CN112255761B - 一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，包括沿入射光路自前向后依次设置的光焦度为正的前组镜片、光焦度为负的中组镜片、第一反射镜、光焦度为负的后组镜片、第二反射镜；所述第一反射镜的后方设置有第一消光筒，所述第二反射镜的后方设置有第二消光筒；所述前组镜片沿入射光路依次设有第一正弯月透镜、第二正弯月透镜及第一负弯月透镜与第三正弯月透镜密接的第一胶合组；所述中组镜片沿入射光路依次设有第一双凸透镜与第一双凹透镜密接的第二胶合组以及第二负弯月透镜；所述后组镜片沿入射光路设有由第二双凹透镜与第二双凸透镜密接的第三胶合组。该镜头对常见激光波段光线、蓝光辐射光线具有抗干扰能力，提高成像质量。

Description

一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头。
背景技术
在工业摄像领域，不仅要求图像还原度高、单帧频信息量大，因此，除了要求镜头解析度高之外，近年来还提出了抗非工作波段光能量干扰的要求。特别是在多光谱系统中，由于多波段协同工作，监测视场内存在很强的杂光干扰。例如当可见光与激光波段系统共同工作时，由于激光能量密度高，在大气中发生散射，在可见光成像系统中会监测到回波现象，形成亮度很高的杂光光点，对系统正常工作干扰强烈，甚至导致工作任务的失败。另外，在光照条件过强时，例如太阳辐射或短波激光辐射，也要求成像系统具备良好的抗干扰能力，避免图像偏色，减弱鬼像等杂光的影响。现有解决方案一般是在第一个光学镜片上镀制特殊膜系的膜层，让杂光能量反射出去，以减弱干扰。但反射回的激光能量同样有可能会干扰到其他系统的正常工作，不能从根本上解决问题。当要求抗干扰的波段分布较宽时，例如同时要求抗长波、抗短波时，膜系设计将变得极为困难，不具备事实上的可行性。另外，膜层数量太多，有可能会改变光学表面面型精度，降低成像质量，特别是几何尺寸比较大的镜片，更加难于控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，该镜头对常见激光波段（1064um、1550nm）光线、蓝光辐射（430nm以下）光线具有抗干扰能力，图像还原度高，提高成像质量。
本发明的技术方案在于：一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，镜头的光学系统由沿入射光路自前向后依次设置的光焦度为正的前组镜片、光焦度为负的中组镜片、第一反射镜、光焦度为负的后组镜片、第二反射镜组成；所述第一反射镜的后方设置有第一消光筒，所述第二反射镜的后方设置有第二消光筒；所述前组镜片由沿入射光路依次设有的第一正弯月透镜、第二正弯月透镜及第一负弯月透镜与第三正弯月透镜密接的第一胶合组组成；所述中组镜片由沿入射光路依次设有的第一双凸透镜与第一双凹透镜密接的第二胶合组以及第二负弯月透镜组成；所述后组镜片由沿入射光路设有的第二双凹透镜与第二双凸透镜密接的第三胶合组组成。
进一步地，所述前组镜片与中组镜片之间的空气间隔为51.63mm，所述中组镜片与第一反射镜之间的空气间隔为75.85mm，所述第一反射镜与后组镜片之间的空气间隔为33.44mm，所述后组镜片与第二反射镜之间的空气间隔为48.21mm，所述第二反射镜与成像靶面之间的空气间隔为146.83mm。
进一步地，所述第一正弯月透镜和第二正弯月透镜之间的空气间隔为0.20mm，所述第二正弯月透镜和第一胶合组之间的空气间隔为25.37mm，所述第二胶合组和第二负弯月透镜之间的空气间隔为38.06mm。
进一步地，所述第一胶合组中间为负折射力的胶合面，胶合面的边缘弯向像面侧，胶合面两边的第一负弯月透镜和第三正弯月透镜折射率之差大于0.3；所述第二胶合组中间为负折射力的胶合面，胶合面的边缘弯向物面侧，胶合面两边的第一双凸透镜和第一双凹透镜折射率之差小于0.1。
进一步地，所述第一反射镜的反射面上镀制有53层的膜层；所述第二反射镜的反射面上镀制有48层的膜层。
进一步地，所述第一反射镜与光轴倾斜45°设置，所述第一消光筒开口朝向第一反射镜，第一消光筒内部具有消光螺纹，第一消光筒底面和第一反射镜平行，第一消光筒开口端面为与第一反射镜相平行的斜切面。
进一步地，所述第二反射镜与光轴倾斜45°设置，第二反射镜与第一反射镜之间的夹角为90°，所述第二消光筒开口朝向第二反射镜，第二消光筒内部具有消光螺纹，第二消光筒底面和第二反射镜平行，第二消光筒开口端面为与第二反射镜相平行的斜切面。
进一步地，所述第二消光筒几何尺寸可与第一消光筒同等大小，或按相对应的反射镜尺寸同比例缩小。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该镜头利用镀制特殊膜层的反射镜来降低激光干扰、蓝光辐射干扰，在光路中设置两片反射镜，让正常波段光线反射后成像，让激光波段能量、蓝光辐射能量透射，进入消光筒后被吸收，达到降低激光干扰、减弱极强光照条件下蓝光辐射等杂光干扰的目的，避免对其他系统造成干扰；采用二次光路折叠，结构紧凑，分辨率高，图像还原度高，单帧频信息量大，能与一千两百万像素高清相机适配；设计光谱宽度宽，当与滤色片配合使用时，还可以实现高清透雾功能。
该镜头对常见激光波段（1064um、1550nm）光线、蓝光辐射（430nm以下）光线具有强抗干扰能力，提高成像质量，由于将杂光波段能量采用消光筒吸收的方式进行消除，因此从根本上解决了问题，不会对系统中其他模块造成影响，适用于抗激光干扰、抗蓝光辐射、图像还原度高、高信息量的工业摄像领域。设计光谱宽度宽，当与滤色片配合使用时，还可以实现高清透雾功能。
附图说明
图1为本发明镜头的光学系统示意图；
图2为本发明镜头的可见光波段调制传递函数图；
图3为本发明镜头的近红外波段调制传递函数图；
图4为本发明镜头的反射镜C的反射率曲线图。
图5为本发明镜头的反射镜F的反射率曲线图；
图中：A-前组镜片 A1-第一正弯月透镜 A2-第二正弯月透镜 A3-第一负弯月透镜 A4-第三正弯月透镜 B-中组镜片 B1-第一双凸透镜 B2-第一双凹透镜 B3-第二负弯月透镜 C-第一反射镜 D-第一消光筒 E-后组镜片 E1-第二双凹透镜 E2-第二双凸透镜 F-第二反射镜 G-第二消光筒。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1至图5
一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，镜头的光学系统由沿入射光路自前向后依次设置的光焦度为正的前组镜片A、光焦度为负的中组镜片B、第一反射镜C、光焦度为负的后组镜片E、第二反射镜F组成；所述第一反射镜的后方设置有第一消光筒D，所述第二反射镜F的后方设置有第二消光筒G；所述前组镜片A由沿入射光路依次设有的第一正弯月透镜A1、第二正弯月透镜A2及第一负弯月透镜A3与第三正弯月透镜A4密接的第一胶合组组成；所述中组镜片B由沿入射光路依次设有的第一双凸透镜B1与第一双凹透镜B-2密接的第二胶合组以及第二负弯月透镜B3组成；所述后组镜片E由沿入射光路设有的第二双凹透镜E1与第二双凸透镜E2密接的第三胶合组组成。
该镜头利用镀制特殊膜层的反射镜来降低激光干扰、蓝光辐射干扰，在光路中设置两片反射镜，让正常波段光线反射后成像，让激光波段能量、蓝光辐射能量透射，进入消光筒后被吸收，避免对其他系统造成干扰。
该镜头的前组镜片A光焦度为正，中组镜片B、后组镜片E光焦度均为负值，符合摄远结构的基本架构，因此光学总长较小，同时由于采用两片反射镜实现光路二次折叠，使得总体结构进一步紧凑化；所述镜头像面尺寸达到30mm的前提下，焦距1000mm，光学总长495mm，光学总长与焦距之比达到0.5，具有摄远结构的特点，进一步采用二次光路折叠后，水平长度仅330mm，结构非常紧凑，并保持高分辨率，图像还原度高，单帧频信息量大，能与像素数4000*3000、像元6um的一千两百万像素高清相机适配，且对激光波段、蓝光辐射光线具有抗干扰能力，提高成像质量，适用于抗激光干扰、抗蓝光辐射干扰、图像还原度高、高信息量的工业摄像领域。
本实施例中，所述前组镜片A与中组镜片B之间的空气间隔为51.63mm，所述中组镜片B与第一反射镜C之间的空气间隔为75.85mm，所述第一反射镜C与后组镜片E之间的空气间隔为33.44mm，所述后组镜片E与第二反射镜F之间的空气间隔为48.21mm，所述第二反射镜F与成像靶面之间的空气间隔为146.83mm。该镜头在成像靶面处设置摄像元件，将光学图像转换为电信号。
本实施例中，所述第一正弯月透镜A1和第二正弯月透镜A2之间的空气间隔为0.20mm，所述第二正弯月透镜A2和第一胶合组之间的空气间隔为25.37mm，所述第二胶合组和第二负弯月透镜B3之间的空气间隔为38.06mm。
本实施例中，所述第一正弯月透镜A1、第二正弯月透镜A2均为低色散材料，第一正弯月透镜A1材料为FCD505，具有校正二级光谱像差的能力，同时折射率较高，对球差校正也有利，第二正弯月透镜A2材料为FCD100超低色散材料，在本系统中校正二级光谱像差起决定性作用。所述第一胶合组中间为负折射力的胶合面，胶合面的边缘弯向像面侧，胶合面两边的第一负弯月透镜A3和第三正弯月透镜A4折射率之差大于0.3，其中正弯月透镜A-4玻璃材料为超低色散的FCD100材料，具有校正二级光谱的能力。所述第二胶合组中间为负折射力的胶合面，胶合面的边缘弯向物面侧，胶合面两边的第一双凸透镜B1和第一双凹透镜B2折射率之差小于0.1。
该镜头焦距达到1000mm，相对孔径为F8，为典型的长焦距、大相对孔径系统，球差、二级光谱像差为最难校正的两种像差，特别是要求透雾使用时，二级光谱像差体现的尤其明显。在通光高度最大的前组中，胶合面都具有校正球差的作用，三个正透镜中都使用了低色散材料，有利于校正二级光谱像差。因此，在本发明例中，分辨率达到了较高水平，能满足6um像元尺寸在特征频率83lp/mm下的使用需求。
本实施例中，所述第一反射镜C的反射面上镀制有53层的膜层，第一反射镜C在工作波段420nm～860nm的反射率大于99%，在1064nm、1550nm的透过率大于98%；所述第二反射镜F的反射面上镀制有48层的膜层，第二反射镜F在工作波段420nm～860nm的反射率大于99%，同时在蓝光辐射波段（410nm以下）的透过率大于99%。因此该镜头对常用激光波段（1064nm、1550nm）光线、蓝光辐射波段（410nm以下）具有抗干扰能力，提高了成像质量，适用于抗杂光干扰、图像还原度高、高信息量的工业摄像领域，具有优异的抗激光干扰能力，由于是采用吸收杂光能量的方式，因此避免了对其他协同系统的影响。
本实施例中，所述第一反射镜C与光轴倾斜45°设置，所述第一消光筒D为圆形筒且开口朝向第一反射镜C，第一消光筒D内部具有消光螺纹，吸收从反射组件透射的激光波段光能量，提高镜头抗激光干扰能力。第一消光筒D底面和第一反射镜C平行，有利于进入的光能量反射至侧壁，也就是将透过的激光谱段能量反射至侧壁，减小反射回原光路的概率，提高镜头抗激光干扰能力。第一消光筒D开口端面为与第一反射镜C相平行的斜切面，直径和高度均为30mm。在具体实施过程中，当结构尺寸允许时，也可将第一消光筒D加工为正方形筒，但边长和深度均应大于30mm。
本实施例中，所述第二反射镜F与光轴倾斜45°设置，第二反射镜与第一反射镜C之间的夹角为90°，所述第二消光筒G为圆形筒且开口朝向第二反射镜F，第二消光筒G内部具有消光螺纹，吸收从反射组件透射的蓝光辐射波段光能量，提高镜头抗蓝光辐射干扰能力。第二消光筒G底面和第二反射镜F平行，有利于进入的光能量反射至侧壁，也就是将透过的蓝光谱段能量反射至侧壁，减小反射回原光路的概率，提高镜头抗激光干扰能力。第二消光筒G开口端面为与第二反射镜F相平行的斜切面，直径和高度均为30mm。在具体实施过程中，当结构尺寸允许时，也可将消光筒组件G加工为正方形筒，但边长和深度均应大于30mm。
本实施例中，所述第二消光筒G几何尺寸可与第一消光筒D同等大小，或按相对应的反射镜尺寸同比例缩小。
本发明镜头中各个镜片的具体参数见下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
上述胶合面折射率之差，依据实际设计指标，可适当调整。
该镜头基本参数为：
工作波段：420nm～860nm；
焦距：1000mm；
相对孔径： 1/8；
靶面尺寸：30mm。
本实施例中，第一反射镜C各膜层顺序及具体参数如下：
Figure 924343DEST_PATH_IMAGE002
。
本实施例中，第二反射镜F各膜层顺序及具体参数如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
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。
本发明中使用了“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，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。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的透雾镜头并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，其特征在于，镜头的光学系统由沿入射光路自前向后依次设置的光焦度为正的前组镜片、光焦度为负的中组镜片、第一反射镜、光焦度为负的后组镜片、第二反射镜组成；所述第一反射镜的后方设置有第一消光筒，所述第二反射镜的后方设置有第二消光筒；所述前组镜片由沿入射光路依次设有的 第一正弯月透镜、第二正弯月透镜及第一负弯月透镜与第三正弯月透镜密接的第一胶合组组成；所述中组镜片由沿入射光路依次设有的 第一双凸透镜与第一双凹透镜密接的第二胶合组以及第二负弯月透镜组成；所述后组镜片由沿入射光路依次设有的第二双凹透镜与第二双凸透镜密接的第三胶合组组成；所述第一反射镜的反射面上镀制有53层的膜层，第一反射镜在工作波段420nm～860nm的反射率大于99%，在1064nm、1550nm的透过率大于98%；所述第二反射镜的反射面上镀制有48层的膜层，第二反射镜在工作波段420nm～860nm的反射率大于99%，同时在蓝光辐射波段410nm以下的透过率大于99%；所述第一反射镜与光轴倾斜45°设置，所述第二反射镜与光轴倾斜45°设置，第二反射镜与第一反射镜之间的夹角为90°；镜头能够能满足6um像元尺寸在特征频率83lp/mm下的使用需求，且焦距达到1000mm。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，其特征在于，所述前组镜片与中组镜片之间的空气间隔为51.63mm，所述中组镜片与第一反射镜之间的空气间隔为75.85mm，所述第一反射镜与后组镜片之间的空气间隔为33.44mm，所述后组镜片与第二反射镜之间的空气间隔为48.21mm，所述第二反射镜与成像靶面之间的空气间隔为146.83mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，其特征在于，所述第一正弯月透镜和第二正弯月透镜之间的空气间隔为0.20mm，所述第二正弯月透镜和第一胶合组之间的空气间隔为25.37mm，所述第二胶合组和第二负弯月透镜之间的空气间隔为38.06mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，其特征在于，所述第一胶合组中间为负折射力的胶合面，胶合面的边缘弯向像面侧，胶合面两边的第一负弯月透镜和第三正弯月透镜折射率之差大于0.3；所述第二胶合组中间为负折射力的胶合面，胶合面的边缘弯向物面侧，胶合面两边的第一双凸透镜和第一双凹透镜折射率之差小于0.1。
5.根据权利要求1所述的一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，其特征在于，所述第一消光筒开口朝向第一反射镜，第一消光筒内部具有消光螺纹，第一消光筒底面和第一反射镜平行，第一消光筒开口端面为与第一反射镜相平行的斜切面。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，其特征在于，所述第二消光筒开口朝向第二反射镜，第二消光筒内部具有消光螺纹，第二消光筒底面和第二反射镜平行，第二消光筒开口端面为与第二反射镜相平行的斜切面。
7.根据权利要求6所述的一种具有抗杂光干扰能力的折叠型长焦距高清透雾镜头，其特征在于，所述第二消光筒几何尺寸与第一消光筒同等大小，或按相对应的反射镜尺寸同比例缩小。
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