CN112904463A - 红外镜头、成像模组及测温仪器 - Google Patents
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- G01J2005/0077—Imaging
Abstract
本申请实施例公开了一种红外镜头、成像模组及测温仪器。红外镜头包括一片具有正焦距的透镜,所述透镜的物侧面和像侧面均为非球面,所述红外镜头满足以下条件式:0.2<FL/TTL<0.3,其中,FL表示所述红外镜头的有效焦距,TTL表示所述透镜的物侧面至所述红外镜头的成像面于光轴上的距离。本申请实施例的红外镜头尤其适用于非接触式的测温仪器,由于非接触式的测温仪器的主要目的在于检测行人的体温,故而,对成像的清晰程度无需提出较高的要求,由此,通过上述的单片的透镜即可满足使用要求。可以显著降低红外镜头的制作成本,从而能够降低非接触式的测温仪器的整体生产成本,进而有利于非接触式的测温仪器的推广使用。
Description
技术领域
本申请涉及光学成像技术领域,尤其涉及一种红外镜头、成像模组及测温仪器。
背景技术
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息,其并不必然是现有技术。
非接触式的测温仪器因具有测温效率高的优势,被广泛应用于机场、高铁等场所。非接触式的测温仪器所使用的热成像镜头,为用于接收7~14μm波段红外线的红外镜头。通常,红外镜头所使用的透镜,因材料、加工工艺等方面的限制,其制作成本相对较高,而目前大多数的红外镜头使用两个或两个以上的透镜,这使得红外镜头的整体成本就比较高,由此进一步提高了非接触式的测温仪器的生产成本,从而不利于非接触式的测温仪器的推广使用。
发明内容
本申请实施例提供了一种红外镜头、成像模组及电子设备,能够降低红外镜头的整体成本,从而降低非接触式的测温仪器的生产成本,进而有利于非接触式的测温仪器的推广使用。技术方案如下:
第一方面,本申请实施例提供了一种红外镜头,包括一片具有正焦距的透镜,所述透镜的物侧面和像侧面均为非球面,所述红外镜头满足以下条件式:
0.2<FL/TTL<0.3,
其中,FL表示所述红外镜头的有效焦距,TTL表示所述透镜的物侧面至所述红外镜头的成像面于光轴上的距离。
根据本申请实施例的红外镜头,其采用单片的具有正焦距的透镜,该透镜的物侧面和像侧面均为非球面,非球面的型面设计可以使透镜拥有较为灵活的设计,有利于帮助红外镜头消除像差,解决视界歪曲的问题。另外,红外镜头满足条件式0.2<FL/TTL<0.3,通过条件式的限定,可以使红外镜头在预设的尺寸(沿光轴的总长度)下,实现红外线成像的使用需求。另外,通过上述条件式限定,还能够在一定的焦距的使用范围内实现红外镜头的小型化设计。本申请实施例的红外镜头尤其适用于非接触式的测温仪器,由于非接触式的测温仪器的主要目的在于检测行人的体温,故而,对成像的清晰程度无需提出较高的要求,由此,通过上述的单片的透镜即可满足使用要求。相比于现有的采用两个或两个以上透镜的红外镜头,可以显著降低红外镜头的制作成本,从而能够降低非接触式的测温仪器的整体生产成本,进而有利于非接触式的测温仪器的推广使用。
在其中一些实施例中,所述红外镜头满足以下条件式:
200°<FOV/Fno<210°,
其中,FOV表示所述红外镜头的视场角,Fno表示所述红外镜头的光圈数。
基于上述实施例,在满足上述条件式的情况下,可以保证足够的红外光线的进光量,从而提升测温的准确性。
在其中一些实施例中,所述红外镜头满足以下条件式:
0.9<(r1+r2)/(r1-r2)<1.2,
其中,r1表示所述透镜的物侧面于光轴处的曲率半径,r2表示所述透镜的像侧面于光轴处的曲率半径。
基于上述实施例,通过上述条件式的限定,可以控制透镜的形状,从而有利于修正球差,并且有助于使大视角光线进入红外镜头。
在其中一些实施例中,所述红外镜头满足以下条件式:
1.0<FL/BFL<1.2,
其中,BFL表示所述红外镜头的后焦距。
基于上述实施例,通过上述条件式限定,有利于使红外镜头具有较长的后焦距,从而有利于降低红外镜头光线入射感光元件(通常设置在红外镜头的成像面S3上)的主入射角度,以获得更佳的感光响应,且具有较充足的后焦距有利于设置其他光线元件(如滤光片等)。
在其中一些实施例中,所述红外镜头满足以下条件式:
N10.6>2.0,
其中,N10.6表示所述透镜在波长10.6μm下的折射率。
基于上述实施例,透镜选用高折射率的材料制成,这样有利于减小透镜的厚度,进而有利于减小红外镜头的整体体积。
在其中一些实施例中,所述红外镜头满足以下条件式:
V10.6>90,
其中,V10.6表示所述透镜在波长10.6μm下的阿贝数。
基于上述实施例,通过上述条件式限定,可以有效地抑制色散,从而提高成像品质。
在其中一些实施例中,所述红外镜头满足以下条件式:
0.65<CT/TTL<0.8,
其中,CT表示所述透镜于光轴上的厚度,TTL表示所述透镜的物侧面至所述红外镜头的成像面于光轴上的距离。
基于上述实施例,通过上述条件式限定,有利于提高透镜的加工成型的良率,另外也有利于镜头的小型化设计。
在其中一些实施例中,所述红外镜头满足以下条件式:
2.4<SD2/SD1<2.5,
其中,SD2表示所述透镜的像侧面最大有效口径的一半,SD1表示所述透镜的物侧面最大有效口径的一半。
基于上述实施例,通过上述条件式限定,能够对透镜的物侧面和像侧面的口径尺寸进行控制,一方面,有利于提高透镜的加工成型的良率和保证红外镜头的组装精度,另一方面,有利于修正透镜的边缘处的光线的像差。
第二方面,本申请实施例提供了一种成像模组,包括感光元件和上述任一实施例中的红外镜头,所述感光元件设置于所述红外镜头的像侧。
根据本申请实施例的成像模组,通过采用上述红外镜头,可以获得降低生产成本的有益效果。
第三方面,本申请实施例提供了一种测温仪器,包括上述任一实施例中的成像模组。
本申请实施例的测温仪器,通过采用上述成像模组,可以获得降低生产成本的有益效果,进而有利于非接触式的测温仪器的推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例一提供的红外镜头的结构示意图;
图2a是本申请实施例一提供的红外镜头的纵向球差图曲线图;
图2b是本申请实施例一提供的红外镜头的像散曲线图;
图2c是本申请实施例一提供的红外镜头的畸变曲线图;
图3是本申请实施例二提供的红外镜头的结构示意图;
图4a是本申请实施例二提供的红外镜头的像散曲线图;
图4b是本申请实施例二提供的红外镜头的畸变曲线图;
图4c是本申请实施例二提供的红外镜头的畸变曲线图;
图5是本申请实施例三提供的红外镜头的结构示意图;
图6a是本申请实施例三提供的红外镜头的纵向球差图曲线图;
图6b是本申请实施例三提供的红外镜头的像散曲线图;
图6c是本申请实施例三提供的红外镜头的畸变曲线图;
图7是本申请实施例四提供的红外镜头的结构示意图;
图8a是本申请实施例四提供的红外镜头的纵向球差图曲线图;
图8b是本申请实施例四提供的红外镜头的像散曲线图;
图8c是本申请实施例四提供的红外镜头的畸变曲线图;
图9是本申请实施例提供的成像模组的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。
下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
以下首先解释本申请实施例中所涉及到的像差:像差(aberration)是指光学成像系统中,由非近轴光线追迹所得的结果和近轴光线追迹所得的结果不一致,与高斯光学(一级近似理论或近轴光线)的理想状况的偏差。像差又分为两大类:色差(chromaticaberration)和单色像差(monochromatic aberration)。其中,色差是由于透镜材料的折射率是波长的函数,不同波长的光通过透镜时因折射率不同而产生的像差,色差又可分为位置色像差和倍率色像差两种。色差是一种色散现象,所谓色散现象是指介质中的光速或折射率随光波波长变化的现象,光的折射率随着波长的增加而减小的色散可成为正常色散,而折射率随波长的增加而增加的色散可成为负色散(或称负反常色散)。单色像差是指即使在高度单色光时也会产生的像差,按产生的效果,单色像差又分成“使成像模糊”和“使成像变形”两类;前一类有球面像差(spherical aberration,可简称球差)、像散(astigmatism)等,后一类有像场弯曲(field curvature,可简称场曲)、畸变(distortion)等。像差还包括彗差,彗差是指由位于主轴外的某一轴外物点,向光学成像系统发出的单色圆锥形光束,经该光学成像系统折射后,在理想平面处不能结成清晰点,而是结成拖着明亮尾巴的彗星形光斑。
第一方面,本申请实施例提供了一种红外镜头100,如图1、图3、图5和图7所示,红外镜头100包括一片具有正焦距的透镜110,透镜110的物侧面和像侧面均为非球面,红外镜头100满足以下条件式:0.2<FL/TTL<0.3,其中,FL表示红外镜头100的有效焦距,TTL表示透镜110的物侧面至红外镜头100的成像面S3于光轴120上的距离。
根据本申请实施例的红外镜头100,其采用单片的具有正焦距的透镜110,该透镜110的物侧面S1和像侧面S2均为非球面,非球面的型面设计可以使透镜110拥有较为灵活的设计,有利于帮助红外镜头100消除像差,解决视界歪曲的问题。另外,红外镜头100满足条件式0.2<FL/TTL<0.3,通过条件式的限定,可以使红外镜头100在预设的尺寸(沿光轴120的总长度)下,实现红外线成像的使用需求。另外,通过上述条件式限定,还能够在一定的焦距的使用范围内实现红外镜头的小型化设计。本申请实施例的红外镜头100尤其适用于非接触式的测温仪器,由于非接触式的测温仪器的主要目的在于检测行人的体温,故而,对成像的清晰程度无需提出较高的要求,由此,通过上述的单片的透镜110即可满足使用要求。相比于现有的采用两个或两个以上透镜110的红外镜头100,可以显著降低红外镜头100的制作成本,从而能够降低非接触式的测温仪器的整体生产成本,进而有利于非接触式的测温仪器的推广使用。
在一些实施例中,红外镜头100满足以下条件式:200°<FOV/Fno<210°,其中,FOV表示红外镜头100的视场角,Fno表示红外镜头100的光圈数。在满足上述条件式的情况下,可以保证足够的红外光线的进光量,从而提升测温的准确性。
在一些实施例中,红外镜头100满足以下条件式:0.9<(r1+r2)/(r1-r2)<1.2,其中,r1表示透镜110的物侧面于光轴120处的曲率半径,r2表示透镜110的像侧面于光轴120处的曲率半径。通过上述条件式的限定,可以控制透镜110的形状,从而有利于修正球差,并且有助于使大视角光线进入红外镜头100。
在一些实施例中,红外镜头100满足以下条件式:1.0<FL/BFL<1.2,其中,BFL表示红外镜头100的后焦距。对于本申请实施例来说,红外镜头100的后焦距是指透镜110的像侧面至红外镜头100的成像面S3于平行光轴120方向上的最小距离。通过上述条件式限定,有利于使红外镜头100具有较长的后焦距,从而有利于降低红外镜头100光线入射感光元件(通常设置在红外镜头100的成像面S3上)的主入射角度,以获得更佳的感光响应,且具有较充足的后焦距有利于设置其他光线元件(如滤光片等)。
在一些实施例中,红外镜头100满足以下条件式:N10.6>2.0,其中,N10.6表示透镜110在波长10.6μm下的折射率,也就是说,透镜110选用高折射率的材料制成,这样有利于减小透镜110的厚度,进而有利于减小红外镜头100的整体体积。
进一步地,红外镜头100还可以满足以下条件式:V10.6>90,其中,V10.6表示透镜110在波长10.6μm下的阿贝数。通过上述条件式限定,可以有效地抑制色散,从而提高成像品质。
在一些实施例中,红外镜头100满足以下条件式:0.65<CT/TTL<0.8,其中,CT表示透镜110于光轴120上的厚度,TTL表示透镜110的物侧面至红外镜头100的成像面S3于光轴120上的距离。通过上述条件式限定,有利于提高透镜110的加工成型的良率,另外也有利于镜头100的小型化设计。
在一些实施例中,红外镜头100满足以下条件式:2.4<SD2/SD1<2.5,其中,SD2表示透镜110的像侧面最大有效口径的一半,SD1表示透镜110的物侧面最大有效口径的一半。通过上述条件式限定,能够对透镜110的物侧面和像侧面的口径尺寸进行控制,一方面,有利于提高透镜110的加工成型的良率和保证红外镜头100的组装精度,另一方面,有利于修正透镜110的边缘处的光线的像差。
在一些实施例中,红外镜头100还包括滤光片,滤光片设置在透镜110和红外镜头100的成像面S3之间。进一步地,滤光片可以为红外滤光片,通过设置红外滤光片,可以是感光元件只接收到特定波段(通常为7~14μm波段)的红外线,从而保证非接触式的测温仪器的成像结果。
在一些实施例中,透镜110的物侧面和像侧面的面型通过以下的非球面公式计算得到:
其中,Z表示非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离,R表示非球面上相应点到光轴120的距离,C表示非球面的近轴曲率,k表示圆锥系数,a4、a6、a8、a10、a12、a14、a16表示非球面面型公式中分别与各项高次项对应的系数。通过上述非球面公式,可以形成满足透镜110的使用要求的非球面的型面。
以下将结合具体参数对红外镜头100进行详细说明。
实施例一
本申请实施例的红外镜头100的结构示意图参见图1,红外镜头100包括一片具有正焦距的透镜110,透镜110的物侧面和像侧面均为非球面。
本申请实施例中,透镜110的相关参数如表1和表2所示,其中,表2为表1中透镜110表面的非球面系数,其中k为圆锥系数,ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。在表1中,面序号1和2分别对应透镜110的物侧面S1和像侧面S2,像面(成像面S3)可理解为后期与感光元件装配时的感光元件的感光表面,透镜110于“厚度”参数列中的第一个数值为该透镜110于光轴120上的厚度,第二个数值为该透镜110的像侧面至后一光学元件的物侧面于光轴120上的距离,R表示非球面上相应点到光轴120的距离。另外,各实施例的关系式计算和透镜110结构以参数表格中的数据为准。
表1
表2
面序号 | k | a<sub>4</sub> | a<sub>6</sub> | a<sub>8</sub> | a<sub>10</sub> |
1 | -85 | -1.82300E-01 | 3.32400E-01 | -7.03800E-01 | 0.00000E+00 |
2 | -6.788 | -5.19000E-02 | 6.80000E-03 | -1.20000E-03 | 0.00000E+00 |
图2a、图2b和2c分别为实施例一中的红外镜头100的纵向球差图、像散图和畸变图。由图2a可以看出,13000nm、10400nm、5000nm波长下对应的纵向球差数值较佳,说明本实施例中的红外镜头100的成像质量较好。由图2b可以看出,10400nm波长下,红外镜头100的像散得到了较好的补偿。由图2c可以看出,10400nm波长下,红外镜头100的畸变得到了较好的校正。
实施例二
本申请实施例的红外镜头100的结构示意图参见图3,红外镜头100包括一片具有正焦距的透镜110,透镜110的物侧面和像侧面均为非球面。
本申请实施例中,透镜110的相关参数如表3和表4所示,其中,表4为表3中透镜110表面的非球面系数,其中k为圆锥系数,ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。在表3中,面序号1和2分别对应透镜110的物侧面S1和像侧面S2,像面(成像面S3S11)可理解为后期与感光元件装配时的感光元件的感光表面,透镜110于“厚度”参数列中的第一个数值为该透镜110于光轴120上的厚度,第二个数值为该透镜110的像侧面至后一光学元件的物侧面于光轴120上的距离,R表示非球面上相应点到光轴120的距离。另外,各实施例的关系式计算和透镜110结构以参数表格中的数据为准。
表3
表4
面序号 | k | a<sub>4</sub> | a<sub>6</sub> | a<sub>8</sub> | a<sub>10</sub> |
1 | -80 | -5.33000E-02 | -1.53030E-01 | -1.14700E-01 | 0.00000E+00 |
2 | -6.5214 | -4.61000E-02 | 2.20000E-03 | 0.00000E+00 | 0.00000E+00 |
图4a、图4b和4c分别为实施例一中的红外镜头100的纵向球差图、像散图和畸变图。由图4a可以看出,13000nm、10400nm、5000nm波长下对应的纵向球差数值较佳,说明本实施例中的红外镜头100的成像质量较好。由图4b可以看出,10400nm波长下,红外镜头100的像散得到了较好的补偿。由图4c可以看出,10400nm波长下,红外镜头100的畸变得到了较好的校正。
实施例三
本申请实施例的红外镜头100的结构示意图参见图5,红外镜头100包括一片具有正焦距的透镜110,透镜110的物侧面和像侧面均为非球面。
本申请实施例中,透镜110的相关参数如表5和表6所示,其中,表6为表5中透镜110表面的非球面系数,其中k为圆锥系数,ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。在表5中,面序号1和2分别对应透镜110的物侧面S1和像侧面S2,像面(成像面S3S11)可理解为后期与感光元件装配时的感光元件的感光表面,透镜110于“厚度”参数列中的第一个数值为该透镜110于光轴120上的厚度,第二个数值为该透镜110的像侧面至后一光学元件的物侧面于光轴120上的距离,R表示非球面上相应点到光轴120的距离。另外,各实施例的关系式计算和透镜110结构以参数表格中的数据为准。
表5
表6
面序号 | k | a<sub>4</sub> | a<sub>6</sub> | a<sub>8</sub> | a<sub>10</sub> |
1 | -85 | -1.82300E-01 | 3.32400E-01 | -7.03800E-01 | 0.00000E+00 |
2 | -6.788 | -5.19000E-02 | 6.80000E-03 | -1.20000E-03 | 0.00000E+00 |
图6a、图6b和6c分别为实施例一中的红外镜头100的纵向球差图、像散图和畸变图。由图6a可以看出,13000nm、10400nm、5000nm波长下对应的纵向球差数值较佳,说明本实施例中的红外镜头100的成像质量较好。由图6b可以看出,10400nm波长下,红外镜头100的像散得到了较好的补偿。由图6c可以看出,10400nm波长下,红外镜头100的畸变得到了较好的校正。
实施例四
本申请实施例的红外镜头100的结构示意图参见图7,红外镜头100包括一片具有正焦距的透镜110,透镜110的物侧面和像侧面均为非球面。
本申请实施例中,透镜110的相关参数如表7和表8所示,其中,表8为表7中透镜110表面的非球面系数,其中k为圆锥系数,ai为非球面面型公式中与第i项高次项相对应的系数。在表7中,面序号1和2分别对应透镜110的物侧面S1和像侧面S2,像面(成像面S3S11)可理解为后期与感光元件装配时的感光元件的感光表面,透镜110于“厚度”参数列中的第一个数值为该透镜110于光轴120上的厚度,第二个数值为该透镜110的像侧面至后一光学元件的物侧面于光轴120上的距离,R表示非球面上相应点到光轴120的距离。另外,各实施例的关系式计算和透镜110结构以参数表格中的数据为准。
表7
表8
面序号 | k | a<sub>4</sub> | a<sub>6</sub> | a<sub>8</sub> | a<sub>10</sub> |
1 | -85 | -1.82300E-01 | 3.32400E-01 | -7.03800E-01 | 0.00000E+00 |
2 | -6.788 | -5.19000E-02 | 6.80000E-03 | -1.20000E-03 | 0.00000E+00 |
图8a、图8b和8c分别为实施例一中的红外镜头100的纵向球差图、像散图和畸变图。由图8a可以看出,13000nm、10400nm、5000nm波长下对应的纵向球差数值较佳,说明本实施例中的红外镜头100的成像质量较好。由图8b可以看出,10400nm波长下,红外镜头100的像散得到了较好的补偿。由图8c可以看出,10400nm波长下,红外镜头100的畸变得到了较好的校正。
第二方面,本申请实施例提供了一种成像模组10,如图9所示,成像模组10包括感光元件200和上述任一实施例中的红外镜头100,感光元件200设置于红外镜头100的像侧。
一般地,在装配时,成像模组10的成像面S3与感光元件200的感光表面重叠。具体地,感光元件200为图像传感器,其可以将接收到的光信号转换为图像信号。
本申请实施例的成像模组10,通过采用上述红外镜头100,可以获得降低生产成本的有益效果。
第三方面,本申请实施例提供了一种测温仪器,包括上述任一实施例中的成像模组10。
本申请实施例的测温仪器,通过采用上述成像模组10,可以获得降低生产成本的有益效果,进而有利于非接触式的测温仪器的推广使用。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外,在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已,当然不能以此来限定本申请之权利范围,因此依本申请权利要求所作的等同变化,仍属本申请所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种红外镜头,其特征在于,包括一片具有正焦距的透镜,所述透镜的物侧面和像侧面均为非球面,所述红外镜头满足以下条件式:
0.2<FL/TTL<0.3,
其中,FL表示所述红外镜头的有效焦距,TTL表示所述透镜的物侧面至所述红外镜头的成像面于光轴上的距离。
2.根据权利要求1所述的红外镜头,其特征在于,所述红外镜头满足以下条件式:
200°<FOV/Fno<210°,
其中,FOV表示所述红外镜头的视场角,Fno表示所述红外镜头的光圈数。
3.根据权利要求1所述的红外镜头,其特征在于,所述红外镜头满足以下条件式:
0.9<(r1+r2)/(r1-r2)<1.2,
其中,r1表示所述透镜的物侧面于光轴处的曲率半径,r2表示所述透镜的像侧面于光轴处的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的红外镜头,其特征在于,所述红外镜头满足以下条件式:
1.0<FL/BFL<1.2,
其中,BFL表示所述红外镜头的后焦距。
5.根据权利要求1所述的红外镜头,其特征在于,所述红外镜头满足以下条件式:
N10.6>2.0,
其中,N10.6表示所述透镜在波长10.6μm下的折射率。
6.根据权利要求5所述的红外镜头,其特征在于,所述红外镜头满足以下条件式:
V10.6>90,
其中,V10.6表示所述透镜在波长10.6μm下的阿贝数。
7.根据权利要求1所述的红外镜头,其特征在于,所述红外镜头满足以下条件式:
0.65<CT/TTL<0.8,
其中,CT表示所述透镜于光轴上的厚度,TTL表示所述透镜的物侧面至所述红外镜头的成像面于光轴上的距离。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的红外镜头,其特征在于,所述红外镜头满足以下条件式:
2.4<SD2/SD1<2.5,
其中,SD2表示所述透镜的像侧面最大有效口径的一半,SD1表示所述透镜的物侧面最大有效口径的一半。
9.一种成像模组,其特征在于,包括感光元件和根据权利要求1至8中任一项所述的红外镜头,所述感光元件设置于所述红外镜头的像侧。
10.一种测温仪器,其特征在于,包括根据权利要求9所述的成像模组。
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