CN109324396A - 一种红外共焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外共焦镜头，从物侧至像侧依次设有：第一透镜，第一透镜朝向物侧的一面为凸面、朝向像侧的一面为凹面；第一透镜的焦距为负；光阑；第二透镜，第二透镜朝向物侧的一面为凹面、朝向像侧的一面为凸面；第二透镜的焦距为正；第三透镜，第三透镜的两面均为凸面；第三透镜的焦距为正；第四透镜，第四透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凹面；第四透镜的焦距为负；第五透镜，第五透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；第五透镜的焦距为正；滤光片；保护玻璃；感光芯片。本发明各透镜采用的凹、凸组合结构，通过选择合适折射率的材料及合理地分配光焦度，可以较好地实现红外共焦，同时实现温度飘移量小。

Description

一种红外共焦镜头
【技术领域】
本发明涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种红外共焦镜头。
【背景技术】
红外共焦是目前车载、安防行业提出的镜头技术规格，是未来市场的发展趋势。然而目前的大部分的用于车载、安防的红外共焦镜头，普遍存在红外可见离焦量大，很难同时实现白天夜晚成像的高清晰度要求，高低温环境下清晰度严重下降，温度飘移大，制作成本高，成品不够轻便，周边存在暗角现象，相对照度低。
因此，本发明正是基于以上的不足而产生的。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是针对目前红外共焦镜头离焦量大、温度飘移大、制作成本高、成品不够轻便、相对照度普遍较低的问题，提供一种红外共焦镜头。
为解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：一种红外共焦镜头，其特征在于，从物侧至像侧依次设有：
第一透镜，第一透镜朝向物侧的一面为凸面、朝向像侧的一面为凹面；所述第一透镜的焦距为负；
光阑；
第二透镜，第二透镜朝向物侧的一面为凹面、朝向像侧的一面为凸面；所述第二透镜的焦距为正；
第三透镜，第三透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；第三透镜的焦距为正；
第四透镜，第四透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凹面；所述第四透镜的焦距为负；
第五透镜，第五透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；第五透镜的焦距为正；
滤光片；
保护玻璃；
感光芯片。
如上所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
-1.5＜f1/f＜-0.5；
0.5＜f2-5/f＜1.5；
-4＜f3-4/f5＜-2；
1＜f5/f＜3；
2.5＜TTL/f＜4；
其中，f为红外共焦镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2-5为第二透镜到第五透镜的组合焦距，f3-4为第三透镜和第四透镜的组合焦距，f5为第五透镜的焦距，TTL为红外共焦镜头的总长。
如上所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
Nd1≥1.5；
|Nd1－Nd5|≤0.2；
Nd2－Nd3≤0.3；
|Nd3－Nd4|≥0.15；
其中，Nd1为第一透镜的折射率，Nd2为第二透镜的折射率，Nd3为第三透镜的折射率，Nd4为第四透镜的折射率，Nd5为第五透镜的折射率。
如上所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述的第一透镜和第五透镜为非球面透镜，第二透镜、第三透镜、第四透镜均为球面透镜。
如上所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述球面透镜为玻璃球面透镜，非球面透镜为塑胶非球面透镜。
如上所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
lens1＞50，lens2＞50，lens5＞50；
lens3－lens2≤25；
|lens3－lens4|≥25；
0.8≤lens1/lens5≤1.2；
其中，lens1为第一透镜的色散系数，lens2为第二透镜的色散系数，lens3为第三透镜的色散系数，lens4为第四透镜的色散系数，lens5为第五透镜的色散系数。
如上所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
0.1＜(A12+A23+A45)/TTL＜0.3；
0.5＜(T1+T2+T3+T4+T5)/TTL＜0.7；
BF/TTL≥0.1；
其中，A12为第一透镜与第二透镜之间的空气间隔距离，A23为第二透镜与第三透镜之间的空气间隔距离，A45为第四透镜与第五透镜之间的空气间隔距离，BF为第五透镜与感光芯片之间的空气间隔距离，T1为第一透镜的中心厚度，T2为第二透镜的中心厚度，T3为第三透镜的中心厚度，T4为第四透镜的中心厚度，T5为第五透镜的中心厚度，TTL为红外共焦镜头的总长。
与现有技术相比，本发明的一种红外共焦镜头，达到了如下效果：
1、本发明各片透镜采用的凹、凸组合结构，通过选择合适折射率的材料及合理地分配光焦度，可以较好地实现红外共焦，同时实现温度飘移量小。
2、本发明选择三片玻璃镜片与两片塑胶镜片的结构，通过合理控制各镜片厚度及空气间隔距离，实现制作成本低，重量轻。
3、本发明的镜头设计时不设置渐晕，同时控制外视场光线入射到像面上锥角的变化程度，实现了像面周边的高相对照度。
4、本发明具有红外离焦量小、温飘小、低成本、低重量、高照度的特点，适合推广应用。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例中在常温下可见波段的过焦点曲线图；
图3为本发明实施例中在常温下红外波段的过焦点曲线图；
图4为本发明实施例中在低温-40℃可见波段的过焦点曲线图；
图5为本发明实施例中在高温+95℃可见波段的过焦点曲线图；
图6为本发明实施例中的相对照度图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。
如图1至图6所示，一种红外共焦镜头，从物侧至像侧依次设有：
第一透镜1，第一透镜1朝向物侧的一面为凸面、朝向像侧的一面为凹面；所述第一透镜1的焦距为负；
光阑2；
第二透镜3，第二透镜3朝向物侧的一面为凹面、朝向像侧的一面为凸面；所述第二透镜3的焦距为正；
第三透镜4，第三透镜4朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；第三透镜4的焦距为正；
第四透镜5，第四透镜5朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凹面；所述第四透镜5的焦距为负；
第五透镜6，第五透镜6朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；第五透镜6的焦距为正；
滤光片7；设置滤光片，以提高成像效果；
保护玻璃8；以保护感光芯片9，防止外界对感光芯片造成损害；
感光芯片9。
本发明中各透镜采用凹、凸组合结构及焦距正、负的组合结构，通过合理地分配光焦度，可以较好地减小红外可见离焦量，从而实现红外共焦，同时实现减小温度飘移量，保证镜头在高低温度环境中成像的清晰度不受影响。
如图1所示，在本实施例中，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
-1.5＜f1/f＜-0.5；
0.5＜f2-5/f＜1.5；
-4＜f3-4/f5＜-2；
1＜f5/f＜3；
2.5＜TTL/f＜4；
其中，f为红外共焦镜头的焦距，f1为第一透镜1的焦距，f2-5为第二透镜3到第五透镜6的组合焦距，f3-4为第三透镜4和第四透镜5的组合焦距，f5为第五透镜6的焦距，TTL为红外共焦镜头的总长。
在本实施例中，满足上述各片透镜焦距关系的透镜组合结构，可合理分配各个透镜的光焦度，提高成像清晰度，实现可见红外共焦的同时，减小温度飘移量。
如图1所示，在本实施例中，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
Nd1≥1.5；
|Nd1－Nd5|≤0.2；
Nd2－Nd3≤0.3；
|Nd3－Nd4|≥0.15；
其中，Nd1为第一透镜1的折射率，Nd2为第二透镜3的折射率，Nd3为第三透镜4的折射率，Nd4为第四透镜5的折射率，Nd5为第五透镜6的折射率。
在本实施例中，满足上述各片透镜折射率关系的透镜组合结构，可以比较容易地实现光焦度合理分配，较好的校正球差、场曲、彗差等像差，从而提高可见与红外波段成像清晰度，满足红外共焦要求，同时各透镜折射率随温度变化关系，可以实现较好的温度补偿功能，从而减小温度飘移量。
如图1所示，在本实施例中，所述的第一透镜1和第五透镜6为非球面透镜，第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5均为球面透镜。
在本实施例中，通过优化镜片曲率和面型，采用2片非球面镜以及3片球面镜的配合方式，合理控制外视场光线的折射角度，可以减少边缘光线的损失，使得不同角度的光线到达像面时的锥角大小变化缓慢，从而提高相对照度。
如图1所示，在本实施例中，所述球面透镜为玻璃球面透镜，非球面透镜为塑胶非球面透镜。
在本实施例中，采用玻璃材质的球面透镜，能够提供更高的折射率，且光学透过率高，同时受温度影响较小，具有较高的稳定性；采用对称式的塑胶材质的非球面透镜与玻璃材质的球面透镜，有利于较好的实现温度补偿功能，减小温度飘移量，此外，采用塑胶材质的非球面透镜，机械强度高，不易破裂，质轻，易于塑造满足要求的非球面透镜，降低镜头的重量，且可降低成本。
红外共焦镜头设计时，不设置渐晕，可以避免边缘光线被遮挡，提高边缘光线的通过量，从而提高镜头成像的相对照度。
如图1所示，在本实施例中，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
lens1＞50，lens2＞50，lens5＞50；
lens3－lens2≤25；
|lens3－lens4|≥25；
0.8≤lens1/lens5≤1.2；
其中，lens1为第一透镜1的色散系数，lens2为第二透镜3的色散系数，lens3为第三透镜4的色散系数，lens4为第四透镜5的色散系数，lens5为第五透镜6的色散系数。
在本实施例中，满足上述各片透镜色散系数关系的透镜组合结构，可以实现较好的色差校正能力，从而提高可见与红外波段成像清晰度，实现红外共焦要求。
如图1所示，在本实施例中，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
0.1＜(A12+A23+A45)/TTL＜0.3；
0.5＜(T1+T2+T3+T4+T5)/TTL＜0.7；
BF/TTL≥0.1；
其中，A12为第一透镜1与第二透镜3之间的空气间隔距离，A23为第二透镜3与第三透镜4之间的空气间隔距离，A45为第四透镜5与第五透镜6之间的空气间隔距离，BF为第五透镜6与感光芯片9之间的空气间隔距离，T1为第一透镜1的中心厚度，T2为第二透镜3的中心厚度，T3为第三透镜4的中心厚度，T4为第四透镜5的中心厚度，T5为第五透镜6的中心厚度，TTL为红外共焦镜头的总长。
在本实施例中，满足上述尺寸关系的透镜组合结构，可以在保证镜头光学性能的前提下，降低镜头重量，提高镜头的轻便性，同时降低镜头的加工成本。
本实施例中，红外共焦镜头的焦距f＝3.05mm，相对孔径FNO＝2.5，视场角FOV＝130°，镜头总长TTL＝11.5mm，各透镜各项具体参数如下表所示：
面编号 半径R 厚度 折射率Nd 阿贝数Vd
物侧 Infinity 500
*S1 95.905 0.407 1.535 55.711
*S2 1.637 0.873
光阑 Infinity 0.260
S4 -13.310 2.020 1.720 50.352
S5 -2.397 0.089
S6 5.923 1.685 1.593 68.525
S7 -3.773 0.399 1.785 25.720
S8 5.773 0.086
*S9 6.354 1.812 1.535 55.711
*S10 -4.488 0.713
S11(滤光片) Infinity 0.3 1.517 64.212
S12(滤光片) Infinity 2.314
S13(保护玻璃) Infinity 0.40 1.517 64.212
S14(保护玻璃) Infinity 0.1
像侧 Infinity -
在上表中，半径R与厚度的单位均为毫米；标记“*”的面表示非球面，非球面的透镜的面型满足以下关系式：
式中，参数c为透镜半径所对应的曲率，y为径向坐标，径向坐标的单位与透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数；当k系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线，当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当k系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；a1至a8分别表示各径向坐标所对应的系数，详细的非球面相关参数如下表所示：
本实施例的光学性能如图2至图6所示，其中图2至图5为本方案中的红外共焦镜头的过焦点曲线图，用于评价光学系统的在最佳像面位置前后不同位置的解像能力变化情况，图2曲线表示常温下可见波段的设计结果，图3曲线表示常温下红外波段的设计结果，对比图2与图3曲线，两者峰值对应的横坐标偏移量仅为5um，说明红外可见共焦程度较好，离焦量非常小，从可见光模式切换到红外光模式，无需重新进行对焦，即可获得非常好的成像质量；图4为低温-40℃可见波段的过焦点曲线图，图5为高温+95℃可见波段的过焦点曲线图，对比图2、图4和图5，可以看出，高低温条件下，后焦偏移量非常小，与常温相比，低温飘移量仅为-2um、高温飘移量仅为2um，几乎不会对成像效果造成影响，因此在高低温环境下，依然能保持非常好的成像效果。图6为相对照度图，从图中可以看出，本方案中的红外共焦镜头的相对照度非常高，达到68％(一般照度要求为40％)，能较好地保证像面图像亮度均匀性。

Claims (7)

1.一种红外共焦镜头，其特征在于，从物侧至像侧依次设有：
第一透镜(1)，第一透镜(1)朝向物侧的一面为凸面、朝向像侧的一面为凹面；所述第一透镜(1)的焦距为负；
光阑(2)；
第二透镜(3)，第二透镜(3)朝向物侧的一面为凹面、朝向像侧的一面为凸面；所述第二透镜(3)的焦距为正；
第三透镜(4)，第三透镜(4)朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；第三透镜(4)的焦距为正；
第四透镜(5)，第四透镜(5)朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凹面；所述第四透镜(5)的焦距为负；
第五透镜(6)，第五透镜(6)朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；第五透镜(6)的焦距为正；
滤光片(7)；
保护玻璃(8)；
感光芯片(9)。
2.根据权利要求1所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
-1.5＜f1/f＜-0.5；
0.5＜f2-5/f＜1.5；
-4＜f3-4/f5＜-2；
1＜f5/f＜3；
2.5＜TTL/f＜4；
其中，f为红外共焦镜头的焦距，f1为第一透镜(1)的焦距，f2-5为第二透镜(3)到第五透镜(6)的组合焦距，f3-4为第三透镜(4)和第四透镜(5)的组合焦距，f5为第五透镜(6)的焦距，TTL为红外共焦镜头的总长。
3.根据权利要求1所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
Nd1≥1.5；
|Nd1－Nd5|≤0.2；
Nd2－Nd3≤0.3；
|Nd3－Nd4|≥0.15；
其中，Nd1为第一透镜(1)的折射率，Nd2为第二透镜(3)的折射率，Nd3为第三透镜(4)的折射率，Nd4为第四透镜(5)的折射率，Nd5为第五透镜(6)的折射率。
4.根据权利要求1所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述的第一透镜(1)和第五透镜(6)为非球面透镜，第二透镜(3)、第三透镜(4)、第四透镜(5)均为球面透镜。
5.根据权利要求4所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述球面透镜为玻璃球面透镜，非球面透镜为塑胶非球面透镜。
6.根据权利要求1所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
lens1＞50，lens2＞50，lens5＞50；
lens3－lens2≤25；
|lens3－lens4|≥25；
0.8≤lens1/lens5≤1.2；
其中，lens1为第一透镜(1)的色散系数，lens2为第二透镜(3)的色散系数，lens3为第三透镜(4)的色散系数，lens4为第四透镜(5)的色散系数，lens5为第五透镜(6)的色散系数。
7.根据权利要求1所述的一种红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足以下关系式：
0.1＜(A12+A23+A45)/TTL＜0.3；
0.5＜(T1+T2+T3+T4+T5)/TTL＜0.7；
BF/TTL≥0.1；
其中，A12为第一透镜(1)与第二透镜(3)之间的空气间隔距离，A23为第二透镜(3)与第三透镜(4)之间的空气间隔距离，A45为第四透镜(5)与第五透镜(6)之间的空气间隔距离，BF为第五透镜(6)与感光芯片(9)之间的空气间隔距离，T1为第一透镜(1)的中心厚度，T2为第二透镜(3)的中心厚度，T3为第三透镜(4)的中心厚度，T4为第四透镜(5)的中心厚度，T5为第五透镜(6)的中心厚度，TTL为红外共焦镜头的总长。
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CN110346921A (zh) * 2019-07-22 2019-10-18 福建福光天瞳光学有限公司 一种日夜两用车载光学系统及其成像方法
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