一种日盲紫外波段大靶面双焦距镜头光学系统的制作方法

本实用新型涉及光学技术领域，特别是一种基于日盲紫外波段大靶面双焦距镜头光学系统。

背景技术：

240nm-280nm波段是一种非常特殊的光谱，肉眼看不见，属于紫外波段，被称为“太阳盲区”（即“日盲”）。太阳发出的光谱在进入大气层的时候这一波段的紫外辐射就全部被臭氧层吸收。这样在测量过程中最大的干扰——来自太阳紫外辐射的干扰就已经被排除。日盲紫外探测技术充分利用了这一特点，可灵敏探测到高压线路故障点电火花产生的微弱紫外信号，有着良好的工作背景,干扰小，信号对比度好，虚假信号少,可全天候清晰探测成像并进行实时监测。日盲紫外镜头可以通过架设云台或安装在无人驾驶飞机上，对变电站、森林等的安全隐患进行远距离、全方位实时监测；也可以车载进行流动监测。

现有的日盲紫外镜头都是单一焦距、单一视场监测，如果需要监测二个视场，需要用二个镜头。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于日盲紫外波段大靶面双焦距镜头光学系统，可以在不增加镜头数量的前提下，用一个镜头实现双焦距双视场的切换，整个系统仅为二组元，结构简单，成像质量优良。

本实用新型采用以下方案实现：一种日盲紫外波段大靶面双焦距镜头光学系统，为二组元变焦透射式结构，从物方向到像方沿轴向光线自左向右入射依次同轴设置有变倍组、光阑、补偿组、日盲紫外带通滤光片以及日盲紫外CCD；所述变倍组自左向右依次设有第一正光焦度的双凸透镜A1、第一正光焦度的月牙透镜A2、第一负光焦度的双凹透镜A3、第二正光焦度的月牙透镜A4、第二正光焦度的双凸透镜A5；所述补偿组自左向右依次设有第三正光焦度的双凸透镜C1、第二负光焦度的双凹透镜C2、第一负光焦度的月牙透镜C3、第四正光焦度的双凸透镜C4。

较佳的，光阑设置在变倍组和补偿组之间，构成双高斯的变形结构，使轴外像差很大程度上相互抵消。光阑到日盲紫外CCD之间的位置固定不变，通过移动变倍组和补偿组来实现焦距的变化。

进一步的，所述第一负光焦度的双凹透镜A3、第二负光焦度的双凹透镜C2和第一负光焦度的月牙透镜C3材料折射率的范围为1.40-1.50，阿贝数范围为65-70；所述第一正光焦度的双凸透镜A1、第一正光焦度的月牙透镜A2、第二正光焦度的月牙透镜A4、第二正光焦度的双凸透镜A5、第三正光焦度的双凸透镜C1以及第四正光焦度的双凸透镜C4的材料折射率的范围为1.40-1.45，阿贝数范围为90-95。

进一步的，所述第一正光焦度的双凸透镜A1的焦距为132.7mm，第一正光焦度的月牙透镜A2的焦距为277.1mm，第一负光焦度的双凹透镜A3的焦距为-49.2mm，第二正光焦度的月牙透镜A4的焦距为130.1mm，第二正光焦度的双凸透镜A5的焦距为163.2mm；所述第三正光焦度的双凸透镜C1的焦距为51.6mm，第二负光焦度的双凹透镜C2的焦距为-23.44mm，第一负光焦度的月牙透镜C3的焦距为-64.21mm，第四正光焦度的双凸透镜C4的焦距为27.08mm。

进一步的，所述变倍组的焦距为197.8mm，所述补偿组的焦距为108.3mm。

进一步的，所述日盲紫外带通滤光片的基片上镀制有中心波长为260nm、光谱范围为240-280nm的高透过、其余光谱深度截止的带通滤光膜；所述第一正光焦度的双凸透镜A1、第一正光焦度的月牙透镜A2、第一负光焦度的双凹透镜A3、第二正光焦度的月牙透镜A4、第二正光焦度的双凸透镜A5、第三正光焦度的双凸透镜C1、第二负光焦度的双凹透镜C2、第一负光焦度的月牙透镜C3、第四正光焦度的双凸透镜C4的表面均镀制有中心波长为260nm、光谱范围为240-280nm的增透膜。

特别的，所述日盲紫外波段大靶面双焦距镜头光学系统技术指标如下：

中心波长：260nm，光谱范围：240nm-280nm；

有效相对孔径：1：3.5；

焦距：91mm、165mm；

日盲紫外CCD尺寸：Φ18mm；

日盲紫外CCD像元直径：Φ25微米；

20lp/mm（线对/毫米），全视场MTF（调制传递函数）≥0.65；

全视场弥散斑均方根直径小于20微米，小于像元直径。

令所述光阑和日盲紫外CCD之间的位置固定不变，令所述变倍组与光阑之间的空气间隔为0.85-66mm可变，令所述光阑与补偿组之间的空气间隔为1.5-41.9mm可变，令所述日盲紫外带通滤光片与日盲紫外CCD之间的空气间隔为46.1-5.7mm可变，通过调整上述可变的间隔得到91mm-165mm的焦距。

进一步的，令变倍组与光阑之间的空气间隔为0.85mm，令光阑与补偿组之间的空气间隔为1.5mm，令日盲紫外带通滤光片与日盲紫外CCD之间的空气间隔为46.1mm，得到91mm的焦距。

进一步的，令变倍组与光阑之间的空气间隔为66mm，令光阑与补偿组之间的空气间隔为41.9mm，令日盲紫外带通滤光片与日盲紫外CCD之间的空气间隔为5.7mm，得到165mm的焦距。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明可以在不增加镜头数量的前提下，用一个镜头实现双焦距双视场的切换，整个系统仅为二组元，结构简单，成像质量优良。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的系统结构示意图。

图2为本实用新型实施例中的91mm焦距的光学系统图；

图3为本实用新型实施例中的165mm焦距的光学系统图；

图4为本实用新型实施例中91mm焦距的像面位置的传递函数评价图；

图5为本实用新型实施例中165mm焦距的像面位置的传递函数评价图；

图6为本实用新型实施例中91mm焦距的像面位置的弥散斑分布图；

图7为本实用新型实施例中165mm焦距的像面位置的弥散斑分布图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种日盲紫外波段大靶面双焦距镜头光学系统，为二组元变焦透射式结构，从物方向到像方沿轴向光线自左向右入射依次同轴设置有变倍组、光阑、补偿组、日盲紫外带通滤光片以及日盲紫外CCD；所述变倍组自左向右依次设有第一正光焦度的双凸透镜A1、第一正光焦度的月牙透镜A2、第一负光焦度的双凹透镜A3、第二正光焦度的月牙透镜A4、第二正光焦度的双凸透镜A5；所述补偿组自左向右依次设有第三正光焦度的双凸透镜C1、第二负光焦度的双凹透镜C2、第一负光焦度的月牙透镜C3、第四正光焦度的双凸透镜C4。

由第一正光焦度的双凸透镜A1、第一正光焦度的月牙透镜A2、第一负光焦度的双凹透镜A3、第二正光焦度的月牙透镜A4、第二正光焦度的双凸透镜A5组成的变倍组焦距为197.8mm，由第三正光焦度的双凸透镜C1、第二负光焦度的双凹透镜C2、第一负光焦度的月牙透镜C3、第四正光焦度的双凸透镜C4组成的补偿组焦距为108.3mm。

在本实施例中，光阑位于变倍组和补偿组之间。

在本实施例中，第一正光焦度的双凸透镜A1的焦距为132.7mm、第一正光焦度的月牙透镜A2的焦距为277.1mm、第一负光焦度的双凹透镜A3的焦距为-49.2mm、第二正光焦度的月牙透镜A4的焦距为130.1mm、第二正光焦度的双凸透镜A5的焦距为163.2mm。所述第三正光焦度的双凸透镜C1的焦距为51.6mm、第二负光焦度的双凹透镜C2的焦距为-23.44mm、第一负光焦度的月牙透镜C3的焦距为-64.21mm、第四正光焦度的双凸透镜C4的焦距为27.08mm。

在本实施例中，变倍组中第一正光焦度的双凸透镜A1的中心厚度为14.96mm、第一正光焦度的月牙透镜A2的中心厚度为15.64mm、第一负光焦度的双凹透镜A3的中心厚度为4.5mm、第二正光焦度的月牙透镜A4的中心厚度为10.91mm、第二正光焦度的双凸透镜A5的中心厚度为6mm。补偿组中第三正光焦度的双凸透镜C1的中心厚度为6.37mm、第二负光焦度的双凹透镜C2的中心厚度为5mm、第一负光焦度的月牙透镜C3的中心厚度为3mm、第四正光焦度的双凸透镜C4的中心厚度为7.64mm。

在本实施例中，变倍组中的第一正光焦度的双凸透镜A1与第一正光焦度的月牙透镜A2之间的空气间隔是3.05mm，第一正光焦度的月牙透镜A2与第一负光焦度的双凹透镜A3之间的空气间隔是4.11mm，第一负光焦度的双凹透镜A3与第二正光焦度的月牙透镜A4之间的空气间隔是2.13mm，第二正光焦度的月牙透镜A4与第二正光焦度的双凸透镜A5之间的空气间隔是20.28mm。

在本实施例中，补偿组中的第三正光焦度的双凸透镜C1与第二负光焦度的双凹透镜C2之间的空气间隔是8.46mm，第二负光焦度的双凹透镜C2与第一负光焦度的月牙透镜C3之间的空气间隔是1.85mm，第一负光焦度的月牙透镜C3与第四正光焦度的双凸透镜C4之间的空气间隔是1.53mm，所述补偿组C与日盲紫外带通滤光片D之间的空气间隔是1mm。

在本实施例中，第一负光焦度的双凹透镜A3、第二负光焦度的双凹透镜C2和第一负光焦度的月牙透镜C3的折射率为1.458，阿贝数为67.8；第一正光焦度的双凸透镜A1、第一正光焦度的月牙透镜A2、第二正光焦度的月牙透镜A4、第二正光焦度的双凸透镜A5、第三正光焦度的双凸透镜C1、第四正光焦度的双凸透镜C4的折射率为1.434，阿贝数为95，所述日盲紫外带通滤光片D基片的折射率为1.458，阿贝数为67.8。

在本实施例中，变倍组A中第一正光焦度的双凸透镜A1的曲率半径分别为79.96mm和251.79mm、第一正光焦度的月牙透镜A2的曲率半径分别为155.56mm和72.63mm、第一负光焦度的双凹透镜A3的曲率半径分别为64.47mm和41.08mm、第二正光焦度的月牙透镜A4的曲率半径分别为42.2mm和128.94mm、第二正光焦度的双凸透镜A5的曲率半径分别为185.09mm和126.79mm。补偿组中第三正光焦度的双凸透镜C1的曲率半径分别为35.35mm和70mm、第二负光焦度的双凹透镜C2的曲率半径分别为24.36mm和24.36mm、第一负光焦度的月牙透镜C3的曲率半径分别为203.38mm和27.7mm、第四正光焦度的双凸透镜C4的曲率半径分别为30.57mm和19.64mm。

在本实施例中，变倍组A与光阑B之间的空气间隔0.85mm，光阑B与补偿组C之间的空气间隔1.5mm，日盲紫外带通滤光片D与日盲紫外CCD之间的空气间隔46.1mm，得到91mm的焦距，其光学系统图如图2所示。变倍组A与光阑B之间的空气间隔66mm，光阑B与补偿组C之间的空气间隔是41.9mm，日盲紫外带通滤光片D与日盲紫外CCD之间的空气间隔是5.7mm，得到165mm的焦距，其光学系统图如图3所示。

在本实施例中，本实施案例中紫外带通滤光片必须经过真空光学镀膜加工，其基片厚度为3mm，在基片上镀制中心透过波长260nm，光谱范围240-280nm高透、240-280nm光谱以外光谱深度截止的带通滤光膜；透镜A1-A5、C1-C4表面均镀制中心波长260nm、光谱范围240-280nm的增透膜。

在本实施例中，为了使有效相对孔径达到1：3.5，透镜A1前后两表面的通光孔径分别为55mm和53mm，透镜A2前后两表面的通光孔径分别为51.8mm和48.9mm，透镜A3前后两表面的通光孔径分别为46mm和43.6mm，透镜A4前后两表面的通光孔径分别为44.5mm和43.6mm，透镜A5前后两表面的通光孔径分别为42.8mm和42.5mm，透镜C1前后两表面的通光孔径分别为21.56mm和20.8mm，透镜C2前后两表面的通光孔径分别为18mm和18.6mm，透镜C3前后两表面的通光孔径分别为18.7mm和20.3mm，透镜C4前后两表面的通光孔径分别为22.2mm和22.9mm。

在本实施案例中，日盲紫外波段大靶面双焦距镜头光学系统实现的技术指标如下：

中心波长：260nm，光谱范围：240nm-280nm；

有效相对孔径：1：3.5；

焦距：91mm、165mm；

紫外CCD尺寸：Φ18mm；

紫外CCD像元直径：Φ25微米；

20lp/mm（线对/毫米），全视场MTF（调制传递函数）≥0.65；

全视场弥散斑均方根直径小于20微米，小于像元直径。

图4为本实施例焦距为91mm时，在20lp/mm（线对/毫米），全视场MTF（调制传递函数）≥0.65；图5为本发明焦距165mm时，在20lp/mm（线对/毫米），全视场MTF（调制传递函数）≥0.7，远远高于器件对MTF的要求。

图6为本实施例中91mm焦距的像面上的弥散斑分布图，全视场弥散斑均方根直径小于19.5微米，小于紫外CCD的像元直径（25微米），成像质量良好；图7为本实施例中165mm焦距的像面上的弥散斑分布图，全视场弥散斑均方根直径小于19微米，小于紫外CCD的像元直径（25微米），成像质量良好。

以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案。但是，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。