CN205027963U - 小型化高清透雾变焦摄像镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小型化高清透雾变焦摄像镜头，所述镜头依次设有光焦度为正的前固定组A，光焦度为负的变倍组B，光焦度为负的补偿组C，光焦度为正的后固定组D和滤色镜片E；所述前固定组A包括正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、由负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4密接的第一胶合组；所述变倍组B包括双凹透镜B-1以及由双凸透镜B-2和双凹透镜B-3密接的第二胶合组；所述补偿组C包括由正月牙透镜C-1和双凹透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组D包括双凸透镜D-1、由双凸透镜D-2和双凹镜组D-3密接的第四胶合组、双凸透镜D-4、以及由正月牙透镜D-5与负月牙透镜D-6密接的第五胶合组。该镜头提高了分辨率，提高在雨、雪、薄雾等阴霾天气探测能力和清晰度。

Description

小型化高清透雾变焦摄像镜头

技术领域

本实用新型涉及一种小型化高清透雾变焦摄像镜头，属于光电技术领域。

背景技术

普通摄像镜头仅限于一般照明条件的应用场合，当应用于如雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下时，系统探测距离将严重降低，特别是信号本身很弱时，会导致目标信号淹没于背景信号当中，无法正常使用；由于玻璃材料存在色散，对不同波段的光线，其最佳像面位置不一致，导致常用的可见光波段成像镜头在近红外波段难以保持高质量的成像效果；传统的光路结构在外形体积受限时，也普遍存在变倍倍数非常小、分辨率不高的特点。

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，光电视频监控已由以往对外界景物纯粹的“观看”发展到现今的“识别和认知”；从以往只能对良好光照条件下的监控到雨、雪、薄雾等恶劣条件下的不间断的、高质量的连续监控；且目前整机系统朝紧凑型方向发展，也要求镜头体积尽可能小，提高竞争力。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种结构紧凑的小型化高清透雾变焦摄像镜头，满足分辨率与高清摄像机适配的使用要求，提高在雨、雪、薄雾等阴霾天气探测能力和清晰度。

本实用新型采用以下方案实现：一种小型化高清透雾变焦摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有光焦度为正的前固定组A，光焦度为负的变倍组B，光焦度为负的补偿组C，光焦度为正的后固定组D和滤色镜片E；所述前固定组A包括自前向后依次设置的正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、由负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4密接的第一胶合组；所述变倍组B包括自前向后依次设置的双凹透镜B-1以及由双凸透镜B-2和双凹透镜B-3密接的第二胶合组；所述补偿组C包括由正月牙透镜C-1和双凹透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组D包括自前向后依次设置的双凸透镜D-1、由双凸透镜D-2和双凹镜组D-3密接的第四胶合组、双凸透镜D-4、以及由正月牙透镜D-5与负月牙透镜D-6密接的第五胶合组。

进一步的，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是3.28～26.84mm，变倍组B与补偿组C之间的空气间隔是5.33～16.80mm，补偿组C与后固定组D之间的空气间隔是2.70～24.13mm。

进一步的，所述前固定组A中正月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔为0.12mm，正月牙透镜A-2与第一胶合组之间的空气间隔是0.12mm；所述变倍组B中双凹透镜B-1与第二胶合组之间的空气间隔为0.12mm；所述后固定组D中双凸透镜D-1与第四胶合组之间的空气间隔为0.13mm，第四胶合组与双凸透镜D-4之间的空气间隔为0.14mm，双凸透镜D-4与第五胶合组之间的空气间隔为1.00mm。

进一步的，所述正月牙透镜A-2、正月牙透镜A-4采用超低色散材料H-FK61制成。

进一步的，所述镜头机械结构包括位于中部的变倍镜筒和位于前部的聚焦镜筒，所述聚焦镜筒内套有用以安装前固定组A的前组镜座；所述变倍镜筒内设置有可相对变倍镜筒前后移动的变倍移动座和补偿移动座，所述变倍移动座上套设有用以安装变倍组B的变倍镜座，所述补偿移动座上套设有用以安装补偿组C的补偿镜座；位于变倍镜筒后端设置有用以安装后固定组D的后组镜座，位于后组镜座后方设置有用以安装滤色镜片E的转盘。

进一步的，所述聚焦镜筒上外套有聚焦凸轮，聚焦镜筒旁侧设置有聚焦限位开关以及与聚焦凸轮通过齿啮合传动的聚焦电机，聚焦凸轮通过聚焦导钉带动前组镜座前后移动。

进一步的，所述变倍镜筒上外套有变倍凸轮，变倍凸轮通过变倍导钉和补偿导钉分别带动变倍移动座和补偿移动座沿轴向前后移动，位于变倍镜筒内还设置有用以变倍移动座和补偿移动座移动导向的导轴；位于变倍镜筒旁侧设置有变倍限位开关以及与变倍凸轮通过齿啮合传动的变倍电机和电位器。

进一步的，所述滤色镜片E包括可见光滤色镜片和近红外滤色镜片；所述转盘通过转轴偏心铰接于所述后组镜座后端，后组镜座后端还设置有滤色片限位开关以及与转盘通过齿啮合传动的切换电机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：该小型化高清透雾变焦摄像镜头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，采用负组补偿并使用多片ED（超低色散）材料，有效地降低了光学镜头二级光谱等像差，使之能对包含可见光波段和近红外波段的宽光谱成像，且镜头的分辨率显著提高，达到百万像素，可与高清晰度的摄像机适配；在光路结构末端引入摄远距结构，有效减小了系统体积，实现了系统的小型化；通过切换滤色片改变镜头工作波段，进一步提高近红外波段的成像效果，增强摄像系统在雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下对远距离目标的探测能力。

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的光学系统示意图；

图2为本实用新型实施例的机械结构剖视图；

图3为图2的右视图；

图4为本实用新型实施例中电动聚焦机构剖视图；

图5为图4的左视图；

图6为本实用新型实施例中电动聚焦机构立体图；

图7为本实用新型实施例中电动变焦机构剖视图；

图8为图7的左视图；

图9为本实用新型实施例中电动变焦机构立体图；

图10为本实用新型实施例中滤色片切换机构剖视图；

图11为图10的右视图；

图12为本实用新型实施例中滤色片切换机构立体图；

图13为本实用新型镜头长焦时在可见光波段的MTF图。

图14为本实用新型镜头长焦时在近红外波段（750nm～950nm）的MTF图。

图中标号说明：4-1.前固定组件，4-2.变倍组件，4-3.补偿组件，4-4.变倍凸轮组件，4-5.后固定组件，4-6.滤色片切换机构，4-7.摄像机组件，4-8.电动变焦机构，4-9.电动聚焦机构；5-1.正月牙透镜A-1，5-2.正月牙透镜A-2，5-3.负月牙透镜A-3，5-4.正月牙透镜A-4，5-5.第一压圈，5-6.第一隔圈，5-7.第二隔圈，5-8.聚焦导钉，5-9.聚焦凸轮，5-10.聚焦镜筒，5-11.前组镜座，5-12.聚焦凸轮压圈，5-13.聚焦电机支架，5-14.聚焦电机齿轮，5-15.聚焦限位支架，5-16.聚焦限位开关，5-17.聚焦限位钉，5-18.聚焦电机；6-1.变倍镜座，6-2.变倍移动座，6-3.凸轮盖板，6-4.导轴，6-5.前排钢球，6-6.变倍导钉，6-7.变倍凸轮，6-8.变倍镜筒，6-9.补偿导钉，6-10.后排钢球，6-11.变倍凸轮压圈，6-12.变倍轴承，6-13.补偿移动座，6-14.补偿镜座，6-15.电位器齿轮，6-16.变倍电机支架，6-17.变倍电机齿轮，6-18.变倍过轮，6-19.电位器，6-20.变倍电机，6-21.变倍限位支架，6-22.变倍限位开关；7-1.双凸透镜D-1，7-2.双凸透镜D-2，7-3.双凹镜组D-3，7-4.双凸透镜D-4，7-5.正月牙透镜D-5，7-6.负月牙透镜D-6，7-7.滤色片E，7-8.后组镜座，7-9.转轴，7-10.切换电机，7-11.滤色片限位开关，7-12.转盘，7-13.可见光滤色片，7-14.近红外滤色片，7-15.滤色片过轮，7-16.滤色片限位支架，7-17.滤色片过轮轴，7-18.切换电机架，7-19.切换电机齿轮。

具体实施方式

如图1~12所示，一种小型化高清透雾变焦摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有光焦度为正的前固定组A，光焦度为负的变倍组B，光焦度为负的补偿组C，光焦度为正的后固定组D和滤色镜片E；所述前固定组A包括自前向后依次设置的正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、由负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4密接的第一胶合组；所述变倍组B包括自前向后依次设置的双凹透镜B-1以及由双凸透镜B-2和双凹透镜B-3密接的第二胶合组；所述补偿组C包括由正月牙透镜C-1和双凹透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组D包括自前向后依次设置的双凸透镜D-1、由双凸透镜D-2和双凹镜组D-3密接的第四胶合组、双凸透镜D-4、以及由正月牙透镜D-5与负月牙透镜D-6密接的第五胶合组。

在本实施例中，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是3.28～26.84mm，变倍组B与补偿组C之间的空气间隔是5.33～16.80mm，补偿组C与后固定组D之间的空气间隔是2.70～24.13mm。

在本实施例中，所述前固定组A中正月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔为0.12mm，正月牙透镜A-2与第一胶合组之间的空气间隔是0.12mm；所述变倍组B中双凹透镜B-1与第二胶合组之间的空气间隔为0.12mm；所述后固定组D中双凸透镜D-1与第四胶合组之间的空气间隔为0.13mm，第四胶合组与双凸透镜D-4之间的空气间隔为0.14mm，双凸透镜D-4与第五胶合组之间的空气间隔为1.00mm。

在本实施例中，所述正月牙透镜A-2、正月牙透镜A-4采用超低色散材料H-FK61制成。

由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：

1.焦距：f′min=19.35mm，f′max=144.0mm；

2.相对孔径D/f′=1/4.5；

3.视场角2ω=19.3°～2.48°；

4.光学结构长度∑L≤108.00mm；

5.变倍行程≤23.56mm；

6.镜头分辨率：与超百万像素CCD摄像机或CMOS摄像机适配；

7.透雾滤色片的透过光谱：750~950nm。

在光学设计时，对前固定镜片组进行复杂化，增加一个正透镜，且选用ED（超低色散）光学材料，这样提高了轴上光线高度最高的前固定组的光焦度承担能力，有效地降低了光学镜头二级光谱等像差，使镜头能在宽光谱范围内成像，且分辨率得到显著提高，达到超百万像素水平，可与高清晰度的摄像机适配；严格限定变倍组的导程在一个较小的范围内，减小系统长度，且使得变焦全程时间减少；在后固定组末端引用摄远结构，结合玻璃材料的合理选配，使得系统光学系统长度迅速减小的同时，保持机械后焦距足够大，便于滤色片的切换与安装。

考虑到雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下，在空气中含有微小水粒，根据米氏散射理论：当散射粒子半径c与入射光线波长λ的比值c/λ较小时，在像面上图像的光能下降较小。据此在光学设计时，加大了近红外谱线（波长λ在750nm以上的谱线）的权重，使镜头在近红外波段也有较高的分辨率。通过切换滤色片改变工作模式，可进一步提高镜头在近红外波段的成像质量，增强摄像系统在雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下对远距离目标的探测能力。进行膜系优化设计，使光学镜头在450nm~950nm波段范围有高于80%的透过率。

在本实施例中，所述镜头机械结构包括位于中部的变倍镜筒6-8和位于前部的聚焦镜筒5-10，所述聚焦镜筒5-10内套有用以安装前固定组A的前组镜座5-11；所述变倍镜筒6-8内设置有可相对变倍镜筒6-8前后移动的变倍移动座6-2和补偿移动座6-13，所述变倍移动座6-2上套设有用以安装变倍组B的变倍镜座6-1，所述补偿移动座6-13上套设有用以安装补偿组C的补偿镜座6-14；位于变倍镜筒6-8后端设置有用以安装后固定组D的后组镜座7-8，位于后组镜座7-8后方设置有用以安装滤色镜片E的转盘7-12。

在本实施例中，所述聚焦镜筒5-10上外套有聚焦凸轮5-9，聚焦镜筒5-10旁侧设置有聚焦限位开关5-16以及与聚焦凸轮5-9通过齿啮合传动的聚焦电机5-18，聚焦凸轮5-9通过聚焦导钉5-8带动前组镜座5-11前后移动，所述聚焦导钉为两个并且对称设置，两聚焦导钉分别穿过聚焦凸轮5-9上的两线性斜槽以及聚焦镜筒5-10上对称设置的两导槽后旋接于前组镜座5-11上，当聚焦电机5-18加电旋转，带动聚焦凸轮5-9旋转时，通过聚焦镜筒5-10上导槽限制，前组镜筒5-11的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的聚焦。

在本实施例中，所述变倍镜筒6-8上外套有变倍凸轮6-7，变倍凸轮6-7通过变倍导钉6-6和补偿导钉6-9分别带动变倍移动座6-2和补偿移动座6-13沿轴向前后移动，位于变倍镜筒6-8内还设置有用以变倍移动座6-2和补偿移动座6-13移动导向的导轴6-4；位于变倍镜筒6-8旁侧设置有变倍限位开关6-22以及与变倍凸轮6-7通过齿啮合传动的变倍电机6-20和电位器6-19，所述电位器为精密电位器，实现焦距预置功能。

在本实施例中，所述导轴6-4通过凸轮盖板6-3固定在变倍镜筒6-8上，变倍凸轮6-7通过前排钢球6-5和后排钢球6-10安置在变倍镜筒6-8上，安装上变倍轴承6-12，并用变倍凸轮压圈6-11压紧形成滚动轴承结构，把变倍凸轮6-7旋转时的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减少变倍凸轮6-7运动时的摩擦力；所述变倍凸轮6-7按光学变焦运动方程的要求加工两条变倍、补偿曲线槽，分别用变倍导钉6-6和补偿导钉6-9把变倍凸轮6-7与变倍组件4-2和补偿组件4-3联接在一起，严格控制变倍导钉6-6和补偿导钉6-9与两条曲线槽的配合间隙，保证变倍组件4-2、补偿组件4-3滑动平稳舒适、无卡滞。

当变倍电机6-20转子作正负旋转运动时，使电位器6-19转子与变倍凸轮6-7同步转动，通过变倍导钉6-6和补偿导钉6-9带动变倍移动座6-2和补偿移动座6-13前后直线运动，从而实现系统焦距的连续可变功能，当系统的焦距发生变化时，电位器齿轮6-15通过与变倍凸轮6-7上的齿轮啮合，使电位器6-19旋转，则电位器6-19的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以取出电位器6-19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。

在本实施例中，所述滤色镜片E包括可见光滤色镜片7-13和近红外滤色镜片7-14；所述转盘7-12通过转轴盘7-9偏心铰接于所述后组镜座7-8后端，后组镜座7-8后端还设置有滤色片限位开关7-11以及与转盘7-12通过齿啮合传动的切换电机7-10，当切换电机7-10加电后，带动转盘7-12转动，滤色片限位开关7-11起到限位作用，从而实现可见光滤色片与近红外滤色片之间的来回切换，最终达到透雾要求。

上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小型化高清透雾变焦摄像镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有光焦度为正的前固定组A，光焦度为负的变倍组B，光焦度为负的补偿组C，光焦度为正的后固定组D和滤色镜片E；所述前固定组A包括自前向后依次设置的正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2、由负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4密接的第一胶合组；所述变倍组B包括自前向后依次设置的双凹透镜B-1以及由双凸透镜B-2和双凹透镜B-3密接的第二胶合组；所述补偿组C包括由正月牙透镜C-1和双凹透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组D包括自前向后依次设置的双凸透镜D-1、由双凸透镜D-2和双凹镜组D-3密接的第四胶合组、双凸透镜D-4、以及由正月牙透镜D-5与负月牙透镜D-6密接的第五胶合组。

2.根据权利要求1所述的小型化高清透雾变焦摄像镜头，其特征在于：所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是3.28～26.84mm，变倍组B与补偿组C之间的空气间隔是5.33～16.80mm，补偿组C与后固定组D之间的空气间隔是2.70～24.13mm。

3.根据权利要求2所述的小型化高清透雾变焦摄像镜头，其特征在于：所述前固定组A中正月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔为0.12mm，正月牙透镜A-2与第一胶合组之间的空气间隔是0.12mm；所述变倍组B中双凹透镜B-1与第二胶合组之间的空气间隔为0.12mm；所述后固定组D中双凸透镜D-1与第四胶合组之间的空气间隔为0.13mm，第四胶合组与双凸透镜D-4之间的空气间隔为0.14mm，双凸透镜D-4与第五胶合组之间的空气间隔为1.00mm。

4.根据权利要求1所述的小型化高清透雾变焦摄像镜头，其特征在于：所述正月牙透镜A-2、正月牙透镜A-4采用超低色散材料H-FK61制成。

5.根据权利要求1所述的小型化高清透雾变焦摄像镜头，其特征在于：所述镜头机械结构包括位于中部的变倍镜筒和位于前部的聚焦镜筒，所述聚焦镜筒内套有用以安装前固定组A的前组镜座；所述变倍镜筒内设置有可相对变倍镜筒前后移动的变倍移动座和补偿移动座，所述变倍移动座上套设有用以安装变倍组B的变倍镜座，所述补偿移动座上套设有用以安装补偿组C的补偿镜座；位于变倍镜筒后端设置有用以安装后固定组D的后组镜座，位于后组镜座后方设置有用以安装滤色镜片E的转盘。

6.根据权利要求5所述的小型化高清透雾变焦摄像镜头，其特征在于：所述聚焦镜筒上外套有聚焦凸轮，聚焦镜筒旁侧设置有聚焦限位开关以及与聚焦凸轮通过齿啮合传动的聚焦电机，聚焦凸轮通过聚焦导钉带动前组镜座前后移动。

7.根据权利要求6所述的小型化高清透雾变焦摄像镜头，其特征在于：所述变倍镜筒上外套有变倍凸轮，变倍凸轮通过变倍导钉和补偿导钉分别带动变倍移动座和补偿移动座沿轴向前后移动，位于变倍镜筒内还设置有用以变倍移动座和补偿移动座移动导向的导轴；位于变倍镜筒旁侧设置有变倍限位开关以及与变倍凸轮通过齿啮合传动的变倍电机和电位器。

8.根据权利要求7所述的小型化高清透雾变焦摄像镜头，其特征在于：所述滤色镜片E包括可见光滤色镜片和近红外滤色镜片；所述转盘通过转轴偏心铰接于所述后组镜座后端，后组镜座后端还设置有滤色片限位开关以及与转盘通过齿啮合传动的切换电机。