大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，其光學系統(tǒng)沿光線入射方向依次設有光焦度為正的前組A、可變光欄組件B、光焦度為正的后組C以及濾色片轉換組件D，所述前組A依次設有正月牙透鏡A-1、由負月牙透鏡A-2與雙凸透鏡A-3密接的第一膠合組以及由正月牙透鏡A-4與雙凹透鏡A-5密接的第二膠合組，所述后組C設有雙凸透鏡C。該鏡頭在400nm～1000nm的寬光譜范圍內(nèi)具有高解像力，相對孔徑達1∶2，雜光系數(shù)小于1/10000，實現(xiàn)在雨天、雪天、薄霧等特殊天候條件下對中、遠距離目標的監(jiān)測及超低雜光系數(shù)有效地消除強光目標條件下產(chǎn)生的詭像，提高了系統(tǒng)監(jiān)測能力。
【專利說明】大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光電視頻技術的光學攝像裝置，特別是一種大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的常規(guī)中、遠距離監(jiān)測的攝像鏡頭通光口徑較小，響應光譜較窄，即可見光光譜波長λ較小，在復雜環(huán)境下，特別是雨、雪、薄霧等特殊天候，光線透過能力下降，導致圖像對比度、清晰度下降，縮短了監(jiān)測距離，而且在強光目標條件下，易產(chǎn)生詭像等嚴重影響系統(tǒng)的監(jiān)測能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，具有在雨、雪、薄霧、強光目標等特殊條件下比普通鏡頭更高的監(jiān)測能力。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是:一種大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，其光學系統(tǒng)沿光線入射方向依次設有光焦度為正的前組Α、可變光欄組件B、光焦度為正的后組C以及濾色片轉換組件D，所述前組A依次設有正月牙透鏡A-1、由負月牙透鏡Α-2與雙凸透鏡Α-3密接的第一膠合組以及由正月牙透鏡Α-4與雙凹透鏡Α-5密接的第二膠合組，所述后組C設有雙凸透鏡C。
[0005]進一步的，所述前組A和后組C之間的空氣間隔是60.0_。
[0006]進一步的，所述后組C和濾色片轉換組件D之間的空氣間隔是10.0_。
[0007]進一步的，所述前組A中的正月牙透鏡A-1和第一膠合組之間的空氣間隔是56.0mm,所述第一膠合組和第二膠合組之間的空氣間隔是4.2mm。
[0008]進一步的，所述鏡頭的機械結構包括第一鏡筒、第二鏡筒、第三鏡筒、中間鏡筒、第四鏡筒、濾色片轉盤和后法蘭，所述第一鏡筒前端內(nèi)安裝有由前保護片壓圈壓緊的前保護片，所述第一鏡筒中部內(nèi)設置有第一消雜光光欄，所述第一鏡筒后端通過第一聯(lián)接螺釘與第二鏡筒前端連接，所述第二鏡筒前端內(nèi)安裝有由A-1透鏡壓圈壓緊的正月牙透鏡A-1，所述第二鏡筒中部內(nèi)設置有第二消雜光光欄，所述第二鏡筒后端內(nèi)凸緣通過第二聯(lián)接螺釘與第三鏡筒前端連接，所述第三鏡筒內(nèi)依次安裝有由A-2透鏡壓圈壓緊的負月牙透鏡A-2、雙凸透鏡A-3、正月牙透鏡A-4和由A-5透鏡壓圈壓緊的雙凹透鏡A-5，所述第二鏡筒外凸緣通過第三聯(lián)接螺釘與中間鏡筒前端連接，所述中間鏡筒后端通過第四聯(lián)接螺釘與第四鏡筒前端連接，所述第四鏡筒內(nèi)依次設置有第三消雜光光欄、第四消雜光光欄和第五消雜光光欄，所述第四消雜光光欄和第五消雜光光欄之間安裝有由C透鏡壓圈壓緊的雙凸透鏡C，所述濾色片轉盤內(nèi)安裝有由濾色片壓圈壓緊的濾色片，所述后法蘭內(nèi)安裝有由后保護片壓圈壓緊的后保護片。
[0009]進一步的，所述濾色片轉盤由電機組件通過齒輪傳動驅動，所述濾色片轉盤上安裝有磁鋼以及均勻分布的四種濾色片，所述四種濾色片包含可見光濾色片、紅外濾色片、QB3濾色片和CB6濾色片，所述可見光濾色片配備有對應的可見光濾色片霍爾元件，所述紅外濾色片配備有對應的紅外濾色片霍爾元件，所述QB3濾色片配備有對應的QB3濾色片霍爾元件，所述CB6濾色片配備有對應的CB6濾色片霍爾元件。
[0010]進一步的，所述第四鏡筒固定設置于主鏡座內(nèi)，所述濾色片轉盤通過濾色片盤轉軸安裝在主鏡座上并由濾色片盤轉軸壓圈壓緊，所述電機組件安裝在主鏡座上，所述電機組件的電機帶動電機主動齒輪，所述電機主動齒輪與濾色片轉盤外齒圈相嚙合。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:該鏡頭在400nm?100nm的寬光譜范圍內(nèi)具有高解像力，相對孔徑達1: 2，雜光系數(shù)小于1/10000，通過光路中設置的微電機驅動控制的濾色片轉換組件，配合寬光譜響應攝像機，實現(xiàn)在雨天、雪天、薄霧等特殊天候條件下對中、遠距離目標的監(jiān)測及超低雜光系數(shù)有效地消除強光目標條件下產(chǎn)生的詭像，提高了系統(tǒng)監(jiān)測能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例的光學系統(tǒng)圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實施例的機械結構圖。
[0014]圖3為濾色片轉換機構的結構示意圖。
[0015]圖4為圖3中A-A處的剖視示意圖。
[0016]圖5為濾色片轉換機構的控制原理框圖。
[0017]圖1中:A-前組A，A-1-正月牙透鏡A-l，A_2_負月牙透鏡A_2，A_3_雙凸透鏡A-3，A-4-正月牙透鏡A-4，A-5-雙凹透鏡A_5，B-可變光欄組件B，C-后組C/雙凸透鏡C，D-濾色片轉換組件D，O-像面。
[0018]圖2?4中:1_前保護片，2-前保護片壓圈，3-第一消雜光光欄，4-正月牙透鏡A-1，5-第一鏡筒,6-A-1透鏡壓圈,7-第一聯(lián)接螺釘,8-第二鏡筒,9-第二消雜光光欄,10-負月牙透鏡A_2,11-雙凸透鏡A_3,12-A-2透鏡壓圈，13-第二鏡筒，14-第二聯(lián)接螺釘，15-第三聯(lián)接螺釘，16-正月牙透鏡A-4，17-雙凹透鏡A-5，18-A-5透鏡壓圈，19-第四聯(lián)接螺釘，20-第四鏡筒，21-第三消雜光光欄，22-第四消雜光光欄，23-C透鏡壓圈，24-第五消雜光光欄，25-濾色片轉盤，26-濾色片壓圈，27-雙凸透鏡C，28-后法蘭，29-后保護片壓圈，30-濾色片，31-后保護片，41-電機組件，42-CB6濾色片霍爾元件，43-可見光濾色片，45-CB6濾色片，46-磁鋼，47-QB3濾色片霍爾元件，48-QB3濾色片，49-紅外濾色片霍爾元件，50-紅外濾色片，51-可見光濾色片霍爾元件,52-主鏡座,53-濾色片盤轉軸,53-濾色片盤轉軸壓圈。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的闡述。
[0020]如圖1所示，一種大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，所述鏡頭的光學系統(tǒng)沿光線自左向右入射方向依次設有光焦度為正的前組A、可變光欄組件B、光焦度為正的后組C以及濾色片轉換組件D，所述前組A依次設有正月牙透鏡A-1、由負月牙透鏡A-2與雙凸透鏡A-3密接的第一膠合組以及由正月牙透鏡A-4與雙凹透鏡A-5密接的第二膠合組，所述后組C設有雙凸透鏡C。
[0021]在本實施例中，所述前組A和后組C之間的空氣間隔是60.0mm，所述后組C和濾色片轉換組件D之間的空氣間隔是10.0_，所述前組A中的正月牙透鏡A-1和第一膠合組之間的空氣間隔是56.0mm，所述第一膠合組和第二膠合組之間的空氣間隔是4.2mm。
[0022]如圖2?4所示,所述鏡頭的機械結構包括第一鏡筒5、第二鏡筒8、第三鏡筒13、中間鏡筒、第四鏡筒20、濾色片轉盤25和后法蘭28，所述第一鏡筒5前端內(nèi)安裝有由前保護片壓圈2壓緊的前保護片1，所述第一鏡筒5中部內(nèi)設置有第一消雜光光欄3，所述第一鏡筒5后端通過第一聯(lián)接螺釘7與第二鏡筒8前端連接,所述第二鏡筒8前端內(nèi)安裝有由A-1透鏡壓圈6壓緊的正月牙透鏡A-1，所述第二鏡筒8中部內(nèi)設置有第二消雜光光欄9，所述第二鏡筒8后端內(nèi)凸緣通過第二聯(lián)接螺釘14與第三鏡筒13前端連接,所述第三鏡筒13內(nèi)依次安裝有由A-2透鏡壓圈12壓緊的負月牙透鏡A-2、雙凸透鏡A-3、正月牙透鏡A-4和由A-5透鏡壓圈18壓緊的雙凹透鏡A-5，所述第二鏡筒8外凸緣通過第三聯(lián)接螺釘15與中間鏡筒前端連接，所述中間鏡筒后端通過第四聯(lián)接螺釘19與第四鏡筒20前端連接，所述第四鏡筒20內(nèi)依次設置有第三消雜光光欄21、第四消雜光光欄22和第五消雜光光欄24，所述第四消雜光光欄22和第五消雜光光欄24之間安裝有由C透鏡壓圈23壓緊的雙凸透鏡C，所述濾色片轉盤25內(nèi)安裝有由濾色片壓圈26壓緊的濾色片30，所述后法蘭28內(nèi)安裝有由后保護片壓圈29壓緊的后保護片31。
[0023]在本實施例中，本發(fā)明采用了超低雜散光的設計:雜散光是進入視場在靶面上成像的非目標光線，主要來源于鏡片之間的二次反射及鏡壁上的一次反射產(chǎn)生的反射像，特別是在鏡壁上的一次反射后的光線若沒有攔干凈而進入視場，其能量可達目標能量的10%左右，非常容易出現(xiàn)鏡壁的反射詭像。如僅靠車制消光螺紋和涂無光漆以增大鏡壁的漫反射，降低其反射率，還不能完全消除強光目標在鏡壁反射產(chǎn)生的詭像。因此在鏡筒的結構設計上采用消雜散光光欄的結構設計，設計的方法是除設計必要的消光光欄外，在體積允許的情況下，盡可能地把鏡筒內(nèi)壁設計大些，使消光光欄能夠攔住所有的鏡壁反射光線，使之不進入視場。同時把設計好的鏡壁、消雜光光欄及鏡片的參數(shù)代入光學程序進行消雜光計算；如計算結果不能滿足技術指標要求，則重新設計消光光欄的位置和鏡筒的大小，再代入程序計算；通過反復疊代計算，直到計算結果符合技術指標要求；消光光欄的位置和大小及鏡筒的結構如圖2所示。
[0024]在本實施例中，為了確保把雜散光的能量控制在小于1/10000，必須要用光學程序計算所有鏡片之間的二次反射像是否遠離靶面。若其中的二次反射成像在靶面上，則會產(chǎn)生鏡片間二次反射引起的詭像。此時必須用ZEMAX光學程序重新進行設計計算。通過反復的疊代運算，使其光學指標符合技術條件要求，并且所有鏡片間的二次反射像遠離靶面，其光學參數(shù)如圖1所示。
[0025]在本實施例中，本發(fā)明采用了強透霧功能的設計:考慮到雨、雪、薄霧等陰霾天候條件下，在空氣中含有微小水粒，根據(jù)米氏散射理論:當散射粒子半徑C與入射光線波長λ的比值c/λ較小時，在像面上圖像的光能下降較小。據(jù)此在光學設計時，加大了近紅外譜線(波長λ為SOOnm以上譜線)的權重，使鏡頭在近紅外波段有較高的分辨率。并進行膜系優(yōu)化設計，使光學鏡頭在450nm-900nm波段范圍有高于80%的透過率，同時在光路中放置了高精度的濾色片轉換機構，通過微電機驅動控制濾色片轉換機構，濾色片30為高通濾波器，過濾掉450?700nm的可見光光譜，使700?900nm以上的光線增透從而達到過濾掉不能通過薄霧的可見光光譜，提高近紅外光譜的比例，增加遠距離目標的探測能力。
[0026]在本實施例中，所述濾色片轉盤25由電機組件41通過齒輪傳動驅動，所述濾色片轉盤25上安裝有磁鋼46以及均勻分布的四種濾色片30，所述四種濾色片30包含可見光濾色片43、紅外濾色片50、QB3濾色片48和CB6濾色片45,所述可見光濾色片43配備有對應的可見光濾色片霍爾元件51，所述紅外濾色片50配備有對應的紅外濾色片霍爾元件49，所述QB3濾色片48配備有對應的QB3濾色片霍爾元件47，所述CB6濾色片45配備有對應的CB6濾色片霍爾元件42。
[0027]在本實施例中，所述第四鏡筒20固定設置于主鏡座52內(nèi)，所述濾色片轉盤25通過濾色片盤轉軸53安裝在主鏡座52上并由濾色片盤轉軸壓圈54壓緊，所述電機組件41安裝在主鏡座52上，所述電機組件41的電機帶動電機主動齒輪，所述電機主動齒輪與濾色片轉盤25外齒圈相嚙合以帶動濾色片轉盤25。由于濾色片轉盤25運動，使得磁鋼46也同時運動，當磁鋼46分別靠近霍爾元件時，霍爾元件在磁場作用下，由高阻狀態(tài)變成低阻狀態(tài)，霍爾元件的輸出端由高電平變成低電平，把此信號傳給鏡頭控制板上的微型計算機，計算機得到霍爾元件的信號后，命令電機停止；則濾色片轉盤25停止運動。
[0028]在本實施例中，設計好濾色片、霍爾元件、磁鋼46的相對位置能使濾色鏡片準確停在光軸位置上，本發(fā)明設置四種濾色鏡片分別為可見光K9濾色片、0.85-0.95um近紅外HWBl濾色片、QB3濾色片、CB6黃色濾色片，分別由四個霍爾元件輸出信號給計算機，計算機根據(jù)主機指令及霍爾元件信號就可以把所需要的濾色片位置準確的停在光路中間，其控制原理框圖如圖5所示。
[0029]在本實施例中，該鏡頭具有從400nm到100nm的寬光譜范圍高解像力和1: 2的大相對孔徑及1/10000超低雜散光，能在雨、雪、薄霧及強光目標等特殊條件下，為攝像機提供無詭像光電信號，產(chǎn)生高解像力的視頻圖像，有效提高對強光目標的監(jiān)測能力，具有電動調光實時反饋、濾色片轉換功能。該鏡頭達到了以下的光學指標:(1)焦距:r =150mm ；
(2)視場角:水平視場:2ω彡2.2°，垂直視場:2ω彡1.6° ; (3)相對孔徑:彡1/2 ; (4)濾光片數(shù)量:4片；(5)雜光系數(shù)不大于1/10000 ； (6)畸變:不大于0.3% ；(7)工作波段:400nm ?lOOOnm。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的光學系統(tǒng)沿光線入射方向依次設有光焦度為正的前組八、可變光欄組件8、光焦度為正的后組以及濾色片轉換組件0，所述前組八依次設有正月牙透鏡八-1、由負月牙透鏡八-2與雙凸透鏡八-3密接的第一膠合組以及由正月牙透鏡八-4與雙凹透鏡八-5密接的第二膠合組，所述后組設有雙凸透鏡0。
2.根據(jù)權利要求1所述的大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，其特征在于:所述前組八和后組之間的空氣間隔是60.0111111。
3.根據(jù)權利要求1所述的大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，其特征在于:所述后組和濾色片轉換組件0之間的空氣間隔是10.0皿。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，其特征在于:所述前組八中的正月牙透鏡八-1和第一膠合組之間的空氣間隔是56.所述第一膠合組和第二膠合組之間的空氣間隔是4.2皿。
5.根據(jù)權利要求1所述的大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的機械結構包括第一鏡筒、第二鏡筒、第三鏡筒、中間鏡筒、第四鏡筒、濾色片轉盤和后法蘭，所述第一鏡筒前端內(nèi)安裝有由前保護片壓圈壓緊的前保護片，所述第一鏡筒中部內(nèi)設置有第一消雜光光欄，所述第一鏡筒后端通過第一聯(lián)接螺釘與第二鏡筒前端連接，所述第二鏡筒前端內(nèi)安裝有由八-1透鏡壓圈壓緊的正月牙透鏡八-1，所述第二鏡筒中部內(nèi)設置有第二消雜光光欄，所述第二鏡筒后端內(nèi)凸緣通過第二聯(lián)接螺釘與第三鏡筒前端連接，所述第三鏡筒內(nèi)依次安裝有由八-2透鏡壓圈壓緊的負月牙透鏡八-2、雙凸透鏡八-3、正月牙透鏡八-4和由八-5透鏡壓圈壓緊的雙凹透鏡八-5,所述第二鏡筒外凸緣通過第三聯(lián)接螺釘與中間鏡筒前端連接，所述中間鏡筒后端通過第四聯(lián)接螺釘與第四鏡筒前端連接，所述第四鏡筒內(nèi)依次設置有第三消雜光光欄、第四消雜光光欄和第五消雜光光欄，所述第四消雜光光欄和第五消雜光光欄之間安裝有由透鏡壓圈壓緊的雙凸透鏡0，所述濾色片轉盤內(nèi)安裝有由濾色片壓圈壓緊的濾色片，所述后法蘭內(nèi)安裝有由后保護片壓圈壓緊的后保護片。
6.根據(jù)權利要求5所述的大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，其特征在于:所述濾色片轉盤由電機組件通過齒輪傳動驅動，所述濾色片轉盤上安裝有磁鋼以及均勻分布的四種濾色片，所述四種濾色片包含可見光濾色片、紅外濾色片、冊3濾色片和086濾色片，所述可見光濾色片配備有對應的可見光濾色片霍爾元件，所述紅外濾色片配備有對應的紅外濾色片霍爾元件，所述冊3濾色片配備有對應的冊3濾色片霍爾元件，所述086濾色片配備有對應的086濾色片霍爾元件。
7.根據(jù)權利要求6所述的大相對孔徑、強透霧、超低雜散光攝像鏡頭，其特征在于:所述第四鏡筒固定設置于主鏡座內(nèi)，所述濾色片轉盤通過濾色片盤轉軸安裝在主鏡座上并由濾色片盤轉軸壓圈壓緊，所述電機組件安裝在主鏡座上，所述電機組件的電機帶動電機主動齒輪，所述電機主動齒輪與濾色片轉盤外齒圈相嚙合。
【文檔編號】G02B13/00GK104317035SQ201410586050
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】肖維軍, 劉輝, 林春生, 黃霞霞, 陳瀟 申請人:福建福光數(shù)碼科技有限公司