CN105301744A - 摄远型超大像面高清镜头及其安装方法 - Google Patents

摄远型超大像面高清镜头及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种摄远型超大像面高清镜头及其安装方法，镜头的机械结构包括自左向右依次安装连接在底板上的主镜筒、后组镜筒和CCD组件，主镜筒和后组镜筒之间通过光栏座相连接，镜头的光学系统包括沿光路自左向右入射方向分别设置有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的调焦组B、可变光阑C、光焦度为正的后固定组D，前固定组A和调焦组B设置在主镜筒内，所述后固定组D设置在后组镜筒内，本发明光学总长与系统焦距的比值小于0.56，远低于一般的摄远型折射系统，克服了摄远型结构轴外像差难于校正、难以适应大靶面成像的缺点，成像靶面达到了44mm，使得光信息收集能力大大增强，具有通光量大、高分辨率的特点，能与高清相机适配。

Description

摄远型超大像面高清镜头及其安装方法
技术领域
本发明涉及一种摄远型超大像面高清镜头及其安装方法，属于光电技术领域。
背景技术
摄远型光学系统因其特有的结构紧凑的特点，在对系统提出严格几何外形限制要求的场合得到了广泛的应用。但是这种系统也有固有的缺点，比如系统主要光焦度集中在系统前部分，增加了球差、色差尤其是二级光谱等轴向像差的校正难度；光焦度前后分离现象比较严重，轴外像差尤其是垂轴色差、畸变等严重限制了摄远型系统的视场角，难于在大靶面系统中应用；当要求大通光量时，其光学总长与系统焦距的比值也难于进一步减小，一般的摄远型折射系统比值约为0.75~0.85；特别是当要求这类系统与高清相机适配时，更增加了设计难度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种摄远型超大像面高清镜头及其安装方法。该镜头成像靶面达到了44mm，光学总长与系统焦距的比值小于0.56，通光量大，且具有高分辨率的特点，能与高清相机适配，中间镜组可调焦，能满足极端温度环境下的应用要求。
本发明的技术方案是，一种摄远型超大像面高清镜头，其特征在于：所述镜头的机械结构包括自左向右依次安装连接在底板上的主镜筒、后组镜筒和CCD组件，所述主镜筒和后组镜筒之间通过光栏座相连接，所述镜头的光学系统包括沿光路自左向右入射方向分别设置有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的调焦组B、可变光阑C、光焦度为正的后固定组D，所述前固定组A和调焦组B设置在主镜筒内，所述后固定组D设置在后组镜筒内。
进一步的，所述前固定组A包括依次设置的平凸透镜A-1、正月牙型透镜A-2、负月牙型透镜A-3、正月牙透镜A-4，所述调焦组B包括依次设置的由双凸透镜B-1和双凹透镜B-2密接的调焦胶合组、平凹透镜B-3；所述后固定组D包括依次设置的由双凹透镜D-1和平凸透镜D-2密接的固定胶合组、双凸透镜D-3。
进一步的，沿光线入射方向，所述前固定组A与调焦组B之间的空气间隔为21.50mm，调焦组B与光阑C之间的空气间隔为34.00mm，光阑C与后固定组D之间的空气间隔为50.00mm。
进一步的，沿光线入射方向，所述平凸透镜A-1与正月牙型透镜A-2之间的空气间隔为0.20mm，正月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3之间的空气间隔为0.20mm，负月牙型透镜A-3与正月牙透镜A-4之间的空气间隔为0.80mm；所述调焦胶合组与平凹透镜B-3之间的空气间隔为4.00mm；所述固定胶合组与双凸透镜D-3之间的空气间隔为53.00mm。
进一步的，所述平凸透镜A-2、正月牙透镜A-4均由H-FK61超低色散材料制成。
进一步的，所述光栏座的内壁设置有诺干条齿纹并涂覆有消光漆。
一种摄远型超大像面高清镜头的安装方法，包括以下步骤：
（1）将前组A的镜片由主镜筒的前部装入主镜筒内，将调焦组B的镜片由主镜筒的后部装入主镜筒内；
（2）将后固定组D的镜片装入后组镜筒中；
（3）通过光栏座将主镜筒和后组镜筒连接；
（4）将主镜筒和后组镜筒与底板固定连接；
（5）在后组镜筒后部安装CCD组件，完成装配。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：光学总长与系统焦距的比值小于0.56，远低于一般的摄远型折射系统(0.75~0.85),克服了摄远型结构轴外像差难于校正、难以适应大靶面成像的缺点，其成像靶面达到了44mm，使得光信息收集能力大大增强；克服了摄远型结构光焦度分配中前后分离严重、难以校正轴上像差的缺点，具有通光量大、高分辨率的特点，能与高清相机适配；中间镜组可调焦，能满足极端温度环境下的应用要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的阐述。
图1为本发明的光学系统图；
图2为本发明结构示意图。
图中：
A-前固定组A;A-1-平凸透镜A-1;A-2-正月牙型透镜A-2;A-3-负月牙型透镜A-3;A-4-正月牙透镜A-4;B-调焦组B;B-1-双凸透镜B-1;B-2-双凹透镜B-2;B-3-平凹透镜B-3;C-可变光阑C;D-后固定组D;D-1-双凹透镜D-1;D-2-平凸透镜D-2;D-3-双凸透镜D-3;1-主镜筒;2-底板；3-光栏座；4-侧板；5-后组镜筒；6-CCD组件。
具体实施方式
如图1~2所示，一种摄远型超大像面高清镜头，其特征在于：所述镜头的机械结构包括自左向右依次安装连接在底板上的主镜筒、后组镜筒和CCD组件，所述主镜筒和后组镜筒之间通过光栏座相连接，所述镜头的光学系统包括沿光路自左向右入射方向分别设置有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的调焦组B、可变光阑C、光焦度为正的后固定组D，所述前固定组A和调焦组B设置在主镜筒内，所述后固定组D设置在后组镜筒内。
在本实施例中，所述前固定组A包括依次设置的平凸透镜A-1、正月牙型透镜A-2、负月牙型透镜A-3、正月牙透镜A-4，所述调焦组B包括依次设置的由双凸透镜B-1和双凹透镜B-2密接的调焦胶合组、平凹透镜B-3；所述后固定组D包括依次设置的由双凹透镜D-1和平凸透镜D-2密接的固定胶合组、双凸透镜D-3。
在本实施例中，沿光线入射方向，所述前固定组A与调焦组B之间的空气间隔为21.50mm，调焦组B与光阑C之间的空气间隔为34.00mm，光阑C与后固定组D之间的空气间隔为50.00mm。
在本实施例中，沿光线入射方向，所述平凸透镜A-1与正月牙型透镜A-2之间的空气间隔为0.20mm，正月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3之间的空气间隔为0.20mm，负月牙型透镜A-3与正月牙透镜A-4之间的空气间隔为0.80mm；所述调焦胶合组与平凹透镜B-3之间的空气间隔为4.00mm；所述固定胶合组与双凸透镜D-3之间的空气间隔为53.00mm。
在本实施例中，所述平凸透镜A-2、正月牙透镜A-4均由H-FK61超低色散材料制成。
在本实施例中，在光路设计时，选用摄远型初始结构，合理排布光焦度分布，使光学系统总长与系统焦距值之比尽量减小；由于系统主要光焦度集中在前部分，增加了球差、轴上色差尤其是二级光谱等轴向像差的校正难度，特别是前固定组，承担了大部分校正系统轴上像差的任务，因此使用了两片超低色散的光学玻璃，使镜头的分辨率大幅提高，中间调焦组用于对远近不同目标进行聚焦，弥补了大口径镜头景深小的缺陷；同时利用该调焦组对温度引起的像面漂移进行温度调焦，使得镜头在极端温度环境下仍能良好成像。
在本实施例中，为了承受振动及力学冲击要求，采用采用侧板连接和底板辅助连接的方式固定，有效提高镜头整体抗振性能和可靠性。同时尽可能降低系统的重心，以增加镜头的谐振频率，避免低频处产生共振，从而提高了镜头的抗振性能。此样机装调后，进行振动、冲击实验。实验结果在振动频率段没有产生共振现象，各项技术指标符合技术条件要求。
在本实施例中，镜头前组镜片口径较大，最大口径为114mm。为了满足-40℃~+65℃的工作温度要求，通过计算适当加大镜片与镜筒之间的间隙，保证在高温差情况下镜头的成像质量，提高镜头可靠性。
在本实施例中，前固定组A和调焦组B设计成前后装入方式，前固定组A通过前组镜筒左侧按顺序装入，调焦组B通过前组镜筒右侧按顺序装入，保证机装、光装、调试的方便性，同时方便后期的维修和故障排查。
在本实施例中，光栏座及各压圈、隔圈等内壁处均加工诺干条宽度适当的齿纹，并涂上消光漆，利用镜筒内壁对杂散光辐射的散射和吸收，从而达到抑制杂散光的目的。
在本实施例中，该镜头实现的技术指标如下：焦距：f′=550mm；相对孔径D/F=1/5；视场角2ω：4.52°；适用光谱范围：450nm～700nm；分辨率：与千万像素的高清摄像机适配；光路总长∑≤308mm；工作温度：-40℃~+65℃；工作相对湿度：≤95%；振动：1/2半正弦波，三轴方向5Hz-1000Hz，3g；冲击：三轴方15g，20ms，每轴3次。。
在本实施例中，通过膜系优化设计，使镜头在450-700nm波段范围内有优于85%的透过率，提高对远距离目标的探测能力。
一种摄远型超大像面高清镜头的安装方法，包括以下步骤：
（1）将前组A的镜片由主镜筒的前部装入主镜筒内，将调焦组B的镜片由主镜筒的后部装入主镜筒内；
（2）将后固定组D的镜片装入后组镜筒中；
（3）通过光栏座将主镜筒和后组镜筒连接；
（4）将主镜筒和后组镜筒与底板固定连接；
（5）在后组镜筒后部安装CCD组件，完成装配。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种摄远型超大像面高清镜头，其特征在于：所述镜头的机械结构包括自左向右依次安装连接在底板上的主镜筒、后组镜筒和CCD组件，所述主镜筒和后组镜筒之间通过光栏座相连接，所述镜头的光学系统包括沿光路自左向右入射方向分别设置有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的调焦组B、可变光阑C、光焦度为正的后固定组D，所述前固定组A和调焦组B设置在主镜筒内，所述后固定组D设置在后组镜筒内。
2.根据权利要求1所述的摄远型超大像面高清镜头，其特征在于：所述前固定组A包括依次设置的平凸透镜A-1、正月牙型透镜A-2、负月牙型透镜A-3、正月牙透镜A-4，所述调焦组B包括依次设置的由双凸透镜B-1和双凹透镜B-2密接的调焦胶合组、平凹透镜B-3；所述后固定组D包括依次设置的由双凹透镜D-1和平凸透镜D-2密接的固定胶合组、双凸透镜D-3。
3.根据权利要求2所述的摄远型超大像面高清镜头，其特征在于：沿光线入射方向，所述前固定组A与调焦组B之间的空气间隔为21.50mm，调焦组B与光阑C之间的空气间隔为34.00mm，光阑C与后固定组D之间的空气间隔为50.00mm。
4.根据权利要求3所述的摄远型超大像面高清镜头，其特征在于：沿光线入射方向，所述平凸透镜A-1与正月牙型透镜A-2之间的空气间隔为0.20mm，正月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3之间的空气间隔为0.20mm，负月牙型透镜A-3与正月牙透镜A-4之间的空气间隔为0.80mm；所述调焦胶合组与平凹透镜B-3之间的空气间隔为4.00mm；所述固定胶合组与双凸透镜D-3之间的空气间隔为53.00mm。
5.根据权利要求4所述的摄远型超大像面高清镜头，其特征在于：所述平凸透镜A-2、正月牙透镜A-4均由H-FK61超低色散材料制成。
6.根据权利要求5所述的摄远型超大像面高清镜头，其特征在于：所述光栏座的内壁设置有诺干条齿纹并涂覆有消光漆。
7.一种摄远型超大像面高清镜头的安装方法，采用如权利要求6所述的摄远型超大像面高清镜头，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将前组A的镜片由主镜筒的前部装入主镜筒内，将调焦组B的镜片由主镜筒的后部装入主镜筒内；
（2）将后固定组D的镜片装入后组镜筒中；
（3）通过光栏座将主镜筒和后组镜筒连接；
（4）将主镜筒和后组镜筒与底板固定连接；
（5）在后组镜筒后部安装CCD组件，完成装配。
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