CN110908063B - 一种短焦距高分辨率短波红外镜头及其成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种短焦距高分辨率短波红外镜头及其成像方法，包括镜筒，镜筒内沿光线入射方向自左向右依次设置有前组镜片A、光阑C及后组镜片B，前组镜片A由自左向右依次设置的第一负弯月透镜，第二双凹透镜、第三双凸透镜、第四双凸透镜、第五正弯月透镜及第六负弯月透镜组成，后组镜片B由自左向右依次设置的第三胶合组、第九双凸透镜及第十双凸透镜组成，所述第三胶合组由第七双凹透镜和第八双凸透镜紧密粘合而成。本发明结构简单，设计合理，光学性能高、大光圈、低失真率，在整体成像上具有较高的对比度和清晰度，美观大气，具有创新性。

Description

一种短焦距高分辨率短波红外镜头及其成像方法
一种短焦距高分辨率短波红外镜头及其成像方法
技术领域
本发明涉及一种短焦距高分辨率短波红外镜头及其成像方法。
背景技术
随着红外成像的发展，红外共分为三种类型：短波红外、中波红外和长波红外，三种波长相辅相成；但与中波红外或长波红外成像不同的是短波红外，短波红外成像主要利用反射光，这与可见光非常相似；由于具有反射特性，短波红外成像的解析力和细节方面可与可见光成像相媲美；短波红外具有高灵敏度、高分辨率、昼夜成像等特点，所以开发一款短焦距高分辨率短波红外镜头变得非常有意义。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种短焦距高分辨率短波红外镜头及其成像方法，结构简单且光学性能好。
本发明的具体实施方案是：提供一种短焦距高分辨率短波红外镜头，包括镜筒，所述镜筒内沿光线入射方向自左向右依次设置有前组镜片A、光阑C及后组镜片B，所述前组镜片A由自左向右依次设置的第一负弯月透镜，第二双凹透镜、第三双凸透镜、第四双凸透镜、第五正弯月透镜及第六负弯月透镜组成，所述第二双凹透镜和第三双凸透镜紧密贴合为第一胶合组，所述第五正弯月透镜和第六负弯月透镜紧密粘合为第二胶合组，所述后组镜片B由自左向右依次设置的第三胶合组、第九双凸透镜及第十双凸透镜组成，所述第三胶合组由第七双凹透镜和第八双凸透镜紧密粘合而成，所述第一负弯月透镜与第一胶合组之间的空气间隔为11.26mm，所述第一胶合组与第四双凸透镜之间的空气间隔为0.1mm，所述第四双凸透镜与第二胶合组之间的空气间隔为3.02mm，所述前组镜片A与后组镜片B之间的空气间隔为10.72mm，所述前组镜片A与光阑C之间的空气间隔为1.59mm，所述光阑C与后组镜片B之间的空气间隔为9.13mm，所述第三胶合组与第九双凸透镜之间的空气间隔为1.04mm，所述第九双凸透镜与第十双凸透镜之间的空气间隔为0.1mm。
进一步的，所述镜筒包括用于安装前组镜片A的前镜筒以及用于安装后组镜片B的后镜筒，所述后镜筒后方设有与后镜筒相配合的主镜筒，所述主镜筒上两侧设有一对限位直槽，所述后镜筒外部设有一对穿过后镜筒与限位直槽且使后镜筒限制在主镜筒的限位直槽滑动的限位销钉。
进一步的，所述前镜筒与后镜筒之间设有调焦转轮，所述调焦转轮前端内部设有内螺纹，所述前镜筒后端外部设有与内螺纹相配合的外螺纹，所述调焦转轮侧部设有调焦环，所述调焦环经若干个锥端螺钉A锁付在调焦转轮外部。
进一步的，所述后镜筒上设有用于将光阑C固定在后镜筒内的锥端螺钉C，所述主镜筒后端设有光阑调节环，所述光阑调节环经一导向螺钉锁付在主镜筒上，所述主镜筒上还设有用于限制开合角度的导向螺钉限位槽。
进一步的，所述第一负弯月透镜与第一胶合组之间设有隔圈A，所述第一胶合组与第四双凸透镜之间设有隔圈B，所述第四双凸透镜与第二胶合组之间设有隔圈C，所述所述第三胶合组与第九双凸透镜之间设有隔圈D。
进一步的，所述前镜筒前端安装有用于增强稳定性的压圈A，所述后镜筒后端安装有压圈B，所述主镜筒前端设有压圈C。
进一步的，所述主镜筒后端还设有主要用于承载第十双凸透镜及压圈C的连接座，所述连接座经三颗沉头螺钉固定在主镜筒后部，所述连接座后端面上还设有C接口。
进一步的，所述后镜筒外部还设有用于加固调焦环与光阑调节环的调焦锁紧螺钉和光圈锁紧螺钉。
进一步的，所述后镜筒内壁与前镜筒外周进行嵌套配合，所述后镜筒经三颗锥端螺钉B锁附固定在前镜筒上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置结构紧凑，设计合理，使用方便，光学性能高、大光圈、低失真率、具有2000万像素高分辨率成像且畸变低于-0.1%，近红外响应波长为800-1700nm，在整体成像上具有较高的对比度和清晰度，镜筒外形加工工艺一致性强，具有美观的拉花纹路且连接座加入了镀铬工艺，使得整体更加美观大气。
附图说明
图1为本发明实施例光学结构示意图；
图2为本发明实施例MTF曲线图；
图3为本发明实施例畸变变化曲线图；
图4为本发明实施例镜筒结构示意图。
图中：1-压圈A，2-隔圈A，3-隔圈B，4-隔圈C，5-外螺纹，6-内螺纹，7-锥端螺钉A，8-后镜筒，9-第三胶合组，10-隔圈D ，11-第九双凸透镜，12-压圈B，13-第十双凸透镜，14-压圈C ，15-主镜筒，16-导向螺钉限位槽，17-导向螺钉，18-沉头螺钉，19-第一负弯月透镜，20-第一胶合组，21-第四双凸透镜，22-第二胶合组，23-前镜筒，24-调焦转轮，25-调焦环，26-光阑C，27-锥端螺钉B ，28-锥端螺钉C ，29-限位销钉，30-调焦锁紧螺钉，31-光圈锁紧螺钉，32-限位直槽，33-光阑调节环，34-连接座，35-C接口，36-前组镜片A，37-第二双凹透镜，38-第三双凸透镜，39-第五正弯月透镜，40-第六负弯月透镜，41-后组镜片B，42-第七双凹透镜，43-第八双凸透镜。
具体实施方式
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。
实施例：如图1~4所示，本实施例中，提供一种短焦距高分辨率短波红外镜头，包括镜筒，所述镜筒内沿光线入射方向自左向右依次设置有前组镜片A36、光阑C26及后组镜片B41，所述前组镜片A由自左向右依次设置的第一负弯月透镜19，第二双凹透镜37、第三双凸透镜38、第四双凸透镜21、第五正弯月透镜39及第六负弯月透镜40组成，所述第二双凹透镜37和第三双凸透镜38紧密贴合为第一胶合组20，所述第五正弯月透镜39和第六负弯月透镜40紧密粘合为第二胶合组22，所述后组镜片B41由自左向右依次设置的第三胶合组9、第九双凸透镜11及第十双凸透镜13组成，所述第三胶合组9由第七双凹透镜42和第八双凸透镜43紧密粘合而成，所述第一负弯月透镜19与第一胶合组20之间的空气间隔为11.26mm，所述第一胶合组20与第四双凸透镜21之间的空气间隔为0.1mm，所述第四双凸透镜21与第二胶合组22之间的空气间隔为3.02mm，所述前组镜片A与后组镜片B之间的空气间隔为10.72mm，所述前组镜片A与光阑C26之间的空气间隔为1.59mm，所述光阑C26与后组镜片B41之间的空气间隔为9.13mm，所述第三胶合组9与第九双凸透镜11之间的空气间隔为1.04mm，所述第九双凸透镜11与第十双凸透镜13之间的空气间隔为0.1mm。
本实施例中，成像时，光线自左向右依次通过第一负弯月透镜、第一胶合组、第四双凸透镜、第二胶合组、光阑C、第三胶合组、第九双凸透镜及第十双凸透镜后进行成像。本实用信新型结构简单，光学性能高、大光圈、低失真率，在整体成像上具有较高的对比度和清晰度，美观大气，具有实用性。
本实施例中，前组镜片A、光阑C及后组镜片B构成的光学结构达到了以下光学指标：
①像面尺寸：1.1" ；
②焦距：25mm；
③光圈值：F2.0；
④接口类型：C接口；
⑤畸变：≤-0.1%；
⑥分辨率：优于2000万像素；
⑦工作波长：800-1700nm。
本实施例中，前组镜片A、光阑C及后组镜片B构成光学元件参数表如表1所示：
表1
上表中，左半径为镜片左侧的半径，右半径为镜片右侧的半径。
实施例2：在实施例1的基础上，如图2所示，该短波红外镜头光路系统中通过合理分配了前组镜片A和后组镜片B的光焦度，并把后组镜片B中三片式结构的第一枚镜片改为双胶合透镜组，使镜头具有更大光圈、低失真率、光学总长更短等性能指标；并合理的选配了系统中十枚七组的光学玻璃材料，合理的应用了胶合组正负片之间的色散差异，从而校正了象差，使镜头的MTF中心值150lp/mm≥0.55，边缘150lp/mm≥0.4（如图2），使镜头具有2000万像素高分辨率成像。
如图3所示，该短波红外镜头光路系统畸变较小，畸变小于-0.1%，市面上短焦镜头畸变普遍会比较大，由此可知，此光路系统对整体畸变有了更好的控制。
实施例3：本实施例中，所述镜筒包括用于安装前组镜片A的前镜筒23以及用于安装后组镜片B的后镜筒8，所述后镜筒8后方设有与后镜筒相配合的主镜筒15，所述主镜筒上两侧设有一对限位直槽32，所述后镜筒8外部设有一对穿过后镜筒与限位直槽且使后镜筒限制在主镜筒的限位直槽内滑动的限位销钉29，从而形成“对称式限位滑块”结构设计，完成半组直线移动。
本实施例中，所述前镜筒23与后镜筒8之间设有调焦转轮24，所述调焦转轮24前端内部设有内螺纹6，所述前镜筒后端外部设有与内螺纹相配合的外螺纹5，所述调焦转轮侧部设有调焦环25，为了使微调焦机构具有更好的手感，所述调焦环经3个锥端螺钉A7锁付在调焦转轮24外部，组成一体；所述内螺纹及外螺纹是多线螺纹，从而形成“多线螺杆”微调焦结构设计。
本实施例中，为了满足镜头光圈的稳定性，将光阑设计为“一体式可变光阑”，所述后镜筒8上设有一对用于将光阑C固定在后镜筒内的锥端螺钉C28；为了使光阑开关满足光学设计要求，所述主镜筒后端设有光阑调节环33，所述光阑调节环经导向螺钉17锁付在主镜筒上，导向螺钉带动光阑摇柄控制光阑进行开合动作；为了避免光阑的极限开合，所述主镜筒8上还设有用于限制开合角度的导向螺钉限位槽16。
本实施例中，为了保证前组镜片A和后组镜片B的各个镜片之间的空气间隔，保证镜头的光学性能，进一步提升光学性能，所述第一负弯月透镜与第一胶合组之间设有隔圈A2，所述第一胶合组与第四双凸透镜之间设有隔圈B3，所述第四双凸透镜与第二胶合组之间设有隔圈C4，所述所述第三胶合组与第九双凸透镜之间设有隔圈D10。
本实施例中，为了保证各个镜片、镜筒以及隔圈A、B、C、D之间的装配同轴度和稳定性，所述前镜筒前端安装有用于增强稳定性的压圈A1，所述后镜筒后端安装有压圈B12，所述主镜筒前端设有压圈C14。
本实施例中，所述主镜筒15后端还设有主要用于承载第十双凸透镜13及压圈C14的连接座34，优选的，压圈C与连接座通过螺纹连接，从而保证了镜片的装配同轴度和稳定性，所述连接座经三颗沉头螺钉18固定在主镜筒后部，从而实现了半组调焦，所述连接座后端面上还设有用于与短波红外相机相匹配的C接口35，所述C接口为螺纹C接口。
本实施例中，为了使镜头更加紧凑实用，所述后镜筒外部还设有用于加固调焦环与光阑调节环的调焦锁紧螺钉30和光圈锁紧螺钉31。
本实施例中，所述后镜筒内壁与前镜筒外周进行嵌套配合，所述后镜筒经三颗锥端螺钉B27锁附固定在前镜筒上。
本实施例中，镜筒外形采用了一致的加工工艺，并加入了美观的拉花纹路、连接座加入了镀铬工艺，使得整体结构更加美观大气。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种短焦距高分辨率短波红外镜头，其特征在于，包括镜筒以及设置于镜筒内的镜片组，该镜片组由沿光线入射方向自左向右依次设置的前组镜片A、光阑C及后组镜片B组成，所述前组镜片A由自左向右依次设置的第一负弯月透镜，第二双凹透镜、第三双凸透镜、第四双凸透镜、第五正弯月透镜及第六负弯月透镜组成，所述第二双凹透镜和第三双凸透镜紧密贴合为第一胶合组，所述第五正弯月透镜和第六负弯月透镜紧密粘合为第二胶合组，所述后组镜片B由自左向右依次设置的第三胶合组、第九双凸透镜及第十双凸透镜组成，所述第三胶合组由第七双凹透镜和第八双凸透镜紧密粘合而成，所述第一负弯月透镜与第一胶合组之间的空气间隔为11.26mm，所述第一胶合组与第四双凸透镜之间的空气间隔为0.1mm，所述第四双凸透镜与第二胶合组之间的空气间隔为3.02mm，所述前组镜片A与后组镜片B之间的空气间隔为10.72mm，所述前组镜片A与光阑C之间的空气间隔为1.59mm，所述光阑C与后组镜片B之间的空气间隔为9.13mm，所述第三胶合组与第九双凸透镜之间的空气间隔为1.04mm，所述第九双凸透镜与第十双凸透镜之间的空气间隔为0.1mm；该镜片组的焦距为25mm，其分辨率优于2000万像素。
2.根据权利要求1所述的一种短焦距高分辨率短波红外镜头，其特征在于，所述镜筒包括用于安装前组镜片A的前镜筒以及用于安装后组镜片B的后镜筒，所述后镜筒后方设有与后镜筒相配合的主镜筒，所述主镜筒上两侧设有一对限位直槽，所述后镜筒外部设有一对穿过后镜筒与限位直槽且使后镜筒限制在主镜筒的限位直槽滑动的限位销钉。
3.根据权利要求2所述的一种短焦距高分辨率短波红外镜头，其特征在于，所述前镜筒与后镜筒之间设有调焦转轮，所述调焦转轮前端内部设有内螺纹，所述前镜筒后端外部设有与内螺纹相配合的外螺纹，所述调焦转轮侧部设有调焦环，所述调焦环经若干个锥端螺钉A锁付在调焦转轮外部。
4.根据权利要求2或3所述的一种短焦距高分辨率短波红外镜头，其特征在于，所述后镜筒上设有用于将光阑C固定在后镜筒内的锥端螺钉C，所述主镜筒后端设有光阑调节环，所述光阑调节环经一导向螺钉锁付在主镜筒上，所述主镜筒上还设有用于限制开合角度的导向螺钉限位槽。
5.根据权利要求1~3任一所述的一种短焦距高分辨率短波红外镜头，其特征在于，所述第一负弯月透镜与第一胶合组之间设有隔圈A，所述第一胶合组与第四双凸透镜之间设有隔圈B，所述第四双凸透镜与第二胶合组之间设有隔圈C，所述所述第三胶合组与第九双凸透镜之间设有隔圈D。
6.根据权利要求2或3所述的一种短焦距高分辨率短波红外镜头，其特征在于，所述前镜筒前端安装有用于增强稳定性的压圈A，所述后镜筒后端安装有压圈B，所述主镜筒前端设有压圈C。
7.根据权利要求2或3所述的一种短焦距高分辨率短波红外镜头，其特征在于，所述主镜筒后端还设有主要用于承载第十双凸透镜及压圈C的连接座，所述连接座经三颗沉头螺钉固定在主镜筒后部，所述连接座后端面上还设有C接口。
8.根据权利要求2或3所述的一种短焦距高分辨率短波红外镜头，其特征在于，所述后镜筒外部还设有用于加固调焦环与光阑调节环的调焦锁紧螺钉和光圈锁紧螺钉。
9.一种利用如权利要求1~8任一所述的一种短焦距高分辨率短波红外镜头的成像方法，其特征在于，光线自左向右依次通过第一负弯月透镜、第一胶合组、第四双凸透镜、第二胶合组、光阑C、第三胶合组、第九双凸透镜及第十双凸透镜后进行成像。
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