CN106094185B - 一种超广角大通光大像面的变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超广角大通光大像面的变焦镜头，沿光轴方向从物方起包括具有负焦距的前镜组、光阑、具有正焦距的中间镜组和具有正焦距的后镜组，中间镜组处于光阑和后镜组之间，前镜组和中间镜组能沿光轴相对于光阑来回移动，后镜组固定；所述前镜组沿光轴方向从物方起依次包括第一至第四透镜；所述中间镜组沿光轴方向从物方起依次包括第五至第十一透镜，第五透镜为非球面透镜，第六透镜和第七透镜相互胶合，第八透镜和第九透镜相互胶合；所述后镜组沿光轴方向从物方起依次包括第十二透镜和第十三透镜，第十二透镜和第十三透镜相互胶合。本发明各焦距段像质保持高解析度，白天与夜晚的成像效果差异小，在星光级夜晚也能够成像彩色图像。
Description
技术领域
本发明涉及镜头制造技术领域，尤其是一种超广角大通光大像面的变焦镜头。
背景技术
随着“平安城市”、“平安建设”、“科技强警”等重大项目工程在全国范围内的展开，监控系统的夜间应用也越来越频繁。目前国内应用的监控变焦镜头大多采用全玻璃球透镜组成，光圈值FNo.为1.6或1.8，这种镜头在日间光线较好时能得到较好的摄像效果；但在星光级夜间或暗场环境辨别时由于外界亮度低，识别存在一定的局限性。
在引入玻璃非球面透镜的情况下，镜头的光圈值FNO1.4、FNO1.2也在市面上逐步出现，但在较大通光情况下，中焦像质会有所降低，且随着通光口径逐渐加大，中焦像质也会逐渐降低。另外，目前市面上变焦镜头的成像面使用较多的是小像面1/3inch系统，大像面变焦镜头较少见。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其各焦距段像质保持高解析度，白天与夜晚的成像效果差异小，在星光级夜晚也能够成像彩色图像。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种超广角大通光大像面的变焦镜头，沿光轴方向从物方起包括具有负焦距的前镜组、光阑和具有正焦距的后镜组，还包括具有正焦距的中间镜组，中间镜组处于光阑和后镜组之间，前镜组和中间镜组能沿光轴相对于光阑来回移动，后镜组固定；
所述前镜组沿光轴方向从物方起依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，以物方为前方，第一透镜为前凸后凹透镜，第二透镜为前凹后凹透镜，第三透镜为前凸后凹透镜，第二透镜和第三透镜相互胶合，第四透镜为前凹后凸透镜；
所述中间镜组沿光轴方向从物方起依次包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜，以物方为前方，第五透镜为前凸后凹透镜且为非球面透镜，第六透镜为前凸后凹透镜，第七透镜为前凸后凸透镜，第六透镜和第七透镜相互胶合，第八透镜为前凸后凹透镜，第九透镜为前凸后凸透镜，第八透镜和第九透镜相互胶合，第十透镜为前凸后凹透镜，第十一透镜为前凸后凸透镜；
所述后镜组沿光轴方向从物方起依次包括第十二透镜和第十三透镜，第十二透镜为前凸后凸透镜、第十三透镜为前凹后凹透镜、第十二透镜和第十三透镜相互胶合。
进一步，所述第五透镜的焦距为fa，所述第六透镜和第七透镜胶合后的焦距为fb，所述第八透镜和第九透镜胶合后的焦距为fc，所述第十透镜的焦距为fd，所述第十一透镜的焦距为fe，其中fa、fb、fc和fe为正值，fd为负值，各焦距之间还满足以下条件：1.0<fa/fb<2.2，1.0<|fb/fd|<1.1， 1.0<|fd/fe|<1.4。
再进一步，所述fa>23mm，所述fb>23mm，所述fc>23mm，所述|fd |>23mm，所述fe >23mm。
进一步，所述第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜组合后的焦距为fbc， 1.0<|fbc/fd|<1.1。
进一步，所述第五透镜的膨胀系数α满足条件：α<8。由于第五透镜采用非球面镜片，其膨胀系数稳定，可有效的保证了在较恶劣的环境下镜头像质的稳定性。
进一步，所述前镜组的焦距为fL1，fL1为负值，所述中间镜组的焦距为fL2，fL2为正值；0.7<|fL1/fL2|<0.9。以使前镜组和中间镜组之间的光焦度更为适配。
进一步，镜头在广角位置的焦距为fw，镜头在摄远位置的焦距为ft，2.5<ft/fw<3.5。
进一步，所述镜头还包括主筒、前镜筒、中间镜筒、后镜筒、前导钉和后导钉，后镜筒固连在主筒内孔后部，前镜筒套在主筒内孔前部，中间镜筒套在主筒内孔中后部，光阑固连在前镜筒和中间镜筒之间的主筒上，前镜筒的内孔中装有所述前镜组，中间镜筒的内孔中装有所述中间镜组，后镜筒的内孔中装有所述后镜组；
主筒外表面前部套有前调节环，主筒外表面后部套有后调节环，主筒外表面中部套有中调节环；
主筒前部设有轴向的前长条形通孔，前调节环内表面上设有前斜槽，前导钉穿过所述前长条形通孔，前导钉的一端固连在前镜筒上、另一端配合在前斜槽上；
主筒后部设有轴向的后长条形通孔，后调节环内表面上设有后斜槽，后导钉穿过所述后长条形通孔，后导钉的一端固连在后镜筒上、另一端配合在后斜槽上；
所述中调节环用于调节光阑以改变光阑的通光孔径。
这样通过转动前调节环可通过前导钉带动前镜筒和前镜组相对于光阑来回移动，通过转动后调节环可通过后导钉带动中间镜筒和中间镜组相对于光阑来回移动，方便焦距的调节。
再进一步，所述光阑包括一环形座、10个弧形叶片和一个驱动环，环形座上设有十个铰接通孔，十个铰接通孔的中心轴线均匀布置在一个圆柱面上，驱动环套在环形座上，圆柱面的中心轴线与环形座中心孔的中心轴线和驱动环中心孔的中心轴线相重合；驱动环中心孔的内周面上均匀设有十个驱动斜槽，每个弧形叶片的一端通过第一销轴铰接在一个所述铰接通孔上、另一端通过第二销轴配合在一个所述驱动斜槽上；驱动环上设有一驱动柄，所述中调节环通过驱动柄带动驱动环转动。这种光阑通过驱动环转动可方便带动10个弧形叶片同时转动，以改变光阑的通光孔径。
再进一步，所述主筒包括前主筒和后主筒，前主筒和后主筒通过螺栓相固连，后主筒的外表面还固连一外筒，所述后调节环包括套在后主筒上的内环和套在外筒上的外环，所述后斜槽设置在内环上，外筒上设有沿圆周方向分布的径向让位通孔，外环的内表面设有轴向槽，一连接钉穿过所述径向让位通孔一端固连所述内环、另一端配合在所述轴向槽上；所述外筒上装有驱动电机，所述中调节环外周面上设有从动齿轮，驱动电机的驱动轴上固连一有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合。这种结构可以方便整个镜头的装配和光圈的调节。
本发明由于采用三组元结构, 前镜组和中间镜组能相对于光阑来回移动，后镜组固定。后镜组固定且焦距为正焦距，后镜组的两个透镜还相互胶合，这样可以保证从短焦到长焦变倍过程中，像面不会发生漂移且保持各焦距段像质稳定；使得各焦距段像质能够保持高解析度。而前镜组采用四镜片组合，可有效增大长焦与短焦的变倍比；中间镜组包括至少7块透镜，其中第五片透镜为玻璃非球面透镜，第六透镜和第七透镜相互胶合，第八透镜和第九透镜相互胶合，第五透镜至第十一透镜组合成正焦距透镜组，其中第十透镜为负焦距，这些组合有效地平衡了球差的分布同时也很好地矫正了慧差、象散与场曲。因此在各焦距段像质稳定情况下，各焦距段像质解析度较高。
另一方面，本镜头的透镜组采用三组元组合，并通过各透镜结构的具体设置，可做到超广角大通光大像面，使得白天与夜晚的成像效果差异小，在星光级夜晚也能够成像彩色图像。本发明的光圈值可做到FNO 0.9，特别能适合于星光级环境中使用。
附图说明
图1是本发明透镜组的结构示意图；
图2是本发明在广角位置的结构剖视图；
图3是本发明在摄影远位置的结构剖视图；
图4是光阑的通光孔径处于最小状态主视图；
图5是光阑的通光孔径于最大状态主视图；
图6是环形座主视图；
图7是驱动环的主视图；
图8是弧形叶片的主视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1至图8所示，一种超广角大通光大像面的变焦镜头，沿光轴方向从物方起包括具有负焦距的前镜组100、光阑200、具有正焦距的中间镜组300和具有正焦距的后镜组400，中间镜组300处于光阑200和后镜组400之间，前镜组100和中间镜组300能沿光轴相对于光阑200来回移动，后镜组400固定。
所述前镜组100沿光轴方向从物方起依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，以物方为前方，第一透镜1为前凸后凹透镜，第二透镜2为前凹后凹透镜，第三透镜3为前凸后凹透镜，第二透镜2和第三透镜3相互胶合，第四透镜4为前凹后凸透镜；
所述中间镜组300沿光轴方向从物方起依次包括第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11，以物方为前方，第五透镜5为前凸后凹透镜且为非球面透镜，第六透镜6为前凸后凹透镜，第七透镜7为前凸后凸透镜，第六透镜6和第七透镜7相互胶合，第八透镜8为前凸后凹透镜，第九透镜9为前凸后凸透镜，第八透镜8和第九透镜9相互胶合，第十透镜10为前凸后凹透镜，第十一透镜11为前凸后凸透镜；
所述后镜组400沿光轴方向从物方起依次包括第十二透镜12和第十三透镜13，第十二透镜12为前凸后凸透镜、第十三透镜13为前凹后凹透镜、第十二透镜12和第十三透镜13相互胶合。
所述第五透镜5的焦距为fa，所述第六透镜6和第七透镜7胶合后的焦距为fb，所述第八透镜8和第九透镜9胶合后的焦距为fc，所述第十透镜10的焦距为fd，所述第十一透镜11的焦距为fe，其中fa、fb、fc和fe为正值，fd为负值，各焦距之间还满足以下条件：1.0<fa/fb<2.2，1.0<|fb/fd|<1.1， 1.0<|fd/fe|<1.4。
所述fa>23mm，所述fb>23mm，所述fc>23mm，所述|fd |>23mm，所述fe >23mm。
所述第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8和第九透镜9组合后的焦距为fbc， 1.0<|fbc/fd|<1.1。
所述第五透镜5的膨胀系数α满足条件：α<8。
所述前镜组100的焦距为fL1，fL1为负值，所述中间镜组300的焦距为fL2，fL2为正值；0.7<|fL1/fL2|<0.9。
镜头在广角位置的焦距为fw，镜头在摄远位置的焦距为ft，2.5<ft/fw<3.5。
图2至图8进一步所示，所述镜头还包括主筒14、前镜筒15、中间镜筒16、后镜筒17、前导钉18和后导钉19，后镜筒17固连在主筒14内孔后部，前镜筒15套在主筒14内孔前部，中间镜筒16套在主筒14内孔中后部，光阑200固连在前镜筒15和中间镜筒16之间的主筒14上，前镜筒15的内孔中装有所述前镜组100，中间镜筒16的内孔中装有所述中间镜组300，后镜筒17的内孔中装有所述后镜组400；
主筒14外表面前部套有前调节环20，主筒14外表面后部套有后调节环21，主筒14外表面中部套有中调节环22；
主筒14前部设有轴向的前长条形通孔1411，前调节环20内表面上设有前斜槽20a，前导钉18穿过所述前长条形通孔1411，前导钉18的一端固连在前镜筒15上、另一端配合在前斜槽20a上；
主筒14后部设有轴向的后长条形通孔1421，后调节环21内表面上设有后斜槽21a，后导钉19穿过所述后长条形通孔1421，后导钉19的一端固连在后镜筒17上、另一端配合在后斜槽21a上；
所述中调节环22用于调节光阑200以改变光阑200的通光孔径。
所述光阑200包括一环形座201、10个弧形叶片202和一个驱动环203，环形座201上设有十个铰接通孔2011，十个铰接通孔2011的中心轴线均匀布置在一个圆柱面b上，驱动环203套在环形座201上，圆柱面b的中心轴线与环形座201中心孔的中心轴线和驱动环203中心孔的中心轴线相重合；
驱动环203中心孔的内周面上均匀设有十个驱动斜槽2031，每个弧形叶片202的一端通过第一销轴204铰接在一个所述铰接通孔2011上、另一端通过第二销轴205配合在一个所述驱动斜槽2031上；
驱动环203上设有一驱动柄2032，所述中调节环22通过驱动柄2032带动驱动环203转动。
所述主筒14包括前主筒141和后主筒142，前主筒141和后主筒142通过螺栓相固连，后主筒142的外表面还固连一外筒143，所述后调节环21包括套在后主筒142上的内环211和套在外筒143上的外环212，所述后斜槽21a设置在内环211上，外筒143上设有沿圆周方向分布的径向让位通孔，外环212的内表面设有轴向槽2121，一连接钉213穿过所述径向让位通孔一端固连所述内环211、另一端配合在所述轴向槽2121上；
所述外筒143上装有驱动电机144，所述中调节环22外周面上设有从动齿轮221，驱动电机144的驱动轴上固连一有主动齿轮145，主动齿轮145与从动齿轮221相啮合。驱动电机144可选用步进电机。
所述外环212上装有第一紧固螺钉146，第一紧固螺钉146与外筒143相配合对外环212进行紧固定位；所述后主筒142上装有第二紧固螺钉147，第二紧固螺钉147对前调节环20进行紧固定位。
所述后主筒142的后部还套有一个可转动的连接座148。以便于本镜头与摄像设备相连接。所述前主筒141的前端还连接一个可替换的遮光罩149。
本实施例使用过程如下：
如果需要调整前镜组100的位置，转动前调节环20，通过前调节环20的前斜槽20a驱动前导钉18沿主筒14前部设有的轴向前长条形通孔1411移动，前导钉18再带动前镜筒15和前镜组100沿光轴相对于光阑200来回移动，调整好位置后，旋紧第二紧固螺钉147，就能对前调节环20进行紧固定位，通过前调节环20、前导钉18对前镜筒15和前镜组100进行定位。
如果需要调整中间镜组300的位置，转动外环212，外环212通过所述轴向槽2121带动连接钉213，连接钉213再带动内环211转动，设置在内环211上的后斜槽21a带动后导钉19沿主筒14的所述后长条形通孔1421移动，后导钉19再带动中间镜筒16和所述中间镜组300沿光轴相对于光阑200来回移动，调整好位置后，旋紧第一紧固螺钉146，对外环212进行紧固定位，中间镜筒16和所述中间镜组300就能获得定位。
如果要调整光阑200的通光孔径，启动驱动电机144，通过主动齿轮145与从动齿轮221相啮合带动中调节环22转动，中调节环22再通过驱动柄2032带动驱动环203转动。驱动环203顺时针转动时，驱动环203通过中心孔内周面上的十个驱动斜槽2031同时驱动10个弧形叶片202顺时针转动，光阑200的通光孔径逐渐变小，如图4所示的是光阑200的通光孔径处于最小状态主视图；当驱动环203逆时针转动时，驱动环203通过中心孔内周面上的十个驱动斜槽2031同时驱动10个弧形叶片202逆时针转动，光阑200的通光孔径逐渐变大，如图5所示的是光阑200的通光孔径处于最大状态主视图。驱动斜槽2031是通过第二销轴205驱动弧形叶片202转动。
图2所示是镜头处于广角位置的结构剖视图，此时前镜组100和中间镜组300之间距离最远；图3是镜头处于摄影远位置的结构剖视图，此时前镜组100和中间镜组300之间距离最近。
以上仅是本发明一个较佳的实施例，本领域的技术人员按权利要求作等同的改变都落入本案的保护范围。
Claims (10)
1.一种超广角大通光大像面的变焦镜头，沿光轴方向从物方起包括具有负焦距的前镜组、光阑和具有正焦距的后镜组，其特征在于：还包括具有正焦距的中间镜组，中间镜组处于光阑和后镜组之间，前镜组和中间镜组能沿光轴相对于光阑来回移动，后镜组固定；
所述前镜组沿光轴方向从物方起依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，以物方为前方，第一透镜为前凸后凹透镜，第二透镜为前凹后凹透镜，第三透镜为前凸后凹透镜，第二透镜和第三透镜相互胶合，第四透镜为前凹后凸透镜；
所述中间镜组沿光轴方向从物方起依次包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜，以物方为前方，第五透镜为前凸后凹透镜且为非球面透镜，第六透镜为前凸后凹透镜，第七透镜为前凸后凸透镜，第六透镜和第七透镜相互胶合，第八透镜为前凸后凹透镜，第九透镜为前凸后凸透镜，第八透镜和第九透镜相互胶合，第十透镜为前凸后凹透镜，第十一透镜为前凸后凸透镜；
所述后镜组沿光轴方向从物方起依次包括第十二透镜和第十三透镜，第十二透镜为前凸后凸透镜、第十三透镜为前凹后凹透镜、第十二透镜和第十三透镜相互胶合。
2.根据权利要求1所述的一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其特征在于：所述第五透镜的焦距为fa，所述第六透镜和第七透镜胶合后的焦距为fb，所述第八透镜和第九透镜胶合后的焦距为fc，所述第十透镜的焦距为fd，所述第十一透镜的焦距为fe，其中fa、fb、fc和fe为正值，fd为负值，各焦距之间还满足以下条件：1.0<fa/fb<2.2，1.0<|fb/fd|<1.1，1.0<|fd/fe|<1.4。
3.根据权利要求2所述的一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其特征在于：所述fa>23mm，所述fb>23mm，所述fc>23mm，所述|fd |>23mm，所述fe >23mm。
4.根据权利要求2所述的一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其特征在于：所述第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜组合后的焦距为fbc， 1.0<|fbc/fd|<1.1。
5.根据权利要求1所述的一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其特征在于：所述第五透镜的膨胀系数α满足条件：α<8。
6.根据权利要求1所述的一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其特征在于：所述前镜组的焦距为fL1，fL1为负值，所述中间镜组的焦距为fL2，fL2为正值；0.7<|fL1/fL2|<0.9。
7.根据权利要求1所述的一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其特征在于：镜头在广角位置的焦距为fw，镜头在摄远位置的焦距为ft，2.5<ft/fw<3.5。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其特征在于：所述镜头还包括主筒、前镜筒、中间镜筒、后镜筒、前导钉和后导钉，后镜筒固连在主筒内孔后部，前镜筒套在主筒内孔前部，中间镜筒套在主筒内孔中后部，光阑固连在前镜筒和中间镜筒之间的主筒上，前镜筒的内孔中装有所述前镜组，中间镜筒的内孔中装有所述中间镜组，后镜筒的内孔中装有所述后镜组；
主筒外表面前部套有前调节环，主筒外表面后部套有后调节环，主筒外表面中部套有中调节环；
主筒前部设有轴向的前长条形通孔，前调节环内表面上设有前斜槽，前导钉穿过所述前长条形通孔，前导钉的一端固连在前镜筒上、另一端配合在前斜槽上；
主筒后部设有轴向的后长条形通孔，后调节环内表面上设有后斜槽，后导钉穿过所述后长条形通孔，后导钉的一端固连在后镜筒上、另一端配合在后斜槽上；
所述中调节环用于调节光阑以改变光阑的通光孔径。
9.根据权利要求8所述的一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其特征在于：所述光阑包括一环形座、10个弧形叶片和一个驱动环，环形座上设有十个铰接通孔，十个铰接通孔的中心轴线均匀布置在一个圆柱面上，驱动环套在环形座上，圆柱面的中心轴线与环形座中心孔的中心轴线和驱动环中心孔的中心轴线相重合；
驱动环中心孔的内周面上均匀设有十个驱动斜槽，每个弧形叶片的一端通过第一销轴铰接在一个所述铰接通孔上、另一端通过第二销轴配合在一个所述驱动斜槽上；
驱动环上设有一驱动柄，所述中调节环通过驱动柄带动驱动环转动。
10.根据权利要求8所述的一种超广角大通光大像面的变焦镜头，其特征在于：所述主筒包括前主筒和后主筒，前主筒和后主筒通过螺栓相固连，后主筒的外表面还固连一外筒，所述后调节环包括套在后主筒上的内环和套在外筒上的外环，所述后斜槽设置在内环上，外筒上设有沿圆周方向分布的径向让位通孔，外环的内表面设有轴向槽，一连接钉穿过所述径向让位通孔一端固连所述内环、另一端配合在所述轴向槽上；
所述外筒上装有驱动电机，所述中调节环外周面上设有从动齿轮，驱动电机的驱动轴上固连一有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合。
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2016
- 2016-08-24 CN CN201610711237.XA patent/CN106094185B/zh active Active
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