CN106526819A - 一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头，其特征在于，包括从物方到像方依次共轴设置的光焦度为正的前固定组G1、光焦度为负的变倍组G2、光焦度为负的补偿组G3、光栏STO、光焦度为正的后固定组G4、滤光镜以及摄像机靶面Simage；所述前固定组G1、变倍组G2、补偿组G3的焦距满足如下关系式：0.32≤f1/ft≤0.38；0.37≤f2/f3≤0.41；其中，f1是前固定组G1的焦距值；f2是变倍组G2的焦距值；f3是补偿组G3的焦距值；ft是所述光学镜头最长焦的焦距值。本发明具备大倍率连续变焦功能，可在全天候无偏焦高清晰成像。

Description

一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头
技术领域
本发明属于宽光谱成像领域，提供一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头。
背景技术
连续变焦镜头作为各类光电系统的重要部件，广泛应用于陆海防监控等领域。随着百万高清摄像机不断推陈出新，对连续变焦镜头高清化的需求也日趋强烈，该昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头具有大相对口径，且采用低色散玻璃，将色差降至极限，不仅白昼，即使在夜间、傍晚日落黄昏时，也能提供全天候无偏焦高清晰的影像。此外，作为光电监控用镜头，还搭载了抑制光量并能以最佳亮度进行监视的中灰密度滤光镜，以及雾天雨天等能见度恶劣的环境中也能清晰识别监控目标的近红外滤光镜，2种滤镜的切换功能，使得易用性得到大幅度提升。镜头使用材料普遍、未使用非球面、变焦方式简单，不仅降低了成本，提高了可靠性，而且光学性能优良。因此，本发明的变焦镜头符合大规模量产的要求，有很强的现实意义。
现有的中国专利CN201320859875所提到的小型化、大变倍比、高清晰度、机载连续变焦距镜头变倍比为22倍，最大相对孔径为1/4.5，适配于1/3英寸CCD或CMOS摄像机。
其它类似高清镜头的专利，如CN202443165U、CN103424852A、CN203376516U、CN202330964U等所涉及的镜头焦距放大倍率较低，且都只局限于可见光波段。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头，具备大倍率连续变焦功能，可在全天候无偏焦高清晰成像。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头，包括从物方到像方依次共轴设置的光焦度为正的前固定组G1、光焦度为负的变倍组G2、光焦度为负的补偿组G3、光栏STO、光焦度为正的后固定组G4、滤光镜以及摄像机靶面Simage；所述前固定组G1、变倍组G2、补偿组G3的焦距满足如下关系式：
0.32≤f1/ft≤0.38
0.37≤f2/f3≤0.41
其中，f1是前固定组G1的焦距值；f2是变倍组G2的焦距值；f3是补偿组G3的焦距值；ft是所述光学镜头最长焦的焦距值。
进一步地，前固定组G1包含从物方到像方的方向顺序共轴设置的正光焦度的双焦合透镜L11、负光焦度的双焦合透镜L12、正光焦度的弯月透镜L13、正光焦度的弯月透镜L14；所述变倍组G2包含从物方到像方的方向顺序共轴设置的负光焦度的弯月透镜L21、负光焦度的双焦合透镜L22、正光焦度的弯月透镜L23；所述补偿组G3为负光焦度的双焦合透镜L31；所述后固定组G4包含从物方到像方的方向顺序共轴设置的正光焦度的双凸透镜L41、正光焦度的双焦合透镜L42、负光焦度的双焦合透镜L43、正光焦度的弯月透镜L44、正光焦度的弯月透镜L45、正光焦度的双凸透镜L46。
进一步地，前固定组G1的正光焦度的弯月透镜L13、正光焦度的弯月透镜L14，后固定组G4的正光焦度的双凸透镜L41、正光焦度的双焦合透镜L42中的双凸透镜均为低色散玻璃FK61。
进一步地，滤光镜为中灰密度滤光镜ND或者近红外滤光镜PF交替使用。
有益效果：
1、本发明中设置了光焦度为正的前固定组G1、光焦度为负的变倍组G2、光焦度为负的补偿组G3、光栏STO、光焦度为正的后固定组G4，其中变倍组G2实现了对接收光的变倍，补偿组G3实现了对变倍后光的补偿，再通过对前固定组G1、变倍组G2、补偿组G3的焦距值进行设定，最终实现了在大倍率成像的基础上能够连续变焦，且由于未使用非球面镜，所以变焦方式简单，系统可靠。
2、本发明中在前述结构的基础上，增加了滤光镜的使用，滤光镜为中灰密度滤光镜ND或者近红外滤光镜PF交替使用，满足了昼夜连续工作的需要。
3、本发明中给出了各镜片的材质选择，其中所使用的材质普遍，在保证性能的基础上，节约了成本。
附图说明
图1：为镜头主要组成图，G1由4组镜片组成，L11、L12、L13、L14；G2由3组镜片组成，L21、L22、L23；G3由1组镜片组成，L31；STO为光栏；G4由6组镜片组成，L41、L42、L43、L44、L45、L46；ND为中灰密度滤光镜；PF为透雾滤光镜；Simage为像面。
图2：为光镜头不同焦距的图示，(a)为最短焦位置图示；(b)为最长焦位置图示。
图3：为可见光下，镜头的综合像质评价函数MTF(传递函数)在不同位置时的图示，(a)为最短焦位置MTF图示；(b)为最长焦位置MTF图示；
图4：为近红外光下，镜头的综合像质评价函数MTF(传递函数)在不同位置时的图示，图4.1为最短焦位置MTF图示；图4.2为最长焦位置MTF图示；
图5：为镜头具体实施方式中变焦凸轮的结构示意图。横坐标为凸轮转角步数，总共600步，每步0.25°，凸轮转角150°；纵坐标为数值大小。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1、
如附图1所示，本发明包括从物方到像方依次设有光焦度为正的前固定组G1、光焦度为负的变倍组G2、光焦度为负的补偿组G3、光栏STO、光焦度为正的后固定组G4、中灰密度滤光镜ND、透雾滤光镜PF以及摄像机靶面Simage。变倍组G2与补偿组G3在变焦距过程中以一定规律相对运动，实现镜头变焦过程中大倍率、全天候无偏焦高清晰成像。中灰密度滤光镜ND和近红外滤光镜PF的切换，来实现镜头在白昼及夜晚的环境中的使用。
如上所述的变焦镜头，其满足如下关系式：
0.32≤f1/ft≤0.38
0.37≤f2/f3≤0.41
其中，f1是前固定组G1的焦距值；f2是变倍组G2的焦距值；f3是补偿组G3的焦距值；ft是系统最长焦的焦距值。
如上所述的变焦镜头，前固定组G1包含正光焦度的双焦合透镜L11、负光焦度的双焦合透镜L12、正光焦度的弯月透镜L13、正光焦度的弯月透镜L14。
如上所述的变焦镜头，变倍组G2包含负光焦度的弯月透镜L21、负光焦度的双焦合透镜L22、正光焦度的弯月透镜L23。
如上所述的变焦镜头，补偿组G3包含负光焦度的双焦合透镜L31。
如上所述的变焦镜头，后固定组G4包含正光焦度的双凸透镜L41、正光焦度的双焦合透镜L42、负光焦度的双焦合透镜L43、正光焦度的弯月透镜L44、正光焦度的弯月透镜L45、正光焦度的双凸透镜L46。
如上所述的变焦镜头，前固定组G1的正光焦度的弯月透镜L13、正光焦度的弯月透镜L14，后固定组G4的正光焦度的双凸透镜L41、正光焦度的双焦合透镜L42中的双凸透镜为低色散玻璃FK61。
本发明使用中灰密度滤光镜ND和近红外滤光镜PF切换，来提高镜头的易用性，中灰密度滤光镜ND可抑制光量并获得最佳亮度，近红外滤光镜PF适用于昏暗、雾天、雨天等能见度恶劣的环境中。
在本实施例中，该光学系统的工作光谱范围为486nm～1000nm,焦距为10mm～320mm，变倍比为32倍，相对孔径为1：2.5～1：4，视场角为43.6°～1.43°。
实施例：本实施例的具体数据如下表所示：
根据权利要求1所述的昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头设计参数如下：
在表一中，曲率半径是指每个表面的曲率半径，间隔是指两相邻表面间的距离，举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间的距离。
本发明提供的昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头有效地同时解决了现有高清镜头不可昼夜使用、倍率低、成像靶面小、高成本等问题；本发明的高清连续变焦光学镜头可昼夜使用，具有大相对口径、百万像素成像等特点，使用材料普遍、未使用非球面、变焦方式简单，不仅降低了成本，提高了可靠性，而且光学性能优良。因此，本发明的变焦镜头符合大规模量产的要求，有很强的现实意义。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (4)

1.一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头，其特征在于，包括从物方到像方依次共轴设置的光焦度为正的前固定组G1、光焦度为负的变倍组G2、光焦度为负的补偿组G3、光栏STO、光焦度为正的后固定组G4、滤光镜以及摄像机靶面Simage；所述前固定组G1、变倍组G2、补偿组G3的焦距满足如下关系式：
0.32≤f1/ft≤0.38
0.37≤f2/f3≤0.41
其中，f1是前固定组G1的焦距值；f2是变倍组G2的焦距值；f3是补偿组G3的焦距值；ft是所述光学镜头最长焦的焦距值。
2.如权利要求1所述的一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头，其特征在于，所述前固定组G1包含从物方到像方的方向顺序共轴设置的正光焦度的双焦合透镜L11、负光焦度的双焦合透镜L12、正光焦度的弯月透镜L13、正光焦度的弯月透镜L14；所述变倍组G2包含从物方到像方的方向顺序共轴设置的负光焦度的弯月透镜L21、负光焦度的双焦合透镜L22、正光焦度的弯月透镜L23；所述补偿组G3为负光焦度的双焦合透镜L31；所述后固定组G4包含从物方到像方的方向顺序共轴设置的正光焦度的双凸透镜L41、正光焦度的双焦合透镜L42、负光焦度的双焦合透镜L43、正光焦度的弯月透镜L44、正光焦度的弯月透镜L45、正光焦度的双凸透镜L46。
3.如权利要求2所述的一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头，其特征在于，所述前固定组G1的正光焦度的弯月透镜L13、正光焦度的弯月透镜L14，后固定组G4的正光焦度的双凸透镜L41、正光焦度的双焦合透镜L42中的双凸透镜均为低色散玻璃FK61。
4.如权利要求1或者2所述的一种昼夜型大倍率高清连续变焦光学镜头，其特征在于，所述滤光镜为中灰密度滤光镜ND或者近红外滤光镜PF交替使用。
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