CN108333719A - 一种高性能可见光长焦距镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能可见光长焦距镜头。该镜头具有结构紧凑、性价比高，成像品质等特点，能够满足实际使用要求。该镜头包括第一前固定组、第二前固定组、主反射镜、次反射镜、孔径光栏、第一后固定组以及第二后固定组；第一前固定组、第二前固定组以及主反射镜沿着出射可见光光束的方向依次设置；次反射镜、第一后固定组、第二后固定组依次设置在第二前固定组和主反射镜之间；所述孔径光栏设置在次反射镜镜面外沿最前端处。

Description

一种高性能可见光长焦距镜头
技术领域
本发明属于光学设备领域，涉及一种高性能可见光长焦距镜头。
背景技术
高性能可见光长焦距镜头在测控、边防及国防等领域有着广泛的应用。除了成像质量好外，对其光学性能主要要求包括：大相对孔径(D/f′：优于1/2)、宽光谱(与探测器光谱匹配：0.45μm～0.9μm)、大视场(全画幅：光敏面36mm×24mm)、工作温度范围宽(-40℃～50℃)、低畸变(最大畸变0.05％以下)，另外还要求外形紧凑、性价比高。
目前长焦距镜头实现的方法有折射式结构或使用非球面的折反式结构。前者结构复杂，光谱宽度很难达到要求；后者则由于采用非球面工艺性较差，性价比不高。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种采用了全系统使用球面镜的折反式结构，具有大孔径、宽光谱、大视场、宽工作温度范围的高性能长焦距镜头，具有结构紧凑、性价比高，成像品质等特点，能够满足实际使用要求。
本发明采取的技术方案是：
该高性能可见光长焦距镜头包括第一前固定组、第二前固定组、主反射镜、次反射镜、孔径光栏、第一后固定组以及第二后固定组；
第一前固定组、第二前固定组以及主反射镜沿着出射可见光光束的方向依次设置；
次反射镜、第一后固定组、第二后固定组设置在第二前固定组和主反射镜之间，并且次反射镜、第一后固定组、第二后固定组依次设置；所述孔径光栏设置在次反射镜镜面外沿最前端处；
第一前固定组由一个正光焦度双凸透镜构成；第二前固定组由一个负光焦度弯向物方的弯月透镜构成，并且第一前固定组和第二前固定组的焦距数值相等，且由两者组成镜组的光焦度接近于零；
主反射镜由一个正光焦度弯向物方的反射镜组成；次反射镜由一个正光焦度弯向像方的反射镜组成；
第一后固定组由一个负光焦度弯向物方的弯月透镜和一个正光焦度弯向物方的弯月透镜组成；
第二后固定组由一个正光焦度的双凸透镜和一个正光焦度弯向物方的弯月透镜组成；
进一步地，上述第一前固定组厚度为43.07mm，第二前固定组厚度为31.673mm、第一后固定组中的负光焦度弯向物方的弯月透镜厚度为15.20mm，第一后固定组中的正光焦度弯向物方的弯月透镜厚度为10.6mm；第二后固定组中的正光焦度的双凸透镜厚度为23.32mm，第二后固定组中的正光焦度弯向物方的弯月透镜厚度为7.95mm；
所述第一前固定组与第二前固定组之间间隔为180.60mm；所述第二前固定组与主反射镜之间间隔为424.76mm；主反射镜与次反射镜之间的间隔为394.6817mm；次反射镜与第一后固定组之间间隔为89.04mm；第一后固定组与第二后固定组之间间隔为0.53mm；所述第二后固定组与外部探测器光敏面之间间隔33.31716mm。
进一步地，上述第一前固定组、第二前固定组、第一后固定组、第二后固定组中每个镜片设有正向透射面和反向透射面；正向透射面为接收光束的表面，反向透射面为正向透射面的相对面；
其中，第一前固定组中的正光焦度双凸透镜的正向透射面曲率半径为1541.765mm，其反向透射面曲率半径-4850.905mm；
第二前固定组中的负光焦度弯向物方的弯月透镜的正向透射面曲率半径为-867.7632mm，其反向透射面的曲率半径为-3454.66mm；
第一后固定组中负光焦度弯向物方的弯月透镜的正向透射面曲率半径为-196.1924mm，其反向透射面曲率半径为-171.5255mm；同时与之胶合的正光焦度弯向物方的弯月透镜的正向透射面曲率半径为-171.5255mm，其反向透射面曲率半径为-427.0724mm；
第二后固定组中正光焦度的双凸透镜的正向透射面曲率半径为231.7822mm，其反向透射面曲率半径为-109.5195mm；同时与之胶合的正光焦度弯向物方的弯月透镜的正向透射面曲率半径为-109.5195mm，其反向透射面曲率半径为-223.4779mm；
主反射镜的曲率半径为-1154.666mm，次反射镜的曲率半径为4506.169mm。
进一步地，上述高性能可见光长焦距镜头的焦距为530mm，F数为1.2，光谱范围0.45μm～1μm，畸变≤0.035％，成像尺寸φ43.6mm，系统总长680mm。
本发明的有益效果是：
本发明的高性能长焦距镜头由焦距数值上接近相等的一个第一前固定组和一个第二前固定组用于对球差进行校正，同时由两者组成镜组的光焦度接近零，因而其几乎不产生的色差；由一个主反射镜和一个次反射镜对光路进行折叠，并且两者组合光焦距与整个系统光焦度相等，用于减少色差影响、减少镜筒长度及温度影响；由一个第一后固定组和一个第二后固定组对轴外像差和前面镜组剩余像差进行补偿，以实现提高成像质量目的。与现有技术相比，所有镜片均为球面镜，有较好的工艺性，光谱宽，畸变小，成像质量较好，焦距为530mm，F数为1.2，系统总长为680mm，能够满足实际使用要求。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步的详细说明。
图1为本发明镜头的光路图。
图2为本发明镜头的MTF曲线图。
图3为本发明镜头的的点列图
图4为本发明镜头的曲、畸变曲线图。
图5为工作温度-40℃时，本发明镜头的MTF曲线图。
图6为工作温度50℃时，本发明镜头的MTF曲线图。
附图标记如下：
1-第一前固定组、2-第二前固定组、3-主反射镜、4-次反射镜、5-第一后固定组、6-第二后固定组、7-外部探测器光敏面、8-孔径光栏。
具体实施方式
如图1所示的530mm高性能长焦距镜头光学系统，采用6组8片式折反结构，包括第一前固定组1、第二前固定组2、主反射镜3、次反射镜4、孔径光栏8、第一后固定组5以及第二后固定组6；
第一前固定组1、第二前固定组2以及主反射镜3沿着出射可见光光束的方向依次设置；
次反射镜4、第一后固定组5、第二后固定组6设置在第二前固定组2和主反射镜3之间，并且次反射镜4、第一后固定组5、第二后固定组6依次设置；所述孔径光栏8设置在次反射镜4镜面外沿最前端处；
第一前固定组1由一个正光焦度双凸透镜构成；第二前固定组2由一个负光焦度弯向物方的弯月透镜构成，并且第一前固定组1和第二前固定组2的焦距数值相等，且由两者组成镜组的光焦度接近于零；
主反射镜3由一个正光焦度弯向物方的反射镜组成；次反射镜4由一个正光焦度弯向像方的反射镜组成；
第一后固定组5由一个负光焦度弯向物方的弯月透镜和一个正光焦度弯向物方的弯月透镜组成；
第二后固定组6由一个正光焦度的双凸透镜和一个正光焦度弯向物方的弯月透镜组成。
该镜头的光路行径路线如下：可见光依次经过第一前固定组1和第二前固定组2后被主反射镜3反射至次反射镜4，再经过次反射镜4反射后依次通过第一后固定组5和第二后固定组6汇集在外部探测器光敏面7上。
第一前固定组1和第二前固定组2，用于球差和色差校正；主反射镜3和次反射镜4，用于折叠光路，实现系统光焦度、较少色差及缩短筒长；孔径光栏8作用是限制进入镜头的光束直径大小作用，其大小和位置与像差直接相关，关系到最终的成像质量。光学镜头中孔径光栏通常为某一机械结构，如镜框等。由第一后固定组5和第二后固定组6用于对轴外像差和前组剩余像差进行补偿，实现系统像差平衡，最后成像在φ43.6mm范围内。
其中，第一前固定组、第二前固定组、主反射镜、次反射镜、第一后固定组以及第二后固定组的参数以及之间的关系如表1所示：
表1
需要说明的是，除面序号5,6外，面序号为奇数的均为正向透射面，偶数的均为反向透射面。
图2、3、4、5、6分别为系统MTF曲线、点列图和场曲、畸变曲线图、工作温度-40℃光学系统的MTF曲线图及工作温度50℃光学系统的MTF曲线图，可以看出系统具有较高的性能，包括较好的成像质量(如图2、3所示，空间频率50lp/mm，全视场MTF优于0.45)，全视场畸变较小(如图4所示，最大视场畸变小于0.035％)，较大的工作温度范围(如图5、6所示，温度变化范围在-40℃～50℃内，全视场MTF优于0.45)能够满足测控和国防使用要求。

Claims (4)

1.一种高性能可见光长焦距镜头，其特征在于：包括第一前固定组、第二前固定组、主反射镜、次反射镜、孔径光栏、第一后固定组以及第二后固定组；
第一前固定组、第二前固定组以及主反射镜沿着出射可见光光束的方向依次设置；
次反射镜、第一后固定组、第二后固定组设置在第二前固定组和主反射镜之间，并且次反射镜、第一后固定组、第二后固定组依次设置；所述孔径光栏设置在次反射镜镜面外沿最前端处；
第一前固定组由一个正光焦度双凸透镜构成；第二前固定组由一个负光焦度弯向物方的弯月透镜构成，并且第一前固定组和第二前固定组的焦距数值相等，且由两者组成镜组的光焦度接近于零；
主反射镜由一个正光焦度弯向物方的反射镜组成；次反射镜由一个正光焦度弯向像方的反射镜组成；
第一后固定组由一个负光焦度弯向物方的弯月透镜和一个正光焦度弯向物方的弯月透镜组成；
第二后固定组由一个正光焦度的双凸透镜和一个正光焦度弯向物方的弯月透镜组成。
2.根据权利要求1所述的高性能可见光长焦距镜头，其特征在于：
所述第一前固定组厚度为43.07mm，第二前固定组厚度为31.673mm，第一后固定组中的负光焦度弯向物方的弯月透镜厚度为15.20mm，第一后固定组中的正光焦度弯向物方的弯月透镜厚度为10.6mm；第二后固定组中的正光焦度的双凸透镜厚度为23.32mm，第二后固定组中的正光焦度弯向物方的弯月透镜厚度为7.95mm；
所述第一前固定组与第二前固定组之间间隔为180.60mm；所述第二前固定组与主反射镜之间间隔为424.76mm；主反射镜与次反射镜之间的间隔为394.6817mm；次反射镜与第一后固定组之间间隔为89.04mm；第一后固定组与第二后固定组之间间隔为0.53mm；所述第二后固定组与外部探测器光敏面之间间隔33.31716mm。
3.根据权利要求2所述的高性能可见光长焦距镜头，其特征在于：所述第一前固定组、第二前固定组、第一后固定组、第二后固定组中每个镜片设有正向透射面和反向透射面；正向透射面为接收光束的表面，反向透射面为正向透射面的相对面；
其中，第一前固定组中的正光焦度双凸透镜的正向透射面曲率半径为1541.765mm，其反向透射面曲率半径-4850.905mm；
第二前固定组中的负光焦度弯向物方的弯月透镜的正向透射面曲率半径为-867.7632mm，其反向透射面的曲率半径为-3454.66mm；
第一后固定组中负光焦度弯向物方的弯月透镜的正向透射面曲率半径为-196.1924mm，其反向透射面曲率半径为-171.5255mm；同时与之胶合的正光焦度弯向物方的弯月透镜的正向透射面曲率半径为-171.5255mm，其反向透射面曲率半径为-427.0724mm；
第二后固定组中正光焦度的双凸透镜的正向透射面曲率半径为231.7822mm，其反向透射面曲率半径为-109.5195mm；同时与之胶合的正光焦度弯向物方的弯月透镜的正向透射面曲率半径为-109.5195mm，其反向透射面曲率半径为-223.4779mm；主反射镜的曲率半径为-1154.666mm，次反射镜的曲率半径为4506.169mm。
4.根据权利要求2所述的高性能可见光长焦距镜头，其特征在于：所述高性能可见光长焦距镜头的焦距为530mm，F数为1.2，光谱范围0.45μm～1μm，畸变≤0.035％，成像尺寸φ43.6mm，系统总长680mm。
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