CN107247324B - 小型化高分辨率透雾变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型化高分辨率透雾变焦镜头，包括沿光线入射方向依次设置的光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、自动光圈、光焦度为正的后固定组C、光焦度为正的补偿组D以及滤色片转换组件E。本发明不仅结构设计简单、合理、紧凑，在450nm～900nm光谱范围内具有高解像力，零部件少、加工成本低，实现在雨天、雪天、薄雾等特殊天候，依然具有足够的能量通过镜头成像，输出高质量的图像，有效提高了监测能力。

Description

小型化高分辨率透雾变焦镜头
技术领域
本发明涉及一种小型化高分辨率透雾变焦镜头。
背景技术
在雨、雪、薄雾等特殊天候条件下，入射光线中的可将光波段透过能力下降，导致视频图像暗淡、对比度、清晰度降低，容易导致画面细节丢失，图像模糊，严重影响系统的监测能力。在特殊天候条件下具有良好的图像质量，需要增加通过镜头到达成像面的光线，通常增大镜头光圈实现增加进光量，但大光圈镜头分辨率低、体积大、成本高，因而具有局限性。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种小型化高分辨率透雾变焦镜头，不仅结构设计合理，而且高效便捷。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种小型化高分辨率透雾变焦镜头，包括沿光线入射方向依次设置的光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、自动光圈、光焦度为正的后固定组C、光焦度为正的补偿组D以及滤色片转换组件E；所述前固定组A包含沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、正月牙透镜A-3以及正月牙透镜A-4；所述变倍组B包含沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜B-1、双凹透镜B-2以及正月牙透镜B-3；所述后固定组C包含沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜C-1、双凸透镜C-2以及负月牙透镜C-3；所述补偿组D包含沿光线入射方向依次设置的正月牙透镜D-1、双凸透镜D-2以及负月牙透镜D-3。
优选的，所述负月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2密接为第一胶合组，所述双凹透镜B-2与正月牙透镜B-3密接为第二胶合组，所述双凸透镜D-2与负月牙透镜D-3密接为第三胶合组。
优选的，所述的第一胶合组与正月牙透镜A-3的空气间隔为0.1mm，所述正月牙透镜A-3与正月牙透镜A-4的空气间隔为0.1mm；所述负月牙透镜B-1与第二胶合组的空气间隔为4.9mm；所述负月牙透镜C-1与双凸透镜C-2的空气间隔为0.3mm，所述双凸透镜C-2与负月牙透镜C-3的空气间隔为0.35mm；所述正月牙透镜D-1与第三胶合组的空气间隔为0.1mm。
优选的，所述前固定组A与变倍组B之间的空气间隔为0.72 mm～24.1mm，所述变倍组B与后固定组C之间的空气间隔为27.38 mm～4.0mm，所述后固定组C与补偿组D之间的空气间隔为9.1 mm～3.5mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明不仅结构设计简单、合理、紧凑，零部件少、加工成本低，在450nm～900nm光谱范围内具有高解像力，实现在雨天、雪天、薄雾等特殊天候，依然具有足够的能量通过镜头成像，输出高质量的图像，有效提高了监测能力。
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。
附图说明
图1为本发明实施例的光学示意图。
图2为本发明实施例的大视场MTF曲线图。
图3为本发明实施例的小视场MTF曲线图。
图4为本发明实施例的整体构造示意图。
图5为本发明实施例调焦组件的构造示意图。
图6为本发明实施例变焦组件的构造示意图。
图7为本发明实施例可变光栏组件的构造示意图。
图8为本发明实施例滤色片切换组件的构造示意图。
图9为本发明实施例滤色片切换组件的构造示意图。
图中：
A-前固定组A，A-1-负月牙透镜A-1，A-2-正月牙透镜A-2，A-3-正月牙透镜A-3，A-4-正月牙透镜A-4；
B-变倍组B，B-1-负月牙透镜B-1，B-2-双凹透镜B-2，B-3-正月牙透镜B-3；
C-后固定组C，C-1-负月牙透镜C-1，C-2-双凸透镜C-2，C-3-负月牙透镜C-3；
D-补偿组D，D-1-正月牙透镜D-1，D-2-双凸透镜D-2，D-3-负月牙透镜D-3；
1-调焦组件，101-前组镜筒，102-调焦主镜筒，103-调焦凸轮，104-调焦导钉，105-调焦电机，106-调焦电机齿轮；
2-变焦组件，201-变倍滑架，202-变倍镜筒，203-补偿滑架，204-补偿镜筒，205-变焦凸轮，206-钢珠，207-变焦电机，208-变焦电机齿轮，209-变焦电位器齿轮；
3-可变光栏组件，301-光栏电机，302-光栏电机齿轮， 303-光栏片，304-铆钉，305-光栏动环，306-光栏定环，307-光栏导钉，308-光栏大齿轮，309-连接座；
4-滤色片切换组件，401-滤色片切换电机，402-滤色片切换电机齿轮，403-滤色片盘，404-霍尔元件，405-滤色片锁紧钉，406-滤色片，407-滤色片压圈。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~9所示，一种小型化高分辨率透雾变焦镜头，包括沿光线入射方向依次设置的光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、自动光圈、光焦度为正的后固定组C、光焦度为正的补偿组D以及滤色片转换组件E；所述前固定组A包含沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、正月牙透镜A-3以及正月牙透镜A-4；所述变倍组B包含沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜B-1、双凹透镜B-2以及正月牙透镜B-3；所述后固定组C包含沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜C-1、双凸透镜C-2以及负月牙透镜C-3；所述补偿组D包含沿光线入射方向依次设置的正月牙透镜D-1、双凸透镜D-2以及负月牙透镜D-3。
在本发明实施例中，所述负月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2密接为第一胶合组，所述双凹透镜B-2与正月牙透镜B-3密接为第二胶合组，所述双凸透镜D-2与负月牙透镜D-3密接为第三胶合组。
在本发明实施例中，所述的第一胶合组与正月牙透镜A-3的空气间隔为0.1mm，所述正月牙透镜A-3与正月牙透镜A-4的空气间隔为0.1mm；所述负月牙透镜B-1与第二胶合组的空气间隔为4.9mm；所述负月牙透镜C-1与双凸透镜C-2的空气间隔为0.3mm，所述双凸透镜C-2与负月牙透镜C-3的空气间隔为0.35mm；所述正月牙透镜D-1与第三胶合组的空气间隔为0.1mm。
在本发明实施例中，所述前固定组A与变倍组B之间的空气间隔为0.72 mm～24.1mm，所述变倍组B与后固定组C之间的空气间隔为27.38 mm～4.0mm，所述后固定组C与补偿组D之间的空气间隔为9.1 mm～3.5mm。
在本发明实施例中，上述各个镜片需满足表1所示的参数要求。
在本发明实施例中，由上述镜片组构成的光学结构达到了以下光学指标：
（1）视场角2ω： 8.4°～48°；
（2）适应光谱范围：450nm～900nm；
（3）光学长度：ΣL＜100mm；
（4）相对孔径：1/3.2；
（5）工作温度：-40℃～65℃。
在本发明实施例中，还包括沿光线入射方向依次设置的调焦组件1、变焦组件2、可变光栏组件3以及滤色片切换组件4；所述前固定透镜组A设置在调焦组件1内，所述变倍透镜组B设置在变倍镜筒202内，所述补偿透镜组C设置在补偿镜筒204内，所述后固定透镜组E和滤色镜片均设置在滤色片切换组件4内，所述可变光栏组件3内置可变光栏。
在本发明实施例中，所述调焦组件1包含前组镜筒101，所述前组镜筒101外套设有调焦主镜筒102，所述调焦主镜筒102外套设有调焦凸轮103，所述前组镜筒101上设置有调焦导钉104，所述调焦主镜筒102上设置有两个180º均布的线性直槽，所述调焦凸轮103上设置有两条180º均布的线性斜槽，所述调焦导钉104的一端与前组镜筒101固定连接，所述调焦导钉104的另一端穿过线性直槽与线性斜槽滑动配合，调焦电机105的调焦电机齿轮106与调焦凸轮103上的齿轮相啮合，当调焦电机105通电转动，通过齿轮带动调焦凸轮103旋转，通过调焦主镜筒102上的线性直槽限制，所述前组镜筒101的旋转被限制从而只做线性直槽内的直线运动，从而实现对远近目标的聚焦功能，通过微动开关与调焦挡钉的共同作用对调焦凸轮103和调焦电机105起到限位和保护作用。
在本发明实施例中，所述变焦组件2包含变倍组件与补偿组件，所述变倍组件包含通过螺纹连接安装在变倍滑架201上的变倍镜筒202，所述补偿组件包含通过螺纹连接安装在补偿滑架203上的补偿镜筒204；所述变倍滑架201与补偿滑架203通过与导杆研磨配合设置在调焦主镜筒102内，变焦凸轮205通过钢珠206置于调焦主镜筒102外组成滚动轴承，并由压圈锁紧；所述变焦凸轮205按光学变焦运动方程的要求加工变焦曲线槽，所述调焦主镜筒102上开设有变倍直槽与补偿直槽，所述变倍滑架201上设置有变倍导钉，所述变倍导钉的一端与变倍滑架201固定连接，所述变倍导钉的另一端穿过变倍直槽与变焦曲线槽滑动配合，所述补偿滑架203上设置有补偿导钉，所述补偿导钉的一端与补偿滑架203固定连接，所述补偿导钉的另一端穿过补偿直槽与变焦曲线槽滑动配合；变焦电机207的变焦电机齿轮208与变焦凸轮205上的齿轮相啮合，当变焦电机207的转子做正负旋转运动是，带动变焦凸轮205做相应的转动，通过变焦曲线槽、变倍导钉、补偿导钉带动变倍滑架201、补偿滑架203按变焦曲线槽的方式运动，调焦主镜筒102上的变倍直槽与补偿直槽起到限制变倍导钉、补偿导钉的作用，并使变倍滑架201、补偿滑架203的旋转运动变为直线运动；严格控制变倍导钉和补偿导钉与变焦曲线槽、变倍直槽以及补偿直槽之间的配合间隙，保证变倍组件与补偿组件滑动平稳、无卡带；这样通过变焦电机207的旋转实现变倍组件与补偿组件按变焦运动方程要求做来回的直线运动，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209与变焦凸轮205上的齿轮相啮合，同步的与变焦凸轮205发生相对的旋转，变焦电位器的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以求出变焦电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现变焦值的显示；反之，通过控制中心给出相应阻值命令，可实现焦距的实时控制；微动开关通过变焦挡钉配合工作，起到对变焦过程中系统的限位和保护作用。
在本发明实施例中，所述可变光栏组件3包括光栏电机301与用于控制光栏开口大小位置的微动开关，所述光栏电机301上装有光栏电机齿轮302，光栏片303通过铆钉304连接设置在光栏动环305与光栏定环306上，所述光栏动环305与光栏片303由光栏压圈锁紧在光栏定环306上，通过与光栏动环305上的光栏导钉307连接光栏大齿轮308与安装在连接座309上的光栏电机齿轮302啮合后带动光栏动环305转动，所述光栏动环305带动光栏片303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变化；光栏挡钉安装在连接座309上随光栏动环座旋转运动，微动开关通过光栏挡钉配合工作，起到对变焦过程中系统的限位和保护作用。
在本发明实施例中，所述滤色片切换组件4包括滤色片切换电机401、滤色片切换电机401齿轮402、滤色片盘403及霍尔元件404，所述滤色片盘403通过滤色片锁紧钉405安装在连接座309上，所述滤色片406分别按图示位置安装在滤色片盘403内，并通过滤色片压圈407锁紧，所述滤色片切换电机齿轮402与滤色片盘403上的齿轮啮合，当滤色片切换电机401通电后，带动滤色片盘403转动，通过安装在连接座309上的霍尔元件404起到限位作用，从而实现滤色片406与滤色片406之间的来回切换，最终达到透雾要求。
在本发明实施例中，本发明结构简单紧凑，零部件少、加工成本低，采用超低色散光学材料，有效校正了系统的二级光谱等像差，使镜头在450nm～900nm宽光谱范围内清晰成像，在雨、雪、薄雾等特殊天候条件下，有效利用近红外波段波长较长能绕射过细小颗粒物的特点实现较强的透雾功能；相较于常规镜头，增大了探测距离；配合红外灯补光，在夜间低照度环境条件下能清晰成像，增加了监测能力；可实现电动连续变焦、电动调焦、自动光圈、焦距反馈、滤色片406切换等功能。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的小型化高分辨率透雾变焦镜头。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种小型化高分辨率透雾变焦镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、自动光圈、光焦度为正的后固定组C、光焦度为正的补偿组D以及滤色片转换组件E；所述前固定组A包含沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、正月牙透镜A-3以及正月牙透镜A-4；所述变倍组B包含沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜B-1、双凹透镜B-2以及正月牙透镜B-3；所述后固定组C包含沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜C-1、双凸透镜C-2以及负月牙透镜C-3；所述补偿组D包含沿光线入射方向依次设置的正月牙透镜D-1、双凸透镜D-2以及负月牙透镜D-3。
2.根据权利要求1所述的小型化高分辨率透雾变焦镜头，其特征在于：所述负月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2密接为第一胶合组，所述双凹透镜B-2与正月牙透镜B-3密接为第二胶合组，所述双凸透镜D-2与负月牙透镜D-3密接为第三胶合组。
3.根据权利要求2所述的小型化高分辨率透雾变焦镜头，其特征在于：所述的第一胶合组与正月牙透镜A-3的空气间隔为0.1mm，所述正月牙透镜A-3与正月牙透镜A-4的空气间隔为0.1mm；所述负月牙透镜B-1与第二胶合组的空气间隔为4.9mm；所述负月牙透镜C-1与双凸透镜C-2的空气间隔为0.3mm，所述双凸透镜C-2与负月牙透镜C-3的空气间隔为0.35mm；所述正月牙透镜D-1与第三胶合组的空气间隔为0.1mm。
4.根据权利要求1所述的小型化高分辨率透雾变焦镜头，其特征在于：所述前固定组A与变倍组B之间的空气间隔为0.72 mm～24.1mm，所述变倍组B与后固定组C之间的空气间隔为27.38 mm～4.0mm，所述后固定组C与补偿组D之间的空气间隔为9.1 mm～3.5mm。
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