CN105158885A - 高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头及其调焦方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有光焦度为负的镜片组前组A和光焦度为正的镜片组后组B，所述前组A和后组B之间设置有光栏C，所述前组A包括从左向右依次设置的负月牙型透镜A-1、负双凹非球面透镜A-2、双凸透镜A-3；所述后组B包括从左向右依次设置的负月牙非球面透镜B-1、双凸透镜B-2、平凹型透镜B-3、双凸非球面透镜B-4。该高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头通过前组A和后组B沿光轴前后对应移动，实现了改变光学系统焦距的功能。

Description

高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头及其调焦方法
技术领域
本发明涉及视频技术的光学摄像装置领域，特别是一种高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头及其调焦方法。
背景技术
随着交通路网日益密集、交通日益繁忙，为了维护交通安全、防止交通堵塞、实现繁忙路况下的秩序井然，为发展智能交通系统提供一款高分辨率的镜头具有现实意义。早期的定焦镜头结构简单、性能指标低，在图像的清晰度上只能与20～30万像素的标清CCD或CMOS摄像机适配，拍摄效果一般，图片价值不大，只能适应监控领域“看”之需要，甚至读取不了车牌号码和看不清楚人物特征。这样的分辨率已经远远满足不了现在高清摄像机的要求和社会对监控系统的质量上的需求。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头及其调焦方法。
本发明的技术方案是，一种高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有光焦度为负的镜片组前组A和光焦度为正的镜片组后组B，所述前组A和后组B之间设置有光栏C，所述前组A包括从左向右依次设置的负月牙型透镜A-1、负双凹非球面透镜A-2、双凸透镜A-3；所述后组B包括从左向右依次设置的负月牙非球面透镜B-1、双凸透镜B-2、平凹型透镜B-3、双凸非球面透镜B-4。
进一步的，所述前组A与后组B之间短焦的空气间隔为21.69mm，长焦的空气间隔为1.92mm，所述前组A中负月牙型透镜A-1和负双凹非球面透镜A-2之间的空气间隔为5.267mm，所述前组A中双凸透镜A-3和负双凹非球面透镜A-2之间的空气间隔为0.099mm，所述前组A在短焦时双凸透镜A-3与光栏C之间的空气间隔为13.142mm，所述前组A在长焦时双凸透镜A-3与光栏C之间的空气间隔为1.673mm，所述后组B在短焦时负月牙非球面透镜B-1和光栏C之间的空气间隔为8.547mm，所述后组B在长焦时负月牙非球面透镜B-1和光栏C之间的空气间隔为0.244mm，所述后组B中负月牙非球面透镜B-1与双凸透镜B-2之间的空气间隔为0.106mm，所述后组B中双凸透镜B-2与平凹型透镜B-3之间的空气间隔为0.096mm，所述后组B中平凹型透镜B-3与双凸非球面透镜B-4之间的空气间隔为1.085mm。
进一步的，所述镜头的机械结构包括主镜筒，所述主镜筒的内腔前端经前组镜座安装有镜片组前组A，所述主镜筒的内腔后端经后组镜座安装有镜片组后组B。
进一步的，所述负月牙型透镜A-1、负双凹非球面透镜A-2、双凸透镜A-3依次固连在前组镜座上，所述负双凹非球面透镜A-2与双凸透镜A-3之间在前组镜座上设置有用于保证空气间隔的台阶，所述负月牙型透镜A-1旁侧设置有用于固定前组A镜片的可防止挡住边缘光的倾斜式前压圈。
进一步的，所述负月牙非球面透镜B-1、双凸透镜B-2、平凹型透镜B-3、双凸非球面透镜B-4依次固连在后组镜座上，所述负月牙非球面透镜B-1与双凸透镜B-2之间设置有台阶式的隔圈Ａ，所述双凸透镜B-2与平凹型透镜B-3之间设置有隔圈Ｂ，所述双凸非球面透镜B-4旁侧设置有用于固定后组B镜片的后压圈。
进一步的，所述主镜筒的外周侧在前端设置有用于实现变焦的前凸轮，所述主镜筒的外周侧在后端设置有用于实现变焦的后凸轮，所述前组镜座上固定有用于随前凸轮的移动可在主镜筒的前端的螺旋槽上移动的前导钉，所述后组镜座上固定有用于随后凸轮的移动可在主镜筒的后端的螺旋槽上移动的后导钉，所述前导钉与后导钉均采用螺纹配合，所述前导钉与后导钉的顶部均套有用于增加摩擦力的尼龙套。
进一步的，所述前凸轮、后凸轮上还依次设置有用于锁紧以防止在已经确认焦距的摄像机移动或者震动过程中凸轮变动而造成焦距变化的前拨钉、后拨钉。
一种高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头的调焦方法，包括以下步骤：
（1）旋转前凸轮，前凸轮的卡槽结构带动前导钉沿着主镜筒前端的螺旋槽移动，从而带动前组镜座与前组A沿轴线直线运动；
（2）旋转后凸轮，后凸轮的卡槽结构带动后导钉沿着主镜筒后端的螺旋槽移动，从而带动后组镜座与后组B沿轴线直线运动；
（3）前凸轮、后凸轮调节到成像清晰的位置时，将前拨钉、后拨钉锁紧，固定前组镜座、后组镜座的相对位置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的光学结构中合理分配了前组A和后组B的光焦度。在前后组中，在三片式柯克型结构的原型上，把第一片镜片改为三片透镜，使镜头达到大相对孔径、广角、结构长度短的性能指标；通过合理选配前、后两组七片的光学玻璃材料，尽量选用高折率、低色散的光学玻璃材料。其中负双凹非球面透镜A-2、负月牙非球面透镜B-1、双凸非球面透镜B-4均为非球面镜片，使用非球面的设计，修正了影像，解决视界歪曲等问题，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。同时，做到尽量减少镜片所产生的像差色差，尽可能的相互补偿，使一片非球面镜片起到几片球面镜片的效果，所以可以用比较简单的光学结构得到较高的成像质量，同时也可以使得体积、重量制造成本大幅度下降，也使镜头的小型化轻量化成为可能；在光学设计时对480nm～850nm的宽光谱范围进行象差校正和平衡，使镜头在宽光谱范围都有优良的像质，实现了宽光谱共焦。镜头不仅能在白昼的光照环境下清晰成像，在夜间极低照度或零照度的环境下通过红外补光也能清晰成像，实现了24小时连续监控，且在日夜切换时不偏焦，无需现场调焦。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为该发明的光学系统示意图；
图2为该发明的机械结构示意图；
图中：
A-前组A；B-后组B；A-1负月牙型透镜A-1；A-2负双凹非球面透镜A-2；A-3双凸透镜A-3；C-光栏C；B-1负月牙非球面透镜B-1；B-2双凸透镜B-2；B-3平凹型透镜B-3；B-4双凸非球面透镜B-4；1-主镜筒；2-前组镜座；3-后组镜座；4-前压圈；5-隔圈Ａ；6-隔圈Ｂ；7-后压圈；8-前凸轮；9-后凸轮；10-前导钉；11-后导钉；12-前拨钉；13-后拨钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～2所示，一种高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有光焦度为负的镜片组前组A和光焦度为正的镜片组后组B，所述前组A和后组B之间设置有光栏C，所述前组A包括从左向右依次设置的负月牙型透镜A-1、负双凹非球面透镜A-2、双凸透镜A-3；所述后组B包括从左向右依次设置的负月牙非球面透镜B-1、双凸透镜B-2、平凹型透镜B-3、双凸非球面透镜B-4。
在本实施例中，所述前组A与后组B之间短焦的空气间隔为21.69mm，长焦的空气间隔为1.92mm，所述前组A中负月牙型透镜A-1和负双凹非球面透镜A-2之间的空气间隔为5.267mm，所述前组A中双凸透镜A-3和负双凹非球面透镜A-2之间的空气间隔为0.099mm，所述前组A在短焦时双凸透镜A-3与光栏C之间的空气间隔为13.142mm，所述前组A在长焦时双凸透镜A-3与光栏C之间的空气间隔为1.673mm，所述后组B在短焦时负月牙非球面透镜B-1和光栏C之间的空气间隔为8.547mm，所述后组B在长焦时负月牙非球面透镜B-1和光栏C之间的空气间隔为0.244mm，所述后组B中负月牙非球面透镜B-1与双凸透镜B-2之间的空气间隔为0.106mm，所述后组B中双凸透镜B-2与平凹型透镜B-3之间的空气间隔为0.096mm，所述后组B中平凹型透镜B-3与双凸非球面透镜B-4之间的空气间隔为1.085mm。
在本实施例中，所述镜头的机械结构包括主镜筒1，所述主镜筒的内腔前端经前组镜座2安装有镜片组前组A，所述主镜筒的内腔后端经后组镜座3安装有镜片组后组B。
在本实施例中，所述负月牙型透镜A-1、负双凹非球面透镜A-2、双凸透镜A-3依次固连在前组镜座上，所述负双凹非球面透镜A-2与双凸透镜A-3之间在前组镜座上设置有用于保证空气间隔的台阶，不但解决了由于镜片之间空隙太小，隔圈难以加工问题，而且还能有效的拦住杂光，所述负月牙型透镜A-1旁侧设置有用于固定前组A镜片的可防止挡住边缘光的倾斜式前压圈4，保证在高视场角的成像清晰。
在本实施例中，所述负月牙非球面透镜B-1、双凸透镜B-2、平凹型透镜B-3、双凸非球面透镜B-4依次固连在后组镜座上，所述负月牙非球面透镜B-1与双凸透镜B-2之间设置有台阶式的隔圈Ａ5，隔圈Ａ做成台阶式既节省了材料又能更好的起到拦截杂散光的作用，所述双凸透镜B-2与平凹型透镜B-3之间设置有隔圈Ｂ6，所述双凸非球面透镜B-4旁侧设置有用于固定后组B镜片的后压圈7。
在本实施例中，所述主镜筒的外周侧在前端设置有用于实现变焦的前凸轮8，所述主镜筒的外周侧在后端设置有用于实现变焦的后凸轮9，所述前组镜座上固定有用于随前凸轮的移动可在主镜筒的前端的螺旋槽上移动的前导钉10，所述后组镜座上固定有用于随后凸轮的移动可在主镜筒的后端的螺旋槽上移动的后导钉11，所述前导钉与后导钉均采用螺纹配合，防止在转动或震动过程中发生跑焦情况，所述前导钉与后导钉的顶部均套有用于增加摩擦力的尼龙套。
在本实施例中，所述前凸轮、后凸轮上还依次设置有用于锁紧以防止在已经确认焦距的摄像机移动或者震动过程中凸轮变动而造成焦距变化的前拨钉12、后拨钉13。
在本实施例中，与镜片直接配合的机械件内径的公差都在0～0.02mm之间，从而保证其配合的精度，主镜筒为在同一机台上生产的确保了整个光路的同轴度，使光学镜头的轴外像差达到设计要求。
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′=2.8～12mm；
2.相对孔径D/F=1/1.6
视场角2ω：132°～38°（有效成像面n′≥φ6.7mm）；
3.适用光谱范围：480nm～850nm；
4.分辨率：与300万像素的高清晰度摄像机适配；
5.光路总长∑L≤51mm；
一种高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头的调焦方法，包括以下步骤：
（1）旋转前凸轮，前凸轮的卡槽结构带动前导钉沿着主镜筒前端的螺旋槽移动，从而带动前组镜座与前组A沿轴线直线运动；
（2）旋转后凸轮，后凸轮的卡槽结构带动后导钉沿着主镜筒后端的螺旋槽移动，从而带动后组镜座与后组B沿轴线直线运动；
（3）前凸轮、后凸轮调节到成像清晰的位置时，将前拨钉、后拨钉锁紧，固定前组镜座、后组镜座的相对位置。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有光焦度为负的镜片组前组A和光焦度为正的镜片组后组B，所述前组A和后组B之间设置有光栏C，所述前组A包括从左向右依次设置的负月牙型透镜A-1、负双凹非球面透镜A-2、双凸透镜A-3；所述后组B包括从左向右依次设置的负月牙非球面透镜B-1、双凸透镜B-2、平凹型透镜B-3、双凸非球面透镜B-4。
2.根据权利要求1所述的高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，其特征在于：所述前组A与后组B之间短焦的空气间隔为21.69mm，长焦的空气间隔为1.92mm，所述前组A中负月牙型透镜A-1和负双凹非球面透镜A-2之间的空气间隔为5.267mm，所述前组A中双凸透镜A-3和负双凹非球面透镜A-2之间的空气间隔为0.099mm，所述前组A在短焦时双凸透镜A-3与光栏C之间的空气间隔为13.142mm，所述前组A在长焦时双凸透镜A-3与光栏C之间的空气间隔为1.673mm，所述后组B在短焦时负月牙非球面透镜B-1和光栏C之间的空气间隔为8.547mm，所述后组B在长焦时负月牙非球面透镜B-1和光栏C之间的空气间隔为0.244mm，所述后组B中负月牙非球面透镜B-1与双凸透镜B-2之间的空气间隔为0.106mm，所述后组B中双凸透镜B-2与平凹型透镜B-3之间的空气间隔为0.096mm，所述后组B中平凹型透镜B-3与双凸非球面透镜B-4之间的空气间隔为1.085mm。
3.根据权利要求2所述的高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，其特征在于：所述镜头的机械结构包括主镜筒，所述主镜筒的内腔前端经前组镜座安装有镜片组前组A，所述主镜筒的内腔后端经后组镜座安装有镜片组后组B。
4.根据权利要求3所述的高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，其特征在于：所述负月牙型透镜A-1、负双凹非球面透镜A-2、双凸透镜A-3依次固连在前组镜座上，所述负双凹非球面透镜A-2与双凸透镜A-3之间在前组镜座上设置有用于保证空气间隔的台阶，所述负月牙型透镜A-1旁侧设置有用于固定前组A镜片的可防止挡住边缘光的倾斜式前压圈。
5.根据权利要求3所述的高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，其特征在于：所述负月牙非球面透镜B-1、双凸透镜B-2、平凹型透镜B-3、双凸非球面透镜B-4依次固连在后组镜座上，所述负月牙非球面透镜B-1与双凸透镜B-2之间设置有台阶式的隔圈Ａ，所述双凸透镜B-2与平凹型透镜B-3之间设置有隔圈Ｂ，所述双凸非球面透镜B-4旁侧设置有用于固定后组B镜片的后压圈。
6.根据权利要求3所述的高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，其特征在于：所述主镜筒的外周侧在前端设置有用于实现变焦的前凸轮，所述主镜筒的外周侧在后端设置有用于实现变焦的后凸轮，所述前组镜座上固定有用于随前凸轮的移动可在主镜筒的前端的螺旋槽上移动的前导钉，所述后组镜座上固定有用于随后凸轮的移动可在主镜筒的后端的螺旋槽上移动的后导钉，所述前导钉与后导钉均采用螺纹配合，所述前导钉与后导钉的顶部均套有用于增加摩擦力的尼龙套。
7.根据权利要求6所述的高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头，其特征在于：所述前凸轮、后凸轮上还依次设置有用于锁紧以防止在已经确认焦距的摄像机移动或者震动过程中凸轮变动而造成焦距变化的前拨钉、后拨钉。
8.一种高分辨率日夜共焦变焦非球面镜头的调焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）旋转前凸轮，前凸轮的卡槽结构带动前导钉沿着主镜筒前端的螺旋槽移动，从而带动前组镜座与前组A沿轴线直线运动；
（2）旋转后凸轮，后凸轮的卡槽结构带动后导钉沿着主镜筒后端的螺旋槽移动，从而带动后组镜座与后组B沿轴线直线运动；
（3）前凸轮、后凸轮调节到成像清晰的位置时，将前拨钉、后拨钉锁紧，固定前组镜座、后组镜座的相对位置。
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