3）、正月牙透镜A-4（3-4）分别安置于前组镜筒3-10内并通过上下两个180°均布的聚焦导钉组件3-11安置在聚焦主镜筒3-13内，所述负月牙透镜A-1（3-1）是由前组压圈3-8压紧在前组镜筒3-10内，所述负月牙透镜A-1（3-1）和正月牙透镜A-2（3-2）之间设置有前组隔圈Ⅰ3-7，所述正月牙透镜A-2（3-2）和双凸透镜A-3（3-3）之间设置有前组隔圈Ⅱ3-6，所述双凸透镜A-3（3-3）和正月牙透镜A-4（3-4）之间设置有前组隔圈Ⅲ3-5。所述电动聚焦机构2-8包括聚焦电机3-14、聚焦主镜筒3-13、聚焦磁钢3-20以及精确控制聚焦位置的聚焦霍尔元件3-18，所述聚焦电机3-14通过聚焦电机架3-15安置在聚焦主镜筒3-13上，所述聚焦霍尔元件3-18通过聚焦限位支架3-17安置在聚焦主镜筒3-13上，所述聚焦主镜筒3-13上开设有精密加工的两个180°均布的导槽，所述聚焦电机3-14的电机轴上安置有聚焦齿轮3-16，所述聚焦主镜筒3-13安置有聚焦凸轮3-12，所述聚焦凸轮3-12上开设有精密加工的两条180°均布的线性斜槽，用聚焦导钉组件3-11将前组镜筒3-10和聚焦主镜筒3-13联接在一起，所述聚焦齿轮3-16与聚焦凸轮3-12上的齿轮啮合。当聚焦电机3-14加电旋转，带动聚焦凸轮3-12旋转时，通过聚焦主镜筒3-13上的直槽限制，前组镜筒3-10的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的聚焦。
如图9~11所示，变倍镜组4-4通过联接螺钉安置在变倍滑架4-5上以组成变倍组件2-3，补偿镜组4-11通过联接螺钉安置在补偿滑架4-12上以组成补偿组件2-4。变倍滑架4-5和补偿滑架4-12分别通过与主镜筒4-2研磨后装入主镜筒4-2内，变焦凸轮4-7通过前精密钢球4-3和后精密钢球4-8安置在主镜筒4-2上，置上变倍轴承4-9，并用变焦凸轮压圈4-10压紧，形成滚动轴承结构，把变焦凸轮4-7旋转时的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减少变焦凸轮4-7运动时的摩擦力。所述变焦凸轮4-7按光学变焦运动方程的要求加工两条变倍、补偿曲线槽，分别用变倍导钉组件4-6和补偿导钉组件4-13把变焦凸轮4-7与变倍滑架4-5、补偿滑架4-12联接在一起。所述电动变焦机构2-7由变焦电机4-22、变焦电位器4-19、变焦磁铁4-16以及变焦霍尔元件4-15组成，所述变焦电机4-22通过变焦电机支架4-20安置在主镜筒4-2上，所述变焦霍尔元件4-15通过变焦限位支架4-14安置在主镜筒4-2上，所述变焦电位器4-19通过变焦电位器支架4-18安置在主镜筒4-2上。变焦齿轮4-21和变焦电位器齿轮4-17分别与变焦凸轮4-7的齿轮啮合。当变焦电机4-22的转子作正负旋转运动时，使变焦电位器转子4-19与变焦凸轮4-7同步转动。通过变倍、补偿曲线槽及变倍导钉组件4-6、补偿导钉组件4-13带动变倍滑架4-5、补偿滑架4-12按变倍、补偿曲线槽的方式运动。主镜筒4-2上的两条直槽起到支撑变倍导钉组件4-6和补偿导钉组件4-13的作用，并且使变倍滑架4-5、补偿滑架4-12的旋转运动变为直线运动。严格控制变倍导钉组件4-6和补偿导钉组件4-13与变焦凸轮4-7的曲线槽和主镜筒4-2的直线槽之间的配合间隙，保证变倍组件2-3和补偿组件2-4滑动平稳舒适、无卡滞。这样通过电机旋转实现变倍组件2-3和补偿组件2-4按变焦运动方程要求作前后直线运动，从而实现系统焦距的连续变化功能。当系统的焦距发生变化时，变焦电位器齿轮4-17通过与变焦凸轮4-7齿轮啮合，使电位器旋转，则电位器的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以取出电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现变焦值的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现焦距的实时控制。
如图12~14所示，所述后安置组件2-5是将由双凹透镜E-1（5-7）与正月牙透镜E-2（5-8）密接的第三胶合组、由双凸透镜E-3（5-9）与双凹透镜E-4（5-10）密接的第四胶合组和双凸透镜E-5（5-11）分别安置于光阑座5-11内，由双凹透镜E-1（5-7）与正月牙透镜E-2（5-8）密接的第三胶合组用后组压圈Ⅰ5-20压紧在光阑座5-11内，由双凸透镜E-3（5-9）与双凹透镜E-4（5-10）密接的第四胶合组和双凸透镜E-5（5-11）用后组压圈Ⅱ（5-14）压紧在光阑座5-11内，由双凸透镜E-3（5-9）与双凹透镜E-4（5-10）密接的第四胶合组和双凸透镜E-5（5-11）之间设置有后组隔圈Ⅱ5-13，由双凸透镜E-3（5-9）与双凹透镜E-4（5-10）密接的第四胶合组和光阑座5-11之间设置有后组隔圈Ⅰ5-12。所述电动调光机构2-9包括光阑电机5-26、光阑磁铁5-23和用于精确控制光阑开口大小位置的光阑霍尔元件5-25，所述光阑霍尔元件5-25通过光阑限位支架5-22安置在光阑座5-11上，光阑调节环5-17上安置有光阑磁铁座5-24，光阑电机5-26通过光阑电机架5-21安置在光阑座5-11上，所述光阑电机5-26的电机轴上安置有光阑齿轮，所述光阑齿轮通过与光阑调节环5-17齿轮啮合后带动光阑调节环5-17转动，所述光阑调节环5-17由光阑调节环压圈5-19压紧在光阑座5-11上，所述光阑调节环5-17通过安置在光阑动环5-3上的光阑拨钉5-18带动光阑动环5-3转动，所述光阑动环5-3由光阑动环压圈5-2压紧在光阑座5-11内，所述光阑动环5-3带动光阑片5-5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。
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)

1.一种转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设有光焦度为正的前安置组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的补偿组C、可变光阑组件D、光焦度为正的后安置组E以及转折反射镜组F，所述前安置组A依次设有负月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、双凸透镜A-3以及正月牙透镜A-4，所述变倍组B依次设有双凹透镜B-1以及由双凹透镜B-2与双凸透镜B-3密接的第一胶合组，所述补偿组C设有双凸透镜C-1、由负月牙透镜C-2与双凸透镜C-3密接的第二胶合组以及双凸透镜C-4，所述后安置组E依次设有由双凹透镜E-1与正月牙透镜E-2密接的第三胶合组、由双凸透镜E-3与双凹透镜E-4密接的第四胶合组以及双凸透镜E-5，所述转折反射镜组F依次设有反射镜F-1和反射镜F-2。
2.根据权利要求1所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，其特征在于：所述前安置组A和变倍组B之间的空气间隔是61.0～87.5mm，所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是57.8～1.7mm，所述补偿组C和后安置组E之间的空气间隔是4.8～34.5mm，所述后安置组E和转折反射镜组F之间的空气间隔是15.6mm。
3.根据权利要求1或2所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，其特征在于：所述前安置组A中的负月牙透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔是1.1mm，所述正月牙透镜A-2和双凸透镜A-3之间的空气间隔是1.0mm，所述双凸透镜A-3和正月牙透镜A-4之间的空气间隔是0.2mm。
4.根据权利要求1或2所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，其特征在于：所述变倍组B中的双凹透镜B-1和第一胶合组之间的空气间隔是2.2mm。
5.根据权利要求1或2所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，其特征在于：所述补偿组C中的双凸透镜C-1和第二胶合组之间的空气间隔是0.2mm，所述第二胶合组和双凸透镜C-4之间的空气间隔是0.2mm。
6.根据权利要求1或2所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，其特征在于：所述后安置组E中的第三胶合组和第四胶合组之间的空气间隔是11.1mm，所述第四胶合组和双凸透镜E-5之间的空气间隔是0.2mm。
7.根据权利要求1或2所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，其特征在于：所述转折反射镜组F中的反射镜F-1和反射镜F-2之间的空气间隔是60mm。
8.根据权利要求1所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，其特征在于：所述镜头的前部设有电动聚焦机构，所述镜头的中部设有电动变焦机构，所述镜头的后部设有电动调光机构。
9.根据权利要求8所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，其特征在于：所述电动变焦机构设置有一个实现焦距预置功能的变焦电位器。
10.一种转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头的控制方法，其特征在于：采用如权利要求8所述的转折型高分辨率机载变焦距摄像镜头，通过电动聚焦机构进行镜头的聚焦控制，通过电动变焦机构进行镜头的连续变焦距控制，通过电动调光机构进行镜头的手动/自动调光。
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