本實用新型涉及一種光學(xué)鏡頭組，尤其涉及一種近紅外光學(xué)鏡頭組。

背景技術(shù)：

紅外系統(tǒng)比雷達系統(tǒng)的分辨率高，隱蔽性好，且不易受電子干擾，較之可見光系統(tǒng)具有能識別偽裝、可晝夜工作、受天氣影響較小等優(yōu)點因而得到廣泛應(yīng)用。紅外攝像機是應(yīng)用在夜間，通過紅外光源發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照射被拍攝的物體，然后感光芯片接收被攝物反射的紅外光形成圖像的設(shè)備，所以紅外攝像機可拍攝到黑暗環(huán)境下、白天明亮處但肉眼看不到的影像。也因此不論軍用或民用范圍，紅外攝像機都廣泛應(yīng)用在了安防、監(jiān)控等領(lǐng)域中。紅外系統(tǒng)分為近紅外和遠紅外系統(tǒng)。除夜視監(jiān)控應(yīng)用，近紅外攝像機還可用于人眼虹膜識別。人眼虹膜能夠反射特定波段的近紅外光，通過增透虹膜反射的紅外光線成像，結(jié)合識別算法，可以使得虹膜攝像設(shè)備在白天即使人帶著眼鏡也能進行識別。

以往的近紅外鏡頭采用玻璃球面鏡片組成，但球面鏡頭的光學(xué)畸變改善在一定程度上被限制，因此非球面鏡頭成為主流。然而新的問題又導(dǎo)致了近紅外鏡頭無法規(guī)模量產(chǎn)，那就是玻璃非球面鏡頭制造成本過于高昂。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提出了一種近紅外光學(xué)鏡頭組，該種結(jié)構(gòu)的鏡頭組具有較好的紅外光成像性能。同時通過采用塑膠鏡片與玻璃鏡片搭配或是全塑膠鏡片組成光學(xué)鏡頭組，從而降低近紅外光學(xué)鏡頭組的生產(chǎn)成本。本實用新型披露的近紅外光學(xué)鏡頭組針對性增強近紅外光波段的成像效果，可用于夜視監(jiān)控、人眼虹膜識別等，降低的成本優(yōu)勢有助于這些應(yīng)用的發(fā)展。

本實用新型披露的近紅外光學(xué)鏡頭組結(jié)構(gòu)，其特征在于：沿光軸從物面?zhèn)戎料衩鎮(zhèn)纫来伟ǖ谝煌哥R、第二透鏡、第三透鏡；其中一孔徑光闌置于物面?zhèn)扰c第二透鏡之間；第一透鏡具有正折光力，且其物面為凸表面，材料為塑膠或玻璃；第二透鏡具有負折光力，且其物面為凹表面，材料為塑膠或玻璃；第三透鏡具有正折光力，且其物面為凹表面、像面為凸表面，材料為塑膠；近紅外光學(xué)鏡頭組滿足成像光學(xué)波長范圍包括790nm～880nm。

進一步的，所述近紅外光學(xué)鏡頭組滿足：TTL≤4.5mm；其中，TTL是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的總高。

進一步的，所述近紅外光學(xué)鏡頭組滿足：f＞4.2mm；其中，f是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的有效焦距。

進一步的，所述近紅外光學(xué)鏡頭組滿足：RImin＞0.70；其中，RImin是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的最小歸一化相對照度值。

進一步的，所述近紅外光學(xué)鏡頭組滿足：FOV＜45°；其中，F(xiàn)OV是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的系統(tǒng)視場角。

進一步的，所述近紅外光學(xué)鏡頭組滿足：FNO≤3.5；其中，F(xiàn)NO是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的光圈數(shù)值。

進一步的，所述近紅外光學(xué)鏡頭組可采用近紅外光學(xué)增透薄膜。其采用的增透膜增透的光波段包括770nm-900nm波段。

選擇不同的參數(shù)來優(yōu)化，如總高、焦距、視場角、光圈等，本實用新型披露的鏡頭組可以基于基本結(jié)構(gòu)實現(xiàn)微型化，更大進光量及放大率等特化，從而滿足特殊應(yīng)用的需求。

附圖說明

圖1為本實用新型第一個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本實用新型第一個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組場曲和畸變曲線示意圖

圖3為本實用新型第一個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))曲線評價示意圖

圖4為本實用新型第一個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組結(jié)構(gòu)的歸一化相對照度示意圖

圖5為本實用新型第二個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組結(jié)構(gòu)示意圖

圖6為本實用新型第二個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組場曲和畸變曲線示意圖

圖7為本實用新型第二個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))曲線評價示意圖

圖8為本實用新型第二個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組結(jié)構(gòu)的歸一化相對照度示意圖

圖9為本實用新型第二個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組在可見光光源下的MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))曲線評價示意圖

具體實施方式

本實用新型披露的一種近紅外光學(xué)鏡頭組結(jié)構(gòu)如下：沿光軸從物面?zhèn)戎料衩鎮(zhèn)纫来伟ǖ谝煌哥R、第二透鏡、第三透鏡；其中一孔徑光闌置于物面?zhèn)扰c第二透鏡之間。這里孔徑光闌的位置決定鏡頭組的進光量和景深，應(yīng)用中可以通過調(diào)整其位置來達到客戶需求。

所述第一透鏡具有正折光力，且其物面為凸表面，此設(shè)計可保證足夠的進光量。

所述第二透鏡具有負折光力，可以起到平衡鏡頭組的折光力的作用，從而減小場曲。第二透鏡物面為凹表面，能夠控制鏡頭組內(nèi)光線的發(fā)散性。第一透鏡和第二透鏡材料可以為塑膠或玻璃，采用塑膠材料時可以降低鏡頭組成本。非球面的設(shè)計可以矯正像散和球差。

所述第三透鏡具有正折光力，且其物面為凹表面、像面為凸表面，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以矯正高級像差，延長焦距。材料使用塑膠，使得非球面成型更容易。所述近紅外光學(xué)鏡頭組的成像光學(xué)波長控制在一定范圍內(nèi)，如790nm～880nm，才能配合光源實現(xiàn)夜視監(jiān)控等功能。

具體的，當(dāng)所述近紅外光學(xué)鏡頭組滿足關(guān)系式TTL≤4.5mm時，鏡頭組體積越小，自由度更高，可以應(yīng)用于便攜設(shè)備中。

近紅外光學(xué)鏡頭組滿足以下關(guān)系式：f＞4.2mm。此時，鏡頭組的放大率更能符合虹膜識別應(yīng)用需求。

當(dāng)滿足關(guān)系式RImin＞0.70時，所述近紅外光學(xué)鏡頭組相對照度表現(xiàn)能夠充分利用到光源的能量，保證邊緣成像區(qū)域的像質(zhì)。

所述近紅外光學(xué)鏡頭組滿足關(guān)系式：FOV＜45°，此時，鏡頭組成像像素利用率提高，可協(xié)助降低后端算法應(yīng)用的調(diào)整難度，提高運算速率，體驗感提升。

近紅外光學(xué)鏡頭組滿足關(guān)系式：FNO≤3.5；此時，鏡頭組的進光量和景深更平衡，適合于夜視監(jiān)控和虹膜識別應(yīng)用需求。

所述近紅外光學(xué)鏡頭組還可采用近紅外光學(xué)增透薄膜，增透膜增透光波段為770nm-900nm，此時鏡頭組可省去濾光片，作為一個“雙通道”器件使用。

本實用新型披露的近紅外光學(xué)鏡頭組結(jié)構(gòu)中，透鏡的透鏡面可采用球面設(shè)計和非球面設(shè)計。采用非球面設(shè)計時，非球面系數(shù)可由但不僅限于下列非球面特性方程定義：

其中，X是在非球面上距離光軸距離為Y的點到子午面在非球面上的頂點之間的相對距離，Y是非球面曲點到光軸的距離，R代表了透鏡表面的曲率半徑，k代表了圓錐系數(shù)，Ai代表了每個透鏡面第i階非球面系數(shù)。在實施例中，i可以是2,4,6,8,10,12,14但不局限于該范圍。

根據(jù)上述實施方式，以下給出具體的實施例，配合附圖作進一步的詳細說明，但是本實用新型的結(jié)構(gòu)不僅限于以下實施例。

圖1給出了本實用新型第一個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖，沿光軸從物面?zhèn)鹊较衩鎮(zhèn)纫来螢榈谝煌哥R11、孔徑光闌10、第二透鏡12、第三透鏡13、紅外濾光片G以及成像面14，其中，第二透鏡12為玻璃材質(zhì)，第一透鏡11、第三透鏡13為塑膠材質(zhì)。

其中第一透鏡11具有正折光力，且其物面101為凸表面，像面102為平面。

第二透鏡12具有負折光力，且其物面103在為凹表面，像面104在近軸區(qū)域為平面。

第三透鏡13具有負折光力，且其物面105為凹表面，像面106為凸表面。

C為鏡頭組光學(xué)性能主光線。紅外濾光片G為紅外帶通濾光片，可降低或濾除可見光和遠紅外光等其他光波，增透近紅外光波，使成像面能夠接收到更強的光信號。

圖2為第一個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組的場曲和畸變圖。場曲圖中的縱坐標為像高Y，橫坐標偏移量越小說明鏡頭組光學(xué)性能之一的場曲表現(xiàn)越好?；儓D中的縱坐標為像高Y，橫坐標為畸變值，合格的光學(xué)系統(tǒng)其畸變應(yīng)小于2％。本實施例畸變最大值為1.1％，符合需求。

圖3為第一個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組的MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))曲線，該圖反映了鏡頭組在特定光波長范圍內(nèi)解析力的優(yōu)劣。MTF曲線越平滑、數(shù)值越高，鏡頭組的解析力越好。本實施例的鏡頭組在790nm-880nm光波長范圍內(nèi)解析力表現(xiàn)優(yōu)秀，可以用于以810nm為主波長的光源系統(tǒng)中。

圖4為第一個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組的相對照度曲線，RImin為最小照度值。在本實施例中，RImin為0.718，出現(xiàn)于最大視場即最大像高處。最大像高為1.75mm。RImin達到0.58以上可確認為優(yōu)秀的光學(xué)系統(tǒng)，所以本實施例鏡頭組可判定為優(yōu)秀。

表1-1和表1-2是第一個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組參數(shù)和非球面系數(shù)的詳細信息，結(jié)合表格可說明實施例。表1-1中f是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的有效焦距，TTL是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的總高，RImin是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的最小歸一化相對照度值，F(xiàn)OV是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的系統(tǒng)視場角，F(xiàn)NO是所述近紅外光學(xué)鏡頭組的光圈數(shù)值。滿足非球面特性方程的非球面系數(shù)信息詳細的列入了表1-2中，其中A4到A14分別為第4階到第14階非球面系數(shù)，k代表了圓錐系數(shù)。本實用新型中所有實施例的表格都采用了相同的參數(shù)定義，往后不再重申。

表1-1：

表1-2：

圖5給出了本實用新型第二個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖，沿光軸從物面?zhèn)鹊较衩鎮(zhèn)纫来螢榈谝煌哥R21、孔徑光闌20、第二透鏡22、第三透鏡23以及成像面24，其中，第一透鏡21、第二透鏡22、第三透鏡23均為塑膠材質(zhì)。

其中第一透鏡21具有正折光力，且其物面201為凸表面，像面202為凹表面。

第二透鏡22具有負折光力，且其物面203在為凹表面，像面204在近軸區(qū)域為凸表面。

第三透鏡23具有負折光力，且其物面205為凹表面，像面206為凸表面。

C為鏡頭組光學(xué)性能主光線。本實施例中沒有紅外濾光片G，可通過鏡片光學(xué)鍍膜，采用近紅外光增透膜增透近紅外光，同時也通過可見光，使成像面能夠接收到更強的光信號。增透膜有效波段可設(shè)計為750nm-900nm,大于鏡頭的有效光譜范圍。

圖6為第二個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組的場曲和畸變圖。場曲圖中的縱坐標為像高Y，橫坐標偏移量越小說明鏡頭組光學(xué)性能之一的場曲表現(xiàn)越好?；儓D中的縱坐標為像高Y，橫坐標為畸變值，合格的光學(xué)系統(tǒng)其畸變應(yīng)小于2％。本實施例畸變最大值為1.57％，符合需求。

圖7為第二個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組的MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))曲線，該圖反映了鏡頭組在特定光波長范圍內(nèi)解析力的優(yōu)劣。MTF曲線越平滑、數(shù)值越高，鏡頭組的解析力越好。本實施例的鏡頭組在790nm-880nm光波長范圍內(nèi)解析力表現(xiàn)優(yōu)秀，可以用于以850nm為主波長的光源系統(tǒng)中。

圖8為第二個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組的相對照度曲線，RImin為最小照度值。在本實施例中，RImin為0.77，出現(xiàn)于最大視場即最大像高處。最大像高為1.75mm。RImin達到0.58以上可確認為優(yōu)秀的光學(xué)系統(tǒng)，所以本實施例鏡頭組可判定為優(yōu)秀。

表2-1和表2-2是第一個實施例的紅外光學(xué)鏡頭組參數(shù)和非球面系數(shù)的詳細信息，結(jié)合表格可說明實施例。

表2-1：

表2-2：

圖9為本實用新型第二個實施例的近紅外光學(xué)鏡頭組在可見光光源下的MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))曲線評價示意圖?？梢姽獠ǘ螢?80nm-780nm,光源主波長為550nm,對比圖7可知，本實用新型披露的近紅外鏡頭組可作為“雙通道”鏡頭使用，尤其在近紅外波段的成像質(zhì)量最佳，可見光波段的曲線有震蕩，且下滑較快，成像質(zhì)量已經(jīng)大幅下降，但在特定應(yīng)用中仍可以作為普通可見光成像系統(tǒng)。一般情況下本實用新型披露的近紅外鏡頭組主要工作于近紅外波段。

雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對本實用新型的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本實用新型的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求所保護的范圍內(nèi)。