前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發明涉及前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，包括光學系統，所述光學系統包括沿光線入射方向依次設置的前固定組A、轉接組C、光欄以及變焦組D，所述變焦組D由前變焦組和后變焦組構成，所述前固定組A位于光軸線一上，所述轉接組C、光欄和變焦組D位于光軸線二上，光軸線一和光軸線二相互垂直且兩者的交點處設置有與兩光軸均呈45°角的反射鏡B，所述變焦組D的后端還設有分色棱鏡E。本發明能連續變焦、滿足200萬像素以上成像質量、性價比高,利用反射鏡消除主體反射鏡的鏡像效應,并且加裝分色棱鏡的三基色視頻攝像系統，以提高高清彩色圖像的質量。
【專利說明】
前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭
技術領域
[0001]本發明涉及鏡頭設備領域，具體涉及一種前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭。
【背景技術】
[0002]隨著數碼攝像技術的發展，越來越多的領域把傳統的光學技術和視頻攝像顯示技術結合起來，實現過去無法完成的實時監控、實時攝錄、實時傳送、多人實時觀察以及將相關資料長期保存，以促進了科研、教育、醫療、國防、質檢等領域的發展。
[0003]為了在現有的較成熟的人眼觀察和現有的觀測設備的基礎上，增加該功能，往往需要從光路中間分出一路用于與視頻攝像系統連接。因此，需要設置一種將其連接起來的光學轉接鏡或中繼光學系統。目前市場上因成本原因，大多數轉接鏡或中繼光學系統還停留在采用固定焦距鏡頭，很少采用連續變焦鏡頭，達不到理想的使用效果。如在臨床外科手術，為了能看到開刀的部位，它需要放大率較低的光學系統，但要看清細節，則要求放大率較高的光學系統，這樣就要反復更換鏡頭或者就用中等放大率鏡頭來替代，降低了使用效果;又如用天文望遠鏡觀察天象時，如能在望遠鏡光路上增添中繼光學系統，把物鏡成的像轉接到視頻攝像器件上，則可把目鏡上看到的實時圖像攝錄下來，保證發現的新成果有據可查，還可通過W1-Fi和手機連接，實時把資料發送出去，提高工作效率，而現有的光學轉接鏡或中繼光學系統遠遠無法滿足使用需求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對以上不足之處，提供了一種能連續變焦、滿足200萬像素以上成像質量、性價比高的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭。
[0005]本發明解決技術問題所采用的方案是:一種前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，包括光學系統，所述光學系統包括沿光線入射方向依次設置的前固定組A、轉接組C、光欄以及變焦組D，所述變焦組D由前變焦組和后變焦組構成，所述前固定組A位于光軸線一上，所述轉接組C、光欄和變焦組D位于光軸線二上，光軸線一和光軸線二相互垂直且兩者的交點處設置有與兩光軸均呈45°角的反射鏡B，所述變焦組D的后端還設有分色棱鏡E，所述光學系統的合焦距f'合=35?64mm，相對孔徑D/f' = 1:4?1:6.8，像面大小Φ為6mm，所述光學系統滿足以下光學條件:
[0006]50<Lpi<75(mm)..................①
[0007]d7+d8>32mm..................②
[0008]l'f>18mm..................③
[0009]2.4<|Lp^/f'變 1..................④
[0010]其中，Lp1S所述前固定組A的入瞳距，d7為前固定組A后端中心到反射鏡B中心的空氣間距，d8為反射鏡B中心到轉接組C前端中心的空氣間距，Tf為所述光學系統的后截距，Li>變為變焦組D的入瞳距，f'變為變焦組D的焦距。
[0011]條件①設定的目的是保證轉接鏡出瞳與所述光學系統的入瞳對接，且不會因它過長使系統失對稱嚴重，致使像差難于校正，使成像質量變壞。
[0012]條件②設定的目的是能放的下反射鏡B。
[0013]條件③設定的目的是能放的下三晶片分色棱鏡E。
[0014]條件④設定的目的是使光學系統的出瞳趨于遠心，對于帶分色棱鏡的光學系統消除色偏差有利。
[0015]為了把進入光學系統的平行光聚焦到其焦點上，同時把由轉接組C和變焦組D成的光欄像成在其前面特定的位置上;所述前固定組A包括沿光線入射方向依次設置的雙凸正透鏡A-1、雙凹負透鏡A-2和雙凸正透鏡A-3，所述雙凸正透鏡A-1與雙凹負透鏡A-2之間設置有用于保持空氣間距的隔圈，雙凹負透鏡A-2與雙凸正透鏡A-3之間均設置有用于保持空氣間距的隔圈。
[0016]為了將轉接組C的前焦點和前固定組A的焦點重合，形成入射到變焦組D前的光束是平行光，同時它把變焦組D實際光欄的像(變焦組D的入瞳)成在前固定組A焦點后特定的位置上，使前置入瞳距滿足與主體顯微鏡或望遠鏡出瞳較長相銜接的要求;所述轉接組C包括沿光線入射方向依次設置的雙凸正透鏡C-1、凸凹正透鏡C-2、雙凹負透鏡C-3和雙凸正透鏡C-4，所述雙凸正透鏡C-1與凸凹正透鏡C-2之間、凸凹正透鏡C-2與雙凹負透鏡C-3之間以及雙凹負透鏡C-3與雙凸正透鏡C-4之間均設置有用于保持空氣間距的隔圈。
[0017]經過前面的光學元件設置，使轉接組C和前固定組A組成縮小倍率約2倍的無焦系統，所述變焦組可選用一般的變倍鏡頭;所述前變焦組包括沿光線入射方向依次設置的凸凹負透鏡D-1、凸凹正透鏡D-2，所述后變焦組包括沿光線入射方向依次設置的雙凸正透鏡D-3、雙凹負透鏡D-4和雙凸正透鏡D-5，所述凸凹負透鏡D-1與凸凹正透鏡D-2之間、凸凹正透鏡D-2與雙凸正透鏡D-3之間、雙凸正透鏡D-3與雙凹負透鏡D-4之間以及雙凹負透鏡D-4與雙凸正透鏡D-5之間均設置有用于保持空氣間距的隔圈；光欄設置于前變焦組與后變焦組之間。
[0018]為了滿足轉接鏡的實際要求;所述前固定組A的的焦距為f'前=45?55mm，相對孔徑D/f ’ = 1:6，最大視場角2 ω =9.19°?11.23°，后截距V前=20?23mm，所述前固定組的入瞳距 Lpi = 68 ?73mm。
[0019]為了滿足轉接鏡的實際要求;所述轉接組C的焦距為f'中=20?28mm，相對孔徑D/f’ = 1:6，最大視場角2 ω =18.2°?25.5°，后截距I'中=12?16_，它的出瞳距能將入瞳像成在前固定組A第一面-70mm的位置上。
[0020]為了滿足轉接鏡的實際要求;所述變焦組D的焦距約為F變=16.5?30mm，相對孔徑D/f’ = 1:4?1:6.8，像面大小Φ 6mm,后截距I/變=24.4?33.7mm ο
[0021]為了安裝所需的光學元件;所述轉接鏡頭的機械系統包括用于安裝前固定組A的前鏡座，所述前固定組A通過前鏡筒安裝在前鏡座內，前鏡座的前端設置有用于固定前固定組的前壓圈。
[0022]為了安裝所需的光學元件;所述轉接鏡頭的機械系統還包括用于安裝轉接組C和前變焦組的后鏡座，前鏡座的中軸線與后鏡座的中軸線垂直并且兩者螺接固定，所述后鏡座上設置有手輪，后鏡座上通過緊固螺釘固定安裝有位于手輪外側的后固定蓋。
[0023]為了實現旋轉手輪能調節變焦組的焦距;所述后鏡座內設置有可相對后鏡座軸向移動的后鏡筒，后變焦組安裝在后鏡筒內，所述后鏡筒上設置有調節螺釘，所述手輪上開設有螺旋槽，調節螺釘的頭部嵌合于螺旋槽內，調節螺釘的尾部與內鏡筒固定連接，旋轉手輪時帶動調節螺釘在螺旋槽內移動進而調節焦距。
[0024]較之現有技術而言，本發明具有以下優點:
[0025](I)本發明采用二次成像方式來消除光欄球差，同時利用前固定組A有較長的后截距，加上轉接組C的后截距，可以有充足空間加入反射鏡B以消除主體反射鏡的鏡像效應；
[0026](2)本發明采用45度放置的反射鏡B將光路轉90度，實現轉接鏡頭的小型化，使結構更緊湊；
[0027](3)本發明加長后截距的設計，便于加裝分色棱鏡E的三基色視頻攝像系統，以提高高清彩色圖像的質量；
[0028](4)本發明采用連續變焦結構，操作者只需要調節一個手輪就能調整到需要的圖像大小，而且整個變倍過程圖像都始終清晰，也可以將細節放大，以便看清被觀察物的細
-K-
T ；
[0029](5)本發明的入瞳距設在前面較遠距離，使之能與手術顯微鏡前置的光學系統的出瞳重合，以保證視場不切割。
【附圖說明】
[0030]下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步說明:
[0031 ]圖1為本發明的光學原理圖；
[0032]圖2為本發明的光路圖；
[0033]圖3為本發明的結構不意圖；
[0034]圖4(a)為本發明焦距F合為35mm時球差曲線圖，其中，橫坐標單位為mm;
[00；35]圖4(b)為本發明焦距F合為35mm時象散曲線圖，其中，橫坐標單位為mm;
[0036]圖4(c)為本發明焦距K合為35mm時倍率色差曲線圖，其中，橫坐標單位為mm;
[0037]圖5(a)為本發明焦距F合為51mm時球差曲線圖，其中，橫坐標單位為mm;
[0038]圖5(b)為本發明焦距F合為51mm時象散曲線圖，其中，橫坐標單位為mm;
[0039]圖5(c)為本發明焦距K合為51mm時倍率色差曲線圖，其中，橫坐標單位為mm;
[0040]圖6(a)為本發明焦距F合為64mm時球差曲線圖，其中，橫坐標單位為um;
[OO41 ]圖6(b)為本發明焦距F合為64mm時象散曲線圖，其中，橫坐標單位為um;
[0042]圖6(c)為本發明焦距K合為64mm時倍率色差曲線圖，其中，橫坐標單位為um;
[0043]圖7(a)為本發明焦距K合為35mm時的MTF圖，其中，橫坐標單位為線對/mm;
[0044]圖7(b)為本發明焦距K合為51mm時的MTF圖，其中，橫坐標單位為線對/mm;
[0045]圖7(c)為本發明焦距K合為64mm時的MTF圖，其中，橫坐標單位為線對/mm。
[0046]圖中:
[0047]1-前壓圈；2-隔圈；3-前鏡筒;4-前鏡座；5-后鏡座;6_螺旋槽;7_手輪;8_緊固螺釘;9-后固定蓋;10-調節螺釘;11-后鏡筒；
[0048]A-前固定組;A-1-雙凸正透鏡;A-2-雙凹負透鏡;A_3_雙凸正透鏡;B-反射鏡;C-轉接組;C-1-雙凸正透鏡;c-2-凸凹正透鏡、c-3-雙凹負透鏡;c-4-雙凸正透鏡;D-變焦組;D-1-凸凹負透鏡;D-2-凸凹正透鏡;D-3-雙凸正透鏡;D-4-雙凹負透鏡;D-5-雙凸正透鏡;E-分色棱鏡;F-光路;a代表波長=0.486um的幾何像差曲線;b代表波長=0.588um的幾何像差曲線；C代表波長=0.656um的幾何像差曲線；I代表中間視場；II代表0.7視場；III代表全視場。
【具體實施方式】
[0049]下面結合說明書附圖和具體實施例對本
【發明內容】
進行詳細說明:
[0050]如圖1?3所示，一種前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，包括光學系統，所述光學系統包括沿光線入射方向依次設置的前固定組A、轉接組C、光欄以及變焦組D，所述變焦組D由前變焦組和后變焦組構成，所述前固定組A位于光軸線一上，所述轉接組C、光欄和變焦組D位于光軸線二上，光軸線一和光軸線二相互垂直且兩者的交點處設置有與兩光軸均呈45°角的反射鏡B，所述變焦組D的后端還設有分色棱鏡E，所述光學系統的合焦距f'合=35?64mm，相對孔徑D/f' = 1:4?1:6.8，像面大小Φ為6mm，所述光學系統滿足以下光學條件:
[0051 ] 50<Lpi<75(mm)..................①
[0052]d7+d8>32mm..................②
[0053]I 'f>18mm..................③
[0054]2.4<|LRfe/f'變 1..................④
[0055]其中，Lp1S所述前固定組A的入瞳距，d7為前固定組A后端中心到反射鏡B中心的空氣間距，d8為反射鏡B中心到轉接組C前端中心的空氣間距，Tf為所述光學系統的后截距，14>變為變焦組D的入瞳距，f'變為變焦組D的焦距。
[0056]條件①設定的目的是保證轉接鏡出瞳與所述光學系統的入瞳對接，且不會因它過長使系統失對稱嚴重，致使像差難于校正，使成像質量變壞。
[0057]條件②設定的目的是能放的下反射鏡B。
[0058]條件③設定的目的是能放的下三晶片分色棱鏡E。
[0059]條件④設定的目的是使光學系統的出瞳趨于遠心，對于帶分色棱鏡的光學系統消除色偏差有利。
[0060]在本實施例中，為了把進入光學系統的平行光聚焦到其焦點上，同時把由轉接組C和變焦組D成的光欄像成在其前面特定的位置上;所述前固定組A包括沿光線入射方向依次設置的雙凸正透鏡A-1、雙凹負透鏡A-2和雙凸正透鏡A-3。
[0061 ]在本實施例中，轉接組C將其前焦點和前固定組A的焦點重合，形成入射到變焦組D前的光束是平行光，同時它把變焦組D實際光欄的像(變焦組的入瞳)成在前固定組A焦點后特定的位置上，使前置入瞳距滿足與主體顯微鏡或望遠鏡出瞳較長相銜接的要求;所述轉接組C包括沿光線入射方向依次設置的雙凸正透鏡C-1、凸凹正透鏡C-2、雙凹負透鏡C-3和雙凸正透鏡C-4。
[0062]在本實施例中，經過前面的光學元件設置，使轉接組C和前固定組A組成縮小倍率約2倍的無焦系統，所述變焦組D可選用一般的變倍鏡頭;所述前變焦組包括沿光線入射方向依次設置的凸凹負透鏡D-1、凸凹正透鏡D-2，所述后變焦組包括沿光線入射方向依次設置的雙凸正透鏡D-3、雙凹負透鏡D-4和雙凸正透鏡D-5;光欄設置于前變焦組與后變焦組之間。
[0063]在本實施例中，所述前固定組的的焦距為K前=45?55mm，這里我們選取最佳焦距f7前=53.352mm，相對孔徑D/f ’ = 1:6，最大視場角2 ω = 9.19°?11.23°，這里我們選取最佳視場角2 ω =10.9°，后截距V前=20?23mm，這里我們選取最佳后截距V前=21.81_，它的入瞳距Lpi = 70mm;所述轉接組C的焦距為P中=20?28mm，這里我們選取最佳焦距P中=25.09mm，相對孔徑D/f ’ = 1:6，最大視場角2 ω = 18.2°?25.5°，這里我們選取最佳視場角2ω=22.9°，后截距V中=12?16mm，這里我們選取最佳后截距V中=14.8_，它的出瞳距能將入瞳像成在前固定組第一面-70mm的位置上;所述變焦組D的焦距約為F變=16.5?30mm，相對孔徑D/f ’ = 1:4?1:6.8，像面大小Φ 6mm,后截距I/變=24.4?33.7mm;這樣的組合能滿足轉接鏡的實際要求，即:鏡頭的合焦距F合=35?64mm，D/f ’ = 1:4?1:6.8，像面大小Φ6mm ο
[0064]在本實施例中，為了安裝所需的光學元件;所述轉接鏡頭的機械系統包括用于安裝前固定組A的前鏡座4，所述前固定組A通過前鏡筒3安裝在前鏡座4內，前鏡座4的前端設置有用于固定前固定組A的前壓圈I。
[0065]在本實施例中，為了安裝所需的光學元件;所述轉接鏡頭的機械系統還包括用于安裝轉接組C和前變焦組的后鏡座5，前鏡座4的中軸線與后鏡座5的中軸線垂直并且兩者螺接固定，所述后鏡座5上設置有手輪7，后鏡座5上通過緊固螺釘8固定安裝有位于手輪7外側的后固定蓋9。
[0066]在本實施例中，為了實現旋轉手輪7能調節變焦組D的焦距;所述后鏡座5內設置有可相對后鏡座5軸向移動的后鏡筒11，后變焦組安裝在后鏡筒11內，所述后鏡筒11上設置有調節螺釘10，所述手輪7上開設有螺旋槽6，調節螺釘10的頭部嵌合于螺旋槽6內，調節螺釘10的尾部與后鏡筒11固定連接，旋轉手輪7時帶動調節螺釘10在螺旋槽6內移動進而調節焦距。
[0067]在本實施例中，圖4(a)-圖6(c)為本發明在不同波長下的幾何像差曲線圖，圖7
(a)_圖7(c)為本發明在不同視場下的MTF圖，其中，圖4(a)為本發明焦距F合為35mm時球差曲線圖；圖4(b)為本發明焦距F合為35mm時象散曲線圖；圖4(c)為本發明焦距F合為35mm時倍率色差曲線圖；圖5(a)為本發明焦距F合為51mm時球差曲線圖；圖5(b)為本發明焦距F合為5 Imm時象散曲線圖；圖5 (c)為本發明焦距K合為5Imm時倍率色差曲線圖；圖6 (a)為本發明焦距F合為64mm時球差曲線圖；圖6(b)為本發明焦距F合為64mm時象散曲線圖；圖6(c)為本發明焦距K合為64mm時倍率色差曲線圖；圖7 (a)為本發明焦距F合為35mm時的MTF圖；圖7 (b)為本發明焦距K合為5 Imm時的MTF圖；圖7 (c)為本發明焦距K合為64mm時的MTF圖。
[0068]本發明采用二次成像變焦方式，使前置入瞳距滿足與主體顯微鏡或望遠鏡較長出瞳相銜接的要求，采用連續變焦結構，操作者只需要調節一個手輪7就能調整到需要的圖像大小，而且整個變倍過程圖像都始終清晰，也可以將細節放大，以便看清被觀察物的細節；同時利用前固定組有較長的后截距，加上中間轉接組的后截距，可以有空間加入反射鏡實現消除主體反射鏡的鏡像效應;并且光學系統有較長后截距，可以用于加裝分色棱鏡的三基色視頻攝像系統，以提高高清彩色圖像的質量。
[0069]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，并不用以限制本發明，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范圍之內。
【主權項】
1.一種前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:包括光學系統，所述光學系統包括沿光線入射方向依次設置的前固定組A、轉接組C、光欄以及變焦組D，所述變焦組D由前變焦組和后變焦組構成，所述前固定組A位于光軸線一上，所述轉接組C、光欄和變焦組D位于光軸線二上，光軸線一和光軸線二相互垂直且兩者的交點處設置有與兩光軸均呈45°角的反射鏡B，所述變焦組D的后端還設有分色棱鏡E，所述光學系統的合焦距f'合=35?64mm，相對孔徑D/f' = 1:4?1:6.8，像面大小Φ為6mm，所述光學系統滿足以下光學條件: 50<Lpi<75(mm)..................① d7+d8>32mm..................② I f>18mm..................③ 2.4<|LRfc/f'變1..................④ 其中，Lp1S所述前固定組A的入瞳距，d7為前固定組A后端中心到反射鏡B中心的空氣間距，d8為反射鏡B中心到轉接組C前端中心的空氣間距，l'f為所述光學系統的后截距，Lm為變焦組D的入瞳距，f'變為變焦組D的焦距。2.根據權利要求1所述的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:所述前固定組A包括沿光線入射方向依次設置的雙凸正透鏡A-1、雙凹負透鏡A-2和雙凸正透鏡A-3。3.根據權利要求1所述的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:所述轉接組C包括沿光線入射方向依次設置的雙凸正透鏡C-1、凸凹正透鏡C-2、雙凹負透鏡C-3和雙凸正透鏡C-4。4.根據權利要求1所述的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:所述前變焦組包括沿光線入射方向依次設置的凸凹負透鏡D-1、凸凹正透鏡D-2，所述后變焦組包括沿光線入射方向依次設置的雙凸正透鏡D-3、雙凹負透鏡D-4和雙凸正透鏡D-5，光欄設置于前變焦組與后變焦組之間。5.根據權利要求1所述的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:所述前固定組A的的焦距為K前=45?55mm，相對孔徑D/f’ = 1:6，最大視場角2ω =9.19°?11.23°，后截距I/前=20?23mm，所述前固定組A的入瞳距Lpl =68?73mm。6.根據權利要求1所述的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:所述轉接組C的焦距為F中=20?28mm，相對孔徑D/f ’=1:6，最大視場角2 ω = 18.2°?25.5°，后截距Y 中=12?16mm。7.根據權利要求1所述的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:所述變焦組D的焦距為f變=16.5?30mm，相對孔徑D/f’ = 1:4?1:6.8，像面大小為C>6mm，后截距I/變= 24.4 ?33.7mm。8.根據權利要求1-7中任一項所述的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:所述轉接鏡頭還包括機械系統，所述機械系統包括用于安裝前固定組A的前鏡座(4)，所述前固定組A通過前鏡筒(3)安裝在前鏡座(4)內，前鏡座(4)的前端設置有用于固定前固定組A的前壓圈(I)。9.根據權利要求8所述的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:所述轉接鏡頭的機械系統還包括用于安裝轉接組C和前變焦組的后鏡座(5)，前鏡座(4)的中軸線與后鏡座(5)的中軸線垂直并且兩者螺接固定，所述后鏡座(5)上設置有手輪(7)，后鏡座(5)上通過緊固螺釘(8)固定安裝有位于手輪(7)外側的后固定蓋(9)。10.根據權利要求9所述的前置光欄高清變焦視頻攝像轉接鏡頭，其特征在于:所述后鏡座(5)內設置有可相對后鏡座(5)軸向移動的后鏡筒(11)，所述后變焦組安裝在后鏡筒(11)內，所述后鏡筒(11)上設置有調節螺釘(10)，所述手輪(7)上開設有螺旋槽(6)，調節螺釘(10)的頭部嵌合于螺旋槽(6)內，調節螺釘(10)的尾部與后鏡筒(11)固定連接，旋轉手輪(7)時帶動調節螺釘(10)在螺旋槽(6)內移動進而調節焦距。
【文檔編號】G02B7/10GK106019543SQ201610584321
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月22日
【發明人】董國慶, 葉鴻英, 王福明, 張天宇
【申請人】北京凡星光電醫療設備股份有限公司