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CN109507785B - 一种红外共焦镜头 - Google Patents

一种红外共焦镜头 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种红外共焦镜头。该红外共焦镜头包括一折射透镜组以及位于折射透镜组出光侧的成像组件；折射透镜组包括沿光线入射方向依次排列的负光焦度第一透镜、负光焦度第二透镜、正光焦度第三透镜、负光焦度第四透镜、正焦度第五透镜、正光焦度第六透镜、负光焦度第七透镜以及正光焦度第八透镜；其中第四透镜的焦距f4和第五透镜的焦距f5满足如下关系：0.8<︱f4/f5︱<1.5；第六透镜的焦距f6和第七透镜的焦距f7满足如下关系：0.5<︱f6/f7︱<1.2。本发明实施例的技术方案，适用于安防领域的红外共焦镜头设计，该镜头具有可见光与红外光共焦，结构简单以及分辨率高的优点。

Description

一种红外共焦镜头
技术领域
本发明实施例涉及光学器件技术，尤其涉及一种红外共焦镜头。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展，人们对安防也有了更高层次的认识，监控镜头随即诞生。与变焦镜头相比，定焦镜头设计、制造简单，拍摄的运动物体的图像清晰稳定，画面细腻，使之在安防监控行业占据重要地位。
随着社会对安防意识的提升，全天候监控是安防镜头必备条件，要求可见光和红外照明环境下图像均清晰度一致，因此可见光与红外光共焦镜头有广泛的需求。由于传统的定焦镜头往往镜片个数较多，造成镜头体积和重量庞大，在浪费人力物力的同时，使用很不方便。镜头体积太大或者造价太高会影响产品的普及与使用。
发明内容
本发明实施例提供一种红外共焦镜头，以实现适用于安防领域的红外共焦镜头设计，具有可见光与红外光共焦，结构简单以及分辨率高的优点。
本发明实施例提供一种红外共焦镜头，包括一折射透镜组以及位于所述折射透镜组出光侧的成像组件；
所述折射透镜组包括沿光线入射方向依次排列的负光焦度第一透镜、负光焦度第二透镜、正光焦度第三透镜、负光焦度第四透镜、正焦度第五透镜、正光焦度第六透镜、负光焦度第七透镜以及正光焦度第八透镜；
其中所述第四透镜的焦距f4和所述第五透镜的焦距f5满足如下关系：
0.8<︱f4/f5︱<1.5；
所述第六透镜的焦距f6和所述第七透镜的焦距f7满足如下关系：
0.5<︱f6/f7︱<1.2。
可选的，所述折射透镜组与所述成像组件共轴设置，所述成像组件位于所述折射透镜组的焦平面上。
可选的，所述成像组件包括感光元件与透明保护板，所述透明保护板位于所述感光元件与所述折射透镜组之间。
可选的，还包括光阑，位于所述第三透镜与所述第四透镜之间。
可选的，所述第四透镜与所述第五透镜构成胶合透镜。
可选的，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜为球面透镜，所述第二透镜、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜为非球面透镜。
可选的，所述非球面透镜的面型由公式：
确定，其中，z为矢高，c为曲面顶点处的曲率，r为曲面点坐标在垂直于光轴平面的投影与光轴的距离，k为圆锥系数，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7和a8表示偶次项对应的系数。
可选的，所述第一透镜为弯月形透镜，所述第二透镜为弯月形透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凸透镜，所述第七透镜为弯月形透镜，所述第八透镜为双凸透镜。
可选的，所述折射透镜组满足以下参数：
f1＝-6～-8.3 n1＝1.55～1.75 R1＝50～65 R2＝4.5～5.2
f2＝-12～-15 n2＝1.55～1.75 R3＝-4.2～-4.6 R4＝-9.3～-11.2
f3＝6.5～8.3 n3＝1.83～2.23 R5＝15.3～16.8 R6＝-15.3～-16.8
f4＝-6.5～-8.3 n4＝1.83～2.23 R7＝-38.5～-40.2 R8＝8.1～8.42
f5＝6.5～8.3 n5＝1.55～1.75 R9＝8.1～8.5 R10＝-8.1～-8.5
f6＝10.2～11.8 n6＝1.45～1.65 R11＝8.2～8.4 R12＝-18.5～-20.3
f7＝-17～-21 n7＝1.55～1.65 R13＝-5.5～-6.3 R14＝-13.5～14.8
f8＝13.6～15.8 n8＝1.45～1.55 R15＝9.8～11.5 R16＝-32.5～-36
其中，f1～f8表示所述第一透镜到所述第八透镜的焦距，单位为mm，n1～n8表示所述第一透镜到所述第七透镜的折射率，R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15依顺序分别表示所述第一透镜至所述第八透镜朝向物方一侧表面中心的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16依顺序分别表示所述第一透镜至所述第八透镜朝向像方一侧表面中心的曲率半径，单位为mm，“-”表示方向为负。
可选的，所述折射透镜组的光圈F大于或等于1.1。
本发明实施例提供的红外共焦镜头，包括一折射透镜组以及位于折射透镜组出光侧的成像组件；折射透镜组包括沿光线入射方向依次排列的负光焦度第一透镜、负光焦度第二透镜、正光焦度第三透镜、负光焦度第四透镜、正焦度第五透镜、正光焦度第六透镜、负光焦度第七透镜以及正光焦度第八透镜；其中第四透镜的焦距f4和第五透镜的焦距f5满足0.8<︱f4/f5︱<1.5；第六透镜的焦距f6和第七透镜的焦距f7满足0.5<︱f6/f7︱<1.2。通过设计折射透镜组中各个透镜的光焦度相互匹配，通过设置第四透镜的焦距f4和第五透镜的焦距f5满足0.8<︱f4/f5︱<1.5；第六透镜的焦距f6和第七透镜的焦距f7满足0.5<︱f6/f7︱<1.2，可以设计出结构简单、分辨率高的可见光和红外光共焦的光学镜头。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种红外共焦镜头的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的可见光的调制传递函数MTF曲线示意图；
图3是本发明实施例提供的红外光的MTF曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明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本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1所示为本发明实施例提供的一种红外共焦镜头的结构示意图。参考图1，该红外共焦镜头包括一折射透镜组10以及位于折射透镜组10出光侧的成像组件20；折射透镜组10包括沿光线入射方向依次排列的负光焦度第一透镜101、负光焦度第二透镜102、正光焦度第三透镜103、负光焦度第四透镜104、正焦度第五透镜105、正光焦度第六透镜106、负光焦度第七透镜107以及正光焦度第八透镜108；其中第四透镜104的焦距f4和第五透镜105的焦距f5满足如下关系：0.8<︱f4/f5︱<1.5；第六透镜106的焦距f6和第七透镜107的焦距f7满足如下关系：0.5<︱f6/f7︱<1.2。
其中，可以理解的是，光焦度等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。在本实施例中，可以将各个透镜固定于一个镜筒(图1中未示出)内，通过合理分配透镜的光焦度，可以使镜头在436nm～850nm的波长范围内实现共焦，在本发明的一个实施例中，折射透镜组的光圈F＝1.1，可以匹配600万像素及600万像素以上的成像组件，具有通光量大、分辨率高的优点。
本实施例的技术方案，通过设计折射透镜组中各个透镜的光焦度相互匹配，通过设置第四透镜的焦距f4和第五透镜的焦距f5满足0.8<︱f4/f5︱<1.5；第六透镜的焦距f6和第七透镜的焦距f7满足0.5<︱f6/f7︱<1.2，可以设计出结构简单、分辨率高的可见光和红外光共焦的光学镜头。
在上述技术方案的基础上，可选的，继续参考图1，折射透镜组10与成像组件20共轴设置，成像组件20位于折射透镜组10的焦平面上。
可以理解的是，通过折射透镜组10与成像组件10共轴设置，可以降低折射透镜组10设计时的复杂度，提高折射透镜组10的成像精度，将成像组件20设置于折射透镜组10出光侧的焦平面上。
可选的，成像组件20包括感光元件201与透明保护板202，透明保护板202位于感光元件201与折射透镜组10之间。
示例性的，透明保护板202可以为玻璃板，或者具有滤除某些光线功能的滤光片，用于保护感光元件201，感光元件201可以包括电荷耦合器件CCD或互补金属氧化物半导体CMOS，本实施例中，可选的选用COMS作感光元件，可以有效降低镜头的成本。
可选的，继续参考图1，该红外共焦镜头还包括光阑30，位于第三透镜103与第四透镜104之间。光阑30用于可以红外共焦镜头的通光量。
可选的，第四透镜104与第五透镜105构成胶合透镜。
可以理解的是，胶合透镜包括两个透镜，且两个透镜相互临近一侧的表面形状相同并贴合在一起。胶合透镜具有良好的像差矫正能力，尤其适用于色差的矫正。本发明实施例中，第四透镜104与第五透镜105构成胶合透镜，有利于红外共焦镜头中色差的矫正。
可选的，第一透镜101、第三透镜103、第四透镜104以及第五透镜105为球面透镜，第二透镜102、第六透镜106、第七透镜107以及第八透镜108为非球面透镜。
示例性的，在本实施例中，第一透镜101、第三透镜103、第四透镜104以及第五透镜105选用玻璃材料形成球面透镜，具有矫正红外的功能，第二透镜102、第六透镜106、第七透镜107以及第八透镜108选用塑胶材料形成非球面透镜，可以有效消除像差。
可选的，非球面透镜的面型由公式：
确定，其中，z为矢高，c为曲面顶点处的曲率，r为曲面点坐标在垂直于光轴平面的投影与光轴的距离，k为圆锥系数，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7和a8表示偶次项对应的系数。
在本实施例中，非球面透镜的偶次项系数为：
表1非球面透镜面形参数
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8
面序号3 0 -3.34E-03 -1.87E-05 3.85E-06 -2.40E-07 1.17E-09 2.37E-07 0
面序号4 0 -9.08E-02 1.15E-06 5.32E-06 2.79E-06 3.13E-09 2.34E-08 0
面序号11 0 4.48E-03 -2.14E-03 -6.47E-05 2.28E-07 -1.93E-07 -2.37E-09 0
面序号12 0 -2.59E-02 -1.21E-04 4.35E-06 4.28E-07 1.96E-08 2.85E-08 0
面序号13 0 -1.30E-03 -7.83E-06 3.47E-06 -6.24E-08 6.33E-09 1.87E-07 0
面序号14 0 -3.11E-06 3.53E-06 -4.54E-05 2.54E-07 -3.50E-06 -9.12E-06 0
面序号15 0 -1.52E-05 -9.62E-06 2.36E-06 -5.08E-08 7.53E-08 1.19E-08 0
面序号16 0 -2.11E-04 2.43E-04 -3.54E-07 2.31E-06 -2.50E-07 -2.14E-07 0
其中，面序号3、面序号11、面序号13和面序号15分别对应第二透镜102、第六透镜106、第七透镜107以及第八透镜108靠近物面的前表面，面序号4、面序号12、面序号14和面序号16分别对应第二透镜102、第六透镜106、第七透镜107以及第八透镜108靠近像面的后表面。
可选的，继续参考图1，在本发明实施例的一个具体示例中，第一透镜101为弯月形透镜，第二透镜102为弯月形透镜，第三透镜103为双凸透镜，第四透镜104为双凹透镜，第五透镜105为双凸透镜，第六透镜106为双凸透镜，第七透镜107为弯月形透镜，第八透镜108为双凸透镜。
可以理解的是，具体透镜形状的可以根据光角度的设计选择，以上仅是一个具体的示例，不是对本发明实施例的限制。
可选的，折射透镜组10满足以下参数：
表2折射透镜组参数
其中，f1～f8表示第一透镜到第八透镜的焦距，单位为mm，n1～n8表示第一透镜到第七透镜的折射率，R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15依顺序分别表示第一透镜至第八透镜朝向物方一侧表面中心的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16依顺序分别表示第一透镜至第八透镜朝向像方一侧表面中心的曲率半径，单位为mm，“-”表示方向为负。
可选的，折射透镜组10的光圈F大于或等于1.1。在本实施例中，折射透镜组的光圈F＝1.1，具有通光量大的有点。
表3所示为本发明实施例的一个具体实施例的透镜参数设计值：
表3折射透镜组中透镜的一种设计值
其中，面序号1表示第一透镜101靠近物方的前表面，依次类推，PL表示该表面为平面，由于第四透镜104和第五透镜105为胶合透镜，其共用面9，面序号17和18表示透明保护板202的两个表面；R表示球面半径，正表示球面中心靠近像面一侧，负表示球面中心靠近物面一侧；D表示当前表面到下一个表面的在光轴上距离；nd表示透镜的折射率；k表示非球面的圆锥系数。
另外，各个透镜之间还设置有隔圈(图1中未示出)，具体的，第一透镜101第二透镜102通过SOMA片紧靠，第二透镜102与第三透镜通过金属隔圈紧密结合，第三透镜103与第四透镜104通过隔圈紧密结合，第五透镜105与第六透镜106通过隔圈紧密配合，第六透镜106与第七透镜107通过SOMA片紧靠，第七透镜107与第八透镜108通过SOMA片紧靠。
本实施例提供的红外共焦镜头，在可见光和红外状态下，均可达到600万像素分辨率，可以匹配600万1/2.7英寸CMOS芯片，即使在夜晚低照度环境下也可获得清晰画面。同时，本设计在-40℃～80℃环境中使用不跑焦。
具体的，图2所示为本发明实施例提供的可见光的调制传递函数MTF曲线示意图，图3所示为本发明实施例提供的红外光的MTF曲线示意图。要达到600万像素分辨率，需要在空间分辨率为200线对/毫米时，中心视场的可见光的MTF大于0.4，边缘视场的MTF大于0.2，中心视场的红外光的MTF大于0.4，0.7倍边缘视场的MTF大于0.2。参考图2和图3可知，对于可见光与红外光均满足分辨率大于600万像素的条件。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种红外共焦镜头，其特征在于，包括一折射透镜组以及位于所述折射透镜组出光侧的成像组件；
所述折射透镜组包括沿光线入射方向依次排列的负光焦度第一透镜、负光焦度第二透镜、正光焦度第三透镜、负光焦度第四透镜、正光焦度第五透镜、正光焦度第六透镜、负光焦度第七透镜以及正光焦度第八透镜；
其中所述第四透镜的焦距f4和所述第五透镜的焦距f5满足如下关系：
0.8<︱f4/f5︱<1.5；
所述第六透镜的焦距f6和所述第七透镜的焦距f7满足如下关系：
0.5<︱f6/f7︱<1.2；
所述折射透镜组与所述成像组件共轴设置，所述成像组件位于所述折射透镜组的焦平面上；
所述折射透镜组满足以下参数：
f1＝-8.3～-6 n1＝1.55～1.75 R1＝50～65 R2＝4.5～5.2 f2＝-15～-12 n2＝1.55～1.75 R3＝-4.6～-4.2 R4＝-11.2～-9.3 f3＝6.5～8.3 n3＝1.83～2.23 R5＝15.3～16.8 R6＝-16.8～-15.3 f4＝-8.3～-6.5 n4＝1.83～2.23 R7＝-40.2～-38.5 R8＝8.1～8.42 f5＝6.5～8.3 n5＝1.55～1.75 R9＝8.1～8.5 R10＝-8.5～-8.1 f6＝10.2～11.8 n6＝1.45～1.65 R11＝8.2～8.4 R12＝-20.3～-18.5 f7＝-21～-17 n7＝1.55～1.65 R13＝-6.3～-5.5 R14＝-14.8～-13.5 f8＝13.6～15.8 n8＝1.45～1.55 R15＝9.8～11.5 R16＝-36～-32.5
其中，f1～f8表示所述第一透镜到所述第八透镜的焦距，单位为mm，n1～n8表示所述第一透镜到所述第七透镜的折射率，R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13、R15依顺序分别表示所述第一透镜至所述第八透镜朝向物方一侧表面中心的曲率半径，R2、R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16依顺序分别表示所述第一透镜至所述第八透镜朝向像方一侧表面中心的曲率半径，单位为mm，“-”表示方向为负；
所述折射透镜组中具有光焦度的透镜数量为八片。
2.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述成像组件包括感光元件与透明保护板，所述透明保护板位于所述感光元件与所述折射透镜组之间。
3.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，还包括光阑，位于所述第三透镜与所述第四透镜之间。
4.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述第四透镜与所述第五透镜构成胶合透镜。
5.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述第一透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜为球面透镜，所述第二透镜、所述第六透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜为非球面透镜。
6.根据权利要求5所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述非球面透镜的面型由公式：
确定，其中，z为矢高，c为曲面顶点处的曲率，r为曲面点坐标在垂直于光轴平面的投影与光轴的距离，k为圆锥系数，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7和a8表示偶次项对应的系数。
7.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为弯月形透镜，所述第二透镜为弯月形透镜，所述第三透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六透镜为双凸透镜，所述第七透镜为弯月形透镜，所述第八透镜为双凸透镜。
8.根据权利要求1所述的红外共焦镜头，其特征在于，所述折射透镜组的光圈F大于或等于1.1。
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