具有视场连续输出功能的强透雾高清变焦摄像镜头的制作方法

本发明涉及一种具有视场连续输出功能的强透雾高清变焦摄像镜头，属于光电
技术领域：
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背景技术：
：在雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下，普通摄像镜头探测距离将严重降低，极端情况下，目标信号甚至会淹没于背景信号当中，摄像系统无法正常使用；当工作波段较宽时，如要求可见光波段与近红外波段都能工作时，由于二级光谱等像差的影响，传统光路结构也普遍存在变倍倍数小、分辨率不高的特点；普通摄像系统仅限于得到目标的影像信息，无法得到例如几何尺寸的数字信息。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”甚至测量；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连续监控；因此，必须尽可能拓宽工作谱段，提高分辨率水平，并尽量多的输出其他必要信息（例如当前系统焦距值、视场值等），提高产品竞争力。技术实现要素：本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种结构简单的具有视场连续输出功能的强透雾高清变焦摄像镜头。本发明的技术方案是，一种具有视场连续输出功能的强透雾高清变焦摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右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、光焦度为正的补偿组c、可变光栏d、光焦度为正的后固定组e；所述前固定组a包括依次设置的由负月牙透镜a-1和正月牙透镜a-2密接胶合的第一胶合组、双凸透镜a-3、正月牙透镜a-4；所述变倍组b包括依次设置的由负月牙透镜b-1和双凸透镜b-2和双凹透镜b-3密接胶合的第二胶合组、双凹透镜b-4；所述补偿组c包括依次设置的双凸透镜c-1、由负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组、正月牙透镜c-4；所述后固定组e包括依次设置的由双凹透镜e-1和正月牙透镜e-2密接胶合的第四胶合组、滤色片e-3、双凸透镜e-4、双凹镜组e-5、正月牙透镜e-6。进一步的，所述前固定组a和变倍组b之间的空气间隔是1.5～87mm，变倍组b与补偿组c之间的空气间隔是1.5～118mm，补偿组c与后固定组e之间的空气间隔是4.50～35.50mm。进一步的，所述前固定组a中，由负月牙透镜a-1和正月牙透镜a-2密接胶合的第一胶合组与双凸透镜a-3之间的空气间隔是1.5mm，双凸透镜a-3与正月牙透镜a-4之间的空气间隔是0.2mm；所述变倍组b中，由负月牙透镜b-1和双凸透镜b-2和双凹透镜b-3密接胶合的第二胶合组与双凹透镜b-4之间的空气间隔为3.5mm；所述补偿组c中，双凸透镜c-1与由负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组之间的空气间隔为0.2mm，由负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组与正月牙透镜c-4之间的空气间隔为0.2mm；所述后固定组e中，由双凹透镜e-1和正月牙透镜e-2密接胶合的第四胶合组与滤色片e-3之间的空气间隔为22.50mm，滤色片e-3与双凸透镜e-4之间的空气间隔为13.7mm，双凸透镜e-4与双凹镜组e-5之间的空气间隔为3.5mm，双凹镜组e-5与正月牙透镜e-6之间的空气间隔为13.1mm。进一步的，所述镜头的机械结构包括用于固定前固定组a、变倍组b、补偿组c、可变光栏d、后固定组e的镜框、电动变焦机构、电动调焦机构、电动滤色片切换结构、摄像机固定及调整机构和连接底板。进一步的，所述镜框包括从左往右依次设置的主镜座、后镜座、滤色片座和滤色片盖，主镜座的后端与后镜座的前端螺接，所述主镜座前段内壁与前组镜座连接，所述前组镜座内从左往右依次装配有前组压圈、负月牙透镜a-1和正月牙透镜a-2密接胶合的第一胶合组、前组隔圈a、双凸透镜a-3、前组隔圈b、正月牙透镜a-4，所述主镜座中段内壁装配有变倍镜座，所述变倍镜座内装配有变倍压圈、负月牙透镜b-1和双凸透镜b-2和双凹透镜b-3密接胶合的第二胶合组、变倍组隔圈、双凹透镜b-4，所述主镜座后段内壁装配有补偿镜座，所述补偿镜座内装配有双凸透镜c-1、补偿组隔圈a、由负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组、补偿组隔圈b、正月牙透镜c-4、补偿压圈，所述后镜座前段内壁螺接有后组前镜座，所述后组前镜座内装配有由双凹透镜e-1和正月牙透镜e-2密接胶合的第四胶合组、后组压圈a，所述滤色片座内装配有滤色片e-3、滤色片压圈，所述滤色片盖内螺接有后组后镜座，所述后组后镜座内装配有双凸透镜e-4、后组隔圈a、双凹镜组e-5、后组隔圈b、正月牙透镜e-6、后组压圈b。进一步的，所述电动变焦机构包括电机架、位于主镜座外周部的凸轮、位于凸轮后端的凸轮压圈、位于主镜座内前端的变倍滑架、位于主镜座内后端的补偿滑架、磁钢、霍尔元件座、霍尔元件，所述电机架上设有电机、电机齿轮、电位器、电位器齿轮，电机齿轮与凸轮的齿轮啮合，所述凸轮内装配有分别与变倍滑架、补偿滑架连接的凸轮导钉，所述变倍滑架内装配有变倍镜座，同时与主镜座滑动配合，所述补偿滑架内装配有补偿镜座，同时与主镜座滑动配合。进一步的，所述电动调焦机构包括电机架、电位器架、位于主镜座前端外周的调焦环、调焦环前端的调焦环压圈、磁钢、霍尔元件座、霍尔元件，所述电机架上设有电机、电机齿轮，所述电位器架上设有电位器、电位器齿轮，所述调焦环内装配有与前组镜座连接的调焦导钉。进一步的，所述电动滤色片切换结构包括电机架、过渡轮、转盘、霍尔元件座、霍尔元件，所述电机架上设有电机、电机齿轮，所述转盘内设置有滤色镜片e-3，所述滤色镜片e-3包括可见光滤色镜片与近红外滤色镜片。进一步的，所述摄像机固定及调整机构包括ccd、ccd架、ccd固定板、绝缘板、ccd压板。进一步的，所述双凸透镜a-3、正月牙透镜a-4由超低色散材料n-pk52a制成。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）该具有视场连续输出功能的强透雾高清变焦摄像镜头的光学系统结构简单。（2）采用正组补偿结构，有利于提高长焦分辨率的特点，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，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，使镜头的分辨率显著提高，达到四百万像素，可与高清晰度的摄像机适配；提高了摄像系统在雨、雪、薄雾等阴霾气候条件下对远距离目标的探测能力。附图说明下面结合附图对本发明专利进一步说明。图1为该发明实施例的光学系统示意图；图2为该发明实施例在可见光波段的mtf图；图3为该发明实施例在近红外波段的mtf图；图4为该发明实施例的镜头结构剖视图；图5为该发明实施例的电动变焦机构图一；图6为该发明实施例的电动变焦机构图二；图7为该发明实施例的电动调焦机构图一；图8为该发明实施例的电动调焦机构图二；图9为该发明实施例的电动滤色片切换图；图10为该发明实施例的ccd固定及调整机构图；图中：a-前固定组a；b-变倍组b；c-补偿组c；d-可变光栏d；e-后固定组e；a-1负月牙透镜a-1；a-2正月牙透镜a-2；a-3双凸透镜a-3；a-4正月牙透镜a-4；b-1负月牙透镜b-1；b-2双凸透镜b-2；b-3双凹透镜b-3；b-4双凹透镜b-4；c-1双凸透镜c-1；c-2负月牙透镜c-2；c-3双凸透镜c-3；c-4正月牙透镜c-4；e-1双凹透镜e-1；e-2正月牙透镜e-2；e-3滤色片e-3；e-4双凸透镜e-4；e-5双凹镜组e-5；e-6正月牙透镜e-6。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。如图1～10所示，一种具有视场连续输出功能的强透雾高清变焦摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右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、光焦度为正的补偿组c、可变光栏d、光焦度为正的后固定组e；所述前固定组a包括依次设置的由负月牙透镜a-1和正月牙透镜a-2密接胶合的第一胶合组、双凸透镜a-3、正月牙透镜a-4；所述变倍组b包括依次设置的由负月牙透镜b-1和双凸透镜b-2和双凹透镜b-3密接胶合的第二胶合组、双凹透镜b-4；所述补偿组c包括依次设置的双凸透镜c-1、由负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组、正月牙透镜c-4；所述后固定组e包括依次设置的由双凹透镜e-1和正月牙透镜e-2密接胶合的第四胶合组、滤色片e-3、双凸透镜e-4、双凹镜组e-5、正月牙透镜e-6。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1.5～87mm，变倍组b与补偿组c之间的空气间隔是1.5～118mm，补偿组c与后固定组e之间的空气间隔是4.50～35.50mm。在本实施例中，所述前固定组a中，由负月牙透镜a-1和正月牙透镜a-2密接胶合的第一胶合组与双凸透镜a-3之间的空气间隔是1.5mm，双凸透镜a-3与正月牙透镜a-4之间的空气间隔是0.2mm；所述变倍组b中，由负月牙透镜b-1和双凸透镜b-2和双凹透镜b-3密接胶合的第二胶合组与双凹透镜b-4之间的空气间隔为3.5mm；所述补偿组c中，双凸透镜c-1与由负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组之间的空气间隔为0.2mm，由负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组与正月牙透镜c-4之间的空气间隔为0.2mm；所述后固定组e中，由双凹透镜e-1和正月牙透镜e-2密接胶合的第四胶合组与滤色片e-3之间的空气间隔为22.50mm，滤色片e-3与双凸透镜e-4之间的空气间隔为13.7mm，双凸透镜e-4与双凹镜组e-5之间的空气间隔为3.5mm，双凹镜组e-5与正月牙透镜e-6之间的空气间隔为13.1mm。在本实施例中，所述镜头的机械结构包括用于固定前固定组a、变倍组b、补偿组c、可变光栏d、后固定组e的镜框、电动变焦机构15、电动调焦机构11、电动滤色片切换结构26、摄像机固定及调整机构36和连接底板。在本实施例中，所述镜框包括从左往右依次设置的主镜座8、后镜座、滤色片座和滤色片盖，主镜座的后端与后镜座的前端螺接，所述主镜座前段内壁与前组镜座7连接，所述前组镜座内从左往右依次装配有前组压圈6、负月牙透镜a-1和正月牙透镜a-2密接胶合的第一胶合组3、前组隔圈a1、双凸透镜a-3（4）、前组隔圈b2、正月牙透镜a-4（5），前组隔圈a控制尺寸公差，保证负月牙透镜a-1和正月牙透镜a-2密接胶合的第一胶合组与双凸透镜a-3之间的空气间隔1.50mm，前组隔圈b控制尺寸公差，保证双凸透镜a-3和正月牙透镜a-4之间的空气间隔0.20mm，所述主镜座中段内壁装配有变倍镜座12，所述变倍镜座内装配有变倍压圈9、负月牙透镜b-1和双凸透镜b-2和双凹透镜b-3密接胶合的第二胶合组10、变倍组隔圈13、双凹透镜b-4（14），变倍组隔圈控制尺寸公差，保证负月牙透镜b-1和双凸透镜b-2和双凹透镜b-3密接胶合的第二胶合组与双凹透镜b-4之间的空气间隔3.50mm，所述主镜座后段内壁装配有补偿镜座21，所述补偿镜座内装配有双凸透镜c-1（19）、补偿组隔圈a20、由负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组、补偿组隔圈b、正月牙透镜c-4、补偿压圈27，补偿组隔圈a控制尺寸公差，保证双凸透镜c-1与负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组24之间的空气间隔0.20mm，补偿组隔圈b（25）控制尺寸公差，保证双凸透镜c-1与负月牙透镜c-2和双凸透镜c-3密接胶合的第三胶合组与正月牙透镜c-4（28）之间的空气间隔0.20mm，所述后镜座29前段内壁螺接有后组前镜座43，所述后组前镜座内装配有由双凹透镜e-1和正月牙透镜e-2密接胶合的第四胶合组44、后组压圈a（42），所述滤色片座30内装配有滤色片e-3、滤色片压圈41，所述滤色片盖31内螺接有后组后镜座32，所述后组后镜座内装配有双凸透镜e-4、后组隔圈a（38）、双凹镜组e-5（37）、后组隔圈b、正月牙透镜e-6（34）、后组压圈b（33），滤色片座控制尺寸公差，保证双凹透镜e-1和正月牙透镜e-2密接胶合的第四胶合组与滤色片e-3（40）之间的空气间隔22.50mm，滤色片盖控制尺寸公差，保证滤色片e-3与双凸透镜e-4（39）之间的空气间隔13.70mm，后组隔圈a控制尺寸公差，保证双凸透镜e-4和双凹镜组e-5之间的空气间隔3.50mm；所述后组隔圈b（35）控制尺寸公差，保证双凹镜组e-5和正月牙透镜e-6之间的空气间隔13.10mm，主镜座通过2个m4内六角螺钉与底板45刚性连接，所述后镜座通过2个m4内六角螺钉与底板刚性连接。在本实施例中，所述电动变焦机构包括电机架46、位于主镜座外周部的凸轮17、位于凸轮后端的凸轮压圈23、位于主镜座内前端的变倍滑架16、位于主镜座内后端的补偿滑架18、磁钢47、霍尔元件座48、霍尔元件49，所述电机架上设有电机50、电机齿轮51、电位器52、电位器齿轮53，电机齿轮与凸轮的齿轮啮合，所述凸轮内装配有分别与变倍滑架、补偿滑架连接的凸轮导钉22，所述变倍滑架内装配有变倍镜座，同时与主镜座滑动配合，所述补偿滑架内装配有补偿镜座，同时与主镜座滑动配合；所述电机架通过2个m3内六角螺钉与主镜座刚性连接，所述电机架上设有电机、电机齿轮、电位器、电位器齿轮，所述电机齿轮与电机刚性连接，所述电位器齿轮与电位器刚性连接，所述电机齿轮与电位器齿轮精密啮合，所述电机齿轮与凸轮精密啮合，所述凸轮安置于主镜座外，并用凸轮压圈锁紧，所述凸轮内装配有凸轮导钉，所述凸轮导钉分别安装在变倍滑架和补偿滑架上，所述变倍滑架与变倍镜座连接，采用螺纹及主正面配合，能够有效保证同心度要求，所述变倍滑架与主镜座滑动配合，所述补偿滑架与补偿镜座连接，采用螺纹及主正面配合，能够有效保证同心度要求，所述补偿滑架与主镜座滑动配合，所述凸轮旋转到两端极限位置时，通过霍尔元件感应磁钢限位。在本实施例中，所述电动调焦机构包括电机架46、电位器架54、位于主镜座前端外周的调焦环55、调焦环前端的调焦环压圈56、磁钢47、霍尔元件座48、霍尔元件49，所述电机架上设有电机、电机齿轮，所述电位器架上设有电位器、电位器齿轮，所述调焦环内装配有与前组镜座连接的调焦导钉57，所述电机架通过2个m3内六角螺钉与主镜座刚性连接。所述电机架上设有电机、电机齿轮，所述电机齿轮与电机刚性连接，所述电机齿轮与调焦环精密啮合，所述电位器架通过2个m3内六角螺钉与主镜座刚性连接，所述电位器架上设有电位器、电位器齿轮，所述电位器齿轮与电位器刚性连接，所述电位器齿轮与调焦环精密啮合，所述调焦环安置于主镜座外，并用调焦环压圈锁紧，所述调焦环内装配有调焦导钉，所述调焦导钉安装在前组镜座上，所述前组镜座与主镜座滑动配合，所述调焦环旋转到两端极限位置时，通过霍尔元件感应磁钢限位。在本实施例中，所述电动滤色片切换结构包括电机架46、过渡轮58、转盘59、霍尔元件座48、霍尔元件49，所述电机架上设有电机、电机齿轮，所述转盘内设置有滤色镜片e-3，所述滤色镜片e-3包括可见光滤色镜片与近红外滤色镜片，近红外滤色镜片的工作波长为750～900nm，所述电机架通过2个m3内六角螺钉与滤色片座刚性连接，所述电机架上设有电机、电机齿轮，所述电机齿轮与电机刚性连接，所述电机齿轮与过渡轮精密啮合，所述过渡轮与转盘精密啮合，所述滤色片转盘内装配有2种不同波长的滤色片，并用滤色片压圈锁紧，所述转盘转动，实现在不同滤色片之间进行切换的作用，所述滤色片转盘旋转到位时，通过霍尔元件感应磁钢限位。在本实施例中，所述摄像机固定及调整机构包括ccd61、ccd架62、ccd固定板64、绝缘板63、ccd压板60，所述ccd通过4个m3内六角螺钉与ccd固定板刚性连接，所述ccd固定板通过4个m3内六角螺钉与ccd架刚性连接，所述ccd架通过4个m3内六角螺钉与滤色片盖31刚性连接，通过调整所述ccd架与所述ccd固定板来实现ccd与镜头光轴的重合。在本实施例中，所述双凸透镜a-3、正月牙透镜a-4由超低色散材料n-pk52a制成。在本实施例中，其各个镜片的物理参数符合表1所示数据要求：表1镜片物理参数要求表面曲率半径（mm）厚度（mm）材料1235≤r≤2404laf13276.7≤r≤78.59.2lafn233140≤r≤1451.5air4130≤r≤13310.5n-pk52a5-382.32≤r≤-3600.2air697.1≤r≤98.1510.0n-pk52a7530.2≤r≤533.9251.5～87air8-610.252≤r≤-600.0101.6lak31942≤r≤43.87.8zf5210-41≤r≤-40.51.6lasf331152≤r≤53.2213.5air12-65≤r≤-621.6n-lasf31a13265≤r≤2661.5～118air1481≤r≤82.5443.5h-laf115-118≤r≤-1150.2air1690≤r≤921.6sf571732≤r≤375n-pk52a18-142≤r≤-1320.2air1960≤r≤622.6lafn2320200≤r≤223.24.50～35.50air21--71≤r≤-730.8n-fk52222≤r≤23.452.2lakl122394≤r≤96.7522.5air24平面2n-bk725平面13.7air2646.5≤r≤47.1350.85sf427-47.135≤r≤46.53.5air28--25.42≤r≤-25.351n-lasf31a2925.2≤r≤25.4913.1air3016.852≤r≤17.154n-fk531120≤r≤124air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：焦距：f′min=27mm，f′max=338mm；相对孔径d/f′=1/5；适配探测器：分辨率2208x2208,像元尺寸4.54umx4.54um；光学结构长度∑l≤262mm；镜头分辨率：与四百万像素ccd摄像机或cmos摄像机适配；透雾滤色片的透过光谱：750~950nm。在光学设计时，对前固定组进行复杂化，增加正透镜，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，达到四百万像素水平，可与高清晰度的摄像机适配；针对正组补偿结构光学总长较长的缺点，将后固定组复杂化，使其具有摄远结构的特点，有效减小了系统体积，实现了系统的紧凑化。利用近红外谱段光线的穿透能力，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；并进行膜系优化设计，使光学镜头在450nm~950nm波段范围有高于80%的透过率。上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12