CN113419326B - 一种大相对孔径高清成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大相对孔径高清成像镜头，沿光线传播方向由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜、负焦度的第七透镜和探测像面，孔径光阑设置在第三透镜和第四透镜之间，孔径光阑靠近第四透镜。本发明采用七片球面透镜，通过优化各透镜的光焦度和透镜间距，在全视场范围内，实现在截止频率300线对每毫米处的调制传递函数值均优于0.3，调制传递函数曲线集中度高，接近衍射极限，成像质量好；在各个视场的像点弥散斑半径均方根值均优于0.7微米，像点质心集中，探测精度高；成像质量接近衍射极限，具有结构紧凑与小型化的物理结构优势。

Description

一种大相对孔径高清成像镜头
技术领域
本发明涉及光学成像镜头领域，特别涉及一种大相对孔径高清成像镜头。
背景技术
在工业特种元件内部缺陷检测、地震灾害现场搜救、医用内窥镜和无人机航拍等方面，小型化、便携式、柔性的探测成像装备具有重要作用。采用高清成像镜头可以保证获取清晰、高质量目标信息，而现有的大部分高清镜头的成像质量难以保证接近衍射极限，使得画面清晰度、比例保真度与照度均匀性等方面有所降低。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种成像质量接近衍射极限的大相对孔径高清成像镜头。
技术方案：本发明的一种大相对孔径高清成像镜头，沿光线传播方向由物侧至像侧依次包括具有负光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜、负光焦度的第六透镜、负光焦度的第七透镜和探测像面，孔径光阑设置在第三透镜和第四透镜之间，孔径光阑靠近第四透镜。
进一步，第五透镜和第六透镜组成胶合透镜。
进一步，第一透镜至第七透镜七个透镜工作波长范围为500～600nm，中心波长为550nm。
进一步，第一透镜前表面到探测像面的轴向距离范围为25～35mm。
进一步，所述高清成像镜头光学系统中第一透镜的口径最大，不超过15mm。
进一步，所述高清成像镜头光学系统的F数范围为2.4～3.2，有效焦距范围为5.2～6.2mm，全视场角不小于32°，像面对角线尺寸范围为3～3.5mm。
进一步，所述高清成像镜头光学系统中的每个透镜表面均为球面，第一透镜与第二透镜间隔为空气，第二透镜与第三透镜间隔为空气，第三透镜与第四透镜间隔为空气，第四透镜与第五透镜间隔为空气，第六透镜与第七透镜间隔为空气，第七透镜与探测像面间隔为空气。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明采用七片球面透镜，通过优化各透镜的光焦度和透镜间距，在全视场范围内，实现在截止频率300线对每毫米处的调制传递函数值均优于0.3，调制传递函数曲线集中度高，接近衍射极限，成像质量好；在各个视场的像点弥散斑半径均方根值均优于0.7微米，像点质心集中，探测精度高；成像质量接近衍射极限，具有结构紧凑与小型化的物理结构优势。
附图说明
图1是实施例一光路示意图；
图2是实施例一点列图；
图3是实施例一调制传递函数曲线图；
图4是实施例二光路示意图；
图5是实施例二点列图；
图6是实施例二调制传递函数曲线图；
图7是实施例三光路示意图；
图8是实施例三点列图；
图9是实施例三调制传递函数曲线图。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述的一种大相对孔径高清成像镜头，由七片球面透镜构成。如图1所示，沿着光线传播方向，从左向右依次为具有负光焦度的第一透镜1、正光焦度的第二透镜2、负光焦度的第三透镜3、孔径光阑8、正光焦度的第四透镜4、正光焦度的第五透镜5、负光焦度的第六透镜6、负光焦度的第七透镜7和探测像面9。孔径光阑8位于第三透镜3和第四透镜4之间，且紧靠第四透镜4。第五透镜5和第六透镜6为胶合透镜。该实施例中光学系统的工作波段范围为500nm至600nm，中心波长为550nm。
表1示出本实施例高清成像镜头基本参数表，曲率半径和厚度的单位均为毫米。
表1
Figure GDA0003594179700000021
Figure GDA0003594179700000031
本实施例中光学系统的F数为3，有效焦距为6.2mm，全视场角为32°。从第一透镜1的前表面到探测像面9的轴向距离为35mm，第一透镜1的口径为11mm，为本实施例镜头的最大口径。
在全视场范围内，各个视场的像点弥散斑半径均方根值均优于0.7微米，像点质心集中，探测精度高，如图2所示；在截止频率300线对每毫米处的调制传递函数值均优于0.3，成像性能好，接近衍射极限，如图3所示。
实施例2
本实施例所述的一种大相对孔径高清成像镜头，由七片球面透镜构成。如图4所示，沿着光线传播方向，从左向右依次为具有负光焦度的第一透镜1、正光焦度的第二透镜2、负光焦度的第三透镜3、孔径光阑8、正光焦度的第四透镜4、正光焦度的第五透镜5、负光焦度的第六透镜6、负光焦度的第七透镜7和探测像面9。其中，孔径光阑8位于第三透镜3和第四透镜4之间，且紧靠第四透镜4。第五透镜5和第六透镜6为胶合透镜。该实施例中光学系统的工作波段范围为500nm至600nm，中心波长为550nm。
表2示出本实施例高清成像镜头基本参数表，曲率半径和厚度单位均为毫米。
表2
Figure GDA0003594179700000032
Figure GDA0003594179700000041
本实施例高清成像镜头，如图5所示，其工作波段范围为500nm至600nm，中心波长为550nm。系统的F数为3，有效焦距为6.2mm，全视场角为32°。从第一透镜1的前表面到探测像面9的轴向距离为30mm。第一透镜1的口径为10mm，为本实施例镜头的最大口径。
在全视场范围内，各个视场的像点弥散斑半径均方根值均优于0.7微米，像点质心集中，探测精度高，如图5所示；在截止频率300线对每毫米处的调制传递函数值均优于0.3，成像性能好，接近衍射极限，如图6所示。
实施例3：
本实施例所述的一种大相对孔径高清成像镜头，由七片球面透镜构成。如图7所示，沿着光线传播方向，从左向右依次为具有负光焦度的第一透镜1、正光焦度的第二透镜2、负光焦度的第三透镜3、孔径光阑8、正光焦度的第四透镜4、正光焦度的第五透镜5、负光焦度的第六透镜6、负光焦度的第七透镜7和探测像面9。其中，孔径光阑8位于第三透镜3和第四透镜4之间，且紧靠第四透镜4。第五透镜5和第六透镜6为胶合透镜。该实施例中光学系统的工作波段范围为500nm至600nm，中心波长为550nm。
表3示出本实施例高清成像镜头基本参数表，曲率半径和厚度单位均为毫米。
表3
面号 曲率半径 厚度 折射率 色散系数
物面 无穷大 无穷大
第一透镜前表面 15 2 1.74 44.89
第一透镜后表面 5.417 2.2
第二透镜前表面 14.083 1.5 1.74 44.89
第二透镜后表面 -339.648 0.9
第三透镜前表面 6.698 1.8 1.87 30.55
第三透镜后表面 5.384 7.555
孔径光阑 无穷大 0.1
第四透镜前表面 10.604 1 1.74 44.89
第四透镜后表面 -12.619 0.1
第五透镜前表面 8.584 1 1.87 30.55
第五透镜后表面 -5.865mm 0
第六透镜前表面 -5.865 1 1.95 17.99
第六透镜后表面 23.773 2.444
第七透镜前表面 -9.569 1 1.74 44.89
第七透镜后表面 51.43 2.4
探测像面 无穷大
如图8所示，本实施例高清成像镜头工作波段范围为500nm至600nm，中心波长为550nm。本实施例中系统的F数为2.8，有效焦距为6.2mm，全视场角为32°。从第一透镜1的前表面到探测像面9的轴向距离为25mm。第一透镜1的口径为8mm，为本实施例镜头的最大口径。
在全视场范围内，各个视场的像点弥散斑半径均方根值均优于0.7微米，像点质心集中，探测精度高，如图8所示；在截止频率300线对每毫米处的调制传递函数值均优于0.3，成像性能好，接近衍射极限，如图9所示。

Claims (6)

1.一种大相对孔径高清成像镜头，其特征在于，沿光线传播方向由物侧至像侧依次由具有负光焦度的第一透镜(1)、正光焦度的第二透镜(2)、负光焦度的第三透镜(3)、正光焦度的第四透镜(4)、正光焦度的第五透镜(5)、负光焦度的第六透镜(6)、负光焦度的第七透镜(7)和探测像面(9)组成，孔径光阑(8)设置在第三透镜(3)和第四透镜(4)之间，孔径光阑(8)靠近第四透镜(4)，第五透镜(5)和第六透镜(6)组成胶合透镜。
2.根据权利要求1所述的高清成像镜头，其特征在于，第一透镜(1)至第七透镜(7)七个透镜工作波长范围为500～600nm，中心波长为550nm。
3.根据权利要求1所述的高清成像镜头，其特征在于，第一透镜(1)前表面到探测像面(9)的轴向距离范围为25～35mm。
4.根据权利要求1所述的高清成像镜头，其特征在于，所述高清成像镜头光学系统中第一透镜(1)的口径最大，不超过15mm。
5.根据权利要求1所述的高清成像镜头，其特征在于，所述高清成像镜头光学系统的F数范围为2.4～3.2，有效焦距范围为5.2～6.2mm，全视场角不小于32°，像面对角线尺寸范围为3～3.5mm。
6.根据权利要求1所述的高清成像镜头，其特征在于，所述高清成像镜头光学系统中的每个透镜表面均为球面，第一透镜(1)与第二透镜(2)间隔为空气，第二透镜(2)与第三透镜(3)间隔为空气，第三透镜(3)与第四透镜(4)间隔为空气，第四透镜(4)与第五透镜(5)间隔为空气，第六透镜(6)与第七透镜(7)间隔为空气，第七透镜(7)与探测像面(9)间隔为空气。
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