CN107121755B - 一种用于3d测量的红外镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于3D测量的红外镜头。所述红外镜头包括沿着光轴从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜和所述第二透镜的凸面均朝向物方，所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜的凸面均朝向像方；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜的焦距与所述红外镜头的系统焦距之间具有预设关系，以缩短所述红外镜头的尺寸。因此，本发明的红外镜头的尺寸能够大大缩短，减小了该红外镜头的体积，从而可以使得应用该红外镜头的3D测量设备的体积减小，进而可以拓宽该3D测量设备的应用范围。

Description

一种用于3D测量的红外镜头
技术领域
本发明涉及3D测量技术领域，具体涉及一种用于3D测量的红外镜头。
背景技术
一般的，当前的3D测量设备越来越多的被应用到电脑、手机、电视、机器人、医疗设备等产品之中，以进行深度图像捕捉，例如人脸识别、手势识别、空间定位。
为了满足这些苛刻的产品应用，要求3D测量设备的体积越来越小。
但是，传统的满足3D测量用的外镜头，其长度较长，并且尺寸较大，这样的镜头非常不利于3D测量设备的小型化。
因此，如何设计出一种小型化的用于3D测量的红外镜头成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种用于3D测量的红外镜头。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于3D测量的红外镜头，所述红外镜头包括沿着光轴从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；
所述第一透镜和所述第二透镜的凸面均朝向物方，所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜的凸面均朝向像方；
所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜的焦距与所述红外镜头的系统焦距之间具有预设关系，以缩短所述红外镜头的尺寸。
优选地，所述红外镜头满足下述关系式：
f1>0，f2<0，f3<0，f4>0，f5<0，f25<0；
-1<f1/f25<0；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距， f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距，f25为所述第二透镜至所述第五透镜的组合焦距。
优选地，所述红外镜头满足下述关系式：
0.5<f1/f<0.8；和/或，
-2.7<f2/f<-2；和/或，
-150<f3/f<-100；和/或，
3.5<f4/f<4.5；和/或，
-2.5<f5/f<-0.85；
其中，f为所述红外镜头的系统焦距。
优选地，所述红外镜头满足下述关系式：
f1>0，f2>0，f3>0，f4>0，f5<0，f25>0；
0.15<f1/f25<0.7；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距， f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距，f25为所述第二透镜至所述第五透镜的组合焦距。
优选地，所述红外镜头还满足下述关系式：
1<f1/f<1.75；和/或，
3.7<f2/f<4.5；和/或，
13<f3/f<16.2；和/或，
5<f4/f<6.2；和/或，
-3<f5/f<-2.2；
其中，f为所述红外镜头的系统焦距。
优选地，所述红外镜头满足下述关系式：
f1>0，f2>0，f3<0，f4>0，f5<0，f25<0；
-0.65<f1/f25<-0.2；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距， f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距，f25为所述第二透镜至所述第五透镜的组合焦距。
优选地，所述红外镜头还满足下述关系式：
1<f1/f<1.75；和/或，
8<f2/f<8.7；和/或，
-28<f3/f<-22；和/或，
1<f4/f<2.25；和/或，
-1<f5/f<-0.2；
其中，f为所述红外镜头的系统焦距。
优选地，所述红外镜头满足下述关系式：
f1>0，f2<0，f3<0，f4>0，f5<0，f25<0；
-0.75<f1/f25<-0.2；
其中，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距， f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距，f25为所述第二透镜至所述第五透镜的组合焦距。
优选地，所述红外镜头还满足下述关系式：
0.3<f1/f<1.2；和/或，
-3<f2/f<-2.2；和/或，
-80<f3/f<-65；和/或，
3<f4/f<3.75；和/或，
-1.7<f5/f<-0.95；
其中，f为所述红外镜头的系统焦距。
本发明的用于3D测量的红外镜头，该红外镜头包括沿着光轴从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；所述第一透镜和所述第二透镜的凸面均朝向物方，所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜的凸面均朝向像方；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜的焦距与所述红外镜头的系统焦距之间具有预设关系，以缩短所述红外镜头的尺寸。因此，本发明的红外镜头的尺寸能够大大缩短，减小了该红外镜头的体积，从而可以使得应用该红外镜头的3D测量设备的体积减小，进而可以拓宽该3D测量设备的应用范围。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明红外镜头的结构示意图；
图2a为本发明第一实施例中红外镜头的MTF曲线图；
图2b为本发明第一实施例中畸变场曲线示意图；
图2c为本发明第一实施例中畸变网格图；
图3a为本发明第二实施例中红外镜头的MTF曲线图；
图3b为本发明第二实施例中畸变场曲线示意图；
图3c为本发明第二实施例中畸变网格图；
图4a为本发明第三实施例中红外镜头的MTF曲线图；
图4b为本发明第三实施例中畸变场曲线示意图；
图4c为本发明第三实施例中畸变网格图；
图5a为本发明第四实施例中红外镜头的MTF曲线图；
图5b为本发明第四实施例中畸变场曲线示意图；
图5c为本发明第四实施例中畸变网格图。
附图标记说明
100：红外镜头；
110：第一透镜；
120：第二透镜；
130：第三透镜；
140：第四透镜；
150：第五透镜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
参考图1、图2和图3，本发明涉及一种用于3D测量的红外镜头100。其中，所述红外镜头100包括沿着光轴从物方到像方依次排列的第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130、第四透镜140和第五透镜150。
上述第一透镜110和所述第二透镜120的凸面均朝向物方，所述第三透镜130、所述第四透镜140以及所述第五透镜150的凸面均朝向像方。
所述第一透镜110、所述第二透镜120、所述第三透镜130、所述第四透镜140、所述第五透镜150的焦距与所述红外镜头100的系统焦距之间具有预设关系，以缩短所述红外镜头100的尺寸。
实施例1：
本实施例结构的红外镜头100，满足下述关系式：
f1>0，f2<0，f3<0，f4>0，f5<0，f25<0； (1)
-1<f1/f25<0； (2)
其中，上述公式(1)和公式(2)中，f1为所述第一透镜110 的焦距，f2为所述第二透镜120的焦距，f3为所述第三透镜130的焦距，f4为所述第四透镜140的焦距，f5为所述第五透镜150的焦距，f25为所述第二透镜120至所述第五透镜150的组合焦距。
优选地，所述红外镜头100满足下述关系式：
0.5<f1/f<0.8； (3)
-2.7<f2/f<-2； (4)
-150<f3/f<-100； (5)
3.5<f4/f<4.5； (6)
-2.5<f5/f<-0.85； (7)
其中，上述公式(3)至公式(7)中，f为所述红外镜头100 的系统焦距。
下表1中给出了一个具体实例：
焦距 数值 单位
f1 3.2 mm
f2 -9.7 mm
f3 -571 mm
f4 16.7 mm
f5 -6.4 mm
f25 -0.71 mm
f 4.11 mm
F_Number 2.2
HFOV 36.71 deg
表1
其中，红外镜头100的光学元件参数如下表2、表3所示：
Figure GDA0002404065390000061
表2
Figure GDA0002404065390000062
Figure GDA0002404065390000071
表3
其中F_Number为红外镜头100的相对数值孔径，HFOV为红外镜头100的半视场角，S1～S11为红外镜头100中的表面数，stop为光阑，IMA为像面。
本实施例中的非球面满足以下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，上述公式(8)中，Z为非球面沿着镜片的光轴Z在高度 Y的位置的时候距离非球面定点的距离的矢高Sag，R为用于镜面的近轴曲率半径，K为圆锥系数Conic，A、B、C、D、E、F和G均为非球面系数。
采用该实施例结构的红外镜头100，该红外镜头100的MTF曲线图可以参考图2a，畸变场曲线示意图可以参考图2b，畸变场网格图可以参考图2c。由图中像差图可以发现该红外镜头100的像差均可以控制在理想的范围以内，拥有良好的成像质量。
实施例2：
本实施例结构的红外镜头100，满足下述关系式：
f1>0，f2>0，f3>0，f4>0，f5<0，f25>0； (9)
0.15<f1/f25<0.7； (10)
其中，上述公式(9)和公式(10)中，f1为所述第一透镜110 的焦距，f2为所述第二透镜120的焦距，f3为所述第三透镜130的焦距，f4为所述第四透镜140的焦距，f5为所述第五透镜150的焦距，f25为所述第二透镜120至所述第五透镜150的组合焦距。
优选地，上述红外镜头100还满足下述关系式：
1<f1/f<1.75； (11)
3.7<f2/f<4.5； (12)
13<f3/f<16.2； (13)
5<f4/f<6.2； (14)
-3<f5/f<-2.2； (15)
其中，上述公式(11)至公式(15)中，f为所述红外镜头100 的系统焦距。
下表4中给出了一个具体实例：
焦距 数值 单位
f1 5.9 mm
f2 14.95 mm
f3 55.73 mm
f4 19.55 mm
f5 -9.53 mm
f25 15.42 mm
f 3.578 mm
F_Number 2.2
HFOV 41 deg
表4
其中，红外镜头100的光学元件参数如下表5、表6所示：
Figure GDA0002404065390000081
Figure GDA0002404065390000091
表5
Figure GDA0002404065390000092
表6
本实施例中的非球面满足公式可以参考上述公式(8)，在此不作赘述。
采用该实施例结构的红外镜头100，该红外镜头100的MTF曲线图可以参考图3a，畸变场曲线示意图可以参考图3b，畸变场网格图可以参考图3c。
实施例3：
本实施例结构的红外镜头100，满足下述关系式：
f1>0，f2>0，f3<0，f4>0，f5<0，f25<0； (16)
-0.65<f1/f25<-0.2； (17)
其中，上述公式(16)和公式(17)中，f1为所述第一透镜110 的焦距，f2为所述第二透镜120的焦距，f3为所述第三透镜130的焦距，f4为所述第四透镜140的焦距，f5为所述第五透镜150的焦距，f25为所述第二透镜120至所述第五透镜150的组合焦距。
优选地，本实施例结构的红外镜头100还满足下述关系式：
1<f1/f<1.75； (18)
8<f2/f<8.7； (19)
-28<f3/f<-22； (20)
1<f4/f<2.25； (21)
-1<f5/f<-0.2； (22)
其中，上述公式(18)至公式(22)中，f为所述红外镜头100 的系统焦距。
下表7中给出了一个具体实例：
Figure GDA0002404065390000101
Figure GDA0002404065390000111
表7
其中，红外镜头100的光学元件参数如下表8、表9所示：
Figure GDA0002404065390000112
表8
Figure GDA0002404065390000113
Figure GDA0002404065390000121
表9
本实施例中的非球面满足公式可以参考上述公式(8)，在此不作赘述。
采用该实施例结构的红外镜头100，该红外镜头100的MTF曲线图可以参考图4a，畸变场曲线示意图可以参考图4b，畸变场网格图可以参考图4c。
实施例4：
本实施例结构的红外透镜100，满足下述关系式：
f1>0，f2<0，f3<0，f4>0，f5<0，f25<0； (23)
-0.75<f1/f25<-0.2； (24)
其中，上述公式(23)和公式(24)中，f1为所述第一透镜110 的焦距，f2为所述第二透镜120的焦距，f3为所述第三透镜130的焦距，f4为所述第四透镜140的焦距，f5为所述第五透镜150的焦距，f25为所述第二透镜120至所述第五透镜150的组合焦距。
优选地，本实施例结构的红外镜头100还满足下述关系式：
0.3<f1/f<1.2； (25)
-3<f2/f<-2.2； (26)
-80<f3/f<-65； (27)
3<f4/f<3.75； (28)
-1.7<f5/f<-0.95； (29)
其中，公式(25)至公式(29)中，f为所述红外镜头100的系统焦距。
下表10中给出了一个具体实例：
焦距 数值 单位
f1 3.32 mm
f2 -11.21 mm
f3 -317 mm
f4 13 mm
f5 -6 mm
f25 -5.15 mm
f 4.11 mm
F_Number 2.2
HFOV 36.71 deg
表10
其中，红外镜头100的光学元件参数如下表11、表12所示：
Figure GDA0002404065390000131
表11
Figure GDA0002404065390000132
Figure GDA0002404065390000141
表12
本实施例中的非球面满足公式可以参考上述公式(8)，在此不作赘述。
采用该实施例结构的红外镜头100，该红外镜头100的MTF曲线图可以参考图5a，畸变场曲线示意图可以参考图5b，畸变场网格图可以参考图5c。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于3D测量的红外镜头，其特征在于，所述红外镜头包括沿着光轴从物方到像方依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，所述第一透镜和所述第四透镜均为正透镜，所述第五透镜为负透镜，并且，所述第一透镜至所述第五透镜均为弯月型透镜，所述第一透镜物侧面和像侧面凹面朝向像方，所述第二透镜物侧面和像侧面凹面朝向像方，所述第五透镜物侧面和像侧面凹面朝向像方；其中，
所述红外镜头满足下述关系式(1)～(4)中的任意一项：
0.5<f1/f<0.8，-2.7<f2/f<-2，-150<f3/f<-100，3.5<f4/f<4.5，-2.5<f5/f<-0.85；(1)
1<f1/f<1.75，3.7<f2/f<4.5，13<f3/f<16.2，5<f4/f<6.2，-3<f5/f<-2.2；(2)
1<f1/f<1.75，8<f2/f<8.7，-28<f3/f<-22，1<f4/f<2.25，-1<f5/f<-0.2；(3)
0.3<f1/f<1.2，-3<f2/f<-2.2，-80<f3/f<-65，3<f4/f<3.75，-1.7<f5/f<-0.95；(4)
其中，f为所述红外镜头的系统焦距，f1为所述第一透镜的焦距，f2为所述第二透镜的焦距，f3为所述第三透镜的焦距，f4为所述第四透镜的焦距，f5为所述第五透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的红外镜头，其特征在于，在所述红外镜头满足关系式(1)时，所述红外镜头还满足下述关系式：
f2<0，f3<0，f25<0；
-1<f1/f25<0；
其中，f25为所述第二透镜至所述第五透镜的组合焦距。
3.根据权利要求1所述的红外镜头，其特征在于，在所述红外镜头满足关系式(2)时，所述红外镜头还满足下述关系式：
f2>0，f3>0，f25>0；
0.15<f1/f25<0.7；
其中，f25为所述第二透镜至所述第五透镜的组合焦距。
4.根据权利要求1所述的红外镜头，其特征在于，在所述红外镜头满足关系式(3)时，所述红外镜头还满足下述关系式：
f2>0，f3<0，f25<0；
-0.65<f1/f25<-0.2；
其中，f25为所述第二透镜至所述第五透镜的组合焦距。
5.根据权利要求1所述的红外镜头，其特征在于，在所述红外镜头满足关系式(4)时，所述红外镜头还满足下述关系式：
f2<0，f3<0，f25<0；
-0.75<f1/f25<-0.2；
其中，f25为所述第二透镜至所述第五透镜的组合焦距。
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