CN213987005U - 一种红外共焦无热化成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外共焦无热化成像系统，其从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；第一透镜至第六透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；第一透镜具负屈光度；第二透镜具负屈光度；第三透镜具正屈光度；第四透镜具负屈光度；第五透镜具正屈光度；第六透镜具正屈光度；该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。本实用新型沿物侧至像侧方向采用六片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，使得镜头的全视场分辨率可达200lp/mm趋近于0.3，且中心至边缘均匀度高，该款镜头切换到红外模式后，夜视清晰，红外MTF分辨率200lp/mm大于0.2，保证图像的清晰度。

Description

一种红外共焦无热化成像系统

技术领域

本实用新型涉及镜头技术领域，具体涉及一种红外共焦无热化成像系统。

背景技术

随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，光学成像镜头被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、机器视觉系统等各个领域。但目前的安防监控镜头至少存在以下不足：

1、目前安防监控领域的广角镜头，通光普遍比较小，低照环境下，进光亮较低，拍摄图面较暗。

2、目前安防监控领域，即使夜晚使用850nm补偿光源，焦点偏移较大，失焦严重。

3、目前安防监控镜头，图像质量不高，且很难保证红外的成像质量。

4、目前安防监控镜头，成像稳定性易受外界温度影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种红外共焦无热化成像系统，以至少解决上述问题的其一。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种红外共焦无热化成像系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；所述第一透镜至第六透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

所述第一透镜具负屈光度，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

所述第二透镜具负屈光度，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

所述第三透镜具正屈光度，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

所述第四透镜具负屈光度，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；

所述第五透镜具正屈光度，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

所述第六透镜具正屈光度，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

并符合下列条件式：

50＜Vd1＜60，60＜Vd2＜65，25＜Vd3＜40,

17＜Vd4＜21，60＜Vd5＜70，45＜Vd6＜55，

1.65＜Nd1＜1.75，1.50＜Nd2＜1.60，1.80＜Nd3＜1.90,

1.80＜Nd4＜1.96，1.56＜Nd5＜1.62，1.69＜Nd6＜1.85,

其中，Vd1为第一透镜的色散系数，Vd2为第二透镜的色散系数，Vd3为第三透镜的色散系数，Vd4为第四透镜的色散系数，Vd5为第五透镜的色散系数， Vd6为第六透镜的色散系数；

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，Nd6为第六透镜的折射率；

该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。

优选地，所述第四透镜的像侧面与第五透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：68≤Vd5＜70，17＜Vd4≤18，且Vd5-Vd4＞50。

优选地，所述第五透镜的折射率温度系数dn/dt为负值。

优选地，所述第三透镜和第四透镜的折射率符合下列条件式：1.84＜Nd3 ＜1.90，1.90＜Nd4＜1.96。

优选地，还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜与第四透镜之间。

采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型沿物侧至像侧方向采用六片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，使得镜头的全视场分辨率可达200lp/mm趋近于0.3，且中心至边缘均匀度高，同时，该款镜头切换到红外模式后，夜视清晰，红外MTF分辨率200lp/mm 大于0.2，保证图像的清晰度，整体像质均匀。

2、本实用新型通光大(FNO＝2)，可获得较多进光亮，保证拍摄图面画面较亮。

3、本实用新型可实现像差小和色差低，更好解决色彩还原不佳和蓝紫边问题。

4、本实用新型的像面较大，达6.8mm,可支撑1/2.9＂的sensor。

5、本实用新型中第五透镜的折射率温度系数dn/dt为负值，且该透镜光焦度为正，通过光学结构设计优化实现镜头无热化效果，镜头在高低温也可以高分辨率，保证像质。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例一的光路图；

图3为实施例一中镜头在可见光下的MTF曲线图；

图4为实施例一中镜头在可见光下的离焦曲线图；

图5为实施例一中镜头在红外光850nm下的MTF曲线图；

图6为实施例一中镜头在红外光850nm下的离焦曲线图；

图7为实施例一中镜头在可见光下的横向色差图；

图8为实施例一中镜头在可见光下的垂轴像差图；

图9为实施例二的光路图；

图10为实施例二中镜头在可见光下的MTF曲线图；

图11为实施例二中镜头在可见光下的离焦曲线图；

图12为实施例二中镜头在红外光850nm下的MTF曲线图；

图13为实施例二中镜头在红外光850nm下的离焦曲线图；

图14为实施例二中镜头在可见光下的横向色差图；

图15为实施例二中镜头在可见光下的垂轴像差图；

图16为实施例三的光路图；

图17为实施例三中镜头在可见光下的MTF曲线图；

图18为实施例三中镜头在可见光下的离焦曲线图；

图19为实施例三中镜头在红外光850nm下的MTF曲线图；

图20为实施例三中镜头在红外光850nm下的离焦曲线图；

图21为实施例三中镜头在可见光下的横向色差图；

图22为实施例三中镜头在可见光下的垂轴像差图。

附图标记说明：

第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、光阑7、滤光片8、保护片9。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

在本说明书中所说的「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。 R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lensdatasheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。

参考图1所示，本实用新型公开了一种红外共焦无热化成像系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；所述第一透镜至第六透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

所述第一透镜具负屈光度，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

所述第二透镜具负屈光度，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

所述第三透镜具正屈光度，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

所述第四透镜具负屈光度，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；

所述第五透镜具正屈光度，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

所述第六透镜具正屈光度，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。

优选地，符合下列条件式：

50＜Vd1＜60，60＜Vd2＜65，25＜Vd3＜40,

17＜Vd4＜21，60＜Vd5＜70，45＜Vd6＜55，

其中，Vd1为第一透镜的色散系数，Vd2为第二透镜的色散系数，Vd3为第三透镜的色散系数，Vd4为第四透镜的色散系数，Vd5为第五透镜的色散系数， Vd6为第六透镜的色散系数。

优选地，所述第四透镜的像侧面与第五透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：68≤Vd5＜70，17＜Vd4≤18，且Vd5-Vd4＞50，所述第四透镜和第五透镜采用高低色散材料结合，有利于校正色差，进一步实现日夜共焦，提升系统性能。

优选地，所述第五透镜的折射率温度系数dn/dt为负值，即其折射率随着温度的升高而降低，该透镜光焦度为正，随着温度的升高，此透镜因温度升高对后焦变化是增大,平衡温漂。

优选地，符合下列条件式：

1.65＜Nd1＜1.75，1.50＜Nd2＜1.60，1.80＜Nd3＜1.90,

1.80＜Nd4＜1.96，1.56＜Nd5＜1.62，1.69＜Nd6＜1.85,

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，Nd6为第六透镜的折射率。

优选地，所述第三透镜和第四透镜的折射率符合下列条件式：1.84＜Nd3 ＜1.90，1.90＜Nd4＜1.96，所述第三透镜和第四透镜选择高折射率材料，可以实现日夜共焦，使可见和红外在同一焦平面上均实现高分辨率，更好地提升系统性能，矫正像差。

优选地，还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜与第四透镜之间。

下面将以具体实施例对本实用新型的成像系统进行详细说明。

实施例一

参考图1所示，本实施例公开了一种红外共焦无热化成像系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜1至第六透镜6；第一透镜1至第六透镜6各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

第一透镜1具负屈光度，第一透镜1的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

第二透镜2具负屈光度，第二透镜2的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

第三透镜3具正屈光度，第三透镜3的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

第四透镜4具负屈光度，第四透镜4的物侧面为凹面、像侧面为凹面；

第五透镜5具正屈光度，第五透镜5的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

第六透镜6具正屈光度，第六透镜6的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。

在本实施例中，光阑7设置在第三透镜3与第四透镜4之间，当然，在其他实施例中，光阑7也可以设置在其他合适的位置。

本具体实施例的详细光学数据如表1所示。

表1实施例一的详细光学数据

表面		曲率半径	厚度	材质	折射率	色散系数	焦距
								0	被摄物面	Infinity	Infinity
1	第一透镜	32.032	1.699	玻璃	1.70	55.53	-5.12
								2		3.150	1.902
3	第二透镜	7.805	2.005	玻璃	1.55	63.37	-13.34
								4		3.450	1.102
5	第三透镜	9.287	4.013	玻璃	1.85	23.79	4.99
								6		-6.330	0.100
9	光阑	Infinity	0.724
								10	第四透镜	-13.615	0.694	玻璃	1.95	17.94	-4.39
11	第五透镜	6.237	2.063	玻璃	1.59	68.35	5.59
								12		-6.237	0.100
13	第六透镜	11.909	1.866	玻璃	1.80	46.57	9.65
								14		-20.997	3.000
17	滤光片	Infinity	0.400	玻璃	1.52	64.21	Infinity
								18		Infinity	1.000
19	保护片	Infinity	0.300	玻璃	1.52	64.21	Infinity
								20		Infinity	2.033
21	成像面	Infinity

本具体实施例中的光学成像镜头的光路图请参阅图2，镜头焦距为 f＝3.84mm，光圈值FNO＝2，像面＝Φ6.8mm，FOV＝136°。

可见光不同焦距的MTF曲线图请参阅图2，从图中可以看出该款镜头的空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍趋近于0.3，且中心至边缘均匀度高，保证图像的清晰度，整体像质均匀。镜头在可见光下的离焦曲线图请参阅图4，从图中可以看出，该镜头在可见光下的离焦量小。

镜头切换到红外模式后，镜头在红外光850nm下的MTF曲线图请参阅图5，从图中可以看出该款镜头的空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.2，整体像质均匀。镜头在红外光下的离焦曲线图请参阅图6，从图中可以看出，该镜头在红外光下的离焦量小，可见光与红外共焦性好。

镜头在可见光下的垂轴色差图请参阅图7，从图中可以看出，镜头经复消色差设计，提升了图像的成像色彩还原性。镜头在可见光下的轴上像差图请参阅图5，从图中可以看出色彩的色差小，对色差和像差矫正较好。

实施例二

配合图9至图15所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。

本具体实施例的详细光学数据如表2所示。

表2实施例二的详细光学数据

表面		曲率半径	厚度	材质	折射率	色散系数	焦距
								0	被摄物面	Infinity	Infinity
1	第一透镜	25.935	0.997	玻璃	1.70	55.53	-5.30
								2		3.194	1.195
3	第二透镜	6.949	2.735	玻璃	1.55	63.37	-14.67
								4		3.221	1.240
5	第三透镜	17.763	4.423	玻璃	1.85	30.06	5.58
								6		-5.794	0.116
9	光阑	Infinity	1.449
								10	第四透镜	-31.030	0.710	玻璃	1.95	17.94	-6.21
11	第五透镜	7.441	1.725	玻璃	1.59	68.35	6.38
								12		-7.069	0.100
13	第六透镜	10.840	1.915	玻璃	1.70	48.11	11.50
								14		-29.528	3.000
17	滤光片	Infinity	0.400	玻璃	1.52	64.21	Infinity
								18		Infinity	1.000
19	保护片	Infinity	0.300	玻璃	1.52	64.21	Infinity
								20		Infinity	1.703
21	成像面	Infinity

本具体实施例中的光学成像镜头的光路图请参阅图9，镜头焦距为 f＝3.84mm，光圈值FNO＝2，像面＝Φ6.8mm，FOV＝136°。

可见光不同焦距的MTF曲线图请参阅图10，从图中可以看出该款镜头的空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍趋近于0.3，且中心至边缘均匀度高，保证图像的清晰度，整体像质均匀。镜头在可见光下的离焦曲线图请参阅图11，从图中可以看出，该镜头在可见光下的离焦量小。

镜头切换到红外模式后，镜头在红外光850nm下的MTF曲线图请参阅图12，从图中可以看出该款镜头的空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.2，整体像质均匀。镜头在红外光下的离焦曲线图请参阅图13，从图中可以看出，该镜头在红外光下的离焦量小，可见光与红外共焦性好。

镜头在可见光下的垂轴色差图请参阅图14，从图中可以看出，镜头经复消色差设计，提升了图像的成像色彩还原性。镜头在可见光下的轴上像差图请参阅图15，从图中可以看出色彩的色差小，对色差和像差矫正较好。

实施例三

配合图16至图22所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。

本具体实施例的详细光学数据如表3所示。

表3实施例三的详细光学数据

表面		曲率半径	厚度	材质	折射率	色散系数	焦距
								0	被摄物面	Infinity	Infinity
1	第一透镜	28.950	1.043	玻璃	1.70	55.53	-4.93
								2		3.035	2.376
3	第二透镜	10.320	1.725	玻璃	1.55	63.37	-12.85
								4		3.965	1.001
5	第三透镜	11.264	3.806	玻璃	1.85	30.06	5.25
								6		-6.315	0.803
9	光阑	Infinity	0.768
								10	第四透镜	-31.570	0.857	玻璃	1.95	17.94	-5.60
11	第五透镜	6.549	2.239	玻璃	1.59	68.35	6.19
								12		-7.341	0.100
13	第六透镜	12.458	1.830	玻璃	1.80	46.57	11.21
								14		-31.024	3.000
17	滤光片	Infinity	0.400	玻璃	1.52	64.21	Infinity
								18		Infinity	1.000
19	保护片	Infinity	0.300	玻璃	1.52	64.21	Infinity
								20		Infinity	1.786
21	成像面	Infinity

本具体实施例中的光学成像镜头的光路图请参阅图16，镜头焦距为 f＝3.84mm，光圈值FNO＝2，像面＝Φ6.8mm，FOV＝136°。

可见光不同焦距的MTF曲线图请参阅图17，从图中可以看出该款镜头的空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍大近于0.25，且中心至边缘均匀度高，保证图像的清晰度，整体像质均匀。镜头在可见光下的离焦曲线图请参阅图18，从图中可以看出，该镜头在可见光下的离焦量小。

镜头切换到红外模式后，镜头在红外光850nm下的MTF曲线图请参阅图19，从图中可以看出该款镜头的空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.15，整体像质均匀。镜头在红外光下的离焦曲线图请参阅图20，从图中可以看出，该镜头在红外光下的离焦量小，可见光与红外共焦性好。

镜头在可见光下的垂轴色差图请参阅图21，从图中可以看出，镜头经复消色差设计，提升了图像的成像色彩还原性。镜头在可见光下的轴上像差图请参阅图22，从图中可以看出色彩的色差小，对色差和像差矫正较好。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种红外共焦无热化成像系统，其特征在于，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；所述第一透镜至第六透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

所述第一透镜具负屈光度，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

所述第二透镜具负屈光度，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；

所述第三透镜具正屈光度，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

所述第四透镜具负屈光度，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；

所述第五透镜具正屈光度，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

所述第六透镜具正屈光度，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；

并符合下列条件式：

50＜Vd1＜60，60＜Vd2＜65，25＜Vd3＜40,

17＜Vd4＜21，60＜Vd5＜70，45＜Vd6＜55，

1.65＜Nd1＜1.75，1.50＜Nd2＜1.60，1.80＜Nd3＜1.90,

1.80＜Nd4＜1.96，1.56＜Nd5＜1.62，1.69＜Nd6＜1.85,

其中，Vd1为第一透镜的色散系数，Vd2为第二透镜的色散系数，Vd3为第三透镜的色散系数，Vd4为第四透镜的色散系数，Vd5为第五透镜的色散系数，Vd6为第六透镜的色散系数；

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，Nd6为第六透镜的折射率；

该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。

2.如权利要求1所述的一种红外共焦无热化成像系统，其特征在于，所述第四透镜的像侧面与第五透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：68≤Vd5＜70，17＜Vd4≤18，且Vd5-Vd4＞50。

3.如权利要求2所述的一种红外共焦无热化成像系统，其特征在于，所述第五透镜的折射率温度系数dn/dt为负值。

4.如权利要求1所述的一种红外共焦无热化成像系统，其特征在于，所述第三透镜和第四透镜的折射率符合下列条件式：1.84＜Nd3＜1.90，1.90＜Nd4＜1.96。

5.如权利要求1所述的一种红外共焦无热化成像系统，其特征在于，还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜与第四透镜之间。

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