CN107229107A - 光学成像镜头和成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了光学成像镜头和成像设备。该光学成像镜头沿光线入射方向依次包括同轴排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜。根据本发明实施例的光学成像镜头具有大视场，高低温、真空稳定性强，耐辐照，抗杂光能力强等优点，适用于民用、航天和空间探测使用。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像领域，特别涉及具有更好的空间环境适应性的光学成像镜头和成像设备。
背景技术
随着航天与空间探测技术的发展，适用于航天、空间探测的光学成像镜头需求量必不可少，种类也越来越多。为了提高航天、空间相机成像范围，超广角镜头成为了必不可少的一部分。
航天、空间环境复杂，与地面环境想比，不仅存在较大的温差，而且压强也有很大的不同。温度和压强的变化都会导致光学镜头各个透镜的厚度、间隔、光焦度、相对折射率发生变化，从而导致光学镜头像面位置变化(即离焦现象)，成像质量下降。此外空间环境中具有大量的带电粒子和其它辐射源，普通民用镜头在辐射源照射下会发生透过率下降、氧化发黑等现象，所以镜头需要一定的耐辐照强度。
航天、空间成像条件往往为高对比度，经常会出现黑背景条件下，强光源(如太阳)在视场内、视场边缘或视场外照射成像，这要求镜头具有较强的抑制杂光能力。
因此，存在对于改进的光学成像镜头和成像设备的需要。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷和不足，提供新颖的和改进的具有更好的空间环境适应性的光学成像镜头和成像设备。
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，通过各个透镜的特定配置和相互配合可以实现视场角大于180°的超广角镜头。
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，通过设置各个透镜的尺寸和光学成像镜头的整体尺寸，可以实现紧凑的结构，并适配多种尺寸的探测器。
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，通过将一个或多个透镜设置为球面镜，可以便于加工和装配。
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，通过球面镜结构形式进一步配合高质量镀膜和消光结构，可以具有较高的消杂光效果，当应用于空间暗背景强光条件下时保持较高的成像质量。
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，通过采用具有耐辐照能力的透镜，可以满足空间使用寿命的要求。
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，适当地选取透镜的光焦度和材料热膨胀系数，可以兼顾高低温、真空环境设计，具有较高的地面、空间环境适应性。
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，通过透镜组成类高斯结构，有利于减小畸变，并结合前端透镜，进一步有利于提高像面边缘相对照度。
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，通过提供位于透镜之间的孔径光阑，有利于控制成像能量，控制像差，并消除杂光
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，其光学镜头畸变为桶形畸变，控制较好，水平视场角(1英寸4:3画幅)畸变最大值为68％。
本发明的一个目的在于提供一种光学成像镜头和成像设备，其各个视场角条件下弥散斑均小于8微米，弥散斑分布较为集中。
根据本发明的一方面，提供了一种光学成像镜头，沿光线入射方向依次包括同轴排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜，所述第一透镜到所述第十一透镜的光焦度绝对值分别为：第一透镜：0.025＜光焦度绝对值＜0.03；第二透镜：0.065＜光焦度绝对值＜0.075；第三透镜：0.095＜光焦度绝对值＜0.1；第四透镜：0.05＜光焦度绝对值＜0.06；第五透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；第六透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；第七透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；第八透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；第九透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；第十透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；和，第十一透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；其中，该光学成像镜头的焦距是4.6mm，F数是4.6，且对角线视场角大于180°。
在上述光学成像镜头中，所述第一透镜到所述第十一透镜的形状分别为：第一透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第二透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第三透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；第四透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；第五透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第六透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；第七透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第八透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；第九透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第十透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第十一透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面。
在上述光学成像镜头中，所述第六透镜和所述第七透镜贴合在一起。
在上述光学成像镜头中，所述第九透镜和所述第十透镜贴合在一起。
在上述光学成像镜头中，所述第一透镜到所述第十一透镜的厚度分别为：第一透镜：3.5mm＜厚度＜4.5mm；第二透镜：1.5mm＜厚度＜2mm；第三透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第四透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；第五透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；第六透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第七透镜：3.5mm＜厚度＜4mm；第八透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第九透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第十透镜：4mm＜厚度＜4.5mm；和，第十一透镜：2mm＜厚度＜2.5mm。
在上述光学成像镜头中，所述第十一透镜的光线出射面的中心距离像面的距离为6mm。
在上述光学成像镜头中，所述光学成像镜头的外形尺寸为
在上述光学成像镜头中，所述第一透镜到所述第十一透镜中的至少一个或多个为球面镜。
在上述光学成像镜头中，所述第一透镜到所述第十一透镜均为球面镜。
在上述光学成像镜头中，所述第一透镜到所述第十一透镜具有与所述球面镜结构形式配合的镀膜和消光结构。
在上述光学成像镜头中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均采用有对应光学性质的耐辐照玻璃作为材料，以选择性地直接替换为耐辐照玻璃。
在上述光学成像镜头中，包括以下的至少其中之一：所述第一透镜采用石英材料；所述第二透镜采用镧氟材料；所述第三透镜采用镧氟材料；和，所述第四透镜采用重火石材料。
在上述光学成像镜头中，包括以下的至少其中之一：所述第五透镜采用高折射率重火石玻璃材料；所述第六透镜采用高折射率重火石玻璃材料；所述第七透镜采用高折射率重火石玻璃材料；所述第八透镜采用HLAK53A材料；所述第九透镜采用HZF7材料；所述第十透镜采用HQK3材料；和，所述第十一透镜采用HLAK53A材料。
在上述光学成像镜头中，包括以下的至少其中之一：所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜组成类高斯结构。
在上述光学成像镜头中，进一步包括孔径光阑，设置于所述第七透镜和所述第八透镜之间。
根据本发明的另一方面，提供了一种成像设备，包括光学成像镜头和用于将所述光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件，所述光学成像镜头沿光线入射方向依次包括同轴排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜，所述第一透镜到所述第十一透镜的光焦度绝对值分别为：第一透镜：0.025＜光焦度绝对值＜0.03；第二透镜：0.065＜光焦度绝对值＜0.075；第三透镜：0.095＜光焦度绝对值＜0.1；第四透镜：0.05＜光焦度绝对值＜0.06；第五透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；第六透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；第七透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；第八透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；第九透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；第十透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；和，第十一透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；其中，该光学成像镜头的焦距是4.6mm，F数是4.6，且对角线视场角大于180°。
在上述成像设备中，所述第一透镜到所述第十一透镜的形状分别为：第一透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第二透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第三透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；第四透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；第五透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第六透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；第七透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第八透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；第九透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第十透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第十一透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面。
在上述成像设备中，所述第六透镜和所述第七透镜贴合在一起。
在上述成像设备中，所述第九透镜和所述第十透镜贴合在一起。
在上述成像设备中，所述第一透镜到所述第十一透镜的厚度分别为：第一透镜：3.5mm＜厚度＜4.5mm；第二透镜：1.5mm＜厚度＜2mm；第三透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第四透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；第五透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；第六透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第七透镜：3.5mm＜厚度＜4mm；第八透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第九透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第十透镜：4mm＜厚度＜4.5mm；和，第十一透镜：2mm＜厚度＜2.5mm。
在上述成像设备中，所述第十一透镜的光线出射面的中心距离像面的距离为6mm。
在上述成像设备中，所述光学成像镜头的外形尺寸为
在上述成像设备中，所述第一透镜到所述第十一透镜中的至少一个或多个为球面镜。
在上述成像设备中，所述第一透镜到所述第十一透镜均为球面镜。
在上述成像设备中，所述第一透镜到所述第十一透镜具有与所述球面镜结构形式配合的镀膜和消光结构。
在上述成像设备中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均采用有对应光学性质的耐辐照玻璃作为材料，以选择性地直接替换为耐辐照玻璃。
在上述成像设备中，包括以下的至少其中之一：所述第一透镜采用石英材料；所述第二透镜采用镧氟材料；所述第三透镜采用镧氟材料；和，所述第四透镜采用重火石材料。
在上述成像设备中，包括以下的至少其中之一：所述第五透镜采用高折射率重火石玻璃材料；所述第六透镜采用高折射率重火石玻璃材料；所述第七透镜采用高折射率重火石玻璃材料；所述第八透镜采用HLAK53A材料；所述第九透镜采用HZF7材料；所述第十透镜采用HQK3材料；和，所述第十一透镜采用HLAK53A材料。
在上述成像设备中，包括以下的至少其中之一：所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜组成类高斯结构。
在上述成像设备中，进一步包括孔径光阑，设置于所述第七透镜和所述第八透镜之间。
通过根据本发明的光学成像镜头和成像设备，经由采用各个透镜的结构形式和特定配置，可以以紧凑的结构实现超广角镜头，并具有高成像质量，抗杂光能力强。
通过根据本发明的光学成像镜头和成像设备，经由各个透镜的合理的光焦度和材料热膨胀系数选取，可以兼顾高低温、真空环境设计，具有较高的地面、空间环境适应性，并具有较强的耐辐照能力。
附图说明
图1根据本发明实施例的光学成像镜头的结构示意图；
图2a是根据本发明实施例的光学成像镜头在常温常压条件下的光学调制传递函数图；
图2b是根据本发明实施例的光学成像镜头在-50°低温真空条件下的光学调制传递函数图；
图2c是根据本发明实施例的光学成像镜头在+50°高温真空条件下的光学调制传递函数；
图2d是根据本发明实施例的光学成像镜头在常温真空条件下的光学调制传递函数图；
图3a是根据本发明实施例的光学成像镜头的畸变曲线示意图；
图3b是根据本发明实施例的光学成像镜头的网格图；
图4是根据本发明实施例的光学成像镜头的弥散斑点列图；
图5a是根据本发明实施例的光学成像镜头的球差示意图；
图5b是根据本发明实施例的光学成像镜头的场曲示意图；
图6是根据本发明实施例的光学成像镜头的适应耐辐照曲线图；
图7是根据本发明实施例的成像设备的示意性框图。
具体实施方式
以下描述用于公开本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
以下说明书和权利要求中使用的术语和词不限于字面的含义，而是仅由本发明人使用以使得能够清楚和一致地理解本发明。因此，对本领域技术人员很明显仅为了说明的目的而不是为了如所附权利要求和它们的等效物所定义的限制本发明的目的而提供本发明的各种实施例的以下描述。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
虽然比如“第一”、“第二”等的序数将用于描述各种组件，但是在这里不限制那些组件。该术语仅用于区分一个组件与另一组件。例如，第一组件可以被称为第二组件，且同样地，第二组件也可以被称为第一组件，而不脱离发明构思的教导。在此使用的术语“和/或”包括一个或多个关联的列出的项目的任何和全部组合。
在这里使用的术语仅用于描述各种实施例的目的且不意在限制。如在此使用的，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示例外。另外将理解术语“包括”和/或“具有”当在该说明书中使用时指定所述的特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组合的存在，而不排除一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组的存在或者附加。
包括技术和科学术语的在这里使用的术语具有与本领域技术人员通常理解的术语相同的含义，只要不是不同地限定该术语。应当理解在通常使用的词典中限定的术语具有与现有技术中的术语的含义一致的含义。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1根据本发明实施例的光学成像镜头的结构示意图。如图1所示，根据本发明实施例的光学成像镜头是应用于航天、空间环境的超广角镜头，其沿光线入射方向依次包括同轴排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜，如图1中的标号1到11所示。另外，图1中的标号12表示探测器保护窗，本领域技术人员可以理解，对于光学成像镜头来说，也可以不包括该探测器保护窗。
并且，如图1所示，第六透镜和第七透镜彼此胶合，并且第九透镜和第十透镜彼此胶合，从而实现反远距的结构形式。但是，这仅是根据本发明实施例的光学成像镜头的优选示例，本发明实施例并不对此进行限定。
为了满足航天、空间环境下的应用要求，根据本发明实施例的光学成像镜头限定各个第一透镜的光焦度绝对值如下：
第一透镜的光焦度绝对值为：0.025＜光焦度绝对值＜0.03；
第二透镜的光焦度绝对值为：0.065＜光焦度绝对值＜0.075；
第三透镜的光焦度绝对值为：0.095＜光焦度绝对值＜0.1；
第四透镜的光焦度绝对值为：0.05＜光焦度绝对值＜0.06；
第五透镜的光焦度绝对值为：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；
第六透镜的光焦度绝对值为：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；
第七透镜的光焦度绝对值为：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；
第八透镜的光焦度绝对值为：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；
第九透镜的光焦度绝对值为：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；
第十透镜的光焦度绝对值为：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；
第十一透镜的光焦度绝对值为：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；
其中，该光学成像镜头的焦距是4.6mm，F数是4.6，且对角线视场角大于180°。
因此，在根据本发明实施例的光学成像透镜中，通过设置上述第一透镜到第十一透镜的光焦度绝对值，实现焦距是4.6mm，F数是4.6，且对角线视场角大于180°。
优选地，根据本发明实施例的光学成像镜头的第一透镜到第十一透镜的形状如下：第一透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第二透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第三透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；第四透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；第五透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第六透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；第七透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第八透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；第九透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第十透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第十一透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面。
并且，优选地，第六透镜和第七透镜贴合在一起，即第六透镜的像侧面贴在第七透镜的物侧面上。此外，优选地，第九透镜和第十透镜贴合在一起，即第九透镜的像侧面贴在第十透镜的物侧面上。这样，彼此贴合的透镜可以矫正色差，减小公差敏感度，也可以残留部分色差以平衡系统的色差。
这里，本领域技术人员可以理解，由于光焦度本身就和透镜形状具有一定关系，通过调节第一透镜到第十一透镜的光焦度以使得光学成像镜头的焦距是4.6mm，F数是4.6，且对角线视场角大于180°，就可以获得具有紧凑结构的超广角镜头。
另外，在调节光焦度的同时，透镜的形状以及透镜的间距也会相应地发生改变，因此，根据本发明实施例的光学成像镜头的镜头整体参数也可以通过光焦度设置配合透镜形状以及透镜间距的设置来实现，但是透镜形状并不限定于上述及附图中所示的形状，而是可以有一定(优选地较小)的变化，且配合调整透镜间距同样可以达到镜头整体参数)。这样，根据本发明实施例的光学成像镜头可以对正前方半球空间成像。并且，当配合1英寸的探测器时(4:3画幅)，水平视场角约为150°，且垂直视场角约为115°。
优选地，根据本发明实施例的光学成像镜头的第一透镜到第十一透镜满足一定的尺寸要求，具体如下：
第一透镜：3.5mm＜厚度＜4.5mm；
第二透镜：1.5mm＜厚度＜2mm；
第三透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；
第四透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；
第五透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；
第六透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；
第七透镜：3.5mm＜厚度＜4mm；
第八透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；
第九透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；
第十透镜：4mm＜厚度＜4.5mm；
第十一透镜：2mm＜厚度＜2.5mm。
并且，优选地，上述第十一透镜的光线出射面的中心距离像面的距离为6mm，这样可适用于多种类型的空间探测器。
另外，优选地，为了便于加工和装配，根据本发明实施例的光学成像镜头的第一透镜到第十一透镜中的至少一个或多个为球面镜。当然，更为优选地，根据本发明实施例的光学成像镜头的第一透镜到第十一透镜均为球面镜。通过采用球面镜，可以较好地控制透镜结构参数，便于透镜的加工和装配。并且，针对上述第一透镜到第十一透镜的球面镜结构形式，可以进一步配合高质量镀膜和消光结构。这样，由于其具有较高的消杂光效果，当应用于空间暗背景强光条件下时可以保持较高的成像质量。例如在200000lx光照条件下也不会产生彩虹、鱼鳞、拖影状杂光和衍射杂光。
这样，具有上述透镜尺寸的光学成像镜头的外形尺寸为视场角大于180°，像面为半径为1英寸的圆形，结构紧凑。
关于根据本发明实施例的光学成像镜头中的第一透镜到第十一透镜的材料，均可以采用普通玻璃。但是，优选的，上述第一透镜作为光线入射方向上的第一片透镜，采用石英作为材料，这样，由于第一透镜的厚度大于3.5mm，可以具有较强的耐辐照性能。例如，当该第一透镜的厚度为4mm时，等效铝厚度为3.24mm。具体来说，经过测试，可满足空间5年以上使用寿命的要求(透过率下降小于5％，透镜表面无氧化，RGB色彩下降均小于10％)。
但是，对于更高耐辐照环境要求，作为光线入射方向上的第二片、第三片和第四片透镜，该光学成像镜头的第二、三、四透镜均可选用有对应光学性质的耐辐照玻璃作为材料，这样，可直接替换为耐辐照玻璃，进一步提高镜头耐辐照能力，使镜头具有大于15年的空间使用寿命(透过率下降小于5％，透镜表面无氧化，RGB色彩下降均小于10％)。例如，优选地，上述第二透镜和第三透镜采用镧氟材料，而上述第四透镜采用重火石材料，从而等效铝厚度为8.56mm。
另外，上述第五透镜、第六透镜和第七透镜优选地均采用高折射率重火石玻璃。并且，上述第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜的材料分别为HLAK53A、HZF7、HQK3和HLAK53A。
这样，通过适当地选取第一透镜到第十一透镜的光焦度和材料热膨胀系数，根据本发明实施例的光学成像镜头可以兼顾高低温、真空环境设计，具有较高的地面、空间环境适应性。并且，根据本发明实施例的光学成像镜头可以保证在复杂环境条件，例如常温常压、高低温真空条件和常温真空条件下保持像面稳定，无需调焦。这样，根据本发明实施例的光学成像镜头可以在地面常温常压下进行装配，并进行像面调整，而在到达空间环境后，不需要再重新调整像面。
此外，通过第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜、第九透镜、第十片透镜组成类高斯结构，有利于减小畸变，并且结合前端透镜，进一步有利于提高像面边缘相对照度。优选地，孔径光阑位于第七透镜和第八透镜之间，用于控制成像能量，控制像差，并消除杂光。
这样，根据本发明实施例的光学成像镜头的畸变实现为桶形畸变，控制较好，水平视场角(1英寸4:3画幅)畸变最大值为68％。
并且，根据本发明实施例的光学成像镜头在各个视场角条件下弥散斑均小于8微米，弥散斑分布较为集中。
图2a到图2d示出了不同条件下的光学调制传递函数图，其中横坐标为空间调制频率，纵坐标为光学调制函数。具体来说，图2a是根据本发明实施例的光学成像镜头在常温常压条件下的光学调制传递函数图，图2b是根据本发明实施例的光学成像镜头在-50°低温真空条件下的光学调制传递函数图，图2c是根据本发明实施例的光学成像镜头在+50°高温真空条件下的光学调制传递函数，且图2d是根据本发明实施例的光学成像镜头在常温真空条件下的光学调制传递函数图。如图2a到图2d所示，可以看出根据本发明实施例的光学成像镜头在常温常压、-50°真空条件下、+50°真空条件和常温真空条件下均可以保持较高的成像质量。
图3a是根据本发明实施例的光学成像镜头的畸变曲线示意图。图3b是根据本发明实施例的光学成像镜头的网格图。在图3A中，横坐标为光学畸变百分比，纵坐标为光学镜头视场角。从图3A和图3B可以看出，根据本发明实施例的光学成像镜头的畸变为桶形畸变，控制较好，水平视场角(1英寸4:3画幅)畸变最大值为68％。
图4是根据本发明实施例的光学成像镜头的弥散斑点列图。从图4可以看出，各个视场角条件下弥散斑均小于8微米，弥散斑分布较为集中。
图5a是根据本发明实施例的光学成像镜头的球差示意图，图5b是根据本发明实施例的光学成像镜头的场曲示意图。从图5A和图5B可以看出，各个视场角条件下球差、场曲矫正较好。
图6是根据本发明实施例的光学成像镜头的适应耐辐照曲线图。从图6可以看出，首片石英玻璃耐辐照能力较强，其透过率随辐射量增加几乎不变。
综上所述，根据本发明实施例，提供了一种应用于航天、空间环境的超广角光学成像镜头，其具有较高的地面、空间环境适应性和通用性。
根据本发明实施例的光学成像镜头具有大视场，高低温、真空稳定性强，耐辐照，抗杂光能力强等特点，适用于民用、航天和空间探测使用。并且，考虑到航天、空间镜头总体用量相对较小，根据本发明实施例的光学成像镜头在设计中均采用球面透镜，便于小批量加工。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种成像设备，包括光学成像镜头和用于将该光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号的成像元件，该光学成像镜头沿光线入射方向依次包括同轴排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜，该第一透镜到该第十一透镜的光焦度绝对值分别为：第一透镜：0.025＜光焦度绝对值＜0.03；第二透镜：0.065＜光焦度绝对值＜0.075；第三透镜：0.095＜光焦度绝对值＜0.1；第四透镜：0.05＜光焦度绝对值＜0.06；第五透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；第六透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；第七透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；第八透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；第九透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；第十透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；和，第十一透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；其中，该光学成像镜头的焦距是4.6mm，F数是4.6，且对角线视场角大于180°。
在上述成像设备中，该第一透镜到第十一透镜的形状分别为：第一透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第二透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第三透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；第四透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；第五透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第六透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；第七透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第八透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；第九透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；第十透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；第十一透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面。
在上述成像设备中，该第六透镜和第七透镜贴合在一起。
在上述成像设备中，该第九透镜和第十透镜贴合在一起。
在上述成像设备中，该第一透镜到该第十一透镜的厚度分别为：第一透镜：3.5mm＜厚度＜4.5mm；第二透镜：1.5mm＜厚度＜2mm；第三透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第四透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；第五透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；第六透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第七透镜：3.5mm＜厚度＜4mm；第八透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第九透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；第十透镜：4mm＜厚度＜4.5mm；和，第十一透镜：2mm＜厚度＜2.5mm。
在上述成像设备中，该第十一透镜的光线出射面的中心距离像面的距离为6mm。
在上述成像设备中，该光学成像镜头的外形尺寸为
在上述成像设备中，该第一透镜到该第十一透镜中的至少一个或多个为球面镜。
在上述成像设备中，该第一透镜到该第十一透镜均为球面镜。
在上述成像设备中，该第一透镜到该第十一透镜具有与该球面镜结构形式配合的镀膜和消光结构。
在上述成像设备中，该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜和该第四透镜均采用有对应光学性质的耐辐照玻璃作为材料，以选择性地直接替换为耐辐照玻璃。
在上述成像设备中，包括以下的至少其中之一：该第一透镜采用石英材料；该第二透镜采用镧氟材料；该第三透镜采用镧氟材料；和，该第四透镜采用重火石材料。
在上述成像设备中，包括以下的至少其中之一：该第五透镜采用高折射率重火石玻璃材料；该第六透镜采用高折射率重火石玻璃材料；该第七透镜采用高折射率重火石玻璃材料；该第八透镜采用HLAK53A材料；该第九透镜采用HZF7材料；该第十透镜采用HQK3材料；和，该第十一透镜采用HLAK53A材料。
在上述成像设备中，包括以下的至少其中之一：该第五透镜、该第六透镜和该第七透镜组成类高斯结构；和，该第八透镜、该第九透镜和该第十透镜组成类高斯结构。
在上述成像设备中，进一步包括孔径光阑，设置于该第七透镜和该第八透镜之间。
图7是根据本发明实施例的成像设备的示意性框图。如图7所示，成像设备100包括光学成像镜头110和用于将光学成像镜头110形成的光学图像转换为电信号的成像元件120。光学成像镜头110沿光线入射方向依次包括同轴排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜。这里，本领域技术人员可以理解，根据本发明实施例的成像设备中的光学成像镜头中各个透镜的配置与之前关于根据本发明实施例的光学成像镜头中各个透镜的配置相同，为了避免冗余便不再赘述。
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以经由采用各个透镜的特定配置和相互配合实现视场角大于180°的超广角镜头。
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以经由设置各个透镜的尺寸和光学成像镜头的整体尺寸，而实现紧凑的结构，并适配多种尺寸的探测器。
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以通过将一个或多个透镜设置为球面镜，而便于加工和装配。
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以通过球面镜结构形式进一步配合高质量镀膜和消光结构，而具有较高的消杂光效果，当并应用于空间暗背景强光条件下时保持较高的成像质量。
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以通过采用具有耐辐照能力的透镜，而满足空间使用寿命的要求。
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以通过适当地选取透镜的光焦度和材料热膨胀系数，而兼顾高低温、真空环境设计，具有较高的地面、空间环境适应性。
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以通过透镜组成类高斯结构，而有利于减小畸变，并结合前端透镜，进一步有利于提高像面边缘相对照度。
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以通过提供位于透镜之间的孔径光阑，而有利于控制成像能量，控制像差，并消除杂光
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以将其光学镜头畸变实现为桶形畸变，控制较好，水平视场角(1英寸4:3画幅)畸变最大值为68％。
通过根据本发明实施例的光学成像镜头和成像设备，可以将其各个视场角条件下弥散斑实现为均小于8微米，弥散斑分布较为集中。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离该原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.一种光学成像镜头，沿光线入射方向依次包括同轴排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜，所述第一透镜到所述第十一透镜的光焦度绝对值分别为：
第一透镜：0.025＜光焦度绝对值＜0.03；
第二透镜：0.065＜光焦度绝对值＜0.075；
第三透镜：0.095＜光焦度绝对值＜0.1；
第四透镜：0.05＜光焦度绝对值＜0.06；
第五透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；
第六透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；
第七透镜：0.08＜光焦度绝对值＜0.09；
第八透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；
第九透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；
第十透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；和
第十一透镜：0.04＜光焦度绝对值＜0.05；
其中，所述光学成像镜头的焦距是4.6mm，F数是4.6，且对角线视场角大于180°。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一透镜到所述第十一透镜的形状分别为：
所述第一透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；
所述第二透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；
所述第三透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；
所述第四透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；
所述第五透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；
所述第六透镜是双凹透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凹面；
所述第七透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；
所述第八透镜是凸向像侧的弯月形透镜，其物侧面是凹面、且像侧面是凸面；
所述第九透镜是凸向物侧的弯月形透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凹面；
所述第十透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面；和
所述第十一透镜是双凸透镜，其物侧面是凸面、且像侧面是凸面。
3.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，所述第一透镜到所述第十一透镜的厚度分别为：
第一透镜：3.5mm＜厚度＜4.5mm；
第二透镜：1.5mm＜厚度＜2mm；
第三透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；
第四透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；
第五透镜：3.0mm＜厚度＜3.5mm；
第六透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；
第七透镜：3.5mm＜厚度＜4mm；
第八透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；
第九透镜：1.0mm＜厚度＜1.5mm；
第十透镜：4mm＜厚度＜4.5mm；和
第十一透镜：2mm＜厚度＜2.5mm。
4.根据权利要求3所述的光学成像镜头，其特征在于，
所述第十一透镜的光线出射面的中心距离像面的距离为6mm。
5.根据权利要求4所述的光学成像镜头，其特征在于，所述光学成像镜头的外形尺寸为φ52×56mm。
6.根据权利要求1到5中任意一项所述的光学成像镜头，其特征在于，
所述第一透镜到所述第十一透镜中的至少一个或多个为球面镜。
7.根据权利要求1到5中任意一项所述的光学成像镜头，其特征在于，
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均采用有对应光学性质的耐辐照玻璃作为材料，以选择性地直接替换为耐辐照玻璃。
8.根据权利要求7所述的光学成像镜头，其特征在于以下的至少其中之一：
所述第一透镜采用石英材料；
所述第二透镜采用镧氟材料；
所述第三透镜采用镧氟材料；
所述第四透镜采用重火石材料；
所述第五透镜采用高折射率重火石玻璃材料；
所述第六透镜采用高折射率重火石玻璃材料；
所述第七透镜采用高折射率重火石玻璃材料；
所述第八透镜采用HLAK53A材料；
所述第九透镜采用HZF7材料；
所述第十透镜采用HQK3材料；和
所述第十一透镜采用HLAK53A材料。
9.根据权利要求1到5中任意一项所述的光学成像镜头，其特征在于以下的至少其中之一：
所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜组成类高斯结构。
10.一种成像设备，包括：
如权利要求1到9中任意一项所述的光学成像镜头；和
成像元件，用于将所述光学成像镜头形成的光学图像转换为电信号。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201710334860.2A CN107229107A (zh) | 2017-05-12 | 2017-05-12 | 光学成像镜头和成像设备 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN107797267A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-13 | 中山依瓦塔光学有限公司 | 超广角的鱼眼内窥镜镜头 |
| CN108563000A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-09-21 | 东莞市宇瞳光学科技股份有限公司 | 一种超星光级高解像力定焦镜头 |
| CN112014952B (zh) * | 2020-10-13 | 2020-12-29 | 瑞泰光学(常州)有限公司 | 摄像光学镜头 |
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- 2017-05-12 CN CN201710334860.2A patent/CN107229107A/zh active Pending
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