紧凑型高分辨率变焦镜头的制作方法

本发明涉及一种变焦镜头，特别涉及一种紧凑型高分辨率变焦镜头。

背景技术：

随着工程技术的发展，变焦镜头总是往分辨率更高，通光量更大以及变倍比更大发展。要满足以上条件的变焦镜头往往尺寸也更大。传统的四组元机械补偿变焦镜头，一般采用“+-++”的组合形式，第二组是变倍组，第三组是补偿组，然后采用换根的方式来缩小系统的尺寸。当系统尺寸进一步缩短时，会导致变倍组和补偿组的相对孔径过大，而后固定组的相对孔径却比较小，即光焦度分配不合理。对于变焦系统，各个组元的像差需要各自校正，因此较大的相对孔径是像质无法进一步提高的根本原因，但是对于这种结构要减小变倍组和补偿组的相对孔径，就必须加大系统尺寸。因此需要转变变焦和补偿方式。而航天、机载和舰载等军用设备对仪器的重量和尺寸要求非常严格，因此急需一种紧凑型高分辨率变焦镜头。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种紧凑型高分辨率变焦镜头，不仅结构紧凑，而且光焦度分配合理，有利于像差的校正。

本发明的技术方案在于：一种紧凑型高分辨率变焦镜头，镜头的光学系统包括沿光线入射方向依次设置的光焦度为正的第一透镜组、光焦度为负的第二透镜组、光焦度为正的第三透镜组和光焦度为正的第四透镜组，位于第三透镜组的前侧设置有光阑片；所述第一透镜组为前固定组，所述第二透镜组为变倍组，所述第三透镜组为后固定组，所述第四透镜组为补偿组。

进一步地，所述第一透镜组由依次设置的第一月牙正透镜、第一弯月负透镜、第二月牙正透镜、第二弯月负透镜和第三月牙正透镜组成，所述第一弯月负透镜和第二月牙正透镜胶合在一起，所述第二弯月负透镜和第三月牙正透镜胶合在一起；所述第二透镜组由依次设置的第三弯月负透镜、第一双凹负透镜、第一平凸正透镜和第四弯月负透镜组成，所述第一双凹负透镜和第一平凸正透镜胶合在一起；所述第三透镜组由依次设置的第一双凸正透镜、第一弯月正透镜、第二弯月正透镜、第二双凹负透镜和第二双凸正透镜组成，所述第二弯月正透镜和第二双凹负透镜胶合在一起；所述第四透镜组由依次设置的第三弯月正透镜、第五望月负透镜和第三双凸正透镜组成，所述第三弯月正透镜和第五望月负透镜胶合在一起。

进一步地，所述第一透镜组的焦距最大通光口径为，第二透镜组的焦距最大通光口径为，第三透镜组的焦距最大通光口径为，第四透镜组的焦距最大通光口径为，须满足以下条件：，，，；所述第二透镜组移动范围，第四透镜组的移动范围，系统总长，满足以下条件：，。

进一步地，所述第三弯月负透镜、第一双凹负透镜、第一平凸正透镜和第四弯月负透镜分别为高折射玻璃，且折射率都大于1.85；所述光阑片为可调节光阑。

进一步地，镜头的机械结构包括位于中部的主镜筒，所述主镜筒的前侧设置有调焦主镜筒，所述调焦主镜筒内设置有可前后移动并用于安装前固定组的前组镜筒，所述主镜筒的内部前端设置有用于安装变倍组并可前后移动的变倍镜筒，主镜筒内设置有用于安装后固定组的后组镜筒，主镜筒的内部后端设置有可前后移动并用于安装补偿组的补偿镜筒，主镜筒的后侧还套置有光阑座，所述光阑座内安装有位于位于后固定组前侧的光阑片。

进一步地，所述调焦主镜筒外套置有调焦凸轮，调焦主镜筒旁侧设置有调焦微动开关、与调焦凸轮通过齿啮合传动的调焦电机以及调节电位器，所述调节凸轮上具有与调焦微动开关相配合的调焦挡钉，调焦凸轮上还设置有穿过调焦凸轮和调焦主镜筒与前组镜筒相连接用于带动前组镜筒前后移动的调焦导钉组件。

进一步地，所述调焦电机经调焦电机架安置在调焦主镜筒上，所述调焦微动开关经调焦限位支架安置在调焦主镜筒上，所述调焦凸轮上开设有精密加工的两条180º均布的线性斜槽，并经调焦导钉组件与前组镜筒连接在一起，所述调焦电机的齿轮与调焦凸轮上的齿轮啮合，所述前组镜筒上还设置有用于限制前组镜筒旋转并只做直线运动的直槽。

进一步地，所述主镜筒上套置有变倍凸轮，主镜筒内设置有与主镜筒中部沿轴向滑动配合的变倍移动座和补偿移动座，所述变倍凸轮经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，所述变倍镜筒和补偿镜筒对应安装于变倍移动座和补偿移动座上；位于主镜筒旁侧设置有变倍微动开关以及与变倍凸轮通过齿啮合传动的变倍电机和变倍电位器，所述变倍凸轮上具有与变倍微动开关相配合的变倍挡钉。

进一步地，所述变倍凸轮的前后端与主镜筒之间分别设置有用于配合形成滚动轴承的钢珠，并经设置于主镜筒后端的变倍凸轮压圈锁紧；所述变倍凸轮上设置有变倍曲线槽和补偿曲线槽，所述有变倍曲线槽和补偿曲线槽分别经变倍导钉和补偿导钉把变倍凸轮与变倍移动座、补偿移动座连接在一起；所述变倍电机、变倍电位器经变倍电机支架安置在主镜筒上，所述变倍微动开关经变倍限位开关架安置于主镜筒上；变倍电机的齿轮与变倍凸轮啮合，所述主镜筒上设置有用于限制变倍导钉件和补偿导钉并使变倍移动座、补偿移动座的旋转运动变为直线运动的两条直槽。

进一步地，所述后组镜筒内部设置有相配合的光阑动环压板和安装有光阑片的光阑动环，所述光阑座的下侧设置有光阑电机，所述光阑电机经齿啮合传动与套置于光阑座上的光阑调节环相连接，光阑座上还设置有用于控制光阑开口大小的光阑微动开关，所述光阑调节环上具有与光阑微动开关相配合的光阑挡钉；所述光阑微动开关经光阑限位支架安置于光阑座上，所述光阑片经铆钉连接安置在光阑动环上，所述光阑动环经光阑拨钉与光阑调节环连接，所述光阑拨钉随光阑调节环在光阑电机的带动下旋转运动；所述光阑动环随光阑挡钉旋转运动，光阑微动开关与光阑挡钉配合工作。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

本发明采用二、四组元运动的机械补偿结构，即第一组是前固定组，第二组是变倍组，第三组是后固定组，第四组是补偿组。这种变焦形式区别于传统的前固定组、变倍组、补偿组和后固定组的变焦系统结构，其后固定组在补偿组的前面，在光线进入补偿组之前，后固定组会将光束压缩，减小补偿组的负担，这样可以使系统的光焦度合理分配，有利于像差的校正。对于采用二、四组元运动的机械补偿结构，光阑位于第三透镜组（后固定组）前侧，变焦时相对孔径会发生变化，采用可变光阑可有效解决该缺陷。

附图说明

图1为本发明的在长焦时的光学系统图；

图2为本发明的在短焦时的光学系统图；

图3为本发明的在长焦时的mtf；

图4为本发明的在短焦时的mtf。

图5为本发明的镜头的装配图；

图6为本发明的镜头的的剖视图；

图7为本发明的调焦组件的结构示意图；

图8为本发明的图7的左视图；

图9为本发明的调焦组件的剖视图；

图10为本发明的变焦组件的结构示意图；

图11为本发明的图10的右视图；

图12为本发明的变焦组件的剖视图；

图13为本发明的可变光阑组件的结构示意图；

图14为本发明的图13的左视图；

图15为本发明的可变光阑组件的剖视图；

图中：a-第一透镜组；a1-第一月牙正透镜；a2-第一弯月负透镜；a3-第二月牙正透镜；a4-第二弯月负透镜；a5-第三月牙正透镜；

b-第二透镜组；b1-第三弯月负透镜；b2-第一双凹负透镜；b3-第一平凸正透镜；b4-第四弯月负透镜；

c-第三透镜组；c1-第一双凸正透镜；c2-第一弯月正透镜；c3-第二弯月正透镜；c4-第二双凹负透镜；c5-第二双凸正透镜；

d-第四透镜组；d1-第三弯月正透镜；d2-第五望月负透镜；d3-第三双凸正透镜；

51-调焦组件；52-变焦组件；53-可变光阑组件；54-摄像机组件；

61-前组压圈；62-调焦凸轮压圈；63-调焦凸轮；64-调焦导钉组件；65-前组镜筒；66-调焦电位器；67-调焦电机；68-调焦电机架；69-调焦电机的齿轮；610-调焦电位器的齿轮；611-微动开关；612-调焦限位支架；613-前组隔圈2；614-前组隔圈1；615-调焦主镜筒；616-线性斜槽；

71-变倍压圈；72-第一变倍隔圈；73-变倍镜筒；74-变倍移动座；75-第二变倍隔圈；76-主镜筒；77-变倍凸轮；78-钢珠；79-变倍凸轮压圈；710-补偿压圈；711-补偿隔圈；712-补偿镜筒；713-补偿移动座；714-导杆；715-凸轮盖板；716-前组调整垫片；717-连接底座；718-变倍电位器；719-变倍电机；720-变倍电机架；721-变倍限位支架；722-微动开关；723-变倍导钉；724-变倍曲线槽；725-补偿曲线槽；

81-光阑调节环环压圈；82-光阑调节环；83-光阑挡钉；84-光阑拨钉；85-后组镜筒；86-光阑座；87-微动开关；88-光阑限位支架；89-光阑电机齿轮；810-光阑电机支架；811-光阑压圈；812-后组隔圈；813-光阑动环；814-光阑动环压板；815-光阑电机。

具体实施方式

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，但本发明并不限于此。

参考图1至图15

一种紧凑型高分辨率变焦镜头，镜头的光学系统包括沿光线入射方向依次设置的光焦度为正的第一透镜组、光焦度为负的第二透镜组、光焦度为正的第三透镜组和光焦度为正的第四透镜组，位于第三透镜组的前侧设置有光阑片；所述第一透镜组为前固定组，所述第二透镜组为变倍组，所述第三透镜组为后固定组，所述第四透镜组为补偿组。

本实施例中，所述第一透镜组由依次设置的第一月牙正透镜a1、第一弯月负透镜a2、第二月牙正透镜a3、第二弯月负透镜a4和第三月牙正透镜a5组成，所述第一弯月负透镜a2和第二月牙正透镜a3胶合在一起，所述第二弯月负透镜a4和第三月牙正透镜a5胶合在一起；所述第二透镜组由依次设置的第三弯月负透镜b1、第一双凹负透镜b2、第一平凸正透镜b3和第四弯月负透镜b4组成，所述第一双凹负透镜b2和第一平凸正透镜b3胶合在一起；所述第三透镜组由依次设置的第一双凸正透镜c1、第一弯月正透镜c2、第二弯月正透镜c3、第二双凹负透镜c4和第二双凸正透镜c5组成，所述第二弯月正透镜c3和第二双凹负透镜c4胶合在一起；所述第四透镜组由依次设置的第三弯月正透镜d1、第五望月负透镜d2和第三双凸正透镜d3组成，所述第三弯月正透镜d1和第五望月负透镜d2胶合在一起。

本实施例中，所述第一透镜组的焦距最大通光口径为，第二透镜组的焦距最大通光口径为，第三透镜组的焦距最大通光口径为，第四透镜组的焦距最大通光口径为，须满足以下条件：，，，；所述第二透镜组移动范围，第四透镜组的移动范围，系统总长，满足以下条件：，。

本实施例中，为了实现无热化和平衡长焦时的二级光谱，第一月牙正透镜a1、第二月牙正透镜a3和第三月牙正透镜a5均采用反常色散玻璃。

本实施例中，为了减小变倍组的像差同时控制它的长度，所述第三弯月负透镜b1、第一双凹负透镜b2、第一平凸正透镜b3和第四弯月负透镜b4分别为高折射玻璃，且折射率都大于1.85。

本实施例中，为了平衡系统其余各组的剩余像差，后固定组采用5片式。为了调节通光量，所述光阑片为可调节光阑。

该变焦镜头的技术指标如下：像面2/3英寸，像元5.5um即mtf在110lp/mm大于0.2，变焦范围11mm~270mm，最大畸变小于3%，相对孔径为1:5，工作温度-40℃~+60℃，光学总长小于143mm。

本实施例中，各镜片的光学参数范围如下表1所示：

表1。

本实施例中，长焦和短焦时的间隔数据如下表2所示；

表2。

本实施例中，镜头的机械结构包括位于中部的主镜筒76，所述主镜筒的前侧设置有调焦主镜筒615，所述调焦主镜筒内设置有可前后移动并用于安装前固定组的前组镜筒65，所述主镜筒的内部前端设置有用于安装变倍组并可前后移动的变倍镜筒73，主镜筒内设置有用于安装后固定组的后组镜筒85，主镜筒的内部后端设置有可前后移动并用于安装补偿组的补偿镜筒712，主镜筒的后侧还套置有光阑座86，所述光阑座内安装有位于位于后固定组前侧的光阑片。

本实施例中，所述调焦主镜筒外套置有调焦凸轮63，调焦主镜筒旁侧设置有调焦微动开关611、与调焦凸轮通过齿啮合传动的调焦电机67以及调节电位器66，所述调节凸轮上具有与调焦微动开关相配合的调焦挡钉，调焦凸轮上还设置有穿过调焦凸轮和调焦主镜筒与前组镜筒相连接用于带动前组镜筒前后移动的调焦导钉组件64。

本实施例中，所述调焦电机67经调焦电机架68安置在调焦主镜筒615上，所述调焦微动开关611经调焦限位支架612安置在调焦主镜筒615上，所述调焦凸轮63上开设有精密加工的两条180º均布的线性斜槽616，并经调焦导钉组件64与前组镜筒65连接在一起，所述调焦电机的齿轮69与调焦凸轮63上的齿轮啮合，所述前组镜筒上还设置有用于限制前组镜筒旋转并只做直线运动的直槽。当调焦电机67通电转动，通过调焦电机的齿轮69带动调焦凸轮63旋转，通过前组镜筒65上的直槽限制，前组镜筒65的旋转被限制，从而只做直槽内的直线运动，从而实现对远近目标的聚焦功能，通过微动开关611与调焦挡钉的共同作用对调焦凸轮63和调焦电机611起到限位和保护作用。

本实施例中，所述前组镜筒的前端设置有用于压在第一月牙正透镜前侧的前组压圈61，所述第一月牙正透镜与第一弯月负透镜之间设置有第一前组隔圈614，所述第二月牙正透镜与第二弯月负透镜之间设置有第二前组隔圈613。所述调焦电位器的齿轮610与调焦凸轮上的齿轮相啮合。

当系统的聚焦发生变化时，调节电位器的齿轮610与调节凸轮63啮合，同步的与调焦凸轮63发生相对的旋转，电位器的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以求出电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现聚焦值的显示；反之，通过控制中心给出相应阻值命令，可实现焦距的实时控制。

本实施例中，所述主镜筒75与连接底座717相连接，且主镜筒上套置有变倍凸轮77，主镜筒75内设置有与主镜筒中部沿轴向滑动配合的变倍移动座74和补偿移动座713，所述变倍凸轮77经变倍导钉723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，所述变倍镜筒73和补偿镜筒712对应安装于变倍移动座74和补偿移动座713上；位于主镜筒旁侧设置有变倍微动开关722以及与变倍凸轮77通过齿啮合传动的变倍电机719和变倍电位器718，所述变倍凸轮上具有与变倍微动开关相配合的变倍挡钉。

本实施例中，所述变倍凸轮77的前后端与主镜筒之间分别设置有钢珠78，以使变倍凸轮与主镜筒之间配合形成滚动轴承，变倍凸轮经设置于主镜筒后端的变倍凸轮压圈79锁紧；所述变倍凸轮77上设置有变倍曲线槽724和补偿曲线槽725，所述有变倍曲线槽和补偿曲线槽分别经变倍导钉723和补偿导钉把变倍凸轮77与变倍移动座74、补偿移动座713连接在一起；所述变倍电机719、变倍电位器718经变倍电机支架720安置在主镜筒75上，所述变倍微动开关722经变倍限位开关架721安置于主镜筒75上；变倍电机的齿轮与变倍凸轮77的齿轮啮合，所述主镜筒上设置有用于限制变倍导钉件和补偿导钉并使变倍移动座74、补偿移动座713的旋转运动变为直线运动的两条直槽。当变倍电机719转子做正负旋转运动是，带动变倍凸轮77做相应的转动，通过变倍、补偿曲线槽及变倍导钉、补偿导钉带动变倍移动座74、补偿移动座713按变倍、补偿曲线槽的方式运动，主镜筒75上的两条直槽起到限制变倍导钉件、补偿导钉的作用，并使变倍移动座74、补偿移动座713的旋转运动变为直线运动；严格控制变倍导钉组件和补偿导钉组件与变倍凸轮77的曲线槽和主镜筒75上的直线槽之间的配合间隙，保证变倍组件和补偿组件滑动平稳、无卡带。这样通过电机旋转实现变倍镜筒和补偿镜筒按变焦运动方程要求做来回的直线运动，从而实现系统焦距的连续变化功能。

本实施例中，所述主镜筒内部的上下侧分别设置有用于变倍移动座和补偿移动座移动导向的导杆714，所述主镜筒前侧还设置有与前组镜筒相连接时用于调节二者之间距离的前组调整垫片716。

本实施例中，所述变倍镜筒的前端设置有用于压在第三弯月负透镜b1前侧的变倍压圈71，变倍镜筒内位于第三弯月负透镜与第一双凹负透镜b2之间设置有第一变倍隔圈72，位于第一平凸正透镜b3和第四弯月负透镜b4之间设置有第二变倍隔圈。

本实施例中，所部补偿镜筒的后端设置有用于压在第三双凸正透镜d1后端面上的补偿压圈710，补偿镜筒内位于第五望月负透镜d2与第三双凸正透镜d3之间设置有补偿隔圈711。

本实施例中，所述后组镜筒85内部设置有相配合的光阑动环压板814和安装有光阑片的光阑动环813，所述光阑座的下侧设置有光阑电机815，所述光阑电机经齿啮合传动与套置于光阑座上的光阑调节环82相连接，光阑座上还设置有用于控制光阑开口大小的光阑微动开关87，所述光阑调节环82上具有与光阑微动开关相配合的光阑挡钉83；所述光阑微动开关87经光阑限位支架88安置于光阑座86上，所述光阑片经铆钉连接安置在光阑动环813上，所述光阑动环813经光阑拨钉84与光阑调节环82连接，光阑动环813带动光阑片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变化；所述光阑拨钉随光阑调节环82在光阑电机815的带动下旋转运动；所述光阑动环813随光阑挡钉83旋转运动，光阑微动开关87与光阑挡钉83配合工作，起到对变焦过程中系统的限位和保护作用。

本实施例中，所述后组镜筒内位于第三弯月正透镜d1和第五望月负透镜d2之间设置有后组隔圈，以便保证空气间隔。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的紧凑型高分辨率变焦镜头并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。