具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统的制作方法

具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统
1.技术领域：本发明涉及一种具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统。
2.

背景技术：

海洋覆盖了地球表面超过70%的面积，因此其与天气和气候变化密不可分。海洋与大气之间存在能量的交换，由于这种相互作用造成了海洋气象环境千变万化的现象。潜在变化的环境是影响航行安全的主要因素，例如大雾天气、阴晴不定造成的光强变化、温度的变化等等，为了适应不断变化的环境，亟需一款可远距离探测与识别的光学系统，来拓展不适于人直接参与的环境观测。目前市面上同类海上观测镜头，要么不具备环境适应性，要么光圈较小，要么分辨率不够，要么不具备远距离探测的要求。
3.

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，结构简单且使用方便，对海上航行环境的变化具有更大的兼容性。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，包括沿光线自左向右入射方向依次设置的前镜组a、光阑b、后镜组c以及滤光片d，所述前镜组a包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜a-1、负月牙透镜a-2、由双凹透镜a-3和双凸透镜a-4密接的第一胶合镜组、由双凸透镜a-5与双凹透镜a-6密接的第二胶合镜组；所述后镜组c包括沿光线自左向右入射方向依次设置的由双凹透镜c-1与双凸透镜c-2密接的第三胶合镜组、双凸透镜c-3、双凸透镜c-4。
5.进一步的，所述前镜组a与后镜组c之间的空气间隔为7.57 mm。
6.进一步的，所述正月牙透镜a-1与负月牙透镜a-2之间的空气间隔为3.51 mm；所述负月牙透镜a-2与第一胶合镜组之间的空气间隔为7.63 mm；所述第一胶合镜组与第二胶合镜组之间的空气间隔为0.1 mm；所述第三胶合镜组与双凸透镜c-3之间的空气间隔为0.1 mm；所述双凸透镜c-3与双凸透镜c-4之间的空气间隔为9.93 mm。
7.进一步的，在前镜组a中，双凹透镜a-6靠近光阑b的一面朝向像侧弯曲；在后镜组c中，双凹透镜c-1靠近光阑b的一面朝向物侧弯曲。
8.进一步的，光学系统满足：0.03≤fc/fa≤0.06，其中fa为前镜组a的焦距，fc为后镜组c的焦距。
9.进一步的，所述前镜组a的焦距fa与整个光学系统的有效焦距f的比值满足：14.5≤fa/f≤18.0，后镜组c的焦距fc与整个光学系统的有效焦距f的比值满足：0.60≤fc/f≤0.75。
10.进一步的，所述光学系统中至少有两片透镜由重磷冕玻璃材料制成，且至少有一片透镜采用低散玻璃h-zpk5的材料制成。
11.进一步的，所述光学系统的后截距fl与整个光学系统的有效焦距f之比满足：0.4≤fl/f≤0.55。
12.进一步的，所述光学系统匹配最大像面为17.6 mm，观察视场角大于28.4
°
，畸变小
于2.1%，总长小于85 mm。
13.本发明采用的另外一种技术方案是：一种具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统的成像方法，成像时：光线自左向右依次通过正月牙透镜a-1、负月牙透镜a-2、由双凹透镜a-3和双凸透镜a-4密接的第一胶合镜组、由双凸透镜a-5与双凹透镜a-6密接的第二胶合镜组、光阑b、由双凸透镜c-1与双凹透镜c-2密接的第三胶合镜组、双凸透镜c-3、双凸透镜c-4以及滤光片d后进行成像。
14.与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理，提供了一种最大像面达φ17.6 mm，f#为2.0的镜头，采用十片球面镜片，系统总长小于85 mm，畸变小于2.1%，光学分辨率高，可见光与近红外波段成像效果良好，满足海上远距离昼夜观测，对海上航行环境的变化具有更大的兼容性。
15.附图说明：图1是本发明实施例的光学系统构造示意图；图2是本发明实施例中光学系统常温下调制传递函数曲线；图3是本发明实施例中光学系统常温下近红外调制传递函数曲线；图4是本发明实施例中光学系统畸变曲线；图5是本发明实施例中光学系统相对照度曲线。
16.具体实施方式:下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
17.在本发明的描述中，需要理解的是，术语
“ꢀ
纵向”、
“ꢀ
横向”、
“ꢀ
上”、
“ꢀ
下”、
“ꢀ
前”、
“ꢀ
后”、
“ꢀ
左”、
“ꢀ
右”、
“ꢀ
竖直”、
“ꢀ
水平”、
“ꢀ
顶”、
“ꢀ
底”、
“ꢀ
内”、
“ꢀ
外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
18.如图1所示，本发明一种具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，包括沿光线自左向右入射方向依次设置的前镜组a、光阑b、后镜组c以及滤光片d，所述前镜组a包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜a-1、负月牙透镜a-2、由双凹透镜a-3和双凸透镜a-4密接的第一胶合镜组、由双凸透镜a-5与双凹透镜a-6密接的第二胶合镜组；所述后镜组c包括沿光线自左向右入射方向依次设置的由双凹透镜c-1与双凸透镜c-2密接的第三胶合镜组、双凸透镜c-3、双凸透镜c-4。
19.本实施例中，所述前镜组a与后镜组c之间的空气间隔为7.57 mm。
20.本实施例中，所述正月牙透镜a-1与负月牙透镜a-2之间的空气间隔为3.51 mm；所述负月牙透镜a-2与第一胶合镜组之间的空气间隔为7.63 mm；所述第一胶合镜组与第二胶合镜组之间的空气间隔为0.1 mm；所述第三胶合镜组与双凸透镜c-3之间的空气间隔为0.1 mm；所述双凸透镜c-3与双凸透镜c-4之间的空气间隔为9.93 mm。
21.本实施例中，在前镜组a中，双凹透镜a-6靠近光阑b的一面朝向像侧弯曲，即：前镜组a最靠近光阑b的一面向像侧面弯曲。在后镜组c中，双凹透镜c-1靠近光阑b的一面朝向物侧弯曲，即：后镜组c最靠近光阑b的一面向物侧面弯曲。
22.本实施例中，光学系统满足：0.03≤fc/fa≤0.06，其中fa为前镜组a的焦距，fc为后镜组c的焦距。
23.本实施例中，所述前镜组a的焦距fa与整个光学系统的有效焦距f的比值满足：14.5≤fa/f≤18.0，后镜组c的焦距fc与整个光学系统的有效焦距f的比值满足：0.60≤fc/f≤0.75。
24.本实施例中，所述光学系统中至少有两片透镜由重磷冕玻璃材料制成，且至少有一片透镜采用低散玻璃h-zpk5的材料制成。优选的，双凸透镜a-5与双凸透镜c-2分别由h-zpk5与h-zpk1a材料制成，正月牙透镜a-1的玻璃材料为h-zlaf76。
25.本实施例中，所述光学系统的后截距fl与整个光学系统的有效焦距f之比满足：0.4≤fl/f≤0.55。
26.本实施例中，所述光学系统匹配最大像面为17.6 mm，观察视场角大于28.4
°
，畸变小于2.1%，总长小于85 mm。
27.本实施例中，所述正月牙透镜a-1厚度为5.51 mm，负月牙透镜a-2厚度为1.0 mm，第一胶合镜组厚度为6.28 mm，第二胶合镜组厚度为10.12 mm，第三胶合镜组厚度为6.08 mm，双凸透镜c-3厚度为3.60 mm，双凸透镜c-4厚度为4.33 mm。
28.本实施例中，所述光学系统采用滤光片切换型式来适应不同的环境变化，其中可见光滤光片厚度2 mm，近红外滤光片厚度1.89 mm。
29.本实施例中，所述光学系统在奈奎斯特频率处的调制传递函数值接近0.3，成像质量好。
30.本实施例中，参照图5，所述光学系统在边缘处的相对照度大于80%。
31.本实施例中，光学系统中各个镜片的具体参数见下表1。
32.表1本实施例中，光学系统实现的技术指标如下：
1.最大像面：17.6 mm；2.波长范围：400-1000nm；3.焦距：35.5 mm；4.视场角：28.4
°
；5.f#：2.0；6.畸变：2.1%；7.光学总长：85 mm；8.后截距：17 mm；9.光学重量：70 g。
33.本实施例中，成像时：光线自左向右依次通过正月牙透镜a-1、负月牙透镜a-2、由双凹透镜a-3和双凸透镜a-4密接的第一胶合镜组、由双凸透镜a-5与双凹透镜a-6密接的第二胶合镜组、光阑b、由双凸透镜c-1与双凹透镜c-2密接的第三胶合镜组、双凸透镜c-3、双凸透镜c-4以及滤光片d后进行成像。
34.本发明的优点在于：针对海上观测的使用要求，提供了一种最大像面达φ17.6 mm，f#为2.0的镜头，共采用十片球面镜片，系统总长小于85 mm，畸变小于2.1%，光学分辨率高，可见光与近红外波段成像效果良好，满足海上远距离昼夜观测，对海上航行环境的变化具有更大的兼容性，以期更好、更安全的完成任务。
35.本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
36.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
37.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
38.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

技术特征：

1.一种具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，其特征在于：包括沿光线自左向右入射方向依次设置的前镜组a、光阑b、后镜组c以及滤光片d，所述前镜组a包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜a-1、负月牙透镜a-2、由双凹透镜a-3和双凸透镜a-4密接的第一胶合镜组、由双凸透镜a-5与双凹透镜a-6密接的第二胶合镜组；所述后镜组c包括沿光线自左向右入射方向依次设置的由双凹透镜c-1与双凸透镜c-2密接的第三胶合镜组、双凸透镜c-3、双凸透镜c-4。2.根据权利要求1所述的具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，其特征在于：所述前镜组a与后镜组c之间的空气间隔为7.57 mm。3.根据权利要求1所述的具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，其特征在于：所述正月牙透镜a-1与负月牙透镜a-2之间的空气间隔为3.51 mm；所述负月牙透镜a-2与第一胶合镜组之间的空气间隔为7.63 mm；所述第一胶合镜组与第二胶合镜组之间的空气间隔为0.1 mm；所述第三胶合镜组与双凸透镜c-3之间的空气间隔为0.1 mm；所述双凸透镜c-3与双凸透镜c-4之间的空气间隔为9.93 mm。4.根据权利要求1所述的具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，其特征在于：在前镜组a中，双凹透镜a-6靠近光阑b的一面朝向像侧弯曲；在后镜组c中，双凹透镜c-1靠近光阑b的一面朝向物侧弯曲。5.根据权利要求1所述的具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，其特征在于：光学系统满足：0.03≤fc/fa≤0.06，其中fa为前镜组a的焦距，fc为后镜组c的焦距。6.根据权利要求1所述的具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，其特征在于：所述前镜组a的焦距fa与整个光学系统的有效焦距f的比值满足：14.5≤fa/f≤18.0，后镜组c的焦距fc与整个光学系统的有效焦距f的比值满足：0.60≤fc/f≤0.75。7.根据权利要求1所述的具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，其特征在于：所述光学系统中至少有两片透镜由重磷冕玻璃材料制成，且至少有一片透镜采用低散玻璃h-zpk5的材料制成。8.根据权利要求1所述的具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，其特征在于：所述光学系统的后截距fl与整个光学系统的有效焦距f之比满足：0.4≤fl/f≤0.55。9.根据权利要求1所述的具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，其特征在于：所述光学系统匹配最大像面为17.6 mm，观察视场角大于28.4
°
，畸变小于2.1%，总长小于85 mm。10.一种具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统的成像方法，其特征在于：包括采用如权利要求1～9中任意一项所述的具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，成像时：光线自左向右依次通过正月牙透镜a-1、负月牙透镜a-2、由双凹透镜a-3和双凸透镜a-4密接的第一胶合镜组、由双凸透镜a-5与双凹透镜a-6密接的第二胶合镜组、光阑b、由双凸透镜c-1与双凹透镜c-2密接的第三胶合镜组、双凸透镜c-3、双凸透镜c-4以及滤光片d后进行成像。

技术总结

本发明涉及一种具有强适应性的大光圈高分辨率海上观测光学系统，包括沿光线入射方向依次设置的前镜组A、光阑B、后镜组、滤光片D，前镜组A包括沿光线入射方向依次设置的正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、由双凹透镜A-3和双凸透镜A-4密接的第一胶合镜组、由双凸透镜A-5与双凹透镜A-6密接的第二胶合镜组；后镜组C包括沿光线入射方向依次设置的由双凹透镜C-1与双凸透镜C-2密接的第三胶合镜组、双凸透镜C-3、双凸透镜C-4。本发明提供了一种最大像面达Φ17.6 mm，F#为2.0的镜头，采用十片球面镜片，系统总长小于85 mm，畸变小于2.1%，光学分辨率高，可见光与近红外波段成像效果良好，满足海上远距离昼夜观测，对海上航行环境的变化具有更大的兼容性。更大的兼容性。更大的兼容性。