一种宽波段大像面的中长焦微光镜头及其成像方法与流程

1.本发明涉及一种宽波段大像面的中长焦微光镜头及其成像方法。


背景技术：

2.当前，科学技术日新月异，成像探测器件光谱响应波段不断拓展，接收面积越来越大，像元尺寸越来越小。因此与之适配的光学镜头也朝着全光谱、大像面、高分辨率等特点不断发展。宽光谱镜头对多光谱技术的小型化、轻量化具有重要意义，镜头工作波段越宽、像面越大，越能获得更多的目标信息，长焦距、大相对孔径则使镜头能够“看”得越远、“看”得越清晰。宽波段、大像面、大相对孔径的长焦镜头在安防监控等民用领域以及高空侦察等军用领域具有十分重要的应用前景，目前现有的镜头在像素、性能及成本上很难满足市场需求。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种宽波段大像面的中长焦微光镜头及其成像方法，具有通光口径大，成像波段宽，靶面大，分辨率高，结构紧凑的特点。
4.本发明解决技术问题所采用的方案是，一种宽波段大像面的中长焦微光镜头：包括从物方到像方光路依次设置前组、光阑、后组、调焦组、成像面，所述前组包括依次设置的具有正光焦度的第一弯月透镜、具有正光焦度的第二弯月透镜、具有负光焦度的第三弯月透镜、具有正光焦度的第四弯月透镜，所述后组包括依次设置的具有负光焦度的第五双凹透镜、具有正光焦度的第六双凸透镜、所述调焦组包括依次设置的具有正光焦度的第七双凸透镜、具有正光焦度的第八双凸透镜、具有负光焦度的第九双凹透镜、具有正光焦度的第十弯月透镜、具有正光焦度的第十一平凸透镜、具有负光焦度的第十二平凹透镜。
5.进一步的，所述第三弯月透镜和第四弯月透镜密接胶合成具有负光焦度的第一胶合组；第五双凹透镜和第六双凸透镜密接胶合成具有负光焦度的第二胶合组；第八双凸透镜和第九双凹透镜密接胶合成具有负光焦度的第三胶合组；第十一平凸透镜和第十二平凹透镜密接胶合成具有正光焦度的第四胶合组。
6.进一步的，所述光阑为可变光阑，光阑最大直径为63mm，最小直径为4mm。
7.进一步的，所述前组与光阑之间的空气间隔为4.10mm，光阑与后组之间的空气间隔为8.11mm，后组与调焦组之间的空气间隔为10.55mm，调焦组与成像面之间的空气间隔。
8.进一步的，所述第一弯月透镜与第二弯月透镜之间的空气间隔为24.13mm，第二弯月透镜与第一胶合组之间的空气间隔为3.25mm，第二胶合组与第七双凸透镜之间的空气间隔为10.55mm，第七双凸透镜与第三胶合组之间的空气间隔为0.20mm，第三胶合组与第十弯月透镜之间的空气间隔为5.45mm，第十弯月透镜与第四胶合组之间的空气间隔为0.20mm。
9.进一步的，所述第一弯月透镜使用的玻璃材料，折射率大于1.9。
10.进一步的，所述具有负光焦度的第一胶合组和第二胶合组均由低色散玻璃材料和重火石玻璃材料胶合而成。
11.进一步的，所述第一弯月透镜焦距f
l1’、第二弯月透镜焦距f
l2’、第一胶合组焦距f
d1’、第二胶合组焦距f
d2’、第七双凸透镜焦距f
l7’、第三胶合组焦距f
d3’、第十弯月透镜焦距f
l10’、第四胶合组焦距f
d4’,其与镜头焦距f’满足如下关系：。
12.一种宽波段大像面的中长焦微光镜头的成像方法：当光线入射时，光路顺序进入前组、光阑、后组、调焦组，最后在成像面进行成像，光线从前组的第一个镜片第一弯月透镜入射，由于第一弯月透镜折射率较大，有利于减小后端光路的通光口径同时降低高级像差，光路结构利于实现小型化同时提高成像分辨率，由于第一胶合组和第二胶合组由低色散玻璃材料和重火石玻璃材料胶合而成，对色差尤其是二级光谱像差有很好的校正作用，有利于长焦宽波段镜头成像质量的提升。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：光路前端镜片采用高折射率材料，减小后端光路通光口径同时降低高级像差，胶合组镜片采用低色散冕牌玻璃和重火石玻璃组合，有效地校正了色差尤其是二级光谱像差，提高了镜头在500nm~1000nm宽波段范围成像分辨率，镜头成像靶面大，探测范围宽，结构紧凑。
附图说明
14.下面结合附图对本发明专利进一步说明。
15.图1为本发明实施例光学系统图；图2为本发明实施例近红外波段mtf曲线图；图3为本发明实施例可见光波段mtf曲线图。
16.图中：1
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第一弯月透镜；2
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第二弯月透镜；3
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第三弯月透镜；4
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第四弯月透镜；5
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第五双凹透镜；6
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第六双凸透镜；7
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第七双凸透镜；8
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第八双凸透镜；9
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第九双凹透镜；10
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第十弯月透镜；11
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第十一平凸透镜；12
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第十二平凹透镜；13
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成像面；a
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前组；b
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光阑；c
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后组；d
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调焦组。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
18.如图1
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3所示，一种宽波段大像面的中长焦微光镜头：包括从物方到像方光路依次设置前组a、光阑b、后组c、调焦组d、成像面13，所述前组包括依次设置的具有正光焦度的第一弯月透镜1、具有正光焦度的第二弯月透镜2、具有负光焦度的第三弯月透镜3、具有正光焦度的第四弯月透镜4，所述后组包括依次设置的具有负光焦度的第五双凹透镜5、具有正光焦度的第六双凸透镜6、所述调焦组包括依次设置的具有正光焦度的第七双凸透镜7、具有正光焦度的第八双凸透镜8、具有负光焦度的第九双凹透镜9、具有正光焦度的第十弯月透镜10、具有正光焦度的第十一平凸透镜11、具有负光焦度的第十二平凹透镜12；保持镜头长度不变而前后移动调焦组，能够实现镜头对不同远近目标的清晰成像。
19.在本实施例中，所述第三弯月透镜和第四弯月透镜密接胶合成具有负光焦度的第一胶合组；第五双凹透镜和第六双凸透镜密接胶合成具有负光焦度的第二胶合组；第八双凸透镜和第九双凹透镜密接胶合成具有负光焦度的第三胶合组；第十一平凸透镜和第十二平凹透镜密接胶合成具有正光焦度的第四胶合组。
20.在本实施例中，所述光阑为可变光阑，光阑最大直径为63mm，最小直径为4mm。
21.在本实施例中，所述前组与光阑之间的空气间隔为4.10mm，光阑与后组之间的空气间隔为8.11mm，后组与调焦组之间的空气间隔为10.55mm，调焦组与成像面之间的空气间隔。
22.在本实施例中，所述第一弯月透镜与第二弯月透镜之间的空气间隔为24.13mm，第二弯月透镜与第一胶合组之间的空气间隔为3.25mm，第二胶合组与第七双凸透镜之间的空气间隔为10.55mm，第七双凸透镜与第三胶合组之间的空气间隔为0.20mm，第三胶合组与第十弯月透镜之间的空气间隔为5.45mm，第十弯月透镜与第四胶合组之间的空气间隔为0.20mm。
23.在本实施例中，所述第一弯月透镜使用的玻璃材料，折射率大于1.9；有利于减小后端光路的通光口径同时降低高级像差，光路结构利于实现小型化同时提高成像分辨率。
24.在本实施例中，所述具有负光焦度的第一胶合组和第二胶合组均由低色散玻璃材料和重火石玻璃材料胶合而成，对色差尤其是二级光谱像差有很好的校正作用，有利于长焦宽波段镜头成像质量的提升。
25.在本实施例中，所述第一弯月透镜焦距f
l1’、第二弯月透镜焦距f
l2’、第一胶合组焦距f
d1’、第二胶合组焦距f
d2’、第七双凸透镜焦距f
l7’、第三胶合组焦距f
d3’、第十弯月透镜焦距f
l10’、第四胶合组焦距f
d4’,其与镜头焦距f’满足如下关系：。
26.一种宽波段大像面的中长焦微光镜头，其各个镜片需满足表1所示的参数要求。
27.其工作波段涵盖500nm~1000nm，在近红外波段分辨率优于120lp/mm，同时可见光波段分辨率优于80lp/mm。镜头焦距f’=100mm，探测距离远；相对孔径1/1.1大，集光能力强；成像靶面φ24mm，靶面大，探测范围大一种宽波段大像面的中长焦微光镜头的成像方法：当光线入射时，光路顺序进入前组、光阑、后组、调焦组，最后在成像面进行成像，光线从前组的第一个镜片第一弯月透镜入射，由于第一弯月透镜折射率较大，有利于减小后端光路的通光口径同时降低高级像差，光路结构利于实现小型化同时提高成像分辨率，由于第一胶合组和第二胶合组由低色散玻璃材料和重火石玻璃材料胶合而成，对色差尤其是二级光谱像差有很好的校正作用，有利于长焦宽波段镜头成像质量的提升。
28.上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
29.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
30.本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
31.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系例如“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，且上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的形状。
32.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
33.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。