CN106125270A - 高分辨率小型化电视摄像镜头 - Google Patents

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CN106125270A CN201610678497.1A CN201610678497A CN106125270A CN 106125270 A CN106125270 A CN 106125270A CN 201610678497 A CN201610678497 A CN 201610678497A CN 106125270 A CN106125270 A CN 106125270A
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肖维军
张清苏
陶曾
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Abstract

本发明提出高分辨率小型化电视摄像镜头，所述摄像镜头为变焦距镜头，所述摄像镜头的光路沿光线入射方向依次设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、可变光阑和光焦度为正的后固定透镜组；本发明能在小型镜头上实现大的变倍比和高分辨率。

Description

高分辨率小型化电视摄像镜头
技术领域
本发明涉及光电领域，尤其是高分辨率小型化电视摄像镜头。
背景技术
可见光变焦距电视光学系统的作用是跟踪和测量飞行目标，对空中运动的远距离目标和近距离目标某部分跟踪，这就要求电视光学系统尽可能做到分辨率高、色像差小、光学后截距短、变倍比大等；但通常电视光学系统变倍比大，镜头系统结构体积也变大；如何在小体积的小型镜头上实现大的变倍比和高分辩率，是一个研究方向。
发明内容
本发明提出高分辨率小型化电视摄像镜头，能在小型镜头上实现大的变倍比和高分辨率。
本发明采用以下技术方案。
高分辨率小型化电视摄像镜头，所述摄像镜头为变焦距镜头，所述摄像镜头的光路沿光线入射方向依次设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、可变光阑和光焦度为正的后固定透镜组。
所述前固定透镜组在光线入射方向上依次设有前固定透镜组第一正月牙透镜、前固定透镜组第二正月牙透镜、前固定透镜组负月牙透镜和前固定透镜组正月牙透镜，其中前固定透镜组负月牙透镜和前固定透镜组正月牙透镜密接成前固定透镜组胶合透镜。
所述变倍透镜组在光线入射方向上依次设有变倍透镜组双凹透镜、变倍透镜组负月牙透镜和变倍透镜组正月牙透镜；所述变倍透镜组负月牙透镜和变倍透镜组正月牙透镜密接成变倍透镜组胶合透镜。
所述补偿透镜组在光线入射方向上依次设有补偿透镜组双凹透镜和补偿透镜组正月牙透镜，所述补偿透镜组双凹透镜和补偿透镜组正月牙透镜密接成补偿透镜组胶合透镜。
所述后固定透镜组在光线入射方向上依次设有后固定透镜组双凸透镜、后固定透镜组第一正月牙透镜、后固定透镜组第一双凸透镜、后固定透镜组双凹透镜、后固定透镜组第二正月牙透镜、后固定透镜组第二双凸透镜和后固定透镜组负月牙透镜；所述后固定透镜组第一双凸透镜和后固定透镜组双凹透镜密接成后固定透镜组第一胶合透镜；所述后固定透镜组第二双凸透镜和后固定透镜组负月牙透镜密接成后固定透镜组第二胶合透镜。
在镜头变焦范围内，所述前固定透镜组和变倍透镜组之间的空气间隔范围为1.7-53.4mm，变倍透镜组与补偿透镜组之间的空气间隔范围为11-45.4mm，补偿透镜组与后固定透镜组之间的空气间隔范围为3.5-20.8mm。
所述前固定透镜组中，前固定透镜组第一正月牙透镜和前固定透镜组第二正月牙透镜的空气间隔是0.1mm，前固定透镜组第二正月牙透镜和前固定透镜组胶合透镜的空气间隔是0.2mm。
所述变倍透镜组中，变倍透镜组双凹透镜和变倍透镜组胶合透镜的空气间隔是1mm。
所述后固定透镜组中，后固定透镜组双凸透镜和后固定透镜组第一正月牙透镜的空气间隔是0.1mm，后固定透镜组第一正月牙透镜和后固定透镜组第一胶合透镜的空气间隔是0.1mm，后固定透镜组第一胶合透镜与后固定透镜组第二正月牙透镜的空气间隔是0.1mm，后固定透镜组第二正月牙透镜与后固定透镜组第二胶合透镜的空气间隔是6.5mm。
所述前固定透镜组第二正月牙透镜以FK61氟冕玻璃超低色散材料成型。
所述摄像镜头在光线入射方向上依次设有电动聚焦机构、电动变焦机构和电动调光机构，所述电动变焦机构位于摄像镜头的中部。
所述电动变焦机构内设一精密电位器，所述精密电位器用于实现焦距预置功能。
所述可变光阑为电动可变光阑。
本发明所述方案的光路设计中，通过合理分配前固定透镜组、变倍透镜组、补偿透镜组和后固定透镜组的光焦度，减小了各组元镜片厚度，使镜头的结构长度缩短。
本发明中，所述前固定透镜组第二正月牙透镜以FK61氟冕玻璃超低色散材料成型，在光路始端的第一正月牙透镜对入射光线汇聚后，第二正月牙透镜即对入射光线的二级光谱进行校正，使得光路的后续镜片能接收光谱校正后的光线，直接降低了色像差。
本发明中，所述电动变焦机构位于摄像镜头的中部，镜头在后固定透镜组中使用多片镜片，而且采用了多枚镜片与多枚胶合透镜组合的结构，有助于提高短焦分辨率，从而提升镜头整体的分辩率使之成为高分辩率镜头。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1为本发明光路结构示意图；
附图2为本发明的结构示意图；
附图2-1为本发明的右视方向上的结构示意图；
附图2-2是本发明的左视方向上的结构示意图；
附图2-3是本发明的立体示意图；
附图3为本发明的电动聚焦机构的结构示意图；
附图3-1为本发明的电动聚焦机构的结构侧视向示意图；
附图3-2为本发明的电动聚焦机构的立体示意图；
附图4为本发明的电动变焦机构的结构示意图；
附图4-1为本发明的电动变焦机构的结构侧视向示意图；
附图4-2为本发明的电动变焦机构的立体示意图；
附图5为本发明的电动调光机构图；
附图5-1为本发明的电动调光机构的结构侧视向示意图；
附图5-2为本发明的电动调光机构的立体示意图；
图中：1-前固定透镜组；2-变倍透镜组；3-补偿透镜组；4-可变光阑；5-后固定透镜组；
11-前固定透镜组第一正月牙透镜；12-前固定透镜组第二正月牙透镜；13-前固定透镜组负月牙透镜；14-前固定透镜组正月牙透镜；
21-变倍透镜组双凹透镜；22-变倍透镜组负月牙透镜；23-变倍透镜组正月牙透镜；
31-补偿透镜组双凹透镜；32-补偿透镜组正月牙透镜；
51-后固定透镜组双凸透镜；52-后固定透镜组第一正月牙透镜；53-后固定透镜组第一双凸透镜；54-后固定透镜组双凹透镜；55-后固定透镜组第二正月牙透镜；56-后固定透镜组第二双凸透镜；57-后固定透镜组负月牙透镜；
201-聚焦组件； 202-变倍凸轮组件； 203-变倍组件；204-补偿组件； 205-电动光澜机构； 206-CCD组件； 207-电动变焦机构； 208-电动聚焦机构； 209-电动调光机构；
301-透镜A-1；302-透镜A-2；303-透镜A-3；304-透镜A-4；305-前组隔圈Ⅱ；306-前组隔圈Ⅰ；307-前组压圈，308-聚集镜座；309-聚焦凸轮；310-聚焦导钉；311-主镜座，312-聚焦电机；313-聚焦电机支架；314-聚焦齿轮；315-聚焦限位支架；
401-变倍压圈；402-透镜B-1；403-透镜B-2；404-透镜B-3，405-变倍镜座；406-变倍移动座；407-变倍锁圈；408- 变倍导杆；409-变倍导套；410-导杆压板；411-主镜座；412- 钢珠；413-变倍电机齿轮；414-变倍电位器齿轮；415-变倍电位器支架；416-变倍电位器；417-变倍电机；418-凸轮；419- 凸轮压圈；420-光阑动环压圈；421-光阑动环；422-后镜座，423-补偿压圈；424-透镜C2；425-补偿镜座；426-补偿移动座；427-底板；428-补偿导钉组件；429-变倍导钉组件；
501-光阑隔圈Ⅰ；502-透镜E-1；503-透镜E-2；504- 光阑座；505-光阑动环；506-光阑动环压圈；507-光阑调节环，508-光阑导钉；509-光阑调节环压圈；510-后固定透镜镜座Ⅰ，5-11-后固定透镜镜座Ⅱ；512-后固定透镜镜座压圈；513-透镜E-7；514-透镜E-6；515-透镜E-5；516-光阑隔圈Ⅱ；517- 透镜E-4；518-透镜E-3；519-光阑限位支架；520-微动开关，521-光阑电位器；522-光阑电机；523-光阑电机支架。
具体实施方式
如图1所示，高分辨率小型化电视摄像镜头，所述摄像镜头为变焦距镜头，所述摄像镜头的光路沿光线入射方向依次设有光焦度为正的前固定透镜组1、光焦度为负的变倍透镜组2、光焦度为负的补偿透镜组3、可变光阑4和光焦度为正的后固定透镜组5。
所述前固定透镜组1在光线入射方向上依次设有前固定透镜组第一正月牙透镜11、前固定透镜组第二正月牙透镜12、前固定透镜组负月牙透镜13和前固定透镜组正月牙透镜14，其中前固定透镜组负月牙透镜13和前固定透镜组正月牙透镜14密接成前固定透镜组胶合透镜。
所述变倍透镜组2在光线入射方向上依次设有变倍透镜组双凹透镜21、变倍透镜组负月牙透镜22和变倍透镜组正月牙透镜23；所述变倍透镜组负月牙透镜22和变倍透镜组正月牙透镜23密接成变倍透镜组胶合透镜。
所述补偿透镜组3在光线入射方向上依次设有补偿透镜组双凹透镜31和补偿透镜组正月牙透镜32，所述补偿透镜组双凹透镜31和补偿透镜组正月牙透镜32密接成补偿透镜组胶合透镜。
所述后固定透镜组5在光线入射方向上依次设有后固定透镜组双凸透镜51、后固定透镜组第一正月牙透镜52、后固定透镜组第一双凸透镜53、后固定透镜组双凹透镜54、后固定透镜组第二正月牙透镜55、后固定透镜组第二双凸透镜56和后固定透镜组负月牙透镜57；所述后固定透镜组第一双凸透镜53和后固定透镜组双凹透镜54密接成后固定透镜组第一胶合透镜；所述后固定透镜组第二双凸透镜56和后固定透镜组负月牙透镜57密接成后固定透镜组第二胶合透镜。
在镜头变焦范围内，所述前固定透镜组1和变倍透镜组2之间的空气间隔范围为1.7-53.4mm，变倍透镜组2与补偿透镜组3之间的空气间隔范围为11-45.4mm，补偿透镜组3与后固定透镜组5之间的空气间隔范围为3.5-20.8mm。
所述前固定透镜组1中，前固定透镜组第一正月牙透镜11和前固定透镜组第二正月牙透镜12的空气间隔是0.1mm，前固定透镜组第二正月牙透镜12和前固定透镜组胶合透镜的空气间隔是0.2mm。
所述变倍透镜组中，变倍透镜组双凹透镜21和变倍透镜组胶合透镜的空气间隔是1mm。
所述后固定透镜组中，后固定透镜组双凸透镜51和后固定透镜组第一正月牙透镜52的空气间隔是0.1mm，后固定透镜组第一正月牙透镜52和后固定透镜组第一胶合透镜的空气间隔是0.1mm，后固定透镜组第一胶合透镜与后固定透镜组第二正月牙透镜55的空气间隔是0.1mm，后固定透镜组第二正月牙透镜55与后固定透镜组第二胶合透镜的空气间隔是6.5mm。
所述前固定透镜组第二正月牙透镜12以FK61氟冕玻璃超低色散材料成型。
所述摄像镜头在光线入射方向上依次设有电动聚焦机构、电动变焦机构和电动调光机构，所述电动变焦机构位于摄像镜头的中部。
所述电动变焦机构内设一精密电位器，所述精密电位器用于实现焦距预置功能。
所述可变光阑为电动可变光阑。
实施例
如图2、2-1、2-2、2-3、3、3-1、3-2、4、4-1、4-2、5、5-1、5-2所示的电动聚焦机构、电动变焦机构和电动调光机构。
如图所示，所述镜头的装配结构从左往右依次为聚焦组件201、变倍凸轮组件202、变倍组件203、补偿组件204、电动光阑机构205、CCD组件206，所述镜头的前部设有电动聚焦机构208，所述镜头的中部设有电动变焦机构207，所述镜头的后部设有电动调光机构209，所述电动聚焦机构208、电动变焦机构207和电动调光机构209分别环绕分布在镜头的四周。所述电动变焦机构207设置有一个实现焦距预置功能的变倍电位器416，所述变倍电位器416为精密电位器。
图3、3-1、3-2内有电动聚焦机构内部前固定透镜组1的各透镜的装配形态，本例以透镜A-1为前固定透镜组第一正月牙透镜的装配形态，以透镜A-2为前固定透镜组第二正月牙透镜的装配形态，以透镜A-3为前固定透镜组负月牙透镜的装配形态；以透镜A-4为前固定透镜组正月牙透镜的装配形态。
图4、4-1、4-2内有电动变焦机构内变倍透镜组2、补偿透镜组3的各透镜的装配形态；本例以透镜B-1为变倍透镜组双凹透镜的装配形态，透镜B-2为变倍透镜组负月牙透镜的装配形态，透镜B-3为变倍透镜组正月牙透镜的装配形态；透镜C-2为补偿透镜组正月牙透镜的装配形态。
图5、5-1、5-2内有电动调光机构内部后固定透镜组5的各透镜的装配形态，本例以透镜E-3为后固定透镜组第一双凸透镜的装配形态，透镜E-4为后固定透镜组双凹透镜的装配形态，透镜E-5为后固定透镜组第二正月牙透镜的装配形态，透镜E-6为后固定透镜组第二双凸透镜的装配形态，透镜E-7为后固定透镜组负月牙透镜的装配形态。
所述聚焦组件201是用前组压圈307将正月牙透镜A-1（301）、正月牙透镜A-2（302）、负月牙透镜A-3（303）、正月牙透镜A-4（304）分别安置于聚焦镜座308内并通过上下两个180°均布的聚焦导钉组件310安置在主镜座311内，所述负月牙透镜A-1（301）是由前组压圈307压紧在聚焦镜座308内，所述正月牙透镜A-1（301）和正月牙透镜A-2（302）之间设置有前组隔圈Ⅱ306，所述正月牙透镜A-2（302）和负月牙透镜A-3（303）之间设置有前组隔圈Ⅰ305，所述负月牙透镜A-3（303）和正月牙透镜A-4（304）为密接的第一胶合组。所述电动聚焦机构208包括聚焦电机312、聚焦镜座308、主镜座311、聚焦电机支架313、聚焦齿轮314、聚焦限位支架315，所述聚焦电机312通过聚焦电机支架313安置在主镜座311上，所述聚焦电机312的电机轴上安置有聚焦齿轮314，所述主镜座311安置有聚焦凸轮309，用聚焦导钉组件310将聚焦镜座311和主镜座308联接在一起，聚焦齿轮314与聚焦凸轮309上的齿轮啮合。所述聚焦齿轮314通过与聚焦凸轮309齿轮啮合后带动聚焦凸轮309转动，所述聚焦凸轮309分别与聚焦镜座308、主镜座311通过螺纹连接在一起，通过聚焦导钉310，利用聚焦凸轮309与聚焦镜座308、主镜座311之间的螺纹旋向以及导程的不一致，从而引导聚焦镜座308相对主镜座311由螺旋运动转换为轴向运动，从而带动聚焦组件201的前后移动，实现聚焦功能。
所述变倍镜座405通过螺纹连接安置在变倍移动座406上组成变倍组件203；补偿镜座425通过螺纹连接安置在补偿移动座426上组成补偿组件204。所述变倍组件203和补偿组件204均安装在三根导杆408上并能平稳地进行滑动，所述三根导杆408通过导杆压板410分别固定在主镜座411上，通过研修保证凸轮418在主镜座411内灵活转动不得窜动，所述凸轮418开设有精密加工的两条曲线槽，所述主镜座411与底板427相连接。所述电动变焦机构207包括变倍电机417、凸轮418、变倍电位器416。所述变焦电机417通过变焦电机架415安置在主镜座411上，变焦电位器齿轮414与变焦电机齿轮413啮合在一起，变焦电机齿轮413与凸轮418啮合在一起。当变焦电机417转子作正负旋转运动时，使变焦电位器转子416与凸轮418同步转动。通过变倍、补偿曲线槽及变倍导钉组件429、补偿导钉组件428带动变倍移动座406和补偿移动座426按变倍、补偿曲线槽的方式运动。主镜座411上两条直槽起到支撑变倍导钉组件429和补偿导钉组件428的作用，并且使变倍移动座406、补偿移动座426的旋转运动变位直线运动。严格控制变倍导钉组件429和补偿导钉组件428与凸轮418的曲线槽和主镜座411的直线槽之间配合间隙，保证变倍组件203和补偿组件204滑动平稳舒适、无卡滞。这样通过电动旋转实现变倍组件203和补偿组件204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416通过与变焦电机齿轮413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去除电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现变焦值得显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现焦距的实时控制。
所述电动光阑机构是由双凸透镜E-1（502）、正月牙透镜E-2（503）、由安置于后固定透镜镜座Ⅰ510内的双凸透镜E-3（518）与双凹透镜E-4（517）密接的胶合组以及正月牙透镜E-5（516）、由安置于后固定透镜镜座Ⅱ511内的双凸透镜E-6(514)和负月牙透镜E-7(513)密接的胶合组组成并安置于光阑座5-4内，所述双凸透镜E-1(502)与正月牙透镜E-2(503)用光阑隔圈Ⅰ501隔开，并用后固定透镜镜座Ⅰ510压紧在光阑座504内；所述双凸透镜E-3（518）与双凹透镜E-4(517)密接的胶合组与正月牙透镜E-5(515)用光阑隔圈Ⅱ516隔开，并用后固定透镜镜座Ⅱ511压紧于后固定透镜镜座Ⅰ510内；所述双凸透镜E-6(514)和负弯月透镜E-7(513)密接的胶合组安置于后固定透镜镜座Ⅱ511内，并用后固定透镜镜座压圈512压紧。所述电动调光机构2-9包括光阑电机522和光阑电位器521组成；所述光阑电位器521通过光阑限位支架519安置在光阑座504上，所述光阑电机522通过光阑电机支架523安置在光阑座504上，所述光阑电机522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507齿轮啮合带动光阑调节环507转动，所述光阑调节环507由光阑调节环压圈509压紧在光阑座504上，所述光阑调节环507通过安置在光阑动环505上的光阑导钉508带动光阑动环505转动，所述光阑动环505由光阑动环压圈506压紧在光阑座504内，所述光阑动环505带动光阑片转动，从而控制光阑开口大小的变化，实现电动控制光圈大小的过程。
本例镜头的光学指标为：
1. 焦距：ƒmin=12mm；ƒmax=260mm。（变倍比：约22倍）
2. 相对孔径：D／f′=1／4.5～1／5.3
3. 视场：27°X20.3°～1.25°X0.93°
4. 光学后截距：l′≥22mm
5. 光学结构长度：ΣD≤120mm
6. 变倍行程：≤72mm
7. 镜头分辨率：与超百万像素CCD摄像机适配；
8. 适用谱线范围：400nm～700nm。

Claims (7)

1.高分辨率小型化电视摄像镜头，其特征在于：所述摄像镜头为变焦距镜头，所述摄像镜头的光路沿光线入射方向依次设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、可变光阑和光焦度为正的后固定透镜组；
所述前固定透镜组在光线入射方向上依次设有前固定透镜组第一正月牙透镜、前固定透镜组第二正月牙透镜、前固定透镜组负月牙透镜和前固定透镜组正月牙透镜，其中前固定透镜组负月牙透镜和前固定透镜组正月牙透镜密接成前固定透镜组胶合透镜；
所述变倍透镜组在光线入射方向上依次设有变倍透镜组双凹透镜、变倍透镜组负月牙透镜和变倍透镜组正月牙透镜；所述变倍透镜组负月牙透镜和变倍透镜组正月牙透镜密接成变倍透镜组胶合透镜；
所述补偿透镜组在光线入射方向上依次设有补偿透镜组双凹透镜和补偿透镜组正月牙透镜，所述补偿透镜组双凹透镜和补偿透镜组正月牙透镜密接成补偿透镜组胶合透镜；
所述后固定透镜组在光线入射方向上依次设有后固定透镜组双凸透镜、后固定透镜组第一正月牙透镜、后固定透镜组第一双凸透镜、后固定透镜组双凹透镜、后固定透镜组第二正月牙透镜、后固定透镜组第二双凸透镜和后固定透镜组负月牙透镜；所述后固定透镜组第一双凸透镜和后固定透镜组双凹透镜密接成后固定透镜组第一胶合透镜；所述后固定透镜组第二双凸透镜和后固定透镜组负月牙透镜密接成后固定透镜组第二胶合透镜。
2.根据权利要求1所述的高分辨率小型化电视摄像镜头，其特征在于：在镜头变焦范围内，所述前固定透镜组和变倍透镜组之间的空气间隔范围为1.7-53.4mm，变倍透镜组与补偿透镜组之间的空气间隔范围为11-45.4mm，补偿透镜组与后固定透镜组之间的空气间隔范围为3.5-20.8mm。
3.根据权利要求1或2所述的高分辨率小型化电视摄像镜头，其特征在于：所述前固定透镜组中，前固定透镜组第一正月牙透镜和前固定透镜组第二正月牙透镜的空气间隔是0.1mm，前固定透镜组第二正月牙透镜和前固定透镜组胶合透镜的空气间隔是0.2mm；
所述变倍透镜组中，变倍透镜组双凹透镜和变倍透镜组胶合透镜的空气间隔是1mm；
所述后固定透镜组中，后固定透镜组双凸透镜和后固定透镜组第一正月牙透镜的空气间隔是0.1mm，后固定透镜组第一正月牙透镜和后固定透镜组第一胶合透镜的空气间隔是0.1mm，后固定透镜组第一胶合透镜与后固定透镜组第二正月牙透镜的空气间隔是0.1mm，后固定透镜组第二正月牙透镜与后固定透镜组第二胶合透镜的空气间隔是6.5mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的高分辨率小型化电视摄像镜头，其特征在于：所述前固定透镜组第二正月牙透镜以FK61氟冕玻璃超低色散材料成型。
5.根据权利要求1所述的高分辨率小型化电视摄像镜头，其特征在于：所述摄像镜头在光线入射方向上依次设有电动聚焦机构、电动变焦机构和电动调光机构，所述电动变焦机构位于摄像镜头的中部。
6.根据权利要求5所述的高分辨率小型化电视摄像镜头，其特征在于：所述电动变焦机构内设一精密电位器，所述精密电位器用于实现焦距预置功能。
7.根据权利要求1所述的高分辨率小型化电视摄像镜头，其特征在于：所述可变光阑为电动可变光阑。
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