CN103869449B - 一种红外共焦光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明记载了一种红外共焦光学系统，包括第一镜片组、光阑和第二镜片组，第一镜片组包括具有负光焦度的第一镜片和具有正光焦度的第二镜片；第二镜片组包括具有正光焦距的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有负光焦度的第五镜片以及具有正光焦度的第六镜片；光阑位于第二镜片和第三镜片之间；即本发明通过两个镜片组以及光阑的组合，在不使用更大的镜头尺寸、不需要更多镜片和更为复杂的结构，从而实现在控制成本的前提下，具备广角、高周边光亮比、大相对孔径、高清晰度、红外共焦等优点。

Description

一种红外共焦光学系统

技术领域

本发明涉及一种成像光学系统，尤其涉及一种红外共焦光学系统。

背景技术

目前安防、车载、视频会议用的大视场广角镜头普遍存在广角、高周边光亮比、大相对孔径、高清晰度、红外共焦不可兼得的问题。

广角是适应安防、车载、视频会议需要提出的镜头技术规格，但随着镜头视场角变大，周边光亮比会随之减少，画面周边会存在较暗的缺陷。

大相对孔径是适应安防、车载、视频会议的需求，对于镜头提出的要求；大相对孔径可以提高像面照度。但市面上的类似镜头，随着相对孔径的增大、像质随之变差，不能满足高清要求。

高清晰度是安防、视频会议系统行业未来的发展趋势；随着高清的逐渐推广普及，未来视频行业对于镜头的解像力要求会越来越高，达到300、500万像素以上。

红外共焦是目前中国市场车载、安防行业提出的新要求；也就是同一款镜头在不可调焦的前提下，实现可见、红外同时成清晰像，当考虑红外光后，光学设计的难度也随之提升。

目前市场上的镜头，无法同时满足安防、车载、视频会议对于一款镜头同时具备广角、高周边光亮比、大相对孔径、高清晰度、红外共焦的需求，除非采用更大的镜头尺寸、更多镜片和更为复杂的结构，造成成本过高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种红外共焦光学系统，能够大相对孔径前提下实现高周边光亮比和高解像力，能够输出300W像素以上高清晰度像质，同时实现红外共焦。

上述的一种红外共焦光学系统，包括第一镜片组、光阑和第二镜片组，其中，所述第一镜片组包括具有负光焦度的第一镜片和具有正光焦度的第二镜片；所述第二镜片组包括具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有负光焦度的第五镜片以及具有正光焦度的第六镜片；所述光阑位于第二镜片和第三镜片之间；

所述光学系统满足以下条件：

所述第一镜片满足：Vd>40；

所述第二镜片满足：Nd>1.75，Vd<30；

所述第四镜片满足：Vd>50；

所述第五镜片满足：Nd>1.8，Vd>50；

所述第六镜片满足：Nd>1.75，Vd<30；

所述光阑的相对孔径F/#<2.2；

其中，Nd表示镜片材料的d光折射率，Vd表示镜片材料的d光阿贝常数。

上述装置中，所述光学系统的全视角度大于120°。

上述装置中，所述第一镜片的材质为低色散玻璃。

上述装置中，所述第二镜片的材质为高折射率玻璃。

上述装置中，所述第四镜片的材质为低色散玻璃。

上述装置中，所述第五镜片的材质为高折射率玻璃。

上述装置中，所述第四镜片和第五镜片组成胶合镜。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供了一种红外共焦光学系统，通过两个镜片组以及光阑的组合，在不使用更大的镜头尺寸、不需要更多镜片和更为复杂的结构，即在控制成本的前提下，实现了同时具备广角、高周边光亮比、大相对孔径、高清晰度、红外共焦等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。

图1是本发明中红外共焦光学系统的结构示意图；

图2是本发明中红外共焦光学系统的MTF示意图；

图3是本发明中红外共焦光学系统的轴向色差示意图；

图4是本发明中红外共焦光学系统的像面弯曲图；

图5是本发明中红外共焦光学系统的相对照度图；

图6是本发明中红外共焦光学系统的光路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明记载了一种红外共焦光学系统，包括第一镜片组、光阑和第二镜片组，第一镜片组包括具有负光焦度的第一镜片1和具有正光焦度的第二镜片2；上述的第二镜片组包括具有正光焦距的第三镜片3、具有正光焦度的第四镜片4、具有负光焦度的第五镜片5以及具有正光焦度的第六镜片6；所述光阑7位于第二镜片2和第三镜片3之间；

进一步的，上述的第一镜片1满足：Vd>40；上述的第二镜片2满足：Nd>1.75，Vd<30；上述的第四镜片4满足：Vd>50；上述的第五镜片5满足：Nd>1.8，Vd>50；上述的第六镜片6满足：Nd>1.75，Vd<30；并且光阑7的相对孔径F/#<2.2；

其中，Nd的含义为镜片材料的d光折射率，Vd的含义为镜片材料的d光阿贝常数。

优选的，上述第一镜片1的材质为低色散玻璃，以此在导入大视场角光线的同时，控制轴向色差；第二镜片2的材质为高折射率玻璃，第四镜片4的材质为低色散玻璃，第五镜片5的材质为高折射率玻璃；即通过高色散玻璃和低色散玻璃的配合可以优化轴向色差，从而满足红外共焦的需要。

更进一步的，第四镜片和第五镜片以胶合的方式来形成胶合镜，即通过高色散玻璃和低色散玻璃构成双胶合透镜，可以有效改善轴向色差，从而实现可见光和红外光的共焦，最终实现上述光学系统的全视角度大于120°。

同时，由于第六透镜6具有正光焦度，从而控制周边视场主光线射入传感器的角度，使得上述的光学系统还具有较高的周边照度，如果周边视场主光线具有较小的出射角度，可以提供更高的周边光亮比，使得像面照度更为均匀。本发明的周边照度具体数值在60％以上。

并且，由于最后一个透镜L6到传感器的距离大于其自身焦距，再通过选择恰当的初始结构、通过光焦度的合理分配，从而实现出射光线具有较小的出射角度，实现较长的后焦；后焦和焦距的关系满足1<BFL/EFL<4。(其中BFL为第六镜片的第二表面到传感器的距离，EFL为镜头的有效焦距)

图2是本发明中红外共焦光学系统的MTF示意图，图中包括衍射极限21，0.3FIELD(15.68°)时的T线22和R线23，0.7FIELD(41.97°)时的T线25和R线24,1.0FIELD(64.06°)时的T线28和R线26以及轴线27；从图中可见像质得到了很好的校正，可以轻松实现300万像素以上的输出性能。

图3是本发明中红外共焦光学系统的轴向色差示意图；如图3所示，波长为546nm的参考波长和波长为850nm的近红外光之间的轴向色差得到了很好的校正，可以不调焦而实现清晰像，即实现了红外共焦。

图4是本发明中红外共焦光学系统的像面弯曲示意图；畸变是镜头的一个重要性能参数，畸变越大，拍摄一条直线时，这条直线就越弯曲，如果畸变存在一个甚至多个拐点，看到的直线会变成弯弯曲曲的线，这种畸变是很难被人所接受的。从图4可以看出，可见像面弯曲得到了较好的校正，虽然有着广角视场，但是全视场像质较为均匀。

图5是本发明中红外共焦光学系统的相对照度图；如图5所示，该光学系统在全视场能够保持65％以上的相对照度，使得像面整体均匀，避免了市面上一些镜头周边较暗的缺点。

图6是本发明中红外共焦光学系统的光路图；如图6所示，来自不同角度的光(可以为120°及以上)在经过光学系统后皆可聚焦于像方，并形成稳定的图像。

以下提供一组数据，作为实施的一个案例。

	R	D	Nd/Vd
				1	160.56	0.6	698436.4709
2	2.622	2.52
				3	11.326	2.49	856663.2378
Stop	108.9	0.6

5	-9.89	2.9	749160.5567
				6	-5.56	0.1
7	15.449	3.36	496997.8161
				8	-4.6	0.5	842860.2388
9	-10.365	0.1
				10	15.22	2.57	640409.5634
11	-15.22	6.47
				IMG	INF	0

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种红外共焦光学系统，包括第一镜片组、光阑和第二镜片组，其特征在于，所述第一镜片组包括具有负光焦度的第一镜片和具有正光焦度的第二镜片；所述第二镜片组包括具有正光焦度的第三镜片、具有正光焦度的第四镜片、具有负光焦度的第五镜片以及具有正光焦度的第六镜片；所述光阑位于第二镜片和第三镜片之间；

所述光学系统满足以下条件：

所述第一镜片满足：Vd>40；

所述第二镜片满足：Nd>1.75，Vd<30；

所述第四镜片满足：Vd>50；

所述第五镜片满足：Nd>1.8，Vd>50；

所述第六镜片满足：Nd>1.75，Vd<30；

所述光阑的相对孔径F/#<2.2；

其中，Nd表示镜片材料的d光折射率，Vd表示镜片材料的d光阿贝常数。

2.如权利要求1所述的一种红外共焦光学系统，其特征在于，所述光学系统的全视角度大于120°。

3.如权利要求1所述的一种红外共焦光学系统，其特征在于，所述第四镜片和第五镜片组成胶合镜。