一种小型化长焦透雾镜头和光电设备的制作方法

本实用新型属于光学镜头技术领域，具体涉及一种小型化长焦透雾镜头和光电设备。

背景技术：

现有摄像机镜头是具有成熟技术的高端科技产品，但多适用于可见度好的情况下，在雾霾天气等能见度低的应用环境下，可以通过增大焦距来达到更远的观察距离，但是为了保证一定的成像质量，现有透雾镜头往往需要设置较多的镜片，或者采用可见光成像镜头与近红外线成像镜头的双镜头体系，增加了镜头的成本、结构复杂度及装配难度，且镜头体积大，影响便携性和美观度。

技术实现要素：

为解决现有技术的上述问题，一方面，提供一种像素高、体积小、透雾功能好的小型化长焦透雾镜头。具体实施方式如下：

一种小型化长焦透雾镜头，从物方至像方由前往后依次包括滤光片、第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组；其中，

第一透镜组，组合焦距为正，包括两个光焦度相近的透镜，用于平均分担主光线偏转角，降低入射光线高度；

第二透镜组和第三透镜组均是光焦度为负、保留的色差为负的双胶合透镜，其前方均为负透镜，后方均为正透镜，用于使聚焦光线偏离光轴从而再次减小光线的偏折角度，并抵消第一透镜组产生的色差；

第四透镜组，组合焦距为正，其主面位置远离第三透镜组的主面位置，用于校正场曲，同时使光线聚焦于像面，起到减小总长的作用；

滤光片，可移动设置在所述第一透镜组前方，对小于700nm和大于950nm波段的光线具有截止作用，用于在透雾模式下使用。

优选的，所述第一透镜组由前往后依次包括一个双凸正透镜和一个第一弯月正透镜。

优选的，所述第一透镜组的所述双凸正透镜的焦距f1满足：90＜f1＜100，所述第一弯月正透镜的焦距f2满足：90＜f2＜100。

优选的，所述第二透镜组包括由前往后依次胶合的第一平凹负透镜和第二弯月正透镜。

优选的，所述第三透镜组包括由前往后依次胶合的第二平凹负透镜和第三弯月正透镜。

优选的，所述第四透镜组由前往后依次包括一个第四弯月正透镜和一个弯月负透镜。

优选的，还包括位于所述第二透镜组与所述第三透镜组之间且靠近所述第三透镜组的孔径光阑。

优选的，所述小型化长焦透雾镜头总长ttl与镜头后工作距离bfl的比值：1.5＜ttl/bfl＜4.5。

优选的，所述小型化长焦透雾镜头总长ttl与镜头焦距f'的比值：0.7＜ttl/f'＜1.5。

另一方面，还提供一种应用所述小型化长焦透雾镜头的光电设备。

本实用新型一具体实施方式的有益效果：

通过各透镜组光学特性的合理搭配，使镜头的使用波段涵盖400-900nm的宽光谱范围，保证近红外光和可见光的整体成像质量，并减小镜片总长。在大雾等能见度低的情况下配合使用滤光片即能获得高像素图像，而在正常天气下使用时移除该滤光片即能实现日光拍摄模式。可见，本方案可兼顾白光和透雾拍摄模式，且镜头体积小，重量轻，性价比高，特别适用于手持光电装置。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的小型化长焦透雾镜头的示意图；

图2为图1中各个透镜组的示意图；

图3为具体实例在六种色光下的场曲图；

图4为具体实例在六种色光下的轴向色差曲线图；

图5为具体实例在波段0.4861～0.9μm下的垂轴色差图；

图6为具体实例在可见光模式下的mtf曲线图；

图7为具体实例在透雾模式下的mtf曲线图。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

如图1所示的小型化长焦透雾镜头，包括从物方至像方由前往后依次设置的滤光片icf、第一透镜组g1、第二透镜组g2、第三透镜组g3、第四透镜组g4，滤光片icf及所有的透镜组均采用玻璃材质制成，且处于同一光轴。

各透镜组的示意图如图2所示，其中，第一透镜组g1组合焦距为正，采用了两个光焦度相近的透镜平均分担主光线偏转角，降低入射光线高度。本实施例中，第一透镜组g1包括一个双凸正透镜l1以及设置在该双凸正透镜l1后方的一个第一弯月正透镜l2，双凸正透镜l1的的焦距f1以及第一弯月正透镜l2的焦距f2满足：90＜f1＜100，90＜f2＜100。

第二透镜组g2和第三透镜组g3均是光焦度为负的双胶合透镜，使聚焦光线偏离光轴从而再次减小光线的偏折角度，其负透镜在前，正透镜在后，两组保留的色差均为负，用于抵消第一透镜组g1产生的色差。具体的，第二透镜组g2中的负透镜为第一平凹负透镜l3，第三透镜组g3中的负透镜为第二平凹负透镜l5，二者为火石玻璃材质。第二透镜组g2中的正透镜为第二弯月正透镜l4，第三透镜组g3中的正透镜为第三弯月正透镜l6，二者为冕牌玻璃材质。

第四透镜组g4组合焦距为正，其主面位置远离第三透镜组g3的主面位置，可以有效校正场曲，同时使光线聚焦于像面，起到减小总长的作用。本实施例中，第四透镜组g4由一个第四弯月正透镜l7和设置在该第四弯月正透镜l7后方的一个弯月负透镜l8组成。

滤光片icf，可移动设置在第一透镜组g1前方，对小于700nm和大于950nm波段的光线具有截止作用，而可透过700～950nm波段的光线，用于在透雾拍摄模式下使用。

上述四个透镜组相互补偿各自产生的球差、慧差、场曲、像散、色差，使镜头的使用波段涵盖400-900nm的宽光谱范围，保证近红外光和可见光的整体成像质量，并减小镜片总长。配合使用滤光片icf，能在大雾等能见度低的情况下获得高像素图像，而在正常天气下使用时移除该滤光片icf即能实现日光拍摄模式。进一步，第二透镜组g2与第三透镜组g3之间且靠近第三透镜组g3的位置设置有孔径光阑stp，能校正有无滤光片对成像的影响，使得在设置滤光片与去掉滤光片的情况下都能更清晰地成像。

由以上描述可知，本方案可兼顾白光和透雾拍摄模式，镜头体积小，重量轻、性价比高，特别适用于手持光电装置，如军用手持光电装置等。该方案可实现镜头总长ttl与镜头后工作距离bfl比值：1.5＜ttl/bfl＜4.5，ttl与镜头焦距f'比值：0.7＜ttl/f'＜1.5。

表1

一示例性实例的光学参数如表1所示，其镜头总长ttl为80mm，机械总长42.4mm。

场曲与视场的平方成比例，因此，随着视场的增大，像面不再是一个平面而成为一个曲面，当使用平面的接收器件时，像点会发生模糊。场曲分为子午场曲和弧矢场曲，分别代表子午光束和弧矢光束的成像情况，值越小成像质量越好。如图3所示，显示了六种色光下(0.486μm、0.588μm、0.656μm、0.7μm、0.85μm、0.900μm)的场曲(fieldcurvature)图，图中t和s分别代表子午方向和弧矢方向的像点。

要在白天和大雾两个模式下都能够观测，镜头的使用波段必须涵盖400-900nm的宽光谱范围，如果没有校正好色差，尤其是在轴向色差没有得到良好的校正时，物点发出的不同波长的光线通过透镜时就会因为转折角度的不同产生有色的弥散斑，造成像点的模糊，本方案通过各透镜组光学特性的合理搭配可以很好地解决这个问题。图4所示为对应于图3的六种色光的轴向色差曲线图，图中pupilradius指光瞳半径，longitudinalaberration指纵向像差，轴向色差曲线越靠近纵轴，色差越小。图5为相应的垂轴色差图，图中，maximumfield表示最大视场，lateralcolor指横向色差。

光学传递函数otf是对一个镜头成像质量的综合性评价，其中调制传递函数mtf反映了一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比，反应不同空间频率、不同对比度的传递能力。镜头在可见光模式(波段0.4861～0.6563μm)和透雾模式(波段0.7～0.9μm)下的mtf曲线分别见图6和图7，图中横坐标是1mm单位空间频率，纵坐标是otf的模数。在理想状态下，mtf曲线接近于1，但实际中由于各类像差的存在，只能使其尽可能地逼近1。mtf曲线与横轴所围的面积越大，成像质量越好。

以上实施例是对本实用新型的解释，但是，本实用新型并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本实用新型的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本实用新型的保护范围。