CN202975457U - 一种低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统，其中，光学系统是由具有正光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、正光焦度的第三透镜L3、正光焦度的第四透镜L4和光学低通滤波器（OLPF）L5组成，沿光轴从被摄物体向像平面侧的顺序排列，不同距离被摄物体可通过镜头整体移动实现在像面处清晰成像。该光学系统具有可见光波段和近红外波段同时清晰成像的特点，透镜透镜全采用球面透镜，通过常见冕玻璃或火石玻璃，成本比较低，适合批量生产。

Description

一种低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统

技术领域

本实用新型属于数码显示技术领域，具体涉及一种低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统。 

背景技术

近年来，随着摄影光学与数字技术的快速整合，光电技术的结合也推动了摄影设备的快速发展，电子工业微加工技术的迅速发展，CPU的高速化和存储介质的高集成化，使其可以处理更大容量的图像信息。同时，作为感光元件的CCD, CMOS也实现了更小型化、更高的集成度，达到了更高的空间频率。这些都有利于实现镜头的小型化。 

随着社会的发展，人们的安全防范意识不断提高，夜间的监控逐渐被人们重视。普通的监控镜头主要是以白天可见光条件设计的，只要在可见光条件下能够看到监视目标就满足要求了。然而，在很多监控场合，夜晚并没有可见灯光或是可见光的光强太低不能满足成像要求，这就要求配备近红外光帮助成像。由于近红外光的波长与可见光的波长不同，普通镜头在设计时井没有对近红外光波段的成像进行优化，这使在近红外光条件下成像的像面位置与可见光下的不一致，导致近红外光条件下成像模糊、成像质量差。因此，为了实现白天和夜间都能监控就要求设计镜头时头不仅要考虑可见光，同时也要考虑近红外光，对两个波段的成像都进行优化。 

随着平安工程在全国各地全面铺开，对取像器材的要求也越来越高，早期的单扳镜头只要满足白天普通的取像需要就可以了，对畸变等指标无特殊要求，传统单扳机种出现更新换代的强烈需要，出现了百万像素、零畸变、日夜共焦等新的技术要求。可见，设计出可见光与近红外光双波段共焦的，实现日夜两用的低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头，是符合监控行业的发展趋势，具有广阔的市场前景。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可以实现可见光波段和近红外波段同时聚焦、畸变较小的低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统。 

为达到这样的目的，本实用新型所提供的技术方案是：该低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统由具有正光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜和光学低通滤波器组成，沿光轴从被摄物体向像平面侧的顺序排列。 

所述第一透镜是凸向物方的透镜，光焦度为正，采用钡火石玻璃， 

其焦距f1、材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：

          f1>10mm，1.6<Nd1<1.75，38<Vd1<55；

所述第二透镜是双凹透镜，光焦度为负，采用重火石玻璃，其焦距f2、

材料折射率Nd2、材料阿贝常数Vd2满足：

          f2>-10mm，1.7<Nd2<1.85，22<Vd2<30；

所述第三透镜是双凸透镜，光焦度为正，采用重冕玻璃或镧冕玻璃，其

焦距f3、材料折射率Nd3、材料阿贝常数Vd3满足：

               f3<15mm，1.6<Nd3<1.75，50<Vd3<60；

所述第四透镜是凸向物方的透镜，光焦度为正，采用镧火石玻璃，

其焦距f4、材料折射率Nd4、材料阿贝常数Vd4满足：

               f 4<30mm，1.68<Nd4<1.75，35<Vd4<48

镜头焦距f、第一透镜焦距f1、第二透镜焦距f2满足：

                      1<f1/f<2，2<|f1/f2|。

所述第二透镜和第三透镜之间设有光阑。 

所述光学低通滤波器位于镜头后端靠近像面的位置。 

镜头光学系统总长TOTR满足：15mm<TOTR<25mm。 

采用上述方案的有益效果在于：本实用新型扳机镜头光学系统具有正光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜和正光焦度的第四透镜，通过这些透镜配合有效降低系统球差、慧差、像散和畸变等像差；系统中第一透镜采用凸向物方的正光焦度透镜，既有效收集大角度光线进入镜头，又减小后边透镜尺寸，降低成本；系统通过冕玻璃和火石玻璃的组合，有效控制了系统色差；系统有针对性的选用可见光波段和近红外波段通过率均较高的常用冕玻璃或火石玻璃，既保证镜头的整体透过率，又降低了系统成本。该镜头光学系统具有可见光波段和近红外波段同时清晰成像的特点，镜头中的透镜透镜全采用球面透镜，通过常见冕玻璃或火石玻璃，成本比较低，适合批量生产，不同距离被摄物体可通过镜头整体移动实现在像面处清晰成像。 

本实用新型的优点在于： 

1、系统有效解决了可见光波段（白天）和近红外波段（晚间）共同聚焦的问题，提供了一种宽光谱日夜共焦的扳机镜头；

2、系统透镜采用常见冕玻璃和火石玻璃，通过其组合既有效降低系统色差，又可以最大限度的降低成本； 

3、系统透镜采用全球面结构，可有效避免非球面塑胶镜片因环境温度差异产生的离焦现象，工艺性好，解像能力高，畸变量小；

4、系统含有光学低通滤波器，可有效降低光电传感器（CCD或CMOS）受莫尔条纹的影响，减少鬼影和异常条纹，提高系统细节分辨力。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细的说明。 

图1是本实用新型镜头光学系统图； 

图2是本实用新型镜头场曲线图；

图3是本实用新型镜头畸变曲线图；

图4是本实用新型镜头传递函数曲线图；

图5是本实用新型镜头垂轴像差曲线图；

图6是本实用新型镜头点列图。

具体实施方式

结合图1，该低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统沿光轴方向从物方到像方依次是：具有正光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、正光焦度的第三透镜L3、正光焦度的第四透镜L4和光学低通滤波器（OLPF）L5，采用四片球面透镜和一片OLPF的架构。 

所述第一透镜L1是凸向物方的弯月透镜，光焦度为正，采用钡火石玻璃， 

其焦距f1、材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：

          f1>10mm，1.6<Nd1<1.75，38<Vd1<55；

所述第二透镜L2是双凹透镜，光焦度为负，采用重火石玻璃，其焦距f2、

材料折射率Nd2、材料阿贝常数Vd2满足：

          f2>-10mm，1.7<Nd2<1.85，22<Vd2<30；

所述第三透镜L3是双凸透镜，光焦度为正，采用重冕玻璃或镧冕玻璃，其

焦距f3、材料折射率Nd3、材料阿贝常数Vd3满足：

               f3<15mm，1.6<Nd3<1.75，50<Vd3<60；

所述第四透镜L4是凸向物方的弯月透镜，光焦度为正，采用镧火石玻璃，

其焦距f4、材料折射率Nd4、材料阿贝常数Vd4满足：

               f 4<30mm，1.68<Nd4<1.75，35<Vd4<48

镜头焦距f、第一透镜L1焦距f1、第二透镜L2焦距f2满足：

                      1<f1/f<2，2<|f1/f2|。

镜头系统光阑位于第二透镜L2和第三透镜L3之间。 

所述光学低通滤波器（OLPF）L5位于镜头后端靠近像面的位置。 

镜头光学系统总长TOTR满足：15mm<TOTR<25mm。 

光线由物方经过第一透镜L1进入镜头，经过正光焦度镜头L1后，光线被收集后进入第二透镜L2；系统光阑位于第二透镜L2和第三透镜L3之间，光线经过光阑时，多余杂光被栏掉，只保证理论设计光线进入像面；光线经过第三透镜L3，汇聚进入第四透镜L4，第四透镜L4再次起到场镜作用，会将光线展宽到取像芯片所需要的光线入射角度；光线从第四透镜L4出射后，经过光学低通滤波器L5后到达像面。 

本实用新型光学系统采用4片球面透镜的结构，也可以使用5片，第四透镜L4也可以用2片透镜组合实现其功能，降低光焦度压力；为有效控制系统体积，第一透镜L1光焦度必须为正；系统中光学透镜材料须采用冕玻璃和火石玻璃配合使用的结构，以矫正系统产生的宽光谱色差。 

下面是本实用新型扳机镜头的一种结构参数，镜头焦距f=12mm、F数为1.8，详细参数如下： 

参看图1是本实用新型镜头光学系统图；

参看图2是本实用新型镜头场曲线图；

参看图3是畸变曲线图；

参看图4是本实用新型镜头在125lp/mm的传递函数曲线图；

参看图5是本实用新型镜头垂轴像差曲线图；

参看图6是本实用新型镜头点列图。

从图1-6可以看出系统透镜有效降低系统色差，有效避免非球面塑胶镜片因环境温度差异产生的离焦现象，解像能力高，畸变量小；减少鬼影和异常条纹，提高系统细节分辨力。 

Claims (6)

1.一种低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统，其特征在于：由具有正光焦度的第一透镜[L1]、负光焦度的第二透镜[L2]、正光焦度的第三透镜[L3]、正光焦度的第四透镜[L4]和光学低通滤波器 [L5]组成，沿光轴从被摄物体向像平面侧的顺序排列。

2.如权利要求1所述的低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统，其特征在于：所述第一透镜[L1]是凸向物方的透镜，光焦度为正，采用钡火石玻璃，其焦距f1、材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：

          f1>10mm，1.6<Nd1<1.75，38<Vd1<55；

所述第二透镜[L2]是双凹透镜，光焦度为负，采用重火石玻璃，其焦距f2、材料折射率Nd2、材料阿贝常数Vd2满足：

          f2>-10mm，1.7<Nd2<1.85，22<Vd2<30；

所述第三透镜[L3]是双凸透镜，光焦度为正，采用重冕玻璃或镧冕玻璃，其焦距f3、材料折射率Nd3、材料阿贝常数Vd3满足：

               f3<15mm，1.6<Nd3<1.75，50<Vd3<60；

所述第四透镜[L4]是凸向物方的透镜，光焦度为正，采用镧火石玻璃，其焦距f4、材料折射率Nd4、材料阿贝常数Vd4满足：

               f 4<30mm，1.68<Nd4<1.75，35<Vd4<48

镜头焦距f、第一透镜[L1]焦距f1、第二透镜[L2]焦距f2满足：

                      1<f1/f<2，2<|f1/f2|。

3.如权利要求2所述的低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统，其特征在于：所述第二透镜[L2]和第三透镜[L3]之间设有光阑。

4.如权利要求2所述的低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统，其特征在于：所述光学低通滤波器 [L5]位于镜头后端靠近像面的位置。

5.如权利要求1-4任一项所述的低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统，其特征在于：镜头光学系统总长TOTR满足：15mm<TOTR<25mm。

6.如权利要求2所述的低成本宽光谱日夜共焦扳机镜头光学系统，其特征在于：镜头焦距f=12mm、F数为1.8，各透镜参数如下： 

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