本發(fā)明屬于光學技術領域，特別涉及一種變焦監(jiān)控鏡頭及監(jiān)控設備。

背景技術：
隨著監(jiān)控電視的廣泛應用，人們對監(jiān)控時間、監(jiān)控范圍的要求越來越高，例如要求能夠日夜監(jiān)控，不受天氣影響，且要有更大的監(jiān)控范圍，減小監(jiān)控空間的局限性，而目前常用監(jiān)控電視的功能已不能滿足要求，急需改進升級，而監(jiān)控設備的功能升級主要取決于其采用的監(jiān)控鏡頭的改進。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種變焦監(jiān)控鏡頭，使之可以進行全天候、大范圍、變焦距監(jiān)控。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種變焦監(jiān)控鏡頭，包括沿入射光束的傳輸方向依次共軸設置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡、第十一透鏡、第十二透鏡及第十三透鏡；所述第一、第八、第十、第十二透鏡為雙凸正透鏡，所述第二、第九、第十一透鏡為彎月形負透鏡，所述第三、第四、第六、第十三透鏡為彎月形正透鏡，所述第五透鏡為雙凹負透鏡，所述第七透鏡為平凹負透鏡；所述第二透鏡與第三透鏡之間相互貼合，所述第六透鏡與第七透鏡之間相互貼合；所述第二、第三、第四、第十三透鏡的中間部分均逆向所述入射光束的傳輸方向凸出；所述第六、第九、第十一透鏡的中間部分均朝向所述入射光束的傳輸方向凸出；所述第五、第六和第七透鏡可沿光軸方向同步移動。本發(fā)明的另一目的在于提供一種監(jiān)控設備，包括監(jiān)控鏡頭及位于所述監(jiān)控鏡頭的像方空間的成像裝置，所述監(jiān)控鏡頭采用所述的變焦監(jiān)控鏡頭。本發(fā)明通過對上述各透鏡的形狀和相對位置進行上述設計后，可進行寬光譜成清晰像，除了能透過常用可見光成像外，還可以透過紅外光成清晰的像，因此采用該鏡頭的監(jiān)控設備不僅可在白天監(jiān)控得到彩色圖像，還可以在夜晚全黑的環(huán)境下執(zhí)行監(jiān)控任務，實現(xiàn)全天候監(jiān)控。并且，該鏡頭的焦距可調，視場角可變范圍大，有效監(jiān)控距離可達到0～500m，實現(xiàn)了大范圍、變焦距監(jiān)控。另外，該鏡頭成像清晰度較高，并且各透鏡均可使用相對較低成本的光學玻璃制作，從而大大地降低了制造成本。附圖說明圖1是本發(fā)明提供的變焦監(jiān)控鏡頭的結構示意圖；圖1-1是本發(fā)明實施例中短焦距變焦監(jiān)控鏡頭的結構示意圖；圖1-2是本發(fā)明實施例中短焦距變焦監(jiān)控鏡頭的幾何像差示意圖；圖1-3是本發(fā)明實施例中短焦距變焦監(jiān)控鏡頭的畸變示意圖；圖1-4是本發(fā)明實施例中短焦距變焦監(jiān)控鏡頭的光學傳遞函數(shù)O.T.F曲線圖；圖1-5是本發(fā)明實施例中短焦距變焦監(jiān)控鏡頭的傳遞函數(shù)M.T.F曲線圖；圖2-1是本發(fā)明實施例中中焦距變焦監(jiān)控鏡頭的結構示意圖；圖2-2是本發(fā)明實施例中中焦距變焦監(jiān)控鏡頭的幾何像差示意圖；圖2-3是本發(fā)明實施例中中焦距變焦監(jiān)控鏡頭的畸變示意圖；圖2-4是本發(fā)明實施例中中焦距變焦監(jiān)控鏡頭的光學傳遞函數(shù)O.T.F曲線圖；圖2-5是本發(fā)明實施例中中焦距變焦監(jiān)控鏡頭的傳遞函數(shù)M.T.F曲線圖；圖3-1是本發(fā)明實施例中長焦距變焦監(jiān)控鏡頭的結構示意圖；圖3-2是本發(fā)明實施例中長焦距變焦監(jiān)控鏡頭的幾何像差示意圖；圖3-3是本發(fā)明實施例中長焦距變焦監(jiān)控鏡頭的畸變示意圖；圖3-4是本發(fā)明實施例中長焦距變焦監(jiān)控鏡頭的光學傳遞函數(shù)O.T.F曲線圖；圖3-5是本發(fā)明實施例中長焦距變焦監(jiān)控鏡頭的傳遞函數(shù)M.T.F曲線圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。以下結合具體實施例對本發(fā)明的具體實現(xiàn)進行更加詳細的描述：圖1示出了本發(fā)明實施例提供的變焦監(jiān)控鏡頭的結構示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實施例相關的部分。該變焦監(jiān)控鏡頭包括至少十三枚透鏡，即第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7、第八透鏡L8、第九透鏡L9、第十透鏡L10、第十一透鏡L11、第十二透鏡L12及第十三透鏡L13，這十三枚透鏡沿入射激光的傳輸方向依次共軸設置。其中，第一至第四透鏡組成補償鏡組；第五、第六、第七透鏡組成變焦鏡組，第五、第六和第七透鏡可沿光軸方向同步移動以改變焦距，其變焦倍率與其浮動距離成線性比例，而補償鏡組可在變焦鏡組進行初步大范圍調焦后進行焦距微調。如圖1-1、2-1、3-1，分別為短焦距、中焦距及長焦距變焦監(jiān)控鏡頭的結構示意圖，通過改變變焦鏡組在光軸方向的位置并通過補償鏡組進行焦距微調，可對焦距進行精確調節(jié)，獲得短、中、長焦距的鏡頭。第八至第十三透鏡組成固定鏡組，其中后工作距離在f＝10～240mm時為17.5mm，相當于長工作距離物鏡。另外，第一透鏡L1、第八透鏡L8、第十透鏡L10、第十二透鏡L12為雙凸正透鏡，第二透鏡L2、第九透鏡L9、第十一透鏡L11為彎月形負透鏡，第三透鏡L3、第四透鏡L4、第六透鏡L6、第十三透鏡L13為彎月形正透鏡，第五透鏡L5為雙凹負透鏡，第七透鏡L7為平凹負透鏡。另外，第二透鏡L2與第三透鏡L3之間相互貼合，第六透鏡L6與第七透鏡L7之間相互貼合，具體可采用高透光的膠體膠合。并且，第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第十三透鏡L13的中間部分均逆向入射光束的傳輸方向凸出，即向物方突出。第六透鏡L6、第九透鏡L9、第十一透鏡L11的中間部分均朝向入射光束的傳輸方向凸出，即向像方突出。進一步的，本實施例對各透鏡的表面曲率及透鏡厚度等參數(shù)進行了優(yōu)化設計。具體的，第一透鏡L1包括第一曲面S1和第二曲面S2，曲率半徑分別為600mm，-400mm；第二透鏡L2包括第三曲面S3和第四曲面S4，曲率半徑分別為100mm，60mm；第三透鏡L3包括第五曲面S5和第六曲面S6，曲率半徑分別為60mm，180mm；第四透鏡L4包括第七曲面S7和第八曲面S8，曲率半徑分別為70mm，100mm；第五透鏡L5包括第九曲面S9和第十曲面S10，曲率半徑分別為-100mm，20mm；第六透鏡L6包括第十一曲面S11和第十二曲面S12，曲率半徑分別為-30mm，-12mm；第七透鏡L7包括第十三曲面S13和第十四曲面S14，曲率半徑分別為-12mm，∞；第八透鏡L8包括第十五曲面S15和第十六曲面S16，曲率半徑分別為40mm，-200mm；第九透鏡L9包括第十七曲面S17和第十八曲面S18，曲率半徑分別為-32mm，-100mm；第十透鏡L10包括第十九曲面S19和第二十曲面S20，曲率半徑分別為50mm，-70mm；第十一透鏡L11包括第二十一曲面S21和第二十二曲面S22，曲率半徑分別為-15mm，-28mm；第十二透鏡L12包括第二十三曲面S23和第二十四曲面S24，曲率半徑分別為150mm，-65mm；第十三透鏡L13包括第二十五曲面S25和第二十六曲面S26，曲率半徑分別為20mm，144mm。上述參數(shù)中的負號代表曲面的球心位于物方空間，未帶有正、負號的視為正號，代表曲面的球心位于像方空間，上述第一至第二十六曲面沿激光傳輸方向依次排布，且上述各曲面的曲率半徑并不是唯一的選擇，均存在5％的公差范圍。進一步的，本實施例還對第一至第十三透鏡的中心厚度D及各曲面間距d進行了設計，具體的，第一至第十三透鏡的中心厚度D1、D2、D3、D4……D13分別為6mm，2mm，12mm，5mm，2mm，5mm，1mm，4mm，1mm，5mm，1mm，2mm，4mm，公差均為5％。并且，第二曲面S2與第三曲面S3在光軸上的間距d1為0.5mm；第六曲面S6與第七曲面S7在光軸上的間距d3為0.5mm；第十曲面S10與第十一曲面S11在光軸上的間距d5為5mm；第十六曲面S16與第十七曲面S17在光軸上的間距d8為3mm；第十八曲面S18與第十九曲面S19在光軸上的間距d9為0.5mm；第二十曲面S20與第二十一曲面S21在光軸上的間距d10為30mm；第二十二曲面S22與第二十三曲面S23在光軸上的間距d11為0.5mm；第二十四曲面S24與第二十五曲面S25在光軸上的間距d12為0.5mm；各間距的公差均為5％。由于第二透鏡L2與第三透鏡L3之間相互貼合，第六透鏡L6與第七透鏡L7之間相互貼合，所以第四曲面S4與第五曲面S5在光軸上的間距d2為0，第十二曲面S12與第十三曲面S13在光軸上的間距d6為0。另外，第五透鏡、第六透鏡和第七透鏡沿光軸方向同步移動，使第八曲面S8與第九曲面S9在光軸上的間距d4及第十四曲面S14與第十五曲面S15在光軸上的間距d7可調，以使變焦監(jiān)控鏡頭的焦距在一定范圍內可調。在對各透鏡進行上述結構設計的基礎上，透鏡的材料(折射率與阿貝數(shù)之比)可以分為幾種類型，具體的，第一、第三、第四、第五、第十、第十二及第十三透鏡的折射率與阿貝數(shù)之比為1.7/54；第二、第九、第十一透鏡的折射率與阿貝數(shù)之比為1.8/25；第六透鏡的折射率與阿貝數(shù)之比為1.7/30；第七、八透鏡的折射率與阿貝數(shù)之比為1.6/60；并且，各透鏡的折射率與阿貝數(shù)之比均存在5％的公差范圍。上述材料結合以上結構設計，可實現(xiàn)大范圍、全天候的高清晰監(jiān)控。以下提供一種具體結構的變焦監(jiān)控鏡頭，具體參考表1。表1.變焦監(jiān)控鏡頭的結構參數(shù)該變焦監(jiān)控鏡頭共包括13枚透鏡，分為補償鏡組(第一至第四透鏡)、變焦鏡組(第五至第七透鏡)和固定鏡組(第八至第十三透鏡)，而透鏡材料只有四種，不僅通過簡潔的結構實現(xiàn)了大范圍、全天候的變焦監(jiān)控，還大大的簡化了光學材料的品種，降低了成本。該鏡頭具有下述光學特性：通光波長λ＝450～820nm；焦距f＝10～240mm；放大率Γ＝24x；相對孔徑(通光孔徑與焦距之比)D′/f＝1：1.8～1:2.8；最大通光孔徑D′max＝82mm；視場角2ω＝35°～1.7°；監(jiān)控距離L′＝0～500m；系統(tǒng)總長度L總＝186～240mm。該鏡頭可進行寬光譜(λ＝450～820nm)清晰成像，除了能透過常用可見光(λ＝550nm綠光，λ＝486nm藍光，λ＝656nm紅光)成像外，還可以透過紅外光成清晰的像，因此該鏡頭不僅可在白天監(jiān)控得到彩色圖像，還可以在夜晚全黑的環(huán)境下執(zhí)行監(jiān)控任務，實現(xiàn)全天候監(jiān)控。并且，該鏡頭的焦距f可實現(xiàn)10～240mm可調，視場角2ω可變范圍較大，有效監(jiān)控距離可達到0～500m，實現(xiàn)大范圍、變焦距監(jiān)控。另外，該鏡頭成像清晰度較高，用1/2″感光面積的CCD成像時可達到300～500萬像素。并且，具有簡單的結構，全鏡頭系統(tǒng)共13片透鏡，可使用相對較低成本的光學玻璃制作，從而大大地降低了制造成本。以下結合附圖對短焦距、中焦距和長焦距的監(jiān)控鏡頭的成像質量進行說明。圖1-2和圖1-3分別表示圖1-1所示短焦距變焦監(jiān)控鏡頭的幾何像差和畸變，該鏡頭的幾何像差和畸變達到了理想的校正狀態(tài)，其中畸變最短時僅為5％，而國內外現(xiàn)有的視場比同類鏡頭還小的畸變都已經(jīng)達到6％。圖1-4表示該短焦距變焦監(jiān)控鏡頭的光學傳遞函數(shù)O.T.F，曲線從上到下分別代表分辨率為10lp/mm(10個線對)、20lp/mm(20個線對)、30lp/mm(30個線對)及40lp/mm(40個線對)的O.T.F。其縱軸代表百分比，橫軸代表視場，單位為mm。圖1-4表示全視場為4mm時，40線對最差的O.T.F還有20％，而一般監(jiān)控鏡頭的標準為20線對的O.T.F為20％，可見該鏡頭的O.T.F遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)鏡頭。圖1-5表示該短焦距變焦監(jiān)控鏡頭的傳遞函數(shù)M.T.F，當分辨率為20lp/mm時，已經(jīng)到達了0.7，遠遠超過攝影需要的M.T.F＝0.2的要求。同樣的，圖2-2、2-3、2-4、2-5分別表示圖2-1所示中焦距變焦監(jiān)控鏡頭的幾何像差、畸變、光學傳遞函數(shù)O.T.F及傳遞函數(shù)M.T.F，圖3-2、3-3、3-4、3-5分別表示圖3-1所示長焦距變焦監(jiān)控鏡頭的幾何像差、畸變、光學傳遞函數(shù)O.T.F及傳遞函數(shù)M.T.F，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可見該中焦距鏡頭和長焦距鏡頭的像差和畸變均達到較佳的校正狀態(tài)，成像質量達到了理想水平，完全是平像場，在Φ4mm(CCD對角線尺寸)成像范圍內像差均小于或等于入射波長的0.1倍，O.T.F及M.T.F也優(yōu)于同類鏡頭的要求標準，完全可以實現(xiàn)高清晰、大范圍、全天候的監(jiān)控。另外，根據(jù)圖2-3及圖3-3可見，中焦距系統(tǒng)和長焦距系統(tǒng)的畸變全是正值且很小，其畸變差值只有2％。這與其他傳統(tǒng)的鏡頭(較短焦距為正值畸變而較長焦距為負值畸變，且畸變差值達到了8％～10％，畫面有很明顯的變形)相比，具有明顯改善畫面質量的優(yōu)點，其成像與目標像較為一致。該優(yōu)點對監(jiān)控及捕捉對象至關重要。該鏡頭十分適合廣泛應用于各種監(jiān)控設備中，特別適用于全天候的監(jiān)控設備中。進一步，本發(fā)明提供一種監(jiān)控設備，包括監(jiān)控鏡頭及位于監(jiān)控鏡頭的像方空間的成像裝置，該監(jiān)控鏡頭即可采用本發(fā)明提供的變焦監(jiān)控鏡頭，成像波長為450～820nm，該裝置可實現(xiàn)全天候、大范圍、高清晰的變焦監(jiān)控。進一步的，該成像裝置優(yōu)選CCD攝像機。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。