CN101587229B - 一种镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了这样一种短焦比、大口径折返夜视镜头，其从物端到成像端同光轴地依次设置：具有单面负折射能力及单面反射能力的第一透镜；具有正折射能力及弯月形状的第二透镜；具有单面负折射能力及单面反射能力及弯月形状的第三透镜。其中第一透镜的折射面第二透镜的凸面在一起，第二透镜的凹面与第三透镜的凹面相对。该设计为光路提供了多次的折射与反射，有效的折叠了光路，在不增加镜头系统长度和采用少量镜组的前提下，有效的缩小了焦比值，提高了成像质量，而且成本较低，方便于携带。

Description

一种镜头
技术领域
本发明涉及一种镜头，特别是涉及一种大口径、短焦比折返夜视镜头。 
背景技术
一般来说，现有的夜视技术包括红外夜视和微光夜视两方面。红外夜视技术分为主动红外夜视技术和被动红外夜视技术。主动红外夜视技术是通过主动照射并利用目标反射红外源的红外光来实施观察的夜视技术，对应装备为主动红外夜视仪。被动红外夜视技术是借助于目标自身发射的红外辐射来实现观察的红外技术，它根据目标与背景或目标各部分之间的温差或热辐射差来发现目标。其装备为热像仪。热成像仪具有不同于其它夜视仪的独特优点，如可在雾、雨、雪的天气下工作，作用距离远，能识别伪装和抗干扰等。但其成本也非常高。 
另一种微光夜视技术，所面临的首要问题就是要使用大口径的望远镜，尽可能多地得到光能量。现在一般成熟的大口径的望远镜镜头都源于马卡Makesutov-Cassegrain)系统天文望远镜，其构成如图1的成像图所示。厚弯月面透镜1的凹面朝着入射光线一侧，在其后方配置凹面主镜3。厚弯月面透镜1的凸侧的一部分镜面实施真空蒸镀，以形成副镜2。入射光线从厚弯月面透镜1的凹面射入，并通过副镜2和主镜3而在焦点f所在的焦平面上成像。因为其很强的集光力以及高放大倍率是天文爱好者观看行星等天体的利器。对于在夜视观察情况下，我们搜寻的目标可能比星星要暗好多，也不可能背着类似天文望远镜这种庞然大物进行工作。但是，该马卡(Makesutov-Cassegrain)系统因为要保证成像质量以及高放大倍率，必须要使焦距做的很长，这样不仅焦比很大，集光能力仍然略显不足而且镜筒长度较长，增加了重量，不利于方便携带。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种成像质量高，放大分辨率高并且重量轻、成本低的夜视镜头。 
为达到上述目的，本发明提供了这样一种短焦比、大口径折返镜头，其从物端到成像端同光轴地依次设置： 
具有单面负折射能力及单面反射能力的第一透镜； 
具有正折射能力及弯月形状的第二透镜； 
具有单面负折射能力及单面反射能力及弯月形状的第三透镜。 
其中第一透镜的折射面第二透镜的凸面在一起，第二透镜的凹面与第三透镜具有负折射能力的凹面相对。 
当光线首先从第二透镜的凸面入射，再从其凹面出射，完成第一次折射，再从第三透镜的凹面入射，其凸面反射，然后再从其凹面出射，第二透镜凹面入射，第二透镜凸面出射，完成第二次折射，然后从第一透镜反射面反射，第二透镜凸面入射，从第二透镜的凹面出射，完成第三次折射。 
由于本发明对第一透镜与第二透镜的胶合设计，加上第三透镜的作用，为光路提供了多次的折射与反射，有效的折叠了光路，在不增加镜头系统长度和采用少量镜组的前提下，有效的缩小了焦比值，提高了成像质量，而且成本较低，方便于携带。 
附图说明
图1是现有技术中马克苏托夫望远镜的成像图； 
图2是大口径，短焦比折返夜视镜头系统的透镜布局示意图； 
图3是大口径，短焦比折返夜视镜头系统的MTF曲线； 
图4是大口径，短焦比折返夜视镜头系统的轴上像差曲线； 
图5是大口径，短焦比折返夜视镜头系统的轴外像差曲线。 
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的描述。 
图1所示为马克苏托夫望远镜的成像图，厚弯月面透镜1的凹面朝着入射光线一侧，在其后方配置凹面主镜3。厚弯月面透镜1的凸侧的一部分镜面实施真空蒸镀，以形成副镜2。入射光线从厚弯月面透镜1的凹面射入，并通过副镜2和主镜3而在焦点f所在的焦平面4上成像。 
图2是大口径，短焦比折返夜视镜头系统的透镜布局示意图。在该发明中，从物端到成像端同光轴地依次设置： 
具有单面负折射能力及单面反射能力的第一透镜4； 
具有正折射能力及弯月形状的第二透镜5； 
具有正折射能力及双凸形外表面的第四透镜7； 
具有负折射能力及弯月形状的第五透镜8； 
具有单面负折射能力及单面反射能力及弯月形状的第三透镜6； 
具有大焦距正折射能力及弯月形状的第六透镜9； 
具有负折射能力及弯月形状的第七透镜10。 
其中第一透镜的折射面第二透镜的凸面在一起，第二透镜的凹面与第三透镜的凹面相对。 
如上所述的大口径，短焦比折返夜视镜头系统，第一透镜与第二透镜外胶合设计，第四透镜与第五透镜胶合，第六透镜与第七透镜胶合。 
如上所述的大口径，短焦比折返夜视镜头系统，满足下面条件： 
0.5F＜L＜0.8F 
1.2F＜D＜2F 
3.5F＜|R1|＜4.5F 
1.5F＜|R5|＜2.5F 
0.3F＜F3＜0.6F 
0.9F＜|F4|＜1.4F    F4＜0 
其中L为系统总长，D为系统入瞳口径，F为整个光学系统的后焦距，R1是所述第一透镜的反射面的曲率半径，R5是所述第三透镜的反射面的曲率半径，F3为第三透镜组的焦距，F4为第四透镜组的焦距。
下面就本发明的光路进行简要的描述： 
首先光线首先从第二透镜的凸面入射，再从其凹面出射，完成第一次折射，再从第三透镜的凹面入射，其凸面反射，然后再从其凹面出射，第二透镜凹面入射，第二透镜凸面出射，完成第二次折射，然后从第一透镜反射面反射，第二透镜凸面入射，从第二透镜的凹面出射，完成第三次折射。对于完成三次折射后，出射光线依次经过第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜，经过多次折射后，缩短了系统焦距，有利于校正系统的各种轴外像差。 
作为本发明的一个优选实施例，选用镜头焦距F为200mm，焦比值(F/D)为1.6，全镜头系统总长为135mm，半视场角为2.2°，对照图2，通过选取一系列较优数据，如下表所示： 
  曲率半径   透镜厚度及间距   折射率   ABBE数
  R2＝206.375   D2＝15   N1＝1.516800   64.167336
  R3＝360.985   D3＝48.667    
  R4＝-435.432   D6＝12   N2＝1.516800   64.167336
  R5＝-383.007   D6’＝-12   MIRROR  
  R4’＝-435.432   D3’＝-48.667    
  R3’＝360.985   D2’＝-15   N3＝1.516800   64.167336
  R2’＝206.375   D1＝-5.4   N4＝1.516800   64.167336
  R1＝-799.998   D1’＝5.4   MIRROR  
  R2”＝206.375   D2”＝15   N5＝1.516800   64.167336
  R3”＝360.985   D4＝40    
  R6＝129.997   D5＝15   N6＝1.516800   64.167336
  R7＝-42.73   D7＝4   N7＝1.672701   32.173262
  R8＝-61.9   D8＝7    
    R9＝-55.677     D9＝4   N8＝1.728250     28.410205
    R10＝-54.166     D10＝4   N9＝1.613089     60.664371
    R11＝-98.298     D11＝40.73    
表中R1～R11表示光线第一次经过该曲面的曲率半径，R2’、R3’、R4’、表示光线第二次经过该曲面的曲率半径，R2”、R3”表示光线第三次经过该曲面的曲率半径。D1、D2、D6、D5、D7、D9、D10、分别表示第一至第七透镜的厚度，D3表示第二透镜与第三透镜的距离，D4表示第三透镜与第四透镜的距离，D8表示第三透镜与第第六透的距离，D11表示第七透镜到系统焦点的距离。N1～N9分别代表其所对应面的折射率。 
图2、图3、图4分别示出了具有上述数值的优选实施例的大口径，短焦比折返夜视镜头系统的像差特性。通过使用了大量的K9普通玻璃作为大口径折返部件，BK7与ZF2胶合玻璃，SF10与ZK7胶合玻璃2个小镜组减小了镜头系统的总长度且有效校正了球差及色差。在MTF像质评价中具有较高的分辨率及反差。 

Claims (6)

1.一种镜头，其特征在于其构成是，从物端到成像端同光轴地依次设置：
具有单面负折射能力及单面反射能力的第一透镜(4)；
具有正折射能力及弯月形状的第二透镜(5)；
具有单面负折射能力及单面反射能力及弯月形状的第三透镜(6)，
其中第一透镜(4)的折射面第二透镜(5)的凸面在一起，第二透镜(5)的凹面与第三透镜(6)具有负折射能力的凹面相对。
2.根据权利要求1所述镜头，其特征在于：还包括一个光路折叠模块。
3.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于：所述光路折叠模块包括：
具有正折射能力及双凸形外表面的第四透镜(7)；
具有负折射能力及弯月形状的第五透镜(8)；
具有大焦距正折射能力及弯月形状的第六透镜(9)；
具有负折射能力及弯月形状的第七透镜(10)；
从物端到成像端依次为第四透镜(7)、第五透镜(8)、第六透镜(9)、第七透镜(10)，第三透镜(6)位于第五透镜(8)与第六透镜(9)之间，光线首先从第二透镜的凸面入射，再从其凹面出射，完成第一次折射，再从第三透镜的凹面入射，其凸面反射，然后再从其凹面出射，第二透镜凹面入射，第二透镜凸面出射，完成第二次折射，然后从第一透镜反射面反射，第二透镜凸面入射，从第二透镜的凹面出射，完成第三次折射，对于完成三次折射后，出射光线依次经过第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜。
4.根据权利要求3所述的镜头，其特征在于：
第一透镜(4)与第二透镜(5)外胶合设计，第四透镜(7)与第五透镜(8)胶合，第六透镜(9)与第七透镜(10)胶合。
5.根据权利要求1所述的镜头，共特征在于，还满足下面条件：
0.5F＜L＜0.8F
1.2F＜D＜2F
其中L为系统总长，D为系统入瞳口径，F为整个光学系统的后焦距。
6.根据权利要求3所述的镜头，其特征在于，还满足以下条件：
3.5F＜|R1|＜4.5F
1.5F＜|R5|＜2.5F
0.3F＜F3＜0.6F
0.9F＜|F4|＜1.4F    F4＜0
其中R1是所述第一透镜(4)的反射面的曲率半径，R5是所述第三透镜(6)的反射面的曲率半径，F3为第四透镜(7)与第五透镜(8)在一起的焦距，F4为第六透镜(9)与第七透镜(10)在一起的焦距。
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