車載光學(xué)被動(dòng)式消熱差高清變焦鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種車載光學(xué)被動(dòng)式消熱差高清變焦鏡頭，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境溫度的改變將導(dǎo)致光學(xué)元件的折射率、曲率、厚度、間隔發(fā)生改變，從而改變系統(tǒng)像差及焦距，最佳像面發(fā)生偏移，圖像質(zhì)量惡化甚至完全無法成像，因此對(duì)成像系統(tǒng)尤其是高分辨率成像系統(tǒng)具有不可忽視的影響，引起了相關(guān)領(lǐng)域研發(fā)人員的極大關(guān)注。因此在軍用光學(xué)鏡頭、空間光學(xué)鏡頭、特種鏡頭的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分評(píng)估溫度變化對(duì)成像質(zhì)量的影響。目前國(guó)內(nèi)外采用的消熱差技術(shù)可分為三類:機(jī)械被動(dòng)式消熱差技術(shù)；機(jī)電主動(dòng)消熱差技術(shù)；光學(xué)被動(dòng)消熱差技術(shù)。其中光學(xué)被動(dòng)式消熱差技術(shù)是利用光學(xué)材料熱特性的差異，通過不同特性材料的合理組合來消除溫度的影響。由于這種方式不需要主動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，無溫度調(diào)焦運(yùn)動(dòng)組件，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、焦距值變化量小，系統(tǒng)光軸穩(wěn)定，可靠性高、不需供電等優(yōu)點(diǎn)，受到極大的重視，成為無熱化設(shè)計(jì)的首選；但同時(shí)這種消熱差技術(shù)的難度也是最大的，一般只在定焦、雙視場(chǎng)、雙波段或變倍倍數(shù)比較小的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中應(yīng)用。對(duì)于長(zhǎng)焦距、高分辨率、變倍倍數(shù)比較大的鏡頭，隨著變焦過程中各組元位置的改變，組元之間溫度補(bǔ)償?shù)男Ч搽S之改變，在變焦全過程中維持穩(wěn)定的高質(zhì)量的成像難度更大。因此，高分辨率的連續(xù)變焦鏡頭一般以機(jī)電主動(dòng)消熱差技術(shù)來滿足不同環(huán)境溫度下的應(yīng)用要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、焦距值變化量小、系統(tǒng)光軸穩(wěn)定、可靠性高的車載光學(xué)被動(dòng)式消熱差高清變焦鏡頭，在變焦全程均能提供穩(wěn)定、高清的成像質(zhì)量。
[0004]本實(shí)用新型采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種車載光學(xué)被動(dòng)式消熱差高清變焦鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線從左向右入射方向依次設(shè)有光焦度為正的前組A、光焦度為負(fù)的變倍組B、光焦度為負(fù)的補(bǔ)償組C、可變光闌D和光焦度為正的后組E，所述的前組A包括從左向右依次設(shè)置的雙凸透鏡A-1、雙凸透鏡A-2、平凸透鏡A-3與正月牙型透鏡A-4密接的膠合組以及正月牙型透鏡A-5 ;所述變倍組B包括從左向右依次設(shè)置的雙凹透鏡B-1、雙凸透鏡B-2與雙凹透鏡B-3密接的膠合組以及正月牙型透鏡B-4 ;所述補(bǔ)償組C包括正月牙型透鏡C-1與平凹透鏡C-2密接的膠合組；所述后組E包括從左向右依次設(shè)置的雙凸透鏡E-1、雙凸透鏡E-2、雙凸透鏡E-3與雙凹透鏡E-4密接的膠合組、雙凸透鏡E-5與雙凹透鏡E-6密接的膠合組以及正月牙型透鏡E-7。
[0005]進(jìn)一步的，所述前組A與變倍組B之間的空氣間隔是3.63?96.42mm，所述變倍組B與補(bǔ)償組C之間的空氣間隔是5.59?86.88mm，所述補(bǔ)償組C與后組E之間的空氣間隔是 8.8 ?20.30mm。
[0006]進(jìn)一步的，所述前組A中雙凸透鏡A-1和雙凸透鏡A-2之間的空氣間隔為0.16mm，雙凸透鏡A-2和平凸透鏡A-3與正月牙型透鏡A-4密接的膠合組之間的空氣間隔為0.16mm，平凸透鏡A_3與正月牙型透鏡A-4密接的膠合組和正月牙型透鏡A-5之間的空氣間隔為0.16mm ;所述的變倍組B中雙凹透鏡B-1和雙凸透鏡B-2與雙凹透鏡B-3密接的膠合組之間的空氣間隔為2.47mm，雙凸透鏡B-2與雙凹透鏡B-3密接的膠合組和正月牙型透鏡B-4之間的空氣間隔為0.15mm ;所述后組E中雙凸透鏡E-1和雙凸透鏡E-2之間的空氣間隔為0.15mm，雙凸透鏡E-2和雙凸透鏡E-3與雙凹透鏡E-4密接的膠合組之間的空氣間隔為0.15mm，雙凸透鏡E-3與雙凹透鏡E-4密接的膠合組和雙凸透鏡E-5與雙凹透鏡E-6密接的膠合組之間的空氣間隔為2.33mm，雙凸透鏡E-5與雙凹透鏡E-6密接的膠合組和正月牙型透鏡E-7之間的空氣間隔為19.97mm。
[0007]進(jìn)一步的，其中雙凸透鏡A-2采用超低色散的H-FK61型號(hào)氟冕玻璃。
[0008]進(jìn)一步的，所述鏡頭機(jī)械結(jié)構(gòu)包括底板和設(shè)于底板上的主鏡座，所述主鏡座前端內(nèi)部套設(shè)有用以安裝前組A的前組鏡座，主鏡座中部?jī)?nèi)設(shè)置有可相對(duì)主鏡座前后移動(dòng)的變倍移動(dòng)座和補(bǔ)償移動(dòng)座，所述變倍移動(dòng)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(dòng)座上套設(shè)有用以安裝補(bǔ)償組C的補(bǔ)償鏡座，所述主鏡座后端設(shè)有用以安裝后組E的后鏡座，后組E中的正月牙型透鏡E-7安裝于后鏡座后端，后鏡座前端套設(shè)有用以安裝后組E中雙凸透鏡E-1、雙凸透鏡E-2以及兩膠合組的后組鏡座。
[0009]進(jìn)一步的，所述主鏡座中部外側(cè)套設(shè)有凸輪，凸輪旁側(cè)設(shè)有與其通過齒輪嚙合配合的電機(jī)，所述凸輪通過導(dǎo)釘分別驅(qū)動(dòng)變倍移動(dòng)座和補(bǔ)償移動(dòng)座前后移動(dòng)，所述主鏡座中部還設(shè)置有用以變倍移動(dòng)座和補(bǔ)償移動(dòng)座移動(dòng)導(dǎo)向的導(dǎo)軸。
[0010]進(jìn)一步的，位于主鏡座的后方還設(shè)置有探測(cè)器，主鏡座旁側(cè)還設(shè)置有霍爾元件以及與電機(jī)通過齒輪嚙合配合的電位器。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:本實(shí)用新型使用ED (超低色散)材料，有效地降低了光學(xué)鏡頭二級(jí)光譜等像差，使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；同時(shí)合理選擇不同溫度特性的玻璃材料，實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍即_40°C ~+60°C內(nèi)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)被動(dòng)式消熱差設(shè)計(jì)；由于實(shí)現(xiàn)了光學(xué)被動(dòng)式消熱差，省去了系統(tǒng)中的主動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，因此系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、焦距值變化量小、系統(tǒng)光軸穩(wěn)定、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，并具有一定的抗振動(dòng)、抗沖擊能力，滿足車載環(huán)境中的使用要求。在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，采取一系列措施，提高了鏡頭耐振動(dòng)、沖擊的能力；在鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行了剛度計(jì)算，適當(dāng)增加壁厚，提高固有頻率，提高鏡頭的抗振能力，保證系統(tǒng)的使用要求。
[0012]為使本實(shí)用新型的目的、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(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是圖2的左視圖；
[0016]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中主鏡座中部構(gòu)造示意圖
[0017]圖5為本實(shí)用新型鏡頭在長(zhǎng)焦時(shí)常溫狀態(tài)(+20°C)的MTF圖；
[0018]圖6為本實(shí)用新型鏡頭在長(zhǎng)焦時(shí)低溫狀態(tài)(-40°C )的MTF圖；
[0019]圖1為本實(shí)用新型鏡頭在長(zhǎng)焦時(shí)高溫狀態(tài)(+60°C)的MTF圖；
[0020]圖8為本實(shí)用新型鏡頭在短焦時(shí)常溫狀態(tài)(+20°C )的MTF圖；
[0021]圖9為本實(shí)用新型鏡頭在短焦時(shí)低溫狀態(tài)(-40°C )的MTF圖；
[0022]圖10為本實(shí)用新型鏡頭在短焦時(shí)高溫狀態(tài)(+60°C )的MTF圖；
[0023]圖中標(biāo)號(hào)說明:1-雙凸透鏡A-l、2-第一壓圈、3-第二壓圈、4-主鏡座、5-前組鏡座、6-第一隔圈、7-雙凸透鏡A-2、8-第二隔圈、9-平凸透鏡A-3、10-正月牙型透鏡A-4、11-第三隔圈、12-正月牙型透鏡A-5、13-第三壓圈、14-變倍鏡座、15-雙凹透鏡B-1、16-第四隔圈、17-雙凸透鏡B-2、18-雙凹透鏡B-3、19-第五隔圈、20-雙凹透鏡B_3、21_補(bǔ)償鏡座、22-正月牙型透鏡C-l、23-平凹透鏡C-2、24-第四壓圈、25-后鏡座，26-雙凸透鏡E-1、27-第六隔圈、28-雙凸透鏡E-2，29-正月牙型透鏡E_7、30_第五壓圈、31-探測(cè)器、32-底板、33-第六壓圈、34-雙凹透鏡E-6、35-雙凸透鏡E_5、36_第七隔圈、37-雙凹透鏡E-4、38-雙凸透鏡E-3、39-第八隔圈、40-后組鏡座、41-凸輪、42-變倍移動(dòng)座、43-壓板、44-電位器齒輪、45-電位器、46-電機(jī)齒輪、47-電機(jī)、48-電機(jī)安裝架、49-導(dǎo)釘、50-凸輪壓圈、51-補(bǔ)償移動(dòng)座、52-導(dǎo)軸、53-霍爾元件安裝座、54-霍爾元件。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1~4所示，一種車載光學(xué)被動(dòng)式消熱差高清變焦鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線從左向右入射方向依次設(shè)有光焦度為正的前組A、光焦度為負(fù)的變倍組B、光焦度為負(fù)的補(bǔ)償組C、可變光闌D和光焦度為正的后組E，所述的前組A包括從左向右依次設(shè)置的雙凸透鏡A-1、雙凸透鏡A-2、平凸透鏡A-3與正月牙型透鏡A-4密接的膠合組以及正月牙型透鏡A-5 ;所述變倍組B包括從左向右依次設(shè)置的雙凹透鏡B-1、雙凸透鏡B-2與雙凹透鏡B-3密接的膠合組以及正月牙型透鏡B-4 ;所述補(bǔ)償組C包括正月牙型透鏡C-1與平凹透鏡C-2密接的膠合組；所述后組E包括從左向右依次設(shè)置的雙凸透鏡E-1、雙凸透鏡E-2、雙凸透鏡E-3與雙凹透鏡E-4密接的膠合組、雙凸透鏡E-5與雙凹透鏡E-6密接的膠合組以及正月牙型透鏡E-7。
[0025]在本實(shí)施例中，其中雙凸透鏡A-2采用超低色散的H-FK61型號(hào)氟冕玻璃，有效地降低了光學(xué)鏡頭長(zhǎng)焦時(shí)的二級(jí)光譜等像差，使鏡頭在長(zhǎng)焦焦距段的分辨率得到顯著提高，可與高清晰度的攝像機(jī)適配。
[0026]考慮到ED材料的折射率溫度系數(shù)為負(fù)值且絕對(duì)值較大，在長(zhǎng)焦時(shí)對(duì)溫度效應(yīng)起主導(dǎo)作用，必須控制其光焦度并使得其他鏡片的溫度效應(yīng)與之互相平衡；在短焦時(shí)，后固定組的溫度效應(yīng)起主導(dǎo)作用，也應(yīng)合理選擇材料，消除其溫度效應(yīng)；變倍組B和補(bǔ)償組C則用來平衡中間焦距段的溫度效應(yīng)，最終達(dá)到在變焦全程光學(xué)被動(dòng)式消熱差的