CN106154511A - 红外线追踪镜头 - Google Patents

Abstract

一种红外线追踪镜头，适于从目标物接收光线，包括第一正屈光透镜、第二正屈光透镜、负屈光透镜以及成像单元。第一正屈光透镜包括第一透镜表面以及第二透镜表面，该第一透镜表面为凸面，该第二透镜表面为凹面。第二正屈光透镜包括第三透镜表面以及第四透镜表面，该第三透镜表面为凸面。负屈光透镜包括第五透镜表面以及第六透镜表面，该第五透镜表面为凹面。该第一正屈光透镜、该第二正屈光透镜以及该负屈光透镜沿光轴排列，其中，该第一、三、五透镜表面朝向该目标物，该第二、四、六透镜表面朝向该成像单元。

Description

红外线追踪镜头

技术领域

本发明有关于一种镜头，特别有关于一种红外线追踪镜头。

背景技术

红外线追踪镜头、眼球追踪镜头广泛的被应用于夜间监控、夜间行车记录、夜间望远等领域，相关的产品不断推出。其中，最关键的零组件光学镜头扮演了重要的角色。在已知技术中，使用了玻璃与塑料镜片，希望可以使得影像质量得以提升。然而，在已知的红外线追踪镜头中，当温度升高时，往往导致透镜变形，造成影像质量降低等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的红外线追踪镜头在温度升高时会导致影像质量降低的缺陷，提供一种红外线追踪镜头，在温度变化时，也能提供较好的解像效果。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种红外线追踪镜头，适于从目标物接收光线，包括第一正屈光透镜、第二正屈光透镜、负屈光透镜以及成像单元。第一正屈光透镜包括第一透镜表面以及第二透镜表面，该第一透镜表面相反于该第二透镜表面，该第一透镜表面为凸面，该第二透镜表面为凹面。第二正屈光透镜包括第三透镜表面以及第四透镜表面，该第三透镜表面相反于该第四透镜表面，该第三透镜表面为凸面。负屈光透镜包括第五透镜表面以及第六透镜表面，该第五透镜表面相反于该第六透镜表面，该第五透镜表面为凹面。该第一正屈光透镜、该第二正屈光透镜以及该负屈光透镜沿光轴排列，该光线从该目标物依序经过该第一正屈光透镜、该第二正屈光透镜以及该负屈光透镜而被投射至该成像单元，其中，该第一、三、五透镜表面朝向该目标物，该第二、四、六透镜表面朝向该成像单元。

在一实施例中，该红外线追踪镜头更包括光圈，其中，该光圈设于该第二正屈光透镜与该负屈光透镜之间。

在一实施例中，该红外线追踪镜头更包括滤光片，其中，该滤光片设于该负屈光透镜与该成像单元之间。

应用本发明实施例的红外线追踪镜头，具有以下有益效果：其透镜设计以及配置，可以得到小视角化以及温度补偿的效果。当温度变化造成透镜产生热涨冷缩的时，由于正-正-负屈光度的透镜配置搭配了上述的凸凹面的朝向配置，因此可将热涨冷缩所产生的偏差自动补偿，而提供较佳的解像效果。

附图说明

图1A是显示本发明第一实施例的红外线追踪镜头。

图1B是根据本发明第一实施例的实验数据图。

图2A是显示本发明第二实施例的红外线追踪镜头。

图2B是根据本发明第二实施例的实验数据图。

图3A是显示本发明第三实施例的红外线追踪镜头。

图3B是根据本发明第三实施例的实验数据图。

图4A是显示本发明第四实施例的红外线追踪镜头。

图4B是根据本发明第四实施例的实验数据图。

具体实施方式

参照图1A，其显示本发明第一实施例的红外线追踪镜头1，其适于从目标物(未显示)接收光线，包括第一正屈光透镜10、第二正屈光透镜20、负屈光透镜30以及成像单元40。第一正屈光透镜10包括第一透镜表面11以及第二透镜表面12，该第一透镜表面11相反于该第二透镜表面12，该第一透镜表面11为凸面，该第二透镜表面12为凹面。第二正屈光透镜20包括第三透镜表面21以及第四透镜表面22，该第三透镜表面21相反于该第四透镜表面22，该第三透镜表面21为凸面。负屈光透镜30包括第五透镜表面31以及第六透镜表面32，该第五透镜表面31相反于该第六透镜表面32，该第五透镜表面31为凹面。

在第一实施例中，该第一正屈光透镜10、该第二正屈光透镜20以及该负屈光透镜30沿一光轴排列，该光线从该目标物依序经过该第一正屈光透镜10、该第二正屈光透镜20以及该负屈光透镜30而被投射至该成像单元40，其中，该第一、三、五透镜表面(11、21、31)朝向该目标物，该第二、四、六透镜表面(12、22、32)朝向该成像单元40。

整体而言，本发明实施例的红外线追踪镜头满足以下公式：

$1\≤\frac{f_2}{f}\≤5---\left(1\right)$

$1\≤\frac{f}{\mathrm{TTL}}\≤2---\left(2\right)$

$-1\≤\left(\frac{R_{11}-R_{12}}{R_{11}+R_{12}}\right)\·\left(\frac{R_{21}-R_{22}}{R_{21}+R_{22}}\right)\·\left(\frac{R_{31}-R_{32}}{R_{31}+R_{32}}\right)\≤1---\left(3\right)$

其中f₂为第二正屈光透镜20的第二透镜焦距，f为该红外线追踪镜头的镜头有效焦距，TTL为该成像单元40与第一透镜表面11之间于该光轴上存在的第一距离，R₁₁为该第一透镜表面11的第一曲率半径，R₁₂为该第二透镜表面12的第二曲率半径，R₂₁为该第三透镜表面21的第三曲率半径，R₂₂为该第四透镜表面22的第四曲率半径，R₃₁为该第五透镜表面31的第五曲率半径，R₃₂为该第六透镜表面32的第六曲率半径。

经验证结果，在符合上述数值范围的情况下，红外线追踪镜头可具备温度自动补偿的功能，而提供较佳的解像效果。

应用上述的透镜设计以及配置，可以得到小视角化以及温度补偿的效果。当温度变化造成透镜产生热涨冷缩的时，由于正-正-负屈光度的透镜配置搭配了上述的凸凹面的朝向配置，因此可将热涨冷缩所产生的偏差自动补偿，而提供较佳的解像效果。在本发明的实施例中，红外线追踪镜头的视角范围约为28.5度～31.5度。

参照图1A，在第一实施例中，该红外线追踪镜头更包括光圈51以及滤光片52，其中，该光圈51设于该第二正屈光透镜20与该负屈光透镜40之间，该滤光片52设于该负屈光透镜30与该成像单元40之间。

参照图1A，在第一实施例中，该第四透镜表面22为凹面，该第六透镜表面32为凸面。在一实施例中，该红外线追踪镜头具有镜头有效焦距f＝2.6904mm，该第一正屈光透镜10具有第一透镜焦距f₁＝3.00380mm，该第二正屈光透镜20具有第二透镜焦距f₂＝4.72280mm，该负屈光透镜30具有第三透镜焦距f₃＝-5.12020mm，该成像单元40与第一透镜表面11之间于该光轴上存在第一距离TTL＝2.600mm，该第一透镜表面11具有第一曲率半径R₁₁＝1.12507mm，该第二透镜表面12具有第二曲率半径R₁₂＝2.17012mm，该第三透镜表面21具有第三曲率半径R₂₁＝1.53916mm，该第四透镜表面22具有第四曲率半径R₂₂＝3.62029mm，该第五透镜表面31具有第五曲率半径R₃₁＝-1.63932mm，该第六透镜表面32具有第六曲率半径R₃₂＝-4.44899mm，其中，该红外线追踪镜头1满足以下公式：

$\frac{f_2}{f}=1.7554$

$\frac{f}{\mathrm{TTL}}=1.0348$

$\left(\frac{R_{11}-R_{12}}{R_{11}+R_{12}}\right)\·\left(\frac{R_{21}-R_{22}}{R_{21}+R_{22}}\right)\·\left(\frac{R_{31}-R_{32}}{R_{31}+R_{32}}\right)=-0.0590$

均能满足以上条件(1)至条件(3)的要求。

以上的数据为示例，并未限制本发明，透过满足上述设计的红外线追踪镜头具备了温度自动补偿的功能，而提供较佳的解像效果。

在第一实施例中，各组件的细部参数可参考下表1，表1的数据为示例，并未限制本发明。

表1

表1中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：

z＝ch²/{1+[1-(k+1)c²h²]^1/2}+Ah⁴+Bh⁶+Ch⁸+Dh¹⁰+Eh¹²

其中：

c：曲率；

h：透镜表面任一点至光轴的垂直距离；

k：圆锥系数；

A～E：非球面系数。

表2为表1中各个透镜的非球面表面的相关参数表，其中k为圆锥系数(Conic Constant)、A～E为非球面系数。

表2

表面序号

1

2

3

4

6

7

K

-8.4449E-01

-1.7782E+00

-2.0573E+00

4.0166E-01

-4.8672E-01

-2.4873E+00

A

1.9836E-02

4.2200E-02

3.3960E-02

5.8311E-01

-3.9289E-01

-1.2037E-01

B

4.6413E-02

3.2194E-02

4.4466E-02

1.8962E-01

-5.1393E-01

-1.1257E-01

C

-5.0095E-02

9.9325E-02

2.3853E-02

2.8136E-01

3.0310E-01

5.8446E-01

D

2.7855E-02

7.1144E-02

2.2499E-02

-4.2503E-01

-1.2361E+01

-1.0129E-01

E

-2.7632E-02

-5.1313E-02

-5.9731E-02

2.4884E-02

1.6574E+01

7.2049E-02

图1B是根据本发明第一实施例的实验数据图。其中横轴表示离焦位置，纵轴表示MTF，由图1B可以看出，第一实施例的变焦镜头1在参照表1～表2的参数的情况下，可表现出良好的成像质量。

参照图2A，其显示本发明第二实施例的红外线追踪镜头2，相较于第一实施例，其特征在于，该第四透镜表面22为凸面，该第六透镜表面32为凹面。在一实施例中，该红外线追踪镜头具有镜头有效焦距f＝3.7046mm，该第一正屈光透镜10具有第一透镜焦距f₁＝3.48290mm，该第二正屈光透镜20具有第二透镜焦距f₂＝5.3220mm，该负屈光透镜30具有第三透镜焦距f₃＝-3.66660mm，该成像单元40与第一透镜表面11之间于该光轴上存在第一距离TTL＝3.550mm，该第一透镜表面11具有第一曲率半径R₁₁＝1.14400mm，该第二透镜表面12具有第二曲率半径R₁₂＝1.86600mm，该第三透镜表面21具有第三曲率半径R₂₁＝2.89424mm，该第四透镜表面22具有第四曲率半径R₂₂＝-92.96086mm，该第五透镜表面31具有第五曲率半径R₃₁＝-1.98998mm，该第六透镜表面32具有第六曲率半径R₃₂＝75.13051mm，本发明第二实施例的红外线追踪镜头2满足以下公式：

$\frac{f_2}{f}=1.4367$

$\frac{f}{\mathrm{TTL}}=1.0435$

$\left(\frac{R_{11}-R_{12}}{R_{11}+R_{12}}\right)\·\left(\frac{R_{21}-R_{22}}{R_{21}+R_{22}}\right)\·\left(\frac{R_{31}-R_{32}}{R_{31}+R_{32}}\right)=-0.2693$

均能满足以上条件(1)至条件(3)的要求。

以上的数据为示例，并未限制本发明，透过满足上述设计的红外线追踪镜头具备了温度自动补偿的功能，而提供较佳的解像效果。

在第二实施例中，各组件的细部参数可参考下表3，表3的数据为示例，并未限制本发明。

表3

表3中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：

z＝ch²/{1+[1-(k+1)c²h²]^1/2}+Ah⁴+Bh⁶+Ch⁸+Dh¹⁰+Eh¹²

其中：

c：曲率；

h：透镜表面任一点至光轴的垂直距离；

k：圆锥系数；

A～E：非球面系数。

表4为表3中各个透镜的非球面表面的相关参数表，其中k为圆锥系数(Conic Constant)、A～E为非球面系数。

表4

表面序号

1

2

3

4

6

7

K

-8.6675E-01

-1.5260E+00

7.0184E+00

0.0000E+00

1.7785E+01

0.0000E+00

A

5.0371E-02

6.2269E-02

3.2329E-02

-2.7783E-02

-5.3743E-01

-2.5753E-01

B

2.3072E-02

1.0427E-02

8.4435E-02

-2.7895E-03

-5.1831E-01

3.8537E-02

C

-3.9438E-02

4.8310E-02

2.3094E-02

5.6580E-01

3.4984E+01

5.9104E-01

D

6.9879E-02

9.7477E-02

3.0165E-02

-1.7226E-01

-1.3912E+01

-1.1888E-01

E

-7.9543E-02

-3.7223E-02

-3.2760E-02

-7.6660E-01

1.6574E+01

8.7383E-01

图2B是根据本发明第二实施例的实验数据图。其中横轴表示离焦位置，纵轴表示MTF，由图2B可以看出，第二实施例的变焦镜头2在参照表3～表4的参数的情况下，可表现出良好的成像质量。

参照图3A，其显示本发明第三实施例的红外线追踪镜头3，相较于第一实施例，其特征在于，该第四透镜表面22为凹面，该第六透镜表面32为凹面。在一实施例中，在一实施例中，该红外线追踪镜头具有镜头有效焦距f＝4.0857mm，该第一正屈光透镜10具有第一透镜焦距f₁＝3.32590mm，该第二正屈光透镜20具有第二透镜焦距f₂＝12.70790mm，该负屈光透镜30具有第三透镜焦距f₃＝-3.15790mm，该成像单元40与第一透镜表面11之间于该光轴上存在第一距离TTL＝3.550mm，该第一透镜表面11具有第一曲率半径R₁₁＝1.08047mm，该第二透镜表面12具有第二曲率半径R₁₂＝1.8911mm，该第三透镜表面21具有第三曲率半径R₂₁＝1.78644mm，该第四透镜表面22具有第四曲率半径R₂₂＝2.26660mm，该第五透镜表面31具有第五曲率半径R₃₁＝-3.64390mm，该第六透镜表面32具有第六曲率半径R₃₂＝3.14833mm，本发明第三实施例的红外线追踪镜头3满足以下公式：

$\frac{f_2}{f}=3.1104$

$\frac{f}{\mathrm{TTL}}=1.1509$

$\left(\frac{R_{11}-R_{12}}{R_{11}+R_{12}}\right)\·\left(\frac{R_{21}-R_{22}}{R_{21}+R_{22}}\right)\·\left(\frac{R_{31}-R_{32}}{R_{31}+R_{32}}\right)=0.4461$

均能满足以上条件(1)至条件(3)的要求。

以上的数据为示例，并未限制本发明，透过满足上述设计的红外线追踪镜头具备了温度自动补偿的功能，而提供较佳的解像效果。

在第三实施例中，各组件的细部参数可参考下表5，表5的数据为示例，并未限制本发明。

表5

表5中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：

z＝ch²/{1+[1-(k+1)c²h²]^1/2}+Ah⁴+Bh⁶+Ch⁸+Dh¹⁰+Eh¹²

其中：

c：曲率；

h：透镜表面任一点至光轴的垂直距离；

k：圆锥系数；

A～E：非球面系数。

表6为表5中各个透镜的非球面表面的相关参数表，其中k为圆锥系数(Conic Constant)、A～E为非球面系数。

表6

表面序号

1

2

3

4

6

7

K

-7.7664E-01

-2.2396E+00

-1.7659E+00

0.0000E+00

2.8210E+01

0.0000E+00

A

5.8745E-02

2.3212E-02

2.8597E-02

2.7298E-02

-6.0677E-01

-3.0223E-01

B

3.7863E-02

-2.1224E-02

1.3883E-02

-3.7329E-02

-5.5541E-01

1.5641E-01

C

-4.7868E-02

-5.3033E-03

4.8801E-02

-1.3020E-02

2.7144E+01

7.8378E-02

D

8.5257E-02

-9.4335E-03

-8.9457E-02

-1.2265E-02

-1.7309E+01

-4.5468E-02

E

-6.3724E-02

8.3640E-03

-1.4335E-02

-1.4357E-02

2.1809E+01

8.8233E-02

图3B是根据本发明第三实施例的实验数据图。其中横轴表示离焦位置，纵轴表示MTF，由图3B可以看出，第三实施例的变焦镜头3在参照表5～表6的参数的情况下，可表现出良好的成像质量。

参照图4A，其显示本发明第四实施例的红外线追踪镜头4，相较于第一实施例，其特征在于，该第六透镜表面32为凹面。在一实施例中，该红外线追踪镜头具有镜头有效焦距f＝3.6372mm，该第一正屈光透镜10具有第一透镜焦距f₁＝2.54480mm，该第二正屈光透镜20具有第二透镜焦距f₂＝9.04230mm，该负屈光透镜30具有第三透镜焦距f₃＝-3.08360mm，该成像单元40与第一透镜表面11之间于该光轴上存在第一距离TTL＝3.550mm，该第一透镜表面11具有第一曲率半径R₁₁＝1.08976mm，该第二透镜表面12具有第二曲率半径R₁₂＝3.08137mm，该第三透镜表面21具有第三曲率半径R₂₁＝2.07892mm，该第四透镜表面22具有第四曲率半径R₂₂＝3.47541mm，该第五透镜表面31具有第五曲率半径R₃₁＝-2.92318mm，该第六透镜表面32具有第六曲率半径R₃₂＝3.78625mm，本发明第四实施例的红外线追踪镜头2满足以下公式：

$\frac{f_2}{f}=2.4861$

$\frac{f}{\mathrm{TTL}}=1.0246$

$\left(\frac{R_{11}-R_{12}}{R_{11}+R_{12}}\right)\·\left(\frac{R_{21}-R_{22}}{R_{21}+R_{22}}\right)\·\left(\frac{R_{31}-R_{32}}{R_{31}+R_{32}}\right)=-0.9332$

均能满足以上条件(1)至条件(3)的要求。

以上的数据为示例，并未限制本发明，透过满足上述设计的红外线追踪镜头具备了温度自动补偿的功能，而提供较佳的解像效果。

在第四实施例中，各组件的细部参数可参考下表7，表7的数据为示例，并未限制本发明。

表7

表7中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：

z＝ch²/{1+[1-(k+1)c²h²]^1/2}+Ah⁴+Bh⁶+Ch⁸+Dh¹⁰+Eh¹²

其中：

c：曲率；

h：透镜表面任一点至光轴的垂直距离；

k：圆锥系数；

A～E：非球面系数。

表8为表7中各个透镜的非球面表面的相关参数表，其中k为圆锥系数(Conic Constant)、A～E为非球面系数。

表8

表面序号

1

2

3

4

6

7

K

-7.6973E-01

-1.6864E+00

-1.9541E+00

-1.9994E+00

2.2366E+01

0.0000E+00

A

5.8690E-02

2.6384E-02

2.4801E-02

2.1558E-02

-5.3570E-01

-2.8450E-01

B

4.3600E-02

-1.5975E-02

-1.4442E-03

-3.2522E-02

-3.6108E-01

1.6154E-01

C

-4.9267E-02

5.1866E-03

1.4253E-02

-1.0627E-02

2.5123E+00

1.4373E-01

D

8.6311E-02

-9.7571E-02

-2.0641E-01

-1.2185E-01

-1.4651E+01

-7.9318E-01

E

-4.7500E-02

7.0677E-02

3.5825E-02

-3.0522E-01

2.1809E+01

9.3795E-01

图4B是根据本发明第四实施例的实验数据图。其中横轴表示离焦位置，纵轴表示MTF，由图4B可以看出，第四实施例的变焦镜头4在参照表7～表8的参数的情况下，可表现出良好的成像质量。

在上述实施例中，本发明实施例的红外线追踪镜头可更包括复数个红外线光源，其中，该光线从这些红外线光源发出，由该目标物反射，穿过该第一正屈光透镜10、该第二正屈光透镜20以及该负屈光透镜30而被投射至该成像单元40。

虽然本发明已以具体的较佳实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种红外线追踪镜头，适于从目标物接收光线，其特征在于，包括：

第一正屈光透镜，包括第一透镜表面以及第二透镜表面，该第一透镜表面相反于该第二透镜表面，该第一透镜表面为凸面，该第二透镜表面为凹面；

第二正屈光透镜，包括第三透镜表面以及第四透镜表面，该第三透镜表面相反于该第四透镜表面，该第三透镜表面为凸面；

负屈光透镜，包括第五透镜表面以及第六透镜表面，该第五透镜表面相反于该第六透镜表面，该第五透镜表面为凹面；以及

成像单元，其中，该第一正屈光透镜、该第二正屈光透镜以及该负屈光透镜沿光轴排列，该光线从该目标物依序经过该第一正屈光透镜、该第二正屈光透镜以及该负屈光透镜而被投射至该成像单元，

其中，该第一、三、五透镜表面朝向该目标物，该第二、四、六透镜表面朝向该成像单元。

2.如权利要求1所述的红外线追踪镜头，其特征在于，更包括光圈，其中，该光圈设于该第二正屈光透镜与该负屈光透镜之间。

3.如权利要求1所述的红外线追踪镜头，其特征在于，更包括滤光片，其中，该滤光片设于该负屈光透镜与该成像单元之间。

4.如权利要求1所述的红外线追踪镜头，其特征在于，该第四透镜表面为凹面，该第六透镜表面为凸面。

5.如权利要求1所述的红外线追踪镜头，其特征在于，该第四透镜表面为凸面，该第六透镜表面为凹面。

6.如权利要求1所述的红外线追踪镜头，其特征在于，该第四透镜表面为凹面，该第六透镜表面为凹面。

7.如权利要求1所述的红外线追踪镜头，其特征在于，更包括复数个红外线光源，其中，该光线从这些红外线光源发出，由该目标物反射，穿过该第一正屈光透镜、该第二正屈光透镜以及该负屈光透镜而被投射至该成像单元。

8.如权利要求1所述的红外线追踪镜头，其特征在于，该红外线追踪镜头具有镜头有效焦距f，该第二正屈光透镜具有第二透镜焦距f₂，该成像单元与该第一透镜表面之间于该光轴上存在第一距离TTL，其中，该红外线追踪镜头满足以下公式：

$1\≤\frac{f_2}{f}\≤5$

$1\≤\frac{f}{\mathrm{TTL}}\≤2.$

9.如权利要求8所述的红外线追踪镜头，其特征在于，该第一透镜表面具有第一曲率半径R₁₁，该第二透镜表面具有第二曲率半径R₁₂，该第三透镜表面具有第三曲率半径R₂₁，该第四透镜表面具有第四曲率半径R₂₂，该第五透镜表面具有第五曲率半径R₃₁，该第六透镜表面具有第六曲率半径R₃₂，其中，该红外线追踪镜头满足以下公式： $-1\≤\left(\frac{R_{11}-R_{12}}{R_{11}+R_{12}}\right)\left(\frac{R_{21}-R_{22}}{R_{21}+R_{22}}\right)\·\left(\frac{R_{31}-R_{32}}{R_{31}+R_{32}}\right)\≤1.$

10.如权利要求1所述的红外线追踪镜头，其特征在于，该红外线追踪镜头的视角范围为28.5度～31.5度。