CN111308665A - 一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，包括主镜筒，所述主镜筒内沿光线射入方向依次设置有第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片，且镜片外径顺次递减。本发明通过复杂光学计算及设计得出大口径超长焦微光成像镜头参数，镜头焦距达到300mm，可适配1英寸的感光芯片。实践证明通过此光学设计制作出的微光夜视成像镜头效果清晰锐利，同时大幅提高了镜头的通光率，使得成像设备在极微弱的环境下可以拍摄出清晰亮丽的图像，大大提高了夜晚动态和静态监测的画面质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种镜头技术领域，尤其是一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计。
背景技术
目前，市场上缺乏超长焦、大口径、大光圈、适配一英寸靶面的高分辨率微光夜视镜头。为弥补这一市场空白，通过前瞻性的光学设计，实现上述优点的具备微光夜视功能镜头。
发明内容
针对于现有技术的不足和缺陷，提供一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，通过复杂光学计算及设计得出大口径超长焦微光成像镜头参数，镜头焦距达到300mm，可适配1英寸的感光芯片。实践证明通过此光学设计制作出的微光夜视成像镜头效果清晰锐利又同时大幅提高了镜头的通光率，使得成像设备在极微弱的环境下可以拍摄出清晰亮丽的图像，大大提高了夜晚动态和静态监测的画面质量。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，包括主镜筒，所述主镜筒内沿光线射入方向依次设置有第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片，且镜片外径顺次递减；
所述第一镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为438.5mm，第一镜片的内表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为-1346.5mm；所述第二镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为170.5mm，第二镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为343.2mm；所述第三镜片的外表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为-2166.4mm，第三镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为225.3mm；所述第四镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为155.8mm，第四镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为322.8mm；所述第五镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为125mm，第五镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为183mm；所述第六镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为60.8mm，第六镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为131.5mm；所述第七镜片的外表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为-178.6mm，第七镜片的内表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为100mm；
所述第一镜片与第二镜片之间的空气间隔为45.21mm，所述第二镜片与第三镜片之间的空气间隔为26.59mm，所述第三镜片与第四镜片之间的空气间隔为1.97mm，所述第四镜片与第五镜片之间的空气间隔为2mm，所述第五镜片与第六镜片之间的空气间隔为165.49mm，所述第六镜片与第七镜片之间的空气间隔为8.61mm。
进一步的，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片分别通过锁圈固定在所述主镜筒内部。
进一步的，所述第一镜片的镜片外径为207mm，所述第二镜片的镜片外径为180mm，所述所述第三镜片的镜片外径为170mm，所述第四镜片的镜片外径为160mm，所述第五镜片的镜片外径为154mm，所述第六镜片的镜片外径为70mm，所述第七镜片的镜片外径为62mm。
进一步的，所述第一镜片的中心厚度为20mm，所述第二镜片的中心厚度为20mm，所述所述第三镜片的中心厚度为3.9mm，所述第四镜片的中心厚度为15.8mm，所述第五镜片的中心厚度为13.68mm，所述第六镜片的中心厚度为11.8mm，所述第七镜片的中心厚度为8.36mm。
进一步的，所述第一镜片的折射率为1.568832，所述第二镜片的折射率为1.516797，所述第三镜片的折射率为1.846666，所述第四镜片的折射率为1.568832，所述第五镜片的折射率为1.516797，所述第六镜片的折射率为1.804006，所述第七镜片的折射率为1.517419。
进一步的，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片均为材质相同的玻璃球面镜片。
本发明的有益效果在于：
1.使镜头拥有大光圈和大进光量，微光夜视成像镜头效果清晰锐利，使得成像设备在极微弱的环境下可以拍摄出清晰亮丽的图像，大大提高了夜晚动态和静态监测的画面质量；
2.镜头最大可适配一英寸的感光芯片；
3.镜头的焦距达到300mm，是超长焦镜头，可提供超远的视距；
4.镜头分辨率达到1080P以上，可提供高清分辨率的影像；
5.镜头拥有超长的工作波长，可实现红外共焦。
附图说明
图1为本发明的光路结构示意图；
图2为本发明的整体结构截面示意图；
图3为本发明的镜头参数示意图；
图4为本发明的MTF性能示意图；
图5为本发明的OTF性能示意图；
图6为本发明的相对照度性能示意图；
图7为本发明的畸变性能示意图；
图8为本发明的点扩函数性能示意图；
图9为本发明的垂轴色差性能示意图；
图10为本发明的轴向色差性能示意图；
图11为本发明的CRA角度示意图。
图中：G1.第一镜片；G2.第二镜片；G3.第三镜片；G4.第四镜片；G5.第五镜片；G6.第六镜片；G7.第七镜片；G2.光伏板组件；M.主镜筒；D.锁圈；F.感光元件。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“套接”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1-2所示，一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，包括主镜筒M，主镜筒M内沿光线射入方向依次设置有第一镜片G1、第二镜片G2、第三镜片G3、第四镜片G4、第五镜片G5、第六镜片G6和第七镜片G7，且镜片外径顺次递减；
第一镜片G1的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为438.5mm，第一镜片G1的内表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为-1346.5mm；第二镜片G2的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为170.5mm，第二镜片G2的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为343.2mm；第三镜片G3的外表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为-2166.4mm，第三镜片G3的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为225.3mm；第四镜片G4的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为155.8mm，第四镜片G4的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为322.8mm；第五镜片G5的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为125mm，第五镜片G5的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为183mm；第六镜片G6的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为60.8mm，第六镜片G6的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为131.5mm；第七镜片G7的外表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为-178.6mm，第七镜片G7的内表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为100mm；第一镜片G1与第二镜片G2之间的空气间隔为45.21mm，第二镜片G2与第三镜片G3之间的空气间隔为26.59mm，第三镜片G3与第四镜片G4之间的空气间隔为1.97mm，第四镜片G4与第五镜片G5之间的空气间隔为2mm，第五镜片G5与第六镜片G6之间的空气间隔为165.49mm，第六镜片G6与第七镜片G7之间的空气间隔为8.61mm。本镜头作为超长焦微光成像镜头，在实际应用中，通过主镜筒M与调焦结构的配合，对整组光学镜片进行整组调焦，在弱光情况下增大镜头的通关率。在本镜头的后焦成像面上通过设置感光元件F来采集图像。
本具体实施例中，第一镜片G1、第二镜片G2、第三镜片G3、第四镜片G4、第五镜片G5、第六镜片G6和第七镜片G7分别通过锁圈D固定在主镜筒M内部。
本具体实施例中，第一镜片G1的镜片外径为207mm，第二镜片G2的镜片外径为180mm，第三镜片G3的镜片外径为170mm，第四镜片G4的镜片外径为160mm，第五镜片G5的镜片外径为154mm，第六镜片G6的镜片外径为70mm，第七镜片G7的镜片外径为62mm。
本具体实施例中，第一镜片G1的中心厚度为20mm，第二镜片G2的中心厚度为20mm，第三镜片G3的中心厚度为3.9mm，第四镜片G4的中心厚度为15.8mm，第五镜片G5的中心厚度为13.68mm，第六镜片G6的中心厚度为11.8mm，第七镜片G7的中心厚度为8.36mm。
本具体实施例中，第一镜片G1的折射率为1.568832，第二镜片G2的折射率为1.516797，第三镜片G3的折射率为1.846666，第四镜片G4的折射率为1.568832，第五镜片G5的折射率为1.516797，第六镜片G6的折射率为1.804006，第七镜片G7的折射率为1.517419。不同折射率的镜片合理搭配提高了本镜头对环境光线的采集，有利于图像清晰度的提高。
本具体实施例中，第一镜片G1、第二镜片G2、第三镜片G3、第四镜片G4、第五镜片G5、第六镜片G6和第七镜片G7均为材质相同的玻璃球面镜片。
本具体实施例中，光学镜头的具体参数如图3所述，其中本实施例里光学镜头的焦距f＝300mm，可在50m以上的工作距离中工作；光圈F/N0＝1.5，光学后焦＝23mm，第一镜片G1的外表面到成像面的中心轴距离为390mm。成像面上的感光元件F可最大可适配一英寸的感光芯片。
本具体实施例的性能测试曲线如图4-11，从本镜头多次测试的数据可以明显的看到镜头主光线角度呈线性变化，最大达到2.4度，相对照度大于99％，光学畸变小于0.1％，从MTF和OTF性能曲线图分析可以看出镜头图像采集分辨率可达到1080P，可提供高清分辨率的影像。本发明的工作波长为500-900nm，不同工作波长输入后，光路均如图1一样稳定，可实现红外共焦。
本发明的镜头拥有大光圈和大进光量，微光夜视成像镜头效果清晰锐利，使得成像设备在极微弱的环境下可以拍摄出清晰亮丽的图像，大大提高了夜晚动态和静态监测的画面质量
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (6)
1.一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，其特征在于，包括主镜筒，所述主镜筒内沿光线射入方向依次设置有第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片，且镜片外径顺次递减；
所述第一镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为438.5mm，第一镜片的内表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为-1346.5mm；所述第二镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为170.5mm，第二镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为343.2mm；所述第三镜片的外表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为-2166.4mm，第三镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为225.3mm；所述第四镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为155.8mm，第四镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为322.8mm；所述第五镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为125mm，第五镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为183mm；所述第六镜片的外表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为60.8mm，第六镜片的内表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为131.5mm；所述第七镜片的外表面为圆弧凹面，该圆弧凹面的曲率半径为-178.6mm，第七镜片的内表面为圆弧凸面，该圆弧凸面的曲率半径为100mm；
所述第一镜片与第二镜片之间的空气间隔为45.21mm，所述第二镜片与第三镜片之间的空气间隔为26.59mm，所述第三镜片与第四镜片之间的空气间隔为1.97mm，所述第四镜片与第五镜片之间的空气间隔为2mm，所述第五镜片与第六镜片之间的空气间隔为165.49mm，所述第六镜片与第七镜片之间的空气间隔为8.61mm。
2.根据权利要求1所述的一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，其特征在于，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片分别通过锁圈固定在所述主镜筒内部。
3.根据权利要求2所述的一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，其特征在于，所述第一镜片的镜片外径为207mm，所述第二镜片的镜片外径为180mm，所述所述第三镜片的镜片外径为170mm，所述第四镜片的镜片外径为160mm，所述第五镜片的镜片外径为154mm，所述第六镜片的镜片外径为70mm，所述第七镜片的镜片外径为62mm。
4.根据权利要求2所述的一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，其特征在于，所述第一镜片的中心厚度为20mm，所述第二镜片的中心厚度为20mm，所述所述第三镜片的中心厚度为3.9mm，所述第四镜片的中心厚度为15.8mm，所述第五镜片的中心厚度为13.68mm，所述第六镜片的中心厚度为11.8mm，所述第七镜片的中心厚度为8.36mm。
5.根据权利要求2所述的一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，其特征在于，所述第一镜片的折射率为1.568832，所述第二镜片的折射率为1.516797，所述第三镜片的折射率为1.846666，所述第四镜片的折射率为1.568832，所述第五镜片的折射率为1.516797，所述第六镜片的折射率为1.804006，所述第七镜片的折射率为1.517419。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种大口径大光圈超长焦微光成像镜头的光学设计，其特征在于，所述第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片和第七镜片均为材质相同的玻璃球面镜片。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20220105 Address after: 834000 No. 4980-1-1, Jinxi Third Street, Baijiantan District, Karamay City, Xinjiang Uygur Autonomous Region - 104 Patentee after: Zhongke Tianji (Xinjiang) Aerospace Information Co.,Ltd. Address before: 3009-205, third floor, block B, building 1, yard 2, Yongcheng North Road, Haidian District, Beijing 100083 Patentee before: Zhongke Hengyun (Beijing) Information Technology Co.,Ltd. |
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