CN113467059B - 红外共焦广角镜头 - Google Patents

红外共焦广角镜头 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种红外共焦广角镜头，共六片透镜，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；光阑；具有正光焦度的第三透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；具有正光焦度的第五透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；具有负光焦度的第六透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面；红外共焦广角镜头满足条件式：160°≤FOV≤180°、0.2＜f/TTL＜0.3，其中：FOV表示红外共焦广角镜头的最大视场角，f表示红外共焦广角镜头的有效焦距，TTL表示第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。

Description

红外共焦广角镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头的技术领域，特别涉及一种红外共焦广角镜头。
背景技术
红外共焦是目前车载、安防行业提出的镜头技术规格，是未来市场的发展趋势。然而目前的大部分的用于车载、安防的红外共焦镜头，普遍存在红外可见离焦量大，很难同时实现白天、夜晚成像的高清晰度要求，高低温环境下清晰度严重下降，制作成本高，温度漂移大，成品不够轻便，周边存在暗角现象等技术问题。
发明内容
本申请提供了可适用于车载安装的、可至少克服现有技术中的上述至少一个缺陷的红外共焦广角镜头。
本发明提供了一种红外共焦广角镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
具有光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
光阑；
具有正光焦度的第三透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；
具有负光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；
具有正光焦度的第五透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；
具有负光焦度的第六透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面。
所述红外共焦广角镜头满足条件式：160°≤FOV≤180°、0.2＜f/TTL＜0.3，其中：FOV表示所述红外共焦广角镜头的最大视场角，f表示所述红外共焦广角镜头的有效焦距，TTL表示所述第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。
进一步地，所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距f12与所述红外共焦广角镜头的有效焦距f满足关系式：-5＜f12/f＜-1。
进一步地，所述第一透镜的焦距f1与所述第二透镜的焦距f2满足关系式：-0.5＜f1/f2＜0.1。
进一步地，所述第一透镜物侧面的边缘面倾角θ1与所述红外共焦广角镜头的最大视场角FOV满足关系式：0.04＜θ1/FOV＜0.10。
进一步地，所述第六透镜物侧面的边缘面倾角θ12与所述第六透镜像侧面的边缘面倾角θ13满足关系式：1.0＜θ12/θ13＜1.5。
进一步地，所述第四透镜和所述第五透镜在光轴上的间隔距离 CT45、所述第四透镜和所述第五透镜在有效径边缘处的间隔距离ET45与所述第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离TTL满足关系式：0.01＜（CT45+ET45）/ TTL＜0.03。
进一步地，所述第四透镜的焦距f4与所述第五透镜的焦距f5满足关系式：0.5＜|f4/f5|＜1.5。
进一步地，所述第四透镜的物侧面的矢高SAG41、所述第四透镜的像侧面的矢高SAG42与所述第五透镜的物侧面的矢高SAG51、所述第五透镜的像侧面的矢高SAG52满足关系式：-25＜（SAG51+SAG52）/（SAG41+SAG42）＜5。
进一步地，所述第一透镜的物侧面的矢高SAG11、所述第一透镜的物侧面的有效口径D11满足关系式：0.05＜SAG11/D11＜0.20。
进一步地，所述第一透镜的物侧面的矢高SAG11、所述第一透镜在光轴上的厚度CT1满足关系式：0.5＜SAG11/CT1＜1.5。
相比现有技术，本申请有益效果为：采用六片透镜结构，通过优化设置镜片的形状，合理分配各镜片的光焦度以及形成胶合透镜等，实现红外共焦广角镜头的可见光与红外共焦、白天黑夜高解像、温度性能佳、制作成本低、温度漂移小、成品轻便、周边无暗角现象等有益效果中的至少一个。
附图说明
本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：
图1为本申请第一实施例中红外共焦广角镜头的结构示意图；
图2为本申请第一实施例中红外共焦广角镜头可见光MTF曲线图；
图3为本申请第一实施例中红外共焦广角镜头红外光MTF曲线图；
图4为本申请第一实施例中红外共焦广角镜头轴向色差曲线图；
图5为本申请第二实施例中红外共焦广角镜头的结构示意图；
图6为本申请第二实施例中红外共焦广角镜头可见光MTF曲线图；
图7为本申请第二实施例中红外共焦广角镜头红外光MTF曲线图；
图8为本申请第二实施例中红外共焦广角镜头轴向色差曲线图；
图9为本申请第三实施例中红外共焦广角镜头的结构示意图；
图10为本申请第三实施例中红外共焦广角镜头可见光MTF曲线图；
图11为本申请第三实施例中红外共焦广角镜头红外光MTF曲线图；
图12为本申请第三实施例中红外共焦广角镜头轴向色差曲线图。
主要元件符号说明：
Figure 732627DEST_PATH_IMAGE001
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更详细的说明。应理解，这些详细说明对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜，第一胶合透镜也可被称作第二胶合透镜。
本发明实施例提供了一种红外共焦广角镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
具有光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
光阑；
具有正光焦度的第三透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；
具有负光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；
具有正光焦度的第五透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；
具有负光焦度的第六透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面。
在一些实施例中，红外共焦广角镜头的最大视场角FOV满足条件式：160°≤FOV≤180°。为了实现大视场角，一般情况下需要加大第一片镜片的口径，口径增大势必造成***整体质量的增加，所述***采用六面非球面镜片，通过非球面优秀的像差校正功能，在满足大视场情况下的小口径。同时，通过对面型、结构以及材料的优化，使得该***在两个波长范围内有较好的成像品质从而可以实现日夜两用的要求。
在一些实施例中，红外共焦广角镜头的有效焦距f与第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离 TTL满足关系式：0.2＜f/TTL＜0.3。在满足镜头f较小的同时，可以控制镜头内各透镜之间的间距，进而调整镜头的光学总长至合适的范围，实现镜头的小型化。
在一些实施例中，第一透镜和第二透镜的组合焦距f12与红外共焦广角镜头的有效焦距f满足关系式：-5＜f12/f＜-1。可以提高来自物侧光线进入镜头的角度，从而扩大镜头的视场角同时收拢入射光线使其平稳进入镜头内；降低镜头的敏感度，满足小型化的需求。
在一些实施例中，第一透镜的焦距f1与第二透镜的焦距f2满足关系式：-0.5＜f1/f2＜0.1。可以保证第一透镜和第二透镜的光焦度分配合理，有利于获得较大的视场角并且减少***像差的过度增大。
在一些实施例中，第一透镜物侧面的边缘面倾角θ1与红外共焦广角镜头的最大视场角FOV满足关系式：0.04＜θ1/FOV＜0.10。有利于在第一透镜的光线入射角与面倾角之间取得平衡，以有效调节各视场的入射光路，从而使红外共焦镜头获得较高的照度且下降平缓。
在一些实施例中，第六透镜物侧面的边缘面倾角θ12与第六透镜像侧面的边缘面倾角θ13满足关系式：1.0＜θ12/θ13＜1.5。可以避免有效径边缘处的面型发生过大的扭曲，使有效径处的角度变化合理，同时也有助于面型的变化趋于平缓，减少在边缘视场出现的漏光现象。
在一些实施例中，第四透镜和第五透镜在光轴上的间隔距离 CT45、第四透镜和第五透镜在有效径边缘处的间隔距离ET45与第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离TTL满足关系式：0.01＜（CT45+ET45）/ TTL＜0.03。通过设置使得第四透镜和第五透镜的中心及边缘距离非常接近，可近似实现胶合透镜的作用。
在一些实施例中，第四透镜的焦距f4与第五透镜的焦距f5满足关系式：0.5＜|f4/f5|＜1.5。通过约束第四透镜与第五透镜有效焦距的比例，能够合理地控制约束这两片透镜对***的场曲的影响，有助于光线平缓过渡，矫正色差。
在一些实施例中，第四透镜的物侧面的矢高SAG41、第四透镜的像侧面的矢高SAG42与第五透镜的物侧面的矢高SAG51、第五透镜的像侧面的矢高SAG52满足关系式：-25＜（SAG51+SAG52）/（SAG41+SAG42）＜5。能够在保证镜头成像质量的前提下提升有效焦距；有助于改善中间视场的球差，以及边缘视场的慧差，使镜头具有更好地像差矫正能力；能够增加***的相对照度，提升镜头在较暗环境下的成像质量。
在一些实施例中，第一透镜的物侧面的矢高SAG11、第一透镜的物侧面的有效口径D11满足关系式：0.05＜SAG11/D11＜0.20。能够保证第一透镜的物侧面的张角较大，有利于周边光线快速聚焦，可提高成像质量。
在一些实施例中，第一透镜的物侧面的矢高SAG11、第一透镜在光轴上的厚度CT1满足关系式：0.5＜SAG11/CT1＜1.5。避免了光线发生大角度的转折，有助于降低公差敏感性，降低了加工难度，提高了生产良率，并能够避免严重鬼像的出现。
在一些实施例中，光学镜头满足条件式：
Figure 86248DEST_PATH_IMAGE002
其中，z表示曲面离开曲面顶点在光轴方向的距离，c为二次曲面的顶点曲率，h表示光轴到曲面的距离，k为二次曲面系数，a 4 、a 6 、a 8 、a 10 、a 12 、a 14 分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶曲面系数。满足以上条件式，可以控制各非球面面型在可生产的条件下，保证各面型和结构之间的平衡，保证像质和结构间的平衡。
在一些实施方式中，第一透镜和第六透镜均可采用非球面镜片。非球面镜片的特点是：从镜片中心到周边曲率是连续变化的。与从镜片中心到周边有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面镜片后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升镜头的成像质量。
根据本申请的上述实施方式的光学镜头通过优化设置镜片形状，合理分配光焦度，合理选取镜片材料，使用六片架构就能够实现高解像，可达到八百万像素以上，同时能够兼顾镜头小型化、低成本、高解像等要求。
在一些实施方式中，根据本申请的光学镜头可采用塑料镜片或玻璃镜片。通常塑料材质的镜片热膨胀系数较大，当镜头所使用的环境温度变化较大时，塑料材质的透镜会引起镜头的光学后焦变化量较大。采用玻璃材质的镜片，可减小温度对镜头光学后焦的影响，但是成本较高。
在以下各个实施例中，光学镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同，具体不同可参见各实施例的参数表。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。本领域的技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可改变构成镜头的透镜数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。例如，虽然在实施方式中以六个透镜为例进行了描述，但是该光学镜头不限于包括六个透镜。如果需要，该光学镜头还可包括其它数量的透镜。
第一实施例
本发明实施例提供的红外共焦广角镜头的结构示意图请参阅图1，该红外共焦广角镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、光阑ST、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、以及红外滤光片G1。
第一透镜L1为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面；
第二透镜L2为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S3为凹面，像侧面S4为凸面；
第三透镜L3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S5和像侧面S6均为凸面；
第四透镜L4为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S7和像侧面S8均为凹面；
第五透镜L5为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S9和像侧面S10均为凸面；
第六透镜L6为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，其物侧面S11在近光轴处为凸面，像侧面S12在近光轴处为凹面；
其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、六透镜均为塑胶非球面透镜。
本发明第一实施例提供的红外共焦广角镜头中各透镜的相关参数如表1所示。
表 1
Figure 884440DEST_PATH_IMAGE003
本发明第一实施例提供的红外共焦广角镜头中各非球面的面型系数如表2所示。
表2
Figure 817761DEST_PATH_IMAGE004
本实施例中，请参照图2、图3和图4，所示分别为红外共焦广角镜头的可见光MTF曲线图、红外光MTF曲线图以及轴向色差曲线图。
图2和图3的MTF曲线是用来评价光学***的性能，横轴表示画面中心到边缘的距离（单位：mm），纵轴表示OTF系数（图像光学传输质量对比，单位：%）。由图2可以看出在可见光波段内各曲线的OTF系数均在0.4以上，由图3可以看出在红外光波段内各曲线的OTF系数均在0.5以上，说明该红外共焦广角镜头在可见光波段和红外光波段内具备良好的分辨率和解像性能。
图4的轴向色差曲线表示成像面光轴处的像差，横轴表示轴向色差值（单位：mm），纵轴表示归一化光瞳半径。由图4可以看出，整体色差处于±0.02mm范围内，说明该红外共焦广角镜头具备良好的消色差性能。
第二实施例
本发明实施例提供的红外共焦广角镜头结构示意图请参阅图5，本实施例中的红外共焦广角镜头的结构与第一实施例中的红外共焦广角镜头的结构大抵相同，不同之处在于透镜的厚度、透镜的间距、透镜的曲率半径等。
本发明第二实施例提供的红外共焦广角镜头中各透镜的相关参数如表3所示。
表 3
Figure 283377DEST_PATH_IMAGE005
本发明第二实施例提供的红外共焦广角镜头中各非球面的面型系数如表4所示。
表 4
Figure 11162DEST_PATH_IMAGE006
本实施例中，请参照图6、图7和图8，所示分别为红外共焦广角镜头的可见光MTF曲线图、红外光MTF曲线图以及轴向色差曲线图。
图6和图7的MTF曲线是用来评价光学***的性能，横轴表示画面中心到边缘的距离（单位：mm），纵轴表示OTF系数（图像光学传输质量对比，单位：%）。由图6可以看出在可见光波段内各曲线的OTF系数均在0.5以上，由图7可以看出在红外光波段内各曲线的OTF系数均在0以上，说明该红外共焦广角镜头在可见光波段内具备良好的分辨率和解像性能。
图8的轴向色差曲线表示成像面光轴处的像差，横轴表示轴向色差值（单位：mm），纵轴表示归一化光瞳半径。由图8可以看出，整体色差处于±0.04mm范围内，说明该红外共焦广角镜头具备良好的消色差性能。
第三实施例
本发明实施例提供的红外共焦广角镜头的结构示意图请参阅图9，该红外共焦广角镜头沿光轴从物侧到成像面依次包括：第一透镜L1、第二透镜L2、光阑ST、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、以及红外滤光片G1。
第一透镜L1为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面；
第二透镜L2为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S3为凹面，像侧面S4为凸面；
第三透镜L3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S5和像侧面S6均为凸面；
第四透镜L4为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S7和像侧面S8均为凹面；
第五透镜L5为具有正光焦度的塑胶非球面透镜，物侧面S9和像侧面S10均为凸面；
第六透镜L6为具有负光焦度的塑胶非球面透镜，其物侧面S11在近光轴处为凸面，像侧面S12在近光轴处为凹面；
其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、六透镜均为塑胶非球面透镜。
本发明第三实施例提供的红外共焦广角镜头中各透镜的相关参数如表5所示。
表 5
Figure 296650DEST_PATH_IMAGE007
本发明第三实施例提供的红外共焦广角镜头中各非球面的面型系数如表6所示。
表 6
Figure 33662DEST_PATH_IMAGE008
本实施例中，请参照图10、图11和图12，所示分别为红外共焦广角镜头的可见光MTF曲线图、红外光MTF曲线图以及轴向色差曲线图。
图10和图11的MTF曲线是用来评价光学***的性能，横轴表示画面中心到边缘的距离（单位：mm），纵轴表示OTF系数（图像光学传输质量对比，单位：%）。由图10可以看出在可见光波段内各曲线的OTF系数均在0.6以上，由图11可以看出在红外光波段内各曲线的OTF系数均在0.5以上，说明该红外共焦广角镜头在可见光波段和红外光波段内具备良好的分辨率和解像性能。
图12的轴向色差曲线表示成像面光轴处的像差，横轴表示轴向色差值（单位：mm），纵轴表示归一化光瞳半径。由图12可以看出，整体色差处于±0.04mm范围内，说明该红外共焦广角镜头具备良好的消色差性能。
表7是上述三个实施例及其对应的光学特性，主要包括红外共焦广角镜头的有效焦距f、光圈数FNO、红外共焦广角镜头的最大视场角FOV和第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离TTL，以及与前面每个条件式对应的数值。
表 7
Figure 88205DEST_PATH_IMAGE009
综上，本发明实施例提供的红外共焦广角镜头至少具有以下优点：
1、本发明实例提供的红外共焦广角镜头采用全塑胶镜片，塑胶镜片的制作相对玻璃镜片有成本低，制作工艺难度低的优点，适合于大批量的生产。
2、本发明实例提供的红外共焦广角镜头视场角最大值为180°，用于车载镜头将提供更大的监控范围，通过优化镜片的结构参数和材料，本发明做到了在大视场情况下的小像差，有利于简化后期芯片对图像处理的过程，降低程序算法的复杂性。
3、本发明实例提供的红外共焦广角镜头，很好的消除了色差，在可见光波段和红外波段两个范围内具有优良的成像能力，可实现该镜头日夜两用。
综上所述，本发明实施例提供的红外共焦广角镜头采用六片塑胶镜片，通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上间距等，使得镜头在实现良好成像质量的同时，具有小型化、重量轻、热稳定性好以及良好的加工性等有益效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种红外共焦广角镜头，共六片透镜，其特征在于，沿光轴从物侧到成像面依次包括：
具有负光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
具有光焦度的第二透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
光阑；
具有正光焦度的第三透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；
具有负光焦度的第四透镜，其物侧面和像侧面均为凹面；
具有正光焦度的第五透镜，其物侧面和像侧面均为凸面；
以及具有负光焦度的第六透镜，其物侧面在近光轴处为凸面，像侧面在近光轴处为凹面；
所述红外共焦广角镜头满足条件式：160°≤FOV≤180°、0.2＜f/TTL＜0.3，其中：FOV表示所述红外共焦广角镜头的最大视场角，f表示所述红外共焦广角镜头的有效焦距，TTL表示所述第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。
2.根据权利要求1所述的红外共焦广角镜头，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜的组合焦距f12与所述红外共焦广角镜头的有效焦距f满足关系式：-5＜f12/f＜-1。
3.根据权利要求1所述的红外共焦广角镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f1与所述第二透镜的焦距f2满足关系式：-0.5＜f1/f2＜0.1。
4.根据权利要求1所述的红外共焦广角镜头，其特征在于，所述第一透镜物侧面的边缘面倾角θ1与所述红外共焦广角镜头的最大视场角FOV满足关系式：0.04＜θ1/FOV＜0.10。
5.根据权利要求1所述的红外共焦广角镜头，其特征在于，所述第六透镜物侧面的边缘面倾角θ12与所述第六透镜像侧面的边缘面倾角θ13满足关系式：1.0＜θ12/θ13＜1.5。
6.根据权利要求1所述的红外共焦广角镜头，其特征在于，所述第四透镜和所述第五透镜在光轴上的间隔距离 CT45、所述第四透镜和所述第五透镜在有效径边缘处的间隔距离ET45与所述第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离TTL满足关系式：0.01＜（CT45+ET45）/ TTL＜0.03。
7.根据权利要求1所述的红外共焦广角镜头，其特征在于，所述第四透镜的焦距f4与所述第五透镜的焦距f5满足关系式：0.5＜|f4/f5|＜1.5。
8.根据权利要求1所述的红外共焦广角镜头，其特征在于，所述第四透镜的物侧面的矢高SAG41、所述第四透镜的像侧面的矢高SAG42与所述第五透镜的物侧面的矢高SAG51、所述第五透镜的像侧面的矢高SAG52满足关系式：-25＜（SAG51+SAG52）/（SAG41+SAG42）＜5。
9.根据权利要求1所述的红外共焦广角镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面的矢高SAG11、所述第一透镜的物侧面的有效口径D11满足关系式：0.05＜SAG11/D11＜0.20。
10.根据权利要求1所述的红外共焦广角镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面的矢高SAG11、所述第一透镜在光轴上的厚度CT1满足关系式：0.5＜SAG11/CT1＜1.5。
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