CN116736494A - 微光夜视镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微光夜视镜头，包括中空的筒体；筒体内表面沿着其轴向延伸方向顺次设置有相互连通的若干过渡段；若干透镜单元，沿着筒体的中心轴方向顺次且间隔的设置在筒体内表面的不同位置；CCD单元设置在筒体轴向方向的一端并位于该处的透镜单元的出光侧，并与筒体间隔设置，所述CCD单元的径向尺寸不超过筒体轴向方向的另一端透镜单元的直径。本方案通过合理对透镜单元进行布局，在镜头尺寸有限的前提下，获得更大的有效焦距和成像质量，提高图像的细节信息。

Description

微光夜视镜头

技术领域

本发明涉及微光夜视技术领域，尤其涉及一种微光夜视镜头。

背景技术

微光夜视仪是一种从环境中采集微弱光信号并进行图像增强处理，以便人眼能够识别物体轮廓的电子设备，提供在光照条件差的情况下观察和识别目标的能力，而且微光夜视仪是处于被动工作方式，具有较好的隐蔽性。

微光夜视仪的核心是镜头部分，微光夜视镜头通过采集进入设备的光线，并转换为电信号，并进一步进行后续的信号增强和可视化。为了满足微型化和高透过率的需求，公开号为CN111308664A的中国发明专利公开了一种，微光夜视仪的主镜筒内的镜片外径依次减小，以适配较小的CCD尺寸；但是随着客户需求的不断提高，在较小的镜头整体尺寸下，对适配更大尺寸的CCD，以提高成像质量，丰富图像细节等方面有更高的要求，现有产品难以兼顾上述需求。

为解决上述问题，设计开发一种结构紧凑、适配较大尺寸的CCD的小型化的、微光夜视镜头，是非常有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种结构紧凑、能够适配较大尺寸的CCD的微光夜视镜头。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了微光夜视镜头，包括：

中空的筒体；

筒体内表面沿着其轴向延伸方向顺次设置有相互连通的若干过渡段；

若干透镜单元，沿着筒体的中心轴方向顺次且间隔的设置在各过渡段的不同位置；

CCD单元，设置在筒体轴向方向的一端并位于该处的透镜单元的出光侧，并与筒体间隔设置，所述CCD单元的径向尺寸不超过筒体轴向方向的另一端透镜单元的直径。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述若干过渡段有四个；第一过渡段、第二过渡段、第三过渡段的内径顺次递减；第四过渡段的内径大于第三过渡段的内径，且小于第二过渡段的内径。

优选的，所述若干透镜单元为六个，第一透镜单元设置在第一过渡段远离第二过渡段的一端；第二透镜单元设置在第一过渡段与第二过渡段的相邻一端；第三透镜单元设置在第二过渡段的非端部位置；第四透镜单元设置在第二过渡段与第三过渡段的相邻一端；第五透镜单元设置在第三过渡段的非端部位置；第六透镜单元设置在第三过渡段与第四过渡段的相邻一端的筒体内表面；所述第一透镜单元与第二透镜单元之间、第二透镜单元与第三透镜单元之间、第三透镜单元与第四透镜单元之间和第五透镜单元与第六透镜单元之间均设置有环形限位件，环形限位件与上述相邻的透镜单元的端面的边缘相互抵持。

优选的，所述第一透镜单元包括第一月牙凸透镜，第一月牙凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径小于第一月牙凸透镜的出光侧的凹面的曲率半径；第一月牙凸透镜的进光侧的凸面还超出筒体的端面轮廓向外伸出。

优选的，所述第二透镜单元包括第一平凹透镜和第二平凹透镜，第一平凹透镜的凹面为第二透镜单元的进光侧，第二平凹透镜的凹面为第二透镜单元的出光侧，第一平凹透镜的凹面的曲率半径大于第二平凹透镜的凹面的曲率半径；第一平凹透镜的平端面与第二平凹透镜的平端面相互抵持。

优选的，所述第三透镜单元包括平凸透镜，平凸透镜的凸面为第三透镜单元的进光侧，平凸透镜的平端面为第三透镜单元的出光侧；平凸透镜的直径与第二平凹透镜的直径相同，平凸透镜的凸面的曲率半径小于第一月牙凸透镜的凸面的曲率半径。

优选的，所述第四透镜单元包括双凸透镜，且双凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径小于双凸透镜的出光侧的凸面的曲率半径；双凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径还大于第一月牙凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径。

优选的，所述第五透镜单元包括第二月牙凸透镜和第一月牙凹透镜；第二月牙凸透镜的进光侧和第一月牙凹透镜的进光侧均为凹面，第二月牙凸透镜的出光侧和第一月牙凹透镜的出光侧均为凸面，且第二月牙凸透镜出光侧的曲率半径与第一月牙凹透镜的进光侧的曲率半径相等且相互贴合；第二月牙凸透镜的进光侧的凹面的曲率半径小于第一月牙凹透镜的出光侧的凸面的曲率半径。

优选的，所述第六透镜单元包括第二月牙凹透镜，第二月牙凹透镜的进光侧为凹面，出光侧为凸面，且进光侧的曲率半径小于出光侧的曲率半径；第六透镜单元的直径大于第二透镜单元、第三透镜单元或者第四透镜单元的直径，且不超过第一透镜单元或者第二透镜单元的直径。

优选的，所述第一过渡段对应的筒体外径、第二过渡段对应的筒体外径、第三过渡段对应的筒体外径顺次递减；第四过渡段对应的筒体的外径大于第三过渡段对应的筒体外径，且小于第二过渡段对应的筒体外径。

本发明提供的微光夜视镜头，相对于现有技术，具有以下有益效果：

本方案没有采用现有技术中的透镜外径依次递减的方案，而是通过合理的结构设计，使CCD的尺寸与进光侧的透镜的直径相当，可以获取更多图像的细节，提高微光环境下的图像成像的质量，使得本方案适用于小体积、固定物距情形下，得到更大的有效焦距EFL，使得微光夜视镜头的视距和清晰度得到提升。

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为本发明微光夜视镜头的内部结构半剖前视图；

图2为本发明微光夜视镜头的各过渡段的布置示意图；

图3为本发明微光夜视镜头的一种光路示意图；

图4为本发明微光夜视镜头的MTF图；

图5为本发明微光夜视镜头的点列图。

附图标记：1、筒体；2、CCD单元；11、第一过渡段；12、第二过渡段；13、第三过渡段；14、第四过渡段；100、第一透镜单元；200、第二透镜单元；300、第三透镜单元；400、第四透镜单元；500、第五透镜单元；600、第六透镜单元；700、环形限位件；800、平面透镜；201、第一平凹透镜；202、第二平凹透镜；501、第二月牙凸透镜；502、第一月牙凹透镜；A、第一阶梯部；B、第二阶梯部；C、第三阶梯部；D、第四阶梯部；701、第一环形限位件；702、第二环形限位件；703、第三环形限位件；704、第四环形限位件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，本发明提供了一种微光夜视镜头，其具体结构包括：

中空的筒体1内部空间构成环境微弱光的通路，并用于放置若干透镜单元。

筒体1内表面沿着其轴向延伸方向顺次设置有相互连通的若干过渡段；过渡段用于与不同尺寸的透镜单元适配或者进行位置限定。

若干透镜单元沿着筒体的中心轴方向顺次且间隔的设置在各过渡段的不同位置；各透镜单元的光轴与筒体1的中心轴重合。

CCD单元2设置在筒体1轴向方向的一端并位于该处的透镜单元的出光侧，并与筒体1间隔设置，CCD单元2的径向尺寸不超过筒体1轴向方向的另一端透镜单元的直径。由附图可知，本方案的筒体内表面的若干过渡段共有四个，其中第一过渡段11、第二过渡段12、第三过渡段13的内径顺次递减；第四过渡段14的内径大于第三过渡段13的内径，且小于第二过渡段12的内径；对应的，第一过渡段11对应的筒体1外径、第二过渡段12对应的筒体1外径、第三过渡段13对应的筒体1外径顺次递减；第四过渡段14对应的筒体1的外径大于第三过渡段13对应的筒体1外径，且小于第二过渡段12对应的筒体1外径。筒体可以适配较大尺寸的CCD单元2，从而在解耦股紧凑的镜头、物距保持不变的前提下，具有更大的有效焦距，即看得更远且看的更清楚，最远可以看到数十米内的物体，并结合大尺寸CCD单元2的像素数量的提升，提供具有更多细节的图像。

在一种实施例中，选用的若干透镜单元的数量为六个：

第一透镜单元100设置在第一过渡段11远离第二过渡段12的一端；即图1的最左端位置；

第二透镜单元200设置在第一过渡段11与第二过渡段12的相邻一端；

第三透镜单元300设置在第二过渡段12的非端部位置；

第四透镜单元400设置在第二过渡段12与第三过渡段13的相邻一端；

第五透镜单元500设置在第三过渡段13的非端部位置；

第六透镜单元600设置在第三过渡段13与第四过渡段14的相邻一端的筒体1内表面，即图1的筒体1的内部的最右侧位置；

为了保证各个透镜单元的相对位置保持不变，在第一透镜单元100与第二透镜单元200之间、第二透镜单元200与第三透镜单元300之间、第三透镜单元300与第四透镜单元400之间和第五透镜单元500与第六透镜单元600之间均设置有环形限位件700，环形限位件700与上述相邻的透镜单元的端面的边缘相互抵持。图1中使用的环形限位件700为了区分，采用顺序编号的方式表示，如设置在第一透镜单元100与第二透镜单元200之间的第一环形限位件701；设置在第二透镜单元200与第三透镜单元300之间的第二环形限位件702；设置在第三透镜单元300与第四透镜单元400之间的第三环形限位件703；设置在第五透镜单元500与第六透镜单元600之间的第四环形限位件704。

如图1和图2所示，第一透镜单元100仅包括一个透镜，即第一月牙凸透镜，第一月牙凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径小于第一月牙凸透镜的出光侧的凹面的曲率半径；第一月牙凸透镜的进光侧的凸面还超出筒体1的端面轮廓向外伸出。为了提高第一透镜单元100的进光量和视场范围，第一过渡段11的端部设置有锥形或者锯齿状的内表面，为了避免对入射光线的遮挡，第一环形限位件701的内表面轮廓与第一过渡段11端部的锯齿状内表面相似。以光线从左侧射入筒体1为例进行说明，第一透镜单元100的焦点在入射光线射入方向的右侧方向，且第一透镜单元100的焦距为正值，故起到的是对入射光线的汇聚作用。

如图1和图2所示，入射光线经过第一透镜单元100后，紧接着进入第二透镜单元200。第二透镜单元200包括第一平凹透镜201和第二平凹透镜202，第一平凹透镜201的凹面为第二透镜单元200的进光侧，第二平凹透镜202的凹面为第二透镜单元200的出光侧，第一平凹透镜201的凹面的曲率半径大于第二平凹透镜202的凹面的曲率半径；第一平凹透镜201的平端面与第二平凹透镜202的平端面相互抵持。第一平凹透镜201的凹面朝着光线射入方向，故该第一平凹透镜201的焦距为负值；第二平凹透镜202的凹面朝着光线射出方向，故该第二平凹透镜202的焦距为正值；第二透镜单元200对入射光线起到发散作用。为了进一步的约束第一平凹透镜201和第二平凹透镜202之间的相对位置，特在第二过渡段12靠近第一过渡段11的端部做了一个第一阶梯部A，第一阶梯部A的直径大于第二过渡段12的直径，同时选用的第一平凹透镜201的直径大于第二平凹透镜202的直径，第一平凹透镜201的边缘与第一阶梯部A的表面完全贴合，从而对第一平凹透镜201起到很好的限位功能。第一平凹透镜201与第二平凹透镜202相邻的平端面之间可以采用粘接的方式进行固定。

类似的，第三透镜单元300包括一个平凸透镜，平凸透镜的凸面为第三透镜单元300的进光侧，平凸透镜的平端面为第三透镜单元300的出光侧；平凸透镜的直径与第二平凹透镜202的直径相同，平凸透镜的凸面的曲率半径小于第一月牙凸透镜的凸面的曲率半径。平凸透镜的焦距为正值，且对入射光线起到汇聚作用。平凸透镜的两端分别通过第二环形限位件702和第三环形限位件703与第二透镜单元200和第四透镜单元400保持间隔且相对固定。

第四透镜单元400包括双凸透镜，且双凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径小于双凸透镜的出光侧的凸面的曲率半径；双凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径还大于第一月牙凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径。根据附图可知，双凸透镜进光侧的焦距为正，出光侧的焦距为负，第四透镜单元400整体起到的是对入射光线的汇聚作用。为了保持第四透镜单元400的位置不变，在第三过渡段13与第二过渡段12的相邻一端设置有第二阶梯部B，第二阶梯部B的直径大于第三过渡段13的直径，且小于第二过渡段12的直径，双凸透镜的端部与第二阶梯部B的表面相互抵持，由于受到第三环形限位件703和第二阶梯部B的共同作用，第四透镜单元400会被限定在第三过渡段13的一端且保持当前位置不变。

第五透镜单元500包括第二月牙凸透镜501和第一月牙凹透镜502；第二月牙凸透镜501的进光侧和第一月牙凹透镜502的进光侧均为凹面，第二月牙凸透镜501的出光侧和第一月牙凹透镜502的出光侧均为凸面，且第二月牙凸透镜501出光侧的曲率半径与第一月牙凹透镜502的进光侧的曲率半径相等且相互贴合；第二月牙凸透镜501的进光侧的凹面的曲率半径小于第一月牙凹透镜502的出光侧的凸面的曲率半径。第二月牙凸透镜501对入射光线有汇聚作用；第一月牙凹透镜502对入射光线有发散作用。为了保持第五透镜单元500与第四透镜单元之间的间距不变，在第三过渡段13的非端部位置设置有第三阶梯部C，第三阶梯部的内径小于第三过渡段13的内径，第一月牙凹透镜502的边缘与第三过渡段13的表面以及第三阶梯部C的表面相抵持，进一步的，将相互贴合的第二月牙凸透镜501的凸面和第一月牙凹透镜502粘接形成贴合的整体，即可限定第二月牙凸透镜501和第一月牙凹透镜502与第四透镜单元400的相对位置。

第六透镜单元600包括第二月牙凹透镜，第二月牙凹透镜的进光侧为凹面，出光侧为凸面，且进光侧的曲率半径小于出光侧的曲率半径；第六透镜单元600的直径大于第二透镜单元200、第三透镜单元300或者第四透镜单元400的直径，且不超过第一透镜单元100或者第二透镜单元200的直径。第二月牙凹透镜用于对入射光线的发散，从而使入射光投射到更大范围的CCD单元2的感光像素区域。为了保持第六透镜单元600的位置不变，一方面采用了第四环形限位件704，抵持在第一月牙凹透镜502与第二月牙凹透镜相邻端面的边缘，另一方面还在第四过渡段14的末端设置了第四阶梯部D，第四阶梯部D向着筒体1的中心轴方向凸起，并与第三过渡段13的直径相近，第二月牙凹透镜的径向方向的端部对应的设置有缺口，该缺口处所在的表面分别与第四阶梯部D的表面和第四过渡段14的内表面抵持。

作为本方案的一种具体实施方式，下表给出了各透镜单元使用的透镜选用的相关参数，单位均为毫米。

选用上述参数的各透镜，对应的微光夜视镜头的参数为：CCD单元2的分辨率为1280×1080；有效焦距EFL为17mm；焦数F/NO.为1.1；视场角FOV为竖直方向40.3°，水平方向32.7°；光学后焦距BFL为1.93mm；筒体1的总长度26.2mm，微光夜视镜头的总长29mm；畸变不超过1%；相对照度≥相对%。

为了对CCD单元2提供防护，在第六透镜单元600之间还设置有平面透镜800。平面透镜800分别与第六透镜单元600和CCD单元2间隔设置。

为了提高成像质量，可以进一步在各透镜的表面镀AR减反射膜，即便是贴合在一起的第一平凹透镜与第二平凹透镜之间的贴合面，以及第二月牙凸透镜与第一月牙凹透镜的贴合面上，同样设置AR减反射膜。

图4为本方案的实施例的MTF图，MTF图像是的是镜头成像的分辨率情况，纵轴表示对比度的优劣，横轴表示镜头中心到边缘的距离。

图5为本方案的实施例的点列图，即由一点发出的许多光线经镜头后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图。点列图是光学设计中最常用的评价方法之一。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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 (7)

1.微光夜视镜头，其特征在于，包括：

中空的筒体（1）；

筒体（1）内表面沿着其轴向延伸方向顺次设置有相互连通的若干过渡段；

若干透镜单元，沿着筒体（1）的中心轴方向顺次且间隔的设置在筒体（1）内表面的不同位置；

CCD单元（2），设置在筒体（1）轴向方向的一端并位于该处的透镜单元的出光侧，并与筒体（1）间隔设置，所述CCD单元（2）的径向尺寸不超过筒体（1）轴向方向的另一端透镜单元的直径；

所述第一过渡段（11）对应的筒体（1）外径、第二过渡段（12）对应的筒体（1）外径、第三过渡段（13）对应的筒体（1）外径顺次递减；第四过渡段（14）对应的筒体（1）的外径大于第三过渡段（13）对应的筒体（1）外径，且小于第二过渡段（12）对应的筒体（1）外径；

所述若干过渡段有四个；第一过渡段（11）、第二过渡段（12）、第三过渡段（13）的内径顺次递减；第四过渡段（14）的内径大于第三过渡段（13）的内径，且小于第二过渡段（12）的内径；

所述若干透镜单元为六个，第一透镜单元（100）设置在第一过渡段（11）远离第二过渡段（12）的一端；第二透镜单元（200）设置在第一过渡段（11）与第二过渡段（12）的相邻一端；第三透镜单元（300）设置在第二过渡段（12）的非端部位置；第四透镜单元（400）设置在第二过渡段（12）与第三过渡段（13）的相邻一端；第五透镜单元（500）设置在第三过渡段（13）的非端部位置；第六透镜单元（600）设置在第三过渡段（13）与第四过渡段（14）的相邻一端的筒体（1）内表面；所述第一透镜单元（100）与第二透镜单元（200）之间、第二透镜单元（200）与第三透镜单元（300）之间、第三透镜单元（300）与第四透镜单元（400）之间和第五透镜单元（500）与第六透镜单元（600）之间均设置有环形限位件（700），环形限位件（700）与上述相邻的透镜单元的端面的边缘相互抵持。

2.根据权利要求1所述的微光夜视镜头，其特征在于，所述第一透镜单元（100）包括第一月牙凸透镜，第一月牙凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径小于第一月牙凸透镜的出光侧的凹面的曲率半径；第一月牙凸透镜的进光侧的凸面还超出筒体（1）的端面轮廓向外伸出。

3.根据权利要求1所述的微光夜视镜头，其特征在于，所述第二透镜单元（200）包括第一平凹透镜和第二平凹透镜，第一平凹透镜的凹面为第二透镜单元（200）的进光侧，第二平凹透镜的凹面为第二透镜单元（200）的出光侧，第一平凹透镜的凹面的曲率半径大于第二平凹透镜的凹面的曲率半径；第一平凹透镜的平端面与第二平凹透镜的平端面相互抵持。

4.根据权利要求1所述的微光夜视镜头，其特征在于，所述第三透镜单元（300）包括平凸透镜，平凸透镜的凸面为第三透镜单元（300）的进光侧，平凸透镜的平端面为第三透镜单元（300）的出光侧；平凸透镜的直径与第二平凹透镜的直径相同，平凸透镜的凸面的曲率半径小于第一月牙凸透镜的凸面的曲率半径。

5.根据权利要求1所述的微光夜视镜头，其特征在于，所述第四透镜单元（400）包括双凸透镜，且双凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径小于双凸透镜的出光侧的凸面的曲率半径；双凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径还大于第一月牙凸透镜的进光侧的凸面的曲率半径。

6.根据权利要求1所述的微光夜视镜头，其特征在于，所述第五透镜单元（500）包括第二月牙凸透镜和第一月牙凹透镜；第二月牙凸透镜的进光侧和第一月牙凹透镜的进光侧均为凹面，第二月牙凸透镜的出光侧和第一月牙凹透镜的出光侧均为凸面，且第二月牙凸透镜出光侧的曲率半径与第一月牙凹透镜的进光侧的曲率半径相等且相互贴合；第二月牙凸透镜的进光侧的凹面的曲率半径小于第一月牙凹透镜的出光侧的凸面的曲率半径。

7.根据权利要求1所述的微光夜视镜头，其特征在于，所述第六透镜单元（600）包括第二月牙凹透镜，第二月牙凹透镜的进光侧为凹面，出光侧为凸面，且进光侧的曲率半径小于出光侧的曲率半径；第六透镜单元（600）的直径大于第二透镜单元（200）、第三透镜单元（300）或者第四透镜单元（400）的直径，且不超过第一透镜单元（100）或者第二透镜单元（200）的直径。