CN108873276B - 高清透雾宽波段可见光摄像机镜头及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高清透雾宽波段可见光摄像机镜头，包括沿光线入射方向顺序设置的光焦度为正的调焦组A、光焦度为负的变倍组B、可变光栏C、光焦度为负的调光组D、光焦度为正的补偿组E以及滤光片F；本发明还涉及一种高清透雾宽波段可见光摄像机镜头的成像方法。本发明设计合理，本发明有效地提高远距离昼夜监测水平，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种高清透雾宽波段可见光摄像机镜头及成像方法。
背景技术
镜头是摄像机采集外界图像的主要部分，直接关系到系统的成像质量，镜头对摄像机的重要性不言而喻。在雾、尘、雨等特殊天气环境中，入射光线的透过率会大大降低，到达成像面的光线能量不足，以至画面模糊，图像细节丢失，严重影响系统图像的信息获取。
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高清透雾宽波段可见光摄像机镜头及成像方法，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：一种高清透雾宽波段可见光摄像机镜头及成像方法，包括沿光线入射方向顺序设置的光焦度为正的调焦组A、光焦度为负的变倍组B、可变光栏C、光焦度为负的调光组D、光焦度为正的补偿组E以及滤光片F；所述调焦组A包含沿光线入射方向顺序设置的正月牙透镜A1、负月牙透镜A2、正月牙透镜A3以及正月牙透镜A4，所述变倍组B包含沿光线入射方向顺序设置的负月牙透镜B1、双凸透镜B2、负月牙透镜B3以及负月牙透镜B4，所述调光组D包含沿光线入射方向顺序设置的双凸透镜D1、双凸透镜D2、双凹透镜D3、双凸透镜D4以及双凹透镜D5，所述补偿组E包含沿光线入射方向顺序设置的正月牙透镜E1、负月牙透镜E2以及双凸透镜E3。
进一步的，所述负月牙透镜A2与正月牙透镜A3密接胶合为第一胶合组，所述负月牙透镜B1、双凸透镜B2、负月牙透镜B3以及负月牙透镜B4密接胶合为第二胶合组，所述双凸透镜D2与双凹透镜D3密接胶合为第三胶合组，所述双凸透镜D4与双凹透镜D5密接胶合为第四胶合组，所述正月牙透镜E1与负月牙透镜E2密接胶合为第五胶合组。
进一步的，所述调焦组A与变倍组B之间的空气间隔为1.21 mm～37.26mm，所述变倍组B与调光组D之间的空气间隔为2.78 mm～39.13mm，所述调光组D与补偿组E之间的空气间隔为16.7 mm～23.27mm。
进一步的，所述正月牙透镜A1与第一胶合组之间的空气间隔为0.09mm，所述第一胶合组与正月牙透镜A4之间的空气间隔为0.12 mm，所述双凸透镜D1与第三胶合组之间的空气间隔为0.18mm，所述第三胶合组与第四胶合组之间的空气间隔为3.35 mm，所述第五胶合组与双凸透镜E3之间的空气间隔为0.12mm。
一种高清透雾宽波段可见光摄像机镜头的成像方法，包括上述一项所述的高清透雾宽波段可见光摄像机镜头，包含以下步骤：光线顺序进入光焦度为正的调焦组A、光焦度为负的变倍组B、可变光栏C、光焦度为负的调光组D、光焦度为正的补偿组E以及滤光片F后进行成像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明设计合理，本发明具有从450nm到900nm的宽波段范围高分辨力，将本发明与日夜两用的摄像机配套使用，在灰尘、烟雾、雾气、小雨等环境中，依然可以拍摄出清晰、高对比度的视频图像，大大提升远距离观察效果，并且大大缩短有效观测距离，本发明为科研、国防、生产提供了便利，有效地提高远距离昼夜监测水平，具有广阔的应用前景。
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为本发明实施例的机械结构示意图。
图3为本发明实施例的电动调焦构造示意图。
图4为本发明实施例的电动调焦构造示意图。
图5为本发明实施例的电动变焦构造示意图。
图6为本发明实施例的电动变焦构造示意图。
图7为本发明实施例的电动调光构造示意图。
图8为本发明实施例的电动调光构造示意图。
图9为本发明实施例的电动滤光片切换构造示意图。
图10为本发明实施例的电动滤光片切换构造示意图。
图中：
A-调焦组A，A1-正月牙透镜A1，A2-负月牙透镜A2，A3-正月牙透镜A3，A4-正月牙透镜A4；
B-光焦度为负的变倍组B，B1-负月牙透镜B1，B2-双凸透镜B2、B3-负月牙透镜B3，B4-负月牙透镜B4；
C-可变光栏C，
D-光焦度为负的调光组D，D1-双凸透镜D1，D2-双凸透镜D2，D3-双凹透镜D3，D4-双凸透镜D4，D5-双凹透镜D5；
E-补偿组E，E1-正月牙透镜E1，E2-负月牙透镜E2，E3-双凸透镜E3；
F-滤光片F；
21-电动调焦机构，22-电动连续变焦机构，23-电动调光机构，24-电动滤光片切换机构；
31-CD隔圈，32-AB隔圈，33-A片压圈，34-前组镜筒，35-前组镜筒锁圈，36-调焦镜筒，37-主镜座，38-调焦环压圈，39-调焦环，310-调焦导钉组件，311-调焦电位器，312-调焦电位器齿轮，313-调焦电机，314-调焦电机齿轮，315-调焦电机架，316-调焦微动开关架，317-调焦微动开关，318-调焦微动开关到位钉；
41-变倍镜筒，42-E片压圈，43-变倍移动座，44-变焦导杆，45-变倍滑套，46-导杆压板，47-精密钢珠，48-变焦凸轮，49-变焦导钉组件，410-补偿滑套，411-补偿移动座，412-补偿镜筒，413-OP隔圈，414-P片压圈，415-变焦凸轮压圈，416-补偿镜筒锁圈，417-变焦电机齿轮，418-变焦电机，419-变焦电机架，420-变焦电位器，421-变焦电位器齿轮，422-变焦微动开关架，423-变焦微动开关，424-变焦微动开关到位钉；
51-M片压圈，52-IJ隔圈，53-光栏动环，54-光栏片，55-KL隔圈，56-光栏动环压圈，57-光栏座，58-光栏拨钉，59-法兰盘，510-光栏调节环压圈，511-光栏调节环，512-光栏微动开关到位钉，513-光栏微动开关架，514-光栏微动开关，515-光栏电机齿轮，516-光栏电机，517-光栏电机架；
61-滤光片盖，62-滤光片转盘，63-滤光片压圈，64-滤光片转盘锁钉，65-滤光切换微动开关，66-滤光切换微动开关架，67-滤光切换过渡轮锁钉，68-滤光切换过渡轮，69-滤光切换电机齿轮，610-滤光切换电机，611-滤光切换电机架。
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1~10所示，一种高清透雾宽波段可见光摄像机镜头及成像方法，包括沿光线入射方向顺序设置的光焦度为正的调焦组A、光焦度为负的变倍组B、可变光栏C、光焦度为负的调光组D、光焦度为正的补偿组E以及滤光片F；所述调焦组A包含沿光线入射方向顺序设置的正月牙透镜A1、负月牙透镜A2、正月牙透镜A3以及正月牙透镜A4，所述变倍组B包含沿光线入射方向顺序设置的负月牙透镜B1、双凸透镜B2、负月牙透镜B3以及负月牙透镜B4，所述调光组D包含沿光线入射方向顺序设置的双凸透镜D1、双凸透镜D2、双凹透镜D3、双凸透镜D4以及双凹透镜D5，所述补偿组E包含沿光线入射方向顺序设置的正月牙透镜E1、负月牙透镜E2以及双凸透镜E3。
在本发明实施例中，所述负月牙透镜A2与正月牙透镜A3密接胶合为第一胶合组，所述负月牙透镜B1、双凸透镜B2、负月牙透镜B3以及负月牙透镜B4密接胶合为第二胶合组，所述双凸透镜D2与双凹透镜D3密接胶合为第三胶合组，所述双凸透镜D4与双凹透镜D5密接胶合为第四胶合组，所述正月牙透镜E1与负月牙透镜E2密接胶合为第五胶合组。
在本发明实施例中，所述调焦组A与变倍组B之间的空气间隔为1.21 mm～37.26mm，所述变倍组B与调光组D之间的空气间隔为2.78 mm～39.13mm，所述调光组D与补偿组E之间的空气间隔为16.7 mm～23.27mm。
在本发明实施例中，所述正月牙透镜A1与第一胶合组之间的空气间隔为0.09mm，所述第一胶合组与正月牙透镜A4之间的空气间隔为0.12 mm，所述双凸透镜D1与第三胶合组之间的空气间隔为0.18mm，所述第三胶合组与第四胶合组之间的空气间隔为3.35 mm，所述第五胶合组与双凸透镜E3之间的空气间隔为0.12mm。
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。
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：
在本发明实施例中，一种高清透雾宽波段可见光摄像机镜头的成像方法，包括上述一项所述的高清透雾宽波段可见光摄像机镜头，包含以下步骤：光线顺序进入光焦度为正的调焦组A、光焦度为负的变倍组B、可变光栏C、光焦度为负的调光组D、光焦度为正的补偿组E以及滤光片F后进行成像。
在本发明实施例中，在光学设计时，进行膜系优化设计，使光学镜头在450nm~900nm波段范围有高于80%的透过率。
在本发明实施例中，还包括与光焦度为正的调焦组A、光焦度为负的变倍组B、可变光栏C、光焦度为负的调光组D、光焦度为正的补偿组E以及滤光片F相适应的电动调焦机构21、电动连续变焦机构22、电动调光机构23以及电动滤光片切换机构24，实现了电动调焦、电动高倍率连续变焦、电动调光以及电动滤光片切换等运动，动作灵活可靠，各焦距段成像不离焦，变焦全过程光轴共轴性好，图像清晰，像面不跳动；所述电动调焦机构21、电动连续变焦机构22、电动调光机构23以及电动滤光片切换机构24均安装了一个精密电机从而实现电动切换；所述电动调焦机构21设有一个实现焦距预置功能的调焦电位器311，所述电动连续变焦机构22设有实现焦距预置功能的变焦电位器420；所述电动调焦机构21设有反馈到位信号功能的调焦微动开关317；所述电动连续变焦机构22设有反馈到位信号功能的变焦微动开关423；所述电动调光机构23设有反馈到位信号功能的调光微动开关514；所述电动滤光片切换机构24设有反馈到位信号功能的滤光切换微动开关65；本发明提出了通过微电机驱动控制的电动滤光片切换机构24，配合宽光谱摄像机，实现在雨、雪、薄雾等特殊天气，仍有足够能量通过镜头成像，输出高质量的图像，有效提高了监测能力，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。
在本发明实施例中，所述正月牙透镜A1、负月牙透镜A2、正月牙透镜A3以及正月牙透镜A4装入前组镜筒34中，并用A片压圈33压紧；其中所述负月牙透镜A2以及正月牙透镜A3组成第一胶合组，所述第一胶合组与正月牙透镜A4之间设置有CD隔圈31，所述正月牙透镜A1与第一胶合组之间设置有AB隔圈32，所述前组镜筒34安装于调焦镜筒34内，并通过前组镜筒锁圈35进行调节旋紧，所述调焦镜筒34安装于主镜座37内；所述调焦环39安装于主镜座37外，并通过调焦环压圈38调节旋紧；所述调焦电机313与调焦电位器311安装于调焦电机架315上；调焦电机齿轮314安装于调焦电机313上，所述调焦电位器齿轮312安装于调焦电位器311上；所述调焦电机架315安装于主镜座37上；所述调焦微动开关317安装于调焦微动开关架316上，所述调焦微动开关架316安装于主镜座37上；所述调焦电机齿轮314与调焦环39形成齿轮副运动，所述调焦电机齿轮314与调焦电位器齿轮312形成齿轮副运动；所述调焦环39上开设有精密加工的3条90°均布的线性斜槽，所述主镜座37上开设有精密加工的3条90°均布的线性直槽；所述调焦环39与调焦镜筒36通过调焦导钉组件310连接在一起；当调焦电机313通电旋转时，通过所述调焦电机齿轮314带动调焦环39的转动，而所述调焦环39的转动又作用于调焦导钉组件310上，然而调焦导钉组件310又因为主镜座37上开设的线性直槽的限制，只能沿着主镜座37的直槽进行直线运动；调焦导钉组件310的直线运动又带动了调焦镜筒36的直线运动，这样就将调焦环39的旋转运动转化成调焦镜筒36的直线运动，从而实现对远近目标的调焦；同时，调焦电机齿轮314通过与调焦电位器齿轮312啮合，当调焦电机齿轮314转动时，也带动了调焦电位器齿轮312的转动。而调焦电位器齿轮312的转动又使得调焦电位器311的阻值发生改变；因此，调焦距离和调焦电位器311的阻值之间形成一对一的关系。
在本发明实施例中，所述负月牙透镜B1、双凸透镜B2、负月牙透镜B3以及负月牙透镜B4顺序装入变倍镜筒41内，并通过E片压圈42压紧，所述负月牙透镜B1、双凸透镜B2、负月牙透镜B3以及负月牙透镜B4密接胶合成第二胶合组；所述变倍镜筒41安装于变倍移动座43上；所述正月牙透镜E1、负月牙透镜E2以及双凸透镜E3依次安装于补偿镜筒412内，并通过P片压圈414压紧，所述正月牙透镜E1与负月牙透镜E2密接胶合成第五胶合组，所述第五胶合组与双凸透镜E3之间设有OP隔圈413，所述补偿镜筒412安装于补偿移动座411上，并通过补偿镜筒锁圈416锁紧；所述变倍滑套45安装于变倍移动座43上，所述补偿滑套410安装于补偿移动座411上，所述变倍移动座43与补偿移动座411通过变焦导杆44贯穿在一起；所述变焦凸轮48通过精密钢珠47安装于主镜座37上，并通过变焦凸轮压圈415压紧；通过精密钢珠47，可以将变焦凸轮48旋转时的滑动摩擦转化为滚动摩擦，以减少变焦凸轮48运动时的摩擦力；所述变焦凸轮48上根据光学变焦运动方程的要求分别加工有2条变倍、补偿曲线槽，所述主镜座37上开设有精密加工的线性直槽；所述变焦导钉组件49安装于变焦凸轮48的变倍补偿曲线槽与主镜座的线性直槽内，通过变焦导钉组件49将变焦凸轮48、变倍移动座43以及补偿移动座411连接在一起；所述变焦电机418、变焦电位器420安装于变焦电机架419上；所述变焦电机齿轮417安装于变焦电机418上，所述变焦电位器齿轮421安装于变焦电位器420上；所述变焦电机架419安装于主镜座37上；所述变焦凸轮48分别与变焦电机齿轮417、变焦电位器齿轮421啮合；当变焦电机418转子转动作正负旋转运动时，通过变焦电机齿轮417，分别带动变焦凸轮48以及变焦电位器齿轮421转动；所述变焦凸轮48的转动又作用于安装在变焦凸轮48曲线槽内的变焦导钉组件49，而变焦导钉组件49又受主镜座37上线性直槽的限制；因此通过变焦导钉组件49的带动，变焦凸轮48的转动转化为变倍移动座43、补偿移动座411的直线运动；这样通过变焦电机418的旋转实现变焦组B、补偿组E按照变焦运动方程要求作前后直线运动，从而实现光学系统焦距的连续变化功能；同时，变焦电机齿轮417的转动也同步带动了变焦电位器齿轮421的转动，而变焦电位器齿轮421的转动使得变焦电位器420的阻值发生改变，由此焦距和变焦电位器420的阻值之间形成一对一的关系；当系统的焦距发生变化，通过适当的取样电路可以取出变焦电位器420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。
在本发明实施例中，所述双凸透镜D1、双凸透镜D2、双凹透镜D3、双凸透镜D4以及双凹透镜D5顺序安装于光栏座57内，并通过M片压圈51压紧，所述双凸透镜D2与双凹透镜D3密接胶合成第三胶合组，所述双凸透镜D4与双凹透镜D5密接胶合成第四胶合组；所述双凸透镜D1与第三胶合组之间设置有IJ隔圈52，所述第三胶合组与第四胶合组之间设置有KL隔圈55，所述光栏座57安装于主镜座37内；所述光栏动环53安装于光栏座57上，并通过光栏动环压圈56压紧；所述光栏片54安装于光栏动环53与光栏座57之间，所述光栏调节环511安装于法兰盘59上，并通过光栏调节环压圈510压紧；所述法兰盘59安装于主镜座37上；所述光栏调节环511开设有精密加工的直线槽，而法兰盘59、变焦凸轮48、主镜座37以及光栏座57均加工有让位槽，光栏拨钉58安装于光栏调节环511的直线槽内，并连接到光栏动环53上；所述光栏电机516安装于光栏电机架517上，光栏电机齿轮515安装于光栏电机516上；并且光栏电机齿轮515与光栏调节环511形成齿轮副啮合关系；当光栏电机516转子转动时，通过安装于其上的光栏电机齿轮515旋转运动，从而带动了光栏调节环511的旋转运动，而光栏调节环511的旋转运动又通过光栏拨钉58带动光栏动环53转动；而光栏动环53转动又带动光栏片54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。
在本发明实施例中，所述滤光片F安装于滤光片转盘62内，并通过滤光片压圈63压紧；所述滤光片转盘62安装于法兰盘59上，通过滤光片转盘锁钉64锁紧；所述滤光片盖安装于法兰盘59上，所述法兰盘59安装于主镜座37上；所述滤光切换电机610安装于滤光切换电机架611上；所述滤光切换电机架611安装于法兰盘59上；所述滤光切换电机齿轮69安装于滤光切换电机610上；所述滤光切换过渡轮68安装于法兰盘59上，并通过滤光切换过渡轮锁钉67锁紧。所述滤光片转盘62与滤光切换过渡轮68形成齿轮副啮合关系，而同时滤光切换过渡轮68与滤光切换电机齿轮69形成齿轮副啮合关系。当滤光切换电机610上的转子转动的时候，通过滤光切换电机齿轮69转动，从而带动滤光切换过渡轮68的转动；而滤光切换过渡轮68的转动又带动了滤光片转盘62的转动，从而实现电动滤光片切换。
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。
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 (5)
1.一种高清透雾宽波段可见光摄像机镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向顺序设置的光焦度为正的调焦组A、光焦度为负的变倍组B、可变光栏C、光焦度为负的调光组D、光焦度为正的补偿组E以及滤光片F；所述调焦组A包含沿光线入射方向顺序设置的正月牙透镜A1、负月牙透镜A2、正月牙透镜A3以及正月牙透镜A4，所述变倍组B包含沿光线入射方向顺序设置的负月牙透镜B1、双凸透镜B2、负月牙透镜B3以及负月牙透镜B4，所述调光组D包含沿光线入射方向顺序设置的双凸透镜D1、双凸透镜D2、双凹透镜D3、双凸透镜D4以及双凹透镜D5，所述补偿组E包含沿光线入射方向顺序设置的正月牙透镜E1、负月牙透镜E2以及双凸透镜E3。
2.根据权利要求1所述的高清透雾宽波段可见光摄像机镜头，其特征在于：所述负月牙透镜A2与正月牙透镜A3密接胶合为第一胶合组，所述负月牙透镜B1、双凸透镜B2、负月牙透镜B3以及负月牙透镜B4密接胶合为第二胶合组，所述双凸透镜D2与双凹透镜D3密接胶合为第三胶合组，所述双凸透镜D4与双凹透镜D5密接胶合为第四胶合组，所述正月牙透镜E1与负月牙透镜E2密接胶合为第五胶合组。
3.根据权利要求1所述的高清透雾宽波段可见光摄像机镜头，其特征在于：所述调焦组A与变倍组B之间的空气间隔为1.21 mm～37.26mm，所述变倍组B与调光组D之间的空气间隔为2.78 mm～39.13mm，所述调光组D与补偿组E之间的空气间隔为16.7 mm～23.27mm。
4.根据权利要求2所述的高清透雾宽波段可见光摄像机镜头，其特征在于：所述正月牙透镜A1与第一胶合组之间的空气间隔为0.09mm，所述第一胶合组与正月牙透镜A4之间的空气间隔为0.12 mm，所述双凸透镜D1与第三胶合组之间的空气间隔为0.18mm，所述第三胶合组与第四胶合组之间的空气间隔为3.35 mm，所述第五胶合组与双凸透镜E3之间的空气间隔为0.12mm。
5.一种高清透雾宽波段可见光摄像机镜头的成像方法，其特征在于：包括如权利要求1~4任意一项所述的高清透雾宽波段可见光摄像机镜头，包含以下步骤：光线顺序进入光焦度为正的调焦组A、光焦度为负的变倍组B、可变光栏C、光焦度为负的调光组D、光焦度为正的补偿组E以及滤光片F后进行成像。
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