CN107843944A

CN107843944A - 水平视角为90度的长波长红外线摄像头及摄像头用镜头

Info

Publication number: CN107843944A
Application number: CN201710850771.3A
Authority: CN
Inventors: 申承哲; 郑硕泫
Original assignee: Somo Energy Technology Ltd By Share Ltd
Current assignee: Somo Energy Technology Ltd By Share Ltd
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2018-03-27
Also published as: HK1246865A1; KR20180031891A; TWI625969B; KR101887143B1; TW201815153A; WO2018056682A1

Abstract

本发明涉及水平视角为90度的长波长红外线摄像头及摄像头用镜头，由模制成型用光学材料形成，包括：凹面(R2)，用于对从被拍摄体入射的光进行第一次折射；以及凸面(R3)，用于对穿过上述凹面(R2)的光进行第二次折射，上述凹面(R2)和凸面(R3)根据以下式1而定：式1

z = \frac{{ch}^{2}}{1 + \sqrt[2]{1 - (1 + k) c^{2}} h^{2}} + A_{4} h^{4} + A_{6} h^{6} + A_{8} h^{8} + A_{10} h^{10} + A_{12} h^{12}

其中，k为圆锥曲面系数，A4、A6、A8、A10及A12为非球面系数，h为从光轴至凹面或凸面的距离，c表示中心曲率。

Description

水平视角为90度的长波长红外线摄像头及摄像头用镜头

技术领域

本发明涉及水平视角为90度的长波长红外线摄像头及摄像头用镜头，更详细地，涉及可用于多种保安监视领域的普及型长波长红外线(又名“LWIR”)摄像头及摄像头用镜头。

背景技术

长波长红外线为8μm～12μm波长的光，包括人类释放的红外线的波长范围。

长波长红外线摄像头为可通过检测在夜间人类或动物释放的红外线来成像的摄像头。

人类或动物的体温为310K左右，黑体辐射的310K中的峰值波长为8μm～12μm。

因此，可通过长波长红外线摄像头从人类或动物所释放的红外线能量判断是否存在人类或动物以及获取影像。

但是，在韩国的情况下，长波长红外线专用镜头和长波长红外线摄像头系统的开发极为缓慢，因而实际情况为大部分依赖进口，且以高价销售。

尤其，以往的红外线摄像头以基于锗(Germanium)镜头的直加工镜头为主来进行制造，因而制造成本高且制造时间长。

因此，锗镜头主要适用于军事领域，在民用领域因价格问题而很少使用。

进而，在适用于智能设备的镜头的情况下，需要呈超小型形体的形状，因此需要用于解决上述问题的模制成型镜头。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：韩国授权专利公报第10-0916502B1号(2009年09月01日)

发明内容

本发明为了解决上述现有技术的问题而提出，本发明的目的在于，提供可适用模制成型用光学材料，因此，与以往的锗镜头相比，可降低生产成本，并可通过大量生产简单适用于民用领域的水平视角为90度的长波长红外线摄像头及摄像头用镜头。

并且，本发明的目的在于，提供与以往锗材料的光学设备相比，可体现鲜明的影像，从而可适用于各种智能设备的水平视角为90度的长波长红外线摄像头及摄像头用镜头。

为了实现上述目的，本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头用镜头为如下的水平视角为90度的镜头，即，其中，由模制成型用光学材料形成，包括：凹面R2，用于对从被拍摄体入射的光进行第一次折射；以及凸面R3，用于对穿过上述凹面R2的光进行第二次折射，上述凹面R2和凸面R3根据以下式1、表1及表2的关系而定：

式1

表1

其中，k为圆锥曲面系数，A4、A6、A8、A10及A12为非球面系数，h为从光轴至凹面或凸面的距离，c表示中心曲率，

表2

其中，曲率半径和面厚度具有±0.5％的公差，(凹面(R2)的直径)/(凸面(R3)的直径)为0.45(±0.5％的公差)。

本发明的特征在于，在上述镜头形成有从上述凹面R2和凸面R3之间沿着与光轴垂直的方向延伸的边缘部。

根据权利要求2所述的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的特征在于，本发明的特征在于，(凹面R2和凸面R3的中心部厚度TC/直径的平均值)为0.88(±0.5％的公差)，(镜头的边缘部厚度)/(凹面R2和凸面R3的中心部厚度TC)为0.57(±0.5％的公差)。

本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的特征在于，包括：光圈；上述镜头；红外线滤光器，从上述凸面R3隔开设置；以及传感面，通过经由上述红外线滤光器的光来使被拍摄体成像。

本发明的特征在于，上述光圈与上述凹面R2之间的距离为0.13mm±0.5％，上述凹面R2和凸面R3的中心部厚度TC为2.62mm±0.5％，从上述凸面R3至红外线滤光器的距离为1.1934mm±0.5％，红外线滤光器的厚度为0.725mm±0.5％，从上述红外线滤光器至传感面的距离为0.615mm±0.5％，上述滤光器的折射率为3.421，分散率为2421.0。

根据如上所述的结构的本发明，作为智能设备用光学系统，可以仅通过一个镜头探测生物或事物，从而可适用于一般智能手机和多种电子产品。

并且，根据本发明，呈可通过模塑成型的结构，从而便于制造并可大量生产，且还具有制造成本低廉的优点。

附图说明

图1为本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的立体图。

图2为示出图1的光学系统结构的结构图。

图3为本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的光跟踪分析图。

图4为示出本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的纵向球面像差(longitudinal spherical abberration)的图表。

图5为与本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的像散(astigmatism)相关的像差分析图。

图6为示出本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的畸变像差(distortion)的图表。

图7为对示出本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的分辨率的调制传递函数(MTF，Modulation Transfer Function)进行分析的图表。

图8为示出本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的点图(spotdiagram)的图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施例。

如图1和图2所示，本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头1000包括：光圈100；镜头R2，包括凹面R2和凸面R3，上述凹面R2用于对从被拍摄体入射的光进行第一次折射，上述凸面R3用于对穿过上述凹面R2的光进行第二次折射；红外线滤光器300，从上述凸面R3隔开设置；以及传感面400，通过经由上述红外线滤光器300的光来使被拍摄体成像。

首先，配置于上述凸面R3前部面的光圈100执行防止杂光入射本发明的光学系统的作用。

上述镜头200整体具有正(+)折射率，两面为非球面。

上述水平视角为90度的镜头200由模制成型用光学材料形成。

模制成型用光学材料由剥离或塑料等形成，与以往在市场销售的类似种类的材料相比，通过使用折射率和镜头透射特性高的材料，从而优选采用可构成从超小口径镜头至中口径镜头的多种光学系统的材料。

例如，适用于本发明的光学系统设计的镜头材料为Ge_27.5-Sb_13.5-Se₆₀等模制成型用材料，可使用具有2.5以上的折射率和高至12μm的波长带的65％以上的高透射度的材料。

若通过这种本发明的光学材料构成光学系统，则与以往相比，可体现鲜明的影像，可进行基于模塑的成型，从而可构成制造简单、制造成本低的安全监控普及型长波长红外线摄像头光学系统。

并且，本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头1000进行适用6400像素(传感器)的1组1个普及型长波长红外线的光学设计。

本发明的光学系统增加镜头中心部和边缘部210的厚度，从而呈有利于模制成型的形态。

并且，本发明的镜头200的上述凹面R2和凸面R3根据以下式1的关系而定。

式1

如下表1所示，通过确定非球面系数来规定凹面R2和凸面R3。

表1

并且，如下表2所示，设定镜头200的凹面R2和凸面R3的曲率半径RC和面厚度ST，并确定折射率n和分散率v1。

上述分散率v1通过下式而定。

式2

v1＝(n110-1)/(n108-n112)

其中，n110为波长为10μm的1个镜头的折射率，n108为波长为8.0μm的1个镜头的折射率，n112为波长为12μm的1个镜头的折射率，

2.0＜n110＜3.0

表2

其中，曲率半径和面厚度可具有±0.5％的公差。

尤其，(凹面R2和凸面R3的中心部厚度TC/直径的平均值)的值为0.88(±0.5％的公差)，(镜头的边缘部厚度)/(上述凹面R2和凸面R3的中心部厚度TC)的值为0.57(±0.5％的公差)，因此，可准确调整90度的视角。

并且，镜头中心部和边缘部的厚度厚，因此，可呈有利于模制成型的形态。

根据本发明，可将上述光圈与上述凹面R2之间的距离设定为0.13mm±0.5％，上述凹面R2和凸面R3的中心部厚度TC设定为2.62mm±0.5％，从上述凸面R3至红外线滤光器的距离设定为1.1934mm±0.5％，红外线滤光器的厚度设定为0.725mm±0.5％，从上述红外线滤光器至传感面的距离设定为0.615mm±0.5％。

若在本发明的镜头200设定厚度公差，则可在所制造的镜头的允许公差之内进行制造，从而可制造具有规定光学性能的镜头。

并且，以圆弧形态制造镜头200的边缘部分，从而可有利于光学系统的组装及制造。

另一方面，优选地，上述红外线滤光器300的折射率为3.421，分散率为2421.0。

通过上述条件，可获得规定的视角并可使纵向球面像差、像散及畸变像差最小化，并可在表示分辨率的调制传递函数值内获取良好的状态。

基于如上所述的结构来记载本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头1000的例示性一实施例。

首先，本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的镜头200为可适用于安全监控领域的长波长红外线用摄像头光学系统的镜头，通过适用由Ge_27.5-Sb_13.5-Se₆₀形成的非氧化物红外光学玻璃来进行模制成型。

并且，分别将上述镜头200的凹面R2和凸面R3的曲率半径设定为-13.1807mm(非球面)、-2.6572mm(非球面)、凹面R2的直径设定为1.84mm，凸面R3的直径设定为4.12mm。

整个镜头200形成2.745mm的厚度。

为了进行安装，形成从上述凹面R2和凸面R3沿着与光轴垂直的方向延伸的边缘部210，当考虑上述边缘部210时，将整个镜头的直径设定为6.0mm。

可适当调节上述边缘部210的长度。

在上述边缘部210的边缘部分形成有0.3～0.6mm的圆弧形部。

镜头200的凹面R2和凸面R3通过上述式1和表1及表2形成。

并且，分别将凹面R2和凸面R3的中心部厚度TC设定为2.62mm，镜头的边缘部厚度设定为1.495。

并且，将上述光圈100与上述凹面R2之间的距离设定为0.13mm，从上述凸面R3至红外线滤光器300的距离设定为1.1934mm，红外线滤光器300的厚度设定为0.72mm，从上述红外线滤光器300至传感面400的距离设定为0.615mm。

采用折射率为3.421，分散率为2421.0的上述红外线滤光器300。

并且，作为上述传感面400的传感器，可采用80×80像素的34μm传感器。

对于上述结构的本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头1000，可获得图3至图8的实验结果。

图3为本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的光跟踪分析图。图4为示出本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的纵向球面像差的图表。图5为与本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的像散相关的像差分析图。图6为示出本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的畸变像差的图表。图7为对示出本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的分辨率的调制传递函数进行分析的图表。图8为示出本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头的点图(spot diagram)的图。

如图3至图8所示，本发明的水平视角为90度的长波长红外线摄像头在几乎所有字段中，相的值与中心轴相邻，因而不仅表示各种像差的校准状态良好，还表示满足调制传递函数(光学需求性能/分辨率)。

并且，本发明的光学系统的周边光亮比以0.7Field为基准，确保85％以上，失真率以0.7Field为基准，确保27％的光学系统性能。

而且，可制造成镜头直径为6mm、且镜头厚度为2.8mm以内，从而可适用于多种智能设备(手机、笔记本电脑、各种电子设备等)。

因此，可充分适用非氧化物红外光学玻璃等模制成型用光学材料，因此，与以往锗镜头相比，可降低生产成本，并可通过大量生产简单适用于民用领域。

Claims

1.一种水平视角为90度的镜头，其特征在于，

由模制成型用光学材料形成，

包括：

凹面(R2)，用于对从被拍摄体入射的光进行第一次折射；以及

凸面(R3)，用于对穿过上述凹面(R2)的光进行第二次折射，

上述凹面(R2)和凸面(R3)根据以下式1、表1及表2的关系而定：

式1

表1

其中，k为圆锥曲面系数，A4、A6、A8、A10、A12为非球面系数，h为从光轴至凹面或凸面的距离，c表示中心曲率，

表2

2.根据权利要求1所述的水平视角为90度的镜头，其特征在于，在上述镜头形成有从上述凹面(R2)和凸面(R3)之间沿着与光轴垂直的方向延伸的边缘部。

3.根据权利要求2所述的水平视角为90度的镜头，其特征在于，(凹面(R2)和凸面(R3)的中心部厚度(TC)/直径的平均值)为0.88(±0.5％的公差)，(镜头的边缘部厚度)/(凹面(R2)和凸面(R3)的中心部厚度(TC))为0.57(±0.5％的公差)。

4.一种水平视角为90度的长波长红外线摄像头，其特征在于，包括：

光圈；

根据权利要求1至3中任一项所述的镜头；

红外线滤光器，从上述凸面(R3)隔开设置；以及

传感面，通过经由上述红外线滤光器的光来使被拍摄体成像。

5.根据权利要求4所述的水平视角为90度的长波长红外线摄像头，其特征在于，

上述光圈与上述凹面(R2)之间的距离为0.13mm±0.5％，

上述凹面(R2)和凸面(R3)的中心部厚度(TC)为2.62mm±0.5％，

从上述凸面(R3)至红外线滤光器的距离为1.1934mm±0.5％，

上述红外线滤光器的厚度为0.725mm±0.5％，

从上述红外线滤光器至传感面的距离为0.615mm±0.5％，

上述滤光器的折射率为3.421，分散率为2421.0。