CN107589535B - 低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头，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、光焦度为正的补偿组C、可变光栏D以及光焦度为正的后固定组E，所述前固定组A包括沿光线入射方向依次设置的双凸透镜A‑1、负月牙透镜A‑2、双凸透镜A‑3、负月牙透镜A‑4以及正月牙透镜A‑5，所述变倍组B包括沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜B‑1、平凸透镜B‑2、平凹透镜B‑3以及平凹透镜B‑4，所述补偿组C包括沿光线入射方向依次设置的双凸透镜C‑1、负月牙透镜C‑2、双凸透镜C‑3以及正月牙透镜C‑4，所述后固定组E包括沿光线入射方向依次设置的双凸透镜E‑1、双凹透镜E‑2、平凸透镜E‑3、双凹透镜E‑4以及平凸透镜E‑5。本发明的分辨率显著提高，实现了系统紧凑化，光学畸变极小。

Description

低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头。

背景技术

对于长焦监控镜头，一般采用反射式结构，可以达到系统总长短、结构紧凑的目的，但反射式系统存在视场角小、中心遮拦挡光、衍射极限降低、杂散光难以消除等缺陷；当采用透射式结构时，则存在系统总长难以缩短、大尺寸玻璃难以选材、像差尤其是二级光谱像差难以校正等问题；随着图像传感器的像元尺寸不断减小，其特征频率迅速增加，光电视频监控也需要提高分辨率水平；当要求监控系统配合测量系统工作时，要求图像畸变尽可能小，同时输出系统焦距等必要信息，提高测量精度。

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低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头，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：一种低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头，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、光焦度为正的补偿组C、可变光栏D以及光焦度为正的后固定组E，所述前固定组A包括沿光线入射方向依次设置的双凸透镜A-1、负月牙透镜A-2、双凸透镜A-3、负月牙透镜A-4以及正月牙透镜A-5，所述变倍组B包括沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜B-1、平凸透镜B-2、平凹透镜B-3以及平凹透镜B-4，所述补偿组C包括沿光线入射方向依次设置的双凸透镜C-1、负月牙透镜C-2、双凸透镜C-3以及正月牙透镜C-4，所述后固定组E包括沿光线入射方向依次设置的双凸透镜E-1、双凹透镜E-2、平凸透镜E-3、双凹透镜E-4以及平凸透镜E-5。

优选的，所述负月牙透镜A-4与正月牙透镜A-5密接胶合为第一胶合组，所述负月牙透镜B-1、平凸透镜B-2、平凹透镜B-3密接胶合为第二胶合组，所述负月牙透镜C-2与双凸透镜C-3密接胶合为第三胶合组，所述双凸透镜E-1、双凹透镜E-2密接胶合为第四胶合组。

优选的，所述前固定组A与变倍组B之间的空气间隔为32.36～110.26mm，所述变倍组B与补偿组C之间的空气间隔为3.02～126.84 mm，所述补偿组C与后固定组E之间的空气间隔为7.35～53.27mm。

优选的，所述双凸透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔为11.19mm，所述正月牙透镜A-2与双凸透镜A-3之间的空气间隔为3.04mm，所述双凸透镜A-3与第一胶合组之间的空气间隔为51.91mm，所述第二胶合组与平凹透镜B-4之间的空气间隔为5mm，所述双凸透镜C-1与第三胶合组之间的空气间隔为0.38mm，所述第三胶合组与正月牙透镜C-4之间的空气间隔为0.1mm，所述第四胶合组与平凸透镜E-3之间的空气间隔为3.39mm，所述平凸透镜E-3与双凹透镜E-4之间的空气间隔为0.1mm，所述双凹透镜E-4与平凸透镜E-5之间的空气间隔为53.28mm。

优选的，所述双凸透镜A-3与双凸透镜C-3均由超低色散光学材料H-FK71制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用正组补偿结构，有利于提高长焦分辨率，提高了轴上光线高度最高的前固定透镜组的光焦度承担能力，并使用多片ED（超低色散）材料，有效地降低了光学镜头二级光谱等像差，使镜头的分辨率显著提高，达到二百万像素，可与高清晰度的摄像机适配；

（2）本发明在变倍比达到33倍的前提下，实现了系统紧凑化，光学总长与最长焦距之比达到0.45；

（3）本发明光学畸变极小，变焦全程均小于0.2%。

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系统示意图。

图2为本发明实施例在最长焦（1010mm）时的MTF图。

图3为本发明实施例最短焦（29.8mm）时的MTF图。

图4为本发明实施例最长焦（1010mm焦距）时的畸变曲线图。

图5为本发明实施例最短焦（29.8mm焦距）时的畸变曲线图。

图6为本发明实施例的构造总示意图。

图7为本发明实施例调焦组件的构造示意图。

图8为本发明实施例调焦组件的构造示意图。

图9为本发明实施例变焦组件的构造示意图。

图10为本发明实施例变焦组件的构造示意图。

图11为本发明实施例可变光阑组件的构造示意图。

图12为本发明实施例可变光阑组件的构造示意图。

图13为本发明实施例密封组件的构造示意图。

图中：

A-前固定组A，A-1双凸透镜A-1，A-2-负月牙透镜A-2，A-3-双凸透镜A-3，A-4-负月牙透镜A-4，A-5-正月牙透镜A-5；

B-光焦度为负的变倍组B，B-1-负月牙透镜B-1，B-2-平凸透镜B-2，B-3-平凹透镜B-3，B-4-平凹透镜B-4；

C-光焦度为正的补偿组C，C-1-双凸透镜C-1，C-2-负月牙透镜C-2，C-3-双凸透镜C-3，C-4-正月牙透镜C-4；

D-可变光栏D；

E-后固定组E，E-1-双凸透镜E-1，E-2-双凹透镜E-2，E-3-平凸透镜E-3，E-4-双凹透镜E-4，E-5-平凸透镜E-5；

1-调焦组件，101-前组镜筒，102-第一压圈，103-第一隔圈，104-第二隔圈，105-第三隔圈，106-前组垫片，107-第二压圈，108-调焦主镜筒，109-调焦凸轮，110-调焦导钉组件，111-调焦电机，112-调焦微动开关，113-调焦电机支架，114-调焦限位支架，115-调焦限位钉；

2-变焦组件，201-变倍镜筒，202-变倍滑架，203-补偿镜筒，204-补偿滑架，205-变焦主镜筒，206-变焦凸轮，207-钢珠，208-变焦凸轮压圈，209-变倍导钉组件，210-补偿导钉组件，211-变焦电机，212-变焦电位器，213-变焦微动开关，214-变焦电机支架，215-变焦电位器支架，216-变焦限位开关支架，217-变焦限位钉；

3-可变光阑组件，301-第四隔圈，302-第五隔圈，303-第三压圈，304-光阑电机，305-光阑微动开关，306-光阑限位支架，307-光阑座，308-光阑动环，309-光阑电机支架，310-光阑调节环，311-光阑调节环压圈，312-光阑动环压圈；

4-后固定组件，401-后组镜筒，402-第四压圈，403-后组垫片；

5-摄像机组件；

6-密封组件，601-镜盖，602-遮光罩，603-前罩筒，604-中罩筒，605-法兰盘，606-后罩筒，607-前保护片，608-前保护片压圈。

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1~13所示，一种低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头，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、光焦度为正的补偿组C、可变光栏D以及光焦度为正的后固定组E，所述前固定组A包括沿光线入射方向依次设置的双凸透镜A-1、负月牙透镜A-2、双凸透镜A-3、负月牙透镜A-4以及正月牙透镜A-5，所述变倍组B包括沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜B-1、平凸透镜B-2、平凹透镜B-3以及平凹透镜B-4，所述补偿组C包括沿光线入射方向依次设置的双凸透镜C-1、负月牙透镜C-2、双凸透镜C-3以及正月牙透镜C-4，所述后固定组E包括沿光线入射方向依次设置的双凸透镜E-1、双凹透镜E-2、平凸透镜E-3、双凹透镜E-4以及平凸透镜E-5。

在本发明实施例中，所述负月牙透镜A-4与正月牙透镜A-5密接胶合为第一胶合组，所述负月牙透镜B-1、平凸透镜B-2、平凹透镜B-3密接胶合为第二胶合组，所述负月牙透镜C-2与双凸透镜C-3密接胶合为第三胶合组，所述双凸透镜E-1、双凹透镜E-2密接胶合为第四胶合组。

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32.36～110.26mm，所述变倍组B与补偿组C之间的空气间隔为3.02～126.84 mm，所述补偿组C与后固定组E之间的空气间隔为7.35～53.27mm；或者所述前固定组A与变倍组B之间的空气间隔为2.8～153.1 mm，所述变倍组B与补偿组C之间的空气间隔为3.02～126.84 mm，所述补偿组C与后固定组E之间的空气间隔为4.7～46.96mm。

在本发明实施例中，所述双凸透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔为11.19mm，所述正月牙透镜A-2与双凸透镜A-3之间的空气间隔为3.04mm，所述双凸透镜A-3与第一胶合组之间的空气间隔为51.91mm，所述第二胶合组与平凹透镜B-4之间的空气间隔为5mm，所述双凸透镜C-1与第三胶合组之间的空气间隔为0.38mm，所述第三胶合组与正月牙透镜C-4之间的空气间隔为0.1mm，所述第四胶合组与平凸透镜E-3之间的空气间隔为3.39mm，所述平凸透镜E-3与双凹透镜E-4之间的空气间隔为0.1mm，所述双凹透镜E-4与平凸透镜E-5之间的空气间隔为53.28mm。

在本发明实施例中，所述双凸透镜A-3与双凸透镜C-3均由超低色散光学材料H-FK71制成，在光学设计时，在所述前固定组A、补偿组C中选用超低色散光学材料H-FK71，这样提高了长焦时轴上光线高度最高的前固定组A、短焦时轴上光线高度最高的补偿组C的光焦度承担能力，有效地降低了光学镜头二级光谱等像差，使镜头分辨率得到显著提高，达到二百万像素水平，可与高清晰度的摄像机适配；针对正组补偿结构光学总长较长的缺点，将所述后固定组E复杂化，使其具有摄远结构的特点，有效减小了系统体积，光学总长与最长焦距之比达到0.45，实现了系统的紧凑化；利用高精密电位器等电子元器件，反馈电阻值并进行转化计算，连续输出当前焦距，可供测量系统配套使用；通过电机、齿轮、凸轮等传动机构，提供电动调焦、电动变焦、电动调光等功能，方便用户对监控系统的控制。

在本发明实施例中，本发明进行膜系优化设计，使光学镜头在450nm~675nm波段范围有高于80%的透过率。

在本发明实施例中，还包括调焦组件1、变焦组件2、可变光阑组件3、后固定组件4、摄像机组件5以及密封组件6。

在本发明实施例中，所述调焦组件1包含前组镜筒101，所述双凸透镜A-1、负月牙透镜A-2、双凸透镜A-3依次设置在前组镜筒101内，所述双凸透镜A-1用第一压圈102压紧，所述双凸透镜A-1与负月牙透镜A-2之间设置有第一隔圈103，所述负月牙透镜A-2与双凸透镜A-3之间设置有第二隔圈104，所述双凸透镜A-3与前组镜筒101之间设置有第三隔圈105与前组垫片106，所述第一胶合组设置在前组镜筒101内，并用第二压圈107压紧。

在本发明实施例中，所述前组镜筒101外套设有调焦主镜筒108，所述调焦主镜筒108外套设有调焦凸轮109，所述调焦凸轮109上设置有三个120º均布的线性斜槽，所述调焦主镜筒108上设置有直槽，调焦导钉组件110的一端与所述前组镜筒101固定连接，所述调焦导钉组件110的另一端穿过调焦主镜筒108的直槽与调焦凸轮109的线性斜槽滑动配合；所述调焦主镜筒108、调焦电机111、调焦微动开关112组成电动调焦机构，所述调焦电机111通过调焦电机支架113安置在调焦主镜筒108上，所述调焦微动开关112通过调焦限位支架114安置在调焦主镜筒108上，所述调焦电机111的电机齿轮与调焦凸轮109上的齿轮相啮合，当所述调焦电机111通电转动，通过所述调焦电机111带动调焦凸轮109旋转，由于所述调焦主镜筒108上的直槽限制，所述前组镜筒101的旋转被限制从而只能沿着调焦主镜筒108上的直槽做直线运动，从而实现对远近目标的聚焦功能；调焦限位钉115设置在所述调焦凸轮109上，跟随所述调焦凸轮109转动，通过所述调焦微动开关112与调焦限位钉115的共同作用对调焦凸轮109到转角的限位和保护作用。

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，所述负月牙透镜B-1、平凸透镜B-2、平凹透镜B-3以及平凹透镜B-4依次设置在变倍镜筒201内，所述变倍镜筒201通过连接螺钉安置在变倍滑架202上组成变倍组件，所述双凸透镜C-1、负月牙透镜C-2、双凸透镜C-3以及正月牙透镜C-4依次设置在补偿镜筒203内。

在本发明实施例中，所述补偿镜筒203通过连接螺钉安置在补偿滑架204上组成补偿组件，所述变倍滑架202与补偿滑架204通过与变焦主镜筒205研磨配合设置在变焦主镜筒205内，变焦凸轮206通过钢珠207套设在变焦主镜筒205外组成滚动轴承并由变焦凸轮压圈208锁紧，所述变焦凸轮206按光学变焦运动方程的要求加工变倍曲线槽与补偿曲线槽，所述变焦主镜筒205的相应位置处设置有直槽，所述变倍导钉组件209的一端与变倍滑架202固定连接，所述变倍导钉组件209的另一端穿过变焦主镜筒205上的直槽与变焦凸轮206上的变倍曲线槽滑动配合，所述补偿导钉组件210的一端与补偿滑架204固定连接，所述补偿导钉组件210的另一端穿过变焦主镜筒205上的直槽与变焦凸轮206上的补偿曲线槽滑动配合；所述变焦主镜筒205、变焦电机211、变焦电位器212、变焦微动开关213组成电动变焦机构，所述变焦电机211通过变焦电机支架214设置在变焦主镜筒205上，所述变焦电位器212通过变焦电位器支架215设置在变焦主镜筒205上，所述变焦微动开关213通过变焦限位开关支架216设置在变焦主镜筒205上，所述变焦电机211的电机齿轮与变焦凸轮206上的齿轮相啮合，当所述变焦电机211做正负旋转运动时，带动所述变焦凸轮206做相应的转动，通过所述变倍曲线槽、补偿曲线槽及变倍导钉组件209、补偿导钉组件210带动变倍滑架202、补偿滑架204按变倍、补偿曲线槽的方式运动，所述变焦主镜筒205上的两条直槽起到限制变倍导钉组件209、补偿导钉组件210的作用，从而使所述变倍滑架202、补偿滑架204的旋转被限制从而只能沿着变焦主镜筒205上的直槽做直线运动；严格控制所述变倍导钉组件209与变焦凸轮206的变倍曲线槽、变焦主镜筒205上的直线槽之间的配合间隙，严格控制所述补偿导钉组件210与变焦凸轮206的补偿曲线槽、变焦主镜筒205上的直线槽之间的配合间隙，保证变倍组件和补偿组件滑动平稳、无卡带；这样通过所述变焦电机211旋转实现变倍组件和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，所述变焦电机211的电机齿轮与变焦凸轮206上的齿轮相啮合，同步的与所述变焦电位器212的齿轮发生相对的旋转，使所述变焦电位器212的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以求出所述变焦电位器212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；所述变焦微动开关213通过变焦限位钉217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，所述双凸透镜E-1、双凹透镜E-2、平凸透镜E-3以及双凹透镜E-4依次设置在光阑座307内，所述平凸透镜E-5设置在后组镜筒401内，所述第四胶合组与平凸透镜E-3之间设置有第四隔圈301，所述平凸透镜E-3与双凹透镜E-4之间设置有第五隔圈302，所述双凹透镜E-4用第三压圈303压紧，所述平凸透镜E-5用第四压圈402压紧。

在本发明实施例中，所述可变光阑组件3包括光阑电机304和用于控制光阑开口大小位置的光阑微动开关305，所述光阑微动开关305通过光阑限位支架306安置在光阑座307上，光阑片通过铆钉设置在光阑动环308与光阑座307上，所述光阑电机304通过光阑电机支架309设置在光阑座307上，所述光阑电机304的电机齿轮与光阑调节环310的齿轮相啮合，所述光阑电机304通电转动从而带动光阑调节环310转动，所述光阑调节环310由光阑调节环压圈311锁紧在光阑座307上，所述光阑调节环310通过设置光阑动环308上的光阑拨钉带动光阑动环308转动，所述光阑动环308由光阑动环压圈312锁紧在光阑座307内，所述光阑动环308带动光阑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变化。

在本发明实施例中，所述密封组件6包含镜盖601、遮光罩602、前罩筒603、中罩筒604、法兰盘605、后罩筒606，所述前罩筒603由内六角圆柱头螺钉锁紧在中罩筒604上，所述后罩筒606由内六角圆柱头螺钉锁紧在中罩筒604上，整个所述密封组件6的前端由前保护片607安置于前罩筒603内，所述前保护片607由前保护片压圈608锁紧在前罩筒603内。

在本发明实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：

焦距：f′min=29.8mm，f′max=1010mm；

相对孔径D/ f′=1/7.96；

适配探测器像元尺寸： Φ12.4mm；

光学结构长度∑L≤447mm；

镜头分辨率：与二百万像素摄像机适配，参考图2与图3；

光学畸变：小于0.2%，参考图4与图5。

在本发明实施例中，其各个镜片的物理参数符合表1所示数据要求。

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低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头。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)

1.一种低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头，其特征在于：由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、光焦度为正的补偿组C、可变光栏D以及光焦度为正的后固定组E组成，所述前固定组A由沿光线入射方向依次设置的双凸透镜A-1、负月牙透镜A-2、双凸透镜A-3、负月牙透镜A-4以及正月牙透镜A-5组成，所述变倍组B由沿光线入射方向依次设置的负月牙透镜B-1、平凸透镜B-2、平凹透镜B-3以及平凹透镜B-4组成，所述补偿组C由沿光线入射方向依次设置的双凸透镜C-1、负月牙透镜C-2、双凸透镜C-3以及正月牙透镜C-4组成，所述后固定组E由沿光线入射方向依次设置的双凸透镜E-1、双凹透镜E-2、平凸透镜E-3、双凹透镜E-4以及平凸透镜E-5组成，所述双凸透镜A-3与双凸透镜C-3均由超低色散光学材料H-FK71制成。

2.根据权利要求1所述的低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头，其特征在于：所述负月牙透镜A-4与正月牙透镜A-5密接胶合为第一胶合组，所述负月牙透镜B-1、平凸透镜B-2、平凹透镜B-3密接胶合为第二胶合组，所述负月牙透镜C-2与双凸透镜C-3密接胶合为第三胶合组，所述双凸透镜E-1、双凹透镜E-2密接胶合为第四胶合组。

3.根据权利要求1所述的低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头，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32.36～110.26mm，所述变倍组B与补偿组C之间的空气间隔为3.02～126.84 mm，所述补偿组C与后固定组E之间的空气间隔为7.35～53.27mm。

4.根据权利要求2所述的低畸变大倍率长焦距高清变焦镜头，其特征在于：所述双凸透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔为11.19mm，所述正月牙透镜A-2与双凸透镜A-3之间的空气间隔为3.04mm，所述双凸透镜A-3与第一胶合组之间的空气间隔为51.91mm，所述第二胶合组与平凹透镜B-4之间的空气间隔为5mm，所述双凸透镜C-1与第三胶合组之间的空气间隔为0.38mm，所述第三胶合组与正月牙透镜C-4之间的空气间隔为0.1mm，所述第四胶合组与平凸透镜E-3之间的空气间隔为3.39mm，所述平凸透镜E-3与双凹透镜E-4之间的空气间隔为0.1mm，所述双凹透镜E-4与平凸透镜E-5之间的空气间隔为53.28mm。