高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，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前固定組、變倍組、補償組、光闌組件以及后固定組，所述前固定組依次設有負月牙透鏡、雙凸透鏡、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正月牙透鏡密接的膠合組，所述后固定組前部依次設有雙凸透鏡E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，后部依次設有負月牙透鏡和雙凸透鏡。該攝像鏡頭具有長焦距、大靶面、大視場角、高分辨率、自動對焦、自動光圈等優(yōu)點，適用于機載攝像領域。
【專利說明】高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，適用于機載攝像領域。
【背景技術】
[0002]目前適用于常規(guī)監(jiān)測的攝像鏡頭要求觀察范圍大、觀測時間長、體積小、質量輕、清晰度高，對目標既能作大區(qū)域小倍率的全景觀察，又能作小區(qū)域大倍率的放大觀測。傳統(tǒng)的機械補償式變焦距鏡頭的光學結構形式由前固定組、變倍組、補償組和后固定組四個組元構成，但是普遍存在著圖像質量不佳，外形體積較大、焦距短、靶面小、作用距離短，不適用機載環(huán)境等缺點，不適用于常規(guī)監(jiān)測。另外，現有的機載變焦距鏡頭受限于使用環(huán)境，夕卜形體積較大，圖像質量不佳，且焦距短、靶面小，限制了觀測能力。
實用新型內容
[0003]為了克服現有機載變焦距鏡頭的缺陷，本實用新型要解決的技術問題是提供一種高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，該攝像鏡頭具有連續(xù)電動變焦距、自動調焦、自動調光等功能。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:一種高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，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、光闌組件D以及光焦度為正的后固定組E，所述前固定組A依次設有負月牙透鏡A-1、雙凸透鏡A-2、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-1以及由雙凹透鏡B-2和雙凸透鏡B-3密接的第一膠合組，所述補償組C設有由雙凹透鏡C-1和正月牙透鏡C-2密接的第二膠合組，所述后固定組E前部依次設有雙凸透鏡E-1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密接的第三膠合組以及正月牙透鏡E-5，后部依次設有負月牙透鏡E-6和雙凸透鏡E-7。
[0005]在進一步的技術方案中，所述前固定組A和變倍組B之間的空氣間隔是2.5?99.98mm，所述變倍組B和補償組C之間的空氣間隔是92.77?6.44mm，所述補償組C和后固定組E之間的空氣間隔是4.73?15.87mm。
[0006]在進一步的技術方案中，所述前固定組A中的負月牙透鏡A-1和雙凸透鏡A-2之間的空氣間隔是1.1_，所述雙凸透鏡A-2和正月牙透鏡A-3之間的空氣間隔是1.5_，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0.2mm。
[0007]在進一步的技術方案中，所述變倍組B中的負月牙透鏡B-1和第一膠合組之間的空氣間隔是18.2mm。
[0008]在進一步的技術方案中，所述后固定組E中的雙凸透鏡E-1和雙凸透鏡E-2之間的空氣間隔是0.1mm，所述雙凸透鏡E-2和第三膠合組之間的空氣間隔是13.2mm，所述第三膠合組和正月牙透鏡E-5之間的空氣間隔是0.9mm,所述正月牙透鏡E-5和負月牙透鏡E-6之間的空氣間隔是38.9_，所述負月牙透鏡E-6和雙凸透鏡E-7之間的空氣間隔是1.2_。
[0009]在進一步的技術方案中，所述鏡頭的自動對焦機構包括安裝于主鏡筒前端的調焦座、調焦環(huán)、調焦步進電機組件以及調焦電位器組件，所述調焦步進電機組件的的齒輪與電機轉子固連在一起，所述調焦步進電機組件的齒輪分別通過嚙合帶動調焦電位器組件和調焦環(huán)，所述調焦環(huán)和主鏡筒之間采用梯形螺紋連接，所述調焦環(huán)和調焦座之間采用左旋螺紋連接，所述調焦座上安裝有若干個均布的調焦導釘，所述調焦座內安裝有由鎖緊圈鎖緊的前組鏡筒。
[0010]在進一步的技術方案中，所述鏡頭的自動調光機構包括光闌座、光闌片組件、光闌動環(huán)、光闌電機組件以及光闌電位器組件，所述光闌片組件的若干個定釘分別安裝在光闌座的定釘孔中，所述光闌片組件的若干個光闌片相互重疊，所述光闌片組件的若干個動釘分別安裝在光闌動環(huán)的直槽中，所述光闌動環(huán)安裝在光闌座中并用光闌動環(huán)壓圈固定；所述光闌座中銑有一個撥釘槽，所述撥釘槽中安裝有光闌撥釘，所述光闌撥釘一端用螺紋固定在光闌動環(huán)上，另一端卡在光闌調節(jié)環(huán)的撥釘直槽中，所述光闌調節(jié)環(huán)安裝在光闌座上并用光闌調節(jié)環(huán)壓圈鎖緊固定；所述光闌電機組件的齒輪與電機轉子固連在一起，所述光闌電機組件的齒輪分別與光闌調節(jié)環(huán)的齒輪和光闌電位器的齒輪嚙合。
[0011]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:本實用新型運用機械補償法和最速變焦凸輪曲線設計技術設計了一種高分辨率、長焦距、自動對焦、自動調光的機載變焦距攝像鏡頭，該攝像鏡頭具有長焦距、大靶面、大視場角、高分辨率、自動對焦、自動光圈等優(yōu)點，能夠為攝像機提供高分辨率光學圖像，產生高解像力的PLA制式的視頻信號，適用于機載攝像領域。
[0012]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型實施例的光學系統(tǒng)示意圖。
[0014]圖2為本實用新型實施例的外形接口主視圖。
[0015]圖3為本實用新型實施例的外形接口右視圖。
[0016]圖4為本實用新型實施例的外形接口俯視圖。
[0017]圖5為自動對焦機構的結構示意圖。
[0018]圖6為自動調光機構的結構示意圖。
[0019]圖7為圖6中A-A處的剖視示意圖。
[0020]圖中:1-鎖緊圈，2-前組鏡筒，3-調焦導釘，4-調焦座，5-調焦環(huán)，6-調焦步進電機組件，7-調焦電位器組件，8-主鏡筒，9-光闌動環(huán)，10-光闌片組件，11-定釘，12-光闌動環(huán)壓圈，13-光闌座，14-光闌撥釘,15-光闌調節(jié)環(huán)，16-光闌電機組件,17-光闌電位器組件，18-光闌調節(jié)環(huán)壓圈，19-動釘，20-變倍電機組件，21-反射鏡組件，22-攝像機組件，23-變倍微動開關；A-前固定組，A-1-負月牙透鏡，A-2-雙凸透鏡，A-3-正月牙透鏡，A-4-正月牙透鏡，B-變倍組，B-1-負月牙透鏡，B-2-雙凹透鏡，B-3-雙凸透鏡，C-補償組，C-1-雙凹透鏡，C-2-正月牙透鏡，D-光闌組件，E-后固定組，E-1-雙凸透鏡，E-2-雙凸透鏡，E-3-雙凸透鏡，E-4-雙凹透鏡，E-5-正月牙透鏡，E-6-負月牙透鏡，E-7-雙凸透鏡，L-光軸?！揪唧w實施方式】
[0021]如圖1所示，一種高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，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、光闌組件D以及光焦度為正的后固定組E，所述前固定組A依次設有負月牙透鏡A-1、雙凸透鏡A-2、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-1以及由雙凹透鏡B-2和雙凸透鏡B-3密接的第一膠合組，所述補償組C設有由雙凹透鏡C-1和正月牙透鏡C-2密接的第二膠合組，所述后固定組E前部依次設有雙凸透鏡E-1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密接的第三膠合組以及正月牙透鏡E-5，后部依次設有負月牙透鏡E-6和雙凸透鏡E-7。
[0022]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2.5~99.98mm,所述變倍組B和補償組C之間的空氣間隔是92.77~6.44mm，所述補償組C和后固定組E之間的空氣間隔是4.73~15.87mm。
[0023]在本實施例中，所述前固定組A中的負月牙透鏡A-1和雙凸透鏡A-2之間的空氣間隔是1.1mm，所述雙凸透鏡A-2和正月牙透鏡A-3之間的空氣間隔是1.5mm，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0.2mm。
[0024]在本實施例中，所述變倍組B中的負月牙透鏡B-1和第一膠合組之間的空氣間隔是 18.2mm。[0025]在本實施例中，所述后固定組E中的雙凸透鏡E-1和雙凸透鏡E-2之間的空氣間隔是0.1mm,所述雙凸透鏡E-2和第三膠合組之間的空氣間隔是13.2mm,所述第三膠合組和正月牙透鏡E-5之間的空氣間隔是0.9mm,所述正月牙透鏡E-5和負月牙透鏡E-6之間的空氣間隔是38.9mm，所述負月牙透鏡E-6和雙凸透鏡E-7之間的空氣間隔是1.2mm。
[0026]在本實施例中，該鏡頭達到的技術指標如下:(I)焦距:50mm~500mm ；(2)視場角:2ω=18.2。~1.8。;(3)相對孔徑:1: 5.6 ; (4)調焦范圍:200m~^ ; (5)適用譜線:400~700 nm; (6)靶面:Φ 19.3mm; (7)全程光軸一致性:< I' ; (8)分辨率:特征頻率63線對:長焦O視場MTF ^ 0.6,0.7視場MTF ^ 0.3 ;短焦O視場MTF≥0.6，0.7視場MTF ^ 0.3 ； (9)振動頻率為300~1300Hg時，最大功率譜密度0.04g2/Hg ; (10)沖擊載荷15g，脈沖寬度Ilms ;(11)外形尺寸:長299mm，寬134mm，高193mm ;(12)重量.( 3.5公斤。
[0027]如圖2~4所示，為了使鏡頭設計緊湊，減小鏡頭的外形尺寸，實現小形化的目，本實用新型在后截距的位置安裝上下兩塊45°的反射鏡，使光線發(fā)生180°的偏折，使鏡頭的靶面位置折回到鏡頭的下方，增加了光學后截距的距離，本實用新型將光學后截距設計為144.6mm ;攝像機安裝在鏡頭下方,接收鏡頭祀面上的圖像,其外形尺寸為長199mm,寬134mm,高143mm。該鏡頭的前固定組A直徑為C>114mm。
[0028]在本實施例中，為了承受機載時大的振動和沖擊，本實用新型在鏡頭前端(主鏡筒前端)設計一方形法蘭，在鏡頭后端(光闌前端)設計另一方形法蘭，兩法蘭底部各用兩個M5螺釘與底板相連，形成穩(wěn)定的橋式結構，另外盡量減小兩法蘭的高度尺寸以盡可能降低系統(tǒng)的重心。在光闌組件尾部設計一連接法蘭與反射鏡組件法蘭用三個M3螺釘相連接，底板尾部設計一法蘭與攝像機組件連接法蘭用四個M4螺釘連接(如圖2所示)。這種設計使鏡頭結構緊湊，較大幅度地提高系統(tǒng)的固有頻率，避免在機載振動時產生共振，提高系統(tǒng)的抗振性能。本實用新型實施例的底板采用Lyl2-cz硬鋁合金，厚度為14.5mm,中心高為72mm，進行振動、沖擊實驗，實驗過程沒有產生共振現象，系統(tǒng)光軸漂移為小于P，系統(tǒng)符合技術協議要求。
[0029]如圖5所示,該鏡頭的自動對焦機構包括安裝于主鏡筒8前端的調焦座4、調焦環(huán)
5、調焦步進電機組件6以及調焦電位器組件7，所述調焦步進電機組件6的的齒輪與電機轉子固連在一起，所述調焦步進電機組件6的齒輪通過嚙合帶動調焦環(huán)5，所述調焦環(huán)5和主鏡筒8之間采用螺距為4mm、四頭牙的梯形螺紋連接；所述調焦環(huán)5和調焦座4之間采用
0.75mm的左旋螺紋連接，所述調焦座4上安裝有三個均布的調焦導釘3 ;所述前組鏡筒2安裝在調焦座4內并用鎖緊圈I鎖緊，使前組鏡筒2與調焦座4固連在一起，與調焦座4 一起運動。
[0030]當調焦步進電機通電時，轉子作正反向運動，所述調焦步進電機組件6上的齒輪通過嚙合帶動調焦環(huán)5作正反向運動，所述調焦環(huán)5通過與主鏡筒8相連接的梯形螺紋及與調焦座4相連接的左旋螺紋帶動調焦座4，并在三個均布的調焦導釘3作用下，所述調焦座4作正反向直線運動，從而帶動前固定組A作正反向直線運動。所述調焦步進電機組件6的齒輪同時與調焦電位器組件7的齒輪嚙合，帶動調焦電位器運動，使調焦電位器的輸出阻值發(fā)生變化，通過適當的采樣電路，在輸出端得到不同的電壓數，向系統(tǒng)反饋調焦組現在所處的位置信息。
[0031]當目標發(fā)生變化時，攝像機接收到虛焦的圖像。系統(tǒng)通過對此圖像分析，給調焦步進電機發(fā)出運動指令，帶動前固定組A作直線運動。攝像系統(tǒng)接收前固定組A運動后第二幅圖像，調焦電位器輸出此時調焦步進電機組件6的位置信息，系統(tǒng)對第二幅圖像進行分析，并與第一幅圖像比較。若圖像變得比第一幅清晰些，則向相同的方向繼續(xù)前進，直到圖像最清晰為止(后一幅圖像比前一幅虛焦)，反之調焦步進電機向相反方向前進直到調到最清晰為止，這樣實現自動對焦過程。
[0032]如圖6?7所示，該鏡頭的自動調光機構包括光闌座13、光闌片組件10、光闌動環(huán)9、光闌電機組件16以及光闌電位器組件17，所述光闌片組件10的八個定釘11分別安裝在光闌座13的定釘孔中，所述光闌片組件10的八個光闌片相互重疊，所述光闌片組件10的八個動釘19分別安裝在光闌動環(huán)9的直槽中，所述光闌動環(huán)9安裝在光闌座13中，并用光闌動環(huán)壓圈12固定。所述光闌座13中銑有一個76°的撥釘槽，所述撥釘槽中安裝有光闌撥釘14，所述光闌撥釘14 一端用螺紋固定在光闌動環(huán)9上，另一端卡在光闌調節(jié)環(huán)15的撥釘直槽中，所述光闌調節(jié)環(huán)15安裝在光闌座13上，并用光闌調節(jié)環(huán)壓圈18鎖緊固定。左右旋轉光闌調節(jié)環(huán)15，使光闌調節(jié)環(huán)15、光闌動環(huán)9、光闌片組件10運動，其機構運動順暢無串動。所述光闌電機組件16的齒輪與光闌調節(jié)電機的轉子固連在一起，所述光闌電機組件16安裝在光闌調節(jié)環(huán)15上，其齒輪與光闌調節(jié)環(huán)15的齒輪嚙合。
[0033]當光闌調節(jié)電機左右旋轉運動時,帶動光闌調節(jié)環(huán)15左右運動。所述光闌調節(jié)環(huán)15帶動光闌撥釘14在光闌座13的撥釘槽中運動，所述光闌撥釘14帶動光闌動環(huán)9作左右旋轉運動，所述光闌動環(huán)9左右旋轉運動帶動八個動釘19在光闌動環(huán)9的直槽中同時作直線運動，并同時隨光闌動環(huán)9作旋轉運動，這樣就帶動光闌片組件10分別以定釘11為圓心做圓弧運動。八片光闌片組件10同時以各自定釘11為圓心作圓弧運動，產生光闌片組件10以光闌中心(對稱軸)為圓心的開合運動，以控制鏡頭入射光能量的大小。所述光闌電機組件16的齒輪同時與光闌電位器組件17的齒輪嚙合，由光闌調節(jié)電機同時帶動光闌電位器軸作旋轉運動，從而使光闌電位器輸出端阻值發(fā)生變化，采用適當的采樣電路，在輸出端得到不同的電壓數值，作為光闌孔徑大小的位置信息反饋給系統(tǒng)。
[0034]當目標照度(輻射能量)發(fā)生變化時，攝像系統(tǒng)按收到PAL制式的電視圖像信號亮度發(fā)生變化。系統(tǒng)根據其變化值，向光闌調節(jié)電機發(fā)出光闌開合指令，光闌調節(jié)電機帶動光闌片組件10開合，使鏡頭靶面上圖像的照度發(fā)生變化，系統(tǒng)按收到PAL制式的電視圖像信號亮度發(fā)生變化，產生變化值反饋到系統(tǒng)中，再調節(jié)光闌片組件10開合，這樣系統(tǒng)形成亮度的閉環(huán)控制。最后獲得最佳亮度的圖像信號，從而實現光圈的自動調光。
[0035]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】
1.一種高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，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、光闌組件D以及光焦度為正的后固定組E，所述前固定組A依次設有負月牙透鏡A-1、雙凸透鏡A-2、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-1以及由雙凹透鏡B-2和雙凸透鏡B-3密接的第一膠合組，所述補償組C設有由雙凹透鏡C-1和正月牙透鏡C-2密接的第二膠合組，所述后固定組E前部依次設有雙凸透鏡E-1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密接的第三膠合組以及正月牙透鏡E-5，后部依次設有負月牙透鏡E-6和雙凸透鏡E-7。
2.根據權利要求1所述的高分辨率長焦距自動對焦、自動調光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2.5?99.98mm，所述變倍組B和補償組C之間的空氣間隔是92.77?6.44mm，所述補償組C和后固定組E之間的空氣間隔是 4.73 ?15.87mm。
3.根據權利要求1或2所述的高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于:所述前固定組A中的負月牙透鏡A-1和雙凸透鏡A-2之間的空氣間隔是1.1mm，所述雙凸透鏡A-2和正月牙透鏡A-3之間的空氣間隔是1.5mm，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0.2mm。
4.根據權利要求1或2所述的高分辨率長焦距自動對焦、自動調光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-1和第一膠合組之間的空氣間隔是18.2mm。
5.根據權利要求1所述的高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于:所述后固定組E中的雙凸透鏡E-1和雙凸透鏡E-2之間的空氣間隔是0.1mm,所述雙凸透鏡E-2和第三膠合組之間的空氣間隔是13.2mm，所述第三膠合組和正月牙透鏡E-5之間的空氣間隔是0.9mm，所述正月牙透鏡E-5和負月牙透鏡E-6之間的空氣間隔是38.9_，所述負月牙透鏡E-6和雙凸透鏡E-7之間的空氣間隔是1.2_。
6.根據權利要求1所述的高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的自動對焦機構包括安裝于主鏡筒前端的調焦座、調焦環(huán)、調焦步進電機組件以及調焦電位器組件，所述調焦步進電機組件的的齒輪與電機轉子固連在一起，所述調焦步進電機組件的齒輪分別通過嚙合帶動調焦電位器組件和調焦環(huán)，所述調焦環(huán)和主鏡筒之間采用梯形螺紋連接，所述調焦環(huán)和調焦座之間采用左旋螺紋連接，所述調焦座上安裝有若干個均布的調焦導釘，所述調焦座內安裝有由鎖緊圈鎖緊的前組鏡筒。
7.根據權利要求1所述的高分辨率長焦距自動對焦、自動調光機載變焦距攝像鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的自動調光機構包括光闌座、光闌片組件、光闌動環(huán)、光闌電機組件以及光闌電位器組件，所述光闌片組件的若干個定釘分別安裝在光闌座的定釘孔中，所述光闌片組件的若干個光闌片相互重疊，所述光闌片組件的若干個動釘分別安裝在光闌動環(huán)的直槽中，所述光闌動環(huán)安裝在光闌座中并用光闌動環(huán)壓圈固定；所述光闌座中纟先有一個撥釘槽，所述撥釘槽中安裝有光闌撥釘，所述光闌撥釘一端用螺紋固定在光闌動環(huán)上，另一端卡在光闌調節(jié)環(huán)的撥釘直槽中，所述光闌調節(jié)環(huán)安裝在光闌座上并用光闌調節(jié)環(huán)壓圈鎖緊固定；所述光闌電機組件的齒輪與電機轉子固連在一起，所述光闌電機組件的齒輪分別與光闌調節(jié)環(huán)的齒輪和光闌電位器的齒輪嚙合。
【文檔編號】G02B7/09GK203502659SQ201320514467
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權日:2013年8月22日
【發(fā)明者】肖維軍, 林春生, 劉輝, 魏巖麗 申請人:福建福光數碼科技有限公司