CN109752828B

CN109752828B - 用于红外光成像的光学镜头及医疗设备

Info

Publication number: CN109752828B
Application number: CN201910243962.2A
Authority: CN
Inventors: 林肖怡; 章彬炜; 肖晶
Original assignee: Guizhou Xuye Photoelectric Co ltd
Current assignee: Guizhou Xuye Photoelectric Co ltd
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: CN109752828A

Abstract

本发明公开了一种用于红外光成像的光学镜头，由物方至像方依序包含第一透镜、第二透镜和第三透镜，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面，第一透镜具有负屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面，第二透镜具有负屈折力，第三透镜具有正屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。本光学镜头为三片式透镜结构，其中通过合理分配各透镜的屈折力，并优化配置第一透镜面形，使得本光学镜头具有良好的红外光成像性能，能够达到良好的成像品质，满足应用要求。本发明还公开一种医疗设备。

Description

用于红外光成像的光学镜头及医疗设备

技术领域

本发明涉及光学成像器件技术领域，特别是涉及一种用于红外光成像的光学镜头。本发明还涉及一种医疗设备。

背景技术

现有技术中，红外成像技术被越来越多地应用在医疗领域，比如应用于各种疾病的诊断、人体部位体检以及临床辅助诊断等，这同时推动了应用于红外成像器件上的光学成像镜头的发展。因此为了满足越来越高的应用要求，设计出具有更好的红外光成像性能，能够提供更好的成像品质的用于红外光成像的光学镜头，是当前的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于红外光成像的光学镜头，具有良好的红外光成像性能，能够达到优良的成像品质，满足应用要求。本发明还提供一种医疗设备。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于红外光成像的光学镜头，由物方至像方依序包含第一透镜、第二透镜和第三透镜，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面，其中：所述第一透镜具有负屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面，所述第二透镜具有负屈折力，所述第三透镜具有正屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面；

并满足以下条件式：

0<SGA₁₁/CT₁<2；

其中，SAG₁₁表示所述第一透镜物侧面与光轴的交点至所述第一透镜物侧面的最大有效半径位置在光轴上的水平位移距离，CT₁表示所述第一透镜在光轴上的厚度。

优选的，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。

优选的，还满足以下条件式：5<TTL/f<11，其中TTL表示第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离，f表示所述光学镜头的焦距。

优选的，还满足以下条件式：0.3<CT₁/CT₂≤0.7，其中CT₁表示所述第一透镜在光轴上的厚度，CT₂表示所述第二透镜在光轴上的厚度。

优选的，还满足以下条件式：0.5<f/f₃≤1，其中f表示所述光学镜头的焦距，f₃表示所述第三透镜的焦距。

优选的，还满足以下条件式：-1<(R₃₁+R₃₂)/(R₃₁-R₃₂)<1,其中R₃₁表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，R₃₂表示所述第三透镜像侧面的曲率半径。

优选的，还满足以下条件式：FOV>120度，其中FOV表示所述光学镜头的最大视场角。

优选的，还满足以下条件式：TTL<4.60毫米，其中TTL表示第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离。

优选的，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的材质为塑料。

一种医疗设备，包括用于红外光成像的摄像装置，所述摄像装置包括电子感光元件和以上所述的用于红外光成像的光学镜头，所述电子感光元件设置于所述光学镜头的成像面。

由上述技术方案可知，本发明所提供的用于红外光成像的光学镜头，包括由物方至像方依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，物方光线依次经过各透镜成像到像方的成像面上。本光学镜头为三片式透镜结构，其中通过合理分配各透镜的屈折力，并优化配置第一透镜面形，使得本光学镜头具有良好的红外光成像性能，能够达到良好的成像品质，满足应用要求。

本发明提供的一种医疗设备，能够达到上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种用于红外光成像的光学镜头示意图；

图2为本发明实施例1中光学镜头的畸变场曲图；

图3为本发明实施例1中光学镜头的球差曲线图；

图4为本发明实施例2提供的一种用于红外光成像的光学镜头示意图；

图5为本发明实施例2中光学镜头的畸变场曲图；

图6为本发明实施例2中光学镜头的球差曲线图；

图7为本发明实施例3提供的一种用于红外光成像的光学镜头示意图；

图8为本发明实施例3中光学镜头的畸变场曲图；

图9为本发明实施例3中光学镜头的球差曲线图；

图10为本发明实施例4提供的一种用于红外光成像的光学镜头示意图；

图11为本发明实施例4中光学镜头的畸变场曲图；

图12为本发明实施例4中光学镜头的球差曲线图；

图13为本发明实施例5提供的一种用于红外光成像的光学镜头示意图；

图14为本发明实施例5中光学镜头的畸变场曲图；

图15为本发明实施例5中光学镜头的球差曲线图；

图16绘示依照本发明实施例1的光学镜头中SAG₁₁的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供一种用于红外光成像的光学镜头，由物方至像方依序包含第一透镜、第二透镜和第三透镜，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面。还包括一位于像方的成像面，以及一设置于第三透镜及成像面之间的滤光片，该滤光片不影响本光学镜头的焦距。

所述第一透镜具有负屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧表面于近光轴处为凹面，有助于扩大光学镜头的视场角，以获得更大的影像范围。所述第二透镜具有负屈折力。所述第三透镜具有正屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处可为凸面，可修正镜头前端具有负屈折力的透镜产生的像差，并且有助于减少球差产生以提升成像品质。

本用于红外光成像的光学镜头通过合理分配各透镜的屈折力，并优化配置第一透镜面形，使其满足0<SGA₁₁/CT₁<2，SAG₁₁表示所述第一透镜物侧面与光轴的交点至所述第一透镜物侧面的最大有效半径位置在光轴上的水平位移距离，CT₁表示所述第一透镜在光轴上的厚度，使得本光学镜头具有良好的红外光成像性能，能够达到良好的成像品质，满足应用要求。

优选的，所述第二透镜的物侧面于近光轴处可以是凹面，其像侧面于近光轴处可以是凹面，有助于修正像散。

优选的，本光学镜头还满足以下条件式：5<TTL/f<11，其中TTL表示第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离，f表示所述光学镜头的焦距。通过合理地约束镜头的光学总长和其焦距的比值，可在减小镜头体积的同时，提高光学镜头的成像清晰度，保证能够获取到细节清晰的图像。

优选的，本光学镜头还满足以下条件式：0.3<CT₁/CT₂≤0.7，其中CT₁表示所述第一透镜在光轴上的厚度，CT₂表示所述第二透镜在光轴上的厚度。通过调配光学镜头第一透镜厚度与第二透镜厚度的比值，有利于镜片成型以及确保产品良率稳定。

优选的，本光学镜头还满足以下条件式：0.5<f/f₃≤1，其中f表示所述光学镜头的焦距，f₃表示所述第三透镜的焦距。满足此条件可使第三透镜具有合适的屈折力，可有效压制本光学镜头的后焦距，避免因前端透镜的负屈折力造成光学镜头的后焦距过长。

优选的，本光学镜头还满足以下条件式：-1<(R₃₁+R₃₂)/(R₃₁-R₃₂)<1,其中R₃₁表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，R₃₂表示所述第三透镜像侧面的曲率半径。满足该条件可使第三透镜的曲率较为合适，可进一步修正镜头的像散，以提升成像品质。

优选的，本光学镜头还满足以下条件式：FOV>120度，其中FOV表示所述光学镜头的最大视场角。借此，本光学镜头具有较佳的视角配置以获得所需的取像范围，并可适当控制畸变程度。

优选的，本光学镜头还满足以下条件式：TTL<4.60毫米，其中TTL表示第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离。通过控制光学镜头的光学总长，有助于保证镜头的小型化。

需要说明的是，屈折力是指平行光经过光学系统，光线的传播方向会发生偏折，用于表征光学系统对入射平行光束的屈折本领。光学系统具有正屈折力，表明对光线的屈折是汇聚性的；光学系统具有负屈折力，表明对光线的屈折是发散性的。在本发明提供的光学镜头中，若透镜的屈折力或焦距未界定其区域位置时，则表示该透镜的屈折力或焦距可为透镜于近光轴处的屈折力或焦距。

对于光学镜头中各透镜排布，在从物侧到像侧为从左到右的情况下，透镜物侧面为凸面是指透镜物侧面过面上任意一点做切面，表面总是在切面的右边，其曲率半径为正，反之物侧面则为凹面，其曲率半径为负。透镜像侧面为凸面是指透镜像侧面过面上任意一点做切面，表面总是在切面的左边，其曲率半径为负，反之像侧面为凹面，其曲率半径为正。若过透镜物侧面或者像侧面上任意一点做切面，表面既有在切面左边的部分，又有在切面右边的部分，则该表面存在反曲点。在透镜物侧面、像侧面的近光轴处的凹凸判断仍适用上述。此外，近轴区域是指光轴附近的区域。在本发明提供的光学镜头中，若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该凸面可位于透镜表面近光轴处；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该凹面可位于透镜表面近光轴处。

本发明光学镜头中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的材质可以是塑料，当透镜材质为塑料，可有效降低生产成本。另外，各透镜的物侧面及像侧面可为非球面(ASP)，非球面可以容易制作成球面以外的形状，获得较多的控制变数，用以消减像差，进而缩减透镜使用的数目，可以有效降低光学镜头的总长度。

另外，本发明光学镜头中，依需求可设置至少一光阑，以减少杂散光，有助于提升成像品质。在本发明中，光圈配置可为中置光圈，即光圈设置于第一透镜与成像面间，中置光圈有助于扩大系统的视场角，使光学成像镜头具有广角镜头的优势。本光学镜头任意的两个相邻透镜之间可均具有间隔，有利于透镜的组装，以提升制造良率。

下面以具体实施例对本发明成像镜头进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

【实施例1】

请参考图1，示出了实施例1的光学镜头的结构示意图。由图可知，本实施例用于红外光成像的光学镜头包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜11、光圈10、第二透镜12、第三透镜13和平板元件15，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

所述第一透镜11具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第二透镜12具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第三透镜13具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。平板元件15的材质为玻璃，其设置于第三透镜13及成像面16之间，并且不影响光学镜头的焦距。此外，该光学镜头另包含有滤光片14置于第三透镜13与平板元件15之间，可选的滤光片材质为玻璃且不影响焦距。

本实施例光学镜头满足条件式的值如表6所示。另外，请参考图16所示，其中，第一透镜物侧面与光轴的交点至第一透镜物侧面的最大有效半径位置在光轴上的水平位移距离SAG₁₁如图16所示。

实施例1详细的光学数据如表1-1所示，曲率半径、厚度及焦距的单位为毫米，f为光学镜头的焦距，Fno为光圈值，FOV为最大视场角，且表面0-12依序表示由物方至像方的各表面。其中表面1-7依次表示第一透镜物侧面、第一透镜像侧面、光圈、第二透镜物侧面、第二透镜像侧面、第三透镜物侧面和第三透镜像侧面。

表1-1

本光学镜头中各透镜采用非球面设计，非球面的曲线方程式表示如下：

其中，X表示非球面上距离光轴为Y的点，其与相切于非球面光轴上顶点的切面的相对距离；R表示曲率半径；Y表示非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；k表示圆锥系数；Ai表示第i阶非球面系数。

本实施例各透镜的非球面系数如表1-2所示，k表示非球面曲线方程式中的圆锥系数，A4-A16分别表示透镜表面第4-16阶非球面系数。本实施例光学镜头的畸变场曲图以及球差曲线图分别如图2和图3所示，其中畸变场曲图中波长为0.555μm，球差曲线图中波长为0.470μm、0.510μm、0.555μm、0.610μm和0.650μm。此外，以下各实施例表格乃对应各实施例的光学镜头示意图、畸变场曲与球差曲线图，表格中数据的定义皆与实施例1的表1-1及表1-2的定义相同。

表1-2

【实施例2】

请参考图4，示出了实施例2的光学镜头的结构示意图。由图可知，本实施例用于红外光成像的光学镜头包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜21、光圈20、第二透镜22、第三透镜23和平板元件25，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

所述第一透镜21具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第二透镜22具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第三透镜23具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。平板元件25的材质为玻璃，其设置于第三透镜23及成像面26之间，并且不影响光学镜头的焦距。此外，该光学镜头另包含有滤光片24置于第三透镜23与平板元件25之间，可选的滤光片材质为玻璃且不影响焦距。

请配合参照下列表2-1、表2-2以及表6。对应的畸变场曲图以及球差曲线图分别如图5和图6所示。

表2-1

表2-2

【实施例3】

请参考图7，示出了实施例3的光学镜头的结构示意图。由图可知，本实施例用于红外光成像的光学镜头包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜31、光圈30、第二透镜32、第三透镜33和平板元件35，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

所述第一透镜31具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第二透镜32具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第三透镜33具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。平板元件35的材质为玻璃，其设置于第三透镜33及成像面36之间，并且不影响光学镜头的焦距。此外，该光学镜头另包含有滤光片34置于第三透镜33与平板元件35之间，可选的滤光片材质为玻璃且不影响焦距。

请配合参照下列表3-1、表3-2以及表6。对应的畸变场曲图以及球差曲线图分别如图8和图9所示。

表3-1

表3-2

【实施例4】

请参考图10，示出了实施例4的光学镜头的结构示意图。由图可知，本实施例用于红外光成像的光学镜头包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜41、光圈40、第二透镜42、第三透镜43和平板元件45，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

所述第一透镜41具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第二透镜42具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第三透镜43具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。平板元件45的材质为玻璃，其设置于第三透镜43及成像面46之间，并且不影响光学镜头的焦距。此外，该光学镜头另包含有滤光片44置于第三透镜43与平板元件45之间，可选的滤光片材质为玻璃且不影响焦距。

请配合参照下列表4-1、表4-2以及表6。对应的畸变场曲图以及球差曲线图分别如图11和图12所示。

表4-1

表4-2

【实施例5】

请参考图13，示出了实施例5的光学镜头的结构示意图。由图可知，本实施例用于红外光成像的光学镜头包括沿光轴由物侧至像侧依次设置的第一透镜51、光圈50、第二透镜52、第三透镜53和平板元件55，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

所述第一透镜51具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第二透镜52具有负屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。所述第三透镜53具有正屈折力，且为塑料材质，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面。平板元件55的材质为玻璃，其设置于第三透镜53及成像面56之间，并且不影响光学镜头的焦距。此外，该光学镜头另包含有滤光片54置于第三透镜53与平板元件55之间，可选的滤光片材质为玻璃且不影响焦距。

请配合参照下列表5-1、表5-2以及表6。对应的畸变场曲图以及球差曲线图分别如图14和图15所示。

表5-1

表5-2

综上，实施例1至实施例5分别满足表6中所示的关系。

表6

条件式/实施例	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						SGA<sub>11</sub>/CT<sub>1</sub>	1.51	0.80	1.04	0.48	0.08
TTL/f	5.52	10.08	5.78	5.27	7.03
						CT<sub>1</sub>/CT<sub>2</sub>	0.46	0.31	0.39	0.70	0.54
f/f<sub>3</sub>	0.81	0.51	0.94	1.00	0.63
						(R<sub>31</sub>+R<sub>32</sub>)/(R<sub>31</sub>-R<sub>32</sub>)	-0.02	-0.02	-0.78	-0.16	0.94
FOV	135.00	135.08	132.01	128.03	120.66
						TTL	3.96	4.55	3.88	3.77	4.19

相应的，本发明实施例还提供一种医疗设备，包括用于红外光成像的摄像装置，所述摄像装置包括电子感光元件和以上所述的用于红外光成像的光学镜头，所述电子感光元件设置于所述光学镜头的成像面。

本实施例提供的医疗设备，其用于红外光成像的摄像装置采用的光学镜头为三片式透镜结构，其中通过合理分配各透镜的屈折力，并优化配置第一透镜面形，使得该光学镜头具有良好的红外光成像性能，能够达到良好的成像品质。

以上对本发明所提供的用于红外光成像的光学镜头及医疗设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种用于红外光成像的光学镜头，其特征在于，由三片透镜组成，由物方至像方依序包含第一透镜、第二透镜和第三透镜，每一透镜具有朝向物方的物侧面以及朝向像方的像侧面，各透镜的物侧面和像侧面均为非球面，其中：所述第一透镜具有负屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面，所述第二透镜具有负屈折力，所述第三透镜具有正屈折力，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凸面；

并满足以下条件式：

0<SAG₁₁/CT₁<2，TTL<4.60毫米；

其中，SAG₁₁表示所述第一透镜物侧面与光轴的交点至所述第一透镜物侧面的最大有效半径位置在光轴上的水平位移距离，CT₁表示所述第一透镜在光轴上的厚度，TTL表示第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离。

2.根据权利要求1所述的用于红外光成像的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面。

3.根据权利要求1所述的用于红外光成像的光学镜头，其特征在于，还满足以下条件式：5<TTL/f<11，其中TTL表示第一透镜物侧面至成像面在光轴上的距离，f表示所述光学镜头的焦距。

4.根据权利要求1所述的用于红外光成像的光学镜头，其特征在于，还满足以下条件式：0.3<CT₁/CT₂≤0.7，其中CT₁表示所述第一透镜在光轴上的厚度，CT₂表示所述第二透镜在光轴上的厚度。

5.根据权利要求1所述的用于红外光成像的光学镜头，其特征在于，还满足以下条件式：0.5<f/f₃≤1，其中f表示所述光学镜头的焦距，f₃表示所述第三透镜的焦距。

6.根据权利要求1所述的用于红外光成像的光学镜头，其特征在于，还满足以下条件式：-1<(R₃₁+R₃₂)/(R₃₁-R₃₂)<1,其中R₃₁表示所述第三透镜物侧面的曲率半径，R₃₂表示所述第三透镜像侧面的曲率半径。

7.根据权利要求1所述的用于红外光成像的光学镜头，其特征在于，还满足以下条件式：FOV>120度，其中FOV表示所述光学镜头的最大视场角。

8.根据权利要求1所述的用于红外光成像的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的材质为塑料。

9.一种医疗设备，其特征在于，包括用于红外光成像的摄像装置，所述摄像装置包括电子感光元件和权利要求1-8任一项所述的用于红外光成像的光学镜头，所述电子感光元件设置于所述光学镜头的成像面。