一种大靶面长焦距透射式高清变焦镜头的制作方法

本发明涉及一种大靶面长焦距透射式高清变焦镜头，属于光电技术领域。

背景技术：

对于长焦监控镜头，一般采用反射式结构，可以达到系统总长短、结构紧凑的目的，但反射式系统存在视场角小、中心遮拦挡光、衍射极限降低、杂散光难以消除等缺陷；当采用透射式结构时，则存在系统总长难以缩短、大尺寸玻璃难以选材、像差尤其是二级光谱像差难以校正等问题；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，光电视频监控也需要提高分辨率水平，并尽量多的输出其他必要信息（如当前系统焦距值等），或要求提供尽可能多的控制功能（如电动调焦、电动聚焦、地理对焦等），提高产品竞争力。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种大靶面长焦距透射式高清变焦镜头，使镜头的分辨率显著提高，可与两百万像素高清相机适配。

本发明采用以下方案实现：一种大靶面长焦距透射式高清变焦镜头，所述镜头的光学结构包括沿光线入射方向依次设置的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和光焦度为正的后固定组e；所述前固定组a包括依次设置的双凸透镜a-1、正月牙透镜a-2以及由负月牙透镜a-3和正月牙透镜a-4密接胶合的第一胶合组；所述变倍组b包括依次设置的由负月牙透镜b-1、平凸透镜b-2和平凹透镜b-3密接胶合的第二胶合组以及平凹透镜b-4；所述补偿组c包括依次设置的双凸透镜c-1、由双凸透镜c-2和负月牙透镜c-3密接胶合的第三胶合组以及正月牙透镜c-4；所述后固定组e包括依次设置的由双凹透镜e-1和平凸透镜e-2密接胶合的第四胶合组、由负月牙透镜e-3和双凸透镜e-4密接胶合的第五胶合组、双凹透镜e-5以及双凸透镜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32.36～110.26mm，变倍组b与补偿组c之间的空气间隔是3.02～126.84mm，补偿组c与后固定组e之间的空气间隔是7.35～53.27mm。

进一步的，所述前固定组a中，双凸透镜a-1与正月牙透镜a-2之间的空气间隔是0.25mm，正月牙透镜a-2与第一胶合组之间的空气间隔是2.27mm；所述变倍组b中，第二胶合组与平凹透镜b-4之间的空气间隔为5.76mm；所述补偿组c中，双凸透镜c-1与第三胶合组之间的空气间隔为0.1mm，第三胶合组与正月牙透镜c-4之间的空气间隔为0.1mm；所述后固定组e中，第四胶合组与第五胶合组之间的空气间隔为42.09mm，第五胶合组与双凹透镜e-5之间的空气间隔为20.45mm，双凹透镜e-5与双凸透镜e-6之间的空气间隔为51.58mm。

进一步的，所述平凸透镜a-2、双凸透镜c-2由超低色散材料h-fk71制成。

进一步的，所述镜头的机械机构包括沿光学入射方向依次设置的调焦镜组41、变焦镜组43和调光镜组46。

进一步的，所述调焦镜组套设于前固定组a外周侧，包括a片压圈、调焦筒、主镜筒、调焦环、调焦环垫圈、ab调整圈、bcd镜座、bc隔圈、d片压圈和电动调焦机构；所述双凸透镜a-1装入调焦筒内，并由a片压圈压紧；所述正月牙透镜a-2以及由负月牙透镜a-3和正月牙透镜a-4密接胶合的第一胶合组装入bcd镜座内，并由d片压圈压紧；将所述ab调整圈、bcd镜座依次转入调焦筒内，所述调焦筒装入主镜筒内，所述调焦环装在主镜筒外，所述调焦环与调焦环垫圈、调焦主镜筒之间装有钢珠；所述电动调焦机构包括调焦电机、调焦环以及控制调焦位置的调焦霍尔元件，所述调焦电机通过调焦电机架安装在主镜筒上，所述调焦霍尔元件通过调焦霍尔元件座安装在主镜筒上，所述主镜筒上开设有三个精密加工且90°均布的导槽，所述调焦电机的电机轴上安装有调焦电机齿轮，所述调焦环安装与调焦镜筒上与调焦电机齿轮相啮合，所述调焦镜筒周侧上固定有三个90°均布的调焦导钉，所述调焦导钉与导槽一一相配合，所述调焦环通过调焦导钉带动调焦筒前后移动，并通过调焦霍尔元件进行限位。

进一步的，所述变焦镜组套设于变倍组b和补偿组c的外周侧，包括变倍滑架、补偿滑架、变倍镜筒、补偿镜筒、变焦凸轮和电动连续变焦机构；所述变倍组b和补偿组c分别活动安装于所述变倍滑架和补偿滑架上；所述变倍滑架和补偿滑架依次安装于主镜筒内；所述变焦凸轮安装在主镜筒上，所述变焦凸轮开设有4条曲线槽；所述电动连续变焦机构包括变焦电机、变焦电位器、凸轮以及用于控制长短焦位置的变焦霍尔元件，所述霍尔元件通过变焦霍尔元件座安装在主镜筒上，所述变焦电机、变焦电位器均通过变焦电机架安装在主镜筒上，所述变焦电机的电机轴上安装有与凸轮相啮合的变焦电机齿轮，所述变焦电位器的轴上安装有与变焦凸轮相啮合的变焦电位器齿轮。

进一步的，所述调光镜组套设于可变光栏d和后固定组e的外周侧，包括光栏座、后组镜筒、n片压圈、pq隔圈、qr隔圈、后组压圈以及电动调光机构；所述由双凹透镜e-1和平凸透镜e-2密接胶合的第四胶合组安装于光栏座内并由n片压圈压紧，所述负月牙透镜e-3和双凸透镜e-4密接胶合的第五胶合组、双凹透镜e-5、双凸透镜e-6依次安装于后组镜筒内，并用后组压圈固定；所述负月牙透镜e-3和双凸透镜e-4密接胶合的第五胶合组及双凹透镜e-5之间用pq隔圈隔开，所述双凹透镜e-5和双凸透镜e-6之间用qr隔圈隔开；所述电动调光机构包括光栏电机、光栏电位器、光栏调节环、光栏动环、光栏片以及用于控制光栏开口大小位置的光栏霍尔元件，所述光栏霍尔元件通过光栏霍尔元件座安装在光栏座上，所述光栏电机、光栏电位器通过光栏电机架安装在光栏座上；所述光栏动环上固定有头部与光栏调节环内侧凹槽相配合的光栏拨钉，所述光栏动环由光栏动环压圈压紧在光栏座内，所述光栏动环带动光栏片转动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：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，达到二百万像素，可与高清晰度的摄像机适配。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的光学结构示意图。

图2为本发明实施例的机械结构总图。

图3为本发明实施例的调焦镜组的剖面图。

图4本发明实施例的调焦镜组的侧面图。

图5为本发明实施例的变焦镜组的剖面图。

图6为本发明实施例的变焦镜组的侧面图。

图7本发明实施例的调光镜组的剖面图。

图8为本发明实施例的调光镜组的侧面图。

图中：a-前固定组a，a-1-双凸透镜a-1，a-2-正月牙透镜a-2，a-3-负月牙透镜a-3，a-4-正月牙透镜a-4；b-变倍组b，b-1-负月牙透镜b-1，b-2-平凸透镜b-2，b-3-平凹透镜b-3，b-4-平凹透镜b-4；c-补偿组c，c-1-双凸透镜c-1，c-2-双凸透镜c-2，c-3-负月牙透镜c-3，c-4-正月牙透镜c-4；d-可变光栏d；e-后固定组e，e-1-双凹透镜e-1，e-2-平凸透镜e-2，e-3-负月牙透镜e-3，e-4-双凸透镜e-4，e-5-双凹透镜e-5，e-6-双凸透镜e-5；

41-调焦镜组，42-电动调焦机构，43-变焦镜组，44-电动连续变焦机构，45-电动调光机构，46-调光镜组；

55-a片压圈，56-调焦筒，57-主镜筒，58-调焦环，59-调焦环垫圈，510-调焦钢珠，511-ab调整圈，512-bcd镜筒，513-bc隔圈，514-调焦导钉组件，515-d片套圈，516-调焦环，517-调焦磁铁架，518-调焦磁铁，519-调焦电机架，520-调焦电位器齿轮，521-调焦电位器，522-调焦电机齿轮，523-调焦电机，524-调焦霍尔元件架，525-调焦霍尔元件；

65.gh隔圈，66-e片压圈，67-变倍镜筒，68-变焦组垫片，69.变倍滑架，611-变焦钢珠，612-变焦导钉组件，613-变焦凸轮，614-凸轮钢珠垫圈，617-补偿滑架，618-补偿组垫片，619-补偿镜筒，624-ij隔圈，625-kl隔圈，626-l片压圈，627-变焦霍尔元件座，628-变焦霍尔元件，629-变焦电机架，630-变焦电位器齿轮，631-变焦电位器，632-变焦电机齿轮，633-变焦电机，634-变焦磁铁座，635-变焦磁铁；

73-光栏动环，74-光栏片，75-光栏座，76-n片压圈，77-光栏动环压圈，78-光栏拨钉，79-光栏调节环，710-光栏齿轮压圈，713-pq隔圈，715-qr隔圈，716-后组镜筒，718-r片隔圈，719-光栏霍尔元件架，720-光栏霍尔元件，721-光栏电机架，722-光栏电位器齿轮，723-光栏电位器，724-光栏电机齿轮，725-光栏电机，726-光栏磁铁，727-光栏磁铁座。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明实施例提供的一种大靶面长焦距透射式高清变焦镜头，所述镜头的光学结构包括沿光线入射方向依次设置的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和光焦度为正的后固定组e；所述前固定组a包括依次设置的双凸透镜a-1、正月牙透镜a-2以及由负月牙透镜a-3和正月牙透镜a-4密接胶合的第一胶合组；所述变倍组b包括依次设置的由负月牙透镜b-1、平凸透镜b-2和平凹透镜b-3密接胶合的第二胶合组以及平凹透镜b-4；所述补偿组c包括依次设置的双凸透镜c-1、由双凸透镜c-2和负月牙透镜c-3密接胶合的第三胶合组以及正月牙透镜c-4；所述后固定组e包括依次设置的由双凹透镜e-1和平凸透镜e-2密接胶合的第四胶合组、由负月牙透镜e-3和双凸透镜e-4密接胶合的第五胶合组、双凹透镜e-5以及双凸透镜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32.36～110.26mm，变倍组b与补偿组c之间的空气间隔是3.02～126.84mm，补偿组c与后固定组e之间的空气间隔是7.35～53.27mm。

在本实施例中，所述前固定组a中，双凸透镜a-1与正月牙透镜a-2之间的空气间隔是0.25mm，正月牙透镜a-2与第一胶合组之间的空气间隔是2.27mm；所述变倍组b中，第二胶合组与平凹透镜b-4之间的空气间隔为5.76mm；所述补偿组c中，双凸透镜c-1与第三胶合组之间的空气间隔为0.1mm，第三胶合组与正月牙透镜c-4之间的空气间隔为0.1mm；所述后固定组e中，第四胶合组与第五胶合组之间的空气间隔为42.09mm，第五胶合组与双凹透镜e-5之间的空气间隔为20.45mm，双凹透镜e-5与双凸透镜e-6之间的空气间隔为51.58mm。

在本实施例中，所述平凸透镜a-2、双凸透镜c-2由超低色散材料h-fk71制成。

本发明提供的一种大靶面长焦距透射式高清变焦镜头，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1(续)镜片物理参数要求

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=97mm，f′max=1015mm；

相对孔径d/f′=1/7.96；

适配探测器像元尺寸：φ16.4um；

光学结构长度∑l≤439mm；

镜头分辨率：与二百万像素摄像机适配，参考图2、图3；

在光学设计时，在前固定组a、补偿组c选用ed（超低色散）光学材料h-fk71，这样提高了长焦时轴上光线高度最高的前固定组、短焦时轴上光线高度最高的补偿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，使镜头分辨率得到显著提高，达到二百万像素水平，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，光学总长与最长焦距之比达到0.43，实现了系统的紧凑化；利用高精密电位器等电子元器件，反馈电阻值并进行转化计算，连续输出当前焦距、视场，可供测量系统配套使用；通过电机、齿轮、凸轮等传动机构，提供电动变焦、电动聚焦、地理对焦功能，方便用户对监控系统的控制。

进行膜系优化设计，使光学镜头在450nm~700nm波段范围有高于80%的透过率。

如图3-4所示，所述镜头的机械机构包括一主镜筒以及沿光学入射方向依次设置于主镜筒内的调焦镜组41、变焦镜组43和调光镜组46。所述镜头的前部设有电动调焦机构42，所述镜头的中部设有电动连续变焦机构44，所述镜头的后部设有电动调光机构46。所述电动调焦机构42、电动连续变焦机构44和电动调光机构45分别布置在镜头的四周。所述电动调焦机构42设置有一个实现焦距预置功能的调焦电位器521和两个实现输出到位信号功能的调焦霍尔元件525，所述调焦电位器521为精密电位器。所述电动连续变焦机构设置有一个实现焦距预置功能的变焦电位器631和两个实现输出到位信号功能的变焦霍尔元件628，所述变焦电位器631为精密电位器。所述电动调光机构设置有一个实现焦距预置功能的光栏电位器723和两个实现输出到位信号功能的光栏霍尔元件720，所述光栏电位器723为精密电位器。

如图5-6所示，所述变焦镜头的调焦镜组41包括a片压圈55、调焦筒56、主镜筒57、调焦环58、调焦环垫圈59、ab调整圈511、bcd镜座512、bc隔圈513、d片压圈和电动调焦机构42；先将双凸透镜a-1装入调焦筒56内，并由a片压圈55压紧；其次将正月牙透镜a-2、由负月牙透镜a-3和正月牙透镜a-4密接胶合的第一胶合组装入bcd镜筒512内，并由d片压圈515压紧；bc隔圈513位于正月牙透镜a-2和负月牙透镜a-3之间；再将ab调整圈511、bcd镜筒512依次转入调焦筒56内；最后将调焦筒56装入主镜筒57内。所述电动调焦机构42包括调焦磁铁座517、调焦磁铁518、调焦电机架519、调焦电位器齿轮520、调焦电位器521、调焦电机齿轮522、调焦电机523、调焦霍尔元件架524、调焦霍尔元件525。所述调焦电位器齿轮520、调焦电位器521、调焦电机齿轮522、调焦电机523均安装在调焦电机架519上，所述调焦电机架519安装在主镜筒57上。所述调焦磁铁518安装在调焦磁铁座517上，所述调焦霍尔元件525安装在调焦霍尔元件架524上。所述调焦磁铁座517安装在主镜筒57上，所述调焦霍尔元件架524安装在主镜筒57上。所述主镜筒57上开设有精密加工的3个均布导槽，所述调焦环516安装在主镜筒57上，所述调焦环58与调焦环垫圈59、调焦主镜筒57之间装有调焦钢珠510；所述调焦环516上开设有精密加工的3条均布的线性斜槽。所述主镜筒57和调焦环516通过调焦导钉组件514联接在一起，调焦电机齿轮522与调焦环516上的齿轮啮合。当调焦电机523通电旋转时，通过电机上的调焦电机齿轮522带动调焦环516旋转，调焦环516的转动又带动调焦导钉组件514的运动。然而调焦导钉组件514通过主镜筒57上开设的直槽限制，从而将调焦环516的旋转运动转换为调焦筒56的直线运动，从而实现对远近目标的调焦。

如图7-8所示，所述负月牙透镜b-1、平凸透镜b-2、平凹透镜b-3以及平凹透镜b-4依次装入变倍镜筒67内，并用e片压圈66压紧，所述平凹透镜b-4以及平凹透镜b-4设置有gh隔圈65；所述双凸透镜c-1、双凸透镜c-2、负月牙透镜c-3以及正月牙透镜c-4依次装入补偿镜筒619内，并l片压圈626压紧，其中所述双凸透镜c-1与双凸透镜c-2之间设置有ij隔圈624，所述负月牙透镜c-3与正月牙透镜c-4之间设置有kl隔圈625。所述变倍镜筒67通过联接螺钉安装在变倍滑架69上，其间通过变焦组垫片68进行调整；所述补偿镜筒619通过联接螺钉安装在补偿滑架617上，其间通过补偿组垫片618进行调整。所述变倍滑架69、补偿滑架617分别通过与主镜筒57精密研磨后装入主镜筒57内。所述变焦凸轮613通过变焦钢珠611安装在主镜筒57上，通过凸轮钢珠垫圈614压紧，并通过凸轮压圈615锁住；通过变焦钢珠611，可以把变焦凸轮613旋转时的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减少变焦凸轮613运动时的摩擦力。所述变焦凸轮613根据光学变焦运动方程的要求分别加工有2条变倍曲线槽和2条补偿曲线槽，通过变焦导钉组件612将变焦凸轮613与变倍滑架69、补偿滑架617联接在一起。所述电动连续变焦机构44包括变焦霍尔元件架627、变焦霍尔元件628、变焦电机架629、变焦电位器齿轮630、变焦电位器631、变焦电机齿轮632、变焦电机633、变焦磁铁座634以及变焦磁铁635。所述变焦霍尔元件628安装在变焦霍尔元件架627上；所述变焦电位器齿轮630、变焦电位器631、变焦电机齿轮632以及变焦电机633均安装在变焦电机架629上；所述变焦磁铁635安装在变焦磁铁座634上。所述变焦凸轮613分别与变焦电位器齿轮630、变焦电机齿轮632啮合。当变焦电机633转子作正负旋转运动时，通过变焦电位器齿轮630，使变焦电位器转子631与变焦凸轮613同步转动。变焦凸轮613开设有变倍曲线槽和补偿曲线槽，变焦导钉组件612安装在变倍曲线槽和补偿曲线槽内。通过变焦导钉组件612带动变倍滑架69、补偿滑架617按照变倍曲线槽和补偿曲线槽的轨迹运动。同时变倍镜筒67上亦有相应的直槽，通过变倍镜筒67的直槽支撑着变焦导钉组件612，并且使变倍滑架69、补偿滑架617的旋转运动转变为直线运动。设计时严格控制变焦导钉组件612与变焦凸轮613的曲线槽、变倍镜筒67的直线槽之间的配合间隙，保证变倍滑架69、补偿滑架617在变倍镜筒67内的滑动平稳舒适、无卡滞。这样通过变焦电机633旋转实现变焦组b、补偿组c按变焦运动方程要求作前后直线运动，从而实现系统焦距的连续变化功能。同时，所述变焦凸轮613通过与变焦电位器齿轮630啮合后带动变焦电位器齿轮630转动，所述变焦电位器齿轮630的转动使得变焦电位器631的阻值发生改变，由此，焦距和变焦电位器631的阻值之间形成一对一的关系。当系统的焦距发生变化，通过适当的取样电路可以取出变焦电位器631的变化值，并传给控制中心，从而实现变焦值得显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现焦距的实时控制。

如图7所示，所述由双凹透镜e-1和平凸透镜e-2密接胶合的第四胶合组安装于光栏座75内并由n片压圈76压紧；所述由负月牙透镜e-3和双凸透镜e-4密接胶合的第五胶合组、双凹透镜e-5以及双凸透镜e-6依次安装于后组镜筒716内，并用后组压圈718压紧；所述由负月牙透镜e-3和双凸透镜e-4密接胶合的第五胶合组及双凹透镜e-5之间用pq隔圈713隔开，所述双凹透镜e-5及双凸透镜e-6之间用qr隔圈715隔开。所述电动调光机构45包括光栏霍尔元件架719、光栏霍尔元件720、光栏电机架721、光栏电位器齿轮722、光栏电位器723、光栏电机齿轮724以及光栏电机725。所述光栏霍尔元件720安装在光栏霍尔元件架719上；所述光栏磁铁727安装在光栏磁铁座726上；所述光栏电位器齿轮722、光栏电位器723、光栏电机齿轮724以及光栏电机725安装光栏电机架721上。所述光栏片74铆接在光栏动环73、光栏座75上。所述光栏调节环79安装在光栏座75上，并用光栏齿轮压圈710压紧。通过光栏拨钉78将光栏动环73、光栏调节环79联接在一起。所述后组镜筒716通过联接螺钉安装在光栏座75上。所述光栏电位器齿轮722、光栏电机齿轮724分别与光栏调节环79啮合在一起。当光栏电机725通电旋转时，通过光栏电机齿轮724带动光栏调节环79转动。光栏调节环79转动又通过光栏拨钉78带动光栏动环73转动；所述光栏动环73由光栏动环压圈77压紧在光栏座75内，所述光栏动环73带动光栏片74转动。光栏动环73转动又带动光栏片74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。

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。