CN220105400U - 一种光学成像系统和光学镜头 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光学成像系统，镜头中的镜片包括由物方至像方依次分布的第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中：所述第一透镜为凸面朝向物方的弯月形正透镜，用于对目标进行聚焦，其材质为型号为IRG207的硫系玻璃；所述第二透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，用于对光线角度进行发散和高低温平衡，其材质为硒化锌玻璃；所述第三透镜为凸面朝向物方的弯月形正透镜，用于对所述光学成像系统进行像差补偿，其材质为硒化锌玻璃。该光学成像系统和光学镜头相对尺寸小、加工难度低且能在相对较大的温度范围内正常工作。
Description
技术领域
本申请一般涉及视频成像设备领域，尤其涉及光学成像系统和光学镜头。
背景技术
由多个功能性镜片组合而成的光学成像系统已普遍运用于摄像头等视频采集设备中，用于采集特定环境下的视频或图像。现有的光学成像系统受到其材质的限制，往往仅能满足在-40℃～+60℃之间正常工作，一旦温度超过上述范围，其成像质量将会大幅度下降。如要解决上述问题需要将其中镜片的尺寸扩大，并对镜面做出适应性加工，这样即会使得摄像头的尺寸增大不便于携带，还会造成加工难度上升，生产成本增加。
在中国专利文件(CN216133243U)中，针对如何对微小目标进行成像问题，公开了一种微距镜头，其通过将三个透镜材质均设为锗单晶，达到了提升成像系统分辨率的效果。然而，其仍不能实现成像系统在更大范围温差下正常工作。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种相对尺寸小、加工难度低且能在相对较大的温度范围内正常工作的光学成像系统和光学镜头。
具体技术方案如下：
第一方面
本申请提供一种光学成像系统，镜头中的镜片包括由物方至像方依次分布的第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中：
所述第一透镜为凸面朝向物方的弯月形正透镜，用于对目标进行聚焦，其材质为型号为IRG207的硫系玻璃；
所述第二透镜为凸面朝向物方的弯月形负透镜，用于对光线角度进行发散和高低温平衡，其材质为硒化锌玻璃；
所述第三透镜为凸面朝向物方的弯月形正透镜，用于对所述光学成像系统进行像差补偿，其材质为硒化锌玻璃。
作为本申请的进一步限定，所述第一透镜和所述第二透镜上各自远离物方的一侧为非球面，其中所述第二透镜的上述侧面同时为衍射面。
作为本申请的进一步限定，所述第三透镜采用正光焦度。
作为本申请的进一步限定，所述光学成像系统的焦距f＝60mm；等效焦距和光学孔径之比F＝1.0。
作为本申请的进一步限定，所述第一透镜和所述第二透镜上的非球面满足下列表达式：
其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
作为本申请的进一步限定，所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
其中φ为衍射面的相位,N是级数中多项式系数的序号，Ai是ρ的第2i次幂的系数，ρ是归一化的径向孔径坐标。M是衍射级次，此处取值为1。
第二方面
本申请提供一种光学镜头，包括以上所述的光学成像系统，还包括镜筒，和分别匹配于上述三个透镜的镜框，所述镜框与所述镜筒预先匹配。
本申请有益效果在于：
红外辐射在穿过所述第一透镜时，其会发生折射，为了在所述光学成像系统的像方得到更为清晰的成像，需要将所述第一透镜的折射率降低，而用于降低其折射率的方法，一种是将其镜片边缘加工的更薄这样会增加加工难度和生产成本；另一种则是采用折射率较低的IRG207作为所述第一透镜的材质以提供镜头主要光焦度，利用材料低折射率的特性，在控制入射光线的角度的同时，降低公差敏感度和加工难度。另外，所述第二透镜上远离物方的一侧镜面加工为非球面的衍射面。其中非球面可以校正透镜一带来的球差，慧差，像散等初级像差，而衍射面可用于控制所述光学成像系统热像差。这样可以使得该光学成像系统可在更大的温差范围内正常工作。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请实施例提供的光学成像系统的示意图；
图2为图1中光学成像系统在80℃时的MTF图像；
图3为图1中光学成像系统在-55℃时的MTF图像；
图4为图1中光学成像系统在80℃时的点列图；
图5为图1中光学成像系统在-55℃时的点列图；
图6为本申请实施例提供的光学镜头的剖视图；
图中标号：L1，第一透镜；L2，第二透镜；L3，第三透镜；1，镜筒；2，镜框。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
请参考图1，为本实施例提供的一种光学成像系统，镜头中的镜片包括由物方至像方(在图1中由左至右)依次分布的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3，其中：
所述第一透镜L1为凸面朝向物方的弯月形正透镜，用于对目标进行聚焦，其材质为型号为IRG207的硫系玻璃；
所述第二透镜L2为凸面朝向物方的弯月形负透镜，用于对光线角度进行发散和高低温平衡，其材质为硒化锌玻璃；
所述第三透镜L3为凸面朝向物方的弯月形正透镜，用于对所述光学成像系统进行像差补偿，其材质为硒化锌玻璃。
红外辐射在穿过所述第一透镜L1时，其会发生折射，为了在所述光学成像系统的像方得到更为清晰的成像，需要将所述第一透镜L1的折射率降低，而用于降低其折射率的方法，一种是将其镜片边缘加工的更薄这样会增加加工难度和生产成本；另一种则是采用折射率较低的IRG207作为所述第一透镜L1的材质以提供镜头主要光焦度，利用材料低折射率的特性，在控制入射光线的角度的同时，降低公差敏感度和加工难度。
另外，所述第一透镜L1和所述第二透镜L2上各自远离物方的一侧为非球面，其中所述第二透镜L2的上述侧面同时为衍射面。其中非球面可以校正透镜一带来的球差，慧差，像散等初级像差，而衍射面可用于控制所述光学成像系统热像差。这样可以使得该光学成像系统可在更大的温差范围内正常工作。
本实施方式的光学结构参数如下表1：
表1：
表1中数据单位均为mm，在对该光学成像系统进行成像测试后，得出相应的成像分析图，即图2-图5，其中图2和图3分别为该光学成像系统在80℃和-55℃时的MTF图像；图4和图5分别为该光学成像系统在80℃和-55℃时的点列图。由上述图像可知：在该温度区间下，所述光学成像系统MTF设计值在0.35～0.4之间，其像质效果良好。
其中在提升该光学成像系统的成像质量的优选实施方式中，所述第三透镜L3采用正光焦度。
采用正光焦度的所述第三透镜L3可将该光学成像系统靠近物方一端的入射光线角度进行收敛，并平缓出射，这样即降低了该光学成像系统的像差，使整个该光学成像系统像质提高。
进一步地，所述光学成像系统的焦距f＝60mm；等效焦距和光学孔径之比F＝1.0。
进一步地，所述第一透镜L1和所述第二透镜L2上的非球面满足下列表达式：
其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
进一步地，所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
其中φ为衍射面的相位,N是级数中多项式系数的序号，Ai是ρ的第2i次幂的系数，ρ是归一化的径向孔径坐标。M是衍射级次，此处为1。
实施例2
本实施例提供的一种光学镜头，如图6中所示，包括以上所述的光学成像系统，还包括镜筒1，和分别匹配于上述三个透镜的镜框2，所述镜框2与所述镜筒1预先匹配。
现有的光学镜头中一般采用的装配方法为：将相应的镜片进行粗加工后，再将其安装至镜筒1中进行二次加工，以使二者位置和面形得以匹配，而在本实施例中，在所述光学成像系统所涉及的三个镜片的边缘分别设置了已预先和所述镜筒1完成匹配的所述镜框2，这样只需将所述镜片与相应镜框2之间进行加工匹配即可。以上步骤均可在所述镜筒1外侧完成。因此降低了加工难度，提高了所述光学镜头的成像精度。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (7)
1.一种光学成像系统，其特征在于，镜头中的镜片包括由物方至像方依次分布的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)和第三透镜(L3)，其中：
所述第一透镜(L1)为凸面朝向物方的弯月形正透镜，用于对目标进行聚焦，其材质为型号为IRG207的硫系玻璃；
所述第二透镜(L2)为凸面朝向物方的弯月形负透镜，用于对光线角度进行发散和高低温平衡，其材质为硒化锌玻璃；
所述第三透镜(L3)为凸面朝向物方的弯月形正透镜，用于对所述光学成像系统进行像差补偿，其材质为硒化锌玻璃。
2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)和所述第二透镜(L2)上各自远离物方的一侧为非球面，其中所述第二透镜(L2)远离物方一侧的侧面同时为衍射面。
3.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第三透镜(L3)采用正光焦度。
4.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述光学成像系统的焦距f＝60mm；等效焦距和光学孔径之比F＝1.0。
5.根据权利要求2所述的光学成像系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)和所述第二透镜(L2)上的非球面满足下列表达式：
其中z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c表示表面的顶点曲率，k为圆锥系数，α2、α3、α4、α5、α6为高次非球面系数。
6.根据权利要求5所述的光学成像系统，其特征在于，所述镜头的镜片中的衍射面满足下列表达式：
其中φ为衍射面的相位,N是级数中多项式系数的序号，Ai是ρ的第2i次幂的系数，ρ是归一化的径向孔径坐标，M是衍射级次，此处为1。
7.一种光学镜头，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项所述的光学成像系统，还包括镜筒(1)，和分别匹配于上述三个透镜的镜框(2)，所述镜框(2)与所述镜筒(1)预先匹配。
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