CN113741015A - 一种小型化可见近红外像方远心镜头 - Google Patents

一种小型化可见近红外像方远心镜头 Download PDF

Info

Publication number
CN113741015A
CN113741015A CN202111090316.0A CN202111090316A CN113741015A CN 113741015 A CN113741015 A CN 113741015A CN 202111090316 A CN202111090316 A CN 202111090316A CN 113741015 A CN113741015 A CN 113741015A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
visible near
miniaturized
light
infrared image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111090316.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113741015B (zh
Inventor
陈建军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao University of Technology
Original Assignee
Qingdao University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao University of Technology filed Critical Qingdao University of Technology
Priority to CN202111090316.0A priority Critical patent/CN113741015B/zh
Publication of CN113741015A publication Critical patent/CN113741015A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113741015B publication Critical patent/CN113741015B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/22—Telecentric objectives or lens systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G02B13/146—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation with corrections for use in multiple wavelength bands, such as infrared and visible light, e.g. FLIR systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

本发明提出一种小型化可见近红外像方远心镜头，镜头共包括5枚镜片，沿光线入射方向依次为正负正负正；镜头的焦距是9mm，F数是2.4，工作波段为可见近红外波段，波长范围400nm~1000nm，视场角24°，系统光学总长为20mm；该镜头设计为像方远心结构，主要可以作为可见近红外成像光谱仪器的望远系统，同时也可以直接作为可见近红外成像镜头单独使用；该镜头在设计过程中采用非球面技术，对全部像差均进行了校正和平衡，最终使镜头具有大相对孔径、小型化、轻量化和像质良好的优点。

Description

一种小型化可见近红外像方远心镜头
技术领域
本发明涉及光学设计技术领域，特别涉及一种小型化可见近红外像方远心镜头。
背景技术
可见近红外成像光谱仪在农业、林业等领域有诸多重要应用。南京理工大学与江苏省农科院采用无人机载的可见近红外成像光谱仪对农田、果园病虫害监测进行了研究，并且专门建立了农作物病虫害的光谱数据库。同济大学研制了无人机载成像光谱仪，主要用于精细农业预判、珍稀林业树种的定位等领域。国内无人机载可见近红外成像光谱仪的商品化还不成熟，而进口产品不仅渠道受限而且价格昂贵，因此自主研制可见近红外无人机载成像光谱仪对满足国内的使用需求具有重要意义。
成像光谱仪包括望远镜头和分光系统两部分，其中望远镜头的主要作用是对目标区域成像，也就是说，望远镜头基本决定了成像光谱仪的视场角和光谱成像质量，因此研制可见近红外无人机载成像光谱仪的望远镜头也是整个仪器研制的关键。为了与分光系统实现良好匹配，可见近红外望远镜头应该设计为像方远心结构，设计过程中需要对各种像差进行校正，同时还要充分考虑到无人机载对于仪器小型化和轻量化的要求，由此可见，小型化可见近红外像方远心的望远镜头的设计具有一定难度。
为了克服上述缺点，设计了一种新的小型化可见近红外像方远心镜头。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种小型化可见近红外像方远心镜头，该镜头不仅可以直接作为可见近红外成像镜头单独使用，而且可以作为可见近红外成像光谱仪的望远镜头使用，该镜头具有像方远心的特点，能够满足成像光谱仪器对望远镜头的要求，该镜头的设计采用非球面技术简化了镜头结构，保证镜头的小型化和轻量化，并通过光学材料的选择性搭配，保证了镜头能够实现良好的色差校正效果，最终使镜头具有大相对孔径、小型化、轻量化和像质良好的优点。
本发明实施例中提供一种小型化可见近红外像方远心镜头，其包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜、第二负透镜和第三正透镜，所述第一正透镜的材料为HZK11，6mm<通光口径<7mm，3mm<厚度<4mm，所述第一负透镜的材料为HZBAF20，4mm<通光口径<5mm，1mm<厚度<2mm，所述第二正透镜的材料为HBAK5，2mm<通光口径<3mm，2mm<厚度<3mm，所述第二负透镜的材料为ZF6，4mm<通光口径<5mm，3mm<厚度<4mm，所述第三正透镜的材料为HZK11，5mm<通光口径<6mm，4mm<厚度<5mm。前述的四种光学玻璃全部选自成都光明的玻璃库，是四种单价非常便宜的光学玻璃，而且通过材料搭配实现了良好的色差校正效果。
可选地，所述第一正透镜的通光口径为6.8mm，厚度为3.72mm；所述第一负透镜的通光口径为4.5mm，厚度为1.50mm；所述第二正透镜的通光口径为2.7mm，厚度为2.89mm；所述第二负透镜的通光口径为4.3mm，厚度为3.23mm；所述第三正透镜的通光口径为5.8mm，厚度为4.20mm。
可选地，所述第二负透镜和所述第三正透镜组成一个胶合透镜。
可选地，所述第三正透镜的光线出射面的中心与像面的距离为2.1mm。
可选地，小型化可见近红外像方远心镜头的外形尺寸为φ6.8×20mm。
可选地，小型化可见近红外像方远心镜头的光学系统焦距为9mm，F数为2.4。
可选地，小型化可见近红外像方远心镜头的光谱范围为400nm~1000nm。
可选地，小型化可见近红外像方远心镜头的全视场24°。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
1.所述小型化可见近红外像方远心镜头，光谱范围为400nm~1000nm，具有像方远心结构，能够完全匹配成像光谱仪望远系统的要求，与分光系统完美对接，光学系统的焦距为9mm，F数为2.4，镜头集光能力强。
2.所述小型化可见近红外像方远心镜头，通过非球面技术实现光路结构的简化，光学系统包括5枚镜片，系统总长仅20mm，光学口径6.8mm，具有突出的小型化和轻量化的优点。
附图说明
图1为本发明的小型化可见近红外像方远心镜头的光学系统结构图；
图2为本发明的小型化可见近红外像方远心镜头的点列图；
图3为本发明的小型化可见近红外像方远心镜头的光学调制传递函数；
附图标记：1-第一正透镜；2-第一负透镜；3-第二正透镜；4-第二负透镜；5-第三正透镜。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参看图1，为本发明的光学系统结构图，该小型化可见近红外像方远心镜头包括5片透镜，5片透镜以正负正负正的形式排列，镜片采用非球面技术，利于光路结构的简化，满足成像质量要求的同时保证镜头具有小型化和轻量化的优点。5片透镜包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一正透镜1、第一负透镜2、第二正透镜3、第二负透镜4和第三正透镜5，所述第一正透镜1的材料为HZK11，6mm<通光口径<7mm，3mm<厚度<4mm，所述第一负透镜2的材料为HZBAF20，4mm<通光口径<5mm，1mm<厚度<2mm，所述第二正透镜3的材料为HBAK5，2mm<通光口径<3mm，2mm<厚度<3mm，所述第二负透镜4的材料为ZF6，4mm<通光口径<5mm，3mm<厚度<4mm，所述第三正透镜5的材料为HZK11，5mm<通光口径<6mm，4mm<厚度<5mm。
在其中一个实施例中，所述第一正透镜1的通光口径为6.8mm，厚度为3.72mm；所述第一负透镜2的通光口径为4.5mm，厚度为1.50mm；所述第二正透镜3的通光口径为2.7mm，厚度为2.89mm；所述第二负透镜4的通光口径为4.3mm，厚度为3.23mm；所述第三正透镜5的通光口径为5.8mm，厚度为4.20mm；以此使得小型化可见近红外像方远心镜头的焦距为9mm，F数为2.4，全视场24°，外形尺寸为φ6.8×20mm，镜头具有大相对孔径、小型化、轻量化和像质良好的优点。
在其中一个实施例中，所述第二负透镜和所述第三正透镜组成一个胶合透镜，通过搭配合适的光学材料，保证系统的色差得以良好校正。
在其中一个实施例中，小型化可见近红外像方远心镜头的光谱范围为400nm~1000nm，5枚镜片的光学材料均选自成都光明玻璃库，而且所选光学材料单价非常便宜。
本发明实施例设计为像方远心结构，各个视场的主光线垂直入射像面，能够实现与分光系统的完美匹配，满足作为成像光谱仪望远镜头使用的要求。
请参看图2，为本发明的光学镜头的点列图，可以看出各个视场角下弥散斑RMS基本小于8μm，表明光学镜头的像差得到了良好的校正和平衡，成像质量良好。
请参看图3，为本发明的光学镜头的光学调制传递函数，可以看出在200cycles/mm以内的空间频率范围内，各个视场的光学调制传递函数MTF基本高于0.2，满足光学镜头的设计要求。
以下，示出小型化可见近红外像方远心镜头的镜头数据。表1示出了光学镜头中各个透镜的光学参数。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
本发明实施例中所采用的非球面面型表示公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
其中，z为非球面沿光轴方向在半径为r的位置时，距离非球面顶点的矢高；c为非球面的近轴曲率，k为圆锥系数；A i为非球面第i阶的修正系数。
表2示出了本实施例中各个非球面高次项的系数。
表2
S1 1.62E-03 1.56E-04 -1.08E-05 9.64E-08 -3.85E-08 9.72E-09 -4.47E-10
S2 4.25E-03 3.11E-04 -4.37E-05 -2.30E-06 1.86E-06 -2.34E-07 1.46E-08
S3 1.32E-02 -2.55E-03 3.71E-04 1.55E-05 -8.83E-06 7.81E-07 7.54E-09
S4 1.12E-03 -1.74E-03 1.58E-03 -1.43E-04 -1.02E-04 3.54E-05 -2.49E-06
S6 6.99E-04 6.19E-03 7.79E-07 -8.58E-04 1.17E-04 1.81E-04 -6.19E-05
S7 -2.24E-02 -1.12E-03 4.81E-03 -3.61E-03 9.35E-04 7.90E-06 8.32E-06
S8 -3.20E-02 2.85E-04 -4.51E-03 2.03E-03 2.53E-04 -9.06E-04 3.07E-04
S9 -9.41E-03 -2.59E-03 4.19E-04 -4.16E-05 7.51E-06 -1.74E-06 6.53E-08
S10 -1.69E-02 2.27E-03 -1.24E-04 -1.60E-05 1.19E-06 2.04E-07 -1.77E-08
本发明所述的小型化可见近红外像方远心镜头，焦距为9mm，F数为2.4，工作波段为可见近红外波段，波长范围400nm~1000nm，视场角24°，系统光学总长为20mm；该镜头设计为像方远心结构，主要可以用作可见近红外成像光谱仪的望远镜头，同时也可以单独作为可见近红外成像系统使用；该镜头的设计采用了非球面技术，对各种像差进行了校正，镜头具有大相对孔径、小型化、轻量化和像质良好的优点。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种小型化可见近红外像方远心镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次同轴排布的第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜、第二负透镜和第三正透镜；
所述第一正透镜的材料为HZK11，6mm<通光口径<7mm，3mm<厚度<4mm；
所述第一负透镜的材料为HZBAF20，4mm<通光口径<5mm，1mm<厚度<2mm；
所述第二正透镜的材料为HBAK5，2mm<通光口径<3mm，2mm<厚度<3mm；
所述第二负透镜的材料为ZF6，4mm<通光口径<5mm，3mm<厚度<4mm；
所述第三正透镜的材料为HZK11，5mm<通光口径<6mm，4mm<厚度<5mm。
2.如权利要求1所述的小型化可见近红外像方远心镜头，其特征在于：
所述第一正透镜的通光口径为6.8mm，厚度为3.72mm；
所述第一负透镜的通光口径为4.5mm，厚度为1.50mm；
所述第二正透镜的通光口径为2.7mm，厚度为2.89mm；
所述第二负透镜的通光口径为4.3mm，厚度为3.23mm；
所述第三正透镜的通光口径为5.8mm，厚度为4.20mm。
3.如权利要求1所述的小型化可见近红外像方远心镜头，其特征在于：所述第二负透镜和所述第三正透镜组成一个胶合透镜。
4.如权利要求1所述的小型化可见近红外像方远心镜头，其特征在于：所述第三正透镜的光线出射面的中心与像面的距离为2.1mm。
5.如权利要求1所述的小型化可见近红外像方远心镜头，其特征在于：小型化可见近红外像方远心镜头的外形尺寸为φ6.8×20mm。
6.如权利要求1所述的小型化可见近红外像方远心镜头，其特征在于：小型化可见近红外像方远心镜头的光学系统焦距为9mm，F数为2.4。
7.如权利要求1所述的小型化可见近红外像方远心镜头，其特征在于：小型化可见近红外像方远心镜头的光谱范围为400nm~1000nm。
8.如权利要求1所述的小型化可见近红外像方远心镜头，其特征在于：小型化可见近红外像方远心镜头的全视场24°。
CN202111090316.0A 2021-09-17 2021-09-17 一种小型化可见近红外像方远心镜头 Active CN113741015B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111090316.0A CN113741015B (zh) 2021-09-17 2021-09-17 一种小型化可见近红外像方远心镜头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111090316.0A CN113741015B (zh) 2021-09-17 2021-09-17 一种小型化可见近红外像方远心镜头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113741015A true CN113741015A (zh) 2021-12-03
CN113741015B CN113741015B (zh) 2024-04-16

Family

ID=78739472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111090316.0A Active CN113741015B (zh) 2021-09-17 2021-09-17 一种小型化可见近红外像方远心镜头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113741015B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114967051A (zh) * 2022-04-11 2022-08-30 青岛理工大学 一种人脸识别镜头

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08106045A (ja) * 1994-08-12 1996-04-23 Asahi Optical Co Ltd 投影レンズ及び投影装置
JPH10260350A (ja) * 1997-03-18 1998-09-29 Nikon Corp 赤外線撮像装置
JP2007065524A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Nidec Copal Corp 撮像レンズ
JP2007264180A (ja) * 2006-03-28 2007-10-11 Fujinon Corp 撮像レンズ
JP2011186071A (ja) * 2010-03-05 2011-09-22 Tamron Co Ltd 赤外線ズームレンズ
CN106054360A (zh) * 2016-07-05 2016-10-26 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种空间用像方远心镜头
CN113376816A (zh) * 2021-06-18 2021-09-10 青岛理工大学 一种非球面短波红外镜头

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08106045A (ja) * 1994-08-12 1996-04-23 Asahi Optical Co Ltd 投影レンズ及び投影装置
JPH10260350A (ja) * 1997-03-18 1998-09-29 Nikon Corp 赤外線撮像装置
JP2007065524A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Nidec Copal Corp 撮像レンズ
JP2007264180A (ja) * 2006-03-28 2007-10-11 Fujinon Corp 撮像レンズ
JP2011186071A (ja) * 2010-03-05 2011-09-22 Tamron Co Ltd 赤外線ズームレンズ
CN106054360A (zh) * 2016-07-05 2016-10-26 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种空间用像方远心镜头
CN113376816A (zh) * 2021-06-18 2021-09-10 青岛理工大学 一种非球面短波红外镜头

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114967051A (zh) * 2022-04-11 2022-08-30 青岛理工大学 一种人脸识别镜头
CN114967051B (zh) * 2022-04-11 2023-11-10 青岛理工大学 一种人脸识别镜头

Also Published As

Publication number Publication date
CN113741015B (zh) 2024-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107065141B (zh) 成像镜头
US9651763B2 (en) Co-aperture broadband infrared optical system
CN109521549B (zh) 超广角镜头
KR101783981B1 (ko) 적외선 광학 렌즈계
CN108318995B (zh) 一种透镜系统和镜头
CN217821058U (zh) 一种tof镜头及成像系统
CN114019652B (zh) 一种广角大靶面小畸变光学定焦镜头
CN111983777B (zh) 四片式双波段成像镜片组
US20230003973A1 (en) Imaging optical system and device
CN211426897U (zh) 一种广角大光圈定焦镜头
CN117331195A (zh) 一种红外成像光学系统、镜头
CN113741015A (zh) 一种小型化可见近红外像方远心镜头
CN112415718B (zh) 一种宽光谱复消色差的光学成像镜头
CN213517725U (zh) 一种大靶面长焦距双视场红外光学镜头
CN111538148B (zh) 一种小倍率摄像头和小倍率变焦镜头
CN111007658B (zh) 一种低成本无热化日夜两用镜头及其工作方法
CN113741013B (zh) 一种可见光成像光谱仪望远镜头
US20220413266A1 (en) Imaging optical system and device
CN216901115U (zh) 一种定焦镜头
JP7225047B2 (ja) 撮像レンズおよび撮像装置
CN211236416U (zh) 一种疲劳监控镜头
CN111258032A (zh) 一种定焦镜头
CN110989138A (zh) 一种大视场宽光谱无焦光学系统
US20230288671A1 (en) Imaging lens and imaging device
CN114002808B (zh) 一种红外成像光学系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant