CN113267873B - 一种兼容可见光及近红外的成像镜头以及成像装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种兼容可见光及近红外的成像镜头以及成像装置，涉及光学成像技术领域。本申请中的兼容可见光及近红外的成像镜头，沿入射光线方向从前到后依次包含具有负折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、具有正折射力的第三透镜、具有正折射力的第四透镜、第一光阑、第二光阑、具有正折射力的第五透镜、具有负折射力的第六透镜、具有正折射力的第七透镜以及具有正折射力的第八透镜；其中，所述第五透镜与所述第六透镜构成双胶合透镜。本申请能够提升成像镜头的视场角，且保证了较高的成像分辨率，实现在相同距离下拍摄更大范围的图像的技术效果。

Description

一种兼容可见光及近红外的成像镜头以及成像装置
技术领域
本申请涉及光学设计技术领域，尤其涉及光学成像技术领域中的一种兼容可见光及近红外的成像镜头以及成像装置。
背景技术
现有技术中的兼容可见光及近红外的成像镜头，由于需要兼容的光线波段的范围较广，因此通常视场角较小，且分辨率较差。而当使用较小视角的成像镜头拍摄视角范围更大的图像时，则需要增加拍摄距离，因此给用户的使用带来极大的不便。
发明内容
本申请为解决技术问题所采用的技术方案是提供一种兼容可见光及近红外的成像镜头，包括：所述成像镜头沿入射光线方向从前到后依次包含具有负折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、具有正折射力的第三透镜、具有正折射力的第四透镜、第一光阑、第二光阑、具有正折射力的第五透镜、具有负折射力的第六透镜、具有正折射力的第七透镜以及具有正折射力的第八透镜；其中，所述第五透镜与所述第六透镜构成双胶合透镜。本申请所提供的成像镜头能够提升视场角，且保证了较高的成像分辨率，实现在相同距离下拍摄更大范围的图像的技术效果。
根据本申请一优选实施例，所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距在-11mm～-10mm之间；所述第三透镜与所述第四透镜的组合焦距在9.6mm～10mm之间；所述双胶合透镜与所述第七透镜的组合焦距在-18mm～-16mm之间；所述第七透镜与所述第八透镜的组合焦距在9.2mm～9.7mm之间。
根据本申请一优选实施例，所述第三透镜与所述第四透镜之间的空气间隔在0.04mm～0.1mm之间；所述第六透镜与所述第七透镜之间的空气间隔在0.23mm～0.5mm之间；所述第七透镜与所述第八透镜之间的空气间隔在0.05mm～0.15mm之间。
根据本申请一优选实施例，所述第四透镜与所述第八透镜为非球面透镜，其他透镜为球面透镜。
根据本申请一优选实施例，所述第一光阑位于所述第四透镜与所述第五透镜之间；所述第二光阑位于所述第一光阑与所述第五透镜之间，且靠近所述第五透镜。
根据本申请一优选实施例，所述第二光阑的开孔口径小于所述第一光阑的开孔口径。
本申请为解决技术问题所采用的技术方案是提供一种成像装置，包含权利要求1-6中任一权利要求所述的成像镜头，以及位于所述成像镜头之后的图像传感器。
根据本申请一优选实施例，所述图像传感器为CMOS传感器。
上述申请中的一个实施例具有如下优点或有益效果：本申请在提升成像镜头的视场角的同时，还确保了较高的成像分辨率，实现在相同距离下拍摄更大范围的图像的技术效果。因为采用了包含具有负折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、具有正折射力的第三透镜、具有正折射力的第四透镜、第一光阑、第二光阑、具有正折射力的第五透镜、具有负折射力的第六透镜、具有正折射力的第七透镜以及具有正折射力的第八透镜的设计方式，所以克服了现有技术中成像镜头的视场角小、分辨率较低的技术问题，从而实现提升成像镜头的视场角、保证成像分辨率，以及在相同距离下拍摄更大范围的图像的技术效果的技术效果。
上述可选方式所具有的其他效果将在下文中结合具体实施例加以说明。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：
图1是根据本申请第一实施例提供的一种兼容可见光及近红外的成像镜头的结构示意图；
图2是根据本申请第二实施例提供的第二光阑遮蔽经过第一光阑边缘视场光线的示意图；
图3是根据本申请第三实施例提供的第二光阑不会遮蔽经过第一光阑0°视场光线的示意图；
图4是根据本申请第一实施例的成像镜头成像时的光斑示意图；
图5是根据本申请第一实施例的成像镜头成像时的畸变曲线图；
图6是根据本申请第四实施例提供的一种兼容可见光及近红外的成像装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
图1为本申请第一实施例提供的一种兼容可见光及近红外(波长范围为400nm～1000nm)的成像镜头的结构示意图，如图1中所示，L1为第一透镜、L2为第二透镜、L3为第三透镜、L4为第四透镜、STOP1为第一光阑、STOP2为第二光阑、L5为第五透镜、L6为第六透镜、L7为第七透镜以及L8为第八透镜。
具体地，本申请中的成像镜头沿入射光线方向从前到后依次包含具有负折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、具有正折射力的第三透镜、具有正折射力的第四透镜、第一光阑、第二光阑、具有正折射力的第五透镜、具有负折射力的第六透镜、具有正折射力的第七透镜以及具有正折射力的第八透镜；其中，第五透镜与第六透镜构成双胶合透镜。
现有技术中该类型的成像镜头所能达到的视场角为53°，且成像分辨率较差。本申请所涉及的成像镜头，能够在提升视场角的同时，保证成像的分辨率。具体地，本申请中成像镜头的视场角为63°，焦距为13mm。
进一步地，在本申请的成像镜头中，第一透镜与第二透镜的组合焦距在-11mm～-10mm之间；第三透镜与第四透镜的组合焦距在9.6mm～10mm之间；由于第五透镜和第六透镜构成双胶合透镜，该双胶合透镜与第七透镜的组合焦距在-18mm～-16mm之间；第七透镜与第八透镜的组合焦距在9.2mm～9.7mm之间。
可以理解的是，由于本申请成像镜头中的第二透镜与第三透镜的组合焦距的折射力较低，导致第二透镜与第三透镜的组合焦距的绝对值非常大，因此本申请对第二透镜与第三透镜的组合焦距不进行限定。
另外，本申请需要将成像镜头中第三透镜与第四透镜、第六透镜与第七透镜、以及第七透镜与第八透镜之间的空气间隔设计得相邻较近，才能够实现在大视角以及短焦距的情况下清晰成像的目的，而对于第一透镜与第二透镜、第二透镜与第三透镜之间的空气间隔不进行限定。
具体地，在本申请的成像镜头中，第三透镜与第四透镜之间的空气间隔在0.04mm～0.1mm之间；第六透镜与第七透镜之间的空气间隔在0.23mm～0.5mm之间；第七透镜与第八透镜之间的空气间隔在0.05mm～0.15mm之间。
进一步地，在本申请的成像镜头中，第四透镜与第八透镜为非球面透镜，其他透镜为球面透镜。优选地，第四透镜为玻璃非球面透镜，第八透镜为塑胶非球面透镜，而其他透镜则为玻璃球面透镜。
其中，本申请采用玻璃非球面透镜设计的第四透镜，其能够平衡第二透镜与第五透镜的球差，从而使得成像时不会造成过大的色散；而采用塑胶非球面透镜设计的第八透镜，由于其形状自由度较高的特点，可以降低成像镜头中心到边缘视场的球差，并且使得成像镜头在整体设计上至少节约1枚玻璃球面透镜，从而进一步降低成像镜头的成本。
另外，本申请成像镜头的双胶合透镜中，第五透镜的材料折射率在1.75～1.80之间，材料色散系数在46～53之间；第六透镜的材料折射率1.72～1.78之间，材料色散系数在22～28之间。采用该种设计方式，能够消除色散的同时，还能够降低双胶合透镜中胶合面的界面反射，从而提升光的穿透效率来降低杂散光。
进一步地，本申请的成像镜头中包含第一光阑和第二光阑，其中第一光阑为系统光阑(即光圈)，第二光阑为视场光阑。
在传统的可兼容可见光及近红外的成像镜头中，只存在单一的系统光阑，但是由于该种成像镜头所对应的波段范围较广，导致在大视角成像时经过系统光阑边缘的光线难以良好地收束聚焦以缩小光斑，而光斑较大时会导致成像的分辨率降低。
针对上述问题，本申请的成像镜头中添加第二光阑，该第二光阑能够遮蔽经过第一光阑边缘视场的光线，使得剩余光线能够良好地聚焦，而且不会遮蔽通过第一光阑0°视场的光线，从而提升成像镜头的分辨率。
图2为本申请第二实施例提供的第二光阑遮蔽经过第一光阑边缘视场光线的示意图；图3为本申请第三实施例提供的第二光阑不会遮蔽经过第一光阑0°视场光线的示意图。由图2和图3可以看出，本申请的成像镜头能够良好地对光线进行收束聚焦，从而缩小光斑提升分辨率。
具体地，在本申请的成像镜头中，第一光阑位于第四透镜与第五透镜之间；第二光阑位于第一光阑与第五透镜之间，且靠近第五透镜；第二光阑的开孔口径D2小于第一光阑的开孔口径D1。优选地，D1为5.02mm，D2为4.40mm。
表1为本申请第一实施例所提供的成像镜头的具体结构参数，如表1中所示：
表1成像镜头的具体结构参数表
Figure GDA0003893162100000051
Figure GDA0003893162100000061
另外，对于本申请的成像镜头中所涉及的非球面透镜，即第四透镜和第八透镜，可以使用以下公式来描述：
Figure GDA0003893162100000062
其中：z(r)为非球面的矢高；R为曲率半径；r为透镜轴向半径；K为圆锥系数，当K＜-1时，非球面为双曲面，-1＜K＜0时，非球面为椭圆面，K＝-1时，非球面为抛物面；Am为高阶项系数，m为高阶项的阶数，取值为2-16。
表2为本申请第一实施例所提供的成像镜头中第四透镜和第八透镜的高阶项系数的取值表，如表2中所示：
表2成像镜头中第四透镜和第八透镜的高阶项系数的取值表
Figure GDA0003893162100000063
Figure GDA0003893162100000071
图4为本申请第一实施例的成像镜头成像时的光斑示意图，如图4中所示，该成像镜头在不同视角下光斑RMS直径都在15μm以内；图5为本申请第一实施例的成像镜头成像时的畸变曲线图，如图5中所示，该成像镜头的光学畸变能够控制在1％以内。
根据本申请实施例的技术方案，通过包含8枚透镜以及2个光阑的成像镜头，在兼容可见光及近红外波段光线的同时，提升视场角，且能够保证成像的分辨率，实现在相同距离下拍摄更大范围的图像的技术效果。
图6为本申请第四实施例所提供的一种兼容可见光及近红外的成像装置的结构示意图，如图6中所示，该成像装置包含由8枚透镜(L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7以及L8)以及2个光阑(STOP1和STOP2)所构成的成像镜头，以及位于成像镜头之后的图像传感器(CG为图像传感器的玻璃盖板，IMAGE为图像传感器的感光面)。
其中，成像装置中的图像传感器为CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器，其根据由成像镜所聚焦的光线进行成像。另外，本申请成像装置中的图像传感器也可以为CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)。
本申请所涉及到的上述成像装置，在可见光及近红外波段具有较高的成像质量，畸变较小、分辨率较高，且成像角度更大，实现在相同距离下拍摄更大范围的图像的技术效果。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (6)

1.一种兼容可见光及近红外的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头沿入射光线方向从前到后依次包含具有负折射力的第一透镜、具有负折射力的第二透镜、具有正折射力的第三透镜、具有正折射力的第四透镜、第一光阑、第二光阑、具有正折射力的第五透镜、具有负折射力的第六透镜、具有正折射力的第七透镜以及具有正折射力的第八透镜；
其中，所述第五透镜与所述第六透镜构成双胶合透镜；
所述第二光阑的开孔口径小于所述第一光阑的开孔口径；
所述第一透镜与所述第二透镜的组合焦距在-11mm～-10mm之间；所述第三透镜与所述第四透镜的组合焦距在9.6mm～10mm之间；所述双胶合透镜与所述第七透镜的组合焦距在-18mm～-16mm之间；所述第七透镜与所述第八透镜的组合焦距在9.2mm～9.7mm之间。
2.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第三透镜与所述第四透镜之间的空气间隔在0.04mm～0.1mm之间；所述第六透镜与所述第七透镜之间的空气间隔在0.23mm～0.5mm之间；所述第七透镜与所述第八透镜之间的空气间隔在0.05mm～0.15mm之间。
3.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第四透镜与所述第八透镜为非球面透镜，其他透镜为球面透镜。
4.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第一光阑位于所述第四透镜与所述第五透镜之间；
所述第二光阑位于所述第一光阑与所述第五透镜之间，且靠近所述第五透镜。
5.一种成像装置，其特征在于，包含权利要求1-4中任一权利要求所述的成像镜头，以及位于所述成像镜头之后的图像传感器。
6.根据权利要求5所述的成像装置，其特征在于，所述图像传感器为CMOS传感器。
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