CN106125272B - 连续变焦电视摄像镜头及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续变焦电视摄像镜头及其控制方法，所述镜头的光学系统中设有前固定组A、变倍组B、补偿组C、可变光栏D和后固定组E；所述前固定组A包括正月牙透镜A‑1以及由负月牙透镜A‑2与正月牙透镜A‑3密接胶合的第一胶合组；所述变倍组B包括由负月牙透镜B‑1与正月牙透镜B‑2密接胶合的第二胶合组；所述补偿组C包括由双凹透镜C‑1与正月牙透镜C‑2密接胶合的第三胶合组；所述后固定组E包括自前向后依次设置的双凸透镜E‑1、双凸透镜E‑2与负月牙透镜E‑3密接胶合的第四胶合组、负月牙透镜E‑4以及负月牙透镜E‑5。该连续变焦电视摄像镜头焦距为17mm~165mm，具有高分辨率，可与百万像素CCD摄像机匹配；同时具有结构紧凑，具有体积小、重量轻的优点。

Description

连续变焦电视摄像镜头及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种视频技术的光学摄像装置，具体涉及一种连续变焦电视摄像镜头及其控制方法。
背景技术
适用于转塔平台的摄像镜头其主要功能是为摄取景物可见光波段的能量辐射，形成可见光视频图像；在信息处理器控制下由稳像平台带动摄像机实现方位和俯仰的两维运动，以达到目标搜索、隔离载体扰动、跟踪静动目标等功能。目前运用在该平台上连续变焦摄像镜头不仅体积大，重量重，而且在变焦全过程中成像稳定性差，受干扰较大；无法在雨、雪、雾等恶劣天气条件下实现连续拍摄。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种连续变焦电视摄像镜头及其控制方法，分辨率高，结构紧凑，重量轻，变焦过程成像清晰。
本发明采用以下方案实现：一种连续变焦电视摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后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、光焦度为负的补偿组C、可变光栏D和光焦度为正的后固定组E；所述前固定组A包括自前向后依次设置的正月牙透镜A-1以及由负月牙透镜A-2与正月牙透镜A-3密接胶合的第一胶合组；所述变倍组B包括由负月牙透镜B-1与正月牙透镜B-2密接胶合的第二胶合组；所述补偿组C包括由双凹透镜C-1与正月牙透镜C-2密接胶合的第三胶合组；所述后固定组E包括自前向后依次设置的双凸透镜E-1、双凸透镜E-2与负月牙透镜E-3密接胶合的第四胶合组、负月牙透镜E-4以及负月牙透镜E-5。
进一步的，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是1.5～38.76mm，所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是30.66～7.92mm，所述补偿组C和后固定组E之间的空气间隔是16.25～1.73mm。
进一步的，所述前固定组A中的正月牙透镜A-1和第一胶合组之间的空气间隔是0.1mm；所述后固定组E中的双凸透镜E-1与第四胶合组之间的空气间隔是0.1mm，第四胶合组与负月牙透镜E-4之间的空气间隔是8.33mm，负月牙透镜E-4与负月牙透镜E-5之间的空气间隔是0.1mm。
进一步的，所述镜头机械结构包括主镜筒和安装于主镜筒后端的光栏座，主镜筒前端内部套设有用以安装前固定组A并可前后移动的前组镜筒，主镜筒中部具有用以安装变倍组B并可前后移动的变倍镜筒，主镜筒后端具有用以补偿组C并可前后移动的补偿镜筒；所述光栏座内套设有用以安装后固定组E的后组镜座，光栏座前端设有由光栏动环带动转动的光栏片。
进一步的，所述主镜筒前端外套有调焦凸轮，调焦凸轮旁侧设置有调焦挡钉、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，调焦凸轮通过调焦导钉带动前组镜筒前后移动，所述调焦导钉为两个并且对称设置，两调焦导钉分别穿过调焦凸轮上的两线性斜槽及主镜筒前端部对称设置的两导槽后旋接于前组镜筒上。
进一步的，所述主镜筒内设有用以变倍镜筒和补偿镜筒移动导向的导杆，所述变倍镜筒和补偿镜筒分别经变倍移动座和补偿移动座与导杆滑动配合；所述主镜筒上还外套有变倍凸轮，所述变倍凸轮通过变倍导钉和补偿导钉分别带动变倍移动座和补偿移动座沿轴向前后移动；位于主镜筒旁侧设置有变倍限位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。
进一步的，所述光栏座上设置有光栏电机及与光栏电机通过齿啮合传动的光栏调节环，所述光栏调节环通过光栏拨钉带动所述光栏动环转动；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。
本发明提供的另一技术方案是：一种连续变焦电视摄像镜头的控制方法，采用如上所述的连续变焦电视摄像镜头，控制调焦电机转动，带动调焦凸轮旋转时，通过主镜筒上导槽限制，前组镜筒的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的聚焦；控制变倍电机转动，进而通过变倍导钉和补偿导钉将变倍凸轮的旋转运动转换为变倍移动座和补偿移动座的轴向移动，从而实现镜头焦距的连续变化，完成变焦过程；控制光栏电机转动，通过光栏调节环和光栏拨钉带动所述光栏动环转动，进而带动光栏片转动，从而控制光圈开口大小的变化，实现电动控制光圈大小的过程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明连续变焦电视摄像镜头具备连续变焦功能，焦距为17mm~165mm，可与百万像素CCD摄像机匹配，具有高分辨率；变焦全过程中成像清晰、无干扰；同时结构紧凑，体积小、重量轻，能在雨、雪、雾等恶劣天气条件下实现连续拍摄。
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是本发明实施例光学系统示意图；
图2是本发明实施例整体机械结构剖视图；
图3是本发明实施例中调节机构和变倍补偿机构的剖视图；
图4是图3的右视图；
图5是图3的俯视图；
图6是本发明实施例中调节机构和变倍补偿机构的立体图；
图7是本发明实施例中光栏调节机构的剖视图；
图8是图7的右视图；
图9是本发明实施例中光栏调节机构的立体图；
图中标号说明：
11-正月牙透镜A-1；12-负月牙透镜A-2；13-正月牙透镜A-3；201-负月牙透镜B-1；202-正月牙透镜B-2；301-双凹透镜C-1；303-正月牙透镜C-2；418-双凸透镜E-1；419-第二双凸透镜E-2；420-负月牙透镜E-3；412-负月牙透镜E-4；410-负月牙透镜E-5；
21-前固定组件；22-变倍组件；23-补偿组件；24-变倍凸轮组件；25-可变光栏组件；26-摄像机；
31-调焦凸轮压圈；32-前组压圈；33-隔圈AB；34-调焦导钉；35-调焦凸轮；36-前组镜筒；37-主镜筒；38-凸轮盖板；39-导杆；310-变倍凸轮；311-钢珠；312-变倍凸轮压圈；313-补偿压圈；314-补偿镜筒；315-补偿移动座；316-变倍压圈；317-变倍移动座；318-变倍镜筒；319-调焦电机支架；320-调焦齿轮；321-变倍电机支架；322-变倍齿轮；323-变倍过轮轴；324-变倍过轮；325-变倍电位器齿轮；326-第一变倍限位支架；327-调焦微动开关；328-第一调焦限位支架；329-调焦挡钉；330-第二调焦限位支架；331-第二变倍限位支架；332-变倍挡钉；333-调焦电机；334-变倍电机支架立柱；335-变倍电机；336-变倍电位器；
41-光栏座；42-光栏电机齿轮；43-光栏电机立柱；44-光栏电机支架；45-光栏电机；46-光栏过轮；47-光栏过轮轴；48-光栏拨钉；49-后组镜座；411-压圈；41-光栏调节环压圈；414-光栏调节环；415-光栏动环压圈；416-光栏动环；417-光栏片；421-后组压圈；422-光栏限位支架；423-光栏挡钉；424-光栏微动开关；425-隔圈IJ；426-隔圈LM。
具体实施方式
如图1所示，一种连续变焦电视摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后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、光焦度为负的补偿组C、可变光栏D和光焦度为正的后固定组E；所述前固定组A包括自前向后依次设置的正月牙透镜A-1以及由负月牙透镜A-2与正月牙透镜A-3密接胶合的第一胶合组；所述变倍组B包括由负月牙透镜B-1与正月牙透镜B-2密接胶合的第二胶合组；所述补偿组C包括由双凹透镜C-1与正月牙透镜C-2密接胶合的第三胶合组；所述后固定组E包括自前向后依次设置的双凸透镜E-1、双凸透镜E-2与负月牙透镜E-3密接胶合的第四胶合组、负月牙透镜E-4以及负月牙透镜E-5。
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1.5～38.76mm，所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是30.66～7.92mm，所述补偿组C和后固定组E之间的空气间隔是16.25～1.73mm。
在本实施例中，所述前固定组A中的正月牙透镜A-1和第一胶合组之间的空气间隔是0.1mm；所述后固定组E中的双凸透镜E-1与第四胶合组之间的空气间隔是0.1mm，第四胶合组与负月牙透镜E-4之间的空气间隔是8.33mm，负月牙透镜E-4与负月牙透镜E-5之间的空气间隔是0.1mm。
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：17mm～165mm；
（2）视场角：2ω=26.5°～2.8°；
（3）相对孔径：1∶3.9；
（4）适用光谱范围：480nm～850nm；
（5）工作温度：-40℃～+55℃；
（6）最大尺寸：不大于245mm×87mm×90mm；
（7）重量：≤1250g。
如图2~9所示，在本实施例中，所述镜头由调焦机构、变倍补偿机构、光栏调节机构和摄像机组成，镜头的机械结构包括主镜筒37和安装于主镜筒37后端的光栏座41，主镜筒37前端内部套设有用以安装前固定组A并可前后移动的前组镜筒36，主镜筒37中部具有用以安装变倍组B并可前后移动的变倍镜筒318，主镜筒37后端具有用以补偿组C并可前后移动的补偿镜筒314；所述光栏座41内套设有用以安装后固定组E的后组镜座49，光栏座41前端设有由光栏动环416带动转动的光栏片417。
在本实施例中，所述主镜筒37前端外套有调焦凸轮35，调焦凸轮35旁侧设置有调焦挡钉329、调焦微动开关以及与调焦凸轮35通过齿啮合传动的调焦电机333，调焦凸轮35通过调焦导钉34带动前组镜筒36前后移动，所述调焦导钉34为两个并且对称设置，两调焦导钉34分别穿过调焦凸轮35上的两线性斜槽及主镜筒37前端部对称设置的两导槽后旋接于前组镜筒上，当调焦电机320加电旋转，带动调焦凸轮35旋转时，通过主镜筒37上导槽限制，前组镜筒36的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的聚焦。
在本实施例中，所述调焦电机333通过调焦电机支架319安置在主镜筒37上，所述调焦微动开关327通过调焦限位支架328和调焦限位支架330安置在主镜筒37上，所述调焦电机333的电机轴经调焦电机齿轮320与调焦凸轮35上的齿轮啮合。
在本实施例中，所述主镜筒37内设有用以变倍镜筒318和补偿镜筒314移动导向的导杆39，所述变倍镜筒318和补偿镜筒314分别经变倍移动座317和补偿移动座315与导杆滑动配合；所述主镜筒37上还外套有变倍凸轮310，所述变倍凸轮310通过变倍导钉和补偿导钉分别带动变倍移动座317和补偿移动座318沿轴向前后移动；位于主镜筒37旁侧设置有变倍限位开关以及与变倍凸轮310通过齿啮合传动的变倍电机335和变倍电位器336。当变倍电机335转子作正负旋转运动时，使变倍电位器336转子与变倍凸轮310同步转动并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可变功能，当系统的焦距发生变化时，变倍电位器齿轮336通过与变倍凸轮310上的齿轮啮合，使变倍电位器336旋转，则变倍电位器336的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以取出变倍电位器336的变化值，并传给控制中心，从而实现变焦值的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现焦距的实时控制。
在本实施例中，所述导杆39通过凸轮盖板38固定在主镜筒37上，变倍凸轮310通过精密钢珠311 安置在主镜筒37上，并用变倍凸轮压圈312压紧，形成滚动轴承结构，把变倍凸轮310旋转时的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减少变倍凸轮6310运动时的机械摩擦；所述变倍凸轮310按光学变焦运动方程的要求加工有变倍导钉和补偿导钉相配合的变倍、补偿曲线槽，严格控制变倍导钉和补偿导钉与两条曲线槽的配合间隙，保证变倍组件22、补偿组件23滑动平稳舒适、无卡滞。
在本实施例中，所述变倍电机335通过变倍电机支架321安置在变倍主镜筒37上，所述变倍限位开关通过变倍限位支架326、331安置在变倍主镜筒37上，所述变倍电位器336通过变倍电机支架321安置在主镜筒37上，变倍电机齿轮322通过变倍过轮324分别与变倍电位器齿轮325和变倍凸轮310相啮合。
在本实施例中，所述光栏座41上设置有光栏电机45及与光栏电机45通过齿啮合传动的光栏调节环414，所述光栏调节环414通过光栏拨钉48带动所述光栏动环416转动；所述光栏座41上还设置有用于控制光栏开口大小的光栏微动开关424。
在本实施例中，所述光栏微动开关424通过光栏限位支架422安置在光栏座上，所述光栏调节环414上旋接有光栏挡钉423，所述光栏电机45通过光栏电机架44和光栏电机立柱43安置在光栏座41上，所述光栏电机45的电机轴上设有光栏齿轮42，所述光栏齿轮42通过与光栏调节环414齿啮合后带动光栏调节环414转动，所述光栏调节环414由光栏调节环压圈413压紧在光栏座41上所述光栏动环416由光栏动环压圈415压紧在光栏座41内。所述光栏动环416带动光栏片417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过程；光栏调节过程中通过两端的光栏微动开关424和限位支架422组成的限位组件起到保护电机的效果。
一种连续变焦电视摄像镜头的控制方法，采用如上所述的连续变焦电视摄像镜头，控制调焦电机转动，带动调焦凸轮旋转时，通过主镜筒上导槽限制，前组镜筒的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的聚焦；控制变倍电机转动，进而通过变倍导钉和补偿导钉将变倍凸轮的旋转运动转换为变倍移动座和补偿移动座的轴向移动，从而实现镜头焦距的连续变化，完成变焦过程；控制光栏电机转动，通过光栏调节环和光栏拨钉带动所述光栏动环转动，进而带动光栏片转动，从而控制光圈开口大小的变化，实现电动控制光圈大小的过程。
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 (6)

1.一种连续变焦电视摄像镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线自前向后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、光焦度为负的补偿组C、可变光栏D和光焦度为正的后固定组E；所述前固定组A包括自前向后依次设置的正月牙透镜A-1以及由负月牙透镜A-2与正月牙透镜A-3密接胶合的第一胶合组；所述变倍组B包括由负月牙透镜B-1与正月牙透镜B-2密接胶合的第二胶合组；所述补偿组C包括由双凹透镜C-1与正月牙透镜C-2密接胶合的第三胶合组；所述后固定组E包括自前向后依次设置的双凸透镜E-1、双凸透镜E-2与负月牙透镜E-3密接胶合的第四胶合组、负月牙透镜E-4以及负月牙透镜E-5；所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是1.5～38.76mm，所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是30.66～7.92mm，所述补偿组C和后固定组E之间的空气间隔是16.25～1.73mm；所述前固定组A中的正月牙透镜A-1和第一胶合组之间的空气间隔是0.1mm；所述后固定组E中的双凸透镜E-1与第四胶合组之间的空气间隔是0.1mm，第四胶合组与负月牙透镜E-4之间的空气间隔是8.33mm，负月牙透镜E-4与负月牙透镜E-5之间的空气间隔是0.1mm。
2.根据权利要求1所述的连续变焦电视摄像镜头，其特征在于：所述镜头机械结构包括主镜筒和安装于主镜筒后端的光栏座，主镜筒前端内部套设有用以安装前固定组A并可前后移动的前组镜筒，主镜筒中部具有用以安装变倍组B并可前后移动的变倍镜筒，主镜筒后端具有用以补偿组C并可前后移动的补偿镜筒；所述光栏座内套设有用以安装后固定组E的后组镜座，光栏座前端设有由光栏动环带动转动的光栏片。
3.根据权利要求2所述的连续变焦电视摄像镜头，其特征在于：所述主镜筒前端外套有调焦凸轮，调焦凸轮旁侧设置有调焦挡钉、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，调焦凸轮通过调焦导钉带动前组镜筒前后移动，所述调焦导钉为两个并且对称设置，两调焦导钉分别穿过调焦凸轮上的两线性斜槽及主镜筒前端部对称设置的两导槽后旋接于前组镜筒上。
4.根据权利要求2所述的连续变焦电视摄像镜头，其特征在于：所述主镜筒内设有用以变倍镜筒和补偿镜筒移动导向的导杆，所述变倍镜筒和补偿镜筒分别经变倍移动座和补偿移动座与导杆滑动配合；所述主镜筒上还外套有变倍凸轮，所述变倍凸轮通过变倍导钉和补偿导钉分别带动变倍移动座和补偿移动座沿轴向前后移动；位于主镜筒旁侧设置有变倍限位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。
5.根据权利要求2所述的连续变焦电视摄像镜头，其特征在于：所述光栏座上设置有光栏电机及与光栏电机通过齿啮合传动的光栏调节环，所述光栏调节环通过光栏拨钉带动所述光栏动环转动；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。
6.一种连续变焦电视摄像镜头的控制方法，其特征在于：采用如权利要求2所述的连续变焦电视摄像镜头，控制调焦电机转动，带动调焦凸轮旋转时，通过主镜筒上导槽限制，前组镜筒的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的聚焦；控制变倍电机转动，进而通过变倍导钉和补偿导钉将变倍凸轮的旋转运动转换为变倍移动座和补偿移动座的轴向移动，从而实现镜头焦距的连续变化，完成变焦过程；控制光栏电机转动，通过光栏调节环和光栏拨钉带动所述光栏动环转动，进而带动光栏片转动，从而控制光圈开口大小的变化，实现电动控制光圈大小的过程。
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