CN210038313U - 一种多波段紫外消色差光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多波段紫外消色差光学系统,从物方到像方依次由前透镜组G1、中继透镜组G2、光阑前镜组G3、光阑、光阑后镜组G4及后镜组G5组成。本实用新型多波段紫外消色差光学系统,结构紧凑,适用于刑侦现场搜索、拍照等场景;实现了250nm‑400nm、450nm‑660nm和700‑900nm三波段消色差,成像更加清晰锐利;具有大光圈,在紫外、可见光、近红外均可使用,集远距离搜索目标和微距拍照取证于一体,成像质量优良;极大地压缩近摄距离至100mm,拍摄图像可获得更多的细节特征;进一步,使用石英和氟化钙球面玻璃,易于加工,在250nm‑900nm波段范围内透过率>90%。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多波段紫外消色差光学系统,属于紫外光学系统领域。
背景技术
紫外成像技术在刑侦主要用于现场指纹、血液等生物体液痕迹的搜索和拍照。受限于大多数光学材料在紫外波段的高吸收,低透过率,用于制造紫外镜头的光学材料主要有石英、CaF2、BaF2、MgF2、LiF等少数几种材料,且折射率低(小于1.5),难以做到大孔径校正球差和消除色差。
目前紫外镜头指纹拍摄方面主要用法为近摄拍照,近摄距离小于200mm,远摄5m-10m的距离用于搜索发现目标。为满足近摄远摄合一的用法,目前通常的光学结构做法有三种:1.常规做法为增加后截距达到近摄的目的,但后截距移动长;2.加近摄镜,使用时近摄镜需反复拆装,不方便使用;3.小范围机械补偿变焦结构,后焦点固定,但难以做到大孔径,F数通常>3.8。
刑侦用紫外镜头需用紫外光源配接滤色片使用。现大多数外镜头所用的材料为单一的石英材料,不具备校正色差的功能,像质难以达到明锐的效果。
实用新型内容
本实用新型提供一种多波段紫外消色差光学系统,结构紧凑,适用于刑侦现场搜索、拍照等场景;具有大光圈,在紫外、可见光、近红外均可使用,集远距离搜索目标和微距拍照取证于一体,成像质量优良。
为解决上述技术问题,本实用新型所采用的技术方案如下:
一种多波段紫外消色差光学系统,从物方到像方依次由前透镜组G1、中继透镜组G2、光阑前镜组G3、光阑、光阑后镜组G4及后镜组G5组成;
前透镜组G1由第一透镜组成,第一透镜为具有正光焦度的双凸透镜;
从物方到像方中继透镜组G2为依次由第二透镜和第三透镜组成的具有正的光焦度、且凸面弯向像方的弯月形镜组,第二透镜具有负光焦度,第三透镜具有正光焦度;
从物方到像方光阑前镜组G3为依次由第四透镜和第五透镜组成的具有负的光焦度、且凸面弯向物方的弯月形镜组,第四透镜具有正光焦度,第五透镜具有负光焦度;
从物方到像方光阑后镜组G4为依次由第六透镜和第七透镜组成的具有负的光焦度、且凸面弯向像方的弯月形镜组,第六透镜具有负光焦度,第七透镜具有正光焦度;
从物方到像方后镜组G5为依次由第八透镜和第九透镜组成的具有正光焦度的双凸镜组,第八透镜具有负光焦度,第九透镜具有正光焦度。
上述通过光学系统的设计,可消除滤色片带宽带来的色差,成像更加清晰锐利;且可同时满足近摄远摄,克服了现有近摄远摄方案中所存在的缺陷。
上述三波段紫外消色差光学系统利用正负透镜组合实现250nm-380nm,450nm-660nm,700nm-900nm三波段消色差,大孔径f#3.0,近摄远摄一体,是集多种使用功能于一体的三波段复消色差刑侦用紫外光学系统。
为了进一步提高成像效果,第二透镜为具有负光焦度的双凹透镜,第三透镜为具有正光焦度的双凸透镜;第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜,第五透镜为具有负光焦度的双凹透镜;第六透镜为具有负光焦度的双凹透镜,第七透镜为具有正光焦度的双凸透镜;第八透镜为具有负光焦度凹面弯向像方的弯月形透镜,第九透镜为具有正光焦度的双凸透镜。
为了进一步提高像质,优选,0.9f<fG1<1f;10f<fG2<11f;-1.8f<fG3<-1.7f;-2.6f<fG4<-2.5f;0.7f<fG5<0.8f;其中,f为系统的焦距,fG1为前透镜组G1的焦距,fG2为中继透镜组G2的焦距,fG3为光阑前镜组G3的焦距,fG4为光阑后镜组G4的焦距,fG5为后镜组G5的焦距。
为了进一步提高消色差效果,所有正光焦度透镜所用材料均为氟化钙,所有负光焦度透镜所用材料均为石英。利用氟化钙的高色散系数和石英材料的相对较低的色散系数(石英Nd=1.45846368692,Vd=67.82143343,氟化钙Nd=1.43384927882,Vd=94.9958544133),及正负透镜组合实现250nm-380nm,450nm-660nm,700nm-900nm三波段消色差。正透镜(正光焦度)所用材料均为氟化钙,负透镜(负光焦度)所用材料均为石英。
为了进一步提高消色差效果,第一透镜的中心厚度为4.8±0.2mm,第二透镜的中心厚度为1±0.2mm,第三透镜的中心厚度为4.9±0.2mm,第四透镜的中心厚度为6±0.2mm,第五透镜的中心厚度为1.85±0.2mm,第六透镜的中心厚度为1±0.1mm,第七透镜的中心厚度为5.2±0.2mm,第八透镜的中心厚度为1±0.1mm,第九透镜的中心厚度为5.4±0.2mm,光阑的厚度为4.9±0.2mm。透镜的中心厚度为透镜的物侧面中心和像侧面中心之间的距离。
从物方到像方,第一透镜的两面依次为第一物侧面和第一像侧面,第二透镜的两面依次为第二物侧面和第二像侧面,第三透镜的两面依次为第三物侧面和第三像侧面,第四透镜的两面依次为第四物侧面和第四像侧面,第五透镜的两面依次为第五物侧面和第五像侧面,第六透镜的两面依次为第六物侧面和第六像侧面,第七透镜的两面依次为第七物侧面和第七像侧面,第八透镜的两面依次为第八物侧面和第八像侧面,第九透镜的两面依次为第九物侧面和第九像侧面;光阑的两面依次为光阑物侧面和光阑像侧面;为了进一步提高像质,第一物侧面的曲率半径为32.26±2mm,第一像侧面的曲率半径为-119.95±2mm;第二物侧面的曲率半径为-24±2mm,第二像侧面的曲率半径为137.75±2mm;第三物侧面的曲率半径为82.77±2mm,第三像侧面的曲率半径为-24.98±2mm;第四物侧面的曲率半径为13.73±2mm,第四像侧面的曲率半径为-72.7±2mm;第五物侧面的曲率半径为-59.6±2mm,第五像侧面的曲率半径为9.39±2mm;第六物侧面的曲率半径为-9.28±2mm,第六像侧面的曲率半径为32.62±2mm;第七物侧面的曲率半径为33.41±2mm,第七像侧面的曲率半径为-12.36±2mm;第八物侧面的曲率半径为76.33±2mm,第八像侧面的曲率半径为20.77±2mm;第九物侧面的曲率半径为23.66±2mm,第九像侧面的曲率半径为-22.08±2mm。
为了进一步保证像质,第一像侧面中心到第二物侧面中心的距离为7.25±0.2mm,第二像侧面中心到第三物侧面中心的距离为0.15±0.02mm,第三像侧面中心到第四物侧面中心的距离为0.8±0.02mm,第四像侧面中心到第五物侧面中心的距离为0.55±0.02mm,第五像侧面中心到光阑物侧面中心的距离为8.6±0.2mm,光阑像侧面中心到第六物侧面中心的距离为1±0.1mm,第六像侧面中心到第七物侧面中心的距离为5.2±0.2mm,第七像侧面中心到第八物侧面中心的距离为1±0.1mm,第八像侧面中心到第九物侧面中心的距离为5.4±0.2mm。
本申请多波段紫外消色差光学系统的工作波段为250nm-900nm,焦距为60mm,最小近摄距离为100mm,F数为3,视场角为17°。F数为f/d,f为焦距,d为入射光瞳直径。
本实用新型未提及的技术均参照现有技术。
本实用新型多波段紫外消色差光学系统,结构紧凑,适用于刑侦现场搜索、拍照等场景;实现了250nm-400nm、450nm-660nm和700-900nm三波段消色差,成像更加清晰锐利;具有大光圈,在紫外、可见光、近红外均可使用,集远距离搜索目标和微距拍照取证于一体,成像质量优良;极大地压缩近摄距离至100mm,拍摄图像可获得更多的细节特征;进一步,使用石英和氟化钙球面玻璃,易于加工,在250nm-900nm波段范围内透过率>90%。
附图说明
图1为多波段紫外消色差光学系统示意图;
图2为本实用新型的光学系统在250nm-280nm波段的轴向像差图;
图3为本实用新型的光学系统在250nm-280nm波段的传递函数图;
图4为本实用新型的光学系统在450nm-660nm波段的轴向像差图;
图5为本实用新型的光学系统在450nm-660nm波段的传递函数图;
图6为本实用新型的光学系统在700nm-900nm波段的轴向像差图;
图7为本实用新型的光学系统在700nm-900nm波段的传递函数图。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型,下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容,但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图1所示,多波段紫外消色差光学系统,从物方到像方依次由前透镜组G1、中继透镜组G2、光阑前镜组G3、光阑6、光阑后镜组G4及后镜组G5组成。
其中,前透镜组G1由第一透镜1组成,第一透镜1是具有正光焦度的双凸透镜;
从物方到像方中继透镜组G2是依次由第二透镜2和第三透镜3组成的具有正的光焦度、且凸面弯向像方的弯月形镜组,第二透镜2为具有负光焦度的双凹透镜,第三透镜3为具有正光焦度的双凸透镜;
从物方到像方光阑前镜组G3是依次由第四透镜4和第五透镜5组成的具有负的光焦度、且凸面弯向物方的弯月形镜组,第四透镜4为具有正光焦度的双凸透镜,第五透镜5为具有负光焦度的双凹透镜;
从物方到像方光阑后镜组G4是依次由第六透镜7和第七透镜8组成的具有负的光焦度、且凸面弯向像方的弯月形镜组,第六透镜7为具有负光焦度的双凹透镜,第七透镜8为具有正光焦度的双凸透镜;
从物方到像方后镜组G5是依次由第八透镜9和第九透镜10组成的具有正光焦度的双凸镜组,第八透镜9为具有负光焦度凹面弯向像方的弯月形透镜,第九透镜10为具有正光焦度的双凸透镜。
表1本实施例中多波段紫外消色差光学系统的技术指标
fG1为0.95f;fG2为10.5f;fG3为-1.75f;fG4为-2.55f;fG5为0.75f;其中,f为系统的焦距,fG1为前透镜组G1的焦距,fG2为中继透镜组G2的焦距,fG3为光阑前镜组G3的焦距,fG4为光阑后镜组G4的焦距,fG5为后镜组G5的焦距。
表2本实施例中多波段紫外消色差光学系统的具体光学参数
表2中,曲率半径是指每个镜片表面的曲率半径,厚度或间隔是指镜片厚度或相邻镜片表面距离,材料是镜片所用材料,空气是指两个透镜之间介质为空气。第一透镜的两面依次为第一物侧面S1和第一像侧面S2,第二透镜的两面依次为第二物侧面S3和第二像侧面S4,第三透镜的两面依次为第三物侧面S5和第三像侧面S6,第四透镜的两面依次为第四物侧面S7和第四像侧面S8,第五透镜的两面依次为第五物侧面S9和第五像侧面S10,第六透镜的两面依次为第六物侧面S12和第六像侧面S13,第七透镜的两面依次为第七物侧面S14和第七像侧面S15,第八透镜的两面依次为第八物侧面S16和第八像侧面S17,第九透镜的两面依次为第九物侧面S18和第九像侧面S19;光阑S11的两面依次为光阑物侧面和光阑像侧面;S1对应的厚度为第一透镜的中心厚度,S3对应的厚度为第二透镜的中心厚度,S5对应的厚度为第三透镜的中心厚度,S7对应的厚度为第四透镜的中心厚度,S9对应的厚度为第五透镜的中心厚度,S11对应的厚度为光阑的中心厚度,S13对应的厚度为第六透镜的中心厚度,S15对应的厚度为第七透镜的中心厚度,S17对应的厚度为第八透镜的中心厚度,S19对应的厚度为第九透镜的中心厚度;S2对应的厚度为第一像侧面中心到第二物侧面中心的距离;S4对应的厚度为第二像侧面中心到第三物侧面中心的距离;S6对应的厚度为第三像侧面中心到第四物侧面中心的距离;S8对应的厚度为第四像侧面中心到第五物侧面中心的距离;S10对应的厚度为第五像侧面中心到光阑物侧面中心的距离;S12对应的厚度为光阑像侧面中心到第六物侧面中心的距离;S14对应的厚度为第六像侧面中心到第七物侧面中心的距离;S16对应的厚度为第七像侧面中心到第八物侧面中心的距离;S18对应的厚度为第八像侧面中心到第九物侧面中心的距离。
上述三波段紫外消色差光学系统利用正负透镜组合实现250nm-380nm、450nm-660nm和700nm-900nm三波段消色差;无非球面等复杂面型,易于加工;在250nm-900nm波段范围内透过率>90%;极大地压缩近摄距离至100mm,拍摄图像可获得更多的细节特征,具有大光圈,在紫外、可见光、近红外均可使用,集远距离搜索目标和微距拍照取证于一体,成像质量优良,适用于刑侦现场搜索、拍照等场景。
Claims (10)
1.一种多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:从物方到像方依次由前透镜组G1、中继透镜组G2、光阑前镜组G3、光阑、光阑后镜组G4及后镜组G5组成;
前透镜组G1由第一透镜组成,第一透镜为具有正光焦度的双凸透镜;
从物方到像方中继透镜组G2为依次由第二透镜和第三透镜组成的具有正的光焦度、且凸面弯向像方的弯月形镜组,第二透镜具有负光焦度,第三透镜具有正光焦度;
从物方到像方光阑前镜组G3为依次由第四透镜和第五透镜组成的具有负的光焦度、且凸面弯向物方的弯月形镜组,第四透镜具有正光焦度,第五透镜具有负光焦度;
从物方到像方光阑后镜组G4为依次由第六透镜和第七透镜组成的具有负的光焦度、且凸面弯向像方的弯月形镜组,第六透镜具有负光焦度,第七透镜具有正光焦度;
从物方到像方后镜组G5为依次由第八透镜和第九透镜组成的具有正光焦度的双凸镜组,第八透镜具有负光焦度,第九透镜具有正光焦度。
2.如权利要求1所述的多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:第二透镜为具有负光焦度的双凹透镜,第三透镜为具有正光焦度的双凸透镜。
3.如权利要求2所述的多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜,第五透镜为具有负光焦度的双凹透镜。
4.如权利要求3所述的多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:第六透镜为具有负光焦度的双凹透镜,第七透镜为具有正光焦度的双凸透镜;第八透镜为具有负光焦度凹面弯向像方的弯月形透镜,第九透镜为具有正光焦度的双凸透镜。
5.如权利要求1-4任意一项所述的多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:0.9f<fG1<1f;10f<fG2<11f;-1.8f<fG3<-1.7f;-2.6f<fG4<-2.5f;0.7f<fG5<0.8f;其中,f为系统的焦距,fG1为前透镜组G1的焦距,fG2为中继透镜组G2的焦距,fG3为光阑前镜组G3的焦距,fG4为光阑后镜组G4的焦距,fG5为后镜组G5的焦距。
6.如权利要求1-4任意一项所述的多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:所有正光焦度透镜所用材料均为氟化钙,所有负光焦度透镜所用材料均为石英。
7.如权利要求1-4任意一项所述的多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:第一透镜的中心厚度为4.8±0.2mm,第二透镜的中心厚度为1±0.2mm,第三透镜的中心厚度为4.9±0.2mm,第四透镜的中心厚度为6±0.2mm,第五透镜的中心厚度为1.85±0.2mm,第六透镜的中心厚度为1±0.1mm,第七透镜的中心厚度为5.2±0.2mm,第八透镜的中心厚度为1±0.1mm,第九透镜的中心厚度为5.4±0.2mm。
8.如权利要求1-4任意一项所述的多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:从物方到像方,第一透镜的两面依次为第一物侧面和第一像侧面,第二透镜的两面依次为第二物侧面和第二像侧面,第三透镜的两面依次为第三物侧面和第三像侧面,第四透镜的两面依次为第四物侧面和第四像侧面,第五透镜的两面依次为第五物侧面和第五像侧面,第六透镜的两面依次为第六物侧面和第六像侧面,第七透镜的两面依次为第七物侧面和第七像侧面,第八透镜的两面依次为第八物侧面和第八像侧面,第九透镜的两面依次为第九物侧面和第九像侧面;光阑的两面依次为光阑物侧面和光阑像侧面;第一物侧面的曲率半径为32.26±2mm,第一像侧面的曲率半径为-119.95±2mm;第二物侧面的曲率半径为-24±2mm,第二像侧面的曲率半径为137.75±2mm;第三物侧面的曲率半径为82.77±2mm,第三像侧面的曲率半径为-24.98±2mm;第四物侧面的曲率半径为13.73±2mm,第四像侧面的曲率半径为-72.7±2mm;第五物侧面的曲率半径为-59.6±2mm,第五像侧面的曲率半径为9.39±2mm;第六物侧面的曲率半径为-9.28±2mm,第六像侧面的曲率半径为32.62±2mm;第七物侧面的曲率半径为33.41±2mm,第七像侧面的曲率半径为-12.36±2mm;第八物侧面的曲率半径为76.33±2mm,第八像侧面的曲率半径为20.77±2mm;第九物侧面的曲率半径为23.66±2mm,第九像侧面的曲率半径为-22.08±2mm。
9.如权利要求8所述的多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:第一像侧面中心到第二物侧面中心的距离为7.25±0.2mm,第二像侧面中心到第三物侧面中心的距离为0.15±0.02mm,第三像侧面中心到第四物侧面中心的距离为0.8±0.02mm,第四像侧面中心到第五物侧面中心的距离为0.55±0.02mm,第五像侧面中心到光阑物侧面中心的距离为8.6±0.2mm,光阑像侧面中心到第六物侧面中心的距离为1±0.1mm,第六像侧面中心到第七物侧面中心的距离为5.2±0.2mm,第七像侧面中心到第八物侧面中心的距离为1±0.1mm,第八像侧面中心到第九物侧面中心的距离为5.4±0.2mm。
10.如权利要求1-4任意一项所述的多波段紫外消色差光学系统,其特征在于:其工作波段为250nm-900nm,焦距为60mm,最小近摄距离为100mm,F数为3,视场角为17°;在250nm-380nm、450nm-660nm和700nm-900nm三波段消色差。
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CN201920499475.8U CN210038313U (zh) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | 一种多波段紫外消色差光学系统 |
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Cited By (2)
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CN109975964A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-07-05 | 南京波长光电科技股份有限公司 | 一种三波段复消色差紫外光学系统 |
CN111999867A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-11-27 | 苏州赛源光学科技有限公司 | 一种紫外双波段曝光镜头 |
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CN109975964B (zh) * | 2019-04-15 | 2023-11-28 | 南京波长光电科技股份有限公司 | 一种三波段复消色差紫外光学系统 |
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