长焦距可见光连续变焦镜头的制作方法

1.本发明涉及一种长焦距可见光连续变焦镜头。


背景技术：

2.为了能够实现远距离目标探测同时要获得高的分辨率，要求光学系统具有较长的焦距及较大的口径，而长焦距镜头存在轴上色差尤其是二级光谱校正困难的问题，同时存在系统长度与体积限制的矛盾。因此，对于超长焦距的镜头，常用的是折反射式光学结构，其主反射式部分承担较大的光焦度且不产生色差，光学系统色差校正较容易，并且系统长度可以做的比较短。但反射式系统同时有加工难度大、装调复杂、存在中心遮拦等缺陷，而且大成像靶面尺寸大变倍比的变焦镜头无法利用反射式结构实现。透射式系统加工和装调工艺成熟，不存在中心遮拦，但设计上要实现良好成像质量且做到结构紧凑比较困难。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种长焦距可见光连续变焦镜头，该镜头结构紧凑，焦距变化范围150mm~2400mm，变焦比达到16倍，成像靶面大于1英寸。
4.本发明的技术方案在于：一种长焦距可见光连续变焦镜头，包括沿光线入射方向由物面至像面依次设置的具有正光焦度的前固定组、具有负光焦度的变倍组、具有正光焦度的补偿组、光阑、具有正光焦度的后固定组，所述变倍组和补偿组可以沿着光轴做轴向运动。
5.进一步地，所述前固定组包括三片正透镜和两片负透镜，依次为第一双凸透镜、第一弯月负透镜、第一弯月正透镜、第一双凹负透镜、第二弯月正透镜；所述第一双凹负透镜和第二弯月正透镜密接组合形成第一胶合组。
6.进一步地，所述变倍组包括两片负透镜和一片正透镜，依次为第二弯月负透镜、第三弯月正透镜、第二双凹负透镜；所述第二弯月负透镜和第三弯月正透镜密接组合形成第二胶合组。
7.进一步地，所述补偿组包括三片正透镜和一片负透镜，依次为第四弯月正透镜、第二双凸正透镜、第三弯月负透镜、第五弯月正透镜；所述第三弯月负透镜和第五弯月正透镜密接组合形成第三胶合组。
8.进一步地，所述后固定组包括三片正透镜和三片负透镜，依次为第六弯月正透镜、第四弯月负透镜、第七弯月正透镜、第三双凹负透镜、第三双凸正透镜、第四双凹负透镜；所述第六弯月正透镜和第四弯月负透镜密接组合形成第四胶合组，第七弯月正透镜和第三双凹负透镜密接组合形成第五胶合组，第三双凸正透镜和第四双凹负透镜密接组合形成第六胶合组。
9.进一步地，所述光阑为可变光阑，短焦端最大光圈为f5.95，长焦端最大光圈为f10。
10.进一步地，所述前固定组的焦距f1，所述变倍组的焦距f2，所述补偿组l3的焦距f3，
所述后固定组的焦距f4满足：
‑
0.2≤f2/f1≤
‑
0.1；0.10≤f3/f1≤0.45；0.02≤f4/f1≤0.13。
11.进一步地，所述第一胶合组为火石玻璃和冕牌玻璃的组合，且冕牌玻璃采用低折射率低色散材料。
12.进一步地，所述第二双凸透镜和第五弯月正透镜均采用超低色散材料；所述第三弯月正透镜采用高折射率材料。
13.进一步地，所述第七弯月正透镜采用高折射率材料。
14.与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该镜头结构紧凑，有利于小型化；焦距变化范围150mm~2400mm，变焦比达到16倍，成像靶面大于1英寸，镜头校正了二级光谱等像差。该镜头采用多个胶合组镜片，有助于光学系统色差的校正，同时有利于降低公差敏感度，提高镜头的可装配性。
附图说明
15.图1为本发明的长焦端光学系统图；图2为本发明的长焦端的mtf曲线；图3为本发明的长焦端的球差曲线。
16.图4为本发明的长焦端的场曲；图5为本发明的长焦端的畸变；图6为本发明的长焦端的倍率色差曲线；图7为本发明的短焦端光学系统图；图8为本发明的短焦端的mtf曲线；图9为本发明的短焦端的球差曲线；图10为本发明的短焦端的场曲；图11为本发明的短焦端的畸变；图12为本发明的短焦端的倍率色差曲线；图中：l1
‑
前固定组
ꢀꢀ
l2
‑
变倍组
ꢀꢀ
l3
‑
补偿组
ꢀꢀ
sp
‑
光阑
ꢀꢀ
l4
‑
后固定组
ꢀꢀ1‑
第一双凸透镜
ꢀꢀ2‑
第一弯月负透镜
ꢀꢀ3‑
第一弯月正透镜
ꢀꢀ4‑
第一双凹负透镜
ꢀꢀ5‑
第二弯月正透镜
ꢀꢀ6‑
第二弯月负透镜
ꢀꢀ7‑
第三弯月正透镜
ꢀꢀ8‑
第二双凹负透镜
ꢀꢀ9‑
第四弯月正透镜
ꢀꢀ
10
‑
第二双凸正透镜
ꢀꢀ
11
‑
第三弯月负透镜
ꢀꢀ
12
‑
第五弯月正透镜
ꢀꢀ
13
‑
第六弯月正透镜
ꢀꢀ
14
‑
第四弯月负透镜
ꢀꢀ
15
‑
第七弯月正透镜
ꢀꢀ
16
‑
第三双凹负透镜
ꢀꢀ
17
‑
第三双凸正透镜
ꢀꢀ
18
‑
第四双凹负透镜。
具体实施方式
17.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。
18.参考图1至图12一种长焦距可见光连续变焦镜头，包括沿光线入射方向由物面至像面依次设置的具有正光焦度的前固定组l1、具有负光焦度的变倍组l2、具有正光焦度的补偿组l3、光阑sp、具有正光焦度的后固定组l4，所述变倍组和补偿组可以沿着光轴做轴向运动。变倍组主要用于镜头的焦距变化；补偿组主要用于补偿变焦过程中像面位置的变化。这样的光焦度
排布形式能够较好地校正二级光谱等像差并确保高变焦比，同时有利于减小光学系统长度，使结构紧凑。
19.本实施例中，所述前固定组包括三片正透镜和两片负透镜，依次为第一双凸透镜1、第一弯月负透镜2、第一弯月正透镜3、第一双凹负透镜4、第二弯月正透镜5；所述第一双凹负透镜和第二弯月正透镜密接组合形成第一胶合组。
20.本实施例中，所述变倍组包括两片负透镜和一片正透镜，依次为第二弯月负透镜6、第三弯月正透镜7、第二双凹负透镜8；所述第二弯月负透镜和第三弯月正透镜密接组合形成第二胶合组。
21.本实施例中，所述补偿组包括三片正透镜和一片负透镜，依次为第四弯月正透镜9、第二双凸正透镜10、第三弯月负透镜11、第五弯月正透镜12；所述第三弯月负透镜和第五弯月正透镜密接组合形成第三胶合组。
22.本实施例中，所述后固定组包括三片正透镜和三片负透镜，依次为第六弯月正透镜13、第四弯月负透镜14、第七弯月正透镜15、第三双凹负透镜16、第三双凸正透镜17、第四双凹负透镜18；所述第六弯月正透镜和第四弯月负透镜密接组合形成第四胶合组，第七弯月正透镜和第三双凹负透镜密接组合形成第五胶合组，第三双凸正透镜和第四双凹负透镜密接组合形成第六胶合组。
23.本实施例中，各个镜片的参数数据及空气间隔参数如表1、表2所示。
24.表1 镜片数据表（单位：mm）
表2 变量参数表（单位：mm）本实施例中，所述光阑为可变光阑，短焦端最大光圈为f5.95，长焦端最大光圈为f10。
25.本实施例中，所述前固定组l1的焦距f1，所述变倍组l2的焦距f2，所述补偿组l3的焦距f3，所述后固定组l4的焦距f4满足： f2/f1=0.14；f3/f1=0.26； f4/f1=0.08。
26.本实施例中，所述第一胶合组为火石玻璃和冕牌玻璃的组合，且冕牌玻璃采用低折射率低色散材料，很好地校正了长焦端轴上色差尤其是二级光谱像差，提高了长焦端的成像质量。
27.本实施例中，所述第二双凸透镜和第五弯月正透镜均采用超低色散材料，有利于校正短焦端的二级光谱像差及球差，提高短焦端的成像质量。
28.本实施例中，所述第三弯月正透镜和第七弯月正透镜采用高折射率材料，有利于降低高级像差，提高成像分辨率。
29.本实施例中，该镜头采用多个胶合组镜片，有助于光学系统色差的校正，同时有利于降低公差敏感度，提高镜头的可装配性。
30.本实施例中，该镜头的总长ttl和长焦端焦距f
l
满足ttl≤0.42f
l
，系统结构紧凑，有利于小型化。
31.本实施例中，该镜头的长焦端焦距f
l
可达到2400mm，变焦比f
l
/f
s
≥16，其中f
s
为短焦端焦距。
32.图2至图6为镜头长焦端的主要像质情况，图8至图12为镜头短焦端的主要像质情况。镜头工作波段为可见光，图中f为0.486μm波长光，d为0.587μm波长光，c为0.656μm波长光。
33.本发明的连续变焦镜头适用的探测器靶面大小达到1英寸，mtf分辨率优于50lp/mm。
34.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，设计出不同形式的长焦距可见光连续变焦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。