CN105866920B - 一种超大光圈的全光谱成像镜头 - Google Patents

一种超大光圈的全光谱成像镜头 Download PDF

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Abstract

一种超大光圈的全光谱成像镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包括：光阑、具有负光焦度的第一胶合镜片L1、具有负光焦度的第二凹凸镜片L2、具有正光焦度的第三双凸镜片L3、具有正光焦度的第四胶合镜片L4、具有正光焦度的第五双凸镜片L5、具有正光焦度的第六胶合镜片L6；且第一胶合镜片L1具有负光焦度，使得光阑在前端成像直径，即入瞳直径更大，有效地增大了光圈，提升了进光量，且：第四胶合镜片L4的第二片镜片和第五双凸镜片L5满足：(1)Vd42>75；(2)Vd5>70，其中Vd42表示第四胶合镜片L4的第二片镜片的阿贝数，Vd5表示第五双凸镜片L5的阿贝数。

Description

一种超大光圈的全光谱成像镜头
技术领域
本发明涉及监控、安防技术领域，具体涉及一种超大光圈的全光谱成像镜头。
背景技术
监控摄像机是用在安防方面的准摄像机，它的像素和分辨率比电脑的视频头要高，比专业的数码相机或dv低。监控摄像机大多只是单一的视频捕捉设备，很少具备数据保存功能。监控摄像机从外型上主要区分为枪式、半球、高速球型，另外还有模拟监控和IP网络监控的区分，广泛应用于学校、公司、银行、交通、平安城市等多个安保领域。
近年来，随着我国经济的高速腾飞，人们越来越需要高品质的生活和安全可靠的环境，随着“国家应急体系”,“平安城市”,“平安建设”，“科技强警”等重大项目工程在全国范围内展开，监控摄像机的应用需求越来越频繁。目前监控摄像机用的镜头，光圈都比较小，FNO基本都在1.8以上。光圈大小决定了一个镜头的进光量，光圈口径越大，进入镜头被图像传感器接收的光线就越多，所成的画面越明亮，色彩饱和度越高，成像更鲜明。表示光圈口径大小的值就是FNO，光圈越大，FNO越小。在没有照明光源的夜间室外环境中，只有月光、星光等微弱的自然光源，照度在0.001lux以下，普通F1.8以上的监控镜头所成的画面灰暗，细节分辨能力极差，低照度导致画面动作捕捉和宽动态处理变得十分困难，无法满足正常的监控需求。随着在无人路口、围墙外、露天仓库等无路灯区域的监控需求日益增多，而又因条件限制，这些特定区域无法安装可见光和红外照明设备，因此在夜间只能靠微弱的环境光(光照度在0.001lux以下)，如月光、星光等来成像，要满足上述低照环境的拍摄要求就需要镜头实现F1.0以下的大光圈口径。
另外，随着镜头设计水平的不断提高、CCD制造工艺的不断改进，为了弥补夜间可见光源少，自然景物的吸收率高的缺点，全光谱成像被越来越多地应用到安防监控领域。全光谱成像是指镜头在380～880nm的全可见光和近红外光下均能清晰成像，且各个波长的光通过镜头所成的像面完全重合。目前市面上的全光谱成像的镜头，普遍存在外形尺寸大，成本高，成像质量差，特别是紫边严重的缺点。而且，一般的全光谱成像镜头，可见光和红外光的轴上色差较大，不能做到成像面完全重合，无法实现真正的可见-红外完全共焦。需要机构上调整后焦，或者切换不同厚度的滤光片来重新聚焦，导致机械结构和使用操作复杂，不利于镜头的小型化、低成本生产。
专利文献1(104076491A)所述镜头，虽然能做到可见光和近红外光谱成像。但是因光圈比较小，FNO在1.8左右，无法在没有辅助光源的情况下在夜间成像，因此无法在某些无法安装辅助照明设备的特定环境的条件下使用；另外，该镜头只能做到可见光和红外光切换时不离焦，因此无法做到红外光和可见光的轴上色差完全重合，不是真正的全光谱成像。
专利文献2(103969817A)所述镜头，虽然FNO在1以下，但是镜头的口径达到了31.25mm，因此镜头的体积巨大，而且材料成本和加工成本极其昂贵，不利于批量生产，无法满足监控镜头小型化、低成本的要求。
因此，基于以上问题和发展现状，提出一款超大光圈的全光谱成像的镜头。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述缺点，提出一种在没有辅助光照明的情况下，亦可在低照度小于0.001lux的情况下使用的，超大光圈的全光谱成像镜头，并且具有小型化，广角化，成像清晰的优点。
有鉴于上述现有的镜头存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的镜头，能够改进一般现有的监控镜头，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超大光圈的全光谱成像镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包括：光阑、具有负光焦度的第一胶合镜片L1、具有负光焦度的第二凹凸镜片L2、具有正光焦度的第三双凸镜片L3、具有正光焦度的第四胶合镜片L4、具有正光焦度的第五双凸镜片L5、具有正光焦度的第六胶合镜片L6；且
第一胶合镜片L1具有负光焦度，使得光阑在前端成像直径，即入瞳直径更大，有效地增大了光圈，提升了进光量，且：
第四胶合镜片L4的第二片镜片和第五双凸镜片L5满足：
(1)Vd42>75
(2)Vd5>70
其中Vd42表示第四胶合镜片L4的第二片镜片的阿贝数，Vd5表示第五双凸镜片L5的阿贝数。
进一步，本发明还满足以下条件式：
2.0<EFL/BFL<4.0
其中EFL为该镜头的整体焦距，BFL为该镜头的光学后焦；
TTL/EFL<6.0
其中TTL为该镜头的光学全长，EFL为该镜头的整体焦距。
进一步，本发明还满足以下条件式：光阑设置在第一胶合镜片L1前。
进一步，本发明还满足以下条件式：
0.2<|(R1+R2)/(R1-R2)|<2.1
1.5<|(R2+R3)/(R2-R3)|<3.5
其中R1表示第一胶合镜片L1的第一镜片前表面的曲率半径，R2表示第一胶合镜片L1的第一镜片后表面的曲率半径，R3表示第一胶合镜片L1的第二镜片后表面的曲率半径。
进一步，本发明的非球面镜片的面型满足以下公式：
其中z为沿光轴方向的坐标值，α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7为非球面系数，k为二次曲面常数，r为正交与光轴方向的坐标值，c为曲率半径的倒数。
本发明采用了超大的镜头口径，FNO在0.8以下，大通光量突破了传统摄像机、照相机的设计极限，在没有辅助光源照明，星月光型照度仅为0.001lux的情况下，仍然可以实现正常高清彩色的成像。特别的，一般的全光谱成像镜头，都有非常明显的紫边，即紫色波长的慧差的校正是极其困难的。而本发明，采用了独创的光学结构，采用超低色散玻璃，以及复杂的镀膜技术，成功地消除了紫边，减少了色散，使得在380nm～880nm的全可见光和近红外光波段均能优良成像，且实现了可见光和红外光的色差在3μm以内，做到了真正的全光谱成像。因此不需要在可见光与红外光切换时额外调整后焦，或者切换滤光片，在缩小了镜头的体积的同时减少了机构件的成本，更进一步地提升了监控质量和安全性。
本发明的优点是：成功地消除了紫边，减少了色散，使得在380nm～880nm的全可见光和近红外光波段均能优良成像，且实现了可见光和红外光的色差在3μm以内，做到了真正的全光谱成像。因此不需要在可见光与红外光切换时额外调整后焦，或者切换滤光片，在缩小了镜头的体积的同时减少了机构件的成本，更进一步地提升了监控质量和安全性。
附图说明
图1是实施例1镜头相对于d线的球差、场曲、畸变图
图2是实施例1镜头相对于d线的慧差图
图3是实施例2镜头相对于d线的球差、场曲、畸变图
图4是实施例2镜头相对于d线的慧差图
图5是本发明的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的技术方案。
实施例1：
参照图1、2、5.
实施例1满足以下条件：
EFL＝10.0
FNO＝0.8
表1
实施例1镜头结构参数
表2
实施例1镜头非球面系数
图1是实施例1镜头相对于d线的球差、场曲、畸变图
图2是实施例1镜头相对于d线的慧差图
图5是本发明的结构示意图。
实施例2
参照图3、4、5。
实施例2满足以下条件：
EFL＝10.0
FNO＝0.8
表3
实施例2镜头结构参数
表面序号 表面类型 曲率半径 厚度 折射率 阿贝数
光阑 球面 无限 2.8
S1 球面 -8.166 1.88 1.63342 35
S2 球面 -19.348 6.15 1.48749 70.4
S3 球面 -8.983 0.19
S4 非球面 -9.997 1.99 1.6231 34.1
S5 非球面 -28.800 0.84
S6 球面 34.798 5.53 1.82286 40.88
S7 球面 -125.253 1.18
S8 球面 32.328 1.85 1.7552 27.53
S9 球面 16.617 8.72 1.43700 95.1
S10 球面 -25.257 0.46
S11 球面 18.494 5.85 1.48749 70.4
S12 球面 -127.049 0.71
S13 非球面 9.383 7.46 1.77513 49.75
S14 球面 -36.887 1.26 1.7552 27.53
S15 球面 10.563 4.60
表4
实施例2镜头非球面系数
图3是实施例2镜头相对于d线的球差、场曲、畸变图
图4是实施例2镜头相对于d线的慧差图
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种超大光圈的全光谱成像镜头，其特征在于：沿光轴从物侧到像侧依次包括：光阑、具有负光焦度的第一胶合镜片(L1)、具有负光焦度的第二凹凸镜片(L2)、具有正光焦度的第三双凸镜片(L3)、具有正光焦度的第四胶合镜片(L4)、具有正光焦度的第五双凸镜片(L5)、具有正光焦度的第六胶合镜片(L6)；且
第一胶合镜片(L1)具有负光焦度，且：
第四胶合镜片(L4)的第二片镜片(L2)和第五双凸镜片(L5)满足：
(1)Vd42>75
(2)Vd5>70
其中Vd42表示第四胶合镜片(L4)的第二片镜片的阿贝数，Vd5表示第五双凸镜片(L5)的阿贝数。
2.如权利要求1所述的超大光圈的全光谱成像镜头，其特征在于：还满足以下条件式：
2.0<EFL/BFL<4.0
其中EFL为该镜头的整体焦距，BFL为该镜头的光学后焦；
TTL/EFL<6.0
其中TTL为该镜头的光学全长，EFL为该镜头的整体焦距。
3.如权利要求1所述的超大光圈的全光谱成像镜头，其特征在于：光阑设置在第一胶合镜片(L1)前。
4.如权利要求1所述的超大光圈的全光谱成像镜头，其特征在于：还满足以下条件式：
0.2<|(R1+R2)/(R1-R2)|<2.1
1.5<|(R2+R3)/(R2-R3)|<3.5
其中R1表示第一胶合镜片(L1)的第一镜片前表面的曲率半径，R2表示第一胶合镜片(L1)的第一镜片后表面的曲率半径，R3表示第一胶合镜片(L1)的第二镜片后表面的曲率半径。
5.如权利要求1所述的超大光圈的全光谱成像镜头，其特征在于：非球面镜片的面型满足以下公式：
其中z为沿光轴方向的坐标值，α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7为非球面系数，k为二次曲面常数，r为与光轴方向正交的坐标值，c为曲率半径的倒数。
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