[發明專利]一種高分辨率視頻攝遠物鏡

有效

• 申請號: 201310501108.4
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103592744A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 高興宇;郁道銀;龍躍;蕭澤新
• 申請（專利權）人: 柳州歐維姆機械股份有限公司;柳州歐維姆結構檢測技術有限公司
• 主分類號: G02B13/02
• 分類號: G02B13/02;G02B13/00;G02B27/00
• 代理公司: 柳州市榮久專利商標事務所(普通合伙) 45113
• 代理人: 張榮玖

技術領域

本發明涉及光學測量儀器領域，尤其是一種用于觀察和測量遠距離細微目標大小的一種視頻攝遠物鏡。

背景技術

傳統的望遠鏡是物鏡+目鏡的結構形式，主要用于遠距離觀察、軍事偵察、天文觀測等領域；望遠鏡的作用是將遠處物體對人眼的分辨角擴大，使人眼能夠看清遠距離的原本看不清的物體細節；一般正常人眼的極限分辨角為60，所以望遠鏡出射的光束對人眼的視角必須大于60。隨著光電成像技術的進步，越來越多的目視光學系統都轉變為視頻光學系統，即用光電成像代替人眼工作，以減輕疲勞，提高自動化程度，降低人工成本；而且由于成像CCD或CMOS的像元可以做到1.4μm，甚至更小，因此視頻成像的分辨率要遠高于人眼的分辨率；在需要遠距離觀察物體細節的情況下，高分辨率視頻望遠光學系統可以比人眼看到更細微的高清圖像。

對于斜拉橋、摩天大樓、電視塔等超高建筑，由于長期暴露在自然環境下，建筑物表面會產生銹斑、裂紋、剝落等影響建筑物安全的問題；傳統的辦法是定期派人上去檢測、發現問題并修補；由于建筑物超高，上去的危險性大，不能經常派人上去檢查，因而不能及時發現建筑物表面的銹斑、裂紋等缺陷、從而可能存在發生安全事故的隱患的問題；因此，特別需要一種小視場、小相對孔徑、高分辨率的攝遠物鏡，用于對遠距離細小的物體或特征進行觀測，以便及時發現建筑物表面的銹斑、裂紋等缺陷，解決上述超高建筑的表面安全問題的監測和檢測問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高分辨率視頻攝遠物鏡，以解決上述超高建筑的表面安全問題的監測和檢測問題。

為解決上述問題，本發明的一種高分辨率視頻攝遠物鏡是通過如下技術方案實現的：為了使無限遠入射光線減小像差，尤其是二級光譜，需要使光線在每個面上的偏角盡量小，優化像差設計，因此設計了4組透鏡組：第一個透鏡組為厚彎月雙膠合透鏡組，包括兩個膠合在一起的彎月負透鏡，其中的第2個彎月負透鏡為厚彎月負透鏡，該透鏡組將無窮遠入射平行光偏轉較小角度傳遞到下一個透鏡組；第二個透鏡組包括1個厚正透鏡和1個薄負透鏡，這兩片透鏡相距一個很小的空氣間隔，前兩個透鏡組使用了多個大曲率半徑的透鏡面，以有效減小彗差、像散、畸變、倍率色差等軸外像差的大小，其中的厚彎月雙膠合透鏡組用來減小二級光譜和畸變；中間由1個薄彎月負透鏡和1個薄正透鏡組成的雙膠合透鏡組為第三組中繼，繼續傳遞軸上點光線和主光線的小偏轉角；最后一個單片薄正透鏡完成最終的偏角傳遞，使最終達到像面上的光線以很小的像差成像；上述四組透鏡在選擇好初始結構后，經過光學優化設計來構建高分辨率攝遠物鏡。

其具體結構是：?一種高分辨率視頻攝遠物鏡，是由分離較遠的四組同軸的透鏡組順次放置組成的小視場、高分辨率成像系統；

從左至右，第一個透鏡組為厚彎月雙膠合透鏡組，包括兩個膠合在一起的彎月負透鏡Ⅰ、彎月負透鏡Ⅱ，其中的第2個彎月負透鏡Ⅱ為厚彎月負透鏡；

第二個透鏡組為兩個距離較近的透鏡構成的雙分離透鏡組，包括1個正透鏡Ⅰ和1個彎月負透鏡Ⅲ；其中，正透鏡Ⅰ為厚正透鏡，彎月負透鏡Ⅲ為薄彎月負透鏡；

第三個透鏡組為雙膠合透鏡組，包括1個彎月負透鏡Ⅳ和1個正透鏡Ⅱ；其中，彎月負透鏡Ⅳ為薄彎月負透鏡；正透鏡Ⅱ為薄正透鏡；

第四個透鏡組為單個正透鏡Ⅲ；該正透鏡Ⅲ亦為薄正透鏡；第二個透鏡組與第三個透鏡組之間設置有孔徑光闌。

其進一步技術方案是：該高分辨率視頻攝遠物鏡的像方線視場為7.7mm，像方分辨率為σ=1.6μm。

其更進一步技術方案是：該高分辨率視頻攝遠物鏡的工作距離W.D.=∞，焦距f'=320mm，相對孔徑D/f'=1/5.7，物方視場角ω=0.689°。

其更進一步技術方案是：構成該高分辨率視頻攝遠物鏡的四組透鏡都是由不含CaF₂的材料制成的透鏡。

其又更進一步技術方案是：該高分辨率視頻攝遠物鏡的像方分辨率為σ=1.6μm，與該高分辨率視頻攝遠物鏡配套使用的攝像機是靶面為1/2.3、1400萬像素的高分辨率CMOS攝像機。

由于采取以上技術方案，本發明之高分辨率視頻攝遠物鏡具有以下有益效果：

1．與現有具有相同性能的兩種復消色差攝遠物鏡相比，結構更合理、性能好、成本低；?

不含價格昂貴的S-FPL53和CaF₂等光學材料，消色差效果比復消色差攝遠物鏡好很多：