小型化高清透霧變焦攝像鏡頭及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種小型化高清透霧變焦攝像鏡頭及其控制方法，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]普通攝像鏡頭僅限于一般照明條件的應(yīng)用場合，當(dāng)應(yīng)用于如雨、雪、薄霧等陰霾氣候條件下時(shí)，系統(tǒng)探測距離將嚴(yán)重降低，特別是信號本身很弱時(shí)，會導(dǎo)致目標(biāo)信號淹沒于背景信號當(dāng)中，無法正常使用；由于玻璃材料存在色散，對不同波段的光線，其最佳像面位置不一致，導(dǎo)致常用的可見光波段成像鏡頭在近紅外波段難以保持高質(zhì)量的成像效果；傳統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)在外形體積受限時(shí)，也普遍存在變倍倍數(shù)非常小、分辨率不高的特點(diǎn)。
[0003]隨著圖像傳感器的像元尺寸不斷減小，其特征頻率迅速增加，光電視頻監(jiān)控已由以往對外界景物純粹的“觀看”發(fā)展到現(xiàn)今的“識別和認(rèn)知”;從以往只能對良好光照條件下的監(jiān)控到雨、雪、薄霧等惡劣條件下的不間斷的、高質(zhì)量的連續(xù)監(jiān)控；且目前整機(jī)系統(tǒng)朝緊湊型方向發(fā)展，也要求鏡頭體積盡可能小，提高競爭力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的小型化高清透霧變焦攝像鏡頭及其控制方法，滿足分辨率與高清攝像機(jī)適配的使用要求，提高在雨、雪、薄霧等陰霾天氣探測能力和清晰度。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案一是:一種小型化高清透霧變焦攝像鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自前向后入射方向依次設(shè)有光焦度為正的前固定組A，光焦度為負(fù)的變倍組B，光焦度為負(fù)的補(bǔ)償組C，光焦度為正的后固定組D和濾色鏡片E ;所述前固定組A包括自前向后依次設(shè)置的正月牙透鏡A-1、正月牙透鏡A-2、由負(fù)月牙透鏡A-3和正月牙透鏡A-4密接的第一膠合組；所述變倍組B包括自前向后依次設(shè)置的雙凹透鏡B-1以及由雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的第二膠合組；所述補(bǔ)償組C包括由正月牙透鏡C-1和雙凹透鏡C-2密接的第三膠合組；所述后固定組D包括自前向后依次設(shè)置的雙凸透鏡D-1、由雙凸透鏡D-2和雙凹鏡組D-3密接的第四膠合組、雙凸透鏡D-4、以及由正月牙透鏡D-5與負(fù)月牙透鏡D-6密接的第五膠合組。
[0006]進(jìn)一步的，所述前固定組A和變倍組B之間的空氣間隔是3.28?26.84mm，變倍組B與補(bǔ)償組C之間的空氣間隔是5.33?16.80mm，補(bǔ)償組C與后固定組D之間的空氣間隔是 2.70 ?24.13mm。
[0007]進(jìn)一步的，所述前固定組A中正月牙透鏡A-1與正月牙透鏡A-2之間的空氣間隔為0.12mm，正月牙透鏡A-2與第一膠合組之間的空氣間隔是0.12mm ;所述變倍組B中雙凹透鏡B-1與第二膠合組之間的空氣間隔為0.12mm ;所述后固定組D中雙凸透鏡D-1與第四膠合組之間的空氣間隔為0.13_，第四膠合組與雙凸透鏡D-4之間的空氣間隔為0.14mm,雙凸透鏡D-4與第五膠合組之間的空氣間隔為1.00_。
[0008]進(jìn)一步的，所述正月牙透鏡A-2、正月牙透鏡A-4采用超低色散材料H-FK61制成。
[0009]進(jìn)一步的，所述鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)包括位于中部的變倍鏡筒和位于前部的聚焦鏡筒，所述聚焦鏡筒內(nèi)套有用以安裝前固定組A的前組鏡座；所述變倍鏡筒內(nèi)設(shè)置有可相對變倍鏡筒前后移動的變倍移動座和補(bǔ)償移動座，所述變倍移動座上套設(shè)有用以安裝變倍組B的變倍鏡座，所述補(bǔ)償移動座上套設(shè)有用以安裝補(bǔ)償組C的補(bǔ)償鏡座；位于變倍鏡筒后端設(shè)置有用以安裝后固定組D的后組鏡座，位于后組鏡座后方設(shè)置有用以安裝濾色鏡片E的轉(zhuǎn)盤。
[0010]進(jìn)一步的，所述聚焦鏡筒上外套有聚焦凸輪，聚焦鏡筒旁側(cè)設(shè)置有聚焦限位開關(guān)以及與聚焦凸輪通過齒嚙合傳動的聚焦電機(jī)，聚焦凸輪通過聚焦導(dǎo)釘帶動前組鏡座前后移動。
[0011]進(jìn)一步的，所述變倍鏡筒上外套有變倍凸輪，變倍凸輪通過變倍導(dǎo)釘和補(bǔ)償導(dǎo)釘分別帶動變倍移動座和補(bǔ)償移動座沿軸向前后移動，位于變倍鏡筒內(nèi)還設(shè)置有用以變倍移動座和補(bǔ)償移動座移動導(dǎo)向的導(dǎo)軸；位于變倍鏡筒旁側(cè)設(shè)置有變倍限位開關(guān)以及與變倍凸輪通過齒嚙合傳動的變倍電機(jī)和電位器。
[0012]進(jìn)一步的，所述濾色鏡片E包括可見光濾色鏡片和近紅外濾色鏡片；所述轉(zhuǎn)盤通過轉(zhuǎn)軸偏心鉸接于所述后組鏡座后端，后組鏡座后端還設(shè)置有濾色片限位開關(guān)以及與轉(zhuǎn)盤通過齒嚙合傳動的切換電機(jī)。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案二是:一種小型化高清透霧變焦攝像鏡頭的控制方法，采用如上所述的小型化高清透霧變焦攝像鏡頭，控制調(diào)焦電機(jī)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過聚焦導(dǎo)釘將聚焦凸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為前組鏡座的軸向移動，實(shí)現(xiàn)鏡頭的聚焦功能；控制變倍電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過變倍導(dǎo)釘和補(bǔ)償導(dǎo)釘將變倍凸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為變倍移動座和補(bǔ)償移動座的軸向移動，實(shí)現(xiàn)鏡頭的變焦過程；控制切換電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)濾色鏡片的切換功能。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:該小型化高清透霧變焦攝像鏡頭提高了軸上光線高度最高的前固定透鏡組的光焦度承擔(dān)能力，采用負(fù)組補(bǔ)償并使用多片H)(超低色散)材料，有效地降低了光學(xué)鏡頭二級光譜等像差，使之能對包含可見光波段和近紅外波段的寬光譜成像，且鏡頭的分辨率顯著提高，達(dá)到百萬像素，可與高清晰度的攝像機(jī)適配；在光路結(jié)構(gòu)末端引入攝遠(yuǎn)距結(jié)構(gòu)，有效減小了系統(tǒng)體積，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化；通過切換濾色片改變鏡頭工作波段，進(jìn)一步提高近紅外波段的成像效果，增強(qiáng)攝像系統(tǒng)在雨、雪、薄霧等陰霾氣候條件下對遠(yuǎn)距離目標(biāo)的探測能力。
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過具體實(shí)施例和相關(guān)附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)剖視圖；
圖3為圖2的右視圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中電動聚焦機(jī)構(gòu)剖視圖；
圖5為圖4的左視圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例中電動聚焦機(jī)構(gòu)立體圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中電動變焦機(jī)構(gòu)剖視圖；
圖8為圖7的左視圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例中電動變焦機(jī)構(gòu)立體圖；
圖10為本發(fā)明實(shí)施例中濾色片切換機(jī)構(gòu)剖視圖；
圖11為圖10的右視圖；
圖12為本發(fā)明實(shí)施例中濾色片切換機(jī)構(gòu)立體圖；
圖13為本發(fā)明鏡頭長焦時(shí)在可見光波段的MTF圖。
[0017]圖14為本發(fā)明鏡頭長焦時(shí)在近紅外波段(750nm?950nm)的MTF圖。
[0018]圖中標(biāo)號說明:4-1.前固定組件，4-2.變倍組件，4-3.補(bǔ)償組件，4_4.變倍凸輪組件，4-5.后固定組件，4-6.濾色片切換機(jī)構(gòu)，4-7.攝像機(jī)組件，4-8.電動變焦機(jī)構(gòu)，4-9.電動聚焦機(jī)構(gòu)；5-1.正月牙透鏡A-l，5-2.正月牙透鏡A-2，5-3.負(fù)月牙透鏡A_3，5-4.正月牙透鏡A-4，5-5.第一壓圈，5-6.第一隔圈，5-7.第二隔圈，5-8.聚焦導(dǎo)釘，5-9.聚焦凸輪，5-10.聚焦鏡筒，5-11.前組鏡座，5-12.聚焦凸輪壓圈，5-13.聚焦電機(jī)支架，5-14.聚焦電機(jī)齒輪，5-15.聚焦限位支架，5-16.聚焦限位開關(guān)，5-17.聚焦限位釘，5-18.聚焦電機(jī)；6-1.變倍鏡座，6-2.變倍移動座，6-3.凸輪蓋板，6-4.導(dǎo)軸，6-5.前排鋼球，6-6.變倍導(dǎo)釘，6-7.變倍凸輪，6-8.變倍鏡筒，6-9.補(bǔ)償導(dǎo)釘，6-10.后排鋼球，6-11.變倍凸輪壓圈，
6-12.變倍軸承，6-13.補(bǔ)償移動座，6-14.補(bǔ)償鏡座，6-15.電位器齒輪，6-16.變倍電機(jī)支架，6-17.變倍電機(jī)齒輪，6-18.變倍過輪，6-19.電位器，6-20.變倍電機(jī)，6-21.變倍限位支架，6-22.變倍限位開關(guān)；7-1.雙凸透鏡D-l，7-2.雙凸透鏡D_2，7_3.雙凹鏡組D_3，7_4.雙凸透鏡D-4，7-5.正月牙透鏡D-5，7-6.負(fù)月牙透鏡D_6，7-7.濾色片E，7-8.后組鏡座，
7-9.轉(zhuǎn)軸，7-10.切換電機(jī)，7-11.濾色片限位開關(guān)，7-12.轉(zhuǎn)盤，7-13.可見光濾色片，7-14.近紅外濾色片，7-15.濾色片過輪，7-16.濾色片限位支架，7-17.濾色片過輪軸，7-18.切換電機(jī)架，7-19.切換電機(jī)齒輪。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1~12所示，一種小型化高清透霧變焦攝像鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自前向后入射方向依次設(shè)有光焦度為正的前固定組A，光焦度為負(fù)的變倍組B，光焦度為負(fù)的補(bǔ)償組C，光焦度為正的后固定組D和濾色鏡片E ;所述前固定組A包括自前向后依次設(shè)置的正月牙透鏡A-1、正月牙透鏡A-2、由負(fù)月牙透鏡A-3和正月牙透鏡A-4密接的第一膠合組；所述變倍組B包括自前向后依次設(shè)置的雙凹透鏡B-1以及由雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的第二膠合組；所述補(bǔ)償組C包括由正月牙透鏡C-1和雙凹透鏡C-2密接的第三膠合組；所述后固定組D包括自前向后依次設(shè)置的雙凸透鏡D-1、由雙凸透鏡D-2和雙凹鏡組D-3密接的第四膠合組、雙凸透鏡D-4、以及由正月牙透鏡D-5與負(fù)月牙透鏡D-6密接的第五膠合組。
[0020]在本實(shí)施例中，所述前固定組A和變倍組B之間的空氣間隔是3.28?26.84mm，變倍組B與補(bǔ)償組C之間的空氣間隔是5.33?16.80mm，補(bǔ)償組C與后固定組D之間的空氣間隔是2.70?24.13_。
[0021 ] 在本實(shí)施例中，所述前固定組A中正月牙透鏡A-1與正月牙透鏡A-2之間的空氣間隔為0.12_，正月牙透鏡A-2與第一膠合組之間的空氣間隔是0.12mm ;所述變倍組B中雙凹透鏡B-1與第二膠合組之間的空氣間隔為0.12mm;所述后固定組D中雙凸透鏡D-1與第四膠合組之間的空氣間隔為0.13mm，第四膠合組與雙凸透鏡D-4之間的空氣間隔為
0.14mm，雙凸透鏡D-4與第五膠合組之間的空氣間隔為1.00mm。
[0022]在本實(shí)施例中，所述正月牙透鏡A-2、正月牙透鏡A-4采用超低色散材料H-FK61制成。
[0023]由上述鏡片組構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到了如下的光學(xué)指標(biāo):
1.焦距:f'min=19.35mm, f' max=144.0 mm ；
2.相對孔徑D/f =1/4.5 ；
3.視場角2 ω =19.3。?2.48。；
4.光學(xué)結(jié)構(gòu)長度ΣL ^ 108.0Omm ；
5.變倍行程彡23.56mm ；
6.鏡頭分辨率:與超百萬像素CCD攝像機(jī)或CMOS攝像機(jī)適配；