CN110221401A - 一种红外共焦广角镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外共焦广角镜头，从物侧至像侧依次设有：前透镜组、光阑、后透镜组、滤光片、保护玻璃和感光芯片；前透镜组的光焦度为负，包括有：第一透镜，光焦度为负，朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第二透镜，光焦度为负，两个面均为凹面；第三透镜，光焦度为正，两个面均为凸面；后透镜组的光焦度为正，包括有：第四透镜，光焦度为负，朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第五透镜，光焦度为正，两个面均为凸面；第六透镜，光焦度为正，两个面均为凸面；第七透镜，光焦度为负，两个面均为凹面；第八透镜，光焦度为正，两个面均为凸面。本发明各透镜采用凹、凸组合结构，可以较好的实现红外共焦。

Description

一种红外共焦广角镜头
【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广角镜头。
【背景技术】
目前监控行业对所用的广角定焦镜头提出了新的使用需求，即需要满足红外共焦，同时要实现大光圈，大靶面，以满足日夜两用及照明条件较差时的高清成像要求，现有的能实现该要求的镜头基本使用了较多数量的玻璃镜片，甚至还使用了玻璃非球面，增加重量的同时，还增加了成本，不利于推广使用。
因此，本发明正是基于以上的不足而产生的。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种红外共焦广角镜头。
为解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：一种红外共焦广角镜头，其特征在于，从物侧至像侧依次设有：前透镜组、光阑、后透镜组、滤光片、保护玻璃和感光芯片；
所述前透镜组的光焦度为负，所述的前透镜组包括有：
第一透镜，所述第一透镜的光焦度为负，第一透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；
第二透镜，所述第二透镜的光焦度为负，第二透镜的两个面均为凹面；
第三透镜，所述第三透镜的光焦度为正，第三透镜的两个面均为凸面；
所述后透镜组的光焦度为正，所述的后透镜组包括有：
第四透镜，所述第四透镜的光焦度为负，第四透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；
第五透镜，所述第五透镜的光焦度为正，第五透镜的两个面均为凸面；
第六透镜，所述第六透镜的光焦度为正，第六透镜的两个面均为凸面；
第七透镜，所述第七透镜的光焦度为负，第七透镜的两个面均为凹面；
第八透镜，所述第八透镜的光焦度为正，第八透镜的两个面均为凸面。
如上所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的前透镜组满足以下关系式：
-10≤f前/f≤-3；
其中，f前为前透镜组的组合焦距，f为红外共焦广角镜头的焦距。
如上所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的后透镜组满足以下关系式：
1.5≤f后/f≤2.5；
其中，f后为后透镜组的组合焦距，f为红外共焦广角镜头的焦距。
如上所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的第一透镜满足以下关系式：
Nd1≤1.6；
其中，Nd1为第一透镜的折射率。
如上所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，各透镜满足以下关系式：
Vd1＞50；Vd2＞50；Vd3＜30；
Vd4＜40；Vd5＞60；Vd6＞50；Vd7＜40；Vd8＞50；
其中，Vd1为第一透镜的阿贝数，Vd2为第二透镜的阿贝数，Vd3为第三透镜的阿贝数，Vd4为第四透镜的阿贝数，Vd5为第五透镜的阿贝数，Vd6为第六透镜的阿贝数，Vd7为第七透镜的阿贝数，Vd8为第八透镜的阿贝数。
如上所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的第一透镜和第二透镜满足以下关系式：
-3≤f1/f≤-1；
-1.5≤f2/f≤-0.5；
其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f为红外共焦广角镜头的焦距。
如上所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，光阑位于第三透镜与第四透镜之间。
如上所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为塑胶非球面透镜，第四透镜和第五透镜为玻璃球面透镜。
与现有技术相比，本发明的一种红外共焦广角镜头，达到了如下效果：
1、本发明各透镜采用的凹、凸组合结构，通过合理地分配光焦度及选择不同色散系数的玻璃材料，可以实现该广角光学系统大靶面、低成本、低重量的目标，且能较好地实现红外共焦。
2、本发明将光阑前置，控制前端口径，进一步降低重量和成本的同时，有利于实现大光圈的要求。
3、本发明的广角镜头具有红外共焦、大光圈、大靶面、低成本、低重量的特点，适合推广应用。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例中在可见波段的过焦点曲线图；
图3为本发明实施例中在红外波段的过焦点曲线图。
【具体实施方式】
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。
如图1所示，一种红外共焦广角镜头，从物侧至像侧依次设有：前透镜组、光阑4、后透镜组、滤光片10、保护玻璃11和感光芯片12；
所述前透镜组的光焦度为负，所述的前透镜组包括有：
第一透镜1，所述第一透镜1的光焦度为负，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；
第二透镜2，所述第二透镜2的光焦度为负，第二透镜2的两个面均为凹面；
第三透镜3，所述第三透镜3的光焦度为正，第三透镜3的两个面均为凸面；
所述后透镜组的光焦度为正，所述的后透镜组包括有：
第四透镜5，所述第四透镜5的光焦度为负，第四透镜5朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；
第五透镜6，所述第五透镜6的光焦度为正，第五透镜6的两个面均为凸面；
第六透镜7，所述第六透镜7的光焦度为正，第六透镜7的两个面均为凸面；
第七透镜8，所述第七透镜8的光焦度为负，第七透镜8的两个面均为凹面；
第八透镜9，所述第八透镜9的光焦度为正，第八透镜9的两个面均为凸面。
如图1所示，在本实施例中，所述的前透镜组满足以下关系式：
-10≤f前/f≤-3；
其中，f前为前透镜组的组合焦距，f为红外共焦广角镜头的焦距。
如图1所示，在本实施例中，所述的后透镜组满足以下关系式：
1.5≤f后/f≤2.5；
其中，f后为后透镜组的组合焦距，f为红外共焦广角镜头的焦距。
在本实施例中，镜头的前透镜组、后透镜组的光焦度具有合理的分配比例，有利于控制前透镜组的入射光线高度，减小前段口径，从而降低重量；进一步地，较小的口径能降低塑胶镜片的生产难度，提高产出良品率，从而降低成本；另外，前后组合理的光焦度分配，在保证像面照度的同时，能尽可能增大像面，实现大靶面的目标。
如图1所示，在本实施例中，所述的第一透镜1满足以下关系式：
Nd1≤1.6；
其中，Nd1为第一透镜1的折射率。
在本实施例中，第一透镜1使用了较低折射率的材质，能避免入射光经过第一透镜1后，发散角过大而导致后组透镜口径过大，有利于实现大光圈。
如图1所示，在本实施例中，各透镜满足以下关系式：
Vd1＞50；Vd2＞50；Vd3＜30；
Vd4＜40；Vd5＞60；Vd6＞50；Vd7＜40；Vd8＞50；
其中，Vd1为第一透镜1的阿贝数，Vd2为第二透镜2的阿贝数，Vd3为第三透镜3的阿贝数，Vd4为第四透镜5的阿贝数，Vd5为第五透镜6的阿贝数，Vd6为第六透镜7的阿贝数，Vd7为第七透镜8的阿贝数，Vd8为第八透镜9的阿贝数。
在本实施例中，各透镜的阿贝常数搭配合理，有利于实现光学系统中各镜片光焦度互相补偿，自动校正可见波段与红外波段之间的色差，实现红外共焦。
如图1所示，在本实施例中，所述的第一透镜1和第二透镜2满足以下关系式：
-3≤f1/f≤-1；
-1.5≤f2/f≤-0.5；
其中，f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f为红外共焦广角镜头的焦距。
在本实施例中，第一透镜1与第二透镜2同时承担前组的负光焦度，使得第一透镜1在口径尺寸与像差分配之间得到合理的平衡，提高成像清晰度的同时，降低镜片生产难度，从而降低成本。
如图1所示，在本实施例中，光阑4位于第三透镜3与第四透镜5之间。
在本实施例中，将光阑前置于第三透镜3与第四透镜5之间，使得光阑处于靠近镜头前端的位置，一方面能有效减小前组的口径大小，减小镜头的重量；另一方面，有利于增大FNO数值，实现大光圈，本实施例中系统的FNO值为1.6。
如图1所示，在本实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9均为塑胶非球面透镜，第四透镜5和第五透镜6为玻璃球面透镜。
在本实施例中，较多的非球面镜片有利于校正系统中各种像差，保证成像清晰度的同时，有利于降低整个系统的重量；此外，由于塑胶非球面镜片能在较短周期内实现批量生产，且价格低廉，因此显著地降低了成本。第四透镜5和第五透镜6采用玻璃材质，由于玻璃材质的种类繁多，便于选择具有合适色散参数的材质配对，以减小色差，实现红外共焦。
本实施例中，红外共焦广角镜头的焦距f＝5.84mm，相对孔径FNO＝1.6，视场角FOV＝140°，镜头总长为TTL＝46.78mm，像面大于Φ13.4mm，可搭配用于1/1.2英寸感光芯片；实施例中所用可见波段为435～656nm，红外波段为810～890nm，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 Infinity - -
*S1 43.256 0.8 1.535 55.634
*S2 5.626 5.824 - -
*S3 -9.051 2.914 1.535 55.634
*S4 134.826 0.583 - -
*S5 13.219 5.006 1.614 25.575
*S6 -35.477 4.422 - -
光阑 Infinity 0.106 - -
S7 109.683 2.11 1.648 33.842
S8 8.492 4.31 1.593 68.525
S9 -14.564 0.1 - -
*S10 14.405 3.388 1.535 55.634
*S11 -15.303 0.223 - -
*S12 -9.479 1.504 1.582 30.182
*S13 21.02 1.293 - -
*S14 9.271 4.471 1.535 55.634
*S15 -48.383 4 - -
S16 Infinity 0.3 1.517 64.212
S17 Infinity 4.927 - -
S18 Infinity 0.4 1.517 64.212
S19 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：
k a<sub>1</sub> a<sub>2</sub> a<sub>3</sub> a<sub>4</sub>
*S1 -77.46666 0 7.0552283e-005 -1.30806e-006 1.5043384e-008
*S2 -0.4772695 0 -1.7989961e-005 2.3853375e-006 -7.2615383e-008
*S3 -0.3587377 0 0.0002770389 -2.9459762e-007 7.6015428e-009
*S4 289.2742 0 8.6820316e-005 1.1798161e-005 -4.242408e-008
*S5 -8.12949 0 0.00032364986 3.574364e-006 1.8832373e-009
*S6 -9.355479 0 0.00018725708 4.807541e-007 5.5832594e-008
*S10 -2.890359 0 2.0051772e-005 4.2584068e-008 -3.7121849e-008
*S11 -4.387583 0 -5.4787027e-005 1.011475e-006 -1.1028842e-008
*S12 -9.386578 0 -9.3975199e-006 5.5689916e-007 2.7535448e-009
*S13 -3.165624 0 -4.8116197e-006 -2.1350482e-006 -1.4084821e-008
*S14 -7.766724 0 6.14948e-005 -2.7010261e-006 4.1412767e-008
*S15 -86.44504 0 -5.9410142e-005 1.610137e-006 1.6836136e-010
续表：
a<sub>5</sub> a<sub>6</sub> a<sub>7</sub> a<sub>8</sub>
*S1 -6.1110188e-011 -3.9380787e-014 5.1756606e-016 2.8586555e-018
*S2 -1.3468175e-009 2.9947231e-011 5.8160574e-013 -1.8214596e-014
*S3 2.9116867e-010 -2.4065253e-012 -3.6994941e-014 3.8039039e-016
*S4 -2.2738716e-009 5.7609549e-011 2.376425e-013 -3.2579809e-015
*S5 -4.3967788e-010 -4.2577692e-012 1.8383839e-013 4.0281402e-015
*S6 2.2506359e-009 -1.05067e-010 2.8491924e-014 4.8629136e-014
*S10 -1.4944804e-010 1.0872422e-012 4.915316e-014 -2.8316619e-016
*S11 -2.3525416e-010 6.8706175e-012 3.8510717e-014 -3.2121257e-016
*S12 3.3732138e-010 -1.2338124e-012 -5.9345627e-014 1.7246188e-015
*S13 1.7410244e-010 -1.9546342e-012 -3.7890563e-014 8.875991e-016
*S14 1.4866787e-010 6.7023406e-012 6.8681469e-014 -1.7437516e-015
*S15 1.1121825e-009 -7.886522e-012 8.733298e-014 3.3659366e-015
图2、图3为本实施例方案中的红外共焦广角镜头的离焦曲线图，用于表示光学系统在最佳像面位置前后，随后焦长度变化时对应的解像能力变化情况，图2曲线为可见波段的设计结果，图3曲线为红外波段的设计结果，从曲线可以看出，两种模式下最佳像面位置相差7um，说明红外可见共焦程度较好，从可见光模式切换到红外光模式，无需重新进行对焦，即可获得高清晰度的图片。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种红外共焦广角镜头，其特征在于，从物侧至像侧依次设有：前透镜组、光阑(4)、后透镜组、滤光片(10)、保护玻璃(11)和感光芯片(12)；
所述前透镜组的光焦度为负，所述的前透镜组包括有：
第一透镜(1)，所述第一透镜(1)的光焦度为负，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；
第二透镜(2)，所述第二透镜(2)的光焦度为负，第二透镜(2)的两个面均为凹面；
第三透镜(3)，所述第三透镜(3)的光焦度为正，第三透镜(3)的两个面均为凸面；
所述后透镜组的光焦度为正，所述的后透镜组包括有：
第四透镜(5)，所述第四透镜(5)的光焦度为负，第四透镜(5)朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；
第五透镜(6)，所述第五透镜(6)的光焦度为正，第五透镜(6)的两个面均为凸面；
第六透镜(7)，所述第六透镜(7)的光焦度为正，第六透镜(7)的两个面均为凸面；
第七透镜(8)，所述第七透镜(8)的光焦度为负，第七透镜(8)的两个面均为凹面；
第八透镜(9)，所述第八透镜(9)的光焦度为正，第八透镜(9)的两个面均为凸面。
2.根据权利要求1所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的前透镜组满足以下关系式：
-10≤f前/f≤-3；
其中，f前为前透镜组的组合焦距，f为红外共焦广角镜头的焦距。
3.根据权利要求1所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的后透镜组满足以下关系式：
1.5≤f后/f≤2.5；
其中，f后为后透镜组的组合焦距，f为红外共焦广角镜头的焦距。
4.根据权利要求1所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的第一透镜(1)满足以下关系式：
Nd1≤1.6；
其中，Nd1为第一透镜(1)的折射率。
5.根据权利要求1所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，各透镜满足以下关系式：
Vd1＞50；Vd2＞50；Vd3＜30；
Vd4＜40；Vd5＞60；Vd6＞50；Vd7＜40；Vd8＞50；
其中，Vd1为第一透镜(1)的阿贝数，Vd2为第二透镜(2)的阿贝数，Vd3为第三透镜(3)的阿贝数，Vd4为第四透镜(5)的阿贝数，Vd5为第五透镜(6)的阿贝数，Vd6为第六透镜(7)的阿贝数，Vd7为第七透镜(8)的阿贝数，Vd8为第八透镜(9)的阿贝数。
6.根据权利要求1所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的第一透镜(1)和第二透镜(2)满足以下关系式：
-3≤f1/f≤-1；
-1.5≤f2/f≤-0.5；
其中，f1为第一透镜(1)的焦距，f2为第二透镜(2)的焦距，f为红外共焦广角镜头的焦距。
7.根据权利要求1所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，光阑(4)位于第三透镜(3)与第四透镜(5)之间。
8.根据权利要求1所述的一种红外共焦广角镜头，其特征在于，所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第六透镜(7)、第七透镜(8)和第八透镜(9)均为塑胶非球面透镜，第四透镜(5)和第五透镜(6)为玻璃球面透镜。
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