大孔径大靶面昼夜型监控镜头及其成像方法_2

文档序号:9630834阅读:来源:国知局
>[0036] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图,作详 细说明如下。
[0037] 如图1~15所示,一种大孔径大靶面昼夜型监控镜头,包括从物方沿轴向光线自 左向右顺序布置的负光焦度的第一透镜组、负光焦度的第二透镜组、孔径光阑、正光焦度的 第三透镜组及负光焦度的第四透镜组,所述第一透镜组由自左向右顺序布置的正光焦度的 双凸透镜L1、负光焦度的弯月型透镜L2及负光焦度的双凹透镜L3组成,第二透镜组由自左 向右顺序布置的正光焦度的弯月型透镜L4、负光焦度的弯月型透镜L5、正光焦度的双凸透 镜L6以及负光焦度的双凹透镜L7组成,第三透镜组由自左向右顺序布置的正光焦度的弯 月型透镜L8、正光焦度的双凸透镜L9、负光焦度的双凹透镜L10及正光焦度的双凸透镜L11 组成,第四透镜组由自左向右顺序布置的正光焦度的双凸透镜L12和负光焦度的双凹透镜 L13组成,所述孔径光阑设在双凹透镜L7和弯月型透镜L8之间;所述孔径光阑设置在第二 光焦度的双凹透镜L7和第三光焦度的弯月型透镜L8之间,并且四组透镜组的光焦度以负 光焦度、正光焦度、正光焦度、负光焦度空间型式分配,具有对称性质,有利于各种像差的校 正与补偿。
[0038] 在本发明实施例中,所述双凸透镜L1、弯月型透镜L2及双凹透镜L3为一组三胶合 透镜TL1,所述弯月型透镜L4与弯月型透镜L5为一组双胶合透镜DL2,所述双凸透镜L6与 双凹透镜L7为一组双胶合透镜DL3,所述弯月型透镜L8为一单透镜,所述双凸透镜L9、双 凹透镜L10及双凸透镜L11为一组三胶合透镜TL4,所述双凸透镜L12和与双凹透镜L13为 一组双胶合透镜DL5 ;采用多个胶合透镜组有以下几个好处:首先,双胶合透镜通过正负透 镜的胶合可以消除球差、色差;其次,通过在每一个胶合透镜反复的作消色差和球差校正不 足或者过头,进一步减小系统的残留色差和高级色差;最后,双胶合透镜不仅可以保护光学 零件的表面、简化光学零件的加工和装配,而且可以减少系统光能的损失;所述双胶合透镜 DL5进行色差残留量补偿,使得不同色光在最后一面有同样的出射角度和高度,即能够在可 见光和近红外两个不同的光谱区域之间成高清像,使得离焦量小于0. 〇〇5_ ;轴外光束的 下光线和上光线分别密集在透镜L5、L6和透镜L9的边缘上,通过调整透镜L5、L6、L9的有 效通光孔径可以有效的改善轴外像差,并且对轴外光束的相对照度的影响是缓慢的。
[0039] 在本发明实施例中,所述第三透镜组的三胶合透镜TL4可分裂为一个双胶合透镜 和一个单透镜。
[0040] 在本发明实施例中,所述三胶合透镜TL4与弯月型单透镜L8无限靠近具有阿贝无 畸变目镜的性质,所述三胶合透镜TL4能够同时校正倍率色差、慧差、象散等像差,而且第 三透镜组可以承担整个光学系统的相对孔径和视场角。
[0041] 在本发明实施例中,所述第四透镜组的焦距fTM与系统焦距f满足条件: 0. 9<|fTL4/f|<1, 1〇
[0042] 在本发明实施例中,所述双凹透镜L3在像面侧的曲率半径R2与系统焦距f满足 条件:0.4< |R2/f| <0.56;所述弯月型透镜L8在像面侧的曲率半径R2与系统焦距f满 足条件< |R2/f| < 1.6。
[0043] 在本发明实施例中,其中至少一透镜的折射率η满足条件:1. 65〈n〈l. 73,同时其 阿贝系数v满足条件:44〈v〈54。
[0044] 在本发明实施例中,所述第一透镜组、第二透镜组、孔径光阑、第三透镜组及第四 透镜组成的光学系统的光圈值FN0 < 1. 3、(XD靶面为Ι-inch,并且改变所述双凸透镜L1、 弯月型透镜L2、双凹透镜L3、弯月型透镜L4的球面曲率半径R、镜片厚度T、镜片间距T以 及光学材料可以实现系统视场角U满足条件:34°〈21X45°。
[0045] 在本发明实施例中,所述孔径光阑的各个视场的主光线角UST。与之一一对应的系 统视场角U满足条件:IuSTC-uI〈 ± 3 °。
[0046] 在本发明实施例中,一种大孔径大靶面昼夜型监控镜头的成像方法,包括如上述 所述的任一种大孔径大靶面昼夜型监控镜头,包含以下步骤:
[0047] (1)光束经过所述第一透镜组后,由于弯曲控制所述双凹透镜L3在像面侧的曲率 半径R2,光束以大的出射角度入射到所述第二透镜组;
[0048] (2)大的出射角度不仅保证了轴上光束在所述第二透镜组的通光孔径不至于过 小,而且光束的下光线密集在所述第二透镜组的弯月型透镜L5、双凸透镜L6的透镜边缘 上,有利于轴外宽光束像差的校正并且不会对相对照度有大的影响,光束经过所述第二透 镜组的会聚作用后,入射到所述第三透镜组;
[0049] (3)由于所述弯月型透镜L8减小系统的球差和所述第一透镜组L3在像面侧的曲 率半径R2处大的出射角引入的高级量,所述弯月型透镜L8出射的光束经过所述三胶合透 镜TL4的会聚入射到第四透镜组,其中三胶合透镜TL4将光束的上光线密集在透镜的边缘 上有利于轴外宽光束像差的校正并且不会对相对照度有大的影响;
[0050] (4)由于所述第四透镜组的双凹透镜L13选择高折射率高色散的玻璃材料可以 补偿系统的残留色差以及所述双胶合透镜DL5补偿残留像差的作用,光束最终会聚在像面 上。
[0051 ] 在本发明实施例一中,所述双凸透镜L1、弯月型透镜L2、双凹透镜L3、弯月型透镜 L4、弯月型透镜L5、双凸透镜L6、双凹透镜L7、弯月型透镜L8、双凸透镜L9、双凹透镜L10、 双凸透镜L11、双凸透镜L12以及双凹透镜L13的球面曲率半径R、镜片厚度或镜片间距T、 镜片折射率η及部分透镜阿贝系数v满足表一条件时,
[0052] 表一:
[0053]

[0054] 在本发明实施例一中,由表一可计算出,由面12至面17组成的第三透镜组的焦距 fTW= 23. 96mm;由面1至面22组成的光学系统的焦距f= 25. 04mm。
[0055] 在本发明实施例一中,0.9〈|fTL4/f| = 0·957〈1· 1
[0056] 在本发明实施例一中,由表一可计算出,在孔径光阑处最大视场的主光线角为 20. 283° ;系统的最大视场为17.9°。
[0057] 在本发明实施例一中,|UST〇-U| = 2. 383°〈±3°。
[0058] 在本发明实施例一中,图2和图3分别为可见光波段和近红外波段的球面象差特 性曲线图,从图2和图3中可以看出,球面象差控制在正负0.05mm以内;图4和图5分别为 可见光波段和近红外波段的MTF曲线图,代表光学系统的综合解析能力,图中横轴表示空 间频率,单位:圈数每毫米(cycles/mm);纵轴表示调制传递函数(MTF)的数值,所述MTF的 数值用来评价镜头的成像质量,取值范围为0-1,MTF曲线越高越直表示镜头的成像质量越 好,对真实图像的还原能力越强;从图4和图5中可以看出,可见光波段和近红外波段在空 间频率为1301p/mm时,全视场的MTF> 0. 3。
[0059] 在本发明实施例二中,所述双凸透镜L1、弯月型透镜L2、双凹透镜L3、弯月型透镜 L4、弯月型透镜L5、双凸透镜L6、双凹透镜L7、弯月型透镜L8、双凸透镜L9、双凹透镜L10、 双凸透镜L11、双凸透镜L12以及双凹透镜L13的球面曲率半径R、镜片厚度或镜片间距T、 镜片折射率η及部分透镜阿贝系数v均满足表二条件时,
[0060] 表二:
[0061]
[0062]
123456 在本发明实施例二中,由表二可计算出,由面12至面17组成的第三透镜组的焦距 fTW= 23. 97_ ;由面1至面22组成的光学系统的焦距f= 25. 14mm。 2 在本发明实施例二中,0.9〈|fTL4/f| = 0·953〈1· 1 3 在本发明实施例二中,由表二可计算出,
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