CN116009217A - 一种车载红外大光圈镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种车载红外大光圈镜头，所述镜头的光学系统包括沿光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，所述第三透镜和第四透镜之间设有光阑；所述第一透镜、第四透镜和第八透镜为负透镜，所述第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为正透镜；所述第七透镜和第八透镜组合构成胶合透镜。本发明通过合理设置红外光学镜头中透镜的数量以及光焦度组合，使得镜头具有更大的光圈，极大地提升了车载红外镜头在低照度下的成像效果；同时通过合理配置各个透镜的折射率以及相邻透镜之间的间距等，使得本发明的红外光学镜头具有大像面、高像素、结构紧凑、性价比高等优点。

Description

一种车载红外大光圈镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种车载红外大光圈镜头。

背景技术

近年来，车载镜头有较为广泛的应用市场和需求，若将其安装在汽车四周，即可实现汽车全方位无死角的成像需求，为驾驶员提供驾驶辅助和安全保障，也可以为无人驾驶的探测和监控提供相应帮助。

随着生活水平的提高和成像技术的发展，现有的车载镜头还需要具备一定的夜视能力。车载红外镜头运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形。车载红外镜头是利用红外热成像技术能将黑暗变得如同白昼，使驾驶员在黑夜里看得更远更清楚，同时无惧雾霾、沙尘天气，能全天时全天候工作。

现有技术中的车载红外镜头普遍只有F1.4(F数越大，镜头光圈越小)以下的光圈，无法获取在低照度的极端黑暗条件下(如黑夜或极端天气时)的高质量成像效果。

发明内容

本发明提出一种车载红外大光圈镜头，解决了现有技术中普通车载红外镜头普遍光圈较小，导致镜头在低照度环境下通光量小、成像质量差等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种车载红外大光圈镜头，所述镜头的光学系统包括沿光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，所述第三透镜和第四透镜之间设有光阑；所述第一透镜、第四透镜和第八透镜为负透镜，所述第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为正透镜；所述第七透镜和第八透镜组合构成胶合透镜。

作为本发明优选的方案，所述第一透镜、第四透镜和第八透镜均为双凹透镜，所述第三透镜、第六透镜、第七透镜均为双凸透镜；所述第二透镜、第五透镜的像侧面为凸面，物侧面为凹面或凸面；通过上述面形设计方便实现上述光焦度搭配方式，从而提升成像质量。

作为本发明优选的方案，所述光学系统中不同透镜的焦距满足如下条件：

-10.02mm≤f1≤-13.23mm；

50.10mm≤f2≤55.55mm；

11.35mm≤f3≤14.95mm；

-8.20mm≤f4≤-6.75mm；

15.1mm≤f5≤19.05mm；

13.5mm≤f6≤17.6mm；

7.20mm≤f7≤10.75mm；

-10.51mm≤f8≤-7.05mm；

其中，f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的镜片焦距；通过将各透镜的焦距约束在上述范围内，便于提升镜头在微光环境下的成像质量，有助于矫正公差，保证工艺装配性。

作为本发明优选的方案，所述光学系统中不同透镜的折射率满足如下条件：

1.71≤Nd1≤1.85；

1.80≤Nd2≤1.87；

1.88≤Nd3≤1.95；

1.89≤Nd4≤1.95；

1.72≤Nd5≤1.85；

1.68≤Nd6≤1.80；

1.62≤Nd5≤1.805；

1.62≤Nd5≤1.805；

其中，Nd1、Nd2、Nd3、Nd4、Nd5、Nd6、Nd7、Nd8分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的光学材质折射率。

作为本发明优选的方案，所述光学系统中相邻透镜之间的间距满足如下条件：

2.31mm≤CV1≤2.86mm；

0.02mm≤CV2≤0.25mm；

0.15mm≤CV3≤0.73mm；

4.69mm≤CV4≤6.31mm；

0.52mm≤CV5≤1.20mm；

0.02mm≤CV6≤0.15mm；

0.00mm≤CV7≤0.17mm；

4.55mm≤CV8≤6.75mm；

其中，CV1为第一透镜与第二透镜的间距，CV2为第二透镜与第三透镜的间距，CV3为第三透镜与光阑的间距，CV4为光阑与第四透镜的间距，CV5为第四透镜与第五透镜的间距，CV6为第五透镜与第六透镜的间距，CV7为第六透镜与第七透镜的间距，CV8为第三透镜与第四透镜的间距。

作为本发明优选的方案，所述光学系统的有效焦距为：7.5mm≤EFL≤10.1mm；所述光学系统的光学后焦为：4.50mm≤BFL≤6.00mm。

作为本发明优选的方案，所述光学系统的光圈为：0.90≤F/NO≤1.2，通过合理设置红外光学镜头中透镜的数量以及光焦度组合，使得本发明的透镜可以达到F1.0大光圈的效果，从而提升在低照度环境下的成像效果。

作为本发明优选的方案，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为玻璃透镜，采用全玻璃透镜组合，一方面降低了结构的复杂度，另一方面降低了镜头整体的热膨胀系数，提升了镜头在恶劣气候环境下(极寒或极热环境)的稳定性。

有益效果

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：本发明通过合理设置红外光学镜头中透镜的数量以及光焦度组合，使得本发明的红外光学镜头具有更大的光圈，增大了镜头的通光量，极大地提升了车载红外镜头在低照度下的成像效果。同时通过合理配置各个透镜的折射率以及相邻透镜之间的间距等，使得本发明的红外光学镜头具有大像面、高像素、结构紧凑、性价比高等优点。

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1一种车载红外大光圈镜头的结构示意图；

图2为本发明实施例1中红外大光圈镜头的光线扇形图；

图3为本发明实施例1中红外大光圈镜头的场曲-畸变示意图；

图4为本发明实施例1中红外大光圈镜头的垂轴像差示意图；

图5为本发明实施例2一种车载红外大光圈镜头的结构示意图；

图6为本发明实施例2中红外大光圈镜头的光线扇形图；

图7为本发明实施例2中红外大光圈镜头的场曲-畸变示意图；

图8为本发明实施例2中红外大光圈镜头的垂轴像差示意图；

图中：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、光阑；5、第四透镜；6、第五透镜；7、第六透镜；8、第七透镜；9、第八透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1所示，本实施例提供了一种车载红外大光圈镜头，所述镜头的光学系统包括沿光轴依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8和第八透镜9，所述第三透镜3和第四透镜5之间设有光阑4；所述第一透镜1、第四透镜5和第八透镜9为负透镜，所述第二透镜2、第三透镜3、第五透镜6、第六透镜7和第七透镜8为正透镜；所述第七透镜8和第八透镜9组合构成胶合透镜。本实施例的光学系统中所有的透镜均采用全玻璃透镜。

作为本实施例优选的方案，所述第一透镜1、第四透镜5和第八透镜9均为双凹透镜，所述第三透镜3、第六透镜7、第七透镜8均为双凸透镜；所述第二透镜2、第五透镜6的像侧面为凸面，物侧面为凸面；通过上述面形设计方便实现上述光焦度搭配方式，从而提升成像质量。

作为本实施例优选的方案，所述光学系统中不同透镜的焦距满足如下条件：

-10.02mm≤f1≤-13.23mm；

50.10mm≤f2≤55.55mm；

11.35mm≤f3≤14.95mm；

-8.20mm≤f4≤-6.75mm；

15.1mm≤f5≤19.05mm；

13.5mm≤f6≤17.6mm；

7.20mm≤f7≤10.75mm；

-10.51mm≤f8≤-7.05mm；

其中，f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8分别为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9的镜片焦距；通过将各透镜的焦距约束在上述范围内，便于提升镜头在微光环境下的成像质量，有助于矫正公差，保证工艺装配性。

作为本实施例优选的方案，所述光学系统中不同透镜的折射率满足如下条件：

1.71≤Nd1≤1.85；

1.80≤Nd2≤1.87；

1.88≤Nd3≤1.95；

1.89≤Nd4≤1.95；

1.72≤Nd5≤1.85；

1.68≤Nd6≤1.80；

1.62≤Nd5≤1.805；

1.62≤Nd5≤1.805；

其中，Nd1、Nd2、Nd3、Nd4、Nd5、Nd6、Nd7、Nd8分别为第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8、第八透镜9的光学材质折射率。

作为本实施例优选的方案，所述光学系统中相邻透镜之间的间距满足如下条件：

2.31mm≤CV1≤2.86mm；

0.02mm≤CV2≤0.25mm；

0.15mm≤CV3≤0.73mm；

4.69mm≤CV4≤6.31mm；

0.52mm≤CV5≤1.20mm；

0.02mm≤CV6≤0.15mm；

0.00mm≤CV7≤0.17mm；

4.55mm≤CV8≤6.75mm；

其中，CV1为第一透镜1与第二透镜2的间距，CV2为第二透镜2与第三透镜3的间距，CV3为第三透镜3与光阑4的间距，CV4为光阑4与第四透镜5的间距，CV5为第四透镜5与第五透镜6的间距，CV6为第五透镜6与第六透镜7的间距，CV7为第六透镜7与第七透镜8的间距，CV8为第三透镜3与第四透镜5的间距。

作为本实施例优选的方案，所述光学系统的有效焦距为：7.5mm≤EFL≤10.1mm；所述光学系统的光学后焦为：4.50mm≤BFL≤6.00mm。

作为本实施例优选的方案，所述光学系统的光圈为：0.90≤F/NO≤1.2，通过合理设置红外光学镜头中透镜的数量以及光焦度组合，使得本发明的透镜可以达到F1.0大光圈的效果，从而提升在低照度环境下的成像效果。

本实施例中，第一透镜至第八透镜的光学物理参数如下表1所示：

表1第一透镜至第八透镜的光学物理参数表

表1中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中序号“1”代表第一透镜的前表面，依此类推，序号“7”为光阑；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“Infinity”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率(Nd)代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，阿贝数(Vd)代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性。

图2为本实施例红外大光圈镜头的光线扇形图(Ray-Fan)，表示光线与像面交点坐标和主光线与像面交点坐标之间的差值，光线扇形图的横轴比例尺是归一化的入瞳坐标；图中三种不同波长光线在该红外大光圈镜头的不同视场角下的差值均在较小的范围内，表明该红外大光圈镜头对色差具有很好的矫正效果，有利于提高镜头的像素。

图3为本实施例红外大光圈镜头的场曲-畸变示意图，图中，左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧失；图中三种不同波长光线在该红外大光圈镜头的场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图3可以看出，本实施例提供的红外大光圈镜头的畸变在16％以内，得到了较好地矫正，成像畸变较小，满足低畸变的要求。

图4为本实施例红外大光圈镜头的垂轴像差示意图，图中纵轴为无量纲量，表示的是归一化入瞳半径，横坐标表示从像面到光线与光轴交点的距离，该红外光学镜头在三种不同波长下的像差均在±0.04mm范围内，表明该红外光学镜头的垂轴像差矫正良好。

实施例2

参照图5所示，本实施例提供了一种车载红外大光圈镜头，与上述实施例1的区别点在于，还包括设置在第八透镜像面一侧的滤光片，且本实施例中第一透镜至第八透镜的光学物理参数与实施例1也不同，本实施例中第一透镜至第八透镜的光学物理参数如下表2所示：

表2第一透镜至第八透镜的光学物理参数表

序号	表面类型	曲率半径	厚度	材料(Nd)	材料(vd)	半直径
							OBJ	STANDARD	Infinity	Infinity
1	STANDARD	-75.61106	0.900	1.7725	49.61	14.944
							2	STANDARD	10.53721	2.651			13.197
3	STANDARD	-80.43296	2.700	1.6476	33.84	13.216
							4	STANDARD	-29.26951	0.100			13.795
5	STANDARD	12.75732	4.300	1.8830	40.87	14.200
							6	STANDARD	-61.25521	0.520			13.423
7	STANDARD	Infinity	5.048			12.783
							8	STANDARD	-9.791808	0.750	1.9229	18.9	10.191
9	STANDARD	22.54549	0.710			10.892
							10	STANDARD	Infinity	3.650	1.8061	40.94	10.938
11	STANDARD	-11.42237	0.080			12.015
							12	STANDARD	Infinity	0.000			12.240
13	STANDARD	17.50021	3.800	1.7550	52.33	13.512
							14	STANDARD	-37.46796	0.080			13.667
15	STANDARD	14.40269	4.400	1.6968	55.53	13.366
							16	STANDARD	-11.76041	1.200	1.7174	29.51	12.975
17	STANDARD	18.52032	1.500			11.095
							18	STANDARD	Infinity	0.700	1.5268	64.21	10.859
19	STANDARD	Infinity	4.427			10.692
							IMA	STANDARD	Infinity				9.132

表1中的面序号根据各个透镜的表面顺序来进行编号，其中序号“1”代表第一透镜的前表面，依此类推，序号“7”为光阑；“OJB”表示物面，“IMA”表示像面；曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表该表面弯向像面一侧，负值代表该表面弯向物面一侧，其中“Infinity”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率(Nd)代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，阿贝数(Vd)代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的色散特性。

图6为本实施例红外大光圈镜头的光线扇形图(Ray-Fan)，表示光线与像面交点坐标和主光线与像面交点坐标之间的差值，光线扇形图的横轴比例尺是归一化的入瞳坐标；图中三种不同波长光线在该红外大光圈镜头的不同视场角下的差值均在较小的范围内，表明该红外大光圈镜头对色差具有很好的矫正效果，有利于提高镜头的像素。

图7为本实施例红外大光圈镜头的场曲-畸变示意图，图中，左侧坐标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中T表示子午，S表示弧失；图中三种不同波长光线在该红外大光圈镜头的场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小；右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；由图7可以看出，本实施例提供的红外大光圈镜头的畸变在16％以内，得到了较好地矫正，成像畸变较小，满足低畸变的要求。

图8为本实施例红外大光圈镜头的垂轴像差示意图，图中纵轴为无量纲量，表示的是归一化入瞳半径，横坐标表示从像面到光线与光轴交点的距离，该红外光学镜头在三种不同波长下的像差均在±0.04mm范围内，表明该红外光学镜头的垂轴像差矫正良好。

本实施例提供的红外大光圈镜头，通过合理设置透镜的数量、透镜的曲率半径、透镜之间的间距、透镜的类型、透镜的折射率和阿贝数等，保证可以实现一种小型化、大光圈、大像面、高像素、性价比高的车载红外镜头。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车载红外大光圈镜头，其特征在于，所述镜头的光学系统包括沿光轴依次设置的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(5)、第五透镜(6)、第六透镜(7)、第七透镜(8)和第八透镜(9)，所述第三透镜(3)和第四透镜(5)之间设有光阑(4)；所述第一透镜(1)、第四透镜(5)和第八透镜(9)为负透镜，所述第二透镜(2)、第三透镜(3)、第五透镜(6)、第六透镜(7)和第七透镜(8)为正透镜；所述第七透镜(8)和第八透镜(9)组合构成胶合透镜。

2.如权利要求1所述的一种车载红外大光圈镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)、第四透镜(5)和第八透镜(9)均为双凹透镜。

3.如权利要求1所述的一种车载红外大光圈镜头，其特征在于，所述光学系统中不同透镜的焦距满足如下条件：

-10.02mm≤f1≤-13.23mm；

50.10mm≤f2≤55.55mm；

11.35mm≤f3≤14.95mm；

-8.20mm≤f4≤-6.75mm；

15.1mm≤f5≤19.05mm；

13.5mm≤f6≤17.6mm；

7.20mm≤f7≤10.75mm；

-10.51mm≤f8≤-7.05mm；

其中，f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8分别为第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(5)、第五透镜(6)、第六透镜(7)、第七透镜(8)、第八透镜(9)的镜片焦距。

4.如权利要求1所述的一种车载红外大光圈镜头，其特征在于，所述光学系统中不同透镜的折射率满足如下条件：

1.71≤Nd1≤1.85；

1.80≤Nd2≤1.87；

1.88≤Nd3≤1.95；

1.89≤Nd4≤1.95；

1.72≤Nd5≤1.85；

1.68≤Nd6≤1.80；

1.62≤Nd5≤1.805；

1.62≤Nd5≤1.805；

其中，Nd1、Nd2、Nd3、Nd4、Nd5、Nd6、Nd7、Nd8分别为第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(5)、第五透镜(6)、第六透镜(7)、第七透镜(8)、第八透镜(9)的光学材质折射率。

5.如权利要求1所述的一种车载红外大光圈镜头，其特征在于，所述光学系统中相邻透镜之间的间距满足如下条件：

2.31mm≤CV1≤2.86mm；

0.02mm≤CV2≤0.25mm；

0.15mm≤CV3≤0.73mm；

4.69mm≤CV4≤6.31mm；

0.52mm≤CV5≤1.20mm；

0.02mm≤CV6≤0.15mm；

0.00mm≤CV7≤0.17mm；

4.55mm≤CV8≤6.75mm；

其中，CV1为第一透镜(1)与第二透镜(2)的间距，CV2为第二透镜(2)与第三透镜(3)的间距，CV3为第三透镜(3)与光阑(4)的间距，CV4为光阑(4)与第四透镜(5)的间距，CV5为第四透镜(5)与第五透镜(6)的间距，CV6为第五透镜(6)与第六透镜(7)的间距，CV7为第六透镜(7)与第七透镜(8)的间距，CV8为第三透镜(3)与第四透镜(5)的间距。

6.如权利要求1所述的一种车载红外大光圈镜头，其特征在于，所述光学系统的有效焦距为：7.5mm≤EFL≤10.1mm；所述光学系统的光学后焦为：4.50mm≤BFL≤6.00mm。

7.如权利要求1所述的一种车载红外大光圈镜头，其特征在于，所述光学系统的光圈为：0.90≤F/NO≤1.2。

8.如权利要求1所述的一种车载红外大光圈镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(5)、第五透镜(6)、第六透镜(7)、第七透镜(8)和第八透镜(9)均为玻璃透镜。

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