CN105807411A - 紧凑型透雾高清电视变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧凑型透雾高清电视变焦镜头，属于光电技术领域，沿光线入射方向依次布设的镜片组元有光焦度为正的前固定透镜组、光焦度为负的变倍透镜组、光焦度为负的补偿透镜组、可变光阑、光焦度为正的后固定透镜组和滤色镜片，所述前固定透镜组依次设有由负月牙透镜和双凸透镜密接的胶合组、正月牙透镜；所述变倍透镜组设有平凹透镜、由双凹透镜和第二双凸透镜密接的第二胶合组；所述补偿透镜组设有由第二双凹透镜和第二正月牙透镜密接的第三胶合组；所述后固定透镜组依次设有第三双凸透镜、由第四双凸透镜和第三双凹透镜密接的第四胶合组、第三正月牙透镜、第二负月牙透镜。克服了目前宽光谱变焦距镜头分辨率无法与高清摄像机适配及在雨、雪、薄雾等阴霾天气探测能力严重降低，图像对比度、清晰度受到显著影响的缺陷。

Description

紧凑型透雾高清电视变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种紧凑型透雾高清电视变焦镜头，属于光电技术领域。

背景技术

普通摄像镜头应用于雨、雪、雾霾等恶劣气候条件下时，系统的探测距离将大大缩短，尤其当目标信号本身很弱而被淹没于背景信号中时，会导致摄像镜头完全无法使用；由于玻璃材料存在色散，对不同波段的光线，其最佳像面位置不一致，导致常用的可见光波段成像镜头在近红外波段难以保持高质量的成像效果；传统的摄像镜头普遍存在变倍倍数小、分辨率低、外形体积过大等特点。

随着终端用户对图像质量越来越高的要求以及图像传感器像元尺寸的不断减小，光电视频监控也由原来对目标纯粹的“观看”向现在的“识别和认知”发展；从以往只能对良好光照条件下的监控到雨、雪、薄雾等恶劣条件下的高质量连续监控；为提高竞争力，对镜头的小型化要求不断提高，整机系统朝着紧凑型方向发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑型透雾高清电视变焦镜头，克服了目前宽光谱变焦距镜头分辨率无法与高清摄像机适配及在雨、雪、薄雾等阴霾天气探测能力严重降低，图像对比度、清晰度受到显著影响的缺陷；且克服当变倍倍数较大时系统体积过大等缺陷。

本发明的技术方案在于：一种紧凑型透雾高清电视变焦镜头，沿光线入射方向依次布设的镜片组元有光焦度为正的前固定透镜组、光焦度为负的变倍透镜组、光焦度为负的补偿透镜组、可变光阑、光焦度为正的后固定透镜组和滤色镜片，所述前固定透镜组依次设有由负月牙透镜和双凸透镜密接的胶合组、正月牙透镜；所述变倍透镜组设有平凹透镜、由双凹透镜和第二双凸透镜密接的第二胶合组；所述补偿透镜组设有由第二双凹透镜和第二正月牙透镜密接的第三胶合组；所述后固定透镜组依次设有第三双凸透镜、由第四双凸透镜和第三双凹透镜密接的第四胶合组、第三正月牙透镜、第二负月牙透镜。

进一步地，沿光线入射方向，所述前固定透镜组和变倍透镜组之间的空气间隔为3.60～58.96mm，变倍透镜组与补偿透镜组之间的空气间隔为21.53～35.40mm，补偿透镜组与后固定透镜组之间的空气间隔为2.82～44.32mm，后固定透镜组与滤色镜片之间的空气间隔为10.54mm。

进一步地，沿光线入射方向，所述前固定透镜组中第一胶合组与正月牙透镜之间的空气间隔为0.12mm；所述变倍透镜组中平凹透镜与第二胶合组之间的空气间隔为1.77mm；所述后固定透镜组中双凸透镜与第四胶合组之间的空气间隔为0.12mm，第四胶合组与第三正月牙透镜之间的空气间隔为0.10mm，第三正月牙透镜与第二负月牙透镜之间的空气间隔为0.30mm。

进一步地，所述镜头的结构包括用于固定前固定透镜组、变倍透镜组、补偿透镜组、可变光阑、后固定透镜组和滤色镜片的镜框，电动变焦机构，电动调焦机构，电动可变光阑机构，电动滤色片切换机构，探测器，连接底板。

进一步地，所述镜框包括主镜座和连接于主镜座后侧的光阑座，所述主镜座前段内壁装配有前组镜座，所述前组镜座内装配有透镜压圈、第一胶合组、前组隔圈及正月牙透镜；所述主镜座中段内壁装配有变倍镜座，所述变倍镜座内装配有变倍压圈、平凹透镜、变倍组隔圈及第二胶合组；所述主镜座后段内壁装配有补偿镜座，所述第三胶合组装配于补偿镜座内，所述补偿镜座内还设置有补偿压圈；所述可变光阑装配于光阑座前段内壁，所述光阑座后段内壁装配有双凸透镜、后组隔圈、第四胶合组、第二后组隔圈、正月牙透镜、第三后组隔圈、负月牙透镜及后组压圈。

进一步地，所述电动变焦机构设置于主镜座上侧，包括电机架、凸轮、变倍移动座、补偿移动座、导杆、导杆压板、变焦拨钉及微动开关；所述电机架上设有电机、电机齿轮、电位器及电位器齿轮；所述凸轮内装配有凸轮导钉；所述变倍移动座内装配有变倍镜座，并与导杆滑动配合；所述补偿镜座装配于补偿移动座内，并与导杆滑动配合。

进一步地，所述电动调焦机构设置于主镜座前段下侧，包括第二电机架、调焦环、调焦座、调焦拨钉及微动开关，所述第二电机架上设有电机、电机齿轮；所述调焦环内装配有调焦导钉；所述调焦导钉固定于所述调焦座上；所述前组镜座装配于调焦座内，并与主镜座滑动配合。

进一步地，所述电动可变光阑机构包括设置于光阑座下侧的第三电机架、过渡齿轮、光阑动环、光阑拨钉及微动开关，所述第三电机架上设有电机、电机齿轮，所述光阑动环内装配有5片光阑片。

进一步地，所述电动滤色片切换机构包括设置于光阑座后侧的滤色片座，所述滤色片座上设置有第四电机架、过渡齿轮、滤色片转盘及霍尔元件，所述电机架上设有电机、电机齿轮，所述滤色片转盘内装配有滤色镜片，所述滤色镜片为近红外滤色镜片，波长为750~900nm。

进一步地，所述探测器固定于滤色片座上且外围罩有滤色片盖，所述连接底板与主镜座、光阑座连接，并作为镜头的对外接口。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：本发明通过前固定透镜组来校正长焦、次长焦的各种像差，利用后部的组元来校正短焦、次短焦的各种像差，通过选用平均色散系数Δ相差较大而相对色散系数接近的光学玻璃以降低长焦距时的轴上色差（尤其是二级光谱）和短焦时的倍率色差，使系统在宽光谱范围内清晰成像，镜头的分辨率显著提高，可与高清摄像机适配，增强了摄像系统在雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下对远距离目标的探测能力，同时系统光学总长短，导程小，具有紧凑化特点。

附图说明

图1为本发明的光路结构示意图；

图2为本发明的长焦时的MTF图；

图3为本发明的短焦时的MTF图；

图4为本发明的镜头结构示意图；

图5为本发明的电动变焦机构的侧视图；

图6为本发明的电动变焦机构的剖视图；

图7为本发明的电动调焦机构的侧视图；

图8为本发明的电动调焦机构的剖视图；

图9为本发明的电动可变光阑机构的侧视图；

图10为本发明的电动可变光阑机构剖视图；

图11为本发明的电动滤色片切换机构的侧视图；

图12为本发明的电动滤色片切换机构的剖视图；

图中：A-前固定透镜组A1-负月牙透镜A2-双凸透镜A3-正月牙透镜B-变倍透镜组B1-平凹透镜B2-双凹透镜B3-第二双凸透镜C-补偿透镜组C1-第二双凹透镜C2-第二正月牙透镜D-可变光阑E-后固定透镜组E1-第三双凸透镜E2-第四双凸透镜E3-第三双凹透镜E4-第三正月牙透镜E5-第二负月牙透镜F-滤色镜片10-主镜座20-光阑座21-后组隔圈22-第二后组隔圈23-第三后组隔圈24-后组压圈30-前组镜座31-透镜压圈32-前组隔圈40-变倍镜座41-变倍压圈42-变倍组隔圈50-补偿镜座51-补偿压圈60-探测器70-连接底板100-电动变焦机构110-电机架111-电机112-电机齿轮113-电位器114-电位器齿轮120-凸轮121-凸轮压圈122-凸轮导钉130-变倍移动座131-变倍镜座140-补偿移动座150-导杆160-导杆压板170-变焦拨钉180-微动开关200-电动调焦机构210-第二电机架211-电机212-电机齿轮220-调焦环221-调焦环压圈222-调焦导钉230-调焦座240-调焦拨钉250-微动开关300-电动可变光阑机构310-第三电机架311-电机312-电机齿轮313-光阑片320-过渡齿轮330-光阑动环331-光阑动环压圈340-光阑拨钉350-微动开关400-电动滤色片切换机构410-滤色片座411-滤色片压圈420-第四电机架421-电机422-电机齿轮430-过渡齿轮440-滤色片转盘450-霍尔元件。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图12

一种紧凑型透雾高清电视变焦镜头，沿光线入射方向依次布设的镜片组元有光焦度为正的前固定透镜组A、光焦度为负的变倍透镜组B、光焦度为负的补偿透镜组C、可变光阑D、光焦度为正的后固定透镜组E和滤色镜片F，所述前固定透镜组依次设有由负月牙透镜A1和双凸透镜A2密接的胶合组、正月牙透镜A3；所述变倍透镜组设有平凹透镜B1、由双凹透镜B2和第二双凸透镜B3密接的第二胶合组；所述补偿透镜组设有由第二双凹透镜C1和第二正月牙透镜C2密接的第三胶合组；所述后固定透镜组依次设有第三双凸透镜E1、由第四双凸透镜E2和第三双凹透镜E3密接的第四胶合组、第三正月牙透镜E4、第二负月牙透镜E5。

本实施例中，沿光线入射方向，所述前固定透镜组A和变倍透镜组B之间的空气间隔为3.60～58.96mm，变倍透镜组B与补偿透镜组C之间的空气间隔为21.53～35.40mm，补偿透镜组C与后固定透镜组D之间的空气间隔为2.82～44.32mm，后固定透镜组D与滤色镜片E之间的空气间隔为10.54mm。

本实施例中，沿光线入射方向，所述前固定透镜组中第一胶合组与正月牙透镜A3之间的空气间隔为0.12mm；所述变倍透镜组中平凹透镜B1与第二胶合组之间的空气间隔为1.77mm；所述后固定透镜组中双凸透镜E1与第四胶合组之间的空气间隔为0.12mm，第四胶合组与第三正月牙透镜E4之间的空气间隔为0.10mm，第三正月牙透镜E4与第二负月牙透镜E5之间的空气间隔为0.30mm。

由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：

焦距：f’_min=14mm，f’_max=86mm;

相对孔径D/f’=1/4；

视场角：2ω=4.28°~24.67°；

光学结构长度∑L≤83mm；

变倍行程≤55.4mm；

镜头分辨率：与高清晰度的摄像机适配，参考图2、图3；

透雾滤色片的透过光谱：750~900nm。

采用前固定组（＋）、变倍组（－）、补偿组（－）、后固定组（＋）四组元的结构，在光学设计时对四个组元的焦距进行了分配，以达到变倍比的要求，且保证在变倍过程中多组元不碰片，同时要便于可变光阑的设置；通过前固定透镜组来校正长焦、次长焦的各种像差，利用后部的组元来校正短焦、次短焦的各种像差，通过选用平均色散系数Δ相差较大而相对色散系数接近的光学玻璃以降低长焦距时的轴上色差（尤其是二级光谱）和短焦时的倍率色差，使系统在宽光谱范围内清晰成像，镜头的分辨率显著提高，可与高清晰度的摄像机适配；具有1.5倍超能见距离的观察能力，即具有透雾能力；尽量减小变倍组的焦距，使光学系统的结构简化，光学总长短，导程小，实现系统紧凑化；通过切换不同厚度的滤光片补偿工作波长变化引起的最佳像面偏移，进一步提高近红外波段的成像效果，增强摄像系统在雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下对远距离目标的探测能力。提高镜片镀膜的工艺要求，以更好地实现系统在450~900nm波段的高像质、高透过率。

本实施例中，所述镜头的结构包括用于固定前固定透镜组A、变倍透镜组B、补偿透镜组C、可变光阑D、后固定透镜组E和滤色镜片F的镜框，电动变焦机构100，电动调焦机构200，电动可变光阑机构300，电动滤色片切换机构400，探测器70，连接底板60。

本实施例中，所述镜框包括主镜座10和连接于主镜座后侧的光阑座20，并用4个M3内六角螺钉刚性连接，采用主正面配合，能够有效保证同心度要求。所述主镜座前段内壁装配有前组镜座30。所述主镜座前段内壁装配有调焦座，采用主正面配合，能够有效保证同心度要求。所述调焦座与前组镜座采用螺纹及主正面配合，能够有效保证同心度要求。所述前组镜座内装配有透镜压圈31、第一胶合组、前组隔圈32及正月牙透镜A3。所述前组隔圈控制尺寸公差，保证负月牙透镜A1和双凸透镜A2密接的胶合组与正月牙透镜A3之间的空气间隔0.12mm。所述主镜座控制尺寸公差，保证前固定透镜座A和变倍透镜组B之间的空气间隔是3.6~58.96mm。所述主镜座中段内壁装配有变倍镜座40，所述变倍镜座内装配有变倍压圈41、平凹透镜B1、变倍组隔圈42及第二胶合组，并用变倍压圈锁紧。所述变倍隔圈控制尺寸公差，保证第二胶合组与第二双凸透镜B3之间的空气间隔1.77mm。所述主镜座后段内壁装配有补偿镜座50，所述第三胶合组装配于补偿镜座内，所述补偿镜座内还设置有补偿压圈51，并用补偿压圈锁紧，所述主镜座控制尺寸公差，保证变倍透镜组B和补偿透镜组C之间的空气间隔21.53~35.40mm。所述可变光阑装配于光阑座前段内壁，所述光阑座控制尺寸公差，保证补偿透镜组C与后固定透镜组E之间的空气间隔是2.82~44.32mm。所述光阑座后段内壁装配有双凸透镜、后组隔圈21、第四胶合组、第二后组隔圈22、正月牙透镜、第三后组隔圈23、负月牙透镜及后组压圈24，并用后组压圈锁紧。所述后组隔圈控制尺寸公差，保证第三双凸透镜E1和第四胶合组之间的空气间隔为0.12mm；所述第二后组隔圈控制尺寸公差，保证第四胶合组与第三正月牙透镜E4之间的空气间隔0.10mm。所述第三后组隔圈控制尺寸公差，保证第三正月牙透镜E4和第二负月牙透镜E5之间的空气间隔为0.30mm。

本实施例中，所述电动变焦机构设置于主镜座上侧，包括电机架110、凸轮120、变倍移动座130、补偿移动座140、导杆150、导杆压板160、变焦拨钉170及微动开关180，所述电机架通过2个M3内六角螺钉与主镜座刚性连接。所述电机架上设有电机111、电机齿轮112、电位器113及电位器齿轮114，所述电机齿轮与电机刚性连接，所述电位器齿轮与电位器刚性连接。所述电机齿轮与电位器齿轮精密啮合，所述电机齿轮与凸轮精密啮合。所述凸轮安置于主镜座外，并用凸轮压圈121锁紧，凸轮内装配有凸轮导钉122，所述凸轮导钉分别安装在变倍移动座130和补偿移动座140上。所述变倍移动座内装配有变倍镜座131，采用螺纹及主正面配合，能够有效保证同心度要求，变倍移动座与导杆滑动配合。所述补偿镜座装配于补偿移动座内，采用螺纹及主正面配合，能够有效保证同心度要求，补偿移动座与导杆滑动配合。所述凸轮旋转到两端极限位置时，通过变焦拨钉触碰微动开关达到限位作用。

本实施例中，所述电动调焦机构设置于主镜座前段下侧，包括第二电机架210、调焦环220、调焦座230、调焦拨钉240及微动开关250。所述电机架通过2个M3内六角螺钉与主镜座刚性连接。所述第二电机架上设有电机211、电机齿轮212，所述电机齿轮与电机刚性连接，所述电机齿轮与调焦环精密啮合。所述调焦环安置于主镜座外，并用调焦环压圈221锁紧。所述调焦环内装配有调焦导钉222，所述调焦导钉固定于所述调焦座上；所述前组镜座装配于调焦座内，采用螺纹及主正面配合，能够有效保证同心度要求。调焦座与主镜座滑动配合。所述调焦环旋转到两端极限位置时，通过调焦拨钉触碰微动开关达到限位作用。

本实施例中，所述电动可变光阑机构包括设置于光阑座下侧的第三电机架310、过渡齿轮320、光阑动环330、光阑拨钉340及微动开关350。所述电机架通过2个M3内六角螺钉与光阑座刚性连接。所述电机齿轮与电机刚性连接，电机齿轮与过渡齿轮精密啮合，过渡齿轮与光阑动环精密啮合。所述光阑动环安置于光阑座外，并用光阑动环压圈331锁紧。所述第三电机架上设有电机311、电机齿轮312，所述光阑动环内装配有5片光阑片313。通过所述光阑动环的旋转带动所述光阑片的摆动，达到控制光阑大小的作用。所述光阑动环旋转到两端极限位置时，通过光阑拨钉触碰微动开关达到限位作用。

本实施例中，所述电动滤色片切换机构包括设置于光阑座后侧的滤色片座410，所述光阑座与滤色片座通过4个M3内六角螺钉刚性连接。所述滤色片座上设置有第四电机架420、过渡齿轮430、滤色片转盘440及霍尔元件450，所述电机架通过2个M3内六角螺钉与滤色片座刚性连接。所述电机架上设有电机421、电机齿轮422，所述电机齿轮与电机刚性连接。所述电机齿轮与过渡齿轮精密啮合，所述过渡齿轮与滤色片转盘精密啮合。所述滤色片转盘内装配有3种不同波长的滤色镜片F，并用滤色片压圈411锁紧。所述滤色片转盘转动，实现在不同滤色片之间进行切换的作用。所述滤色片转盘旋转到位时，通过霍尔元件指示到位的作用。所述滤色镜片为近红外滤色镜片，波长为750~900nm。所述滤色片座和所述滤色片转盘控制尺寸公差，保证后固定透镜组E和滤色镜片F之间的空气间隔是10.54mm。

本实施例中，所述探测器固定于滤色片座上且外围罩有滤色片盖，所述主镜座通过2个M4内六角螺钉与连接底板刚性连接，所述光阑座通过2个M4内六角螺钉与连接底板刚性连接。连接底板作为镜头的对外接口。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的紧凑型透雾高清电视变焦镜头并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于，沿光线入射方向依次布设的镜片组元有光焦度为正的前固定透镜组、光焦度为负的变倍透镜组、光焦度为负的补偿透镜组、可变光阑、光焦度为正的后固定透镜组和滤色镜片，所述前固定透镜组依次设有由负月牙透镜和双凸透镜密接的胶合组、正月牙透镜；所述变倍透镜组设有平凹透镜、由双凹透镜和第二双凸透镜密接的第二胶合组；所述补偿透镜组设有由第二双凹透镜和第二正月牙透镜密接的第三胶合组；所述后固定透镜组依次设有第三双凸透镜、由第四双凸透镜和第三双凹透镜密接的第四胶合组、第三正月牙透镜、第二负月牙透镜。

2.根据权利要求1所述的紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于：沿光线入射方向，所述前固定透镜组和变倍透镜组之间的空气间隔为3.60～58.96mm，变倍透镜组与补偿透镜组之间的空气间隔为21.53～35.40mm，补偿透镜组与后固定透镜组之间的空气间隔为2.82～44.32mm，后固定透镜组与滤色镜片之间的空气间隔为10.54mm。

3.根据权利要求1或2所述的紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于：沿光线入射方向，所述前固定透镜组中第一胶合组与正月牙透镜之间的空气间隔为0.12mm；所述变倍透镜组中平凹透镜与第二胶合组之间的空气间隔为1.77mm；所述后固定透镜组中双凸透镜与第四胶合组之间的空气间隔为0.12mm，第四胶合组与第三正月牙透镜之间的空气间隔为0.10mm，第三正月牙透镜与第二负月牙透镜之间的空气间隔为0.30mm。

4.根据权利要求1所述的紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于：所述镜头的结构包括用于固定前固定透镜组、变倍透镜组、补偿透镜组、可变光阑、后固定透镜组和滤色镜片的镜框，电动变焦机构，电动调焦机构，电动可变光阑机构，电动滤色片切换机构，探测器，连接底板。

5.根据权利要求4所述的紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于：所述镜框包括主镜座和连接于主镜座后侧的光阑座，所述主镜座前段内壁装配有前组镜座，所述前组镜座内装配有透镜压圈、第一胶合组、前组隔圈及正月牙透镜；所述主镜座中段内壁装配有变倍镜座，所述变倍镜座内装配有变倍压圈、平凹透镜、变倍组隔圈及第二胶合组；所述主镜座后段内壁装配有补偿镜座，所述第三胶合组装配于补偿镜座内，所述补偿镜座内还设置有补偿压圈，所述可变光阑装配于光阑座前段内壁，所述光阑座后段内壁装配有双凸透镜、后组隔圈、第四胶合组、第二后组隔圈、正月牙透镜、第三后组隔圈、负月牙透镜及后组压圈。

6.根据权利要求5所述的紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于：所述电动变焦机构设置于主镜座上侧，包括电机架、凸轮、变倍移动座、补偿移动座、导杆、导杆压板、变焦拨钉及微动开关；所述电机架上设有电机、电机齿轮、电位器及电位器齿轮；所述凸轮内装配有凸轮导钉；所述变倍移动座内装配有变倍镜座，并与导杆滑动配合；所述补偿镜座装配于补偿移动座内，并与导杆滑动配合。

7.根据权利要求5或6所述的紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于：所述电动调焦机构设置于主镜座前段下侧，包括第二电机架、调焦环、调焦座、调焦拨钉及微动开关，所述第二电机架上设有电机、电机齿轮；所述调焦环内装配有调焦导钉；所述调焦导钉固定于所述调焦座上；所述前组镜座装配于调焦座内，并与主镜座滑动配合。

8.根据权利要求7所述的紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于：所述电动可变光阑机构包括设置于光阑座下侧的第三电机架、过渡齿轮、光阑动环、光阑拨钉及微动开关，所述第三电机架上设有电机、电机齿轮，所述光阑动环内装配有5片光阑片。

9.根据权利要求5、6或8所述的紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于：所述电动滤色片切换机构包括设置于光阑座后侧的滤色片座，所述滤色片座上设置有第四电机架、过渡齿轮、滤色片转盘及霍尔元件，所述电机架上设有电机、电机齿轮，所述滤色片转盘内装配有滤色镜片，所述滤色镜片为近红外滤色镜片，波长为750~900nm。

10.根据权利要求9所述的紧凑型透雾高清电视变焦镜头，其特征在于：所述探测器固定于滤色片座上且外围罩有滤色片盖，所述连接底板与主镜座、光阑座连接，并作为镜头的对外接口。