一种长焦镜头内置增倍光学系统的制作方法

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1.本发明属于光学领域，特别涉及一种长焦镜头内置增倍光学系统。


背景技术：

2.在视频监控领域经常要应用到大变倍监控镜头，但这类镜头往往价格昂贵，尤其是进口镜头。以前如果要增大镜头的焦距就必须要购买新的镜头，这就大大增加了项目的成本。市场上需要一种既能增大镜头焦距、又不会降低镜头像质、也不会改变镜头光学接口的内置增倍光学系统。如专利申请号201410072951.x，公开一种带法兰广角高倍变焦镜头增倍镜，其光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设置有前镜片组a和后镜片组b，所述前镜片组a依次设置有负月牙型透镜a-1和双凹型透镜a-2，所述后镜片组b是由负月牙型透镜b-1和双凸型透镜b-2密接的胶合组；其机械结构包括镜筒，所述镜筒内开设有前组安装座和后组安装座，所述镜筒在前组安装座与后组安装座之间的过渡位置向外延伸出一个法兰。该发明是一种分倍率小于1的广角倍率镜(缩小焦距)，有利于扩大变焦镜头的视场角。
3.另外，为了满足全天候视频监控的要求，往往在镜头中还加入必要的滤光片，以提高夜间成像效果，大多采用ir-cut技术，也即滤光片切换机构，以满足日夜拍摄的需要，主要作用是白天滤掉红外光，使感光元件还原真实色彩。也正由于滤光片存在，导致成像面略有偏差，切换后还需再行调焦，才能保证在两种状态下均能获得清晰的成像。


技术实现要素：

4.本发明的目的是设计一种适合大变焦比小视场的长焦镜头内置增倍光学系统；而次要目的是在增倍光学系统前，还设置有带可见光补偿片和近红外ir滤光片的滤光片切换机构。
5.本发明技术方案是这样实现的：一种长焦镜头内置增倍光学系统，安装在物镜和成像面之间，为六片三组结构；其特征在于：沿光轴从物镜往成像方向，依次为正透镜l1、负透镜l2、正透镜l3、负透镜l4、负透镜l5和正透镜l6；其中所述负透镜l2、正透镜l3、负透镜l4组成三胶合透镜组；所述负透镜l5和正透镜l6组成双胶合透镜组。
6.所述正透镜l1与三胶合透镜组u1的间隔为6.55mm，三胶合透镜组u1与双胶合透镜组u2的间隔为4.07mm，上述各镜组间的距离为各镜组镜片中心的间距。
7.进一步，在正透镜l1前，还设置有滤光片切换机构，包括一片可见光补偿片和一片近红外ir滤光片。
8.所述可见光补偿片和近红外ir滤光片的光程差
│
nd*x1-ns*x2
│
，满足：0≤
│
nd*x1-ns*x2
│
≤0.025
×│f│
，其中nd为可见光补偿片材料在波长587.5618纳米折射率，ns为近红外ir滤光片材料在波长852.11纳米处折射率，x1、x2为可见光补偿片和近红外ir滤光片的厚度。
9.本发明增倍光学系统采用六片三组结构，尤其通过单透镜与三胶合和双胶合形成的光学组合，在压缩视场状况下，获得更大的成像倍率，实现物镜系统的成像放大；尤其适
合于大变焦比成像物镜和小视场长焦物镜系统；而在上述增倍光学系统，前置有滤光片组，满足全天候视频监控的要求，常规拍摄白天画面时感光元件还原真实色彩,雾霾气候条件下，通过近红外ir滤光片截止可见光，利用穿透能力更强的近红外光谱成像，实现透雾拍摄功能，可见光与近红外波段光谱工作状态的自由切换，使得所述光学系统满足了物镜的“透雾”应用需求和实现了精准的共焦补偿。
附图说明：
10.下面结合具体图例对本发明做进一步说明：
11.图1为长焦镜头内置增倍光学系统夜晚拍摄状态示意图
12.图2为长焦镜头内置增倍光学系统白天拍摄状态示意图
13.图3为增倍光学系统在可见光波段的垂轴色差图
14.图4为增倍光学系统在可见光波段的mtf曲线图
15.图5为增倍光学系统在近红外波段的mtf曲线图
16.图6为增倍光学系统在可见光波段的光线追迹点列图
17.图7为增倍光学系统在近红外波段的光线追迹点列图
18.中
19.l1—正透镜
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l2—负透镜
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l3—正透镜
20.l4—负透镜
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l5—负透镜
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l6—正透镜
21.u1—三胶合透镜组
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u2—双胶合透镜组
22.a—成像面
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p—物镜出瞳
23.1—可见光补偿片
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2—近红外ir滤光片
具体实施方式：
24.参照图1和图2，长焦镜头内置增倍光学系统，安装在镜头系统物镜和成像面之间，其为六片三组结构；沿光轴从物镜往成像方向，依次为正透镜l1、负透镜l2、正透镜l3、负透镜l4、负透镜l5和正透镜l6；其中由负透镜l2、正透镜l3、负透镜l4组成三胶合透镜组u1；由负透镜l5和正透镜l6组成双胶合透镜组。
25.更具体地说，正透镜l1与三胶合透镜组u1的间隔为6.55mm，三胶合透镜组u1与双胶合透镜组u2的间隔为4.07mm，上述各镜组间的距离为各镜组镜片中心的间距。
26.实际应用上，本增倍光学系统安装位置为物镜光学系统最后一片镜片和成像面a之间，具体位置满足以下条件：本增倍光学系统第一片正透镜l1与物镜出瞳p的距离d1满足在[0.7d-0.9d]区间内的匹配，本增倍光学系统入瞳与物镜出瞳p的距离d2满足在[-0.2d-0.2d]区间内的匹配；其中d为物镜出瞳距离，本增倍光学系统适配任意物镜的出瞳。
[0027]
本增倍光学系统完成与物镜系统的安装后，系统的总后焦距bfl满足bfl≥0.3
×│f│
，其中f为本发明所述光学系统的焦距，完成与物镜系统的内置安装后，机械后焦距能够适应所有的c接口摄像机。
[0028]
本增倍光学系统倍率大于1的长焦倍率镜(放大焦距)，恰好具有与现有技术相反的功能。还有一个大差别是：现有技术这个缩小焦距的广角倍率镜，是安装在特定镜头(螺牙)的最前端。而本结构为内置(放大焦距)倍率镜是安装在原镜头的后端，传感器的前段，
是在成像系统的中间。
[0029]
进一步，在正透镜l1前，还设置有双滤光片切换机构，包括一片可见光补偿片1和一片近红外ir滤光片2；其中可见光补偿片1和近红外ir滤光片2的光程差
│
nd*x1-ns*x2
│
，满足：0≤
│
nd*x1-ns*x2
│
≤0.025
×│f│
，其中nd为可见光补偿片1材料在波长587.5618纳米折射率，ns为近红外ir滤光片2材料在波长852.11纳米处折射率，x1、x2为可见光补偿片和近红外ir滤光片的厚度。
[0030]
在增倍光学系统前置ir滤光片切换，实现可见光与近红外波段光谱工作状态的自由切换，使得本增倍光学系统满足了物镜的“透雾”应用需求和实现了精准的共焦补偿。其工作光谱范围为450—920nm范围，其中在可见光波段486—656nm系统垂轴色差小于0.025ar，ar为艾里斑直径；近红外工作光谱为852nm。
[0031]
参照图3，为增倍光学系统在可见光波段(0.45—0.62微米)的垂轴色差图，其中两条虚线之间的坐标长度为艾里斑直径(ar)。
[0032]
参照图4，为增倍光学系统在可见光(436—656nm)波段的mtf曲线图。
[0033]
参照图5，为增倍光学系统在近红外(852nm)波段的mtf曲线图。
[0034]
参照图6，为增倍光学系统在可见光(436—656nm)波段的光线追迹点列图。
[0035]
参照图7，为增倍光学系统在近红外(852nm)波段的光线追迹点列图。