專利名稱：大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及視頻技術的光學攝像裝置，特別是一種大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭。
背景技術：
機械補償式可變焦距鏡頭在視頻攝像領域的應用已有數(shù)十年的歷史了，傳統(tǒng)的光學系統(tǒng)形式由前固定組、變倍組、補償組和后固定組四個組元構成；但是它們普遍存在著體積較大、觀測視場較小、變倍比小、分辨率不高，不能與高精度的攝像機適配等缺點。
發(fā)明內容鑒于現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭；該鏡頭克服了使用數(shù)十年的變焦距鏡頭分辨率無法與高清攝像機適配，并且受限于重量和體積，導致觀測視場較小、變倍比小、圖像對比度、清晰度不高，嚴重影響系統(tǒng)的探測能力等缺陷。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案是一種大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，包括調焦機構和變焦機構，其特征在干所述鏡頭的光學系統(tǒng)中沿光線自左向右入射方向分別設有光焦度為正的前固定組A、光焦度為負的變倍組B、光焦度為負的補償組C、可變光欄組件D以及光焦度為正的后固定組E ;所述前固定組A依次設有由負月牙透鏡A-I和雙凸透鏡A-2密接的第一膠合組、正月牙透鏡A-3以及正月牙透鏡A-4 ;所述變倍組B依次設有負月牙透鏡B-I以及由雙凹透鏡B-2和雙凸透鏡B-3密接的第二膠合組；所述補償組C設有由雙凹透鏡C-I和平凸透鏡C-2密接的第三膠合組；所述后固定組E的前部依次設有平凸透鏡E-I和雙凸透鏡E-2，中部依次設有由雙凸透鏡E-3和雙凹透鏡E-4密接的第四膠合組以及正月牙透鏡E-5，后部設有由負月牙透鏡E-6和雙凸透鏡E-7密接的第五膠合組。進ー步地，所述前固定組A和變倍組B之間的空氣間_是O. 9mm 31. 45mm ;所述變倍組B和補償組C之間的空氣間隔是29. 81mm 5. 21mm ;補償組C和后固定組E之間的空氣間隔是9. 97mm 2. 47mm ;所述前固定組A中的第一膠合組和正月牙透鏡A-3之間的空氣間隔是O. 1mm，所述正月牙透鏡A-3和正月牙透鏡A-4之間的空氣間隔是O. Imm ;所述變倍組B中的負月牙透鏡B-I和第二膠合組之間的空氣間隔是3. 55mm ;所述后固定組E中的平凸透鏡E-I和雙凸透鏡E-2之間的空氣間隔是O. Imm,所述雙凸透鏡E-2和第四膠合組之間的空氣間隔是O. 1mm，所述第四膠合組和正月牙透鏡E-5之間的空氣間隔是O. 2mm，所述正月牙透鏡E-5和第五膠合組之間的空氣間隔是5. 95mm。進ー步地，所述前固定組A中的正月牙透鏡A-4是由超低色散的H-FK61材料制作。進ー步地，所述鏡頭的光學系統(tǒng)具有以下光學指標(I)焦距短焦f' ^ 5. 8mm ；長焦f' =100mm± 1%，變倍比大于17. 2倍；(2)相對孔徑D/f'大于1/4.5 ; (3)視場角2w=54. 8° 3.4。；(4)最大尺寸不大于 200mmX136mmX70mm ;(5)重量彡 I. 2Kg ;(6)鏡頭分辨率與百萬像素CCD攝像機或CMOS攝像機適配。[0008]與現(xiàn)有技術相比較，本實用新型具有以下優(yōu)點(1)該鏡頭盡量簡化了光學系統(tǒng)的結構以達到高變倍比、體積小巧，并使得在變倍組B的倍比m2= -I處，補償組C的倍比I m3 I按最速變焦路線運動，進而使得變焦過程的導程最小，光學總長最短，使整個系統(tǒng)的體積小巧。(2)該鏡頭的光學系統(tǒng)具有電動連續(xù)變焦、電動調焦、電動調光、焦距反饋等功能，它能在良好天候的環(huán)境下為百萬像素的1/3" CCD或CMOS攝像機提供光電信號，產(chǎn)生高清晰度的視頻圖像，在同等尺寸和重量條件下，它比普通光學鏡頭具有更大的觀測視場、更高的分辨率、更大的變倍比，且適用于復雜的機載環(huán)境條件。(3)通過在前固定組A中選用由超低色散的H-FK61光學材料制成的正月牙透鏡A-4，不僅提高了光線高度最高的前固定組A的光焦度承擔能力，而且有效地降低了光學鏡頭ニ級光譜等像差，使鏡頭的分辨率顯著提高，達到百萬像素，可與高清晰度的攝像機適配。

圖I為本實用新型實施例光學系統(tǒng)的構造示意圖。圖2為本實用新型實施例的構造示意圖。圖3為圖2的右視示意圖。圖4為本實用新型實施例調焦機構的構造示意圖。圖5為本實用新型實施例變焦機構的構造示意圖。圖中A-前固定組，B-變倍組，C-補償組，D-可變光欄組件，E-后固定組，A_l、B-I> E_6_ 負月牙透鏡,A_2、B_3、E_2、E_3、E-7-雙凸透鏡，A_3、A_4、E-5-正月牙透鏡，B-2、C-l、E-4-雙凹透鏡，C-2、E-1-平凸透鏡，F(xiàn)-光學靶面，G-光軸，I-螺釘，2-凸輪蓋板，3-主鏡筒，4-前精密鋼球，5-過輪，6-變倍座，7-變倍導釘，8-變倍導套，9-導桿，10-凸輪，11-變倍電機組件，12-精密電位器，13-補償導套，14-補償導釘，15-補償座，16-后精密鋼球，17-凸輪鎖緊圈，18-調焦環(huán)，19-前組鏡筒鎖緊圏，20-前組鏡座，21-調焦電機組件，22-調焦導釘，23-前組鏡筒，24-光欄電機組件。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進ー步的闡述。參考圖1，一種大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，包括調焦機構和變焦機構，其特征在干所述鏡頭的光學系統(tǒng)中沿光線自左向右入射方向分別設有光焦度為正的前固定組A、光焦度為負的變倍組B、光焦度為負的補償組C、可變光欄組件D以及光焦度為正的后固定組E ;所述前固定組A依次設有由負月牙透鏡A-I和雙凸透鏡A-2密接的第一膠合組、正月牙透鏡A-3以及正月牙透鏡A-4 ;所述變倍組B依次設有負月牙透鏡B-I以及由雙凹透鏡B-2和雙凸透鏡B-3密接的第二膠合組；所述補償組C設有由雙凹透鏡C-I和平凸透鏡C-2密接的第三膠合組；所述后固定組E的前部依次設有平凸透鏡E-I和雙凸透鏡E-2，中部依次設有由雙凸透鏡E-3和雙凹透鏡E-4密接的第四膠合組以及正月牙透鏡E-5，后部設有由負月牙透鏡E-6和雙凸透鏡E-7密接的第五膠合組。在本實施例中，所述前固定組A和變倍組B之間的空氣間隔是O. 9mm 31. 45mm ；所述變倍組B和補償組C之間的空氣間隔是29. 81mm 5. 21mm ;補償組C和后固定組E之間的空氣間隔是9. 97mm 2. 47mm。所述前固定組A中的第一膠合組和正月牙透鏡A-3之間的空氣間隔是O. 1mm，所述正月牙透鏡A-3和正月牙透鏡A-4之間的空氣間隔是O. 1mm。所述變倍組B中的負月牙透鏡B-I和第二膠合組之間的空氣間隔是3. 55_。所述后固定組E中的平凸透鏡E-I和雙凸透鏡E-2之間的空氣間隔是O. 1mm，所述雙凸透鏡E-2和第四膠合組之間的空氣間隔是O. 1mm，所述第四膠合組和正月牙透鏡E-5之間的空氣間隔是O. 2mm，所述正月牙透鏡E- 5和第五膠合組之間的空氣間隔是5. 95mm。為追求更高的分辨率，在光學設計時，通過在前固定組A中選用由超低色散的H-FK61光學材料制成的正月牙透鏡A-4，不僅提高了光線高度最高的前固定組的光焦度承擔能力，而且有效地降低了光學鏡頭ニ級光譜等像差，使鏡頭的分辨率顯著提高，達到百萬像素，可與高清晰度的攝像機適配。由上述鏡組構成的光學系統(tǒng)達到了以下光學指標(I)焦距短焦f' ^ 5. 8mm ；長焦f' =100mm± 1%，變倍比大于17. 2倍；(2)相對孔徑D/f'大于1/4. 5 ; (3)視場角2w=54. 8° 3. 4。；(4)最大尺寸不大于 200mmX136mmX70mm ;(5)重量彡 I. 2Kg ;(6)鏡頭分辨率與百萬像素1/3" CCD攝像機或CMOS攝像機適配。參考圖2 3，該鏡頭總長LI為98mm,從前端到光學祀面F距離Hl為112mm,鏡頭的大小為直徑Φ1為81mm與高度H2為58mm相交的虛線范圍內。為了承受機載的振動，所述鏡頭的后端部設計了ー個H3XL2 (其中H3=78mm，L2=91mm)的長方形法蘭，在法蘭上鉆8個直徑Φ 2為3. 5_的孔，與機載艙體通過法蘭用螺釘連接成一體；采用這種固聯(lián)方式可以降低鏡頭的諧振頻率，從而提高鏡頭的抗振性能。參考圖4，所述調焦機構包括安裝在主鏡筒3上的調焦電機組件21和安裝有前固定組A的前組鏡筒23，所述前組鏡筒23通過前組鏡座20安裝在主鏡筒3內，所述前組鏡座20的前端設置有用于鎖緊前組鏡筒23的前組鏡筒鎖緊圈19。所述調焦電機組件21的齒輪與電機轉子固定連接，所述調焦電機組件21的齒輪與調焦環(huán)18的外齒圈相嚙合。所述調焦環(huán)18的內螺紋分別與前組鏡座20的外螺紋、主鏡筒3的外螺紋相連接，所述調焦環(huán)18與主鏡筒3之間采用螺距為2mm的右旋螺紋連接，所述調焦環(huán)18與前組鏡座20之間采用螺距為O. 75mm的左旋螺紋連接。所述前組鏡座20上均勻設置有三個分別與主鏡筒3上的導槽相配合以引導其相對主鏡筒3作旋轉直線運動的調焦導釘22。當調焦電機組件21的電機通電時，轉子做正反向運動，齒輪通過嚙合帶動調焦環(huán)18作正反向運動，調焦環(huán)18通過與主鏡筒3相連接的右旋螺紋及前組鏡筒23相連接的左旋螺紋帶動前組鏡筒23，并在三個均布調焦導釘22的作用下作正反向的直線運動，從而帶動鏡頭的前固定組A作正反向的直線運動，實現(xiàn)系統(tǒng)調焦的目的。參考圖5，所述變焦機構包括變倍電機組件11、安裝有變倍組B的變倍座6以及安裝有補償組C的補償座15，所述變倍座6和補償座15分別安裝在主鏡筒3內的兩導桿9的前后端上，所述兩導桿9分別對稱地用凸輪蓋板2固定在主鏡筒3上，所述變倍座6、補償鏡座通過緊配合分別壓在變倍導套8、補償導套13上進而安裝在兩導桿9上。所述變倍電機組件11的齒輪經(jīng)過輪5分別與精密電位器12的齒輪和凸輪10的齒輪相嚙合。所述凸輪10的前后端分別經(jīng)前精密鋼球4和后精密鋼球16安裝在主鏡筒3上并由凸輪鎖緊圈17壓緊，把凸輪10旋轉時的滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦，以減少凸輪10運動時的摩擦力。所述凸輪10按光學變焦運動方程的要求銑上變倍曲線槽和補償曲線槽，所述變倍座6上設置有與變倍曲線槽相配合的變倍導釘7，所述補償座15上設置有與補償曲線槽相配合的補償導釘14。其中，兩條導桿9起到支撐作用，并且將變倍座6、補償座15的旋轉運動轉化為直線運動；變倍導套8、補償導套13是為了増加滑動配合長度，增加變倍座6、補償座15運動時的平穩(wěn)性。當變倍電機 組件11的轉子作正負旋轉運動時，變倍電機組件11的齒輪通過過輪5與精密電位器12的齒輪、凸輪10的齒輪嚙合轉動使精密電位器12與凸輪10同步旋轉，通過變倍曲線槽、補償曲線槽及變倍導釘7、補償導釘14帶動變倍座6、補償座15分別按變倍曲線槽、補償曲線槽的方式運動；這樣通過電機旋轉實現(xiàn)變倍座6、補償座15按變倍運動方程要求作前后直線運動，從而使系統(tǒng)的焦距產(chǎn)生變化。當系統(tǒng)的焦距發(fā)生變化時，精密電位器12的齒輪通過過輪5嚙合，使電位器旋轉，則電位器的阻值發(fā)生變化，通過適當?shù)娜与娐房梢匀〕鲭娢黄鞯淖兓?，并傳給控制中心，從而實現(xiàn)變焦值的顯示。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型的涵蓋范圍。
權利要求1.一種大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，包括調焦機構和變焦機構，其特征在于所述鏡頭的光學系統(tǒng)中沿光線自左向右入射方向分別設有光焦度為正的前固定組A、光焦度為負的變倍組B、光焦度為負的補償組C、可變光欄組件D以及光焦度為正的后固定組E ;所述前固定組A依次設有由負月牙透鏡A-I和雙凸透鏡A-2密接的第一膠合組、正月牙透鏡A-3以及正月牙透鏡A-4;所述變倍組B依次設有負月牙透鏡B-I以及由雙凹透鏡B-2和雙凸透鏡B-3密接的第二膠合組；所述補償組C設有由雙凹透鏡C-I和平凸透鏡C-2密接的第三膠合組；所述后固定組E的前部依次設有平凸透鏡E-I和雙凸透鏡E-2，中部依次設有由雙凸透鏡E-3和雙凹透鏡E-4密接的第四膠合組以及正月牙透鏡E-5，后部設有由負月牙透鏡E-6和雙凸透鏡E-7密接的第五膠合組。
2.根據(jù)權利要求I所述的大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于所述前固定組A和變倍組B之間的空氣間隔是0. 9mm 31. 45mm ;所述變倍組B和補償組C之間的空氣間隔是29. 8Imm 5. 2Imm ;補償組C和后固定組E之間的空氣間隔是9. 97mm 2.47mm n
3.根據(jù)權利要求I所述的大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于所述前固定組A中的第一膠合組和正月牙透鏡A-3之間的空氣間隔是0. 1mm，所述正月牙透鏡A-3和正月牙透鏡A-4之間的空氣間隔是0. 1mm。
4.根據(jù)權利要求I所述的大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于所述變倍組B中的負月牙透鏡B-I和第二膠合組之間的空氣間隔是3. 55_。
5.根據(jù)權利要求I所述的大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于所述后固定組E中的平凸透鏡E-I和雙凸透鏡E-2之間的空氣間隔是0. 1_，所述雙凸透鏡E-2和第四膠合組之間的空氣間隔是0. Imm,所述第四膠合組和正月牙透鏡E-5之間的空氣間隔是0. 2mm，所述正月牙透鏡E-5和第五膠合組之間的空氣間隔是5. 95mm。
6.根據(jù)權利要求I所述的大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于所述前固定組A中的正月牙透鏡A-4是由超低色散的H-FK61光學材料制作而成。
7.根據(jù)權利要求I所述的大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于所述鏡頭的光學系統(tǒng)具有以下光學指標(I)焦距短焦f' ( 5. 8mm;長焦f' =100_±1%，變倍比大于17. 2倍；(2)相對孔徑D/f '大于1/4. 5 ;(3)視場角2w=54. 8° 3. 4。；(4)最大尺寸不大于 200臟\136111111\70111111;(5)重量彡1.21^;(6)鏡頭分辨率與百萬像素CCD攝像機或CMOS攝像機適配。
8.根據(jù)權利要求I所述的大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于所述調焦機構包括安裝在主鏡筒上的調焦電機組件和安裝有前固定組A的前組鏡筒，所述前組鏡筒通過前組鏡座安裝在主鏡筒內，所述調焦電機組件的齒輪與電機轉子固定連接，所述調焦電機組件的齒輪與調焦環(huán)的外齒圈相嚙合，所述調焦環(huán)的內螺紋分別與前組鏡座的外螺紋、主鏡筒的外螺紋相連接，所述前組鏡座上均勻設置有若干個分別與主鏡筒上的導槽相配合以引導其相對主鏡筒作旋轉直線運動的調焦導釘。
9.根據(jù)權利要求I所述的大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于所述變焦機構包括變倍電機組件、安裝有變倍組B的變倍座以及安裝有補償組C的補償座，所述變倍座和補償座分別安裝在主鏡筒內的兩導桿的前后端上，所述變倍電機組件的齒輪經(jīng)過輪分別與精密電位器的齒輪和凸輪的齒輪相嚙合，所述凸輪的前后端分別經(jīng)前精密鋼球和后精密鋼球安裝在主鏡筒上并由凸輪鎖緊圈壓緊，所述凸輪上開設有變倍曲線槽和補償曲線槽，所述變倍座上設置有與變倍曲線槽相配合的變倍導釘，所述補償座上設置有與補償曲線槽相配合的補償導釘。
10.根據(jù)權利要求I所述的大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于所述鏡頭的后端部設置有與機載艙體相連接的法蘭，所述法蘭上開設有若干個孔，所述鏡頭經(jīng)螺釘與機載艙體連接成一體。
專利摘要本實用新型涉及一種大視場高分辨率大倍比機載變焦距攝像鏡頭，沿光線自左向右入射方向分別設有光焦度為正的前固定組、光焦度為負的變倍組、光焦度為負的補償組、可變光欄組件以及光焦度為正的后固定組；所述前固定組依次設有由負月牙透鏡和雙凸透鏡密接的膠合組、正月牙透鏡以及正月牙透鏡；所述變倍組依次設有負月牙透鏡以及由雙凹透鏡和雙凸透鏡密接的膠合組；所述補償組設有由雙凹透鏡和平凸透鏡密接的膠合組；所述后固定組的前部依次設有平凸透鏡和雙凸透鏡，中部依次設有由雙凸透鏡和雙凹透鏡密接的膠合組以及正月牙透鏡，后部設有由負月牙透鏡和雙凸透鏡密接的膠合組。具有大視場、大變倍比、高分辨率及可與高精度的攝像機適配等優(yōu)點。
文檔編號G02B15/17GK202404293SQ20112054357
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者林春生, 歐松, 肖維軍, 黃友鏡, 黃霞霞 申請人:福建福光數(shù)碼科技有限公司