CN209148948U - 一种体积小无紫边红外共焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于从物侧至像侧依次设有：第一透镜；第二透镜；光阑；第三透镜；第四透镜；第五透镜；滤光片；保护玻璃；感光芯片。本实用新型各片透镜采用的凹、凸组合结构，通过合理地分配光焦度及选择不同色散系数的玻璃材料，可以较好地实现红外共焦，同时实现且无紫边，本实用新型实施例的所用的可见光波段是435～656nm，红外光波段是900～980nm。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及光学镜头技术领域，特别是涉及一种体积小无紫边红外共焦镜头。
【背景技术】
为适应日夜环境中工作的需要，目前车载及监控行业提出了红外共焦这一技术规格。然而目前已有的用于车载、安防的定焦镜头，在红外共焦与无紫边的要求上很难兼得，不能满足白天夜晚成像的高清晰度要求，且可见模式下紫边现象严重，高低温环境下清晰度严重下降，温度漂移大，成像画面周边亮度不够大，相对照度低，现有的红外共焦镜头普遍存在系统结构复杂，体积大的问题，较难满足小型化的要求。
因此，本实用新型正是为克服以上不足而产生的。
【发明内容】
本实用新型要解决的技术问题是针对目前红外共焦镜头离焦量大、紫边严重、温度漂移大、相对照度低、体积大的问题，提供一种体积小无紫边红外共焦镜头。
为解决上述技术问题，本实用新型提出了如下一种新的技术方案：
一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于从物侧至像侧依次设有：
第一透镜，第一透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凹面；所述第一透镜的焦距为负；
第二透镜，第二透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；所述第二透镜的焦距为正；
光阑；
第三透镜，第三透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凹面；所述第三透镜的焦距为负；
第四透镜，第四透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；所述第四透镜的焦距为正；
第五透镜，第五透镜朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；所述第五透镜的焦距为正；
滤光片；
保护玻璃；
感光芯片。
如上所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
-1.5＜f1/f2＜-0.5；
-1.5＜f1/f＜-0.5；
-12＜f3-4/f＜-8；
1＜f5/f＜3；
2＜TTL/f＜4；
其中，f为镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3-4为第三透镜到第四透镜的组合焦距，f5为第五透镜的焦距，TTL为无紫边红外共焦镜头的总长。
如上所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
Nd1≤1.7；
Nd2≥1.8；
|Nd3－Nd4|≥0.15；
Nd5≥1.6；
其中，Nd1为第一透镜的折射率，Nd2为第二透镜的折射率，Nd3为第三透镜的折射率，Nd4为第四透镜的折射率，Nd5为第五透镜的折射率。
如上所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜均为玻璃球面透镜。
如上所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于，所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
lens1＞50，lens2＜50；
|lens3－lens4|≥20；
40≤lens5≤60；
其中，lens1为第一透镜的色散系数，lens2为第二透镜的色散系数，lens3为第三透镜的色散系数，lens4为第四透镜的色散系数，lens5为第五透镜的色散系数。
如上所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
(A12+A23+A45)/TTL＜0.2；
0.3＜(T1+T2+T3+T4+T5)/TTL＜0.6；
0.3＜BF/TTL＜0.6；
其中，A12为第一透镜与第二透镜之间的空气间隔距离，A23为第二透镜与第三透镜之间的空气间隔距离，A45为第四透镜与第五透镜之间的空气间隔距离，BF为第五透镜与感光芯片之间的空气间隔距离，T1为第一透镜的中心厚度，T2为第二透镜的中心厚度，T3为第三透镜的中心厚度，T4为第四透镜的中心厚度，T5为第五透镜的中心厚度，TTL为镜头的总长。
与现有技术相比，本实用新型的一种体积小无紫边红外共焦镜头，达到了如下效果：
1、本实用新型各片透镜采用的凹、凸组合结构，通过合理地分配光焦度及选择不同色散系数的玻璃材料，可以较好地实现红外共焦，同时实现且无紫边，本实用新型实施例的所用的可见光波段是435～656nm，红外光波段是900～980nm。
2、本实用新型选择五片玻璃球面镜片的结构形式，通过合理控制各镜片厚度及空气间隔距离，同时选择合适折射率的材料，结构紧凑，实现温度漂移量小和高照度的同时，减小了镜头体积和长度，实现了小型化目标。
3、本实用新型具有红外共焦、无紫边、温漂小、照度高、体积小的特点，适合推广应用。
【附图说明】
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中在常温下可见波段的过焦点曲线图；
图3为本实用新型实施例中在常温下红外波段的过焦点曲线图；
图4为本实用新型实施例中在低温-40℃红外波段的过焦点曲线图；
图5为本实用新型实施例中在高温+100℃红外波段的过焦点曲线图；
图6为本实用新型实施例中可见模式435nm的包围圆能量曲线。
图7为本实用新型实施例中的相对照度曲线。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型的实施方式作详细说明。
如图1所示，一种体积小无紫边红外共焦镜头，从物侧至像侧依次设有：
第一透镜1，其物侧面和像侧面均为凹面；所述第一透镜1的焦距为负；
第二透镜2，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第二透镜2的焦距为正；
光阑3；
第三透镜4，其物侧面和像侧面均为凹面；所述第三透镜4的焦距为负；
第四透镜5，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第四透镜5的焦距为正；
第五透镜6，其物侧面和像侧面均为凸面；所述第五透镜6的焦距为正；
滤光片7；设置滤光片，以提高成像效果；
保护玻璃8；以保护感光芯片9，防止外界对感光芯片造成损害；
感光芯片9。
本实用新型中第一透镜1物侧面为凹面，有利于校正场曲，实现整个像面均匀成像，第三透镜4物侧面为凹面，能较好地校正彗差，提高轴外视场的成像效果，各透镜正、负焦距的组合结构，合理地分配光焦度，可以较好地提高镜头的分辨率，使得镜头在可见和红外模式下均能清晰成像，实现可见红外共焦，第五透镜6像侧面为凸面，有利于减小轴外视场光线在像面上的入射角，提高相对照度。
如图1所示，在本实施例中，所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
-1.5＜f1/f2＜-0.5；
-1.5＜f1/f＜-0.5；
-12＜f3-4/f＜-8；
1＜f5/f＜3；
2＜TTL/f＜4；
其中，f为镜头的焦距，f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f3-4为第三透镜4到第四透镜5的组合焦距，f5为第五透镜6的焦距，TTL为无紫边红外共焦镜头的总长。
在本实施例中，第一透镜1和第二透镜2承担了较大的光焦度，是的轴外光束通过前组后，光线与光轴的夹角快速减小，能减小镜片口径，实现整个系统的小型化，满足上述各片透镜焦距关系的透镜组合结构，在高地温条件下，各个透镜的光焦度互相补偿，使得镜头在高低温环境中均能清晰成像。
如图1所示，在本实施例中，所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
Nd1≤1.7；
Nd2≥1.8；
|Nd3－Nd4|≥0.15；
Nd5≥1.6；
其中，Nd1为第一透镜1的折射率，Nd2为第二透镜2的折射率，Nd3为第三透镜4的折射率，Nd4为第四透镜5的折射率，Nd5为第五透镜6的折射率。
在本实施例中，满足上述各片透镜折射率关系的透镜组合结构，可以比较容易地实现光焦度合理分配，较好的校正球差、彗差、像散等像差，从而镜头成像清晰度，能实现在可见和红外模式下清晰成像，同时选择合适折射率随温度变化关系的材料，可以实现较好的温度补偿功能，从而减小温度漂移量。
如图1所示，在本实施例中，所述的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6均为玻璃球面透镜。
在本实施例中，采用全玻璃材料镜片，通过选择合适折射率的材料，合理优化镜片曲率，能较好地控制光线折射角度，从而减小镜头的TTL及体积，提高相对照度，采用玻璃材质的镜片，折射率温度系数小，且高低温下热膨胀系数小，能在-40℃～+100℃温度变化条件下清晰成像，此外，采用玻璃材质的球面透镜，光学透过率高，物理和化学性能稳定，更适合镜片需要裸露在外的环境，能满足车载行业对镜头性耐性的高要求。
如图1所示，在本实施例中，所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
lens1＞50，lens2＜50；
|lens3－lens4|≥20；
40≤lens5≤60；
其中，lens1为第一透镜1的色散系数，lens2为第二透镜2的色散系数，lens3为第三透镜4的色散系数，lens4为第四透镜5的色散系数，lens5为第五透镜6的色散系数。
在本实施例中，满足上述各片透镜色散系数关系的透镜组合结构，可以减小二级光谱，实现较好的色差校正能力，从而提高可见与红外波段成像清晰度，实现红外共焦要求，此外，高色散与低色散材料互相搭配，有利于减小短波长的色差及弥散斑，实现镜头无紫边。
如图1所示，在本实施例中，所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
(A12+A23+A45)/TTL＜0.2；
0.3＜(T1+T2+T3+T4+T5)/TTL＜0.6；
0.3＜BF/TTL＜0.6；
其中，A12为第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔距离，A23为第二透镜2与第三透镜4之间的空气间隔距离，A45为第四透镜5与第五透镜6之间的空气间隔距离，BF为第五透镜6与感光芯片9之间的空气间隔距离，T1为第一透镜1的中心厚度，T2为第二透镜2的中心厚度，T3为第三透镜4的中心厚度，T4为第四透镜5的中心厚度，T5为第五透镜6的中心厚度，TTL为镜头的总长。
在本实施例中，满足上述尺寸关系的透镜组合结构，在保证镜头光学性能的前提下，能缩短镜头的TTL，同时减小镜头的外形体积。
本实施例中，无紫边红外共焦镜头的焦距f＝3.87mm，相对孔径FNO＝2.5，视场角FOV＝76°，镜头总长仅为TTL＝11.4mm，光学系统中各镜片最大有效口径为Φ4.34mm，整个成品镜头体积较小，所用可见波段为435～656nm，红外波段为900～980nm，各透镜各项具体参数如下表所示：
| 面编号 | 半径R | 厚度 | 折射率Nd | 阿贝数Vd |
| 物侧 | Infinity | 500 | ||
| S1 | -5.822 | 0.545 | 1.613 | 58.605 |
| S2 | 2.756 | 0.196 | ||
| S3 | 4.699 | 1.55 | 1.911 | 35.256 |
| S4 | -4.699 | 0.453 | ||
| 光阑 | Infinity | 0.256 | ||
| S6 | -2.573 | 0.55 | 1.847 | 23.787 |
| S7 | 7.224 | 1.35 | 1.678 | 55.560 |
| S8 | -2.819 | 0.08 | ||
| S9 | 10.614 | 0.98 | 1.773 | 49.614 |
| S10 | -10.614 | 1 | ||
| S11(滤光片) | Infinity | 0.3 | 1.517 | 64.212 |
| S12(滤光片) | Infinity | 3.635 | ||
| S13(保护玻璃) | Infinity | 0.40 | 1.517 | 64.212 |
| S14(保护玻璃) | Infinity | 0.1 | ||
| 像侧 | Infinity | - |
在上表中，半径R与厚度的单位均为毫米。
本实施例的光学性能如图2至图7所示，其中图2至图5为本方案中的无紫边红外共焦镜头的过焦点曲线图，用于评价光学系统的在最佳像面位置前后不同位置的解像能力变化情况，图2曲线为常温下可见波段的设计结果，图3曲线为常温下红外波段的设计结果，对比图2与图3曲线，两种模式下最佳像面位置相差12um，同一像面出的MTF值均大于0.6，说明红外可见共焦程度较好，从可见光模式切换到红外光模式，无需重新进行对焦，即可获得非常好的成像质量；图4为低温-40℃红外波段的过焦点曲线图，图5为高温+100℃红外波段的过焦点曲线图，对比图3、图4和图5，可以看出，高低温条件下，后焦偏移量非常小，与常温相比，低温漂移量仅为1um、高温漂移量仅为-2um，在高低温环境下，依然能保持非常好的成像效果；图6为可见模式435nm的包围圆能量曲线，表示指定直径的圆内包围能量的比例，用来评价能量集中程度，从图中可以看出，本方案中的无紫边红外共焦镜头的435nm光线能量集中性非常好，0.76视场内光线80％的能量集中在4um以内，对常用3um像元的感光芯片而言，已经能较好地保证成像效果，不会出现紫边现象；图7为相对照度曲线，计算成像面周边与中心光亮度的比值，本实施例中相对照度达到67％，能很好的保证成像面光线亮度的均匀性。
Claims (6)
1.一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于从物侧至像侧依次设有：
第一透镜(1)，第一透镜(1)朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凹面；所述第一透镜(1)的焦距为负；
第二透镜(2)，第二透镜(2)朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；所述第二透镜(2)的焦距为正；
光阑(3)；
第三透镜(4)，第三透镜(4)朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凹面；所述第三透镜(4)的焦距为负；
第四透镜(5)，第四透镜(5)朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；所述第四透镜(5)的焦距为正；
第五透镜(6)，第五透镜(6)朝向物侧的一面和朝向像侧的一面均为凸面；所述第五透镜(6)的焦距为正；
滤光片(7)；
保护玻璃(8)；
感光芯片(9)。
2.根据权利要求1所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
-1.5＜f1/f2＜-0.5；
-1.5＜f1/f＜-0.5；
-12＜f3-4/f＜-8；
1＜f5/f＜3；
2＜TTL/f＜4；
其中，f为镜头的焦距，f1为第一透镜(1)的焦距，f2为第二透镜(2)的焦距，f3-4为第三透镜(4)到第四透镜(5)的组合焦距，f5为第五透镜(6)的焦距，TTL为无紫边红外共焦镜头的总长。
3.根据权利要求1所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
Nd1≤1.7；
Nd2≥1.8；
|Nd3－Nd4|≥0.15；
Nd5≥1.6；
其中，Nd1为第一透镜(1)的折射率，Nd2为第二透镜(2)的折射率，Nd3为第三透镜(4)的折射率，Nd4为第四透镜(5)的折射率，Nd5为第五透镜(6)的折射率。
4.根据权利要求1所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于所述的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(4)、第四透镜(5)、第五透镜(6)均为玻璃球面透镜。
5.根据权利要求1所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
lens1＞50，lens2＜50；
|lens3－lens4|≥20；
40≤lens5≤60；
其中，lens1为第一透镜(1)的色散系数，lens2为第二透镜(2)的色散系数，lens3为第三透镜(4)的色散系数，lens4为第四透镜(5)的色散系数，lens5为第五透镜(6)的色散系数。
6.根据权利要求1所述的一种体积小无紫边红外共焦镜头，其特征在于所述无紫边红外共焦镜头满足以下关系式：
(A12+A23+A45)/TTL＜0.2；
0.3＜(T1+T2+T3+T4+T5)/TTL＜0.6；
0.3＜BF/TTL＜0.6；
其中，A12为第一透镜(1)与第二透镜(2)之间的空气间隔距离，A23为第二透镜(2)与第三透镜(4)之间的空气间隔距离，A45为第四透镜(5)与第五透镜(6)之间的空气间隔距离，BF为第五透镜(6)与感光芯片(9)之间的空气间隔距离，T1为第一透镜(1)的中心厚度，T2为第二透镜(2)的中心厚度，T3为第三透镜(4)的中心厚度，T4为第四透镜(5)的中心厚度，T5为第五透镜(6)的中心厚度，TTL为镜头的总长。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201822121014.5U CN209148948U (zh) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | 一种体积小无紫边红外共焦镜头 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201822121014.5U CN209148948U (zh) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | 一种体积小无紫边红外共焦镜头 |
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|---|---|
| CN209148948U true CN209148948U (zh) | 2019-07-23 |
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| CN201822121014.5U Active CN209148948U (zh) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | 一种体积小无紫边红外共焦镜头 |
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| CN (1) | CN209148948U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109407287A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-01 | 中山联合光电科技股份有限公司 | 一种无紫边红外共焦镜头 |
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2018
- 2018-12-17 CN CN201822121014.5U patent/CN209148948U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109407287A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-01 | 中山联合光电科技股份有限公司 | 一种无紫边红外共焦镜头 |
| CN109407287B (zh) * | 2018-12-17 | 2023-07-21 | 中山联合光电科技股份有限公司 | 一种无紫边红外共焦镜头 |
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