一种宽光谱成像的变焦适配器的制作方法

1.本实用新型涉及光学器件技术领域，特别是涉及一种宽光谱成像的变焦适配器。


背景技术：

2.适配器是连接内窥镜和ccd装置，其作用就是通过将内窥镜所成的像传输给ccd，接收到的图像显示在屏幕上方便观察。这一技术常用在医疗上，借助内窥镜成像系统观察人体内的图像。
3.目前现有技术中心的变焦适配器，可以在调焦范围内使焦距与成像质量保持一致，而且可以实现可见光到红外的宽光谱成像，但仍存在色差偏大的问题。
4.因此，亟需设计一种宽光谱成像的变焦适配器，用以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种宽光谱成像的变焦适配器，以解决上述现有技术存在的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了一种宽光谱成像的变焦适配器，从物侧到像侧依次包括由调焦透镜组、变倍透镜组、补偿透镜组和具有多路分光功能的棱镜补偿组组成的光学系统，所述调焦透镜组、所述调焦透镜组和补偿透镜组的相对位置随焦距变化连续变化，所述棱镜补偿组的相对位置根据不同波段固定设置。
7.优选的，所述调焦透镜组包括具有负焦距的第一胶合镜片，所述调焦透镜组的焦距取值范围为-5mm至-50mm。
8.优选的，所述第一胶合镜片为第一双凹型透镜和第一平凸型透镜胶合而成。
9.优选的，所述变倍透镜组包括一组正焦距透镜组，所述变倍透镜组的焦距取值范围为5mm至50mm。
10.优选的，所述变倍透镜组包括具有正焦距的第二胶合镜片和具有正焦距的第三镜片，所述第二胶合镜片为第二平凸型透镜、第二负月牙型透镜胶合而成，所述第三镜片为第二双凸型透镜。
11.优选的，所述补偿透镜组是一组正焦距透镜组，所述补偿透镜组的焦距取值范围为25mm至120mm。
12.优选的，所述补偿透镜组包括具有正焦距的第四镜片和具有负焦距的第三胶合镜片，所述第四镜片为第三平凸型透镜，所述第三胶合镜片为第三正月牙型透镜和第三负月牙型透镜胶合而成。
13.优选的，所述棱镜补偿组包括若干多棱镜，通过对所述多棱镜的数量、角度的布置可分为两路分光、三路分光或四路分光，每个光路均布置一个传感器ccd，不同波段的光路与所述传感器ccd的光程不同，不同光路所述传感器ccd的图像可以合成。
14.优选的，所述光学系统在广角端时满足以下条件式：
15.1《|f1/fw|《1.5；
16.1《|f2/fw|《1.5；
17.3《|f3/fw|《3.5；
18.其中f1是所述调焦透镜组的焦距，f2是所述变倍透镜组的焦距，f3是所述补偿透镜组的焦距，fw是所述光学系统在广角端时的焦距。
19.优选的，所述光学系统在望远端时满足以下条件式：
20.0.5《|f1/f
t
|《0.7；
21.0.5《|f2/f
t
|《0.7；
22.1.5《|f3/f
t
|《1.8；
23.其中f1是所述调焦透镜组的焦距，f2是所述变倍透镜组的焦距，f3是所述补偿透镜组的焦距，f
t
是所述光学系统在望远端时的焦距。
24.本实用新型公开了以下技术效果：
25.本实用新型能够达到轻小型化，可调广角，实现数倍变焦，可将不同波段的色差可以校正到0，能在400nm-1000nm波段之间清晰成像。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为实施例一中a状态的一种宽光谱成像的变焦适配器的结构示意图；
28.图2为实施例一中b状态的一种宽光谱成像的变焦适配器的结构示意图；
29.图3为三路分光时棱镜补偿组的结构示意图；
30.图4为实施例一中a状态的传递函数图；
31.图5为实施例一中b状态的传递函数图；
32.图6为实施例一中a状态的畸变图；
33.图7为实施例一中b状态的畸变图；
34.图8为实施例一中a状态的像差图；
35.图9为实施例一中b状态的像差图；
36.图10为一种二路分光时棱镜补偿组的结构示意图；
37.图11为另一种二路分光时棱镜补偿组的结构示意图；
38.图12为四路分光时棱镜补偿组的结构示意图；
39.其中，1为调焦透镜组、2为变倍透镜组、3为补偿透镜组、4为棱镜补偿组、101为第一双凹型透镜、102为第一平凸型透镜、201为第二平凸型透镜、202为第二负月牙型透镜、203为第二双凸型透镜、301为第三平凸型透镜、302为第三正月牙型透镜、303为第三负月牙型透镜。
具体实施方式
40.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的
实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
42.实施例一：
43.本实用新型提供一种宽光谱成像的变焦适配器，从物侧到像侧依次包括由调焦透镜组1、变倍透镜组2、补偿透镜组3和具有多路分光功能的棱镜补偿组4组成的光学系统，调焦透镜组1、调焦透镜组1和补偿透镜组3的相对位置随焦距变化连续变化，棱镜补偿组4的相对位置根据不同波段固定设置。通过将变倍透镜组2沿着光轴从像侧向物侧移动实现广角端向望远端的变倍，通过将补偿透镜组3沿着光轴移动，进行伴随变倍的像面变动的校正和调焦。通过调焦透镜组1调节物距对像质进行优化，通过棱镜补偿组4实现不同波段成清晰的像。
44.进一步的，将调焦透镜组1中的第一片镜片的第一个面设置为整个光学系统的光阑面。
45.进一步的，调焦透镜组1包括具有负焦距的第一胶合镜片，调焦透镜组1的焦距取值范围为-5mm至-50mm。
46.进一步的，第一胶合镜片为第一双凹型透镜101和第一平凸型透镜102胶合而成。调焦透镜组1使镜头从广角端到望远端实现了畸变逐渐变小的同时还可以获得更广阔的视野范围。
47.进一步的，变倍透镜组2包括一组正焦距透镜组，变倍透镜组2的焦距取值范围为5mm至50mm。
48.进一步的，变倍透镜组2包括具有正焦距的第二胶合镜片和具有正焦距的第三镜片，第二胶合镜片为第二平凸型透镜201、第二负月牙型透镜202胶合而成，第三镜片为第二双凸型透镜203。
49.进一步的，补偿透镜组3是一组正焦距透镜组，补偿透镜组3的焦距取值范围为25mm至120mm。
50.进一步的，补偿透镜组3包括具有正焦距的第四镜片和具有负焦距的第三胶合镜片，第四镜片为第三平凸型透镜301，第三胶合镜片为第三正月牙型透镜302和第三负月牙型透镜303胶合而成。
51.进一步的，棱镜补偿组4包括若干多棱镜，通过对多棱镜的数量、角度的布置可分为两路分光、三路分光或四路分光，每个光路均布置一个传感器ccd，不同波段的光路与传感器ccd的光程不同，不同光路传感器ccd的图像可以合成，每个光路清晰成像，不同波段的色差可以校正到0。
52.进一步的，光学系统在广角端时满足以下条件式：
53.1《|f1/fw|《1.5；
54.1《|f2/fw|《1.5；
55.3《|f3/fw|《3.5；
56.其中f1是调焦透镜组1的焦距，f2是变倍透镜组2的焦距，f3是补偿透镜组3的焦距，fw是所述光学系统在广角端时的焦距。
57.进一步的，光学系统在望远端时满足以下条件式：
58.0.5《|f1/f
t
|《0.7；
59.0.5《|f2/f
t
|《0.7；
60.1.5《|f3/f
t
|《1.8；
61.其中f1是调焦透镜组1的焦距，f2是变倍透镜组2的焦距，f3是补偿透镜组3的焦距，f
t
是所述光学系统在望远端时的焦距。
62.具体实施方式：棱镜补偿组4将可见光分为三路，其中绿光的方向与基准轴一致，红光与绿光成72
°
角，蓝光与绿光成48
°
角。
63.实施例一中变焦适配器的各种数值数据：
64.effl＝16.42广角端-32望远端；第一双凹型透镜101的参数：r1＝-16.64mm，r2＝9.796mm，n＝1.8，vd＝35，d＝6mm；
65.第一平凸型透镜102的参数：r1＝9796mm，r2＝无限，n＝1.81，vd＝22.7，d＝6mm。
66.第二平凸型透镜201的参数：r1＝无限，r2＝-15.124mm，n＝1.64，vd＝60.2，d＝11mm；
67.第二负月牙型透镜202的参数：r1＝-15.124mm，r2＝-15.998mm，n＝2，vd＝22.3，d＝11mm；
68.第二双凸型透镜203的参数：r1＝114.681mm，r2＝-52.569mm，n＝1.69，vd＝49.2，d＝11mm。
69.第三平凸型透镜301的参数：r1＝18.983mm，r2＝无限，n＝1.49，vd＝70.4，d＝11mm；
70.第三正月牙型透镜302的参数：r1＝7.369mm，r2＝15.985mm，n＝1.66，vd＝57.4，d＝11mm；
71.第三负月牙型透镜303的参数：r1＝15.985mm，r2＝5.869mm，n＝1.75，vd＝35，d＝11mm。
72.棱镜补偿组4：n1＝1.72，v
d1
＝40；n2＝1.54，v
d2
＝65。
73.其中r1表示曲率半径1，r2表示曲率半径2，n表示折射率，vd表示阿贝数，d表示直径，n1表示折射率1，n2表示折射率2，v
d1
表示阿贝数1，v
d2
表示阿贝数2。
74.表1实施例一中镜头的变焦参数
[0075] abthic 175.01715.728thic 122.2960.05thic 0无限无限thic 23.1173.117thic 68.8860.421
[0076]
a表示物距在无穷远时，变倍透镜组2处于未开始移动的状态；b表示物距在无穷远时，变倍透镜组2开始从广角端向望远端移动到移动量最大时；thic表示光学系统中镜片的面与面的距离。
[0077]
由图4、图5所示，a、b状态的传递函数图mtf对比，发现广角端向望远端移动到移动量最大时mtf的边缘像质在不断的提升，像质达到最优。
[0078]
由图6、图7所示，a、b状态的畸变图对比，发现广角端向望远端移动到移动量最大时畸变在不断的减小，对成像的影响也在不断减小。
[0079]
由图8、图9所示，a、b状态的像差图对比，发现广角端向望远端移动到移动量最大时艾里斑半径在不断增大，但并不影响整个像质的变化。
[0080]
本实用新型提出的技术方案，适用于高光谱成像的变焦适配器中，实现大范围调焦并且清晰成像的功能。
[0081]
实施例二：
[0082]
棱镜补偿组4将可见光分为二路，入射光进入棱镜，其中一路通过反射，另一路直射出去，与基准轴方向一致，反射的那路光与直射光路成53
°
角出射，结构如图10-11所示。
[0083]
实施例三：
[0084]
棱镜补偿组4将可见光分为四路，四路分光指的是在三路光的基础上，在水平出射的那路光再加一束与之成90
°
的反射光，其中反射光与反射面成45
°
，形成四路分光，结构如图12所示。
[0085]
在本实用新型的描述中，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实用新型，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实用新型的限制。
[0086]
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。