CN106597638A - 一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，包括镜头本体及镜头本体内沿光路自左向右入射方向分别设置有前镜组A、光阑B、后镜组C，所述前镜组A包括正月牙透镜A‑1、负月牙透镜A‑2、由双凸透镜A‑3和双凹透镜A‑4密接构成的第一胶合组、由双凸透镜A‑5和双凹透镜A‑6密接构成的第二胶合组；所述后镜组C包括由负月牙透镜C‑1和双凸透镜C‑2密接构成的第三胶合组、正月牙透镜C‑3，本发明针对目前大光圈镜头的缺陷，提供了一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其采用9片球面镜片，光圈达到0.8，适用于450nm~1000nm宽光谱，在严重雾霾、沙尘等苛刻环境下，能有效利用近红外波段波长较长散射现象不明显的特点实现较强的穿透雾霾和沙尘的能力，同时镜头结构紧凑，成像质量好。

Description

一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头

技术领域

本发明涉及一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，属于光电技术领域。

背景技术

普通摄像镜头一般只适用于照明条件良好的场合，当其应用于如夜晚、微光等弱光照条件下时通常需要添加红外补光灯、闪光灯等辅助光源，因而使系统整体结构变得复杂，画面由彩色转为黑白，清晰度降低，容易导致画面细节丢失。随着高感光成像芯片的出现，研制与其配合使用以实现弱光照条件下获得清晰明亮彩色画面的大光圈镜头就显得很有必要。大光圈镜头摒弃了红外补光灯等辅助光源，简化了系统的整体结构，但目前的大光圈镜头，或分辨率较低，或体积较大，或由于增加透镜数及采用非球面等导致成本偏高，或只能在可见光照明条件下使用，因而无法全面的满足消费者的需求。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的目前的大光圈镜头，或分辨率较低，或体积较大，或由于增加透镜数及采用非球面等导致成本偏高，或只能在可见光照明条件下使用，因而无法全面的满足消费者的需求。

本发明的具体实施方案是：一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：包括镜头本体及镜头本体内沿光路自左向右入射方向分别设置有前镜组A、光阑B、后镜组C，所述前镜组A包括正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接构成的第一胶合组、由双凸透镜A-5和双凹透镜A-6密接构成的第二胶合组；所述后镜组C包括由负月牙透镜C-1和双凸透镜C-2密接构成的第三胶合组、正月牙透镜C-3。

进一步的，沿光线入射方向，所述前镜组A与光阑B之间的空气间隔为7.00mm，光阑B与后镜组C之间的空气间隔为4.21mm。

进一步的，沿光线入射方向，所述前镜组A中，正月牙透镜A-1与负月牙透镜A-2之间的空气间隔为2.16mm，负月牙透镜A-2与由双凸透镜A-3之间的空气间隔为5.59mm，由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接构成的第一胶合组与由双凸透镜A-5和双凹透镜A-6密接构成的第二胶合组之间的空气间隔为0.22mm；所述后镜组C中，由负月牙透镜C-1和双凸透镜C-2密接构成的第三胶合组与正月牙透镜C-3之间的空气间隔为0.15mm。

进一步的，所述双凸透镜A-3由H-FK61超低色散材料制成。

进一步的，所述镜头本体包括前组镜筒、光栏座、调焦座构成，前组镜筒与光栏座之间、光栏座与调焦座之间经固定连接，内设有用于限位各个透镜的压圈，所述前组镜筒内设置有用于限位镜组A所包含各个透镜的透镜压圈，所述调焦座内设有用于限位后镜组C所各个透镜的透镜压圈。

进一步的，所述光栏座内嵌套有光栏动环，光栏动环通过光栏动环压圈安装于光栏座内，所述光栏座外侧套设有光栏调节环，光栏动环通过一光栏导钉与光栏调节环连接，所述光栏调节环内设有键槽，所述光栏导钉插入键槽内，当旋转光栏调节环时，通过光栏导钉带动光栏动环旋转，从而实现光栏片开孔大小的控制。

进一步的，所述调焦座内设有调焦镜筒，调焦镜筒内螺纹连接有C3镜筒，所述正月牙透镜C-3通过C3透镜压圈安装于C3镜筒内，所述采用螺纹连接安装于调焦镜筒，所述调焦镜筒采用梯形螺纹与调焦座连接，调焦座外侧设有有调焦环，调焦镜筒通过调焦导钉与调焦环连接，所述调焦环内设计有键槽，调焦导钉插入键槽安装于调焦座上，当调焦环旋转时，通过调焦导钉使调焦镜筒跟着旋转，调焦镜筒与调焦座在梯形螺纹的作用下在轴向方向移动，从而实现调焦的作用。

进一步的，所述光栏调节环与光栏座配合面处前后设有O型密封圈，所述调焦环与调焦座配合面处前后设有O型密封圈。

进一步的，所述摄像镜头具备高强度抗振能力。所有透镜厚度与直径比都适当加大，提高透镜强度。各透镜压圈、隔圈与透镜接触面都设计成锥面，改善压圈、隔圈与透镜尖角接触容易压碎透镜，提高镜头整体抗振能力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）具有超大光圈，光圈值高达0.8，同时优化了各种像差，成像质量好，有效地提高了镜头在夜晚、微光等弱光照条件下的探测能力；

（2）采用超低色散光学材料H-FK61，有效地降低了镜头二级光谱等像差，使镜头在450nm~1000nm宽光谱范围内清晰成像，在严重雾霾、沙尘等苛刻环境下，能有效利用近红外波段波长较长散射现象不明显的特点实现较强的穿透雾霾和沙尘的能力，即镜头具有透雾功能；

（3）较多地采用了胶合组，镜头结构紧凑，大大减少了镜头多镜片组装时产生的装配误差，提高了镜头的装配良品率。

（4）透镜厚度与直径比都适当加大，提高透镜强度。各透镜压圈、隔圈与透镜接触面都设计成锥面，改善压圈、隔圈与透镜尖角接触容易压碎透镜，提高镜头整体抗振能力。

（5）光栏座与前组镜筒和调焦座巧妙的设计，使光栏动环与前组镜筒让位，整体小巧美观。

附图说明

图1为本发明实施例光学系统示意图。

图2为本发明实施例MTF曲线图。

图3为本发明实施例点列图。

图4为本发明实施例外形接口图。

图5为本发明实施例装配图。

图6为本发明实施例前组镜筒装配图。

图7为本发明实施例光栏座装配图。

图8为本发明实施例光栏片组件图。

图9为本发明实施例调焦座装配图。

图10为本发明实施例中镜片物理参数。

图中：1、正月牙透镜A-1 ，2、前组镜筒，3、A1透镜压圈， 4、紧定螺钉，5、A2透镜压圈， 6、负月牙透镜A-2， 7、双凸透镜A-3 ，8、A3透镜压圈， 9、A3-A4透镜镜筒，10、内六角螺钉， 11、双凹透镜A-4， 12、光栏座，13、光栏动环压圈，14、光栏调节环，15、A5透镜压圈，16、光栏导钉，17、光栏动环， 18、紧定螺钉，19、光栏调节环压圈， 20、光栏片，21、光栏片销钉，22、调焦环， 23、调焦座， 24、调焦镜筒，25、调焦导钉，26、O型密封圈，27、C2透镜压圈，28、C3透镜压圈，29、C3镜筒，30、负月牙透镜C-1 ，31、双凸透镜C-2 ，32、正月牙透镜C-3 ，33、双凹透镜A-6 ，34、双凸透镜A-5 ，35、A5-A6镜筒，36、O型密封圈，37、O型密封圈， 38、O型密封圈，39、O型密封圈， 40、镜盖，A-前镜组A，B-光阑B，C-后镜组C。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

参考图1，一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，沿光路自左向右入射方向布设的镜片组元有前镜组A、光阑B、后镜组C。所述前镜组A包括正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接构成的胶合组、由双凸透镜A-5和双凹透镜A-6密接构成的胶合组；所述后镜组C包括由负月牙透镜C-1和双凸透镜C-2密接构成的胶合组、正月牙透镜C-3。沿光线入射方向，所述前镜组A与光阑B之间的空气间隔为7.00mm，光阑B与后镜组C之间的空气间隔为4.21mm。沿光线入射方向，所述前镜组A中，正月牙透镜A-1与负月牙透镜A-2之间的空气间隔为2.16mm，负月牙透镜A-2与由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接构成的胶合组之间的空气间隔为5.59mm，由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接构成的胶合组与由双凸透镜A-5和双凹透镜A-6密接构成的胶合组之间的空气间隔为0.22mm；所述后镜组C中，由负月牙透镜C-1和双凸透镜C-2密接构成的胶合组与正月牙透镜C-3之间的空气间隔为0.15mm。

一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其各个镜片的物理参数符合表1所示数据要求。

表中的S1～S15为图1中由左至右各个透镜的表面，如S1为正月牙透镜A-1的远离负月牙透镜A-2的表面，S2为正月牙透镜A-1临近负月牙透镜A-2的表面，以此类推，其中双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接构成的胶合组其双凸透镜A-3和双凹透镜A-4的配合面依据单一面表示，即S6；其中间距表示为该面与下一表面之间的间距，如S1所对应的16.22mm，表示S1至S2的距离，其余以此类推。

前组镜筒设计安装有正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、双凸透镜A-3、双凹透镜A-4、双凸透镜A-5、双凹透镜A-6六片透镜。第二胶合组采用A5压圈安置于A5-A6镜筒内，A5-A6镜筒采用螺纹连接与前组镜筒固定。第一胶合组采用A3压圈安置于A3-A4镜筒内，A3-A4镜筒采用螺纹连接与前组镜筒固定。A2透镜采用A2压圈安置于前组镜筒内，A2压圈即是A2压圈又是A1透镜与A2透镜隔圈，同时与前组镜筒形成密封槽，采用O型圈使A1透镜与镜头密封，实现水密功能。

光栏座12内设有光栏动环17，光栏动环17通过光栏动环17压圈13安装于光栏座12内。适当控制加工公差，使光栏动环17压圈13压紧时，光栏动环17旋转顺畅。光栏动环17通过光栏导钉16与光栏调节环14连接，光栏调节环14内设计有键槽，光栏导钉16插入键槽安装，当旋转光栏调节环14时，通过光栏导钉16带动光栏动环17旋转，从而实现光栏片开孔大小的控制。光栏调节环14于光栏座12配合面处前后设计有2个O型密封圈，适当控制压缩量，保证调光栏调节环14旋转力度适当，并满足水密要求。光栏片组件如图二所示，光栏片一端铆有光栏片销钉，插在调焦座的固定孔内，光栏片的另一端铆有活动销钉，活动销钉在光栏动环17的槽内移动。光栏动环17与光栏座12研磨配合，光栏动环17压圈13旋紧时与光栏动环17留有适当间隙，保证旋转顺畅无卡滞。当旋转光栏调节环14时，在光栏导钉16的作用下，光栏动环17也跟着旋转，从而推动光栏片上的活动销钉，光栏片则以固定销钉为支点摆动，光栏孔随着光栏动环17转动而改变直径，从而实现像面照度大小的控制。

调焦座内设有双凸透镜C-2、双凸透镜C-2、正月牙透镜C-3三片透镜。第三胶合组通过C2压圈安装于调焦镜筒内。正月牙透镜C-3通过C3透镜压圈安装于C3镜筒内，C3镜筒内采用螺纹连接安装于调焦镜筒内。调焦镜筒采用梯形螺纹与调焦座连接。调焦镜筒通过调焦导钉与调焦环连接，调焦环内设计有键槽，调焦导钉插入键槽安装于调焦座上，当调焦环旋转时，通过调焦导钉使调焦镜筒跟着旋转，调焦镜筒与调焦座在梯形螺纹的作用下在轴向方向移动，从而实现调焦的作用。调焦环与调焦座配合面处前后设计有2个O型密封圈，适当控制压缩量，保证调焦环时旋转力度适当，并满足水密要求。当调焦座与光栏座通过螺纹连接固定时，调焦环夹在光栏座12与调焦座之间，实现调焦环的固定，适当控制加工公差，使调焦座与光栏座12旋紧时调焦环旋转顺畅。

所述摄像镜头具备高强度抗振能力。所有透镜厚度与直径比都适当加大，提高透镜强度。各透镜压圈、隔圈与透镜接触面都设计成锥面，改善压圈、隔圈与透镜尖角接触容易压碎透镜，提高镜头整体抗振能力。

上述双凸透镜A-3由FK61超低色散材料制成。本发明采用六组九片球面镜片，其中在前镜组中使用了超低色散光学材料，有效校正了宽波段范围内系统的二级光谱等像差，提高了镜头的色彩还原效果与成像质量；镜头的第一片镜片使用高折射率玻璃，提高了前镜组的光焦度承担能力，通过合理分配各个镜片的光焦度，控制各个镜片间的距离，有效优化了光学系统的总长，使镜头结构紧凑，体积较小；尽量采用了胶合镜片组，大大减少了镜片组装时产生的装配误差，保证了镜头较高的清晰度。通过光学设计的不断优化，镜头具有超大光圈、宽光谱、结构紧凑、成像质量好等特点。

通过优化镀膜工艺和膜系设计，使镜头在450nm~1000nm宽波段范围内有优于85%的透过率，有效提高镜头在低照度条件下对目标信号的探测能力。

上述镜头达到如下技术指标：

1、焦距：f′=50mm；

2、相对孔径D/F=1/0.8；

3、视场角2ω：9.15°；

4、适用光谱范围：450nm～1000nm；

5、光路总长∑≤129mm；

6、镜头前端至连接法兰端面距离：≤119mm，最大直径∅89；

7、重量：≤500g；

8、接口尺寸：∅64±0.2均布8个∅3.3孔；

9、手动光栏，手动调焦；

10、工作温度：-40℃~65℃±2℃；

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：包括镜头本体及镜头本体内沿光路自左向右入射方向分别设置有前镜组A、光阑B、后镜组C，所述前镜组A包括正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接构成的第一胶合组、由双凸透镜A-5和双凹透镜A-6密接构成的第二胶合组；所述后镜组C包括由负月牙透镜C-1和双凸透镜C-2密接构成的第三胶合组、正月牙透镜C-3。

2.根据权利要求1所述的一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：沿光线入射方向，所述前镜组A与光阑B之间的空气间隔为7.00mm，光阑B与后镜组C之间的空气间隔为4.21mm。

3.根据权利要求2所述的一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：沿光线入射方向，所述前镜组A中，正月牙透镜A-1与负月牙透镜A-2之间的空气间隔为2.16mm，负月牙透镜A-2与由双凸透镜A-3之间的空气间隔为5.59mm，由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接构成的第一胶合组与由双凸透镜A-5和双凹透镜A-6密接构成的第二胶合组之间的空气间隔为0.22mm；所述后镜组C中，由负月牙透镜C-1和双凸透镜C-2密接构成的第三胶合组与正月牙透镜C-3之间的空气间隔为0.15mm。

4.根据权利要求1或3所述的一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：所述双凸透镜A-3由H-FK61超低色散材料制成。

5.根据权利要求1或3所述的一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：所述镜头本体包括前组镜筒、光栏座、调焦座构成，前组镜筒与光栏座之间、光栏座与调焦座之间经固定连接，内设有用于限位各个透镜的压圈，所述前组镜筒内设置有用于限位镜组A所包含各个透镜的透镜压圈，所述调焦座内设有用于限位后镜组C所各个透镜的透镜压圈。

6.根据权利要求5所述的一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：所述光栏座内嵌套有光栏动环，光栏动环通过光栏动环压圈安装于光栏座内，所述光栏座外侧套设有光栏调节环，光栏动环通过一光栏导钉与光栏调节环连接，所述光栏调节环内设有键槽，所述光栏导钉插入键槽内，当旋转光栏调节环时，通过光栏导钉带动光栏动环旋转，从而实现光栏片开孔大小的控制。

7.根据权利要求6所述的一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：所述调焦座内设有调焦镜筒，调焦镜筒内螺纹连接有C3镜筒，所述正月牙透镜C-3通过C3透镜压圈安装于C3镜筒内，所述采用螺纹连接安装于调焦镜筒，所述调焦镜筒采用梯形螺纹与调焦座连接，调焦座外侧设有有调焦环，调焦镜筒通过调焦导钉与调焦环连接，所述调焦环内设计有键槽，调焦导钉插入键槽安装于调焦座上，当调焦环旋转时，通过调焦导钉使调焦镜筒跟着旋转，调焦镜筒与调焦座在梯形螺纹的作用下在轴向方向移动，从而实现调焦的作用。

8.根据权利要求7所述的一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：所述光栏调节环与光栏座配合面处前后设有O型密封圈，所述调焦环与调焦座配合面处前后设有O型密封圈。

9.根据权利要求8所述的一种具有超大光圈的宽光谱微光摄像镜头，其特征在于：各透镜压圈、隔圈与透镜接触面都设计成锥面，改善压圈、隔圈与透镜尖角接触容易压碎透镜，提高镜头整体抗振能力。