一种全海深超高清电动变光圈变焦镜头

摘要

本发明涉及一种镜头，特别涉及一种全海深超高清电动变光圈变焦镜头，解决了目前深海领域探测时，使用定焦距定光圈镜头，探测效率低，无法获得高质量图像，传统变光圈变焦镜头又因体积大，与抗压密闭舱小型化设计矛盾，成像不稳定、易卡死，无法满足深海领域探测需求的问题。该镜头的特殊在于：包括主镜筒、同轴安装在主镜筒前方的第一前组、套装在第一前组外圆上的调焦凸轮、套装在主镜筒外圆上的变倍凸轮、由前至后依次同轴设置在主镜筒内部的第二前组、变倍组、补偿组、可变光圈组件、中间固定组、像差稳定组及后固定组，还包括调焦驱动组和变倍驱动组；第二前组和后固定组与主镜筒固连；变倍组、补偿组、像差稳定组可沿主镜筒轴向直线滑动。

权利要求

1.一种全海深超高清电动变光圈变焦镜头，其特征在于：包括主镜筒(1)、同轴安装在主镜筒(1)前方的第一前组(2)、套装在第一前组(2)外圆上的调焦凸轮(12)、套装在主镜筒(1)外圆上的变倍凸轮(10)、由前至后依次同轴设置在主镜筒(1)内部的第二前组(3)、变倍组(4)、补偿组(5)、可变光圈组件(6)、中间固定组(7)、像差稳定组(8)以及后固定组(9)，还包括调焦驱动组(13)和变倍驱动组(11)；

所述主镜筒(1)内部固定设置有与其轴线方向平行的多根导轨；

所述第一前组(2)包括第一前镜筒(201)以及由前至后依次同轴设置在第一前镜筒(201)内的第一前镜组(202)和调焦镜组(203)；所述第一前镜组(202)通过第一前镜筒(201)与主镜筒(1)固连；所述调焦镜组(203)上沿径向固定安装有第一导钉(206)；所述第一前镜筒(201)上设置有与第一导钉(206)相适配的沿前后方向的第一直线槽(205)；所述第一导钉(206)穿过第一直线槽(205)后，插入调焦凸轮(12)上设置的调焦凸轮曲线槽；所述调焦凸轮(12)与第一前镜筒(201)转动连接；

所述第二前组(3)和后固定组(9)均与主镜筒(1)固连；

所述变倍组(4)、补偿组(5)、像差稳定组(8)分别与所述多根导轨中的至少两根导轨直线滑动连接，且三者上一一对应地分别沿径向固定安装有第二导钉(408)、第三导钉(507)、第四导钉(807)；所述主镜筒(1)上设置有与第二导钉(408)、第三导钉(507)、第四导钉(807)一一对应分别适配的沿前后方向的第二直线槽、第三直线槽、第四直线槽；所述第二导钉(408)穿过第二直线槽后，插入变倍凸轮(10)上设置的变焦凸轮曲线槽一(1001)；所述第三导钉(507)穿过第三直线槽后，插入变倍凸轮(10)上设置的变焦凸轮曲线槽二(1002)；

所述第四导钉(807)穿过第四直线槽后，插入变倍凸轮(10)上设置的变焦凸轮曲线槽三(1003)；

所述可变光圈组件(6)包括中间基板(601)、光圈(606)以及电机(609)；所述中间基板(601)与主镜筒(1)固连；所述光圈(606)和电机(609)均安装在中间基板(601)上，所述电机(609)通过带动光圈(606)上的拨杆(604)转动，进而调节光圈孔径大小；

所述中间固定组(7)同轴固定安装在中间基板(601)上；

所述调焦驱动组(13)用于驱动调焦凸轮(12)转动，进而带动调焦镜组(203)沿前后方向移动，实现镜头调焦与聚焦功能；

所述变倍驱动组(11)用于驱动变倍凸轮(10)转动，进而带动变倍组(4)、补偿组(5)以及像差稳定组(8)沿前后方向关联移动，实现焦距变化；

所述可变光圈组件(6)还包括光圈座(602)、大齿轮(603)以及小齿轮一(607)；

所述光圈座(602)同轴固定安装在中间基板(601)上，且所述光圈座(602)的圆柱面上沿圆周方向开设有与拨杆(604)相配合的第三让位槽(6011)；

所述大齿轮(603)套装在光圈座(602)的外圆上，与光圈座(602)转动连接；在所述大齿轮(603)的内圆柱面上设置有与拨杆(604)端部形状相适配的卡槽；

所述光圈(606)安装在光圈座(602)的内孔中，通过光圈座(602)安装在中间基板(601)上；光圈(606)上的所述拨杆(604)穿过第三让位槽(6011)后，伸入所述卡槽内；

所述小齿轮一(607)安装在电机(609)的输出轴上；所述电机(609)通过小齿轮一(607)驱动大齿轮(603)转动，带动拨杆(604)转动，进而调节光圈孔径大小；

所述可变光圈组件(6)还包括电位计(6010)以及小齿轮二(608)；

所述电位计(6010)安装在中间基板(601)上；

所述小齿轮二(608)固定于电位计(6010)轴上，且小齿轮二(608)与大齿轮(603)啮合；

所述光圈(606)孔径范围为1～22mm；

所述导轨的数量为四个，且四个导轨的轴线均布在以主镜筒(1)轴线为轴的同一圆柱面上；所述四个导轨均为圆柱形；

定义：所述四个导轨中，按顺时针方向依次分别为第一圆柱导轨(16)、第二圆柱导轨(17)、第三圆柱导轨(18)、第四圆柱导轨(19)；

所述变倍组(4)包括变倍镜组(401)和变倍滑架(402)；所述变倍镜组(401)同轴固定安装在变倍滑架(402)的内圆内；所述变倍滑架(402)沿径向方向的一侧设置有轴线与变倍滑架(402)轴线平行的向后凸起的第一柱状凸台，且第一柱状凸台上设置有同轴的第一圆通孔(406)；所述变倍滑架(402)沿径向方向的另一侧设置有第一U型卡口，且第一U型卡口的U型开口指向径向方向的外侧；所述变倍组(4)通过第一圆通孔(406)与第一圆柱导轨(16)直线滑动连接、第一U型卡口与第三圆柱导轨(18)直线滑动连接，同轴设置在主镜筒(1)内部；

所述补偿组(5)包括补偿镜组(501)和补偿滑架(502)；所述补偿镜组(501)同轴固定安装在补偿滑架(502)的内圆内；所述补偿滑架(502)沿径向方向的一侧设置有轴线与补偿滑架(502)轴线平行的向前凸起的第二柱状凸台，且第二柱状凸台上设置有同轴的第二圆通孔(506)；所述补偿滑架(502)沿径向方向的另一侧设置有第二U型卡口，且第二U型卡口的U型开口指向径向方向的外侧；所述补偿组(5)通过第二圆通孔(506)与第二圆柱导轨(17)直线滑动连接、第二U型卡口与第四圆柱导轨(19)直线滑动连接，同轴设置在主镜筒(1)内部；

所述像差稳定组(8)包括像差稳定镜组(801)和像差稳定滑架(802)；所述像差稳定镜组(801)同轴固定安装在像差稳定滑架(802)的内圆内；所述像差稳定滑架(802)沿径向方向的一侧设置有轴线与像差稳定滑架(802)轴线平行的向前后两侧均凸起的第三柱状凸台，且第三柱状凸台上设置有同轴的第三圆通孔(806)；所述像差稳定滑架(802)沿径向方向的另一侧设置有第三U型卡口，且第三U型卡口的U型开口指向径向方向的外侧；所述像差稳定组(8)通过第三圆通孔(806)与第三圆柱导轨(18)直线滑动连接、第三U型卡口与第一圆柱导轨(16)直线滑动连接，同轴设置在主镜筒(1)内部；

所述变倍组(4)还包括第一圆柱滑套(403)、两个滑套压圈一(404)以及U型卡槽一(405)；所述第一圆柱滑套(403)设置在第一圆通孔(406)内，通过分别设置在其两端的所述两个滑套压圈一(404)压紧在第一圆通孔(406)内；所述U型卡槽一(405)的外形为：在第一空心U型结构一端端面上沿U型的对称轴的两侧，设置有向外的翻边；所述U型卡槽一(405)卡装在第一U型卡口内，与变倍滑架(402)固连；所述第一圆通孔(406)通过第一圆柱滑套(403)与第一圆柱导轨(16)直线滑动连接；所述第一U型卡口通过U型卡槽一(405)与第三圆柱导轨(18)直线滑动连接；所述第一圆柱滑套(403)的长度与第一圆柱导轨(16)和第三圆柱导轨(18)轴线之间垂直距离的比值大于等于0.5；

所述补偿组(5)还包括第二圆柱滑套(503)、两个滑套压圈二(504)以及U型卡槽二(505)；所述第二圆柱滑套(503)设置在第二圆通孔(506)内，通过分别设置在其两端的所述两个滑套压圈二(504)压紧在第二圆通孔(506)内；所述U型卡槽二(505)的外形为：在第二空心U型结构一端端面上沿U型的对称轴的两侧，设置有向外的翻边；所述U型卡槽二(505)卡装在第二U型卡口内，与补偿滑架(502)固连；所述第二圆通孔(506)通过第二圆柱滑套(503)与第二圆柱导轨(17)直线滑动连接；所述第二U型卡口通过U型卡槽二(505)与第四圆柱导轨(19)直线滑动连接；所述第二圆柱滑套(503)的长度与第二圆柱导轨(17)和第四圆柱导轨(19)轴线之间垂直距离的比值大于等于0.5；

所述像差稳定组(8)还包括第三圆柱滑套(803)、两个滑套压圈三(804)以及U型卡槽三(805)；所述第三圆柱滑套(803)设置在第三圆通孔(806)内，通过分别设置在其两端的所述两个滑套压圈三(804)压紧在第三圆通孔(806)内；所述U型卡槽三(805)的外形为：在第三空心U型结构一端端面上沿U型的对称轴的两侧，设置有向外的翻边；所述U型卡槽三(805)卡装在第三U型卡口内，与像差稳定滑架(802)固连；所述第三圆通孔(806)通过第三圆柱滑套(803)与第三圆柱导轨(18)直线滑动连接；所述第三U型卡口通过U型卡槽三(805)与第一圆柱导轨(16)直线滑动连接；所述第三圆柱滑套(803)的长度与第三圆柱导轨(18)和第一圆柱导轨(16)轴线之间垂直距离的比值大于等于0.5；

所述第一圆通孔(406)、第二圆通孔(506)以及第三圆通孔(806)的直径与长度均对应相等；所述第一U型卡口、第二U型卡口以及第三U型卡口的尺寸相等；

所述第一圆柱滑套(403)、第二圆柱滑套(503)以及第三圆柱滑套(803)为相同的零件；

所述滑套压圈一(404)、滑套压圈二(504)以及滑套压圈三(804)为相同的零件；所述U型卡槽一(405)、U型卡槽二(505)以及U型卡槽三(805)为相同的零件。

2.根据权利要求1所述的全海深超高清电动变光圈变焦镜头，其特征在于：第一前镜筒(201)与主镜筒(1)之间、第一前镜组(202)内各镜片之间、调焦镜组(203)内各镜片之间、第二前镜筒(301)与主镜筒(1)之间、第二前镜组(302)与第二前镜筒(301)之间、变倍镜组(401)与变倍滑架(402)之间、补偿镜组(501)与补偿滑架(502)之间、中间基板(601)与主镜筒(1)之间、中间固定镜筒(701)与中间基板(601)之间、中间固定镜组(702)与中间固定镜筒(701)之间、像差稳定镜组(801)与像差稳定滑架(802)之间、后固定镜筒(901)与主镜筒(1)之间、后固定镜组(902)与后固定镜筒(901)之间均通过定心工艺安装。

3.根据权利要求1或2所述的全海深超高清电动变光圈变焦镜头，其特征在于：所述调焦驱动组(13)和变倍驱动组(11)均安装于主镜筒(1)外侧，且均通过齿轮传动分别对应驱动调焦凸轮(12)和变倍凸轮(10)转动。

4.根据权利要求3所述的全海深超高清电动变光圈变焦镜头，其特征在于：还包括安装支架(14)以及探测器接口(15)；

所述安装支架(14)固定安装在主镜筒(1)外侧，用于镜头与外部舱体的连接；

所述探测器接口(15)位于主镜筒(1)的后方，与后固定组(9)固连，用于连接成像探测器组件。

说明书

一种全海深超高清电动变光圈变焦镜头

技术领域

[0001] 本发明涉及一种镜头，特别涉及一种全海深超高清电动变光圈变焦镜头。

背景技术

[0002] 变焦镜头能够同时提供高放大倍率的小视场图像和低放大倍率的大视场图像，变光圈装置可调整镜头通光孔径大小，使镜头对不同亮暗场景下的目标清晰成像。将带有可
变光圈装置的电动变焦镜头和成像电子学组件安装于抗压密闭舱体内，借助于深海潜水
器，可实现对全海深领域目标的自由探测和摄影。

[0003] 然而，目前深海领域探测均采用定焦距，定光圈镜头，且匹配的是低分辨率的小尺寸探测器，其探测效率较低，也无法获得高质量的图像。原因在于：抗压密闭舱具有严格的
舱内体积限制，增大密闭舱的内径将会直接导致其外径和重量成倍增大。传统的变焦镜头
比定焦镜头占用更大的轴向尺寸。若要实现超高清，镜头需要匹配高分辨率的大尺寸探测
器，导致镜头径向尺寸增大，同时电动可变光圈装置也会占用镜头的径向尺寸。这与抗压密
闭舱的小型化设计是矛盾的。而且传统的变焦镜头成像往往在变焦过程中清晰度不一致，
即在某一段焦距分辨率较好，在下一段焦距分辨率较差，成像不稳定。

[0004] 发明名称为“一种可变光圈装置”，授权公告号为“CN 103698960 B”，授权公告日为“2016.06.22”的中国专利，公开了一种可变光圈装置，其通过转动杆上设置的第一拨动
柱和第二拨动柱相应插入第一导孔和第二导孔中，并带动两个叶片作相对滑动从而控制光
圈大小。通过在顶杆上制作出曲线导轨形状，驱动柱贴合曲线导轨的滑动面。在可变光圈驱
动框运动过程中，曲线导轨会推动驱动柱做角度变化，从而控制光圈大小。此可变光圈装置
占用较大径向尺寸，且光圈大小与镜头倍率的关系受曲线导轨形状限制，光圈的大小必须
随镜头的变化而变化，无法进行单独控制，无法适应不同亮暗场景。同时，通过曲线导轨驱
动拨动柱的结构形式会因加工精度和装配问题导致卡死，影响使用。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种全海深超高清电动变光圈变焦镜头，以解决目前深海领域探测时，使用定焦距、定光圈镜头，探测效率较低，无法获得高质量的图像，而传统的变光
圈、变焦镜头又因体积过大，与抗压密闭舱的小型化设计矛盾，成像不稳定、易卡死，无法满
足深海领域探测需求的技术问题。

[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种全海深超高清电动变光圈变焦镜头，其特殊之处在于：

[0007] 包括主镜筒、同轴安装在主镜筒前方的第一前组、套装在第一前组外圆上的调焦凸轮、套装在主镜筒外圆上的变倍凸轮、由前至后依次同轴设置在主镜筒内部的第二前组、
变倍组、补偿组、可变光圈组件、中间固定组、像差稳定组以及后固定组，还包括调焦驱动组
和变倍驱动组；

[0008] 所述主镜筒内部固定设置有与其轴线方向平行的多根导轨；

[0009] 所述第一前组包括第一前镜筒以及由前至后依次同轴设置在第一前镜筒内的第一前镜组和调焦镜组；所述第一前镜组通过第一前镜筒与主镜筒固连；所述调焦镜组上沿
径向固定安装有第一导钉；所述第一前镜筒上设置有与第一导钉相适配的沿前后方向的第
一直线槽；所述第一导钉穿过第一直线槽后，插入调焦凸轮上设置的调焦凸轮曲线槽；所述
调焦凸轮与第一前镜筒转动连接；

[0010] 所述第二前组和后固定组均与主镜筒固连；

[0011] 所述变倍组、补偿组、像差稳定组分别与所述多根导轨中的至少两根导轨直线滑动连接，且三者上一一对应地分别沿径向固定安装有第二导钉、第三导钉、第四导钉；所述
主镜筒上设置有与第二导钉、第三导钉、第四导钉一一对应分别适配的沿前后方向的第二
直线槽、第三直线槽、第四直线槽；所述第二导钉穿过第二直线槽后，插入变倍凸轮上设置
的变焦凸轮曲线槽一；所述第三导钉穿过第三直线槽后，插入变倍凸轮上设置的变焦凸轮
曲线槽二；所述第四导钉穿过第四直线槽后，插入变倍凸轮上设置的变焦凸轮曲线槽三；

[0012] 所述可变光圈组件包括中间基板、光圈以及电机；所述中间基板与主镜筒固连；所述光圈和电机均安装在中间基板上，所述电机通过带动光圈上的拨杆转动，进而调节光圈
孔径大小；

[0013] 所述中间固定组同轴固定安装在中间基板上；

[0014] 所述调焦驱动组用于驱动调焦凸轮转动，进而带动调焦镜组沿前后方向移动，实现镜头调焦与聚焦功能；

[0015] 所述变倍驱动组用于驱动变倍凸轮转动，进而带动变倍组、补偿组以及像差稳定组沿前后方向关联移动，实现焦距变化。

[0016] 上述前、后等表示方位的词仅代表相对位置关系。

[0017] 进一步地，为了空间紧凑，结构可靠，所述可变光圈组件还包括光圈座、大齿轮以及小齿轮一；

[0018] 所述光圈座同轴固定安装在中间基板上，且所述光圈座的圆柱面上沿圆周方向开设有与拨杆相配合的第三让位槽；

[0019] 所述大齿轮套装在光圈座的外圆上，与光圈座转动连接；在所述大齿轮的内圆柱面上设置有与拨杆端部形状相适配的卡槽；

[0020] 所述光圈安装在光圈座的内孔中，通过光圈座安装在中间基板上；光圈上的所述拨杆穿过第三让位槽后，伸入所述卡槽内；

[0021] 所述小齿轮一安装在电机的输出轴上；所述电机通过小齿轮一驱动大齿轮转动，带动拨杆转动，进而调节光圈孔径大小。

[0022] 进一步地，为了能够实时检测大齿轮旋转角度，通过光圈孔径与大齿轮旋转角度对应关系准确控制光圈孔径大小，所述可变光圈组件还包括电位计以及小齿轮二；

[0023] 所述电位计安装在中间基板上；

[0024] 所述小齿轮二固定于电位计轴上，且小齿轮二与大齿轮啮合。

[0025] 进一步地，所述光圈孔径范围为1～22mm。

[0026] 进一步地，为了结构更加紧凑、尽可能的缩小体积，并且为了使对变倍组、补偿组以及像差稳定组的支撑更加平稳，保证其运动过程中光轴的一致性和稳定性，所述导轨的
数量为四个，且四个导轨的轴线均布在以主镜筒轴线为轴的同一圆柱面上；所述四个导轨
均为圆柱形；

[0027] 定义：所述四个导轨中，按顺时针方向依次分别为第一圆柱导轨、第二圆柱导轨、第三圆柱导轨、第四圆柱导轨；

[0028] 所述变倍组包括变倍镜组和变倍滑架；所述变倍镜组同轴固定安装在变倍滑架的内圆内；所述变倍滑架沿径向方向的一侧设置有轴线与变倍滑架轴线平行的向后凸起的第
一柱状凸台，且第一柱状凸台上设置有同轴的第一圆通孔；所述变倍滑架沿径向方向的另
一侧设置有第一U型卡口，且第一U型卡口的U型开口指向径向方向的外侧；所述变倍组通过
第一圆通孔与第一圆柱导轨直线滑动连接、第一U型卡口与第三圆柱导轨直线滑动连接，同
轴设置在主镜筒内部；

[0029] 所述补偿组包括补偿镜组和补偿滑架；所述补偿镜组同轴固定安装在补偿滑架的内圆内；所述补偿滑架沿径向方向的一侧设置有轴线与补偿滑架轴线平行的向前凸起的第
二柱状凸台，且第二柱状凸台上设置有同轴的第二圆通孔；所述补偿滑架沿径向方向的另
一侧设置有第二U型卡口，且第二U型卡口的U型开口指向径向方向的外侧；所述补偿组通过
第二圆通孔与第二圆柱导轨直线滑动连接、第二U型卡口与第四圆柱导轨直线滑动连接，同
轴设置在主镜筒内部；

[0030] 所述像差稳定组包括像差稳定镜组和像差稳定滑架；所述像差稳定镜组同轴固定安装在像差稳定滑架的内圆内；所述像差稳定滑架沿径向方向的一侧设置有轴线与像差稳
定滑架轴线平行的向前后两侧均凸起的第三柱状凸台，且第三柱状凸台上设置有同轴的第
三圆通孔；所述像差稳定滑架沿径向方向的另一侧设置有第三U型卡口，且第三U型卡口的U
型开口指向径向方向的外侧；所述像差稳定组通过第三圆通孔与第三圆柱导轨直线滑动连
接、第三U型卡口与第一圆柱导轨直线滑动连接，同轴设置在主镜筒内部。

[0031] 进一步地，所述变倍组还包括第一圆柱滑套、两个滑套压圈一以及U型卡槽一；所述第一圆柱滑套设置在第一圆通孔内，通过分别设置在其两端的所述两个滑套压圈一压紧
在第一圆通孔内；所述U型卡槽一的外形为：在第一空心U型结构一端端面上沿U型的对称轴
的两侧，设置有向外的翻边；所述U型卡槽一卡装在第一U型卡口内，与变倍滑架固连；所述
第一圆通孔通过第一圆柱滑套与第一圆柱导轨直线滑动连接；所述第一U型卡口通过U型卡
槽一与第三圆柱导轨直线滑动连接；所述第一圆柱滑套的长度与第一圆柱导轨和第三圆柱
导轨轴线之间垂直距离的比值大于等于0.5；

[0032] 所述补偿组还包括第二圆柱滑套、两个滑套压圈二以及U型卡槽二；所述第二圆柱滑套设置在第二圆通孔内，通过分别设置在其两端的所述两个滑套压圈二压紧在第二圆通
孔内；所述U型卡槽二的外形为：在第二空心U型结构一端端面上沿U型的对称轴的两侧，设
置有向外的翻边；所述U型卡槽二卡装在第二U型卡口内，与补偿滑架固连；所述第二圆通孔
通过第二圆柱滑套与第二圆柱导轨直线滑动连接；所述第二U型卡口通过U型卡槽二与第四
圆柱导轨直线滑动连接；所述第二圆柱滑套的长度与第二圆柱导轨和第四圆柱导轨轴线之
间垂直距离的比值大于等于0.5；

[0033] 所述像差稳定组还包括第三圆柱滑套、两个滑套压圈三以及U型卡槽三；所述第三圆柱滑套设置在第三圆通孔内，通过分别设置在其两端的所述两个滑套压圈三压紧在第三
圆通孔内；所述U型卡槽三的外形为：在第三空心U型结构一端端面上沿U型的对称轴的两
侧，设置有向外的翻边；所述U型卡槽三卡装在第三U型卡口内，与像差稳定滑架固连；所述
第三圆通孔通过第三圆柱滑套与第三圆柱导轨直线滑动连接；所述第三U型卡口通过U型卡
槽三与第一圆柱导轨直线滑动连接；所述第三圆柱滑套的长度与第三圆柱导轨和第一圆柱
导轨轴线之间垂直距离的比值大于等于0.5。这样，圆柱滑套与圆柱导轨形成精密滑动副，
保证其在运动过程中的光轴的一致性和稳定性。U型卡槽限制三个运动组绕光轴的旋转，同
时防止滑架在运动过程中因两圆柱导轨不平行及滑架加工误差而导致卡死，便于调节。圆
柱滑套和U型卡槽共同保证三个运动组的同轴度。

[0034] 进一步地，为了易于更换零件，便于装配，所述第一圆通孔、第二圆通孔以及第三圆通孔的直径与长度均对应相等；所述第一U型卡口、第二U型卡口以及第三U型卡口的尺寸
相等；

[0035] 所述第一圆柱滑套、第二圆柱滑套以及第三圆柱滑套为相同的零件；所述滑套压圈一、滑套压圈二以及滑套压圈三为相同的零件；所述U型卡槽一、U型卡槽二以及U型卡槽
三为相同的零件。

[0036] 进一步地，为了保证各镜组与主镜筒的同轴度，第一前镜筒与主镜筒之间、第一前镜组内各镜片之间、调焦镜组内各镜片之间、第二前镜筒与主镜筒之间、第二前镜组与第二
前镜筒之间、变倍镜组与变倍滑架之间、补偿镜组与补偿滑架之间、中间基板与主镜筒之
间、中间固定镜筒与中间基板之间、中间固定镜组与中间固定镜筒之间、像差稳定镜组与像
差稳定滑架之间、后固定镜筒与主镜筒之间、后固定镜组与后固定镜筒之间均通过定心工
艺安装。

[0037] 进一步地，所述调焦驱动组和变倍驱动组均安装于主镜筒外侧，且均通过齿轮传动分别对应驱动调焦凸轮和变倍凸轮转动。

[0038] 进一步地，为了便于安装在舱体内，并且为了方便与探测器连接，还包括安装支架以及探测器接口；

[0039] 所述安装支架固定安装在主镜筒外侧，用于镜头与外部舱体的连接；

[0040] 所述探测器接口位于主镜筒的后方，与后固定组固连，用于连接成像探测器组件。

[0041] 本发明的有益效果是：

[0042] (1)本发明的全海深超高清电动变光圈变焦镜头，通过三组运动组联动变焦可有效压缩镜头轴向尺寸；同时可变光圈组件可整体安装于主镜筒内部，有效减小镜头径向尺
寸，且可置于运动组之间，不占用镜头轴向尺寸，其结构紧凑、体积小；该镜头可匹配4K×4K
分辨率探测器，具有电动可变光圈和电动变焦功能，同时能够保证各运动机构的稳定性，提
供优良的图像质量，提高深海探测的效率；因此，本发明解决了目前深海领域探测时，使用
定焦距、定光圈镜头，探测效率较低，无法获得高质量的图像，而传统的变光圈、变焦镜头又
因体积过大，与抗压密闭舱的小型化设计矛盾，成像不稳定、易卡死，无法满足深海领域探
测需求的技术问题。本发明结构新颖、可靠，在保证镜头成像质量以及光轴稳定性的同时，
实现了系统的小型化和轻量化。

[0043] (2)本发明提供了一种可应用于全海深探测领域的超高清镜头，具有大视场角，具有电动可变光圈和电动变焦功能。

[0044] (3)本发明优选地电动可变光圈组件通过齿轮传动调节光圈孔径大小，其空间紧凑，结构可靠。

[0045] (4)本发明优选地变倍组、补偿组和像差稳定组设置圆柱滑套和U型卡槽，可有效减小运动过程中的摩擦力，提高光轴稳定性，防止系统卡死。同时，各滑套和U型卡槽可生产
加工为同等规格，均属于易于更换零件，便于装配。

[0046] (5)本发明优选地各固定组均通过定心工艺安装，提升各固定组与主镜筒的同轴度；变倍组、补偿组和像差稳定组通过圆柱滑套和U型卡槽与圆柱导轨配合，提升其在运动
过程中与主镜筒的同轴度。镜头整体同轴度提高，成像质量提高，也可保证成像稳定性。

[0047] (6)本发明的全海深超高清电动变光圈变焦镜头，可安装于内径直径110mm密封舱体内，可通过厚度30mm平面蓝宝石窗口玻璃对水下环境清晰成像，可实现视场角6°～60°变
化，变倍比达到10倍，可实现F数3～无穷大变化。

附图说明

[0048] 图1是本发明实施例的立体结构示意图；

[0049] 图2是本发明实施例的内部结构示意图；

[0050] 图3是本发明实施例中变倍组、补偿组和像差稳定组的安装结构示意图；

[0051] 图4是本发明实施例中主镜筒的结构示意图；

[0052] 图5是本发明实施例中第一前组与调焦凸轮装配的结构示意图(定心法兰切除前)；

[0053] 图6是本发明实施例中变倍组的爆炸图；

[0054] 图7是本发明实施例中补偿组的爆炸图；

[0055] 图8是本发明实施例中可变光圈组件与后固定组装配的爆炸图；

[0056] 图9是本发明实施例中像差稳定组的爆炸图；

[0057] 图10是本发明实施例中变倍凸轮的结构示意图。

[0058] 图中各标号的说明如下：

[0059] 1‑主镜筒，101‑凸耳，102‑圆孔，103‑安装耳，104‑螺纹孔，2‑第一前组，201‑第一前镜筒，202‑第一前镜组，203‑调焦镜组，204‑定心法兰，205‑第一直线槽，206‑第一导钉，
3‑第二前组，301‑第二前镜筒，302‑第二前镜组，4‑变倍组，401‑变倍镜组，402‑变倍滑架，
403‑第一圆柱滑套，404‑滑套压圈一，405‑U型卡槽一，406‑第一圆通孔，407‑第一让位槽，
408‑第二导钉，5‑补偿组，501‑补偿镜组，502‑补偿滑架，503‑第二圆柱滑套，504‑滑套压圈
二，505‑U型卡槽二，506‑第二圆通孔，507‑第三导钉，6‑可变光圈组件，601‑中间基板，602‑
光圈座，603‑大齿轮，604‑拨杆，605‑卡环，606‑光圈，607‑小齿轮一，608‑小齿轮二，609‑电
机，6010‑电位计，6011‑第三让位槽，7‑中间固定组，701‑中间固定镜筒，702‑中间固定镜
组，8‑像差稳定组，801‑像差稳定镜组，802‑像差稳定滑架，803‑第三圆柱滑套，804‑滑套压
圈三，805‑U型卡槽三，806‑第三圆通孔，807‑第四导钉，9‑后固定组，901‑后固定镜筒，902‑
后固定镜组，10‑变倍凸轮，1001‑变焦凸轮曲线槽一，1002‑变焦凸轮曲线槽二，1003‑变焦
凸轮曲线槽三，11‑变倍驱动组，12‑调焦凸轮，13‑调焦驱动组，14‑安装支架，15‑探测器接
口，16‑第一圆柱导轨，17‑第二圆柱导轨，18‑第三圆柱导轨，19‑第四圆柱导轨，20‑导轨压
板。

具体实施方式

[0060] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0061] 参见图1和图2，本发明一种全海深超高清电动变光圈变焦镜头，包括主镜筒1、同轴安装在主镜筒1前方的第一前组2、套装在第一前组2外圆上的调焦凸轮12、套装在主镜筒
1外圆上的变倍凸轮10、由前至后依次同轴设置在主镜筒1内部的第二前组3、变倍组4、补偿
组5、可变光圈组件6、中间固定组7、像差稳定组8以及后固定组9，还包括调焦驱动组13和变
倍驱动组11。

[0062] 参见图2和图3，上述主镜筒1内部固定设置有与其轴线方向平行的多根导轨。本实施例中，为了结构更加紧凑、尽可能的缩小体积，并且为了对变倍组4、补偿组5以及像差稳
定组8的支撑更加平稳，保证其运动过程中光轴的一致性和稳定性，优选地上述导轨的数量
为四个，且四个导轨的轴线均布在以主镜筒1轴线为轴的同一圆柱面上；四个导轨均为圆柱
形。定义：上述四个导轨中，按顺时针方向依次分别为第一圆柱导轨16、第二圆柱导轨17、第
三圆柱导轨18、第四圆柱导轨19。在本实施例中，四个导轨的轴线均布在以主镜筒1轴线为
轴，直径为50mm的圆柱面上，四个导轨的直径均为4mm，长度均为120mm，直线度为0.003mm。
参见图4，主镜筒1后端设置有四个凸耳101，凸耳101上分别开设四个与圆柱导轨配合的圆
孔102，圆孔102均布度公差90°±3'，圆孔102内径尺寸要求与圆柱导轨配作，配合间隙不大
于0.01mm。参见图3和图2，导轨压板20将四个导轨压紧，并通过四个M2.5沉头螺钉固定于主
镜筒1上。凸耳101上还设置有与后固定组9相连的螺纹孔104。主镜筒1中部还留有四个安装
耳103，用于安装可变光圈组件6。

[0063] 参见图5，上述第一前组2包括第一前镜筒201以及由前至后依次同轴设置在第一前镜筒201内的第一前镜组202和调焦镜组203。第一前镜组202通过第一前镜筒201与主镜
筒1固连。本实施例中，第一前镜筒201与主镜筒1通过8个M3螺钉固连。调焦镜组203上沿径
向固定安装有第一导钉206；第一前镜筒201上设置有与第一导钉206相适配的沿前后方向
的第一直线槽205；第一导钉206穿过第一直线槽205后，插入调焦凸轮12上设置的调焦凸轮
曲线槽；调焦凸轮12与第一前镜筒201转动连接。为了保证同轴度，本实施例优选地第一前
镜筒201上留有用于二次精车削时与定心车床连接的定心法兰204，将第一前镜筒201通过
定心法兰204连接于定心车床上，通过二次精车削保证第一前镜筒201内外圆的同轴度，同
时保证第一前镜筒201与主镜筒1的配合精度。第一前组2装配完成后，将定心法兰204沿切
断面切断。第一前镜组202及调焦镜组203均通过定心工艺制作，保证镜片光轴的同轴度。本
实施例中，第一前镜组202与第一前镜筒201配合间隙为0.008mm。调焦镜组203与第一前镜
筒201配合间隙为0.01mm，安装时外圆涂抹润滑脂，保证其前后移动平滑流畅。调焦凸轮12
通过精密滚珠轴系与第一前镜筒201转动连接，滚珠经过润滑脂润滑，保证调变凸轮12转动
平滑流畅。

[0064] 参见图2，上述第二前组3和后固定组9均与主镜筒1固连。本实施例中，第二前组3通过压圈安装于主镜筒1前部。后固定组9通过4个M3螺钉固定于主镜筒1后端。

[0065] 参见图2，上述第二前组3包括第二前镜筒301和同轴固定安装在第二前镜筒301内圆内的第二前镜组302。为了保证同轴度，本实施例优选地第二前镜筒301上留有用于二次
精车削时与定心车床连接的四个沉台孔，通过二次精车削保证第二前镜筒301内外圆的同
轴度，同时保证第二前镜筒301与主镜筒1配合精度。第二前镜组302通过定心工艺同轴固定
安装在第二前镜筒301的内圆内，配合间隙为0.008mm。

[0066] 参见图2，上述后固定组9包括后固定镜筒901和同轴固定安装在后固定镜筒901内圆内的后固定镜组902。为了保证同轴度，本实施例优选地后固定镜筒901在装配时通过配
车保证内外圆同轴度为0.01mm，其外圆与主镜筒1后端内圆配合间隙为0.01mm。后固定镜组
902通过定心工艺同轴固定安装在后固定镜筒901的内圆内，配合间隙为0.008mm。

[0067] 参见图1、图2、图3、图6、图7、图9以及图10，上述变倍组4、补偿组5、像差稳定组8分别与上述多根导轨中的至少两根导轨直线滑动连接，且三者上一一对应地分别沿径向固定
安装有第二导钉408、第三导钉507、第四导钉807；主镜筒1上设置有与第二导钉408、第三导
钉507、第四导钉807一一对应分别适配的沿前后方向的第二直线槽、第三直线槽、第四直线
槽；第二导钉408穿过第二直线槽后，插入变倍凸轮10上设置的变焦凸轮曲线槽一1001；第
三导钉507穿过第三直线槽后，插入变倍凸轮10上设置的变焦凸轮曲线槽二1002；第四导钉
807穿过第四直线槽后，插入变倍凸轮10上设置的变焦凸轮曲线槽三1003。

[0068] 参见图6，上述变倍组4包括变倍镜组401和变倍滑架402；变倍镜组401同轴固定安装在变倍滑架402的内圆内。为了保证同轴度，本实施例优选地变倍镜组401通过定心工艺
同轴固定安装在变倍滑架402的内圆内。变倍滑架402沿径向方向的一侧设置有轴线与变倍
滑架402轴线平行的向后凸起的第一柱状凸台，且第一柱状凸台上设置有同轴的第一圆通
孔406。本实施例中，第一圆通孔406轴线与变倍滑架402中心轴线的平行度为0.01mm。变倍
滑架402沿径向方向的另一侧设置有第一U型卡口，且第一U型卡口的U型开口指向径向方向
的外侧。变倍组4通过第一圆通孔406与第一圆柱导轨16直线滑动连接、第一U型卡口与第三
圆柱导轨18直线滑动连接，同轴设置在主镜筒1内部。本实施例中，为了保证变倍组4运动过
程中的光轴稳定性，同时为了便于调节，防止卡死，上述变倍组4优选地还包括第一圆柱滑
套403、两个滑套压圈一404以及U型卡槽一405。第一圆柱滑套403设置在第一圆通孔406内，
通过分别设置在其两端的两个滑套压圈一404压紧在第一圆通孔406内。U型卡槽一405的外
形为：在第一空心U型结构一端端面上沿U型的对称轴的两侧，设置有向外的翻边；U型卡槽
一405卡装在第一U型卡口内，与变倍滑架402固连。第一圆通孔406通过第一圆柱滑套403与
第一圆柱导轨16直线滑动连接；第一U型卡口通过U型卡槽一405与第三圆柱导轨18直线滑
动连接。为了既能保证运动过程中光轴的一致性和稳定性，又不会使镜头的体积过大，优选
地上述第一圆柱滑套403的长度与第一圆柱导轨16和第三圆柱导轨18轴线之间垂直距离的
比值大于等于0.5。本实施例中，第一圆柱滑套403外圆直径7mm，长度33mm，其内圆与第一圆
柱导轨16的配合间隙为0.01mm。U型卡槽一405与第一U型卡口紧密配合，并通过两个M2沉头
螺钉固定于变倍滑架402上。U型卡槽一405槽宽尺寸与第三圆柱导轨18配作，并沿径向留有
0.5mm间隙。U型卡槽一405限制变倍镜组401绕光轴的旋转，同时防止变倍镜组401在运动过
程中因两圆柱导轨不平行及滑架加工误差而导致卡死。第一圆柱滑套403和U型卡槽一405
均选用锡青铜材料制作，表面粗糙度小于0.8，并在安装时涂抹润滑脂，降低滑动摩擦力，提
升运动流畅度。变倍滑架402上开设有第一让位槽407，避免与其它圆柱导轨发生干涉。

[0069] 参见图7，上述补偿组5包括补偿镜组501和补偿滑架502。补偿镜组501同轴固定安装在补偿滑架502的内圆内。为了保证同轴度，本实施例优选地补偿镜组501通过定心工艺
同轴固定安装在补偿滑架502的内圆内。补偿滑架502沿径向方向的一侧设置有轴线与补偿
滑架502轴线平行的向前凸起的第二柱状凸台，且第二柱状凸台上设置有同轴的第二圆通
孔506。本实施例中，第二圆通孔506轴线与补偿滑架502中心轴线的平行度为0.01mm。补偿
滑架502沿径向方向的另一侧设置有第二U型卡口，且第二U型卡口的U型开口指向径向方向
的外侧。补偿组5通过第二圆通孔506与第二圆柱导轨17直线滑动连接、第二U型卡口与第四
圆柱导轨19直线滑动连接，同轴设置在主镜筒1内部。为了保证补偿组5运动过程中的光轴
稳定性，同时为了便于调节，防止卡死，本实施例的补偿组5优选地还包括第二圆柱滑套
503、两个滑套压圈二504以及U型卡槽二505。第二圆柱滑套503设置在第二圆通孔506内，通
过分别设置在其两端的两个滑套压圈二504压紧在第二圆通孔506内；U型卡槽二505的外形
为：在第二空心U型结构一端端面上沿U型的对称轴的两侧，设置有向外的翻边。U型卡槽二
505卡装在第二U型卡口内，与补偿滑架502固连；第二圆通孔506通过第二圆柱滑套503与第
二圆柱导轨17直线滑动连接；第二U型卡口通过U型卡槽二505与第四圆柱导轨19直线滑动
连接。为了既能保证运动过程中光轴的一致性和稳定性，又不会使镜头的体积过大，优选地
上述第二圆柱滑套503的长度与第二圆柱导轨17和第四圆柱导轨19轴线之间垂直距离的比
值大于等于0.5。本实施例中，第二圆柱滑套503内圆与第二圆柱导轨17配合的配合间隙为
0.01mm。U型卡槽二505与第二U型卡口紧密配合，并通过两个M2沉头螺钉固定于补偿滑架
502上。U型卡槽二505槽宽尺寸与第四圆柱导轨19配作，并沿径向留有0.5mm间隙。U型卡槽
二505限制补偿镜组501绕光轴的旋转，同时防止补偿镜组501在运动过程中因两圆柱导轨
不平行及滑架加工误差而导致卡死。第二圆柱滑套(503)、U型卡槽二505与第一圆柱滑套
403和U型卡槽一405为同种材料、同种规格制作。在安装时涂抹润滑脂，降低滑动摩擦力，提
升运动流畅度。

[0070] 参见图9，上述像差稳定组8包括像差稳定镜组801和像差稳定滑架802；像差稳定镜组801同轴固定安装在像差稳定滑架802的内圆内。为了保证同轴度，本实施例优选地像
差稳定镜组801通过定心工艺同轴固定安装在像差稳定滑架802的内圆内。像差稳定滑架
802沿径向方向的一侧设置有轴线与像差稳定滑架802轴线平行的向前后两侧均凸起的第
三柱状凸台，且第三柱状凸台上设置有同轴的第三圆通孔806。本实施例中，第三圆通孔806
轴线与像差稳定滑架802中心轴线的平行度为0.01mm。像差稳定滑架802沿径向方向的另一
侧设置有第三U型卡口，且第三U型卡口的U型开口指向径向方向的外侧。像差稳定组8通过
第三圆通孔806与第三圆柱导轨18直线滑动连接、第三U型卡口与第一圆柱导轨16直线滑动
连接，同轴设置在主镜筒1内部。为了保证像差稳定组8运动过程中的光轴稳定性，同时为了
便于调节，防止卡死，本实施例的像差稳定组8优选地还包括第三圆柱滑套803、两个滑套压
圈三804以及U型卡槽三805。第三圆柱滑套803设置在第三圆通孔806内，通过分别设置在其
两端的两个滑套压圈三804压紧在第三圆通孔806内。U型卡槽三805的外形为：在第三空心U
型结构一端端面上沿U型的对称轴的两侧，设置有向外的翻边。U型卡槽三(805)卡装在第三
U型卡口内，与像差稳定滑架802固连。第三圆通孔806通过第三圆柱滑套803与第三圆柱导
轨18直线滑动连接；第三U型卡口通过U型卡槽三805与第一圆柱导轨16直线滑动连接。为了
既能保证运动过程中光轴的一致性和稳定性，又不会使镜头的体积过大，优选地上述第三
圆柱滑套803的长度与第三圆柱导轨18和第一圆柱导轨16轴线之间垂直距离的比值大于等
于0.5。本实施例中，第三圆柱滑套803内圆与第一圆柱导轨16配合的配合间隙为0.01mm。U
型卡槽三805与第三U型卡口紧密配合，并通过两个M2沉头螺钉固定于像差稳定滑架802上。
U型卡槽三805槽宽尺寸与第三圆柱导轨18配作，并沿径向留有0.5mm间隙。U型卡槽三805限
制像差稳定镜组801绕光轴的旋转，同时防止像差稳定镜组801在运动过程中因两圆柱导轨
不平行及滑架加工误差而导致卡死。第三圆柱滑套803、U型卡槽三805与第一圆柱滑套403
和U型卡槽一405为同种材料、同种规格制作。在安装时涂抹润滑脂，降低滑动摩擦力，提升
运动流畅度。

[0071] 为了易于更换零件，便于装配，本实施例优选地上述第一圆通孔406、第二圆通孔506以及第三圆通孔806的直径与长度均对应相等；上述第一U型卡口、第二U型卡口以及第
三U型卡口的尺寸相等；上述第一圆柱滑套403、第二圆柱滑套503以及第三圆柱滑套803为
相同的零件；滑套压圈一404、滑套压圈二504以及滑套压圈三804为相同的零件；U型卡槽一
405、U型卡槽二505以及U型卡槽三805为相同的零件。

[0072] 参见图8，上述可变光圈组件6包括中间基板601、光圈606以及电机609。中间基板601与主镜筒1固连。本实施例中，中间基板601通过4个M2.5螺钉安装于主镜筒1中部四个安
装耳103上。中间基板601外圆与主镜筒1中部凸台尺寸配作，保证其同轴度不大于0.01mm。
中间基板601上开设有避让圆柱导轨和滑架的第二让位槽。光圈606和电机609均安装在中
间基板601上，电机609通过带动光圈606上的拨杆604转动，进而调节光圈孔径大小。本实施
例中，为了空间紧凑，结构可靠，优选地上述可变光圈组件6还包括光圈座602、大齿轮603以
及小齿轮一607。光圈座602同轴固定安装在中间基板601上，且光圈座602的圆柱面上沿圆
周方向开设有与上述拨杆604相配合的第三让位槽6011；大齿轮603套装在光圈座602的外
圆上，与光圈座602转动连接；在大齿轮603的内圆柱面上设置有与拨杆604端部形状相适配
的卡槽；光圈606安装在光圈座602的内孔中，通过光圈座602安装在中间基板601上；光圈
606上的拨杆604穿过第三让位槽6011后，伸入上述卡槽内；小齿轮一607安装在电机609的
输出轴上；电机609通过小齿轮一607驱动大齿轮603转动，带动拨杆604转动，进而调节光圈
孔径大小。本实施例中，中间基板601外圆与主镜筒1中部凸台尺寸配作，其同轴度不大于
0.01mm。光圈座602与中间基板601通过轴孔配合保证同轴度为0.02mm。上述第三让位槽
6011沿圆周方向的角度为100°，槽宽为2.3mm。光圈606外圆直径37mm，厚度5.5mm，光圈606
孔径范围为1～22mm，拨杆604转动90°，光圈孔径可由最小开至最大。为了能够实时检测大
齿轮603的旋转角度，通过光圈孔径与大齿轮603旋转角度对应关系准确控制光圈孔径大
小，本实施例的可变光圈组件6优选地还包括电位计6010以及小齿轮二608。电位计6010安
装在中间基板601上；小齿轮二608固定于电位计6010轴上，且小齿轮二608与大齿轮603啮
合。

[0073] 参见图8，上述中间固定组7同轴固定安装在中间基板601上。本实施例中，中间固定组7与中间基板601内圆配合，通过4个M2.5螺钉拧紧于中间基板601上。中间固定组7包括
中间固定镜筒701和中间固定镜组702。中间固定镜组702同轴固定安装在中间固定镜筒701
的内圆内。为了保证同轴度，本实施例优选地中间固定镜筒701通过二次精车削保证中间固
定镜筒701内外圆的同轴度，同时保证中间固定镜筒701与中间基板601的配合精度。中间固
定镜组702通过定心工艺同轴固定安装在中间固定镜筒701的内圆内，配合间隙为0.008mm。

[0074] 参见图1，上述调焦驱动组13用于驱动调焦凸轮12转动，进而带动调焦镜组203沿前后方向移动，实现镜头调焦与聚焦功能。本实施例优选地调焦驱动组13安装于主镜筒1外
侧，通过齿轮传动驱动调焦凸轮12转动。

[0075] 参见图1，上述变倍驱动组11用于驱动变倍凸轮10转动，进而带动变倍组4、补偿组5以及像差稳定组8沿前后方向关联移动，实现焦距变化。本实施例优选地变倍凸轮10通过
精密滚珠轴系安装于主镜筒1中部外圆，滚珠经过润滑脂润滑，保证变倍凸轮10转动平滑流
畅。变倍驱动组11安装于主镜筒1外侧，通过齿轮传动驱动变倍凸轮10转动。

[0076] 为了便于将镜头安装在舱体上，参见图1，本实施例的主镜筒1外侧还安装有安装支架14。本实施例中，通过四个M3盘头螺钉将安装支架14安装在主镜筒1上。

[0077] 为了方便与探测器连接，本实施例的主镜筒1的后方还安装有探测器接口15，该探测器接口15与后固定组9固连。

[0078] 本发明的变光圈变焦镜头，可在全海深环境下实现超高清视频摄录。