CN111443463B - 一种超宽光谱波段成像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超宽光谱波段成像镜头，该镜头包括沿光轴设置的至少两组透镜；每组透镜由至少一个正光焦度的透镜和至少一个负光焦度的透镜组合而成；其中正光焦度的透镜为氟化镁材质的双凸透镜。本发明可以实现300nm～1700nm内的任意波段成像，可以获得300nm～1700nm内任意光谱通道信息，也可以直接配合多光谱相机使用，获得多通道光谱图像。
Description
技术领域
本发明属于光学镜头技术领域，涉及一种超宽工作谱段、可以工作在紫外、可见光、近红外波段、短波红外的成像镜头。
背景技术
宽光谱镜头对多光谱技术的小型化、轻量化具有重要的意义，镜头工作波段越宽，所能承载的信息量越大。在镜头设计领域，人们在传统可见光波段的基础上，一直在向可见光以外的波段进行拓宽。宽光谱镜头中出现了可见光到近红外、紫外到近红外等波段的设计。
在紫外波段，普通光学玻璃吸收强烈，透过率低，因此能工作于紫外的光学材料极少；在短波红外波段，由于光学玻璃远离电子吸收带，玻璃的色散效应与可见光波段差别很大，因此涵盖紫外到短波红外的宽波段镜头设计实现困难。目前公开资料中尚没有从紫外到短波红外的宽波段的镜头设计。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以在300nm～1700nm波段内高质量成像的超宽光谱波段成像镜头。
为了解决上述技术问题，本发明的超宽光谱波段成像镜头包括沿光轴设置的至少两组透镜；每组透镜由至少一个正光焦度的透镜和至少一个负光焦度的透镜组合而成；其特征在于正光焦度的透镜为氟化镁材质的双凸透镜。
所述负光焦度的透镜优选熔融石英材质的透镜。
进一步，本发明包括沿光轴依次设置的三组透镜，第一透镜和第二透镜、第三透镜和第四透镜、第五透镜和第六透镜分别组合成第一、第二、第三组透镜，其中：第一透镜为弯月镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜和第三透镜为双凸透镜；第四透镜为双凹透镜；第五透镜为双凸透镜；第六透镜为弯月镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
进一步，六个透镜的光学表面为球面或者非球面。
进一步，六个透镜光学表面的曲率半径、透镜的厚度及相邻透镜的间隔如下表，表中Ri表示第i个光学表面的曲率半径，i＝1,2，…，12；tj表示第j个透镜的厚度，j＝1,2，…，6；dj，j＝1，2,3,4,5，表示第j个透镜后表面到下一透镜前表面的空气间隔；d6表示第六透镜的后表面到探测器感光面的距离：
进一步，本发明包括沿光轴依次设置的三组透镜，第一透镜和第二透镜、第三透镜和第四透镜、第五透镜和第六透镜分别组合成第一、第二、第三组透镜；其中：第一透镜为双凸透镜；第二透镜为弯月镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第三透镜为双凸透镜；第四透镜为双凹透镜；第五透镜为双凸透镜；第六透镜为弯月镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
进一步，六个透镜的光学表面为球面或者非球面。
进一步，六个透镜光学表面的曲率半径、透镜的厚度及相邻透镜的间隔如下表，表中Ri表示第i个光学表面的曲率半径，i＝1,2，…，12；tj表示第j个透镜的厚度，j＝1,2，…，6；dj，j＝1，2,3,4,5，表示第j个透镜后表面到下一透镜前表面的空气间隔；d6表示第六透镜的后表面到探测器感光面的距离：
有益效果
传统光学成像系统波段带宽较窄，不能涵盖紫外波段到短波红外波段这一局限。本发明提供一种了工作波段为300nm～1700nm的超宽波段成像镜头，在镜头前端或者后端加入所需波段的滤光片，可以实现300nm～1700nm内的任意波段成像，可以获得300nm～1700nm内任意光谱通道信息，也可以直接配合多光谱相机使用，获得多通道光谱图像。本发明为宽波段或多波段成像系统提供了一种重量轻、体积小巧、工作高效的镜头装置。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是实施例1的调制传递函数曲线。
图3是本发明实施例2的结构示意图。
图4是实施例2的调制传递函数曲线。
图中：1.第一透镜，2.第二透镜，3.第三透镜，4.第四透镜，5.第五透镜，6.第六透镜，7.像平面。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
实施例1
如图1所示，本发明的超宽光谱波段成像镜头包括沿光轴依次设置的第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，第四透镜4，第五透镜5，第六透镜6；其中：第一透镜1为弯月镜，采用熔融石英材料，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜2为双凸透镜，采用氟化镁材料，具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第三透镜3为双凸透镜，采用氟化镁材料，具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜4双凹透镜，采用熔融石英材料，具有负光焦度，其物侧面和像侧面均为凹面；第五透镜5为双凸透镜，采用氟化镁材料，具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第六透镜6为弯月镜，采用熔融石英材料，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
以下描述中，透镜的前表面指透镜的物侧表面，透镜的后表面指透镜的像侧表面。
本实施例系统设计选择的波段为300nm～1700nm；系统的视场角为±4.6°，焦距为50mm。各透镜的具体参数如表1所示。表中R表示透镜表面的曲率半径(R1、R2、R3、R4、R5、R6依次为从物侧到像侧沿光轴方向各光学表面的曲率半径)，t表示透镜的厚度，d表示该透镜后表面到下一透镜前表面的空气间隔。镜头在0°、1.2°、2.6°、3.6°、4.6°半视场角下的调制传递函数曲线如图2所示。图中各视场在30lp/mm下调制传递函数值均高于0.4，说明镜头在300～1700nm全波段全视场具有较好的成像质量。
表1
实施例2：
如图1所示，本发明的超宽光谱波段成像镜头包括沿光轴依次设置的第一透镜1，第二透镜2，第三透镜3，第四透镜4，第五透镜5，第六透镜6；其中：第一透镜1为双凸透镜，采用氟化镁材料，具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第二透镜2为弯月镜，采用熔融石英材料，具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第三透镜3为双凸透镜，采用氟化镁材料，具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第四透镜4双凹透镜，采用熔融石英材料，具有负光焦度，其物侧面和像侧面均为凹面；第五透镜5为双凸透镜，采用氟化镁材料，具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面；第六透镜6为弯月镜，采用熔融石英材料，具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
以下描述中，透镜的前表面指透镜的物侧表面，透镜的后表面指透镜的像侧表面。
本实施例系统设计选择的波段为300nm～1700nm；系统的视场角为±4.6°，焦距为50mm。各透镜的具体参数如表2所示。实施例2中镜头在0°、1.2°、2.6°、3.6°、4.6°半视场角下的调制传递函数曲线如图4所示。图中各视场在30lp/mm下调制传递函数值均高于0.4，说明镜头在300～1700nm全波段全视场具有较好的成像质量。
表2
其中实施例1中，负光焦度的第一透镜1、第四透镜4和第六透镜6还可以采用蓝宝石和氟化钙。
其中实施例2中，第二透镜2、第四透镜4和第六透镜6还可以采用蓝宝石和氟化钙。
实施例1、实施例2中，各透镜的表面可以采用球面或非球面。
本发明不限于上述实施例，根据镜头设计参数需要，还可以采用两组透镜或者四组透镜等。每组透镜还可以采用两片正透镜和一片负透镜。
Claims (4)
1.一种超宽光谱波段成像镜头，其特征在于包括沿光轴依次设置的三组透镜，第一透镜(1)和第二透镜(2)、第三透镜(3)和第四透镜(4)、第五透镜(5)和第六透镜(6)分别组合成第一、第二、第三组透镜；每组透镜由一个正光焦度的透镜和一个负光焦度的透镜组合而成；其中：第一透镜(1)为双凸透镜；第二透镜(2)为弯月镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第三透镜(3)为双凸透镜；第四透镜(4)为双凹透镜；第五透镜(5)为双凸透镜；第六透镜(6)为弯月镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；其中正光焦度的透镜为氟化镁材质的双凸透镜。
2.根据权利要求1所述的超宽光谱波段成像镜头，其特征在于所述负光焦度的透镜采用熔融石英材质的透镜。
3.根据权利要求1所述的超宽光谱波段成像镜头，其特征在于六个透镜的光学表面为球面或者非球面。
4.根据权利要求3所述的超宽光谱波段成像镜头，其特征在于六个透镜光学表面的曲率半径、透镜的厚度及相邻透镜的间隔如下表，表中Ri表示第i个光学表面的曲率半径，i＝1,2，…，12；tj表示第j个透镜的厚度，j＝1,2，…，6；dj，j＝1，2,3,4,5，表示第j个透镜后表面到下一透镜前表面的空气间隔；d6表示第六透镜(6)的后表面到探测器感光面的距离：
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