CN110908095A - 一种小视场红外监控预警镜头 - Google Patents

一种小视场红外监控预警镜头 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种小视场红外监控预警镜头，其结构简单，成本低，同时可满足实现镜头小视场、小畸变、大光圈、高解像力以及温度稳定性等特性要求；其包括从物方至像方依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜，所述第一透镜，具有正光焦度，且物面侧为凸面、像面侧为凹面；所述第二透镜，具有负光焦度，且物面侧为凹面、像面侧为凹面；所述第三透镜，具有正光焦度，且物面侧为凹面、像面侧为凸面；所述第四透镜，具有正光焦度，且物面侧为凸面、像面侧为凹面；其中，满足如下关系：1.3≤F1/F≤3.5，F3/F≤2，F4/F≤3，F1为第一透镜的焦距值，F3为所述第三透镜的焦距值，F4为所述第四透镜的焦距值，F为所述小视场红外监控预警镜头的焦距值。

Description

一种小视场红外监控预警镜头
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域,适用于辅助安全驾驶监控系统领域,具体为一种小视场红外监控预警镜头。
背景技术
随着智能安全辅助驾驶监控系统的快速发展和广泛应用，对车载内部状况以及司机面部表情细节状态的监控镜头的要求也在不断提高，而为了提高对司机面部表情细节状态的捕捉，即时、准确的安全驾驶提醒反馈，小视场、大光圈、小畸变、温度稳定性要求的监控镜头越来越受到青睐，但是目前基于司机状态的监控镜头，其所采用的镜片数量较多或者利用了玻塑混合结构，从而导致其成本过高或者温度稳定性成像质量较差等弊端。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种小视场红外监控预警镜头，其结构简单，成本低，同时可满足实现镜头小视场、小畸变、大光圈、高解像力以及温度稳定性等特性要求。
其技术方案是这样的：一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：其包括从物方至像方依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜，
所述第一透镜，具有正光焦度，且物面侧为凸面、像面侧为凹面；
所述第二透镜，具有负光焦度，且物面侧为凹面、像面侧为凹面；
所述第三透镜，具有正光焦度，且物面侧为凹面、像面侧为凸面；
所述第四透镜，具有正光焦度，且物面侧为凸面、像面侧为凹面；
其中，满足如下关系：
1.3≤F1/F≤3.5，F3/F≤2，F4/F≤3，
F1为第一透镜的焦距值，F3为所述第三透镜的焦距值，F4为所述第四透镜的焦距值，F为所述小视场红外监控预警镜头的焦距值。
其进一步特征在于：
其还包括从物方至像方依次设置的：光阑、IR滤色片、保护玻璃，所述光阑设置于所述第二透镜、第三透镜之间，所述IR滤色片设置于所述第四透镜的像面侧，所述保护玻璃设置于所述IR滤色片的像面侧；
所述第一透镜满足0.35＜r1/r2＜0.75，r1是第一透镜物侧方向的半径值，r2是第一透镜像侧方向的半径值；
所述第二透镜满足-0.5＜r3/r4＜-0.3，r3是第二透镜物侧方向的半径值，r4是第二透镜像侧方向的半径值；
所述第三透镜满足0.3＜r6/r7＜0.6，r6为第三透镜物侧方向的半径值，r7是第三透镜像侧方向的半径值；
所述第四透镜满足0.2＜r8/r9＜0.5，r8是第四透镜物侧方向的半径值，r9为第四透镜像侧面的半径值；
所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的折射率满足：1.8≤Nd1≤2.0，Nd2≤1.6，1.8≤Nd3≤2.0，1.8≤Nd4≤2.0，其中，Nd1、Nd2、Nd3、Nd4分别为所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的材料折射率；
所述小视场红外监控预警镜头满足TTL/F≤2.5，TTL是所述小视场红外监控预警镜头的光学总长度；
所述小视场红外监控预警镜头的最大视场角度FOV、焦距值F以及所述小视场红外监控预警镜头的最大视场角对应的像高H满足：(FOV×F)/H≤60；
所述小视场红外监控预警镜头的透镜均为玻璃球面透镜。
本发明的有益效果是，其结构简单，成本低，在从物方至像方依次设置有具有正光焦度且凸面朝向物方的第一透镜、具有负光焦度且形状为双凹的第二透镜、具有正光焦度且凸面朝向像方的第三透镜、具有正光焦度且凸面朝向物方的第四透镜，从而形成的光学镜头，能够实现高解像、小畸变、大光圈、小型化的同时，其焦距能够相对较长，物方监测视场范围较小，有利于满足相同像面大小的情况下，更好地观察物方细节，从而适用于小视场监控成像镜头的需求。
附图说明
图1是本发明小视场红外监控预警镜头的结构组合图；
图2是本发明的MTF曲线图；
图3是本发明的场曲及畸变曲线图；
图4是本发明实施例在室温25℃时离焦曲线图；
图5是本发明实施例的相对照度曲线图。
具体实施方式
如图1～图5所示，本发明一种小视场红外监控预警镜头，其包括从物方至像方依次设置的：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4，
第一透镜L1，具有正光焦度，且物面侧S1为凸面、像面侧S2为凹面；
第二透镜L2，具有负光焦度，且物面侧S3为凹面、像面侧S4为凹面；
第三透镜L3，具有正光焦度，且物面侧S6为凹面、像面侧S7为凸面；
第四透镜L4，具有正光焦度，且物面侧S8为凸面、像面侧S9为凹面；
其中，满足如下关系：
1.3≤F1/F≤3.5，F2/F＝-0.94，F3/F≤2，F4/F≤3，
F1为第一透镜L1的焦距值，F2为第二透镜L2的焦距值，F3为第三透镜L3的焦距值，F4为第四透镜L4的焦距值，F为小视场红外监控预警镜头的焦距值。
其还包括从物方至像方依次设置的：光阑、IR滤色片、保护玻璃CG，光阑S5设置于第二透镜L2、第三透镜L3之间，IR滤色片设置于第四透镜L4的像面侧，保护玻璃CG设置于IR滤色片的像面侧；
第一透镜L1满足0.35＜r1/r2＜0.75，r1是第一透镜L1物侧方向的半径值，r2是第一透镜L1像侧方向的半径值；
第二透镜L2满足-0.5＜r3/r4＜-0.3，r3是第二透镜L2物侧方向的半径值，r4是第二透镜L2像侧方向的半径值；
第三透镜L3满足0.3＜r6/r7＜0.6，r6为第三透镜L3物侧方向的半径值，r7是第三透镜L3像侧方向的半径值；
第四透镜L4满足0.2＜r8/r9＜0.5，r8为第四透镜L4物侧方向的半径值，r9为第四透镜L4像侧面的半径值；
第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4的折射率满足：1.8≤Nd1≤2.0，Nd2≤1.6，1.8≤Nd3≤2.0，1.8≤Nd4≤2.0，其中，Nd1、Nd2、Nd3、Nd4分别为第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4的材料折射率；
小视场红外监控预警镜头满足TTL/F≤2.5，TTL是小视场红外监控预警镜头的光学总长度；小视场红外监控预警镜头的最大视场角度FOV、焦距值F以及小视场红外监控预警镜头的最大视场角对应的像高H满足：(FOV×F)/H≤60。
小视场红外监控预警镜头的透镜均为玻璃球面透镜，即第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4均为玻璃球面透镜；或者也可根据情况，小视场红外监控预警镜头的透镜不限于球面，可以是镜头中至少有一个透镜为玻璃非球面透镜。
本发明采用4片全玻璃球面透镜，结构简单，易于加工，实现了镜头的小型化和轻量化，第一透镜L1采用高折射透镜，有利于减小光学透镜口径，使镜头的加工成本大大降低，且光学畸变较小，畸变量在12％以内，成像画面变形失真小；以及全玻镜片的采用，适用的温度范围广，成像质量更加稳定，则本发明在4片全玻球面透镜下，具有高的解像力，光圈值2.0，相对照度高，成像画面亮，鬼影可实现有效控制，成像品质高；从而本发明能够实现高解像、小畸变、大光圈、小型化的同时，其焦距能够相对较长，物方监测视场范围较小，有利于满足相同像面大小的情况下，更好地观察物方细节，更适用于小视场监控成像镜头的需求。
本发明实施例中光学参数如下表1：
表1
Figure BDA0002334417600000041
表1中，光阑、IR滤色片和保护玻璃表面的曲率半径为Infinity时，表示此表面为平面。
且本发明实施例中的小视场红外监控预警镜头的有效焦距F＝4.5；光圈数FNO＝2.0；总视场角FOV＝60°；光学畸变大约12％；小视场红外监控预警镜头的光学长度TTL＝10.27。
图2是图1的小视场红外监控预警镜头的MTF解像曲线，其中，横坐标为空间频率，纵坐标为对比度；TS Diff.Limit为子午和弧矢方向的衍射极限，TS 0.00(deg)表示在像面0.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲；从图中可得出，本发明采用较少的4片玻璃球面透镜，可获得较高的MTF曲线(@65lp/mm),意味着该镜头具有较高的解像力。
图3为本发明的场曲及畸变曲线图，其中，左边的图为小视场红外监控预警镜头的场曲曲线图，具有一定带宽的波长为930-950nm的红外波长表示，单位为mm，场曲图的纵坐标是视场角，横坐标是像点偏离近轴像面的距离，T表示子午场曲，S表示弧矢场曲；右边的图为小视场红外监控预警镜头的畸变曲线图，表示不同视场角情况下归一化后的畸变大小值，单位为％，畸变图的纵坐标是视场角，横坐标是畸变百分比；从图中可得出，本发明采用较少的4片玻璃球面透镜，可获得较小的畸变和场曲特性，意味着该镜头具有较小的畸变失真特性。
图4为本发明在室温25℃时离焦曲线图，其中，横坐标为离焦量，以毫米为单位，纵坐标为对比度，TS 0.00(deg)表示在像面0.00视场上子午和弧矢方向的衍射曲线；从图中可得出，本发明采用较少的4片玻璃球面透镜，可获得较为集中的离焦曲线，意味着该镜头具有良好的解像能力。
图5是图1的小视场红外监控预警镜头的相对照度曲线图，表示周边视场相对中心视场的相对照度值大小，单位为％，其中，横坐标为视场，纵坐标为相对照度；从图中可得出，本发明采用较少的4片玻璃球面透镜，可实现相对照度高，曲线平滑，具备成像画面亮度高特性。
从图2与图4可知，解像频率在65lp/mm下，中心(0,0)视场MTF可接近0.8，离焦曲线较集中，解像较高；图3中，镜头整体畸变较小，小于12％，表征该光学镜头成像画面失真小；由图5可知，该光学镜头的相对照度曲线平滑，成像画面内照度较均匀并且在最大视场情况下，其相对照度值大于80％，该光学镜头整体画面亮度较高；因此图1～图5体现了该光学镜头具有较佳的成像光学性能。
综上，本发明的小视场红外监控预警镜头，结构简单，仅使用4片玻璃球面透镜，不仅适用温度范围广，成像质量稳定，且能够有效修正各种像差，成像画面变形失真小，相对照度高并且曲线平滑，成像品质好；视场角约60°，像面大小约4.6mm，在相同画面大小情况下更有利于观察物方细节，适用于小视场观察需求；且镜头系统长度较短，使其可以实现小型化。

Claims (9)

1.一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：其包括从物方至像方依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜，
所述第一透镜，具有正光焦度，且物面侧为凸面、像面侧为凹面；
所述第二透镜，具有负光焦度，且物面侧为凹面、像面侧为凹面；
所述第三透镜，具有正光焦度，且物面侧为凹面、像面侧为凸面；
所述第四透镜，具有正光焦度，且物面侧为凸面、像面侧为凹面；
其中，满足如下关系：
1.3≤F1/F≤3.5，F3/F≤2，F4/F≤3，
F1为第一透镜的焦距值，F3为所述第三透镜的焦距值，F4为所述第四透镜的焦距值，F为所述小视场红外监控预警镜头的焦距值。
2.根据权利要求1所述的一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：其还包括从物方至像方依次设置的：光阑、IR滤色片、保护玻璃，所述光阑设置于所述第二透镜、第三透镜之间，所述IR滤色片设置于所述第四透镜的像面侧，所述保护玻璃设置于所述IR滤色片的像面侧。
3.根据权利要求1所述的一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：所述第一透镜满足0.35＜r1/r2＜0.75，r1是第一透镜物侧方向的半径值，r2是第一透镜像侧方向的半径值。
4.根据权利要求1所述的一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：所述第二透镜满足-0.5＜r3/r4＜-0.3，r3是第二透镜物侧方向的半径值，r4是第二透镜像侧方向的半径值。
5.根据权利要求1所述的一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：所述第三透镜满足0.3＜r6/r7＜0.6，r6为第三透镜物侧方向的半径值，r7是第三透镜像侧方向的半径值。
6.根据权利要求1所述的一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：所述第四透镜满足0.2＜r8/r9＜0.5，r8是第四透镜物侧方向的半径值，r9为第四透镜像侧面的半径值。
7.根据权利要求1所述的一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的折射率满足：1.8≤Nd1≤2.0，Nd2≤1.6，1.8≤Nd3≤2.0，1.8≤Nd4≤2.0，其中，Nd1、Nd2、Nd3、Nd4分别为所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜的材料折射率。
8.根据权利要求1所述的一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：所述小视场红外监控预警镜头满足TTL/F≤2.5，TTL是所述小视场红外监控预警镜头的光学总长度；所述小视场红外监控预警镜头的最大视场角度FOV、焦距值F以及所述小视场红外监控预警镜头的最大视场角对应的像高H满足：(FOV×F)/H≤60。
9.根据权利要求1所述的一种小视场红外监控预警镜头，其特征在于：所述小视场红外监控预警镜头的透镜均为玻璃球面透镜。
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