紧凑型超大像面连续变焦镜头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种紧凑型超大像面连续变焦镜头，沿光线入射方向设有光焦度为正的前固定镜组、光焦度为负的变倍镜组、光焦度为负的补偿镜组、可变光阑及光焦度为正的后固定镜组，所述前固定镜组设有正月牙型镜片及由负月牙型镜片与正月牙型镜片密接的胶合组，所述变倍镜组设有双凸镜片、由双凹镜片与正月牙型镜片密接的胶合组及负月牙型镜片，所述补偿镜组设有由正月牙型镜片与负月牙型镜片密接的胶合组，所述后固定镜组设有双凸镜片、由负月牙型镜片与双凸镜片密接的胶合组、平凹镜片、正月牙型镜片、由平凹镜片与双凸镜片密接的胶合组及由双凹镜片与双凸镜片密接的胶合组。本发明克服了大靶面成像系统固有的垂轴像差较大的缺陷，能与高像素摄像机适配。
【专利说明】紧凑型超大像面连续变焦镜头
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种紧凑型超大像面连续变焦镜头，属于光电【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 远距型系统因其特有的结构紧凑的特点，而在对系统提出严格几何外形限制要求 的场合得到了广泛的应用。但是这种系统也有固有的缺点，比如：系统主要光焦度集中在系 统前部分，增加了球差、轴上色差尤其是二级光谱等轴向像差的校正难度；光焦度前后分离 现象比较严重，轴外像差尤其是垂轴色差、畸变等严重限制了远距型系统的视场角，难于在 大靶面系统中应用；特别是当要求这类系统与高清相机适配时，更增加了设计难度。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述缺陷，本发明的目的在于为视频摄像系统提供一种紧凑型超大像面 连续变焦镜头，能够与高清的摄像机适配，提供高性能的视频图像。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种紧凑型超大像面连续变焦镜头，所 述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定镜组、光焦度 为负的变倍镜组、光焦度为负的补偿镜组、可变光阑以及光焦度为正的后固定镜组，所述前 固定镜组依次设有正月牙型镜片A-ι以及由负月牙型镜片A-2与正月牙型镜片A-3密接的 胶合组I，所述变倍镜组依次设有双凸镜片B-1、由双凹镜片B-2与正月牙型镜片B-3密接 的胶合组II以及负月牙型镜片B-4,所述补偿镜组依次设有由正月牙型镜片C-1与负月牙 型镜片C-2密接的胶合组III，所述后固定镜组依次设有双凸镜片E-1、由负月牙型镜片E-2 与双凸镜片E-3密接的胶合组IV、平凹镜片E-4、正月牙型镜片E-5、由平凹镜片E-6与双凸 镜片E-7密接的胶合组V以及由双凹镜片E-8与双凸镜片E-9密接的胶合组VI。
[0005] 进一步的，所述前固定镜组与变倍镜组之间的空气间隔为62. 39mnTl. 73mm，所述 变倍镜组与补偿镜组之间的空气间隔为4. 52mnT58. 72mm，所述补偿镜组与后固定镜组之间 的空气间隔为0. 8mnT7. 26mm。
[0006] 进一步的，所述前固定镜组中的正月牙型镜片A-1与胶合组I之间的空气间隔为 0· 15mm ;所述变倍镜组中的双凸镜片B-1与胶合组II之间的空气间隔为0· 10mm，所述胶合 组II与负月牙型镜片B-4之间的空气间隔为3. 01mm;所述后固定镜组中的双凸镜片E-1 与胶合组IV之间的空气间隔为0. 12mm，所述胶合组IV与平凹镜片E-4之间的空气间隔为 0· 91mm，所述平凹镜片E-4与正月牙型镜片E-5之间的空气间隔为0· 10mm，所述正月牙型镜 片E-5与胶合组V之间的空气间隔为12. 31mm，所述胶合组V与胶合组VI之间的空气间隔 为 0·54mmη
[0007] 与现有技术相比，本发明具有以下优点： (1)通过合理分配A、B、C、Ε四个组元的光焦度，使光学系统总长与镜头的最大焦距值 之比达到0. 54,远低于一般的远距型折射系统（0. 75~0. 85)。
[0008] (2)适当复杂化特定群组，实现了系统的紧凑化，并通过在镜片Ε-7、Ε_9上反常应 用高折射、高色散的光学玻璃材料，校正了大靶面成像系统固有的垂轴像差，使之能与高像 素摄像机适配。
[0009] (3)在镜片A-3选用超低色散的光学玻璃材料H-FK61，解决了大通光量远距型系 统固有的二级光谱像差、色球差、高级球差等难于校正的问题，使镜头的分辨率提高。
[0010] (4)具有电动聚焦、电动连续变焦、电动调光及焦距预置等功能，可实现控制的自 动化，在保证结构紧凑的前提下，提高镜头的抗震性能，使其能在恶劣的振动环境下正常工 作。
[0011] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明实施例的光学系统图。
[0013] 图2为本发明实施例的机械结构图。
[0014] 图3为图2的左视图。
[0015] 图4为图2的右视图。
[0016] 图5为图2的立体图。
[0017] 图6为本发明实施例的电动聚焦机构图。
[0018] 图7为图6的左视图。
[0019] 图8为本发明实施例的电动变焦机构图。
[0020] 图9为图8的左视图。
[0021] 图10为本发明实施例的电动调光机构图。
[0022] 图11为图10中A-A处的剖视图。
[0023] 图1中：A.前固定镜组，A-1.正月牙型镜片Α-1，Α-2.负月牙型镜片A-2，A-3.正 月牙型镜片A-3，B.变倍镜组，B-1.双凸镜片Β-1，Β-2.双凹镜片B-2，B-3.正月牙型镜片 B-3，B-4.负月牙型镜片B-4，C.补偿镜组，C-1.正月牙型镜片C-l，C-2.负月牙型镜片C-2， D.可变光阑；E.后固定镜组，E-1.双凸镜片E-l，E-2.负月牙型镜片E-2, E-3.双凸镜片 E-3, E-4.平凹镜片E-4, E-5.正月牙型镜片E-5, E-6.平凹镜片E-6, E-7.双凸镜片E-7， E-8.双凹镜片Ε-8，Ε-9·双凸镜片E-9，F.像面。
[0024] 图2~5中：2-1.前固定镜组件，2-2.变倍镜组件，2-3.补偿组件，2-4.主镜筒， 2-5.可变光阑，2-6.后固定组件，2-7.摄像机组件，2-8.电动聚焦机构，2-9.电动变焦机 构，2-10.电动调光机构。
[0025] 图6~7中：3-1.正月牙型镜片A-1，3-2.负月牙型镜片A-2, 3-3.正月牙型镜片 Α-3,3-4·前组隔圈，3-5.前组压圈Ι，3-6·前组压圈ΙΙ，3-7·聚焦环，3-8.前组镜筒，3-9. 聚焦镜筒，3-10.聚焦拨钉，3-11.聚焦齿轮，3-12.聚焦电机，3-13.聚焦电机架，3-14.聚焦 限位支架，3-15.聚焦限位开关，3-16.聚焦限位钉。
[0026] 图8、中：4-1.主镜筒，4-2.凸轮盖板，4-3.变倍凸轮，4-4.导杆，4-5.钢球，4-6. 变倍轴承，4-7.变焦凸轮压圈，4-8.连接底座，4-9.变焦限位支架，4-10.变焦限位开关， 4-11.变焦限位钉，4-12.变焦电机，4-13.变焦主动轮，4-14.变焦电位器齿轮，4-15.变焦 电位器，4-16.变焦电机架。
[0027] 图l(Tll中：5-1.双凸镜片Ε-1，5-2·负月牙型镜片Ε-2,5-3·双凸镜片Ε-3,5-4· 平凹镜片E-4, 5-5.正月牙型镜片E-5, 5-6.光阑片，5-7.光阑铆钉，5-8.后组隔圈I，5-9. 光阑动环压圈，5-10.光阑动环，5. 11光阑座，5-12.光阑调节环，5-13.光阑拨钉，5-14.光 栏调节环压圈，5-15.后组垫片，5-16.后组隔圈II，5-17.后组压圈I，5-18.后组压圈II， 5-19.后组镜筒，5-20.平凹镜片E-6, 5-21.双凸镜片E-7, 5-22.双凹镜片E-8, 5-23.双凸 镜片E-9, 5-24.光阑限位开关，5-25.光阑限位拨片，5-26.光阑限位支架，5-27.光阑电机 架，5-28.光阑电机齿轮，5-29.光阑电机。
【具体实施方式】
[0028] 如图1所示，一种紧凑型超大像面连续变焦镜头，所述镜头的光学系统中沿光线 自左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定镜组A、光焦度为负的变倍镜组B、光焦度 为负的补偿镜组C、可变光阑D以及光焦度为正的后固定镜组E，所述前固定镜组A依次设 有正月牙型镜片A-1以及由负月牙型镜片A-2与正月牙型镜片A-3密接的胶合组I，所述 变倍镜组B依次设有双凸镜片B-1、由双凹镜片B-2与正月牙型镜片B-3密接的胶合组II 以及负月牙型镜片B-4,所述补偿镜组C依次设有由正月牙型镜片C-1与负月牙型镜片C-2 密接的胶合组III，所述后固定镜组E依次设有双凸镜片E-1、由负月牙型镜片E-2与双凸镜 片E-3密接的胶合组IV、平凹镜片E-4、正月牙型镜片E-5、由平凹镜片E-6与双凸镜片E-7 密接的胶合组V以及由双凹镜片E-8与双凸镜片E-9密接的胶合组VI。
[0029] 在本实施例中，所述前固定镜组A与变倍镜组B之间的空气间隔为 62. 39mnTl. 73mm，所述变倍镜组B与补偿镜组C之间的空气间隔为4. 52mnT58. 72mm，所述补 偿镜组C与后固定镜组E之间的空气间隔为0. 8mnT7. 26mm。其中，所述前固定镜组A中的 正月牙型镜片A-3采用超低色散玻璃材料制成。
[0030] 在本实施例中，所述前固定镜组A中的正月牙型镜片A-1与胶合组I之间的空气 间隔为0. 15_ ;所述变倍镜组B中的双凸镜片B-1与胶合组II之间的空气间隔为0. 10_， 所述胶合组II与负月牙型镜片B-4之间的空气间隔为3. 01mm ;所述后固定镜组E中的双凸 镜片E-1与胶合组IV之间的空气间隔为0. 12_，所述胶合组IV与平凹镜片E-4之间的空气 间隔为0. 91mm，所述平凹镜片E-4与正月牙型镜片E-5之间的空气间隔为0. 10mm，所述正 月牙型镜片E-5与胶合组V之间的空气间隔为12. 31mm，所述胶合组V与胶合组VI之间的 空气间隔为〇. 54mm。
[0031] 在本实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：（1)焦 距：f' =65. 6?398. 5mm ;(2)变倍比：6倍；（3)相对孔径D/r =1/6 ;(4)视场角2ω : 20.Γ?3.25。；（5)分辨率：与高清摄像机适配；（6)光路总长214. 8mm; (7)适用 谱线范围：450nm?700nm。
[0032] 本发明在光路设计时，选用远距型结构，合理安排光焦度分布，使光学系统总长与 系统最大焦距值之比尽量减小；由于系统主要光焦度集中在前部分，增加了球差、轴上色差 尤其是二级光谱等轴向像差的校正难度，特别是前固定镜组A，承担了大部分校正系统轴上 像差的任务，因此使用了一片超低色散的光学玻璃(正月牙型镜片A-3)，使镜头的分辨率大 幅提高；由于远距型系统光焦度前后分离现象比较严重，轴外像差尤其是垂轴色差、畸变等 严重限制了远距型系统的视场角，难于在大靶面系统中应用，同时为了避免给系统前部分 太大的校正像差压力，因此在后固定镜组E中，对光焦度的排布进行了精心安排并适当复 杂化，特别是最后两个胶合片的应用，极大地帮助系统校正垂轴色差；在双凸镜片E-7、双 凸镜片E-9上突破传统的镜片材料搭配方法，反常应用高折射率、高色散的光学玻璃材料， 提1?成像质量。
[0033] 如图2飞所示，所述镜头的机械结构中从左往右依次设有前固定镜组件2-1、变倍 镜组件2-2、补偿组件2-3、可变光阑组件2-5、后固定组件2-6以及摄像机组件2-7,所述镜 头的前部设有电动聚焦机构2-8,所述镜头的中部设有电动变焦机构2-9,所述镜头的后部 设有电动调光机构2-10,所述电动聚焦机构2-8、电动变焦机构2-9和电动调光机构2-10 分别环绕分布在镜头的四周。其中，所述电动变焦机构2-9设置有一个实现焦距预置功能 的变焦电位器4-15,所述变焦电位器4-15为精密电位器。
[0034] 如图6~7所示，所述前固定镜组件2-1是用前组压圈I 3-5将正月牙型镜片A-1 (3-1)、负月牙型镜片A-2 (3-2)、正月牙型镜片A-3 (3-3)分别安装于前组镜筒3-8内并 通过前组压圈II 3-6压紧在聚焦镜筒3-9内，所述正月牙型镜片A-1 (3-1)是由前组压圈 I 3-5压紧在前组镜筒3-8内，所述负月牙型镜片A-2 (3-2)和正月牙型镜片A-3 (3-3) 为密接的胶合组I，所述正月牙型镜片A-1 (3-1)和胶合组I之间设置有前组隔圈3-4。所 述电动聚焦机构2-8包括聚焦电机3-12、聚焦镜筒3-9以及精确控制聚焦位置的聚焦限位 开关3-15,所述聚焦电机3-12通过聚焦电机架3-13安置在主镜筒4-1上，所述聚焦限位 开关3-15通过聚焦限位支架3-14安装在主镜筒4-1上，所述主镜筒4-1上开设有精密加 工的3个120°均布导槽，所述聚焦电机3-12的电机轴上安装有聚焦齿轮3-11，所述聚焦 镜筒3-9安装有聚焦环3-7,所述聚焦齿轮3-11通过与聚焦环3-7齿轮啮合后带动聚焦环 3- 7转动，所述聚焦环3-7带动聚焦镜筒3-9,所述聚焦镜筒3-9周侧上固定有3个120°均 布的聚焦拨钉3-10,通过聚焦拨钉3-10与主镜筒4-1上的导槽相配合以引导聚焦镜筒3-9 相对主镜筒4-1由螺旋运动转换为轴向运动，从而带动前固定镜组件4-2的前后移动，实现 聚焦功能。
[0035] 如图8、所示，所述变倍镜组件2-2和补偿组件2-3均安装在导杆4-4上并滑动 配合，三根导杆4-4通过凸轮盖板4-2分别固定在主镜筒4-1上，所述变焦凸轮4-3由变焦 轴承4-6和变焦凸轮压圈4-7压紧在主镜筒4-1上，所述变焦凸轮4-3上开设有精密加工 的两条曲线槽，所述主镜筒4-1与连接底座4-8相连接。所述镜头的电动变焦机构2-9包 括变焦电机4-12、以及用于精确控制长短焦位置的变焦限位开关4-10,所述变焦限位开关 4- 10通过变焦限位支架4-9安装在主镜筒4-1上，所述变焦电机4-12通过变焦电机架4-16 安置在主镜筒4-1上，所述变焦电机4-12的电机轴上安装有变焦齿轮4-13,所述变焦齿轮 4-13通过与变焦凸轮4-3齿轮啮合后带动变焦凸轮4-3转动，所述变焦凸轮4-3通过钢球 4-5的滚动带动变倍镜组件2-2和补偿组件2-3沿变焦凸轮4-3曲线槽相对移动，从而实 现镜头焦距的变化，完成变焦过程。同时，所述变焦齿轮4-13通过与变焦电位器齿轮4-14 啮合后带动变焦电位器齿轮4-14转动，所述变焦电位器齿轮4-14的转动使得变焦电位器 4-15的阻值发生改变，由此，焦距和变焦电位器4-15阻值之间形成一对一的关系，通过这 种传感器方式可以实现焦距的预置功能。
[0036] 如图l(Tll所示，所述后固定组件2-6是将由双凸镜片E-1 (5-1)、负月牙型镜片 Ε-2 (5-2)和双凸镜片Ε-3 (5-3)密接的胶合组IV、平凹镜片Ε-4 (5-4)、正月牙型镜片Ε-5 (5-5)分别安装于光阑座5-11内，所述正月牙型镜片Ε-5 (5-5)由后组压圈I 5-17压紧在 光阑座5-11内，所述双凸镜片E-l (5-1)和胶合组IV之间设置有后组隔圈I 5-8,所述平凹 镜片E-4 (5-4)和正月牙型镜片E-5 (5-5)之间设置有后组隔圈II ;所述后固定组件2-6 还将平凹镜片E-6 (5-20)和双凸镜片E-7 (5-21)密接的胶合组V、双凹镜片E-8 (5-22) 和双凸镜片E-9(5-23)密接的胶合组VI分别安装于后组镜筒5-19内，所述胶合组V由后组 压圈II 5-18压紧在后组镜筒5-19内。所述电动调光机构2-10包括光阑电机5-29和用于 精确控制光阑开口大小位置的光阑限位开关5-24,所述光阑限位开关5-24通过光阑限位 支架5-26安装在光阑座5-11上，所述光阑调节环5-12上还固定有光阑开关拨片5-25,所 述光阑电机5-29通过光阑电机架5-27安置在光阑座5-11上，所述光阑电机5-29的电机 轴上安装有光阑齿轮5-28,所述光阑齿轮5-28通过与光阑调节环5-12齿轮啮合后带动光 阑调节环5-12转动，所述光阑调节环5-12由光阑调节环压圈5-14压紧在光阑座5-11上， 所述光阑调节环5-12通过固定在光阑动环5-10上的光阑拨钉5-13带动光阑动环5-10转 动，所述光阑动环5-10由光阑动环压圈5-9压紧在光阑座5-11内，所述光阑动环5-10带 动光阑片5-6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。
[0037] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。
【权利要求】
1. 一种紧凑型超大像面连续变焦镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线自 左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定镜组、光焦度为负的变倍镜组、光焦度为负 的补偿镜组、可变光阑以及光焦度为正的后固定镜组，所述前固定镜组依次设有正月牙型 镜片A-ι以及由负月牙型镜片A-2与正月牙型镜片A-3密接的胶合组I，所述变倍镜组依 次设有双凸镜片B-1、由双凹镜片B-2与正月牙型镜片B-3密接的胶合组II以及负月牙型镜 片B-4,所述补偿镜组依次设有由正月牙型镜片C-1与负月牙型镜片C-2密接的胶合组III， 所述后固定镜组依次设有双凸镜片E-1、由负月牙型镜片E-2与双凸镜片E-3密接的胶合组 IV、平凹镜片E-4、正月牙型镜片E-5、由平凹镜片E-6与双凸镜片E-7密接的胶合组V以及 由双凹镜片E-8与双凸镜片E-9密接的胶合组VI。
2. 根据权利要求1所述的紧凑型超大像面连续变焦镜头，其特征在于：所述前固定镜 组与变倍镜组之间的空气间隔为62. 39mnTl. 73mm，所述变倍镜组与补偿镜组之间的空气间 隔为4. 52mnT58. 72mm，所述补偿镜组与后固定镜组之间的空气间隔为0. 8mnT7. 26mm。
3. 根据权利要求1或2所述的紧凑型超大像面连续变焦镜头，其特征在于：所述前固 定镜组中的正月牙型镜片A-1与胶合组I之间的空气间隔为0. 15_。
4. 根据权利要求1或2所述的紧凑型超大像面连续变焦镜头，其特征在于：所述变倍 镜组中的双凸镜片B-1与胶合组II之间的空气间隔为0. 10_，所述胶合组II与负月牙型镜 片B-4之间的空气间隔为3. 01mm。
5. 根据权利要求1或2所述的紧凑型超大像面连续变焦镜头，其特征在于：所述后固 定镜组中的双凸镜片E-1与胶合组IV之间的空气间隔为0. 12_，所述胶合组IV与平凹镜片 E-4之间的空气间隔为0. 91mm，所述平凹镜片E-4与正月牙型镜片E-5之间的空气间隔为 0. 1〇_，所述正月牙型镜片E-5与胶合组V之间的空气间隔为12. 31_，所述胶合组V与胶 合组VI之间的空气间隔为0. 54mm。
6. 根据权利要求1所述的紧凑型超大像面连续变焦镜头，其特征在于：所述前固定镜 组中的正月牙型镜片A-3采用超低色散玻璃材料制成。
7. 根据权利要求1所述的紧凑型超大像面连续变焦镜头，其特征在于：所述镜头的机 械结构前部设有电动聚焦机构，中部设有电动变焦机构，后部设有电动调光机构。
8. 根据权利要求7所述的紧凑型超大像面连续变焦镜头，其特征在于：所述电动变焦 机构设置有一个用于实现焦距预置功能的精密电位器。
【文档编号】G02B15/173GK104049347SQ201410277347
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】屈立辉, 周宝藏, 肖维军, 林春生, 汪建平 申请人:福建福光数码科技有限公司