CN106094182A - 折叠型强透雾高清变焦摄像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，所述镜头的光学系统中依次设有前固定组A、变倍组B、补偿组C、可变光栏D、后固定组E和滤色镜片F；所述前固定组A包括双凸透镜A‑1、正月牙透镜A‑2、负月牙透镜A‑3和正月牙透镜A‑4；所述变倍组B包括负月牙透镜B‑1、第一胶合组；所述补偿组C包括第二胶合组及双凸透镜C‑3；所述后固定组E包括第三胶合组、反射镜E‑3、第四胶合组、双凸透镜E‑6及反射镜E‑7。本发明有效地降低了光学镜头二级光谱等像差，使镜头的分辨率显著提高，有效减小了系统体积，提高了摄像系统在雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下对远距离目标的探测能力。

Description

折叠型强透雾高清变焦摄像镜头

技术领域

本发明涉及一种折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，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，当应用于如雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下时，系统探测距离将严重降低，特别是信号本身很弱时，会导致目标信号淹没于背景信号当中，无法正常使用。传统的光路结构在外形体积受限时，也普遍存在变倍倍数小、分辨率不高的特点。

随着图像传感器的像元尺寸不断减小，其特征频率迅速增加，光电视频监控已由以往对外界景物纯粹的“观看”发展到现今的“识别和认知”；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不间断连续监控；且目前整机系统朝紧凑型方向发展，也要求镜头体积尽可能小，提高竞争力。

解决上述问题是本发明的研究目的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构紧凑的折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，具有高分辨率，可与高清晰度的摄像机适配；提高了摄像系统在雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下对远距离目标的探测能力。

本发明采用以下方案实现：一种折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，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固定组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的补偿组C、可变光栏D、光焦度为正的后固定组E和滤色镜片F；所述前固定组A包括依次设置的双凸透镜A-1、正月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4；所述变倍组B包括依次设置的负月牙透镜B-1、由双凸透镜B-2和双凹透镜B-3密接胶合的第一胶合组；所述补偿组C包括依次设置的由负月牙透镜C-1和双凸透镜C-2密接胶合的第二胶合组及双凸透镜C-3；所述后固定组E包括依次设置的由双凹透镜E-1和双凸透镜E-2密接胶合的第三胶合组、反射镜E-3、由负月牙透镜E-4和双凸镜组E-5密接胶合的第四胶合组、双凸透镜E-6及反射镜E-7。

进一步的，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是4.02～88.07mm，变倍组B与补偿组C之间的空气间隔是3.08～128.59mm，补偿组C与后固定组E之间的空气间隔是2.50～43.97mm。

进一步的，所述前固定组A中双凸透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔是0.5mm，正月牙透镜A-2与负月牙透镜A-3之间的空气间隔是1.7mm，负月牙透镜A-3与正月牙透镜A-4之间的空气间隔是0.9mm；所述变倍组B中负月牙透镜B-1与第一胶合组之间的空气间隔为4.5mm；所述补偿组C中第二胶合组与双凸透镜C-3之间的空气间隔为0.1mm；所述后固定组E中第三胶合组与反射镜E-3之间的空气间隔为16mm，反射镜E-3与第四胶合组之间的空气间隔为16mm，第四胶合组与双凸透镜E-6之间的空气间隔为3mm，双凸透镜E-6与反射镜E-7之间的空气间隔为15mm，反射镜E-7与滤色镜片F之间的空气间隔为15mm。

进一步的，所述正月牙透镜A-2、正月牙透镜A-4由超低色散材料H-FK61制成。

进一步的，所述镜头机械结构包括位于中部的主镜筒，主镜筒前侧安装有前组镜座，主镜筒后侧安装有用以安装后固定组E的后组镜座，主镜筒与后组镜座之间具有安装于后组镜座下部前端的光栏座，后组镜座上部前端与摄像机对接并且后组镜座上部前端具有安装有滤色镜片F的滤色片盘；所述前组镜座中部套装有可前后移动并用以安装前固定组A的前组镜筒；主镜筒内部前端具有用以安装变倍组B并可前后移动的变倍镜筒，主镜筒内部后端具有用以安装补偿组C并可前后移动的补偿镜筒。

进一步的，所述前组镜座上外套有调焦凸轮，前组镜座旁侧设置有调焦微动开关以及与调焦凸轮通过齿啮合传动的调焦电机，调节凸轮上具有与调焦微动开关相配合的调焦挡钉；调焦凸轮通过调焦导钉带动前组镜筒前后移动。

进一步的，所述主镜筒上外套有变倍凸轮，主镜筒内部还设置有与主镜筒中部沿轴向滑动配合的变倍滑架和补偿滑架，变倍凸轮通过变倍导钉和补偿导钉分别带动变倍滑架和补偿滑架沿轴向前后移动，所述变倍镜筒和补偿镜筒分别安装于变倍滑架和补偿滑架上；位于主镜筒旁侧设置有变倍微动开关以及与变倍凸轮通过齿啮合传动的变倍电机和变倍电位器，所述变倍凸轮上具有与变倍微动开关相配合的变倍挡钉。

进一步的，所述光栏座上设置有相配合的光栏定环和安装有光栏片的光栏动环，所述光栏动环与光栏座上的光栏电机通过齿啮合传动，所述光栏座上还设置有用于控制光栏开口大小的光栏微动开关，光栏动环上具有与光栏微动开关相配合的光栏挡钉。

进一步的，所述滤色镜片F包括可见光滤色镜片与近红外滤色镜片，所述滤色片盘偏心铰接于后组镜座上，所述后组镜座上具有滤色片微动开关以及与滤色片盘通过齿啮合传动的滤色片切换电机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：利用正组补偿结构有利于提高长焦分辨率的特点，提高了轴上光线高度最高的前固定透镜组的光焦度承担能力，并使用多片ED（超低色散）材料，有效地降低了光学镜头二级光谱等像差，使镜头的分辨率显著提高，达到百万像素，可与高清晰度的摄像机适配；针对正组补偿结构光学总长较长的缺点，利用两片反射镜对光路进行两次折叠，有效减小了系统体积，实现了系统的紧凑化；提高了摄像系统在雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下对远距离目标的探测能力。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的光学系统示意图。

图2为本发明在可见光波段的MTF图。

图3为本发明在近红外波段（750nm～950nm）的MTF图。

图4为本发明实施例的机械结构剖面图。

图5为本发明调焦组件主视图。

图6为本发明调焦组件右视图。

图7为本发明调焦组件立体图。

图8为本发明变倍组件主视图。

图9为本发明变倍组件左视图。

图10为本发明变倍组件立体图。

图11为本发明可变光栏组件主视图。

图12为本发明可变光栏组件左视图。

图13为本发明可变光栏组件立体图。

图14为本发明滤色片切换组件主视图。

图15为本发明滤色片切换组件立体图。

图中标号说明：

41-调焦组件；42-变倍组件；43-可变光栏组件；44-滤色片切换组件；45-摄像机。

51-调焦凸轮压圈；52-前组压圈；53-前组隔圈A；54-调焦导钉；55-调焦凸轮；56-调焦挡钉；57-前组镜座；58-前组隔圈B；59-前组镜筒；510-前组隔圈C；511-调焦微动开关；512-调焦电机；513-调焦限位支架A；514-调焦电机支架；515-调焦限位支架B；516-调焦电机齿轮。

61-主镜筒；62-前组调整垫片；63-变倍压圈；64-变倍镜筒；65-变倍隔圈；66-钢珠；67-变倍调整垫片；68-变倍导钉；69-变倍滑架；610-变倍凸轮；611-补偿滑架；612-补偿调整垫片；613-补偿镜筒；614-钢珠；615-变倍轴承压环；616-变倍凸轮压圈；617-补偿隔圈；618-补偿压圈；619-连接底座；620-变倍微动开关；621-变倍限位支架；622-变倍电机支架；623-变倍过轮；624-变倍过轮轴；625-变倍电机齿轮；626-变倍电位器支架；627-电位器齿轮；628-变倍电位器；629-控制板架；630-控制板；631-变倍挡钉；632-变倍电机。

71-光栏座；72-光栏定环；73-光栏片；74-光栏动环；75-后组压圈；76-反射镜座；77-反射镜E-3；78-后组调整垫片；79-光栏电机；710-光栏限位支架1；711-微动开关；712-光栏限位支架2；713-光栏电机齿轮；714-光栏电机支架；715-光栏过轮；716-光栏过轮轴；717-光栏过轮；718-光栏过轮轴；719-光栏挡钉。

81-后组镜座；82-滤色片盘；83-滤色片盘锁紧钉；84-近红外滤色镜片；85-滤色片压圈；86-滤色片微动开关；87-滤色片盘限位支架A；88-滤色片盘限位支架B；89-滤色片切换电机；810-滤色片切换电机支架；811-滤色片切换电机立柱；812-滤色片切换电机齿轮；813-滤色片切换过轮；814-滤色片切换过轮轴；815-可见光滤色镜片。

具体实施方式

如图1~15所示，一种折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，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固定组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的补偿组C、可变光栏D、光焦度为正的后固定组E和滤色镜片F；所述前固定组A包括依次设置的双凸透镜A-1、正月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4；所述变倍组B包括依次设置的负月牙透镜B-1、由双凸透镜B-2和双凹透镜B-3密接胶合的第一胶合组；所述补偿组C包括依次设置的由负月牙透镜C-1和双凸透镜C-2密接胶合的第二胶合组及双凸透镜C-3；所述后固定组E包括依次设置的由双凹透镜E-1和双凸透镜E-2密接胶合的第三胶合组、反射镜E-3、由负月牙透镜E-4和双凸镜组E-5密接胶合的第四胶合组、双凸透镜E-6及反射镜E-7。

在本实施例中，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是4.02～88.07mm，变倍组B与补偿组C之间的空气间隔是3.08～128.59mm，补偿组C与后固定组E之间的空气间隔是2.50～43.97mm。

在本实施例中，所述前固定组A中双凸透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔是0.5mm，正月牙透镜A-2与负月牙透镜A-3之间的空气间隔是1.7mm，负月牙透镜A-3与正月牙透镜A-4之间的空气间隔是0.9mm；所述变倍组B中负月牙透镜B-1与第一胶合组之间的空气间隔为4.5mm；所述补偿组C中第二胶合组与双凸透镜C-3之间的空气间隔为0.1mm；所述后固定组E中第三胶合组与反射镜E-3之间的空气间隔为16mm，反射镜E-3与第四胶合组之间的空气间隔为16mm，第四胶合组与双凸透镜E-6之间的空气间隔为3mm，双凸透镜E-6与反射镜E-7之间的空气间隔为15mm，反射镜E-7与滤色镜片F之间的空气间隔为15mm。

在本实施例中，所述正月牙透镜A-2、正月牙透镜A-4由超低色散材料H-FK61制成。

在本实施例中，所述滤色镜片F包括可见光滤色镜片815与近红外滤色镜片84，近红外滤色镜片的工作波长为750～900nm。

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=24.5mm，f′max=515mm；

相对孔径D/ f′=1/5；

视场角2ω=28.12°～1.34°；

光学结构长度∑L≤367.5mm；

变倍行程≤84.05mm；

镜头分辨率：与超百万像素CCD摄像机或CMOS摄像机适配，参考图2、图3；

透雾滤色片的透过光谱：750~950nm。

在光学设计时，对前固定组进行复杂化，增加正透镜，且选用ED（超低色散）光学材料，这样提高了轴上光线高度最高的前固定组的光焦度承担能力，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成像，且分辨率得到显著提高，达到超百万像素水平，可与高清晰度的摄像机适配；针对正组补偿结构光学总长较长的缺点，利用两片反射镜对光路进行两次折叠，有效减小了系统体积，实现了系统的紧凑化。

考虑到雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下，在空气中含有微小水粒，根据米氏散射理论：当散射粒子半径c与入射光线波长λ的比值c/λ较小时，在像面上图像的光能下降较小。据此在光学设计时，加大了近红外谱线（波长λ在750nm以上的谱线）的权重，使镜头在近红外波段也有较高的分辨率；并进行膜系优化设计，使光学镜头在450nm~950nm波段范围有高于80%的透过率。

在本实施例中，所述镜头机械结构包括位于中部的主镜筒61，主镜筒61前侧安装有前组镜座57，主镜筒61后侧安装有用以安装后固定组E的后组镜座81，主镜筒61与后组镜座81之间具有安装于后组镜座下部前端的光栏座71，后组镜座81上部前端与摄像机45对接并且后组镜座上部前端具有安装有滤色镜片F的滤色片盘82；所述前组镜座57中部套装有可前后移动并用以安装前固定组A的前组镜筒59；主镜筒61内部前端具有用以安装变倍组B并可前后移动的变倍镜筒64，主镜筒内部后端具有用以安装补偿组C并可前后移动的补偿镜筒613。

在本实施例中，所述前组镜座57上外套有调焦凸轮55，前组镜座57旁侧设置有调焦微动开关511以及与调焦凸轮55通过齿啮合传动的调焦电机512，调节凸轮55上具有与调焦微动开关511相配合的调焦挡钉56；调焦凸轮55通过调焦导钉54带动前组镜筒59前后移动。

所述调焦电机512通过调焦电机架514安置在调焦主镜筒57上，所述调焦微动开关511通过调焦限位支架A513和调焦限位支架B515安置在调焦主镜筒57上，所述调焦凸轮55上开设有精密加工的两条180º均布的线性斜槽并用调焦导钉54与前组57连接在一起，调焦电机齿轮516与调焦凸轮55上的齿轮啮合，当调焦电机512通电转动，通过调焦齿轮516带动调焦凸轮55旋转，通过前组镜座57上的直槽限制，前组镜筒59的的旋转被限制从而只做直槽内的直线运动，从而实现对远近目标的聚焦功能，通过微动开关511与调焦挡钉56的共同作用对调焦凸轮55和调焦电机512起到限位和保护作用。

在本实施例中，所述主镜筒61上外套有变倍凸轮610，主镜筒61内部还设置有与主镜筒中部沿轴向滑动配合的变倍滑架69和补偿滑架611，变倍凸轮610通过变倍导钉68和补偿导钉分别带动变倍滑架和补偿滑架沿轴向前后移动，所述变倍镜筒和补偿镜筒分别安装于变倍滑架和补偿滑架上；位于主镜筒旁侧设置有变倍微动开关620以及与变倍凸轮610通过齿啮合传动的变倍电机632和变倍电位器628，所述变倍凸轮上具有与变倍微动开关相配合的变倍挡钉631。

在本实施例中，变倍凸轮610通过钢珠66置于主镜筒62组成滚动轴承，由轴承压环615和变倍凸轮压圈616锁紧；所述变倍凸轮610按光学变焦运动方程的要求加工变倍、补偿曲线槽，分别用变倍导钉和补偿导钉把变倍凸轮610与变倍滑架69、补偿滑架611连接在一起；所述变倍电机632通过变倍电机支架622安置在主镜筒61上，所述变倍电位器628通过变倍电位器支架626安置在主镜筒61上，所述微动开关620通过变倍限位开关架621安置于主镜筒61上；变倍电机齿轮625与变倍凸轮610啮合，当变倍电机632转子做正负旋转运动是，带动变倍凸轮610做相应的转动，通过变倍、补偿曲线槽及变倍导钉、补偿导钉带动变倍滑架69、补偿滑架611按变倍、补偿曲线槽的方式运动，主镜筒61上的两条直槽起到限制变倍导钉件、补偿导钉的作用，并使变倍滑架69、补偿滑架611的旋转运动变为直线运动；严格控制变倍导钉组件和补偿导钉组件与变倍凸轮610的曲线槽和主镜筒61上的直线槽之间的配合间隙，保证变倍组件和补偿组件滑动平稳、无卡带。这样通过电机旋转实现变倍镜筒和补偿镜筒按变焦运动方程要求做来回的直线运动，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，变倍电位器齿轮628与变倍凸轮610啮合，同步的与变倍凸轮610发生相对的旋转，电位器的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以求出电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现变焦值的显示；反之，通过控制中心给出相应阻值命令，可实现焦距的实时控制。微动开关620通过变倍挡钉631配合工作，起到对变焦过程中系统的限位和保护作用。

在本实施例中，所述光栏座71上设置有相配合的光栏定环72和安装有光栏片73的光栏动环74，所述光栏动环74与光栏座上的光栏电机79通过齿啮合传动，所述光栏座上还设置有用于控制光栏开口大小的光栏微动开关711，光栏动环上具有与光栏微动开关相配合的光栏挡钉719；所述光栏微动开关711通过光栏限位支架1-710和光栏限位支架2-712安置在光栏座71上，所述光栏片73通过铆钉连接安置在光栏动环74上，所述光栏动环74带动光栏片73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变化；所述光栏挡钉719随光栏动环74座旋转运动，光栏微动开关711通过光栏挡钉719配合工作，起到对变焦过程中系统的限位和保护作用。

在本实施例中，所述滤色片盘82偏心铰接于后组镜座上，所述后组镜座上具有滤色片微动开关86以及与滤色片盘通过齿啮合传动的滤色片切换电机89。当滤色片切换电机89通电后，带动滤色片盘82转动，通过安置在滤色片限位支架A87与滤色片限位支架B88上的微动开关86起到限位作用，从而实现可见光滤色片与透雾滤色片之间的来回切换，最终达到透雾要求。

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 (9)

1.一种折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，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固定组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为正的补偿组C、可变光栏D、光焦度为正的后固定组E和滤色镜片F；所述前固定组A包括依次设置的双凸透镜A-1、正月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4；所述变倍组B包括依次设置的负月牙透镜B-1、由双凸透镜B-2和双凹透镜B-3密接胶合的第一胶合组；所述补偿组C包括依次设置的由负月牙透镜C-1和双凸透镜C-2密接胶合的第二胶合组及双凸透镜C-3；所述后固定组E包括依次设置的由双凹透镜E-1和双凸透镜E-2密接胶合的第三胶合组、反射镜E-3、由负月牙透镜E-4和双凸镜组E-5密接胶合的第四胶合组、双凸透镜E-6及反射镜E-7。

2.根据权利要求1所述的折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，其特征在于：所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是4.02～88.07mm，变倍组B与补偿组C之间的空气间隔是3.08～128.59mm，补偿组C与后固定组E之间的空气间隔是2.50～43.97mm。

3.根据权利要求1或2所述的折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，其特征在于：所述前固定组A中双凸透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔是0.5mm，正月牙透镜A-2与负月牙透镜A-3之间的空气间隔是1.7mm，负月牙透镜A-3与正月牙透镜A-4之间的空气间隔是0.9mm；所述变倍组B中负月牙透镜B-1与第一胶合组之间的空气间隔为4.5mm；所述补偿组C中第二胶合组与双凸透镜C-3之间的空气间隔为0.1mm；所述后固定组E中第三胶合组与反射镜E-3之间的空气间隔为16mm，反射镜E-3与第四胶合组之间的空气间隔为16mm，第四胶合组与双凸透镜E-6之间的空气间隔为3mm，双凸透镜E-6与反射镜E-7之间的空气间隔为15mm，反射镜E-7与滤色镜片F之间的空气间隔为15mm。

4.根据权利要求1所述的折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，其特征在于：所述正月牙透镜A-2、正月牙透镜A-4由超低色散材料H-FK61制成。

5.根据权利要求1所述的折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，其特征在于：所述镜头机械结构包括位于中部的主镜筒，主镜筒前侧安装有前组镜座，主镜筒后侧安装有用以安装后固定组E的后组镜座，主镜筒与后组镜座之间具有安装于后组镜座下部前端的光栏座，后组镜座上部前端与摄像机对接并且后组镜座上部前端具有安装有滤色镜片F的滤色片盘；所述前组镜座中部套装有可前后移动并用以安装前固定组A的前组镜筒；主镜筒内部前端具有用以安装变倍组B并可前后移动的变倍镜筒，主镜筒内部后端具有用以安装补偿组C并可前后移动的补偿镜筒。

6.根据权利要求5所述的折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，其特征在于：所述前组镜座上外套有调焦凸轮，前组镜座旁侧设置有调焦微动开关以及与调焦凸轮通过齿啮合传动的调焦电机，调节凸轮上具有与调焦微动开关相配合的调焦挡钉；调焦凸轮通过调焦导钉带动前组镜筒前后移动。

7.根据权利要求5所述的折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，其特征在于：所述主镜筒上外套有变倍凸轮，主镜筒内部还设置有与主镜筒中部沿轴向滑动配合的变倍滑架和补偿滑架，变倍凸轮通过变倍导钉和补偿导钉分别带动变倍滑架和补偿滑架沿轴向前后移动，所述变倍镜筒和补偿镜筒分别安装于变倍滑架和补偿滑架上；位于主镜筒旁侧设置有变倍微动开关以及与变倍凸轮通过齿啮合传动的变倍电机和变倍电位器，所述变倍凸轮上具有与变倍微动开关相配合的变倍挡钉。

8.根据权利要求5所述的折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，其特征在于：所述光栏座上设置有相配合的光栏定环和安装有光栏片的光栏动环，所述光栏动环与光栏座上的光栏电机通过齿啮合传动，所述光栏座上还设置有用于控制光栏开口大小的光栏微动开关，光栏动环上具有与光栏微动开关相配合的光栏挡钉。

9.根据权利要求5所述的折叠型强透雾高清变焦摄像镜头，其特征在于：所述滤色镜片F包括可见光滤色镜片与近红外滤色镜片，所述滤色片盘偏心铰接于后组镜座上，所述后组镜座上具有滤色片微动开关以及与滤色片盘通过齿啮合传动的滤色片切换电机。