高對比度高解析度日夜兩用電動變焦鏡頭及其調焦方法與流程
2023-05-28 12:23:01 2
本發明涉及一種高對比度高解析度日夜兩用電動變焦鏡頭及其調焦方法。
背景技術：
隨著攝像系統對鏡頭高畫質、低照度等性能需求的日益增長，市場競爭逐漸加劇。採用新技術提高產品質量和性能對安防市場的發展起著至關重要的作用。傳統的鏡頭結構尺寸偏大、攜帶不方便、圖像模糊不清，對比度下降，鏡頭的成像性能差，傳統的鏡頭為定焦鏡頭和手動變焦鏡頭，可視監控的範圍小，難以適應各種氣候環境和市場需求。
技術實現要素：
本發明的目的是針對以上不足之處，提供了一種結構緊湊、體積小的高對比度高解析度日夜兩用電動變焦鏡頭及其調焦方法。
本發明的技術方案是，一種高對比度高解析度日夜兩用電動變焦鏡頭，所述鏡頭的光學系統中沿光線從左向右入射方向依次設有光焦度為負的鏡片組前組A和光焦度為正的鏡片組後組B，所述前組A和後組B之間設置有光闌C，所述前組A包括從左向右依次設置的負月牙型透鏡A-1、雙凹透鏡A-2、雙凸透鏡A-3；所述後組B包括從左向右依次設置的雙凸透鏡B-1、雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的膠合組、正月牙型透鏡B-4、雙凸透鏡B-5。
進一步的，所述前組A和後組B之間的空氣間隔為8.84mm，所述前組A中負月牙型透鏡A-1和雙凹透鏡A-2之間的空氣間隔為3.74mm，所述前組A中雙凹透鏡A-2和雙凸透鏡A-3之間的空氣間隔為0.1mm，所述後組B中雙凸透鏡B-1與雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的膠合組之間的空氣間隔為0.15mm，所述後組B中雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的膠合組與正月牙型透鏡B-4之間的空氣間隔為0.48mm，所述後組B中正月牙型透鏡B-4與雙凸透鏡B-5之間的空氣間隔為0.1mm。
進一步的，所述鏡頭的機械結構包括主鏡筒，所述主鏡筒的內腔前端經前組鏡座安裝有鏡片組前組A，所述主鏡筒的內腔後端經後組鏡座安裝有鏡片組後組B。
進一步的，所述前組鏡座從左向右依次固連有負月牙型透鏡A-1、雙凹透鏡A-2、雙凸透鏡A-3，所述雙凹透鏡A-2與雙凸透鏡A-3之間設置有BC隔圈。
進一步的，所述後組鏡座從左向右依次固連有雙凸透鏡B-1、雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的膠合組、正月牙型透鏡B-4、雙凸透鏡B-5，所述雙凸透鏡B-1與雙凸透鏡B-2之間設置有DE隔圈，所述正月牙型透鏡B-4與雙凸透鏡B-5之間設置有GH隔圈。
進一步的，所述主鏡筒的前端外周側設置有用於實現變焦的前凸輪，所述主鏡筒的後端外周側設置有用於實現變焦的後凸輪，所述前凸輪與後凸輪之間設有用於限制前後組移動行程的限位塊，所述限位塊螺接在主鏡筒上，所述限位塊的兩側往外延伸有前凸部、後凸部，所述後凸輪的外圓周上設有用於與後凸部相頂接限位的後凸輪限位塊，所述前凸輪的外圓周上設有用於與前凸部相頂接限位的前凸輪限位塊。
進一步的，所述光闌C位於雙凸透鏡B-1的前鏡面上，並經後組鏡座前端的定位卡部與雙凸透鏡B-1卡接在一起。
一種高對比度高解析度日夜兩用電動變焦鏡頭的調焦方法，包括以下步驟：
（1）旋轉前凸輪，主鏡筒內腔內的前組鏡座在指定的範圍內帶動前組A沿軸線直線運動；
（2）旋轉後凸輪，主鏡筒內腔內的後組鏡座在指定的範圍內帶動後組B沿軸線直線運動。
進一步的，在步驟（1）中，所述前凸輪上開設有按光學變焦運動方程的要求加工的變焦曲線槽，所述前凸輪與前組鏡座經前變焦導釘組件連接在一起；所述主鏡筒的外部設有前變焦電機組件，所述前變焦電機組件包括前變焦電機，所述前變焦電機的輸出軸上連接有前變焦電機齒輪，所述前凸輪的後端周部上設有環形的前凸輪齒輪，所述前變焦電機齒輪與前凸輪齒輪嚙合，所述主鏡筒上設有用以限制前變焦導釘組件的直槽A，所述前變焦導釘組件一端位於變焦曲線槽內，另一端穿過直槽A與前組鏡座連接。
進一步的，在步驟（2）中，所述後凸輪上開設有按光學變焦運動方程的要求加工的變焦曲線槽，所述後凸輪與後組鏡座經後變焦導釘組件連接在一起；所述主鏡筒的外部設有後變焦電機組件，所述後變焦電機組件包括後變焦電機，所述後變焦電機的輸出軸上連接有後變焦電機齒輪，所述後凸輪的前端周部上設有環形的後凸輪齒輪，所述後變焦電機齒輪與後凸輪齒輪嚙合，所述主鏡筒上設有用以限制後變焦導釘組件的直槽B，所述後變焦導釘組件一端位於變焦曲線槽內，另一端穿過直槽B與後組鏡座連接。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：（1）該高對比度高解析度日夜兩用電動變焦鏡頭的光學系統結構簡單，鏡頭結構裝配緊湊、長度短、體積小攜帶方便，具有對比度高、成像質量穩定、高解析度等優點。（2）光學設計時，對400～850nm的寬光譜範圍進行像差校正和平衡，使鏡頭在寬光譜範圍都具有優良的像質，實現了寬光譜共焦，這樣鏡頭不僅能在白晝的光照環境下清晰成像，在夜間極低照度環境下，通過紅外補光，也能清晰成像，達到日夜共焦效果、對比度高，成像畫面清晰銳利，可採用ED超低色散鏡片，解決了色散帶來的負面影響，大大提高了鏡片的成像畫質。（3）光學靶面大，畸變小，鏡頭邊緣色散小，高對比度對於圖像的清晰度、細節表現、灰度層次表現都有很大的幫助，並且使得圖像更加清晰醒目，色彩豔麗。
附圖說明
下面結合附圖對本發明專利進一步說明。
圖1為該發明實施例的光學系統示意圖；
圖2為該發明實施例的機械結構示意圖；
圖3為該發明實施例的限位塊結構示意圖。
圖中：
A-前組A；B-後組B；A-1負月牙型透鏡A-1；A-2雙凹透鏡A-2；A-3雙凸透鏡A-3；C-光闌C；B-1雙凸透鏡B-1；B-2雙凸透鏡B-2；B-3雙凹透鏡B-3；B-4正月牙型透鏡B-4；B-5雙凸透鏡B-5；1-主鏡筒；2-前組鏡座；3-後組鏡座；4-BC隔圈；5-DE隔圈；6-GH隔圈；7-前凸輪；8-後凸輪；9-限位塊；10-前凸部；11-後凸部；12-後凸輪限位塊；13-前凸輪限位塊；14-定位卡部；15-前變焦導釘組件；16-前凸輪齒輪；17-後變焦導釘組件；18-後凸輪齒輪；19-底座。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。
如圖1～3所示，一種高對比度高解析度日夜兩用電動變焦鏡頭，所述鏡頭的光學系統中沿光線從左向右入射方向依次設有光焦度為負的鏡片組前組A和光焦度為正的鏡片組後組B，所述前組A和後組B之間設置有光闌C，所述前組A包括從左向右依次設置的負月牙型透鏡A-1、雙凹透鏡A-2、雙凸透鏡A-3；所述後組B包括從左向右依次設置的雙凸透鏡B-1、雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的膠合組、正月牙型透鏡B-4、雙凸透鏡B-5。
在本實施例中，所述前組A和後組B之間的空氣間隔為8.84mm，所述前組A中負月牙型透鏡A-1和雙凹透鏡A-2之間的空氣間隔為3.74mm，所述前組A中雙凹透鏡A-2和雙凸透鏡A-3之間的空氣間隔為0.1mm，所述後組B中雙凸透鏡B-1與雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的膠合組之間的空氣間隔為0.15mm，所述後組B中雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的膠合組與正月牙型透鏡B-4之間的空氣間隔為0.48mm，所述後組B中正月牙型透鏡B-4與雙凸透鏡B-5之間的空氣間隔為0.1mm。
在本實施例中，所述鏡頭的機械結構包括主鏡筒1，所述主鏡筒的內腔前端經前組鏡座2安裝有鏡片組前組A，所述主鏡筒的內腔後端經後組鏡座3安裝有鏡片組後組B，所述主鏡筒末端連接有底座19。
在本實施例中，所述前組鏡座從左向右依次固連有負月牙型透鏡A-1、雙凹透鏡A-2、雙凸透鏡A-3，所述雙凹透鏡A-2與雙凸透鏡A-3之間設置有BC隔圈4。
在本實施例中，所述後組鏡座從左向右依次固連有雙凸透鏡B-1、雙凸透鏡B-2和雙凹透鏡B-3密接的膠合組、正月牙型透鏡B-4、雙凸透鏡B-5，所述雙凸透鏡B-1與雙凸透鏡B-2之間設置有DE隔圈5，所述正月牙型透鏡B-4與雙凸透鏡B-5之間設置有GH隔圈6。
在本實施例中，所述主鏡筒的前端外周側設置有用於實現變焦的前凸輪7，所述主鏡筒的後端外周側設置有用於實現變焦的後凸輪8，所述前凸輪與後凸輪之間設有用於限制前後組移動行程的限位塊9，所述限位塊螺接在主鏡筒上，所述限位塊的兩側往外延伸有前凸部10、後凸部11，所述後凸輪的外圓周上設有用於與後凸部相頂接限位的後凸輪限位塊12，所述前凸輪的外圓周上設有用於與前凸部相頂接限位的前凸輪限位塊13。
在本實施例中，所述光闌C位於雙凸透鏡B-1的前鏡面上，並經後組鏡座前端的定位卡部14與雙凸透鏡B-1卡接在一起。
一種高對比度高解析度日夜兩用電動變焦鏡頭的調焦方法，包括以下步驟：
（1）旋轉前凸輪，主鏡筒內腔內的前組鏡座在指定的範圍內帶動前組A沿軸線直線運動；
（2）旋轉後凸輪，主鏡筒內腔內的後組鏡座在指定的範圍內帶動後組B沿軸線直線運動。
在本實施例中，在步驟（1）中，所述前凸輪上開設有按光學變焦運動方程的要求加工的變焦曲線槽，所述前凸輪與前組鏡座經前變焦導釘組件15連接在一起；所述主鏡筒的外部設有前變焦電機組件，所述前變焦電機組件包括前變焦電機，所述前變焦電機的輸出軸上連接有前變焦電機齒輪，所述前凸輪的後端周部上設有環形的前凸輪齒輪16，所述前變焦電機齒輪與前凸輪齒輪嚙合，所述主鏡筒上設有用以限制前變焦導釘組件的直槽A，所述前變焦導釘組件一端位於變焦曲線槽內，另一端穿過直槽A與前組鏡座連接。
在本實施例中，在步驟（2）中，所述後凸輪上開設有按光學變焦運動方程的要求加工的變焦曲線槽，所述後凸輪與後組鏡座經後變焦導釘組件17連接在一起；所述主鏡筒的外部設有後變焦電機組件，所述後變焦電機組件包括後變焦電機，所述後變焦電機的輸出軸上連接有後變焦電機齒輪，所述後凸輪的前端周部上設有環形的後凸輪齒輪18，所述後變焦電機齒輪與後凸輪齒輪嚙合，所述主鏡筒上設有用以限制後變焦導釘組件的直槽B，所述後變焦導釘組件一端位於變焦曲線槽內，另一端穿過直槽B與後組鏡座連接。
在結構設計時，主鏡筒運用3-CAM技術既保證鏡頭的同軸度、精度和軸向位置的準確，由於3-CAM技術不需要軌道來定位鏡片，鏡片移動時採用螺旋推進，即鏡片圍繞主軸旋轉前進，所以不會發生偏心的情況；鏡頭本身結構設計緊湊小巧，能適用於結構更加緊湊的場合，其適用面更廣；本發明可適應發展的趨勢，為視頻攝像系統提供一種對比度高，光學靶面大，解析度等於兩百萬像素的高清鏡頭，可以與16：9制式1/3″高清晰度的攝像機配套使用，使攝像系統能夠實現對景物在高光動態變化範圍環境的高清晰度攝像的要求；本發明所有機械件採用模具注塑成型工藝，滿足光學設計對空氣距離和鏡片同心度的嚴格要求，使鏡頭的結構緊湊，體積小，保證與φ14接口連接；主鏡筒是一次注塑成型的，能很好的保證主鏡筒的位置精度，而且在加工時嚴格要求保證鏡片與隔圈接觸的平面有精確的垂直度，並由此來保證鏡片裝配的準確性；主鏡筒採用3-CAM技術設計方式，解決光學偏心，延長使用壽命，適應於溫度變化較快的環境，減少主鏡筒內壁光反射，使圖像更加清晰、明亮；對前後組鏡座內徑尺寸進行嚴格控制，使其與鏡片配合緊密達到鏡片安裝要求的同軸度和鏡片光軸的一致性，並通過對隔圈的精確加工來保證各鏡片之間的空氣距，前後凸輪上配有齒輪的設計，並與減速箱齒輪配合，帶動鏡頭運作；限位塊在鏡頭本身也發揮著重要作用，限制前後組移動行程，讓鏡頭達到光學設計的理論焦距值，結構設計的物理行程，保證鏡頭理論設計的後焦值；本發明結構輕巧，滿足總體體積小的原則,而且為了配合緊湊，採用模具注塑成型工藝，保證其精度的準確性和部品尺寸的一致性。
在本實施例中，由上述鏡片組構成的光學系統達到了如下的光學指標：
1、焦距：f′=2.8-8mm；
2、相對孔徑：F2.1（W）- F2.6（T）；
3、像面尺寸：1/2.7"（MAX）；
4、近攝距：0.3m；
5、法蘭後焦：8.8mm；
6、水平視場角：116°(適用AR0230 Sensor) ；
7、解析度：可與兩百萬像素高解析度CCD或CMOS攝像機適配；
8、接口類型：φ14接口；
9、適用譜線範圍：400nm～850nm；
上列較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。