申请/专利权人：舜宇光学(中山)有限公司

申请日：2018-08-01

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN108646390B

主分类号：G02B13/14

分类号：G02B13/14;G02B13/18;G02B13/06;G02B1/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2018.11.06#实质审查的生效;2018.10.12#公开

摘要：本发明涉及一种近红外大光圈镜头，包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；所述第一透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为负光焦度透镜；所述第二透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为正光焦度透镜；沿着物侧至像侧的方向，所述第一透镜为凸‑凹透镜；所述第五透镜为凹‑凸透镜；所述第六透镜为双凸透镜；所述第七透镜为凸‑凹透镜。本发明的近红外大光圈镜头具有大视场角、低畸变和体积小的特点。

主权项：1.一种近红外大光圈镜头，包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑S、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7；其特征在于，所述第一透镜1、所述第四透镜4和所述第五透镜5为负光焦度透镜；所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第六透镜6和所述第七透镜7为正光焦度透镜；沿着物侧至像侧的方向，所述第一透镜1为凸-凹透镜；所述第五透镜5为凹-凸透镜；所述第六透镜6为双凸透镜；所述第七透镜7为凸-凹透镜；所述镜头的有效焦距f与所述镜头的入瞳直径D满足关系式：fD＜1.1；所述镜头的轴外视场的有效光圈值Foff与所述镜头的轴上视场的有效光圈值Fon满足关系式：FoffFon＜1.35。

全文数据：近红外大光圈镜头技术领域[0001]本发明涉及光学探测系统设计技术领域，尤其涉及一种近红外大光圈镜头。背景技术[0002]红外探测镜头广泛应用于军工装备、安防监控、三维空间测量等。随着向高精尖领域应用的扩大，对红外探测镜头提出了新的更高的要求。红外探测镜头最重要的性能指标是对接收通光量的要求，要求其在光线微弱的环境中，仍能最大程度地收集到由物体反射回来的红外光线，以充分获取目标物体的信息;并且保证像面边缘有较高的亮度，以提高对边缘视场的探测能力。同时，红外探测镜头也需要满足大角度和低畸变以及小型化的要求，以提高对三维空间的测量精度。[0003]目前常见的大光圈近红外镜头一般是由6—10片透镜组成，在光线极弱的应用环境中，难以满足大通光量的要求，收集不到足够的反射红外光线且成像面边缘的亮度较暗，使得对三维空间的测量精度降低。发明内容[0004]本发明的一个目的在于解决上述问题，提供一种大视场角、低畸变以及体积小的超大光圈近红外大光圈镜头。[0005]为实现上述发明目的，本发明提供一种近红外大光圈镜头，包括:沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；[0006]所述第一透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为负光焦度透镜；[0007]所述第二透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为正光焦度透镜；[0008]沿着物侧至像侧的方向，所述第一透镜为凸-凹透镜；[0009]所述第五透镜为凹-凸透镜；[0010]所述第六透镜为双凸透镜；[0011]所述第七透镜为凸-凹透镜。[0012]根据本发明的一个方面，所述镜头的有效焦距f与所述镜头的入瞳直径D满足关系式:fD1.75。[0029]根据本发明的一个方面，所述第七透镜的矢高满足以下关系式：[0030]1.001.75。第七透镜为高折射率的玻璃非球面透镜，可以校正像差控制畸变，又能在保证光学性能的同时减少了玻璃球面镜片的使用数量，实现了镜头重量轻、总长短的优势。[0051]根据本发明的一个方案，通过第七透镜的矢高的设置，玻璃非球面不出现曲率反转的情况，保证玻璃非球面能够被压模成型，同时保证了压模成型后的非球面面形稳定性，降低公差敏感度。[0052]根据本发明的一个方案，第七透镜以正光焦度向着像面弯曲，可以使轴外各视场的光束在像面很好地聚焦，即校正了像差，又满足了像高的要求。[0053]根据本发明的一个方案，全部透镜均采用光学玻璃材料，提高了镜头的光学品质，保证了镜头在不同温度下工作时的性能稳定性;且全玻璃结构有着较好的机械强度，可以适用于复杂的环境中。[0054]根据本发明的近红外大光圈镜头具有大光圈、大视场角、低畸变以及体积小的特点，与现有镜头相比具备较大优势，尤其适用于微光红外三维空间测量领域。附图说明[0055]图1示意性表示根据本发明的第一种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图；[0056]图2示意性表示第一实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图；[0057]图3不意性表不第一实施方式的近红外大光圈镜头的畸变曲线图；[0058]图4示意性表示根据本发明的第二种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图；[0059]图5示意性表示第二实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图；[0000]图6不意性表不第二实施方式的近红外大光圈镜头的畸变曲线图；[0061]图7示意性表示根据本发明的第三种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图；[0062]图8示意性表示第三实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图；[0063]图9示意性表示第三实施方式的近红外大光圈镜头的畸变曲线图；[0064]图10示意性表示根据本发明的第四种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图；[0065]图11示意性表示第四实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图；[0066]图12示意性表示第四实施方式的近红外大光圈镜头的畸变曲线图；[0067]图13示意性表示根据本发明的第五种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图；[0068]图14示意性表示第五实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图；[0069]图15不意性表不第五实施方式的近红外大光圈镜头的畸变曲线图。具体实施方式[0070]为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0071]在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内'“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。[0072]下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。[0073]根据本发明的近红外大光圈镜头是由沿着光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑S、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7构成的。在本发明中，第一透镜1、第四透镜4和第五透镜5为负光焦度透镜，第二透镜2、第三透镜3、第六透镜6和第七透镜7为正光焦度透镜。[0074]根据本发明的上述设置，在镜头特定的位置设置特定光焦度的透镜，实现正光焦度透镜和负光焦度透镜的合理搭配，使大角度入射的光线能渐次以较小的角度通过每一片透镜，有利于校正系统像差，降低系统的公差敏感度。[0075]光阑设置在第三透镜和第四透镜之间，将系统的七片透镜合理分开，光阑前由第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3组成前组;光阑后由第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7组成后组。前组主要将入射光线的角度收小，使得光线能以较小的角度通过光阑，有利于后组控制畸变和校正像差。[0076]在本发明中，沿着物侧至像侧的方向，第一透镜1为凸-凹透镜，第五透镜5为凹-凸透镜，第六透镜6为双凸透镜，第七透镜7为凸-凹透镜。如此设置，使得主光线能以较小的角度入射到其表面上，有效降低系统的公差敏感性，更有利于加工生产。并且第六透镜为双凸时，有利于光线平缓地由前面的第五透镜5过渡到最后的第七透镜7,校正像差，控制畸变，提高相对照度。[0077]在本发明中，镜头的有效焦距f与镜头的入瞳直径D满足关系式:fD1.75。第七透镜7为高折射率的玻璃非球面透镜，可以校正像差控制畸变，又能在保证光学性能的同时减少了玻璃球面镜片的使用数量，实现了镜头重量轻、总长短的优势。[0087]在本发明中，第七透镜7的矢高满足以下关系式：[0092]其中，SAG1_1.Oh为第七透镜7的第一光学面上最大光学有效径处的矢高，SAG1_0.8h为第七透镜7的第一光学面上0.8倍最大光学有效径处的矢高，SAG1_0.6h为第七透镜7的第一光学面上〇.6倍最大光学有效径处的矢高，SAG1_0.4h为第七透镜7的第一光学面上0.4倍最大光学有效径处的矢高，SAG1_0.2h为第七透镜7的第一光学面上0.2倍最大光学有效径处的矢高。在本发明中，满足上述关系玻璃非球面不出现曲率反转的情况，保证玻璃非球面能够被压模成型，同时保证了压模成型后的非球面面形稳定性，降低公差敏感度。[0093]在本发明中，第七透镜7的第一光学面的曲率半径R7-X与第七透镜7的中心厚度CT满足关系式:2..10;第七透镜7的第二光学面的曲率半径R7-2与第七透镜7的中心厚度CT满足关系式:3.10R7-2CT5.20。在本发明中，第七透镜7以正光焦度向着像面弯曲，可以使轴外各视场的光束在像面很好地聚焦，即校正了像差，又满足了像高的要求。[0094]在本发明中，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和第七透镜7均采用光学玻璃材料制成。全部透镜均采用光学玻璃材料，提高了镜头的光学品质，保证了镜头在不同温度下工作时的性能稳定性;且全玻璃结构有着较好的机械强度，可以适用于复杂的环境中。[0095]以下根据本发明的上述设置给出三组具体实施方式来具体说明根据本发明的近红外大光圈镜头。因为根据本发明的近红外大光圈镜头共有七片透镜，七片透镜共有14个面，再加上光阑S以及平板滤镜IR的3个面，一共17个面。这17个面按照本发明的结构顺序依次排列布置，为了便于叙述说明，将17个面编号为Sl至S17。此外，在以下实施方式中，非球面透镜满足下式：[0097]式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离;c表示非球面曲面顶点处的曲率;k为圆锥系数;A4、A6、A8、A10、A12分别表示四阶、六阶、八阶、十二阶非球面系数。[0098]五组实施方式数据如下表1和表2中数据：[0103]表2[0104]实施方式一：[0105]图1示意性表示根据本发明的第一种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图。[0106]根据表1中实施方式1中给出的数据，在本实施方式中，近红外大光圈镜头的有效焦距f=4.27mm，光圈数F#=1.10，相对照度RI=59.85%，畸变DiS7.50%，半视场角度FOV=45度，总长TTL=19·65mm。[0107]以下表3列出的是本实施例镜头镜片的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数以及圆锥系数：[0108][0109][0110]表3[0111]在本实施方式中，非球面数据如下表4所示：[0113]表4[0114]图2和图3分别不意性表不本实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图和畸变曲线图。[0115]由图2可以看出，在像面上，边缘视场的相对照度大于59.00%，进而使画面的整体亮度从中心到边缘均匀过度，增强镜头对三维空间细节信息的获取能力，提高探测精度。[0116]由图3可以看出，镜头的光学畸变小于7.50%，降低后期进行图像处理的难度。[0117]实施方式二：[0118]图4示意性表示根据本发明的第二种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图。[0119]根据表1中实施方式2中给出的数据，在本实施方式中，近红外大光圈镜头的有效焦距f=4.24mm，光圈数F#=1.05，相对照度RI=56.79%，畸变Dis7.00%，半视场角度FOV=47度，总长TTL=19·80mm。[0120]以下表5列出的是本实施例镜头镜片的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数以及圆锥系数：[0121][0122][0123]表5[0124]在本实施方式中，非球面数据如下表6所示：[0126]表6[0127]图5和图6分别不意性表不本实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图和畸变曲线图。[0128]由图5可以看出，在像面上，边缘视场的相对照度大于56.00%，进而使画面的整体亮度从中心到边缘均匀过度，增强镜头对三维空间细节信息的获取能力，提高探测精度。[0129]由图6可以看出，镜头的光学畸变小于7.00%，降低后期进行图像处理的难度。[0130]实施方式三：[0131]图7示意性表示根据本发明的第三种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图。[0132]根据表1中实施方式3中给出的数据，在本实施方式中，近红外大光圈镜头的有效焦距f=4.27mm，光圈数F#=1.00，相对照度RI=63.00%，畸变Dis7.50%，半视场角度FOV=48度，总长TTL=20·OOmm。[0133]以下表7列出的是本实施例镜头镜片的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数以及圆锥系数：[0134][0135]表7[0136]在本实施方式中，非球面数据如下表8所示：[0138]表8[0139]图8和图9分别不意性表不本实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图和畸变曲线图。[0140]由图8可以看出，在像面上，边缘视场的相对照度大于63.00%，进而使画面的整体亮度从中心到边缘均匀过度，增强镜头对三维空间细节信息的获取能力，提高探测精度。[0141]由图9可以看出，镜头的光学畸变小于7.50%，降低后期进行图像处理的难度。[0142]实施方式四：[0143]图10示意性表示根据本发明的第四种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图。[0144]根据表2中实施方式4中给出的数据，在本实施方式中，近红外大光圈镜头的有效焦距f=4.29mm，光圈数F#=0.95，相对照度RI=63.10%，畸变Dis7.50%，半视场角度FOV=49度，总长TTL=20·OOmm。[0145]以下表9列出的是本实施例镜头镜片的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数以及圆锥系数：[0146][0147]表9[0148]在本实施方式中，非球面数据如下表10所示：[0150]表10[015Ί]图11和图12分别不意性表不本实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图和畸变曲线图。[0152]由图11可以看出，在像面上，边缘视场的相对照度大于63.00%，进而使画面的整体亮度从中心到边缘均匀过度，增强镜头对三维空间细节信息的获取能力，提高探测精度。[0153]由图12可以看出，镜头的光学畸变小于7.50%，降低后期进行图像处理的难度。[0154]实施方式五：[0155]图13示意性表示根据本发明的第五种实施方式的近红外大光圈镜头的结构图。[0156]根据表2中实施方式5中给出的数据，在本实施方式中，近红外大光圈镜头的有效焦距f=4.28mm，光圈数F#=0.90，相对照度RI=62.78%，畸变Dis7.50%，半视场角度FOV=50度，总长TTL=20·OOmm。[0157]以下表11列出的是本实施例镜头镜片的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数以及圆锥系数：[0158][0159]表11[0160]在本实施方式中，非球面数据如下表12所示：[0162]表12[0163]图14和图15分别不意性表不本实施方式的近红外大光圈镜头的相对照度图和畸变曲线图。[0164]由图14可以看出，在像面上，边缘视场的相对照度大于62.00%，进而使画面的整体亮度从中心到边缘均匀过度，增强镜头对三维空间细节信息的获取能力，提高探测精度。[0165]由图15可以看出，镜头的光学畸变小于7.50%，降低后期进行图像处理的难度。[0166]以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种近红外大光圈镜头，包括:沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜（I、第二透镜2、第三透镜3、光阑⑸、第四透镜⑷、第五透镜5、第六透镜⑹和第七透镜7;其特征在于，所述第一透镜（1、所述第四透镜⑷和所述第五透镜⑸为负光焦度透镜；所述第二透镜（2、所述第三透镜（3、所述第六透镜6和所述第七透镜（7为正光焦度透镜；沿着物侧至像侧的方向，所述第一透镜⑴为凸-凹透镜；所述第五透镜⑸为凹-凸透镜；所述第六透镜⑹为双凸透镜；所述第七透镜⑺为凸-凹透镜。2.根据权利要求1所述的近红外大光圈镜头，其特征在于，所述镜头的有效焦距f与所述镜头的入瞳直径D满足关系式:fD1.75。12.根据权利要求10所述的近红外大光圈镜头，其特征在于，所述第七透镜7的矢高满足以下关系式：1.00SAG1_1.0hSAGl_0.8h1.501·60SAG1_0·8hSAGl_0·6hI·802·0SAG1_0·6hSAGl_0·4h2·503·00SAG1_0·4hSAGl_0·2h4·00其中，SAG1_1.Oh为所述第七透镜7的第一光学面上最大光学有效径处的矢高，SAG1_〇.8h为所述第七透镜7的第一光学面上0.8倍最大光学有效径处的矢高，SAG1_0.6h为所述第七透镜7的第一光学面上0.6倍最大光学有效径处的矢高，SAG1_0.4h为所述第七透镜⑺的第一光学面上〇.4倍最大光学有效径处的矢高，SAG1_0.2h为所述第七透镜⑺的第一光学面上〇.2倍最大光学有效径处的矢高。13.根据权利要求1所述的近红外大光圈镜头，其特征在于，所述第七透镜7的第一光学面的曲率半径R^1与所述第七透镜⑺的中心厚度CT满足关系式:2.50〈Rt-xCT3.10;所述第七透镜7的第二光学面的曲率半径R7-2与所述第七透镜⑺的中心厚度CT满足关系式:3.10R7-2CT5.20。14.根据权利要求1所述的近红外大光圈镜头，其特征在于，所述第一透镜（1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述第五透镜5、所述第六透镜⑹和所述第七透镜7均采用光学玻璃材料制成。

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