专利名称：大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及视频技术的光学摄像装置，特别是一种大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头。
背景技术：
机械补偿式可变焦距镜头在视频摄像领域的应用已有数十年的历史了，传统的光学系统形式由前固定组、变倍组、补偿组和后固定组四个组元构成；但是它们普遍存在着体积较大、观测视场较小、变倍比小、分辨率不高，不能与高精度的摄像机适配等缺点。
发明内容鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头；该镜头克服了使用数十年的变焦距镜头分辨率无法与高清摄像机适配，并且受限于重量和体积，导致观测视场较小、变倍比小、图像对比度、清晰度不高，严重影响系统的探測能力等缺陷。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，包括调焦机构和变焦机构，其特征在干所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向分别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、可变光栏组件D以及光焦度为正的后固定组E ;所述前固定组A依次设有由负月牙透镜A-I和双凸透镜A-2密接的第一胶合组、正月牙透镜A-3以及正月牙透镜A-4 ;所述变倍组B依次设有负月牙透镜B-I以及由双凹透镜B-2和双凸透镜B-3密接的第二胶合组；所述补偿组C设有由双凹透镜C-I和平凸透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组E的前部依次设有平凸透镜E-I和双凸透镜E-2，中部依次设有由双凸透镜E-3和双凹透镜E-4密接的第四胶合组以及正月牙透镜E-5，后部设有由负月牙透镜E-6和双凸透镜E-7密接的第五胶合组。进ー步地，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间_是O. 9mm 31. 45mm ;所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是29. 81mm 5. 21mm ;补偿组C和后固定组E之间的空气间隔是9. 97mm 2. 47mm ;所述前固定组A中的第一胶合组和正月牙透镜A-3之间的空气间隔是O. 1mm，所述正月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4之间的空气间隔是O. Imm ;所述变倍组B中的负月牙透镜B-I和第二胶合组之间的空气间隔是3. 55mm ;所述后固定组E中的平凸透镜E-I和双凸透镜E-2之间的空气间隔是O. Imm,所述双凸透镜E-2和第四胶合组之间的空气间隔是O. 1mm，所述第四胶合组和正月牙透镜E-5之间的空气间隔是O. 2mm，所述正月牙透镜E-5和第五胶合组之间的空气间隔是5. 95mm。进ー步地，所述前固定组A中的正月牙透镜A-4是由超低色散的H-FK61材料制作。进ー步地，所述镜头的光学系统具有以下光学指标(I)焦距短焦f' ^ 5. 8mm ；长焦f' =100mm± 1%，变倍比大于17. 2倍；(2)相对孔径D/f'大于1/4.5 ; (3)视场角2w=54. 8° 3.4。；(4)最大尺寸不大于 200mmX136mmX70mm ;(5)重量彡 I. 2Kg ;(6)镜头分辨率与百万像素CCD摄像机或CMOS摄像机适配。[0008]与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点(1)该镜头尽量简化了光学系统的结构以达到高变倍比、体积小巧，并使得在变倍组B的倍比m2= -I处，补偿组C的倍比I m3 I按最速变焦路线运动，进而使得变焦过程的导程最小，光学总长最短，使整个系统的体积小巧。(2)该镜头的光学系统具有电动连续变焦、电动调焦、电动调光、焦距反馈等功能，它能在良好天候的环境下为百万像素的1/3" CCD或CMOS摄像机提供光电信号，产生高清晰度的视频图像，在同等尺寸和重量条件下，它比普通光学镜头具有更大的观测视场、更高的分辨率、更大的变倍比，且适用于复杂的机载环境条件。(3)通过在前固定组A中选用由超低色散的H-FK61光学材料制成的正月牙透镜A-4，不仅提高了光线高度最高的前固定组A的光焦度承担能力，而且有效地降低了光学镜头ニ级光谱等像差，使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。
图I为本实用新型实施例光学系统的构造示意图。图2为本实用新型实施例的构造示意图。图3为图2的右视示意图。图4为本实用新型实施例调焦机构的构造示意图。图5为本实用新型实施例变焦机构的构造示意图。图中A-前固定组，B-变倍组，C-补偿组，D-可变光栏组件，E-后固定组，A_l、B-I> E_6_ 负月牙透镜,A_2、B_3、E_2、E_3、E-7-双凸透镜，A_3、A_4、E-5-正月牙透镜，B-2、C-l、E-4-双凹透镜，C-2、E-1-平凸透镜，F-光学靶面，G-光轴，I-螺钉，2-凸轮盖板，3-主镜筒，4-前精密钢球，5-过轮，6-变倍座，7-变倍导钉，8-变倍导套，9-导杆，10-凸轮，11-变倍电机组件，12-精密电位器，13-补偿导套，14-补偿导钉，15-补偿座，16-后精密钢球，17-凸轮锁紧圈，18-调焦环，19-前组镜筒锁紧圏，20-前组镜座，21-调焦电机组件，22-调焦导钉，23-前组镜筒，24-光栏电机组件。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进ー步的阐述。參考图1，一种大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，包括调焦机构和变焦机构，其特征在干所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向分别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、可变光栏组件D以及光焦度为正的后固定组E ;所述前固定组A依次设有由负月牙透镜A-I和双凸透镜A-2密接的第一胶合组、正月牙透镜A-3以及正月牙透镜A-4 ;所述变倍组B依次设有负月牙透镜B-I以及由双凹透镜B-2和双凸透镜B-3密接的第二胶合组；所述补偿组C设有由双凹透镜C-I和平凸透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组E的前部依次设有平凸透镜E-I和双凸透镜E-2，中部依次设有由双凸透镜E-3和双凹透镜E-4密接的第四胶合组以及正月牙透镜E-5，后部设有由负月牙透镜E-6和双凸透镜E-7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O. 9mm 31. 45mm ；所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是29. 81mm 5. 21mm ;补偿组C和后固定组E之间的空气间隔是9. 97mm 2. 47mm。所述前固定组A中的第一胶合组和正月牙透镜A-3之间的空气间隔是O. 1mm，所述正月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4之间的空气间隔是O. 1mm。所述变倍组B中的负月牙透镜B-I和第二胶合组之间的空气间隔是3. 55_。所述后固定组E中的平凸透镜E-I和双凸透镜E-2之间的空气间隔是O. 1mm，所述双凸透镜E-2和第四胶合组之间的空气间隔是O. 1mm，所述第四胶合组和正月牙透镜E-5之间的空气间隔是O. 2mm，所述正月牙透镜E- 5和第五胶合组之间的空气间隔是5. 95mm。为追求更高的分辨率，在光学设计时，通过在前固定组A中选用由超低色散的H-FK61光学材料制成的正月牙透镜A-4，不仅提高了光线高度最高的前固定组的光焦度承担能力，而且有效地降低了光学镜头ニ级光谱等像差，使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。由上述镜组构成的光学系统达到了以下光学指标(I)焦距短焦f' ^ 5. 8mm ；长焦f' =100mm± 1%，变倍比大于17. 2倍；(2)相对孔径D/f'大于1/4. 5 ; (3)视场角2w=54. 8° 3. 4。；(4)最大尺寸不大于 200mmX136mmX70mm ;(5)重量彡 I. 2Kg ;(6)镜头分辨率与百万像素1/3" CCD摄像机或CMOS摄像机适配。參考图2 3，该镜头总长LI为98mm,从前端到光学祀面F距离Hl为112mm,镜头的大小为直径Φ1为81mm与高度H2为58mm相交的虚线范围内。为了承受机载的振动，所述镜头的后端部设计了ー个H3XL2 (其中H3=78mm，L2=91mm)的长方形法兰，在法兰上钻8个直径Φ 2为3. 5_的孔，与机载舱体通过法兰用螺钉连接成一体；采用这种固联方式可以降低镜头的谐振频率，从而提高镜头的抗振性能。參考图4，所述调焦机构包括安装在主镜筒3上的调焦电机组件21和安装有前固定组A的前组镜筒23，所述前组镜筒23通过前组镜座20安装在主镜筒3内，所述前组镜座20的前端设置有用于锁紧前组镜筒23的前组镜筒锁紧圈19。所述调焦电机组件21的齿轮与电机转子固定连接，所述调焦电机组件21的齿轮与调焦环18的外齿圈相啮合。所述调焦环18的内螺纹分别与前组镜座20的外螺纹、主镜筒3的外螺纹相连接，所述调焦环18与主镜筒3之间采用螺距为2mm的右旋螺纹连接，所述调焦环18与前组镜座20之间采用螺距为O. 75mm的左旋螺纹连接。所述前组镜座20上均匀设置有三个分别与主镜筒3上的导槽相配合以引导其相对主镜筒3作旋转直线运动的调焦导钉22。当调焦电机组件21的电机通电时，转子做正反向运动，齿轮通过啮合带动调焦环18作正反向运动，调焦环18通过与主镜筒3相连接的右旋螺纹及前组镜筒23相连接的左旋螺纹带动前组镜筒23，并在三个均布调焦导钉22的作用下作正反向的直线运动，从而带动镜头的前固定组A作正反向的直线运动，实现系统调焦的目的。參考图5，所述变焦机构包括变倍电机组件11、安装有变倍组B的变倍座6以及安装有补偿组C的补偿座15，所述变倍座6和补偿座15分别安装在主镜筒3内的两导杆9的前后端上，所述两导杆9分别对称地用凸轮盖板2固定在主镜筒3上，所述变倍座6、补偿镜座通过紧配合分别压在变倍导套8、补偿导套13上进而安装在两导杆9上。所述变倍电机组件11的齿轮经过轮5分别与精密电位器12的齿轮和凸轮10的齿轮相啮合。所述凸轮10的前后端分别经前精密钢球4和后精密钢球16安装在主镜筒3上并由凸轮锁紧圈17压紧，把凸轮10旋转时的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减少凸轮10运动时的摩擦力。所述凸轮10按光学变焦运动方程的要求铣上变倍曲线槽和补偿曲线槽，所述变倍座6上设置有与变倍曲线槽相配合的变倍导钉7，所述补偿座15上设置有与补偿曲线槽相配合的补偿导钉14。其中，两条导杆9起到支撑作用，并且将变倍座6、补偿座15的旋转运动转化为直线运动；变倍导套8、补偿导套13是为了増加滑动配合长度，增加变倍座6、补偿座15运动时的平稳性。当变倍电机 组件11的转子作正负旋转运动时，变倍电机组件11的齿轮通过过轮5与精密电位器12的齿轮、凸轮10的齿轮啮合转动使精密电位器12与凸轮10同步旋转，通过变倍曲线槽、补偿曲线槽及变倍导钉7、补偿导钉14带动变倍座6、补偿座15分别按变倍曲线槽、补偿曲线槽的方式运动；这样通过电机旋转实现变倍座6、补偿座15按变倍运动方程要求作前后直线运动，从而使系统的焦距产生变化。当系统的焦距发生变化时，精密电位器12的齿轮通过过轮5啮合，使电位器旋转，则电位器的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以取出电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现变焦值的显示。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
权利要求1.一种大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，包括调焦机构和变焦机构，其特征在于所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向分别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、可变光栏组件D以及光焦度为正的后固定组E ;所述前固定组A依次设有由负月牙透镜A-I和双凸透镜A-2密接的第一胶合组、正月牙透镜A-3以及正月牙透镜A-4;所述变倍组B依次设有负月牙透镜B-I以及由双凹透镜B-2和双凸透镜B-3密接的第二胶合组；所述补偿组C设有由双凹透镜C-I和平凸透镜C-2密接的第三胶合组；所述后固定组E的前部依次设有平凸透镜E-I和双凸透镜E-2，中部依次设有由双凸透镜E-3和双凹透镜E-4密接的第四胶合组以及正月牙透镜E-5，后部设有由负月牙透镜E-6和双凸透镜E-7密接的第五胶合组。
2.根据权利要求I所述的大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，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0. 9mm 31. 45mm ;所述变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是29. 8Imm 5. 2Imm ;补偿组C和后固定组E之间的空气间隔是9. 97mm 2.47mm n
3.根据权利要求I所述的大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，其特征在于所述前固定组A中的第一胶合组和正月牙透镜A-3之间的空气间隔是0. 1mm，所述正月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4之间的空气间隔是0. 1mm。
4.根据权利要求I所述的大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，其特征在于所述变倍组B中的负月牙透镜B-I和第二胶合组之间的空气间隔是3. 55_。
5.根据权利要求I所述的大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，其特征在于所述后固定组E中的平凸透镜E-I和双凸透镜E-2之间的空气间隔是0. 1_，所述双凸透镜E-2和第四胶合组之间的空气间隔是0. Imm,所述第四胶合组和正月牙透镜E-5之间的空气间隔是0. 2mm，所述正月牙透镜E-5和第五胶合组之间的空气间隔是5. 95mm。
6.根据权利要求I所述的大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，其特征在于所述前固定组A中的正月牙透镜A-4是由超低色散的H-FK61光学材料制作而成。
7.根据权利要求I所述的大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，其特征在于所述镜头的光学系统具有以下光学指标(I)焦距短焦f' ( 5. 8mm;长焦f' =100_±1%，变倍比大于17. 2倍；(2)相对孔径D/f '大于1/4. 5 ;(3)视场角2w=54. 8° 3. 4。；(4)最大尺寸不大于 200臟\136111111\70111111;(5)重量彡1.21^;(6)镜头分辨率与百万像素CCD摄像机或CMOS摄像机适配。
8.根据权利要求I所述的大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，其特征在于所述调焦机构包括安装在主镜筒上的调焦电机组件和安装有前固定组A的前组镜筒，所述前组镜筒通过前组镜座安装在主镜筒内，所述调焦电机组件的齿轮与电机转子固定连接，所述调焦电机组件的齿轮与调焦环的外齿圈相啮合，所述调焦环的内螺纹分别与前组镜座的外螺纹、主镜筒的外螺纹相连接，所述前组镜座上均匀设置有若干个分别与主镜筒上的导槽相配合以引导其相对主镜筒作旋转直线运动的调焦导钉。
9.根据权利要求I所述的大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，其特征在于所述变焦机构包括变倍电机组件、安装有变倍组B的变倍座以及安装有补偿组C的补偿座，所述变倍座和补偿座分别安装在主镜筒内的两导杆的前后端上，所述变倍电机组件的齿轮经过轮分别与精密电位器的齿轮和凸轮的齿轮相啮合，所述凸轮的前后端分别经前精密钢球和后精密钢球安装在主镜筒上并由凸轮锁紧圈压紧，所述凸轮上开设有变倍曲线槽和补偿曲线槽，所述变倍座上设置有与变倍曲线槽相配合的变倍导钉，所述补偿座上设置有与补偿曲线槽相配合的补偿导钉。
10.根据权利要求I所述的大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，其特征在于所述镜头的后端部设置有与机载舱体相连接的法兰，所述法兰上开设有若干个孔，所述镜头经螺钉与机载舱体连接成一体。
专利摘要本实用新型涉及一种大视场高分辨率大倍比机载变焦距摄像镜头，沿光线自左向右入射方向分别设有光焦度为正的前固定组、光焦度为负的变倍组、光焦度为负的补偿组、可变光栏组件以及光焦度为正的后固定组；所述前固定组依次设有由负月牙透镜和双凸透镜密接的胶合组、正月牙透镜以及正月牙透镜；所述变倍组依次设有负月牙透镜以及由双凹透镜和双凸透镜密接的胶合组；所述补偿组设有由双凹透镜和平凸透镜密接的胶合组；所述后固定组的前部依次设有平凸透镜和双凸透镜，中部依次设有由双凸透镜和双凹透镜密接的胶合组以及正月牙透镜，后部设有由负月牙透镜和双凸透镜密接的胶合组。具有大视场、大变倍比、高分辨率及可与高精度的摄像机适配等优点。
文档编号G02B15/17GK202404293SQ20112054357
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者林春生, 欧松, 肖维军, 黄友镜, 黄霞霞 申请人:福建福光数码科技有限公司