本實用新型涉及光電技術領域，尤其是具有超長焦距的寬光譜大靶面高清變焦鏡頭。

背景技術：

隨著科學技術的發(fā)展，圖像傳感器像元尺寸不斷減小，其特征頻率不斷提高，用戶對光學系統(tǒng)的成像質量也由原來對目標的簡單觀看發(fā)展為對目標細節(jié)的識別和認知；同時觀測環(huán)境的復雜化，用戶觀測需求的增多等都促使光學成像系統(tǒng)不斷向寬光譜、大靶面、高分辨率、小型化、焦距可調等方向發(fā)展。

目前變焦鏡頭應用于寬光譜區(qū)域時，軸上色差尤其是二級光譜校正困難；同時垂軸像差大尤其是垂軸色差、畸變等限制了鏡頭在大靶面系統(tǒng)中的應用，使得變焦鏡頭分辨率低，難與高清晰度攝像機適配；并且變焦鏡頭長焦距與系統(tǒng)長度、體積限制的矛盾，使得長焦距寬光譜高清變焦鏡頭的設計存在困難。

解決上述問題是本實用新型的目的。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提出具有超長焦距的寬光譜大靶面高清變焦鏡頭，能以小體積實現(xiàn)超長焦距及大靶面高分辨率成像，且像差校正能力強。

本實用新型采用以下技術方案。

具有超長焦距的寬光譜大靶面高清變焦鏡頭，所述鏡頭光路沿光線入射方向設有光焦度為正的第一固定透鏡組、光焦度為負的變倍透鏡組、光焦度為正的補償透鏡組、可變光闌，光焦度為正的第二固定透鏡組和濾色鏡片。

所述第一固定透鏡組在光線入射方向上依次設有第一組第一正月牙透鏡、第一組負月牙透鏡、第一組平凸透鏡、第一組雙凹透鏡、第一組第二正月牙透鏡；所述第一組第一正月牙透鏡、第一組第二正月牙透鏡均以超低色散材料制成。

所述變倍透鏡組在光線入射方向上依次設有變倍組負月牙透鏡、由變倍組雙凹透鏡和變倍組雙凸透鏡密接的膠合組。

所述補償透鏡組在光線入射方向上依次設有補償組雙凸透鏡、由補償組負月牙透鏡和補償組雙凸透鏡密接的膠合組。

所述第二固定透鏡組在光線入射方向上依次設有由第二組正月牙透鏡和第二組第一負月牙透鏡密接的膠合組、第二組第二負月牙透鏡、由第二組雙凸透鏡和第二組第三負月牙透鏡密接的膠合組。

沿光線入射方向，所述第一固定透鏡組和變倍透鏡組之間的空氣間隔是182.16～209.63mm，變倍透鏡組與補償透鏡組之間的空氣間隔是3.85～64.78mm，補償透鏡組與第二固定透鏡組之間的空氣間隔是2.80～36.27mm。

所述第一固定透鏡組中，第一組第一正月牙透鏡與第一組負月牙透鏡之間的空氣間隔是116.17mm，第一組負月牙透鏡與第一組平凸透鏡之間的空氣間隔是1.77mm，第一組平凸透鏡與第一組雙凹透鏡之間的空氣間隔是1.02mm，第一組雙凹透鏡與第一組第二正月牙透鏡之間的空氣間隔是0.65mm。

所述變倍透鏡組中，變倍組負月牙透鏡與由變倍組雙凹透鏡和變倍組雙凸透鏡密接成的膠合組之間的空氣間隔是3.39mm。

所述補償透鏡組中，補償組雙凸透鏡與由補償組負月牙透鏡和補償組雙凸透鏡密接成的膠合組之間的空氣間隔是0.21mm。

所述第二固定透鏡組中，由第二組正月牙透鏡和第二組第一負月牙透鏡密接的膠合組與第二組第二負月牙透鏡之間的空氣間隔是78.49mm，第二組第二負月牙透鏡與由第二組雙凸透鏡和第二組第三負月牙透鏡密接成的膠合組之間的空氣間隔是27.74mm。

所述第一組第一正月牙透鏡、第一組第二正月牙透鏡均以牌號為H-FK61的超低色散光學玻璃成型。

所述濾色鏡片的透光波長范圍是500～750nm 。

當變倍透鏡組在光路方向上前后移動時，補償透鏡組同時向變倍透鏡組的運動方向移動，以實現(xiàn)在鏡頭變焦的同時像面不變。

沿光線入射方向，所述鏡頭的裝配結構依次包括聚焦組件、連接筒、變倍組件、凸輪組件、補償組件、可變光闌組件、后固定組件、攝像機組件；所述第一固定透鏡組設于聚焦組件內(nèi)，所述變倍透鏡組設于變倍組件內(nèi)，所述補償透鏡組設于補償組件內(nèi)，所述第二固定透鏡組和濾色鏡片設于后固定組件內(nèi)，所述可變光闌組件內(nèi)置可變光闌，鏡頭外壁包括氣密結構。

本實用新型合理分配鏡頭各個組元的光焦度，實現(xiàn)鏡頭在較小的長度尺寸下有較長的焦距；鏡頭克服了大靶面成像系統(tǒng)固有的垂軸像差大的缺點，同時通過在光路起始端處的第一固定透鏡組中采用超低色散材料H-FK61，有效地校正了鏡頭寬光譜成像時的二級光譜等像差，使鏡頭在具有大靶面的同時分辨率有了顯著的提高。

本實用新型中，當變倍透鏡組在光路方向上前后移動時，補償透鏡組同時向變倍透鏡組的運動方向移動，以實現(xiàn)在鏡頭變焦的同時像面不變；該設計可以簡化四個透鏡組內(nèi)的光焦度分配設計，易于在小尺寸鏡頭內(nèi)實現(xiàn)較大的變焦比。

本實用新型中，所述濾色鏡片的透光波長范圍是500～750nm；該設計對特定波長的光透過率進行優(yōu)化，能在減小像差的同時保證像面照度。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進一步詳細的說明：

附圖1為本實用新型實施例光路結構示意圖；

附圖2為短焦時的MTF圖；

附圖3為長焦時的MTF圖；

附圖4為結構總示意圖；

附圖5為調焦組件的示意圖；

附圖51為調焦組件的立體示意圖；

附圖6為變倍組件和補償組件處的示意圖；

附圖61為變倍組件和補償組件處的另一方向上的示意圖；

附圖7為可變光闌組件處的示意圖；

附圖71為可變光闌組件處的另一方向上的示意圖；

附圖8為氣密結構圖；

圖中：1-第一固定透鏡組；2-變倍透鏡組；3-補償透鏡組；4-可變光闌；5-第二固定透鏡組；6-濾色鏡片；

101-第一組第一正月牙透鏡；102-第一組負月牙透鏡；103-第一組平凸透鏡；104-第一組雙凹透鏡；105-第一組第二正月牙透鏡；201-變倍組負月牙透鏡；202-變倍組雙凹透鏡；203-變倍組雙凸透鏡；301-補償組雙凸透鏡；302-補償組負月牙透鏡；303-補償組雙凸透鏡；401-第二組正月牙透鏡；402-第二組第一負月牙透鏡；403-第二組第二負月牙透鏡；404-第二組雙凸透鏡；405-第二組第三負月牙透鏡；

41-氣密組件；42-調焦組件； 43-連接筒；44-變倍組件；45-凸輪組件；46-補償組件；47-可變光闌組件；48 -后固定組件；49-攝像機組件；

51- A片壓圈；52- A片鏡筒；53-鏡片A1；54-前組鏡筒；55-鏡片A2；56-調焦凸輪壓圈；57-調焦凸輪導釘；58-調焦磙子1；59-調焦導環(huán)；510-調焦磙子2；511-B片壓圈；

512-鏡片A3；513-CD隔圈；51-調焦凸輪；515-焦電機齒輪；516-調焦電機支架；517-調焦主鏡筒； 518-調焦電機；519-BE鏡筒；520-DE隔圈、521-鏡片A4；522-鏡片A5；523-E片壓圈；524-調焦限位支架；525-微動開關；526-調焦擋釘； 527-鋼珠；

61-變倍電機架；62-主鏡筒；63-變倍凸輪；64-變倍電機齒輪；65-變倍磙子1；66-變倍導環(huán)；67-變倍導釘；68-變倍電機；69-變倍磙子2；610-變倍滑架；611-鏡片C1；612-補償滑架；613-補償墊片；614-補償鏡筒；615-軸承壓環(huán)；616-變倍凸輪壓圈；617-補償壓圈；618- 鏡片C2；619-鏡片C3；620- IJ隔圈；621-變倍導釘；622-變倍磙子1；623-變倍導環(huán)；624-變倍磙子2；625-變倍擋釘；626-鋼珠；627-變倍壓圈；628-鏡片B1；629-鏡片B2；630-鏡片B3；631-變倍鏡筒；632-變倍墊片；633-微動開關；634-變倍限位支架；635-變倍電位器支架；636-變倍電位器；637-變倍電位器齒輪；

71-光闌座；72-內(nèi)六角圓柱頭螺釘；73-光闌動環(huán)壓圈；74-光闌調節(jié)環(huán)；75-光闌撥釘；76-光闌調節(jié)環(huán)壓圈；77-光闌壓圈；78-鏡片E2；79-鏡片E1；710-光闌動環(huán)；711-光闌片；712-輔助支撐板；713-光闌電位器；714-光闌電位器齒輪；715-光闌電機；716-光闌電機齒輪；717-光闌電機架；718-光闌限位支架；719-微動開關；720-光闌擋釘；

81-遮光罩；82-前保護片壓圈；83-前保護片；84-密封圈；85-前罩筒；86-內(nèi)六角圓柱頭螺釘；87-密封圈；88-中罩筒；89-密封圈；810-內(nèi)六角圓柱頭螺釘；811-后罩筒；812-接插件；813-濾色片壓圈；814-濾色片；815-密封圈；816-氣嘴。

具體實施方式

如圖1、2、3、4、5、51、6、61、7、71、8所示，具有超長焦距的寬光譜大靶面高清變焦鏡頭，所述鏡頭光路沿光線入射方向設有光焦度為正的第一固定透鏡組1、光焦度為負的變倍透鏡組2、光焦度為正的補償透鏡組3、可變光闌4，光焦度為正的第二固定透鏡組5和濾色鏡片6。

所述第一固定透鏡組1在光線入射方向上依次設有第一組第一正月牙透鏡101、第一組負月牙透鏡102、第一組平凸透鏡103、第一組雙凹透鏡104、第一組第二正月牙透鏡105；所述第一組第一正月牙透鏡101、第一組第二正月牙透鏡105均以超低色散材料制成。

所述變倍透鏡組2在光線入射方向上依次設有變倍組負月牙透鏡201、由變倍組雙凹透鏡202和變倍組雙凸透鏡203密接的膠合組。

所述補償透鏡組3在光線入射方向上依次設有補償組雙凸透鏡301、由補償組負月牙透鏡302和補償組雙凸透鏡303密接的膠合組。

所述第二固定透鏡組5在光線入射方向上依次設有由第二組正月牙透鏡401和第二組第一負月牙透鏡402密接的膠合組、第二組第二負月牙透鏡403、由第二組雙凸透鏡404和第二組第三負月牙透鏡405密接的膠合組。

沿光線入射方向，所述第一固定透鏡組1和變倍透鏡組2之間的空氣間隔是182.16～209.63mm，變倍透鏡組2與補償透鏡組3之間的空氣間隔是3.85～64.78mm，補償透鏡組3與第二固定透鏡組5之間的空氣間隔是2.80～36.27mm。

所述第一固定透鏡組1中，第一組第一正月牙透鏡101與第一組負月牙透鏡102之間的空氣間隔是116.17mm，第一組負月牙透鏡102與第一組平凸透鏡103之間的空氣間隔是1.77mm，第一組平凸透鏡103與第一組雙凹透鏡104之間的空氣間隔是1.02mm，第一組雙凹透鏡104與第一組第二正月牙透鏡105之間的空氣間隔是0.65mm。

所述變倍透鏡組2中，變倍組負月牙透鏡201與由變倍組雙凹透鏡202和變倍組雙凸透鏡203密接成的膠合組之間的空氣間隔是3.39mm。

所述補償透鏡組3中，補償組雙凸透鏡301與由補償組負月牙透鏡302和補償組雙凸透鏡303密接成的膠合組之間的空氣間隔是0.21mm。

所述第二固定透鏡組5中，由第二組正月牙透鏡401和第二組第一負月牙透鏡402密接的膠合組與第二組第二負月牙透鏡403之間的空氣間隔是78.49mm，第二組第二負月牙透鏡403與由第二組雙凸透鏡404和第二組第三負月牙透鏡405密接成的膠合組之間的空氣間隔是27.74mm。

所述第一組第一正月牙透鏡101、第一組第二正月牙透鏡105均以牌號為H-FK61的超低色散光學玻璃成型。

所述濾色鏡片6的透光波長范圍是500～750nm 。

當變倍透鏡組2在光路方向上前后移動時，補償透鏡組3同時向變倍透鏡組的運動方向移動，以實現(xiàn)在鏡頭變焦的同時像面不變。

沿光線入射方向，所述鏡頭的裝配結構依次包括聚焦組件42、連接筒43、變倍組件44、凸輪組件45、補償組件46、可變光闌組件47、后固定組件48、攝像機組件49；所述第一固定透鏡組設于聚焦組件42內(nèi)，所述變倍透鏡組設于變倍組件44內(nèi)，所述補償透鏡組設于補償組件46內(nèi)，所述第二固定透鏡組和濾色鏡片設于后固定組件48內(nèi)，所述可變光闌組件47內(nèi)置可變光闌4，鏡頭外壁包括氣密結構41。

如圖5、51所示，所述聚焦組件42是用A片壓圈51將第一組第一正月牙透鏡101安置于A片鏡座52內(nèi)，用B片壓圈511將第一組負月牙透鏡102安置于BE鏡筒519內(nèi)，用E片壓圈523將第一組平凸透鏡103、第一組雙凹透鏡104、第一組第二正月牙透鏡105分別安置于BE鏡筒519內(nèi)，第一組平凸透鏡103與第一組雙凹透鏡104之間設有CD隔圈513，第一組雙凹透鏡104與第一組第二正月牙透鏡105之間設有DE隔圈520，A片鏡座52與BE鏡筒519通過螺紋連接安置于前組鏡筒54內(nèi)并通過三個120o均布的線性斜槽，用調焦導釘57和調焦磙子1 58、調焦導環(huán)59、調焦磙子2 510組成的調焦導釘組件安置于調焦主鏡筒517上。圖中調焦電機518、調焦主鏡筒517、微動開關525組成電動聚焦機構，所述調焦電機518通過調焦電機架516安置在調焦主鏡筒517上，所述微動開關525通過調焦限位支架524安置在調焦主鏡筒517上，所述調焦凸輪514上開設有精密加工的三條120o均布的線性斜槽，用調焦導釘組件與調焦主鏡筒517連接在一起，調焦齒輪515與調焦凸輪514上的齒輪嚙合，當調焦電機518通電轉動，通過調焦齒輪515帶動調焦凸輪514旋轉，通過調焦主鏡筒517上的直槽限制，前組鏡筒54的的旋轉被限制從而只做直槽內(nèi)的直線運動，從而實現(xiàn)對遠近目標的聚焦功能。調焦導釘526安置于調焦凸輪514上，跟隨調焦凸輪514的轉動，通過微動開關525與調焦導釘526的共同作用對調焦凸輪514起到轉角的限位和保護作用。

如圖6、61所示，所述變倍鏡筒631通過連接螺釘安置在變倍滑架610上組成變倍組件44；補償鏡筒614通過連接螺釘安置在補償滑架612上組成補償組件46.所述變倍滑架610與補償滑架614通過與主鏡筒62研磨配合安置在主鏡筒62上，變倍凸輪63通過鋼珠626置于主鏡筒62組成滾動軸承，由軸承壓環(huán)615和變倍凸輪壓圈616鎖緊。所述變倍凸輪63按光學變焦運動方程的要求加工變倍、補償曲線槽，分別用變倍導釘組件和補償導釘組件吧變倍凸輪63與變倍滑架610、補償滑架614連接在一起。所述變倍導釘組件與補償導釘組件由變倍磙子1 65和622、變倍導環(huán)66和623、變倍導釘67和621、變倍磙子2 68和624組成。所述變倍電機68、變倍電位器636、微動開關633組成電動變焦機構，所述變倍電機68通過變倍電機支架61安置在主鏡筒62上，所述變倍電位器636通過變倍電位器支架635安置在主鏡筒62上，所述微動開關633通過變倍限位開關架634安置于主鏡筒62上。變倍電機齒輪64與變倍凸輪63嚙合，當變倍電機68轉子做正負旋轉運動是，帶動變倍凸輪63做相應的轉動，通過變倍、補償曲線槽及變倍導釘組件、補償導釘組件帶動變倍滑架610、補償滑架614按變倍、補償曲線槽的方式運動，主鏡筒62上的兩條直槽起到限制變倍導釘組件、補償導釘組件的作用，并使變倍滑架610、補償滑架614的旋轉運動變?yōu)橹本€運動。嚴格控制變倍導釘組件和補償導釘組件與變倍凸輪63的曲線槽和主鏡筒62上的直線槽之間的配合間隙，保證變倍組件44和補償組件46滑動平穩(wěn)、無卡帶。這樣通過電機旋轉實現(xiàn)變倍組件44和補償組件46按變焦運動方程要求做來回的直線運動，從而實現(xiàn)系統(tǒng)焦距的連續(xù)變化功能。當系統(tǒng)的焦距發(fā)生變化時，變倍電位器齒輪637與變倍凸輪63嚙合，同步的與變倍凸輪63發(fā)生相對的旋轉，電位器的阻值發(fā)生變化，通過適當?shù)娜与娐房梢郧蟪鲭娢黄鞯淖兓?，并傳給控制中心，從而實現(xiàn)變焦值的顯示；反之，通過控制中心給出相應阻值命令，可實現(xiàn)焦距的實時控制。微動開關633通過變倍擋釘625配合工作，起到對變焦過程中系統(tǒng)的限位和保護作用。

如圖7、71所示，所示可變光闌機構47包括光闌電機715、光闌電位器713、和用于控制光闌開口大小位置的微動開關719組成，所示微動開關719通過光闌限位支架718安置在光闌座上，所述光闌片711通過鉚釘連接安置在光闌動環(huán)710與光闌座71上，所述光闌電機715通過光闌電機架717安置在光闌座71上，所述光闌電機515上裝有光闌電機齒輪716，通過與光闌調節(jié)環(huán)74齒輪嚙合后帶動光闌調節(jié)環(huán)74轉動，所述光闌調節(jié)環(huán)74由光闌調節(jié)環(huán)壓圈75鎖緊在光闌座71上，所述光闌調節(jié)環(huán)74通過安置在光闌動環(huán)710上的光闌撥釘75帶動光闌動環(huán)710轉動，所述光闌動環(huán)710由光闌動環(huán)壓圈73鎖緊在光闌座71內(nèi)，所述光闌動環(huán)710帶動光闌片711轉動從而控制光圈開口大小的變化，實現(xiàn)電動控制光圈大小的變化。所示光闌電位器齒輪714與光闌電機齒輪716嚙合，當光圈變化時，使光闌電位器713隨光闌電機715的轉動產(chǎn)生相應的轉動，電位器阻值發(fā)生相應的變化，通過適當?shù)娜与娐房梢匀〕鱿鄳娢黄鞯淖兓?，并傳給控制中心，從而實現(xiàn)光圈孔徑大小的顯示；反之，通過控制中心給出相應的阻值命令，可實現(xiàn)光闌孔徑的實時控制。

如圖8所示，所述氣密組件41由前罩筒85、中罩筒88、后罩筒811組成，鏡頭安裝完成后通過氣嘴816在內(nèi)部沖入氮氣，在大口徑透鏡與鏡筒的配合處設有通氣槽使氣體能更全面的進入鏡頭內(nèi)部。前罩筒85由內(nèi)六角圓柱頭螺釘86鎖緊在中罩筒88上，于連接處中罩筒88上設有密封槽并置入密封圈87，后罩筒811由內(nèi)六角圓柱頭螺釘810鎖緊在中罩筒88上，連接處設有密封槽并置入密封圈89，整個氣密組件41前端由前保護片83安置于前罩筒內(nèi)，并在兩者間設有密封槽并置入密封圈84，前保護片83由前保護片壓圈82鎖緊在前罩筒85內(nèi)，氣密組件41后端設有濾色片814并在后罩筒811與濾色片814間設有密封槽，置入密封圈815由濾色片壓圈814將后保護片815鎖緊于后罩筒內(nèi)，從而使整個氣密組件41全方位密封，起到氣密的效果。

本實施例的光學指標特征為：

焦距：f’_min=392mm，f’_max=1210mm；

相對孔徑D/ f’：最短焦時優(yōu)于1/7，最長焦時優(yōu)于1/8；

水平視場角2ω=0.56°～11.212°；

光學結構長度∑L≤640mm；

變倍行程≤27.5mm；

鏡頭分辨率：f’≤800mm時，0°視場MTF≥0.39@100lp/mm；

f’≥800mm時，0°視場MTF≥0.4@100lp/mm；

濾色片的透過光譜：500~750nm。