CN116165782B - 一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头，包括前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、可变光栏、后固定镜组，前固定镜组包括负月牙透镜A和双凸透镜B密接的第一胶合组、负月牙透镜和正月牙透镜密接的第二胶合组、正月牙透镜；变倍镜组包括负月牙透镜、双凹透镜与双凸透镜H密接的第三胶合组、双凹透镜；补偿镜组包括双凸透镜、负月牙透镜和双凸透镜密接的第四胶合组、双凸透镜；后固定镜组包括负月牙透镜、正月牙透镜、双凹透镜和双凸透镜密接的第五胶合组、负月牙透镜、双凸透镜和负月牙透镜密接的第六胶合组。实现30倍连续变焦，可对远近距离及高速运动目标进行搜索和跟踪，可应用于遥感、预警、侦察观瞄、成像制导等需求场景，拓宽应用场景。

Description

一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头
技术领域：
本发明涉及一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头。
背景技术：
在可见光成像***中，具备大变倍比的长焦透雾连续变焦光学镜头，相较于传统的变焦光学镜头，在遥感、预警、侦察观瞄、成像制导等实际应用场景中有着更大的优势。在短焦时可对大空间范围内目标进行搜索，在长焦时可对搜索到的目标进行探测、识别、跟踪和瞄准；同时，由于具备透雾功能，更能适应恶劣环境下的使用要求。然而，现有的长焦透雾连续变焦光学镜头的变焦范围不够理想，限制了其应用场景。有鉴于此，本案由此而生。
发明内容：
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头，设计合理，实现30倍连续变焦，拓宽应用场景。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头，所述镜头的光学***包括沿光线入射方向自左向右依次设置的前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、可变光栏、后固定镜组以及滤光片，所述前固定镜组包括自左向右依次设置的负月牙透镜A和双凸透镜B密接的第一胶合组、负月牙透镜C和正月牙透镜D密接的第二胶合组、正月牙透镜E；所述变倍镜组包括自左向右依次设置的负月牙透镜F、双凹透镜G与双凸透镜H密接的第三胶合组、双凹透镜I；补偿镜组包括自左向右依次设置的双凸透镜J、负月牙透镜K和双凸透镜L密接的第四胶合组、双凸透镜M；后固定镜组包括自左向右依次设置的负月牙透镜N、正月牙透镜O、双凹透镜P和双凸透镜Q密接的第五胶合组、负月牙透镜R、双凸透镜S和负月牙透镜T密接的第六胶合组。
进一步的，所述前固定镜组与变倍镜组之间的空气间隔为4.5mm-55.0mm，所述变倍镜组与补偿镜组之间的空气间隔为82.6mm-2.0mm，补偿镜组与后固定镜组之间的空气间隔为4.5mm-34.6mm。
进一步的，所述第一胶合组与第二胶合组之间的空气间隔为0.2mm，所述第二胶合组与正月牙透镜E之间的空气间隔为0.2mm；所述负月牙透镜F与第三胶合组之间的空气间隔为2.5mm，所述第三胶合组与双凹透镜I之间的空气间隔为1.0mm；所述双凸透镜J与第四胶合组之间的空气间隔为0.2mm，所述第四胶合组与双凸透镜M之间的空气间隔为0.2mm；所述负月牙透镜N与正月牙透镜O之间的空气间隔为0.2mm，所述正月牙透镜O与第五胶合组之间的空气间隔为2.5mm，所述第五胶合组与负月牙透镜R之间的空气间隔为0.2mm，所述负月牙透镜R与第六胶合组之间的空气间隔为10.7mm。
进一步的，所述负月牙透镜A、负月牙透镜C、正月牙透镜D、正月牙透镜E、负月牙透镜F、负月牙透镜K、正月牙透镜O、负月牙透镜R均采用超低色散的光学玻璃制成。
进一步的，所述镜头自左向右依次设有调焦主镜筒、主镜筒和光栏座，所述调焦主镜筒内部设有前组镜筒，所述主镜筒内设有变倍滑架和补偿滑架，所述变倍滑架和补偿滑上分别设有变倍镜筒、补偿镜筒；所述前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组和后固定镜组分别安装在前组镜筒、变倍镜筒、补偿镜筒和光栏座上。
进一步的，所述镜头还包括电动调焦机构、电动变焦机构、电动调光机构、电动透雾切换机构和高清CMOS探测器组件，所述电动调焦机构选用前固定镜组作为调焦移动组；所述电动变焦机构通过变倍滑架、补偿滑架分别驱动变倍镜组、补偿镜组做直线往复运动，以完成镜头连续变焦切换；所述电动调光机构驱动可变光栏的光栏片做旋转运动；所述电动透雾切换机构与光栏座连接，电动透雾切换机构控制滤光片转盘旋转；所述高清CMOS探测器组件安装在电动透雾切换机构上。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理，实现了焦距14-420mm连续变焦，可对远近距离及高速运动等目标进行搜索和跟踪，可应用于遥感、预警、侦察观瞄、成像制导等需求场景；在镜头后端设置有透雾及透激光1064nm波段滤光片，使镜头能适应恶劣环境下的使用要求，同时拓宽了应用场景。
附图说明：
图1是本发明实施例中镜头的光学结构示意图；
图2是本发明实施例中镜头的机械结构示意图；
图3是本发明实施例中镜头的外观结构示意图；
图4是本发明实施例中镜头的短焦MTF图；
图5是本发明实施例中镜头的长焦MTF图；
图6是本发明实施例中电动调焦机构的构造示意图一；
图7是本发明实施例中电动调焦机构的构造示意图二；
图8是本发明实施例中电动变焦机构的构造示意图一；
图9是本发明实施例中电动变焦机构的构造示意图二；
图10是本发明实施例中电动调光机构的构造示意图一；
图11是本发明实施例中电动调光机构的构造示意图二；
图12是本发明实施例中电动透雾切换机构的构造示意图一；
图13是本发明实施例中电动透雾切换机构的构造示意图二。
在图1中：
11-前固定镜组；111-负月牙透镜A；112-双凸透镜B；113-负月牙透镜C；114-正月牙透镜D；115-正月牙透镜E；12-变倍镜组；121-负月牙透镜F；122-双凹透镜G；123-双凸透镜H；124-双凹透镜I；13-补偿镜组；131-双凸透镜J；132-负月牙透镜K；133-双凸透镜L；134-双凸透镜M；14-可变光栏；15-后组定镜组；151-负月牙透镜N；152-正月牙透镜O；153-双凹透镜P；154-双凸透镜Q；155-负月牙透镜R；156-双凸透镜S；157-负月牙透镜T；16-滤光片；
在图2-3中：
17-电动调焦机构；18-电动变焦机构；19-电动调光机构；20-电动透雾切换机构；201-高清CMOS探测器组件；
在图6-13中：
21-调焦镜组；22-调焦凸轮压圈；23-调焦导钉组件；24-调焦凸轮；25-调焦主镜筒；26-调焦微动开关；27-调焦限位钉；28-调焦电机齿轮；29-调焦电机；210-调焦电位器齿轮；211-调焦电位器；31-变倍镜组；32-变倍滑架；33-前排钢球；34-变倍导钉组件；35-变焦凸轮；36-主镜筒；37-后排钢球；38-变倍凸轮压圈；39-补偿镜组；310-补偿滑架；311-补偿导钉组件；312-变焦微动开关；313-变倍限位钉；314-变焦电位器；315-变倍电机；316-变焦电位器齿轮；317-变倍电机齿轮；41-光栏座；42-光栏动环压圈；43-光栏动环；44-光栏电机齿轮；45-光栏拨钉；46-光栏调节环压圈；47-光栏调节环；48-光栏片组件；49-光栏微动开关；410-光栏限位钉；411-光栏电机；51-后组连接板；52-可见光滤光片；53-滤光片转盘轴；54-滤光片霍尔元件板；55-近红外滤光片；56-滤光片转盘；57-滤光片电机齿轮；58-滤光片过轮；59-滤光片电机；510-滤光片磁铁；511-激光滤光片。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一：如图1所示，本发明提出一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头，所述镜头的光学***包括沿光线入射方向自左向右依次设置的前固定镜组11、变倍镜组12、补偿镜组13、可变光栏14、后固定镜组15以及滤光片16，所述前固定镜组11包括自左向右依次设置的负月牙透镜A111和双凸透镜B112密接的第一胶合组、负月牙透镜C113和正月牙透镜D114密接的第二胶合组、正月牙透镜E115；所述变倍镜组12包括自左向右依次设置的负月牙透镜F121、双凹透镜G122与双凸透镜H123密接的第三胶合组、双凹透镜I124；补偿镜组13包括自左向右依次设置的双凸透镜J131、负月牙透镜K132和双凸透镜L133密接的第四胶合组、双凸透镜M134；后固定镜组15包括自左向右依次设置的负月牙透镜N151、正月牙透镜O152、双凹透镜P153和双凸透镜Q154密接的第五胶合组、负月牙透镜R155、双凸透镜S156和负月牙透镜T157密接的第六胶合组。
本实施例中，所述前固定镜11组与变倍镜组12之间的空气间隔为4.5mm-55.0mm，所述变倍镜组12与补偿镜组13之间的空气间隔为82.6mm-2.0mm，补偿镜组13与后固定镜组15之间的空气间隔为4.5mm-34.6mm。
本实施例中，所述第一胶合组与第二胶合组之间的空气间隔为0.2mm，所述第二胶合组与正月牙透镜E之间的空气间隔为0.2mm；所述负月牙透镜F与第三胶合组之间的空气间隔为2.5mm，所述第三胶合组与双凹透镜I之间的空气间隔为1.0mm；所述双凸透镜J与第四胶合组之间的空气间隔为0.2mm，所述第四胶合组与双凸透镜M之间的空气间隔为0.2mm；所述负月牙透镜N与正月牙透镜O之间的空气间隔为0.2mm，所述正月牙透镜O与第五胶合组之间的空气间隔为2.5mm，所述第五胶合组与负月牙透镜R之间的空气间隔为0.2mm，所述负月牙透镜R与第六胶合组之间的空气间隔为10.7mm。
本实施例中，所述负月牙透镜A、负月牙透镜C、正月牙透镜D、正月牙透镜E、负月牙透镜F、负月牙透镜K、正月牙透镜O、负月牙透镜R均采用超低色散的光学玻璃制成。通过选用超低色散的光学玻璃作为正透镜材料，减小了***的色差，提高***分辨率。
由上述镜片组构成的光学***达到了如下的光学指标：
焦距：f′min=14mm，f′max=420mm；
相对孔径D/ f′：1/4.5～1/6；
视场角26.8°×15.26°～0.91°×0.51°；
光学总长度∑L≤200mm；
变倍行程≤50.4929mm；
滤色片的透过光谱：透雾750～900nm，激光1064nm。
本实施例中，在光学设计时，对前固定镜片组进行复杂化，增加一个正透镜，且选用ED（超低色散）光学玻璃，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，可与高清晰度的CMOS探测器适配。
本实施例中，成像时：光线自左向右依次通过第一胶合组、第二胶合组、正月牙透镜E114、负月牙透镜F121、第三胶合组、双凹透镜I124、双凸透镜J131、第四胶合组、双凸透镜M134、负月牙透镜N151、正月牙透镜O152、第五胶合组、负月牙透镜R155、第六胶合组、滤光片16后进行成像。
本实施例中，前固定镜组11、变倍镜组12、补偿镜组13和后固定镜组15的镜片参数如下表1所示。
表1
实施例二：如图2-3所示，本实施例在实施例一的基础上补充镜头的机械结构，具体为：所述镜头自左向右依次设有调焦主镜筒、主镜筒和光栏座，所述调焦主镜筒内部设有前组镜筒，所述主镜筒内设有变倍滑架和补偿滑架，所述变倍滑架和补偿滑上分别设有变倍镜筒、补偿镜筒；所述前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组和后固定镜组分别安装在前组镜筒、变倍镜筒、补偿镜筒和光栏座上。
本实施例中，所述镜头还包括电动调焦机构17、电动变焦机构18、电动调光机构19、电动透雾切换机构20和高清CMOS探测器组件201，所述电动调焦机构选用前固定镜组作为调焦移动组；所述电动变焦机构通过变倍滑架、补偿滑架分别驱动变倍镜组、补偿镜组做直线往复运动，以完成镜头连续变焦切换；所述电动调光机构驱动可变光栏的光栏片做旋转运动；所述电动透雾切换机构与光栏座连接，电动透雾切换机构控制滤光片转盘旋转；所述高清CMOS探测器组件安装在电动透雾切换机构上。
如图6、7所示，所述电动调焦机构选用光学***前固定组镜片组成调焦镜组21。调焦镜组21通过与调焦主镜筒25研磨配合后装入调焦主镜筒25内，调焦凸轮24安装在调焦主镜筒25上，并用调焦凸轮压圈22压紧。调焦凸轮24按光学要求铣上线性斜槽，调焦主镜筒25铣上直槽；用3个120°均布的调焦导钉组件23将调焦镜组21与调焦凸轮24和调焦主镜筒25联接在一起，调焦电机齿轮28与调焦凸轮24上的齿轮啮合。当调焦电机29加电旋转，带动调焦凸轮24旋转时，通过调焦主镜筒25上直槽限制，调焦镜组21的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的调焦。当对远近目标的调焦，调焦电位器齿轮210通过与调焦电机齿轮28啮合带动调焦电位器211轴旋转，使调焦电位器211的阻值发生变化，经过适当的取样电路可以读出调焦电位器211的变化值，并传给控制中心，从而实现调焦距离值的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现调焦距离值的实时控制。
如图8、9所示，在电动变焦机构中：变倍镜组31通过螺钉安装在变倍滑架32上，组成变倍组件；补偿镜组39通过螺钉安装在补偿滑架310上，组成补偿组件。变倍滑架32与补偿滑架310分别通过与主镜筒36研磨配合后装入主镜筒36内，变焦凸轮35通过前后精密钢球33、37安装在主镜筒36上，用变倍凸轮压圈38压紧，形成滚动轴承结构，把变焦凸轮35旋转时的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减少变焦凸轮35运动时的摩擦力。变焦凸轮35按光学变焦运动方程的要求分别铣上变倍、补偿曲线槽，然后用变倍导钉组件34和补偿导钉组件311把变焦凸轮35与变倍滑架32、补偿滑架310联接在一起。变倍电机齿轮317和变焦电位器齿轮316分别与变焦凸轮35齿轮啮合。当变倍电机315转子作正负旋转运动时，使精密电位器314与变焦凸轮35同步转动。通过变倍、补偿曲线槽及变倍导钉组件34、补偿导钉组件311带动变倍滑架32、补偿滑架310按变倍、补偿曲线槽运动。主镜筒36上两条直槽起到支撑变倍导钉组件34和补偿导钉组件311的作用，并且使变倍滑架32、补偿滑架310的旋转运动变为直线运动。严格控制变倍导钉组件34和补偿导钉组件311与变焦凸轮35的曲线槽和主镜筒36的直线槽之间的配合间隙，保证变倍、补偿组件滑动平稳舒适、无卡滞。这样通过变倍电机315旋转实现变倍组件、补偿组件按变焦运动方程要求作前后直线运动，从而实现***焦距的连续可变功能。当***的焦距发生变化时，变焦电位器齿轮316通过与变焦凸轮35齿轮啮合，使精密电位器314旋转，则精密电位器314的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以取出精密电位器314的变化值，并传给控制中心，从而实现焦距值的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现焦距的实时控制。
如图10、11所示，在电动调光机构中：光栏销钉与光栏片组成光栏片组件48。光栏片组件48活动销钉端均匀装在光栏座41的孔内，将光栏动环43装入光栏座41上，同时光栏片组件48固定销钉端需均匀装入光栏动环43上的直槽内，将光栏动环压圈42通过螺纹装在光栏座41上；光栏座41根据光栏片活动转角铣槽，光栏动环43通过光栏拨钉45与光栏调节环47配合，用光栏调节环压圈46锁紧，保证光栏调节环47转动平稳、无卡滞。光栏电机齿轮44与光栏调节环47上的齿轮啮合，当光栏电机411加电后，带动光栏调节环47旋转，光栏片组件跟随做旋转运动，从而使光栏开口大小发生变化，实现光栏连续可变功能。
如图12、13所示，电动透雾切换机构：可见光滤光片52、红外滤光片55和激光1064nm滤光片511分别按图12、13所示位置装入滤光片转盘56内，滤光片转盘56通过滤光片转盘轴53固定在后组连接板51上，保证滤光片转盘56转动平稳、无卡滞。滤光片电机59齿轮通过滤光片过轮58与滤光片转盘56齿轮啮合，当滤光片电机59加电后，带动滤光片转盘56转动，滤光片微动开关54起到限位作用，从而实现可见光滤光片、红外滤光片和激光1064nm之间的循环切换，最终达到透雾要求。通过后组连接板51上的卡槽与COMS探测器组件连接，控制调整CMOS探测器靶面时的位置精度，使镜头在整体调试时限制自由度，保证镜头的调试效率。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头，其特征在于：所述镜头的光学***由沿光线入射方向自左向右依次设置的前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、可变光栏、后固定镜组以及滤光片组成，所述前固定镜组由自左向右依次设置的负月牙透镜A和双凸透镜B密接的第一胶合组、负月牙透镜C和正月牙透镜D密接的第二胶合组、正月牙透镜E组成；所述变倍镜组由自左向右依次设置的负月牙透镜F、双凹透镜G与双凸透镜H密接的第三胶合组、双凹透镜I组成；补偿镜组由自左向右依次设置的双凸透镜J、负月牙透镜K和双凸透镜L密接的第四胶合组、双凸透镜M组成；后固定镜组由自左向右依次设置的负月牙透镜N、正月牙透镜O、双凹透镜P和双凸透镜Q密接的第五胶合组、负月牙透镜R、双凸透镜S和负月牙透镜T密接的第六胶合组组成；
所述前固定镜组与变倍镜组之间的空气间隔为4.5mm-55.0mm，所述变倍镜组与补偿镜组之间的空气间隔为82.6mm-2.0mm，补偿镜组与后固定镜组之间的空气间隔为4.5mm-34.6mm。
2.根据权利要求1所述的一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头，其特征在于：所述第一胶合组与第二胶合组之间的空气间隔为0.2mm，所述第二胶合组与正月牙透镜E之间的空气间隔为0.2mm；所述负月牙透镜F与第三胶合组之间的空气间隔为2.5mm，所述第三胶合组与双凹透镜I之间的空气间隔为1.0mm；所述双凸透镜J与第四胶合组之间的空气间隔为0.2mm，所述第四胶合组与双凸透镜M之间的空气间隔为0.2mm；所述负月牙透镜N与正月牙透镜O之间的空气间隔为0.2mm，所述正月牙透镜O与第五胶合组之间的空气间隔为2.5mm，所述第五胶合组与负月牙透镜R之间的空气间隔为0.2mm，所述负月牙透镜R与第六胶合组之间的空气间隔为10.7mm。
3.根据权利要求1所述的一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头，其特征在于：所述负月牙透镜A、负月牙透镜C、正月牙透镜D、正月牙透镜E、负月牙透镜F、负月牙透镜K、正月牙透镜O、负月牙透镜R均采用超低色散的光学玻璃制成。
4.根据权利要求1所述的一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头，其特征在于：所述镜头自左向右依次设有调焦主镜筒、主镜筒和光栏座，所述调焦主镜筒内部设有前组镜筒，所述主镜筒内设有变倍滑架和补偿滑架，所述变倍滑架和补偿滑上分别设有变倍镜筒、补偿镜筒；所述前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组和后固定镜组分别安装在前组镜筒、变倍镜筒、补偿镜筒和光栏座上。
5.根据权利要求4所述的一种带透雾30倍高清长焦连续变焦镜头，其特征在于：所述镜头还包括电动调焦机构、电动变焦机构、电动调光机构、电动透雾切换机构和高清CMOS探测器组件，所述电动调焦机构选用前固定镜组作为调焦移动组；所述电动变焦机构通过变倍滑架、补偿滑架分别驱动变倍镜组、补偿镜组做直线往复运动，以完成镜头连续变焦切换；所述电动调光机构驱动可变光栏的光栏片做旋转运动；所述电动透雾切换机构与光栏座连接，电动透雾切换机构控制滤光片转盘旋转；所述高清CMOS探测器组件安装在电动透雾切换机构上。
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