CN207601413U - 多光谱的超大光圈望远物镜 - Google Patents

Abstract

一种多光谱的超大光圈望远物镜，包括：从物面侧到像面侧依次排列的前凸后凹的正光焦度第一透镜、前凸后凹的正光焦度第二透镜、前凸后凹的正光焦度第三透镜、双凹或者前凸后凹的负光焦度第四透镜、双凸或者前凸后凹的正光焦度的第五透镜、前凸后凹的正光焦度第六透镜、双凹或者前凹后凸的负光焦度第七透镜以及孔径光阑，其中孔径光阑设置可于多个位置。且没有采用常规的使用胶合镜片来消除镜头的色差，避免了使用胶合镜片在极端高低温环境中产生开胶、流胶、胶硬化等现象的风险，拓宽了镜头的使用温度范围。进而通过优化镜片光焦度配比，合理选择镜片材料，有效地缩短了镜头的总长，减小了镜头的体积，降低了镜头的重量。

Description

多光谱的超大光圈望远物镜

技术领域

本实用新型涉及的是一种光学设备领域的技术，具体是一种不含胶合镜片和超低色散玻璃的小型化、轻重量、低成本的适用于多光谱的具有低照成像功能的超大光圈望远物镜。

背景技术

随着光学系统应用领域的扩展，物镜应用环境已经从原来常规的可见光、明视光照强度环境扩展至多光谱、低照度环境。多光谱的超大光圈望远物镜能够应用于可见光以及非可见光环境，不仅能在雨、雪、雾等特殊天气条件下为摄像机提供远距离范围的光电信号，而且在超低照度的微光环境下，依然提供高解像力的视频图像，有效地提高了镜头的监测能力和检测范围。

现有多光谱的超大光圈望远物镜体积大，重量重，成本高对于同等靶面与焦距的望远物镜，光圈大小基本确定了镜头的口径，光圈越大，镜头的口径也就越大。这造成物镜的体积和重量都成倍增长，而大体积与大重量也就增加了镜头的成本。

不同颜色光线波长不同，经过光学镜片的折射率也不同，无法汇聚在同一平面位置，尤其是在长焦距的望远镜头上，波长长短不一红、蓝色容易明显造成色散，影像锐利度及色彩鲜明度大大受影响。为了消除这种色差，现有多光谱的超大光圈望远物镜一般会使用超低色散镜片ED(Extra low Dispersion)。但是超低色散玻璃不仅本身硝材价格高昂，而且由于材质偏软，镜片研磨的良品率不高，更使得成本居高不下。偏软的材质还使得镜片装配时容易变形，影响性能与大规模的量产。

现有多光谱的超大光圈望远物镜中含有胶合镜片限制了镜头的使用温度范围。对于长焦距的望远镜头，除了使用超低色散镜片来消除色差外，更通用的做法是采用胶合镜片来消除色差。但是由于引入了胶合镜片，其容易在极端高低温环境中产生开胶、流胶、胶硬化等现象，限制了镜头的使用温度范围。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种多光谱的超大光圈望远物镜，没有采用常规的使用胶合镜片或者低色散玻璃来消除镜头的色差，而是通过连续使用两片低成本的非低色散玻璃来等效低色散玻璃的效果；避免了使用胶合镜片在极端高低温环境中产生开胶、流胶、胶硬化等现象的风险，拓宽了镜头的使用温度范围。进而通过优化镜片光焦度配比，合理选择镜片材料，有效地缩短了镜头的总长，减小了镜头的体积，降低了镜头的重量。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型包括：从物面侧到像面侧依次排列的前凸后凹的正光焦度第一透镜、前凸后凹的正光焦度第二透镜、前凸后凹的正光焦度第三透镜、双凹或者前凸后凹的负光焦度第四透镜、双凸或者前凸后凹的正光焦度的第五透镜、前凸后凹的正光焦度第六透镜、双凹或者前凹后凸的负光焦度第七透镜以及孔径光阑，其中：孔径光阑设置于第一透镜与第二透镜之间、第二透镜与第三透镜之间、第三透镜与第四透镜之间或第四透镜与第五透镜之间。

本实用新型选择性设置的多位置孔径光阑便于设置各类光圈类型，包括固定光圈、手动可变光圈、电动可变光圈等。

所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距与光学系统的焦距的比值依次满足：(1.5,3.0)、(3.0,4.0)、(1.2,2.5)、(0.2,0.8)、(0.3,0.9)、 (0.7,1.5)、(0.2,0.9)。

所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜三片透镜整体的焦距与光学系统的焦距的比值满足(0.8,1.1)。

所述的第一透镜、第二透镜和第三透镜的折射率的平均值、第四透镜、第六透镜的折射率依次满足：(1.65,1.85),(1.45,1.65),(1.85,+∞),(1.85,+∞)。

所述的第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜的阿贝数依次满足：(50,+∞)，(50,+ ∞)，(0,30)，(0,30)。

技术效果

与现有技术相比，本实用新型所述的光学系统中均采用球面镜片，且镜片材料不含低色散材料，极大地降低了成本。相较于现有技术，本实用新型没有采用常规的使用胶合镜片或者低色散玻璃来消除镜头的色差，而是通过连续使用两片低成本的非低色散玻璃来等效低色散玻璃的效果，这样做既降低了成本，又避免了使用胶合镜片在极端高低温环境中产生开胶、流胶、胶硬化等现象的风险，拓宽了镜头的使用温度范围。

此外，本实用新型具有温度补偿功能，在按照本实用新型所提出的透镜组合的前提下，本实用新型的镜头保证了-40℃～100℃温度范围内镜头的最佳分辨率成像位置基本不变。

附图说明

图1为实施例1剖面示意图；

图2为实施例1像差图；

图3为实施例2剖面示意图；

图4为实施例2像差图；

图5为实施例3剖面示意图；

图6为实施例3像差图；

图中：第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、成像面IMG、保护镜CG、滤光镜IRCF。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，为本实施例的望远物镜的构成延光轴的剖面图。该望远物镜，沿光线入射方向，从物面侧到像面侧依次排列有，第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑S、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜，其中：第一透镜为前凸后凹的正光焦度透镜G1，第二透镜为前凸后凹的正光焦度透镜G2，第三透镜为前凸后凹的正光焦度透镜G3，第四透镜为双凹的负光焦度透镜G4，第五透镜为双凸的正光焦度透镜G5，第六透镜为前凸后凹的正光焦度透镜G6，第七透镜为双凹的负光焦度透镜G7。

优选地，所述的第七透镜和成像面IMG之间，设有保护镜CG。

所述的第七透镜和成像面IMG之间，所述的滤光镜IRCF，以滤除不必要波段的光线和杂散光。

所述的光学系统的成像面IMG设有CCD和CMOS等的固体摄像元件的成像接收面。

所述的第一透镜与光学系统的焦距比值|f1/f|＝2.48、第二透镜与光学系统的焦距比值 |f2/f|＝3.56、第三透镜与光学系统的焦距比值|f3/f|＝1.74、第四透镜与光学系统的焦距比值 |f4/f|＝0.48、第五透镜与光学系统的焦距比值|f5/f|＝0.56、第六透镜与光学系统的焦距比值 |f6/f|＝0.92、第七透镜与光学系统的焦距比值|f7/f|＝0.64、第一、二、三透镜整体与光学系统的焦距比值|f123/f|＝0.93、第一透镜的折射率Nd1＝1.77、第二透镜与第三透镜的折射率的平均值 (Nd2+Nd3)/2＝1.49、第四透镜的折射率Nd4＝1.92、第六透镜的折射率Nd6＝2.00、第二透镜的阿贝数Vd2＝70.45、第三透镜的阿贝数Vd3＝70.45、第四透镜的阿贝数Vd4＝20.88、第六透镜的阿贝数Vd6＝19.32。

本实施例中的望远物镜的具体设置如下：

焦距f＝22.5mm；FNO＝1.0；半视场角(ω)＝8.6°；

r1＝22.638、d1＝2.85，r2＝42.526、d2＝8.68、r3＝23.825、d3＝2.30，Nd2＝1.48749， Vd2＝70.45、r4＝58.256、d4＝0.63、r5＝11.387、d5＝3.10，Nd3＝1.48749，Vd3＝70.45、 r6＝26.504、d6＝1.70、r7＝∞(孔径光阑)、d7＝0.96、r8＝-110.523、d8＝0.8，r9＝10.865、 d9＝4.12、r10＝10.548、d10＝2.65，Nd5＝1.77250，Vd5＝49.62、r11＝-252.945、d11＝4.42、 r12＝13.770、d12＝2.31，r13＝43.770、d13＝1.00、r14＝-8.481、d14＝0.8，Nd7＝1.58144， Vd7＝40.89、r15＝215.354、d15＝0.13、r16＝∞、d16＝0.5，Nd8＝1.51680，Vd8＝64.20、r17＝∞、d17＝0.5、r18＝∞、d18＝0.5，Nd9＝1.51680，Vd9＝64.20、r19＝∞、d19＝0.5、 r20＝∞(成像面)。

上述f为焦距，f123为第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3三片透镜整体的焦距，Nd为折射率，Vd为阿贝数，r1～r20依次为沿光线入射方向，从物面侧到像面侧依次排列的透镜表面的曲率半径，d1～d20依次为沿光线入射方向，从物面侧到像面侧依次排列的透镜表面间的间隔或厚度。

如图2所示，为本实施例的望远物镜的相对于d线(λ＝587.56Nm)的各像差图；图中的S、 M，分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。

实施例2

如图3所示，为本实施例的望远物镜的构成延光轴的剖面图。与实施例1相比，本实施例中的光阑S设置于第四透镜和第五透镜之间，且第四透镜为前凸后凹的负光焦度透镜，第五透镜为前凸后凹的正光焦度透镜，第七透镜为前凹后凸的负光焦度透镜。

所述的第一透镜与光学系统的焦距比值|f1/f|＝2.53、第二透镜与光学系统的焦距比值 |f2/f|＝3.70、第三透镜与光学系统的焦距比值|f3/f|＝1.65、第四透镜与光学系统的焦距比值 |f4/f|＝0.49、第五透镜与光学系统的焦距比值|f5/f|＝0.55、第六透镜与光学系统的焦距比值 |f6/f|＝0.87、第七透镜与光学系统的焦距比值|f7/f|＝0.62、第一、二、三透镜整体与光学系统的焦距比值|f123/f|＝0.92、第一透镜的折射率Nd1＝1.80、第二透镜与第三透镜的折射率的平均值 (Nd2+Nd3)/2＝1.50、第四透镜的折射率Nd4＝1.95、第六透镜的折射率Nd6＝2.00、第二透镜的阿贝数Vd2＝70.45、第三透镜的阿贝数Vd3＝64.20、第四透镜的阿贝数Vd4＝17.98、第六透镜的阿贝数Vd6＝19.32。

本实施例中的望远物镜的具体设置如下：

焦距＝22.5mm，FNO＝1.0，半视场角(ω)＝8.56°；

r1＝25.635、d1＝2.78,Nd1＝1.80420,Vd1＝46.50、r2＝82.613、d2＝9.00、r3＝25.667、 d3＝2.25,Nd2＝1.48749,Vd2＝70.45、r4＝67.970、d4＝1.03、r5＝9.758、d5＝3.27,Nd3＝ 1.51680,Vd3＝64.20、r6＝18.755、d6＝1.88、r7＝150.000、d7＝0.80,Nd4＝1.94595,Vd4＝ 17.98、r8＝9.486、d8＝3.27、r9＝∞(孔径光阑)、d9＝1.00、r10＝9.182、d10＝2.36,Nd5＝ 1.74330,Vd5＝49.22、r11＝171.578、d11＝4.62、r12＝13.789、d12＝1.21,Nd6＝2.00272,Vd6 ＝19.32、r13＝44.28、d13＝1.16、r14＝-7.749、d14＝0.8,Nd7＝1.64769,Vd7＝33.84、r15 ＝-432.178、d15＝0.10、r16＝∞、d16＝0.5,Nd8＝1.51680,Vd8＝64.20、r17＝∞、d17＝0.5、 r18＝∞、d18＝0.5,Nd9＝1.51680,Vd9＝64.20、r19＝∞、d19＝0.5、r20＝∞(成像面)。

如图4所示，为本实施例的望远物镜的相对于d线(λ＝587.56Nm)的各像差图；图中的S、M，分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。

实施例3

如图5所示，为本实施例的望远物镜的构成延光轴的剖面图。与实施例1相比，本实施例中的光阑S设置于第四透镜和第五透镜之间，且第五透镜为前凸后凹的正光焦度透镜，第七透镜为前凹后凸的负光焦度透镜。

所述的第一透镜与光学系统的焦距比值|f1/f|＝2.45、第二透镜与光学系统的焦距比值 |f2/f|＝3.11、第三透镜与光学系统的焦距比值|f3/f|＝1.81、第四透镜与光学系统的焦距比值 |f4/f|＝0.48、第五透镜与光学系统的焦距比值|f5/f|＝0.57、第六透镜与光学系统的焦距比值 |f6/f|＝0.88、第七透镜与光学系统的焦距比值|f7/f|＝0.65、第一、二、三透镜整体与光学系统的焦距比值|f123/f|＝0.92、第一透镜的折射率Nd1＝1.80、第二透镜与第三透镜的折射率的平均值 (Nd2+Nd3)/2＝1.50、第四透镜的折射率Nd4＝1.95、第六透镜的折射率Nd6＝2.00、第二透镜的阿贝数Vd2＝70.45、第三透镜的阿贝数Vd3＝64.20、第四透镜的阿贝数Vd4＝17.98、第六透镜的阿贝数Vd6＝19.32。

本实施例中的望远物镜的具体设置如下：

焦距＝22.5mm，FNO＝1.0，半视场角(ω)＝8.59°；

r1＝21.159、d1＝2.93,Nd1＝1.80420,Vd1＝46.50、r2＝39.489、d2＝8.48、r3＝26.295、 d3＝2.40,Nd2＝1.48749,Vd2＝70.45、r4＝110.930、d4＝0.70、r5＝10.411、d5＝3.10,Nd3＝ 1.51680,Vd3＝64.20、r6＝19.745、d6＝1.96、r7＝-148.153、d7＝1.00,Nd4＝1.94595,Vd4＝ 17.98、r8＝10.639、d8＝3.08、r9＝∞(孔径光阑)、d9＝0.90、r10＝9.416、d10＝2.55,Nd5 ＝1.74330,Vd5＝49.22、r11＝200.000、d11＝4.42、r12＝12.336、d12＝1.52,Nd6＝2.00272,Vd6 ＝19.32、r13＝30.056、d13＝1.22、r14＝-7.894、d14＝0.8,Nd7＝1.64769,Vd7＝33.84、r15 ＝-174.861、d15＝0.06、r16＝∞、d16＝0.5,Nd8＝1.51680,Vd8＝64.20、r17＝∞、d17＝0.5、 r18＝∞、d18＝0.5,Nd9＝1.51680,Vd9＝64.20、r19＝∞、d19＝0.5、r20＝∞(成像面)。

如图6所示，为本实施例的望远物镜的相对于d线(λ＝587.56Nm)的各像差图；图中的S、 M，分别表示弧矢像面、子午像面所对应的像差。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。

Claims (4)

1.一种多光谱的超大光圈望远物镜，其特征在于，包括：从物面侧到像面侧依次排列的前凸后凹的正光焦度第一透镜、前凸后凹的正光焦度第二透镜、前凸后凹的正光焦度第三透镜、双凹或者前凸后凹的负光焦度第四透镜、双凸或者前凸后凹的正光焦度的第五透镜、前凸后凹的正光焦度第六透镜、双凹或者前凹后凸的负光焦度第七透镜以及孔径光阑，其中：孔径光阑设置于第一透镜与第二透镜之间、第二透镜与第三透镜之间、第三透镜与第四透镜之间或第四透镜与第五透镜之间。

2.根据权利要求1所述的超大光圈望远物镜，其特征是，所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜的焦距与光学系统的焦距的比值依次满足：(1.5,3.0)、(3.0,4.0)、(1.2,2.5)、(0.2,0.8)、(0.3,0.9)、(0.7,1.5)、(0.2,0.9)。

3.根据权利要求2所述的超大光圈望远物镜，其特征是，所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜三片透镜整体的焦距与光学系统的焦距的比值满足(0.8,1.1)。

4.根据权利要求1或2所述的超大光圈望远物镜，其特征是，所述的第二透镜、第三透镜、第四透镜、第六透镜的阿贝数依次满足：(50,+∞)，(50,+∞)，(0,30)，(0,30)。