CN110764239A - 紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头 - Google Patents

紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头，所述镜头的光学系统中，沿光线从左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、固定光阑C、光焦度为正的后固定组D、光焦度为正的补偿组E、光焦度为零的滤色片组F，通过切换镀制不同膜系的滤色片，实现可见光工作模式、透雾工作模式的切换，可见光工作模式时，截止波段为650～1100nm，透雾工作模式时，截止波段为350～700nm，通过改变前固定组A、变倍组B、光阑C之间的间隔，实现焦距连续可变；通过改变后固定组D、补偿组E、滤色片组F之间的间隔，补偿因变倍组位置改变引起的最佳像面偏移，在此变焦过程中，保持光学总长不变。

Description

紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头
技术领域
本发明涉及一种紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头。
背景技术
目前机载摄像系统要求镜头体积小、质量轻、探测距离大、高清晰度，对目标既能作大区域小倍率的全景搜索，又能作小区域大倍率的放大观察。传统的机械补偿式变焦距镜头的光学结构形式由前固定组、变倍组、补偿组和后固定组四个组元顺序构成。但是这种光学机构会造成光学总长较长，从而使体积增大，且变倍比小、分辨率较低、图像质量不佳，特别是不适用空间极其紧凑的机载环境，与高清晰度摄像机不匹配等缺点。
随着图像传感器的像元尺寸不断减小，其特征频率迅速增加，光电视频监控已由以往对外界景物纯粹的“观看”发展到现今的“识别和认知”，特别是在精确打击时对细节辨识度要求更高。因此要求镜头体积尽可能小、重量尽可能轻，变倍比尽可能大，分辨率高、光学畸变尽可能小，以提高竞争力。
特别是我国幅员辽阔，地理环境、气候条件多样化，尤其是雾霾环境较常见，需要摄像系统尽可能满足大部分应用环境，迫切需要机载摄像系统具有透雾功能，更增加了设计难度。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头，所述镜头的光学系统中，沿光线从左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、固定光阑C、光焦度为正的后固定组D、光焦度为正的补偿组E、光焦度为零的滤色片组F；
所述前固定组A包括依次设置的平凸透镜A-1、负弯月透镜A-2和正弯月透镜A-3密接的胶合组A、正弯月透镜A-4；所述变倍组B包括依次设置的负弯月透镜B-1、双凹透镜B-2和双凸透镜B-3密接的胶合组B、负弯月透镜B-4；所述后固定组D包括依次设置的正弯月透镜D-1、双凸透镜D-2和双凹透镜D-3密接的胶合组C、双凸透镜D-4和负弯月透镜D-5密接的胶合组D；所述补偿组E包括依次设置的正弯月透镜E-1和负弯月透镜E-2密接的胶合组E、双凸透镜E-3；所述滤色片组F由若干光焦度为零的镀制不同膜系的平板玻璃滤色片组成；
所述前固定组A与变倍组B之间的空气间隔为0.6～36.33mm，所述变倍组B与光阑C之间的空气间隔为36.93～1.2mm，所述后固定组D与补偿组E之间的空气间隔为13.47～18.61mm，所述补偿组E与滤色片组F之间的空气间隔为5.63～0.48mm。
进一步的，所述平凸透镜A-1和胶合组A之间的空气间隔为0.1mm，胶合组A和正弯月透镜A-4之间的空气间隔为0.1mm；所述负弯月透镜B-1和胶合组B之间的空气间隔为2.92mm，所述胶合组B和负弯月透镜B-4之间的空气间隔为0.92mm；所述正弯月透镜D-1和胶合组C之间的空气间隔为0.45mm，所述胶合组C和胶合组D之间的空气间隔为0.99mm；所述胶合组E和双凸透镜E-3之间的空气间隔为0.1mm。
进一步的，所述前固定组A包含至少三片正透镜，其中至少两片正透镜采用超低色散玻璃材料。
进一步的，所述后固定组D至少包含一片采用超低色散玻璃的正透镜。
进一步的，所述镜头广角端视场角达到520，光学畸变小于2%。
进一步的，所述镜头在像面侧设置有摄像元件，将光学图像转换为电信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构设计简单、紧凑，在广角端视场角大、光学畸变小，变倍比达到20倍，能与高清探测器适配。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为镜头的光学系统示意图；
图2为镜头长焦时的MTF图；
图3为镜头短焦时的MTF图；
图4为镜头中长焦时畸变曲线图；
图5为镜头短焦时畸变曲线图。
图中：
1-平凸透镜A-1；2-负弯月透镜A-2；3-正弯月透镜A-3；4-正弯月透镜A-4；5-负弯月透镜B-1；6-双凹透镜B-2；7-双凸透镜B-3；8-负弯月透镜B-4；9-正弯月透镜D-1；10-双凸透镜D-2；11-双凹透镜D-3；12-双凸透镜D-4；13-负弯月透镜D-5；14-正弯月透镜E-1；15-负弯月透镜E-2；16-双凸透镜E-3；17-平板玻璃滤色片；18-成型靶面；A-前固定组A；B-变倍组B；C-固定光阑C；D-后固定组D；E-补偿组E；F-滤色片组F。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1-5所示，一种紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头，所述镜头的光学系统中，沿光线从左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、固定光阑C、光焦度为正的后固定组D、光焦度为正的补偿组E、光焦度为零的滤色片组F；
所述前固定组A包括依次设置的平凸透镜A-1、负弯月透镜A-2和正弯月透镜A-3密接的胶合组A、正弯月透镜A-4；所述变倍组B包括依次设置的负弯月透镜B-1、双凹透镜B-2和双凸透镜B-3密接的胶合组B、负弯月透镜B-4；所述后固定组D包括依次设置的正弯月透镜D-1、双凸透镜D-2和双凹透镜D-3密接的胶合组C、双凸透镜D-4和负弯月透镜D-5密接的胶合组D；所述补偿组E包括依次设置的正弯月透镜E-1和负弯月透镜E-2密接的胶合组E、双凸透镜E-3；所述滤色片组F由若干光焦度为零的镀制不同膜系的平板玻璃滤色片组成，通过切换镀制不同膜系的滤色片，实现可见光工作模式、透雾工作模式的切换，当工作于可见光工作模式时，切换为长波截止滤色片，截止波段为650～1100nm；当工作于透雾工作模式时，切换为短波截止滤色片，截止波段为350～700nm；通过改变前固定组A、变倍组B、光阑C之间的间隔，实现焦距连续可变；通过改变后固定组D、补偿组E、滤色片组F之间的间隔，补偿因变倍组位置改变引起的最佳像面偏移，在此变焦过程中，保持光学总长不变。
所述前固定组A与变倍组B之间的空气间隔为0.6～36.33mm，所述变倍组B与光阑C之间的空气间隔为36.93～1.2mm，所述后固定组D与补偿组E之间的空气间隔为13.47～18.61mm，所述补偿组E与滤色片组F之间的空气间隔为5.63～0.48mm。
在本实施例中，所述平凸透镜A-1和胶合组A之间的空气间隔为0.1mm，胶合组A和正弯月透镜A-4之间的空气间隔为0.1mm；所述负弯月透镜B-1和胶合组B之间的空气间隔为2.92mm，所述胶合组B和负弯月透镜B-4之间的空气间隔为0.92mm；所述正弯月透镜D-1和胶合组C之间的空气间隔为0.45mm，所述胶合组C和胶合组D之间的空气间隔为0.99mm；所述胶合组E和双凸透镜E-3之间的空气间隔为0.1mm。
在本实施例中，所述前固定组A包含至少三片正透镜，其中至少两片正透镜采用超低色散玻璃材料，目的在于长焦时消二级光谱像差，提高分辨率水平，例如，正弯月透镜A-3、正弯月透镜A-4采用超低色散的CAF2材料。
在本实施例中，所述后固定组D至少包含一片采用超低色散玻璃的正透镜，目的在于在短焦时消二级光谱像差，提高分辨率水平，并补偿其他镜片温度效应的影响。例如，双凸透镜D-2采用超低色散的CAF2材料，由于前组调焦对短焦时像面位置影响轻微，缺乏效率，因此必须依靠后固定组D、补偿组E对短焦位置进行光学被动式无热化设计。由于CAF2的折射率温度系数为负值，且绝对值较大，而其他正透镜采用常规的冕牌玻璃，其折射率温度系数为正值，可以互相补偿温度效应，使短焦端在较宽的温度范围内不离焦，因此不需要温度聚焦，实现光学被动式无热化设计。
在本实施例中，双凸透镜D-2焦距值与后固定组D整组焦距值之比控制在0.129～0.138范围内，可获得良好的无热化效果。
在本实施例中，所述镜头广角端视场角达到520，光学畸变小于2%。
在本实施例中，所述镜头在像面侧设置有摄像元件，将光学图像转换为电信号。
本镜头结构紧凑、体积小，特别适应空间尺寸极其紧张的机载环境，特别是在轻小型无人机吊舱中应用。本镜头能连续变焦，同时满足小目标放大进行细节识别、大目标完整采样的功能，短焦焦距为8mm，变焦倍率达到20倍，但光学总长仅为117mm，在实现大变倍比的前提下实现了紧凑化。本镜头光学畸变小，在广角端视场角达到520的前提下，光学畸变小于2%，图像失真度小，满足精细识别需求。本镜头由于分辨率高，靶面像素数量大，因此图像信息量大，特别适用于军事侦察目的，能与高清摄像机适配。
在本实施例中，由上述镜片组构成的光学结构达到了以下光学指标：焦距：8mm～160mm；视场角：2.7°～52°；光学畸变：长焦+0.7%；短焦-2%；相对孔径：长焦1/4.5，短焦1/3.6；光学传递函数：传递函数在空间频率145lp/mm时，中心MTF≥0.45,0.7视场MTF≥0.19，能与两百万像素的摄像机适配。光学总长117mm；目标聚焦范围：5m～无穷远成像清晰；工作温度：-40℃～60℃。
各镜片具体参数如下：
表面 曲率半径（mm） 厚度（mm） 材料
1 94≤R≤96.527 3.4 LAFN23
2 平面 0.1 AIR
3 56.872≤R≤59.785 2 N-LASF46A
4 32.5≤R≤35.675 5.58 CAF2
5 183≤R≤192 0.1 AIR
6 29.2≤R≤30.587 4.97 CAF2
7 100≤R≤105.4 0.60～36.33 AIR
8 28.2≤R≤30.057 0.8 H-ZLAF89L
9 9.15≤R≤9.357 2.92 AIR
10 -46.7≤R≤-40.006 0.8 SF10
11 8.67≤R≤8.91 3.55 SF59
12 -71.92≤R≤-69.452 0.92 AIR
13 -16.4≤R≤-14.589 0.8 H-ZLAF89L
14 -65.452≤R≤-61.576 36.93～1.20 AIR
15 光阑平面 1.72 AIR
16 11.15≤R≤12.457 1.72 SF1
17 25.2≤R≤26.75 0.45 AIR
18 12≤R≤13.452 2.26 CAF2
19 -70.57≤R≤-60.413 1.67 SF4
20 9.32≤R≤9.441 0.99 AIR
21 24.112≤R≤27.859 3.13 LF7
22 -8.3≤R≤-8.148 0.8 N-LAF21
23 -22.3≤R≤-20.115 13.47～18.61 AIR
24 -19.032≤R≤-17.754 3.42 N-FK5
25 -9.932≤R≤-9.032 0.83 LASFN9
26 -16.254≤R≤-15.998 0.1 AIR
27 43≤R≤44.578 2.33 N-LAK34
28 -34.565≤R≤-33.452 5.63～0.48 AIR
29 平面 2.0 N-BK7（滤色片）
30 平面 13 AIR
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 (6)

1.一种紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中，沿光线从左向右入射方向依次设有光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、固定光阑C、光焦度为正的后固定组D、光焦度为正的补偿组E、光焦度为零的滤色片组F；
所述前固定组A包括依次设置的平凸透镜A-1、负弯月透镜A-2和正弯月透镜A-3密接的胶合组A、正弯月透镜A-4；所述变倍组B包括依次设置的负弯月透镜B-1、双凹透镜B-2和双凸透镜B-3密接的胶合组B、负弯月透镜B-4；所述后固定组D包括依次设置的正弯月透镜D-1、双凸透镜D-2和双凹透镜D-3密接的胶合组C、双凸透镜D-4和负弯月透镜D-5密接的胶合组D；所述补偿组E包括依次设置的正弯月透镜E-1和负弯月透镜E-2密接的胶合组E、双凸透镜E-3；所述滤色片组F由若干光焦度为零的镀制不同膜系的平板玻璃滤色片组成；
所述前固定组A与变倍组B之间的空气间隔为0.6～36.33mm，所述变倍组B与光阑C之间的空气间隔为36.93～1.2mm，所述后固定组D与补偿组E之间的空气间隔为13.47～18.61mm，所述补偿组E与滤色片组F之间的空气间隔为5.63～0.48mm。
2.根据权利要求1所述的紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头，其特征在于：所述平凸透镜A-1和胶合组A之间的空气间隔为0.1mm，胶合组A和正弯月透镜A-4之间的空气间隔为0.1mm；所述负弯月透镜B-1和胶合组B之间的空气间隔为2.92mm，所述胶合组B和负弯月透镜B-4之间的空气间隔为0.92mm；所述正弯月透镜D-1和胶合组C之间的空气间隔为0.45mm，所述胶合组C和胶合组D之间的空气间隔为0.99mm；所述胶合组E和双凸透镜E-3之间的空气间隔为0.1mm。
3.根据权利要求1所述的紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头，其特征在于：所述前固定组A中至少两片正透镜采用超低色散玻璃材料。
4.根据权利要求1所述的紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头，其特征在于：所述后固定组D至少包含一片采用超低色散玻璃的正透镜。
5.根据权利要求1所述的紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头，其特征在于：所述镜头广角端视场角达到520，光学畸变小于2%。
6.根据权利要求1所述的紧凑型高变倍比高清连续变焦透雾摄像镜头，其特征在于：所述镜头在像面侧设置有摄像元件，将光学图像转换为电信号。
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