CN113985585B

CN113985585B - 红外共焦镜头

Info

Publication number: CN113985585B
Application number: CN202111594000.5A
Authority: CN
Inventors: 凌兵兵; 鲍宇旻; 王克民
Original assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Lianchuang Electronic Co Ltd
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2041-12-24
Also published as: CN113985585A

Abstract

本发明公开了一种红外共焦镜头，该红外共焦镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，其像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，其像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第六透镜，其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面，且第六透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点。该红外共焦镜头具有大通光量、高清晰、无热化、日夜共焦的优点。

Description

红外共焦镜头

技术领域

本发明涉及成像镜头技术领域，特别是涉及一种红外共焦镜头。

背景技术

近几年，伴随着汽车行业的蓬勃发展，自动化以及车内监控和感应系统都开始快速发展起来，而车载镜头作为自动驾驶辅助系统的关键部件也迎来了较快发展，车载镜头的成像质量和可靠性越来越被汽车厂家所考虑。

由于汽车的应用环境复杂多变且安全性能要求较高，对搭载在车内驾驶辅助系统中的摄像镜头的可靠性要求会比普通的光学镜头更高，不仅要有高清晰的成像质量，还要保证白天、夜晚不同光照条件下的高质量图像输出，同时还需要具有较强的环境适应性，保证镜头在高低温环境下也能保持较好的解像力。然而现有市场上的镜头难以同时满足上述要求，因此迫切需要设计一种通光量大、成像清晰、无热化且日夜共焦的镜头，以更好满足车载系统的使用需求。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种红外共焦镜头，具有大通光量、高清晰、无热化、日夜共焦的优点。

本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。

本发明提供了一种红外共焦镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的像侧面为凸面；具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且所述第六透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；其中，所述第一透镜为玻璃非球面镜片，所述第二透镜为玻璃球面镜片，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜均为塑胶非球面镜片。

相较现有技术，本发明提供的红外共焦镜头，采用六片镜片设计，通过对光路中各透镜的光焦度的合理分配，使镜头在可见光（435nm～650nm）和红外光（920nm～960nm）的光谱范围的像差得到合理的校正和平衡，从而使镜头不仅能在白昼的光照环境下清晰成像，在夜间极低照度环境下，通过红外补光，也能实现清晰成像；光阑位于第二透镜和第三透镜之间，经过光阑后四个透镜对入射光线的收敛作用，保证了各透镜入射角大小的均衡性，使得进入成像面的光线更加平缓，从而降低镜头敏感度，同时也使系统结构更紧凑，有利于减小光学总长，减少镜头体积，实现镜头的小型化；通过玻璃球面与非球面镜片和塑胶非球面镜片的合理搭配以及光焦度的合理组合，使镜头具有体积小、成像品质高、成像性能稳定及制造成本低等特点。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例的红外共焦镜头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的红外共焦镜头在435nm～650nm的光谱条件下的MTF曲线图；

图3为本发明第一实施例的红外共焦镜头在920nm～960nm的光谱条件下的MTF曲线图；

图4为本发明第二实施例的红外共焦镜头的结构示意图；

图5为本发明第二实施例的红外共焦镜头在435nm～650nm的光谱条件下MTF曲线图；

图6本发明第二实施例的红外共焦镜头在920nm～960nm的光谱条件下MTF曲线图；

图7为本发明第三实施例的红外共焦镜头的结构示意图；

图8为本发明第三实施例的红外共焦镜头的横向色差曲线图；

图9为本发明第三实施例的红外共焦镜头的轴向色差曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

本发明提出一种红外共焦镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、滤光片。

其中，第一透镜具有负光焦度，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；

第二透镜具有正光焦度，第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第三透镜具有正光焦度，第三透镜的像侧面为凸面；

第四透镜具有负光焦度，第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

第五透镜具有正光焦度，第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

第六透镜具有负光焦度，第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且第六透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点，经过特别设计的第六透镜主要用于畸变的矫正，同时用于实现对光线出射角的控制，进而提升系统的相对照度。

其中，第一透镜为玻璃非球面镜片，第二透镜为玻璃球面镜片，第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为塑胶非球面镜片。第一透镜使用玻璃非球面镜片，在有效改善镜头畸变的同时，也可以使镜头在通过信赖性试验时更有保障，以更好的适用于户外比较严苛的环境中；由于玻璃材料相较于塑胶材料热稳定性更好，光阑前的第二透镜使用玻璃球面透镜可以有效降低镜头对温度的敏感度，提升系统稳定性；光阑后面四片塑胶材料镜片的使用，在满足镜头成像要求的同时降低了生产成本，有利于市场的推广应用。

本发明提供的红外共焦镜头采用六片镜片设计，通过玻璃球面与非球面镜片和塑胶非球面镜片的合理搭配，使镜头具有体积小、成像品质高、成像性能稳定及制造成本低等特点；同时所述镜头在光学设计过程中，通过控制红外光和可见光的对焦位置重合，使镜头能够在可见光（435nm～650nm ）和红外光（920nm～960nm）的光谱范围内清晰成像；在一些实施例中，当通过控制红外光和可见光的垂轴色差在7微米以内，可使镜头满足红外光和可见光在一个系统中同时工作的需求。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头满足条件式：

0.2＜SAG11/SAG12＜0.8；（1）

1.5＜R11/R12＜4；（2）

其中，SAG11表示第一透镜的物侧面的边缘矢高，SAG12表示第一透镜的像侧面的边缘矢高，R11表示第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示第一透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（1）、（2），能够使通过第一透镜的光线分布更为均匀，有利于合理分配镜头前端的光线偏转角，也有利于增大系统的摄物空间，实现镜头的广视角成像。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头满足条件式：

0.5＜IH/(f × tanθ)＜0.8；（3）

其中，θ表示所述红外共焦镜头的半视场角，IH表示所述红外共焦镜头的半视场角对应的像高，f表示所述红外共焦镜头的有效焦距。IH/(f × tanθ)反映了实际像高与理想像高的比值，满足上述条件式（3），在一定程度上对系统的畸变起了限制作用，以满足系统可以匹配特定芯片的使用需求。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头满足条件式：

1.1＜(CT3+CT4+CT5+CT6)/(ET3+ ET4+ET5+ET6)＜1.2；（4）

其中，ET3表示第三透镜的边缘厚度，ET4表示第四透镜的边缘厚度，ET5表示第五透镜的边缘厚度，ET6表示第六透镜的边缘厚度，CT3表示第三透镜的中心厚度，CT4表示第四透镜的中心厚度，CT5表示第五透镜的中心厚度，CT6表示第六透镜的中心厚度。满足上述条件式（4），能够合理的配置中心视场和轴外视场在各塑胶镜片间的光程差关系，有利于矫正系统的慧差和球面像差，提高整体成像质量。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头满足条件式：

2.5＜R62/CT6＜4.5；（5）

-1＜φ6/φ＜-0.2；（6）

其中，R62表示第六透镜的像侧面的曲率半径，CT6表示第六透镜的中心厚度，φ6表示第六透镜的光焦度，φ表示所述红外共焦镜头的光焦度。满足上述条件式（5）、（6），通过合理控制第六透镜的焦距及面型，可以使轴外视场的光线在成像面上更好的汇聚，这样有利于矫正系统的像差，同时能够满足像高的要求。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头满足条件式：

4＜TTL/f＜6；（7）

1.5＜SD11/f＜2.5；（8）

其中，f表示所述红外共焦镜头的有效焦距，TTL表示所述红外共焦镜头的光学总长，SD11表示第一透镜的有效口径。满足上述条件式（7）、（8），能够均衡系统焦距与系统总长、前端口径的关系，在满足系统有效焦距的同时，也能够保证前端小口径和缩小镜头总长，有利于镜头小型化的实现。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头满足条件式：

-1＜φ3/φ4＜-0.3；（9）

-3＜φ5/φ6＜-1；（10）

0＜(φ3+φ4+φ5+φ6)/φ＜0.18；（11）

其中，φ3表示第三透镜的光焦度，φ4表示第四透镜的光焦度，φ5表示第五透镜的光焦度，φ6表示第六透镜的光焦度，φ表示所述红外共焦镜头的光焦度。满足上述条件式（9）—（11），通过合理的分配各个塑胶镜片的光焦度，可有效矫正镜头的像散，提升镜头的解析力。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头满足条件式：

-0.15＜(SAG41-SAG42)/DT4＜0；（12）

其中，SAG41表示第四透镜的物侧面的边缘矢高，SAG42表示第四透镜的像侧面的边缘矢高，DT4表示第四透镜的有效半口径。满足上述条件式（12），使第四透镜满足薄型化透镜设计的同时，尽量减缓光线转折的角度，降低像差的矫正难度，提高成像质量。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头满足条件式：

0.2＜CT5/ƩCT＜0.45；（13）

0.8＜φ5/φ＜1.5；（14）

其中，CT5表示第五透镜的中心厚度，ƩCT表示第一透镜至第六透镜的中心厚度总和，φ5表示第五透镜的光焦度，φ表示所述红外共焦镜头的光焦度。满足上述条件式（13）、（14），通过合理设置第五透镜的厚度及光焦度，能够使第五透镜更好的矫正系统像散，有助于提高成像品质。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头满足条件式：

-25＜R21/R22＜-1；（15）

其中，R21表示第二透镜的物侧面的曲率半径，R22表示第二透镜的像侧面的曲率半径。满足上述条件式（15），设置第二透镜为双凸正透镜，可以有效收敛光线，降低后续系统像差矫正的难度，提高整体成像质量。

在一些实施方式中，所述红外共焦镜头的适用光谱范围为435nm～650nm和920nm～960nm，表明所述镜头不仅能在白昼的光照环境下清晰成像，在夜间极低照度环境下，通过红外补光也能清晰成像。

上述的红外共焦镜头对0.5m-1.5m处的物体成像更加清晰。

下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中，红外共焦镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制，其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化，都应视为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

在本发明各个实施例中，当红外共焦镜头中的透镜为非球面透镜时，各个非球面面型均满足如下方程式：

其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c表示曲面顶点的曲率，K表示二次曲面系数，h表示光轴到曲面的距离，B、C、D、E和F分别表示四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶曲面系数。

第一实施例

请参阅图1，为本发明第一实施例提供的红外共焦镜头100的结构示意图，该红外共焦镜头100沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、光阑ST、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、滤光片G1。

第一透镜L1具有负光焦度，第一透镜的物侧面S1为凸面，第一透镜的像侧面S2为凹面；

第二透镜L2具有正光焦度，第二透镜的物侧面S3和像侧面S4均为凸面；

第三透镜L3具有正光焦度，第三透镜的物侧面S5为凹面，第三透镜的像侧面S6为凸面；

第四透镜L4具有负光焦度，第四透镜的物侧面S7在近光轴处为凸面，第四透镜的像侧面S8在近光轴处为凹面；

第五透镜L5具有正光焦度，第五透镜的物侧面S9和像侧面S10均为凸面；

第六透镜L6具有负光焦度，第六透镜的物侧面S11在近光轴处为凸面，第六透镜的像侧面S12在近光轴处为凹面，且第六透镜的物侧面S11和像侧面S12均具有一个反曲点。

滤光片G1的物侧面为S13，滤光片G1的像侧面为S14。

该红外共焦镜头100的成像面为S15。

其中，第一透镜L1为玻璃非球面镜片，第二透镜L2为玻璃球面镜片，第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5以及第六透镜L6均为塑胶非球面镜片。

本实施例提供的红外共焦镜头100的各个镜片相关参数如表1所示。

表1

本实施例中的红外共焦镜头100的非球面透镜的相关参数如表2所示。

表2

本实施例提供的红外共焦镜头100在435nm～650nm（可见光）和900nm～1100nm（红外光）的光谱条件下MTF曲线如图2和图3所示，由图2、图3可以看出在435nm～650nm和920nm～960nm的光谱条件下，对应的113lp/mm处MTF值在全视场范围内都大于0.5，说明镜头在白昼和夜晚情况下都具备良好的分辨率，在日夜环境下都能够实现较好的成像效果。

第二实施例

请参阅图4，所示为本实施例提供的红外共焦镜头200的结构示意图，本实施例中的红外共焦镜头200与第一实施例当中的红外共焦镜头100各个透镜的面型凹凸大抵相同，不同之处在于：第三透镜L3的物侧面S5在近光轴处为凸面，且各透镜的曲率半径、厚度等参数存在差异。具体本实施例当中的红外共焦镜头200的各个镜片的相关参数如表3所示。

表3

本实施例中的红外共焦镜头200的非球面透镜的相关参数如表4所示。

表4

本实施例提供的红外共焦镜头200在435nm～650nm（可见光）和900nm～1100nm（红外光）的光谱条件下MTF曲线如图5和图6所示，由图5、图6可以看出在435nm～650nm和920nm～960nm的光谱条件下，对应的113lp/mm处MTF值在全视场范围内都大于0.4，说明镜头在白昼和夜晚情况下都具备良好的分辨率，在日夜环境下都能够实现较好的成像效果。

第三实施例

请参阅图7，所示为本实施例提供的红外共焦镜头300的结构示意图，本实施例中的红外共焦镜头300与第一实施例当中的红外共焦镜头100各个透镜的面型凹凸大抵相同，不同之处在于：第三透镜L3的物侧面S5为凸面，第四透镜L4的物侧面S7在近光轴处为凹面，且各透镜的曲率半径、厚度等参数存在差异。具体本实施例当中的红外共焦镜头300的各个镜片的相关参数如表5所示。

表5

本实施例中的红外共焦镜头300的非球面透镜的相关参数如表6所示。

表6

本实施例提供的红外共焦镜头300的垂轴色差和轴向色差分别如图8和图9所示。由图8可以看出所述镜头在可见光波段和红外光波段的垂轴色差在7微米内，由图9可以看出所述镜头在可见光波段和红外光波段的轴向色差在中心对焦位置均在±0.06毫米内，说明所述镜头在可见光和红外光的色差得到了很好的矫正，可见镜头在白昼和夜晚情况下都能够较好的成像；且所述镜头能够满足红外光和可见光在一个系统中同时工作的需求。

表7是上述3个实施例及其对应的光学特性，包括红外共焦镜头的有效焦距f、半视场角θ、半视场角对应的像高IH和光学总长TTL，以及与前面每个条件式对应的数值。

表7

上述各实施例表明，本发明提供的红外共焦镜头均达到了以下的光学指标：（1）光学总长：TTL＜15mm；（2）适用光谱范围为：435nm~656nm 和920nm～960nm。

综合上述实施例，本发明所提供的红外共焦镜头具有以下的优点：

（1）本发明的光路采用多个镜片，通过对光路中各镜片的光焦度合理分配，使得镜头在可见光波段（435nm～650nm）以及红外光波段（920nm～960nm）的光谱范围的像差得到合理的校正和平衡，使得镜头不仅能在白昼的光照环境下清晰成像，在夜间极低照度环境下，通过红外补光，也能清晰成像。

(2)光阑位于第二透镜和第三透镜之间，经过光阑后面四个透镜对入射光线的收敛作用，保证了各透镜入射角大小的均衡性，使得进入成像面的光线更加平缓，从而降低镜头敏感度，同时也使得系统结构更紧凑，有利于减小光学总长，减少镜头体积，实现镜头的小型化。

(3)通过玻璃球面、非球面镜片和塑胶非球面的合理搭配以及光焦度的合理组合，使镜头具有体积小、成像品质高、成像性能稳定及制造成本低等特点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种红外共焦镜头，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：

具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，所述第一透镜的像侧面为凹面；

具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

光阑；

具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的像侧面为凸面；

具有负光焦度的第四透镜，所述第四透镜的像侧面在近光轴处为凹面；

具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凸面；

具有负光焦度的第六透镜，所述第六透镜的物侧面在近光轴处为凸面，所述第六透镜的像侧面在近光轴处为凹面，且所述第六透镜的物侧面和像侧面均具有至少一个反曲点；

其中，所述第一透镜为玻璃非球面镜片，所述第二透镜为玻璃球面镜片，所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜均为塑胶非球面镜片；

所述红外共焦镜头满足条件式：

0.5＜IH/(f × tanθ)＜0.8；

-25＜R21/R22＜-1；

其中，θ表示所述红外共焦镜头的半视场角，IH表示所述红外共焦镜头的半视场角对应的像高，f表示所述红外共焦镜头的有效焦距，R21表示所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R22表示所述第二透镜的像侧面的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足以下条件式：

0.2＜SAG11/SAG12＜0.8；

1.5＜R11/R12＜4；

其中，SAG11表示所述第一透镜的物侧面的边缘矢高，SAG12表示所述第一透镜的像侧面的边缘矢高，R11表示所述第一透镜的物侧面的曲率半径，R12表示所述第一透镜的像侧面的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足条件式：

1.1＜(CT3+CT4+CT5+CT6)/(ET3+ ET4+ET5+ET6)＜1.2；

其中，ET3表示所述第三透镜的边缘厚度，ET4表示所述第四透镜的边缘厚度，ET5表示所述第五透镜的边缘厚度，ET6表示所述第六透镜的边缘厚度，CT3表示所述第三透镜的中心厚度，CT4表示所述第四透镜的中心厚度，CT5表示所述第五透镜的中心厚度，CT6表示所述第六透镜的中心厚度。

4.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足条件式：

2.5＜R62/CT6＜4.5；

-1＜φ6/φ＜-0.2；

其中，R62表示所述第六透镜的像侧面的曲率半径，CT6表示所述第六透镜的中心厚度，φ6表示所述第六透镜的光焦度，φ表示所述红外共焦镜头的光焦度。

5.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足条件式：

4＜TTL/f＜6；

1.5＜SD11/f＜2.5；

其中，TTL表示所述红外共焦镜头的光学总长，SD11表示所述第一透镜的有效口径。

6.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足条件式：

-1＜φ3/φ4＜-0.3；

-3＜φ5/φ6＜-1；

0＜(φ3+φ4+φ5+φ6)/φ＜0.18；

其中，φ3表示所述第三透镜的光焦度，φ4表示所述第四透镜的光焦度，φ5表示所述第五透镜的光焦度，φ6表示所述第六透镜的光焦度，φ表示所述红外共焦镜头的光焦度。

7.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足条件式：

-0.15＜(SAG41-SAG42)/DT4＜0；

其中，SAG41表示所述第四透镜的物侧面的边缘矢高，SAG42表示所述第四透镜的像侧面的边缘矢高，DT4表示所述第四透镜的有效半口径。

8.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述红外共焦镜头满足条件式：

0.2＜CT5/ƩCT＜0.45；

0.8＜φ5/φ＜1.5；

其中，CT5表示所述第五透镜的中心厚度，ƩCT表示所述第一透镜至所述第六透镜的中心厚度总和，φ5表示所述第五透镜的光焦度，φ表示所述红外共焦镜头的光焦度。