宽光谱日夜两用摄像镜头设计
引 言
随着数字摄像技术的发展,微型视频摄像镜头(Micro video lens),简称MTV,是近年来发展得较快的摄像镜头。由于其具有体积小、高性价比等优点,所以广泛应用于电脑机顶双向可视系统、数码照相机、可视电话系统、闭路监控系统等领域。本文所设计的微型视频摄像镜头,镜头与彩色CCD光电摄像器件配合使用。为实现微型化,光学总长要小于23 mm,但后截距又不能太短,需大于5.5mm,确保在绝大多数彩色CCD上都能聚焦成像。为保证日夜两用像面的合适的光照度,要求镜头的相对孔径在1∶1.8~1∶2之间。
由于光学材料对不同波长的色光折射率不同,波长愈短折射率愈高,使得可见光波段及近红外光波段的成像焦面不同[1],导致监控摄像系统在白天和夜间使用时需反复聚焦,使用起来非常麻烦;而且手动调焦,人为的因素势必使系统在白天和晚上成像面不一致,影响使用效果。
市面上在批量销售的日夜两用MTV镜头,绝大多数实际上不是真正的宽光谱共焦镜头,而是利用短焦镜头,采用小的相对孔径,景深较长,而且使用时聚焦成像在白天和晚上焦面之间,所以分辨率较低,且相对孔径较小,在夜间使用时对红外光源光照度要求较高。
为解决上述问题,我们在一种四片式的可见光谱MTV的基础上优化设计成宽光谱,将较宽光谱区域分成可见光光谱区域(0.486 0Lm~0.656 8Lm,主波长为0.550 0Lm)和近红外光谱区域(0.63m~0.90Lm,主波长为0.72Lm)[2],本结构为四片式,置孔径光阑于镜头中间,结构简单,成像清晰,照度均匀,成本低,无需在白天和夜间使用时反复聚焦调焦的大视场摄像镜头,文中给出了设计结果和传递函数曲线。
1 像差特点
由于是采用宽光谱成像,色差成为影响成像质量的一个重要因素,因此必须消色差,必要时还需校正二级光谱,而且本系统具有视场大,工作距离大于焦距等特点,这些特点都给轴外像差校正带来了难度。为了获得优良的成像质量,我们进行以下几种像差的校正。
首先是轴向色差的校正。轴向色差表示不同颜色光线理想象面位置的差,跟口径和光阑位置没有关系,而且由于是宽光谱成像,色差影响较为严重,所以必须首先消除,本系统采用冕牌与火石的双胶合可以有效的减小色差。
其次是场曲的校正。镜头在结构上采用正、负两分离的薄透镜,它们的光焦度分别为UⅠ,U0,相距d,保证一定正f′的条件下消除场曲。两块正、负透镜的合成焦距U合=UⅠ-U0-dUⅠU0。则组合系统初级场曲系数为:
故适当地选择UⅠ,U0,nⅠ,n0,能使初级场曲为零或为负数[3]。
再者是像散和垂轴色差的校正。由于视场较大,所以每个面上将产生较大的像散和色差。为校正整个系统的像散和垂轴色差,可使用胶合面,以产生较大的符号相反的垂轴色差和像散,同系统原有的像差相抵消[4]。并且该胶合面提高了相对孔径,使像面照度下降缓慢,达到基本均匀。
相关文章
- 2024-09-03三坐标测量机的误差分析及其补偿
- 2022-10-09嵌入式系统ARM7在车辆调度中的应用
- 2024-04-29最新激光喇曼显微分光法
- 2023-01-12位置随动控制设备在线检测与故障分析
- 2024-03-19线阵CCD在颜色测试中的应用
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。