大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，其光学系统沿光线入射方向依次设有光焦度为正的前组A、可变光栏组件B、光焦度为正的后组C以及滤色片转换组件D，所述前组A依次设有正月牙透镜A-1、由负月牙透镜A-2与双凸透镜A-3密接的第一胶合组以及由正月牙透镜A-4与双凹透镜A-5密接的第二胶合组，所述后组C设有双凸透镜C。该镜头在400nm～1000nm的宽光谱范围内具有高解像力，相对孔径达1∶2，杂光系数小于1/10000，实现在雨天、雪天、薄雾等特殊天候条件下对中、远距离目标的监测及超低杂光系数有效地消除强光目标条件下产生的诡像，提高了系统监测能力。
【专利说明】大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电视频技术的光学摄像装置，特别是一种大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头。
【背景技术】
[0002]现有的常规中、远距离监测的摄像镜头通光口径较小，响应光谱较窄，即可见光光谱波长λ较小，在复杂环境下，特别是雨、雪、薄雾等特殊天候，光线透过能力下降，导致图像对比度、清晰度下降，缩短了监测距离，而且在强光目标条件下，易产生诡像等严重影响系统的监测能力。
【发明内容】
[0003]鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，具有在雨、雪、薄雾、强光目标等特殊条件下比普通镜头更高的监测能力。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:一种大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，其光学系统沿光线入射方向依次设有光焦度为正的前组Α、可变光栏组件B、光焦度为正的后组C以及滤色片转换组件D，所述前组A依次设有正月牙透镜A-1、由负月牙透镜Α-2与双凸透镜Α-3密接的第一胶合组以及由正月牙透镜Α-4与双凹透镜Α-5密接的第二胶合组，所述后组C设有双凸透镜C。
[0005]进一步的，所述前组A和后组C之间的空气间隔是60.0_。
[0006]进一步的，所述后组C和滤色片转换组件D之间的空气间隔是10.0_。
[0007]进一步的，所述前组A中的正月牙透镜A-1和第一胶合组之间的空气间隔是56.0mm,所述第一胶合组和第二胶合组之间的空气间隔是4.2mm。
[0008]进一步的，所述镜头的机械结构包括第一镜筒、第二镜筒、第三镜筒、中间镜筒、第四镜筒、滤色片转盘和后法兰，所述第一镜筒前端内安装有由前保护片压圈压紧的前保护片，所述第一镜筒中部内设置有第一消杂光光栏，所述第一镜筒后端通过第一联接螺钉与第二镜筒前端连接，所述第二镜筒前端内安装有由A-1透镜压圈压紧的正月牙透镜A-1，所述第二镜筒中部内设置有第二消杂光光栏，所述第二镜筒后端内凸缘通过第二联接螺钉与第三镜筒前端连接，所述第三镜筒内依次安装有由A-2透镜压圈压紧的负月牙透镜A-2、双凸透镜A-3、正月牙透镜A-4和由A-5透镜压圈压紧的双凹透镜A-5，所述第二镜筒外凸缘通过第三联接螺钉与中间镜筒前端连接，所述中间镜筒后端通过第四联接螺钉与第四镜筒前端连接，所述第四镜筒内依次设置有第三消杂光光栏、第四消杂光光栏和第五消杂光光栏，所述第四消杂光光栏和第五消杂光光栏之间安装有由C透镜压圈压紧的双凸透镜C，所述滤色片转盘内安装有由滤色片压圈压紧的滤色片，所述后法兰内安装有由后保护片压圈压紧的后保护片。
[0009]进一步的，所述滤色片转盘由电机组件通过齿轮传动驱动，所述滤色片转盘上安装有磁钢以及均匀分布的四种滤色片，所述四种滤色片包含可见光滤色片、红外滤色片、QB3滤色片和CB6滤色片，所述可见光滤色片配备有对应的可见光滤色片霍尔元件，所述红外滤色片配备有对应的红外滤色片霍尔元件，所述QB3滤色片配备有对应的QB3滤色片霍尔元件，所述CB6滤色片配备有对应的CB6滤色片霍尔元件。
[0010]进一步的，所述第四镜筒固定设置于主镜座内，所述滤色片转盘通过滤色片盘转轴安装在主镜座上并由滤色片盘转轴压圈压紧，所述电机组件安装在主镜座上，所述电机组件的电机带动电机主动齿轮，所述电机主动齿轮与滤色片转盘外齿圈相啮合。
[0011]与现有技术相比，本发明具有以下优点:该镜头在400nm?100nm的宽光谱范围内具有高解像力，相对孔径达1: 2，杂光系数小于1/10000，通过光路中设置的微电机驱动控制的滤色片转换组件，配合宽光谱响应摄像机，实现在雨天、雪天、薄雾等特殊天候条件下对中、远距离目标的监测及超低杂光系数有效地消除强光目标条件下产生的诡像，提高了系统监测能力。
【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为滤色片转换机构的结构示意图。
[0015]图4为图3中A-A处的剖视示意图。
[0016]图5为滤色片转换机构的控制原理框图。
[0017]图1中:A-前组A，A-1-正月牙透镜A-l，A_2_负月牙透镜A_2，A_3_双凸透镜A-3，A-4-正月牙透镜A-4，A-5-双凹透镜A_5，B-可变光栏组件B，C-后组C/双凸透镜C，D-滤色片转换组件D，O-像面。
[0018]图2?4中:1_前保护片，2-前保护片压圈，3-第一消杂光光栏，4-正月牙透镜A-1，5-第一镜筒,6-A-1透镜压圈,7-第一联接螺钉,8-第二镜筒,9-第二消杂光光栏,10-负月牙透镜A_2,11-双凸透镜A_3,12-A-2透镜压圈，13-第二镜筒，14-第二联接螺钉，15-第三联接螺钉，16-正月牙透镜A-4，17-双凹透镜A-5，18-A-5透镜压圈，19-第四联接螺钉，20-第四镜筒，21-第三消杂光光栏，22-第四消杂光光栏，23-C透镜压圈，24-第五消杂光光栏，25-滤色片转盘，26-滤色片压圈，27-双凸透镜C，28-后法兰，29-后保护片压圈，30-滤色片，31-后保护片，41-电机组件，42-CB6滤色片霍尔元件，43-可见光滤色片，45-CB6滤色片，46-磁钢，47-QB3滤色片霍尔元件，48-QB3滤色片，49-红外滤色片霍尔元件，50-红外滤色片，51-可见光滤色片霍尔元件,52-主镜座,53-滤色片盘转轴,53-滤色片盘转轴压圈。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的阐述。
[0020]如图1所示，一种大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，所述镜头的光学系统沿光线自左向右入射方向依次设有光焦度为正的前组A、可变光栏组件B、光焦度为正的后组C以及滤色片转换组件D，所述前组A依次设有正月牙透镜A-1、由负月牙透镜A-2与双凸透镜A-3密接的第一胶合组以及由正月牙透镜A-4与双凹透镜A-5密接的第二胶合组，所述后组C设有双凸透镜C。
[0021]在本实施例中，所述前组A和后组C之间的空气间隔是60.0mm，所述后组C和滤色片转换组件D之间的空气间隔是10.0_，所述前组A中的正月牙透镜A-1和第一胶合组之间的空气间隔是56.0mm，所述第一胶合组和第二胶合组之间的空气间隔是4.2mm。
[0022]如图2?4所示,所述镜头的机械结构包括第一镜筒5、第二镜筒8、第三镜筒13、中间镜筒、第四镜筒20、滤色片转盘25和后法兰28，所述第一镜筒5前端内安装有由前保护片压圈2压紧的前保护片1，所述第一镜筒5中部内设置有第一消杂光光栏3，所述第一镜筒5后端通过第一联接螺钉7与第二镜筒8前端连接,所述第二镜筒8前端内安装有由A-1透镜压圈6压紧的正月牙透镜A-1，所述第二镜筒8中部内设置有第二消杂光光栏9，所述第二镜筒8后端内凸缘通过第二联接螺钉14与第三镜筒13前端连接,所述第三镜筒13内依次安装有由A-2透镜压圈12压紧的负月牙透镜A-2、双凸透镜A-3、正月牙透镜A-4和由A-5透镜压圈18压紧的双凹透镜A-5，所述第二镜筒8外凸缘通过第三联接螺钉15与中间镜筒前端连接，所述中间镜筒后端通过第四联接螺钉19与第四镜筒20前端连接，所述第四镜筒20内依次设置有第三消杂光光栏21、第四消杂光光栏22和第五消杂光光栏24，所述第四消杂光光栏22和第五消杂光光栏24之间安装有由C透镜压圈23压紧的双凸透镜C，所述滤色片转盘25内安装有由滤色片压圈26压紧的滤色片30，所述后法兰28内安装有由后保护片压圈29压紧的后保护片31。
[0023]在本实施例中，本发明采用了超低杂散光的设计:杂散光是进入视场在靶面上成像的非目标光线，主要来源于镜片之间的二次反射及镜壁上的一次反射产生的反射像，特别是在镜壁上的一次反射后的光线若没有拦干净而进入视场，其能量可达目标能量的10%左右，非常容易出现镜壁的反射诡像。如仅靠车制消光螺纹和涂无光漆以增大镜壁的漫反射，降低其反射率，还不能完全消除强光目标在镜壁反射产生的诡像。因此在镜筒的结构设计上采用消杂散光光栏的结构设计，设计的方法是除设计必要的消光光栏外，在体积允许的情况下，尽可能地把镜筒内壁设计大些，使消光光栏能够拦住所有的镜壁反射光线，使之不进入视场。同时把设计好的镜壁、消杂光光栏及镜片的参数代入光学程序进行消杂光计算；如计算结果不能满足技术指标要求，则重新设计消光光栏的位置和镜筒的大小，再代入程序计算；通过反复叠代计算，直到计算结果符合技术指标要求；消光光栏的位置和大小及镜筒的结构如图2所示。
[0024]在本实施例中，为了确保把杂散光的能量控制在小于1/10000，必须要用光学程序计算所有镜片之间的二次反射像是否远离靶面。若其中的二次反射成像在靶面上，则会产生镜片间二次反射引起的诡像。此时必须用ZEMAX光学程序重新进行设计计算。通过反复的叠代运算，使其光学指标符合技术条件要求，并且所有镜片间的二次反射像远离靶面，其光学参数如图1所示。
[0025]在本实施例中，本发明采用了强透雾功能的设计:考虑到雨、雪、薄雾等阴霾天候条件下，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为SOOnm以上谱线)的权重，使镜头在近红外波段有较高的分辨率。并进行膜系优化设计，使光学镜头在450nm-900nm波段范围有高于80%的透过率，同时在光路中放置了高精度的滤色片转换机构，通过微电机驱动控制滤色片转换机构，滤色片30为高通滤波器，过滤掉450?700nm的可见光光谱，使700?900nm以上的光线增透从而达到过滤掉不能通过薄雾的可见光光谱，提高近红外光谱的比例，增加远距离目标的探测能力。
[0026]在本实施例中，所述滤色片转盘25由电机组件41通过齿轮传动驱动，所述滤色片转盘25上安装有磁钢46以及均匀分布的四种滤色片30，所述四种滤色片30包含可见光滤色片43、红外滤色片50、QB3滤色片48和CB6滤色片45,所述可见光滤色片43配备有对应的可见光滤色片霍尔元件51，所述红外滤色片50配备有对应的红外滤色片霍尔元件49，所述QB3滤色片48配备有对应的QB3滤色片霍尔元件47，所述CB6滤色片45配备有对应的CB6滤色片霍尔元件42。
[0027]在本实施例中，所述第四镜筒20固定设置于主镜座52内，所述滤色片转盘25通过滤色片盘转轴53安装在主镜座52上并由滤色片盘转轴压圈54压紧，所述电机组件41安装在主镜座52上，所述电机组件41的电机带动电机主动齿轮，所述电机主动齿轮与滤色片转盘25外齿圈相啮合以带动滤色片转盘25。由于滤色片转盘25运动，使得磁钢46也同时运动，当磁钢46分别靠近霍尔元件时，霍尔元件在磁场作用下，由高阻状态变成低阻状态，霍尔元件的输出端由高电平变成低电平，把此信号传给镜头控制板上的微型计算机，计算机得到霍尔元件的信号后，命令电机停止；则滤色片转盘25停止运动。
[0028]在本实施例中，设计好滤色片、霍尔元件、磁钢46的相对位置能使滤色镜片准确停在光轴位置上，本发明设置四种滤色镜片分别为可见光K9滤色片、0.85-0.95um近红外HWBl滤色片、QB3滤色片、CB6黄色滤色片，分别由四个霍尔元件输出信号给计算机，计算机根据主机指令及霍尔元件信号就可以把所需要的滤色片位置准确的停在光路中间，其控制原理框图如图5所示。
[0029]在本实施例中，该镜头具有从400nm到100nm的宽光谱范围高解像力和1: 2的大相对孔径及1/10000超低杂散光，能在雨、雪、薄雾及强光目标等特殊条件下，为摄像机提供无诡像光电信号，产生高解像力的视频图像，有效提高对强光目标的监测能力，具有电动调光实时反馈、滤色片转换功能。该镜头达到了以下的光学指标:(1)焦距:r =150mm ；
(2)视场角:水平视场:2ω彡2.2°，垂直视场:2ω彡1.6° ; (3)相对孔径:彡1/2 ; (4)滤光片数量:4片；(5)杂光系数不大于1/10000 ； (6)畸变:不大于0.3% ；(7)工作波段:400nm ?lOOOnm。
[0030]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】
1.一种大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，其特征在于:所述镜头的光学系统沿光线入射方向依次设有光焦度为正的前组八、可变光栏组件8、光焦度为正的后组以及滤色片转换组件0，所述前组八依次设有正月牙透镜八-1、由负月牙透镜八-2与双凸透镜八-3密接的第一胶合组以及由正月牙透镜八-4与双凹透镜八-5密接的第二胶合组，所述后组设有双凸透镜0。
2.根据权利要求1所述的大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，其特征在于:所述前组八和后组之间的空气间隔是60.0111111。
3.根据权利要求1所述的大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，其特征在于:所述后组和滤色片转换组件0之间的空气间隔是10.0皿。
4.根据权利要求1、2或3所述的大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，其特征在于:所述前组八中的正月牙透镜八-1和第一胶合组之间的空气间隔是56.所述第一胶合组和第二胶合组之间的空气间隔是4.2皿。
5.根据权利要求1所述的大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，其特征在于:所述镜头的机械结构包括第一镜筒、第二镜筒、第三镜筒、中间镜筒、第四镜筒、滤色片转盘和后法兰，所述第一镜筒前端内安装有由前保护片压圈压紧的前保护片，所述第一镜筒中部内设置有第一消杂光光栏，所述第一镜筒后端通过第一联接螺钉与第二镜筒前端连接，所述第二镜筒前端内安装有由八-1透镜压圈压紧的正月牙透镜八-1，所述第二镜筒中部内设置有第二消杂光光栏，所述第二镜筒后端内凸缘通过第二联接螺钉与第三镜筒前端连接，所述第三镜筒内依次安装有由八-2透镜压圈压紧的负月牙透镜八-2、双凸透镜八-3、正月牙透镜八-4和由八-5透镜压圈压紧的双凹透镜八-5,所述第二镜筒外凸缘通过第三联接螺钉与中间镜筒前端连接，所述中间镜筒后端通过第四联接螺钉与第四镜筒前端连接，所述第四镜筒内依次设置有第三消杂光光栏、第四消杂光光栏和第五消杂光光栏，所述第四消杂光光栏和第五消杂光光栏之间安装有由透镜压圈压紧的双凸透镜0，所述滤色片转盘内安装有由滤色片压圈压紧的滤色片，所述后法兰内安装有由后保护片压圈压紧的后保护片。
6.根据权利要求5所述的大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，其特征在于:所述滤色片转盘由电机组件通过齿轮传动驱动，所述滤色片转盘上安装有磁钢以及均匀分布的四种滤色片，所述四种滤色片包含可见光滤色片、红外滤色片、册3滤色片和086滤色片，所述可见光滤色片配备有对应的可见光滤色片霍尔元件，所述红外滤色片配备有对应的红外滤色片霍尔元件，所述册3滤色片配备有对应的册3滤色片霍尔元件，所述086滤色片配备有对应的086滤色片霍尔元件。
7.根据权利要求6所述的大相对孔径、强透雾、超低杂散光摄像镜头，其特征在于:所述第四镜筒固定设置于主镜座内，所述滤色片转盘通过滤色片盘转轴安装在主镜座上并由滤色片盘转轴压圈压紧，所述电机组件安装在主镜座上，所述电机组件的电机带动电机主动齿轮，所述电机主动齿轮与滤色片转盘外齿圈相啮合。
【文档编号】G02B13/00GK104317035SQ201410586050
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】肖维军, 刘辉, 林春生, 黄霞霞, 陈潇 申请人:福建福光数码科技有限公司