CN115808771B - 一种大靶面超广角透射可见光镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大靶面超广角透射可见光镜头，在从物面至像面的方向上依次包括：第一至第十二透镜共12片透镜，其中8片为单透镜，2片胶合镜。8片单透镜中有1片非球面透镜，胶合镜中有一片为非球面透镜，非球面面型为二次曲面。本发明的大靶面超广角透射可见光镜头，基于可见光成像理论，适用于1920×1080像素，像元尺寸10μm的大靶面可见光探测器。视场达到140度。本发明设计的大靶面超广角透射可见光镜头仅引入了两个非球面镜片就达到了完善成像，且像面照度均匀，成像质量较高。两个非球面都为二次曲面，相比于高阶非球面透镜而言，加工难度更低，成本更低，加工误差小，更便于装调，更具有实用价值。

Description

一种大靶面超广角透射可见光镜头

技术领域

本发明涉及一种透射可见光镜头，具体涉及一种大靶面超广角透射可见光镜头。

背景技术

现代广角镜头已经在民生，军事等方面发挥着越来越重要的地位。随着技术的发展，广角镜头的需求也在不断的发生着变化。但越来越大的视场和越来越高的成像质量一直都是广角镜头的主要发展方向。随着非球面可见光透镜的加工与检测技术的不断发展，可见光镜头使用非球面镜片来简化结构并提高成像质量也逐渐成为一种趋势。虽然可见光镜片可以加工非球面，但是如果非球面的阶数越高，加工的难度、误差也会越大，即使采用注塑透镜，模具的加工也有巨大的难度，这样不仅不利于成像质量的提高，还会增加加工难度和成本。同时，大视场广角镜头为了在大像面探测器上实现完善成像和较小的畸变，会引入更多的非球面透镜，大大提高系统制造成本。

国内已经有很多采用非球面透镜的广角镜头设计，但普遍非球面的阶数较高，加工难度高，实用性不强。专利号CN103969797A设计的是视场为80度的广角镜头，包含6个非球面，每个非球面包含7个非球面系数，采用1/6.5英寸传感器；专利号CN202256848U设计的是视场130度的广角镜头，包含7个非球面，每个非球面包含6个非球面系数，设计像面口径为9mm；专利号CN205861988U设计的是视场为150度的广角镜头，包含4个非球面，每个非球面包含6个非球面系数，探测器分辨率也只有100万像素。

近几年，广角镜头在生活和军事上都有着广泛的应用。对于视场不大的广角镜头，通过一定数量的球面透镜就可以很好的校正像差。但对于更大视场的广角镜头，可以通过非球面透镜的引入来校正系统畸变，保证像面的高成像质量和能量照度的均匀化。但就现有的技术而言，虽然可以加工非球面可见光透镜，但对于高阶非球面透镜而言，加工难度大，成本高，误差大，成品率不高。且检测手段不算特别完善。只能用于小靶面探测器，很难适用于大靶面探测器。

发明内容

本发明要解决现有技术中的大视场广角镜头在采用高阶非球面透镜后，加工成本高，难度大，误差大，且仅适用于像面尺寸较小的探测器的技术问题，提供一种大靶面超广角透射可见光镜头。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种大靶面超广角透射可见光镜头，在从物面至像面的方向上依次包括：第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜，第六透镜，第七透镜，光阑，第八透镜，第九透镜，第十透镜，第十一透镜，第十二透镜；

所述第一透镜为弯月形透镜，光焦度为负，凸面朝向物面；

所述第二透镜为双凹透镜，光焦度为负；

所述第三透镜为双凸透镜，光焦度为正；

所述第四透镜为双凸透镜，光焦度为正；

所述第五透镜为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向物面；

所述第六透镜为双凸透镜，光焦度为正；

所述第七透镜为弯月形透镜，光焦度为负，凸面朝向像面；

所述第八透镜为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向物面；

所述第九透镜为双凹透镜，光焦度为负；

所述第十透镜为双凸透镜，光焦度为正；

所述第十一透镜为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向像面；

所述第十二透镜为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向像面；

所述第一透镜靠近像面的面为二次曲面；所述第十透镜靠近像面的面为二次曲面。

在上述技术方案中，所述第一透镜靠近像面的面，其面型为椭圆。

在上述技术方案中，所述第一透镜靠近像面的面，其二次曲面系数为-0.804。

在上述技术方案中，所述第十透镜靠近像面的面，其面型为双曲面。

在上述技术方案中，所述第十透镜靠近像面的面，其二次曲面系数为-1.6。

在上述技术方案中，所述第一透镜靠近像面的面的曲率半径R2满足：5<R2<6。

在上述技术方案中，所述第十透镜靠近像面的面的曲率半径R19满足：8<R19<9。

在上述技术方案中，所述第六透镜和所述第七透镜组成双胶合透镜。

在上述技术方案中，所述第九透镜和所述第十透镜组成了双胶合透镜。

本发明的有益效果是：

本发明的大靶面超广角透射可见光镜头，基于可见光成像理论，适用于1920×1080像素，像元尺寸10μm的大靶面可见光探测器。视场达到140度。本发明设计的大靶面超广角透射可见光镜头仅引入了两个非球面镜片就达到了完善成像，且像面照度均匀，成像质量较高。两个非球面都为二次曲面，相比于高阶非球面透镜而言，加工难度更低，成本更低，加工误差小，更便于装调，更具有实用价值。

随着不同工程项目所需要的口径的变化，本发明的大靶面超广角透射可见光镜头可以等比例缩放，并进行简单的优化，即可以满足不同的设计指标。

本发明的大靶面超广角透射可见光镜头，利用拥有二次曲面的非球面透镜和常规球面透镜组合，形成了具有140度超大视场，且适用于1920×1080像素，像元10μm可见光探测器的成像镜头，该成像系统像面畸变小，且像面能量照度均匀。系统只有两个非球面透镜，且非球面为圆锥二次曲面，没有高阶非球面系数，便于加工和检测，成品率高，对降低镜头制造成本和装调难度有益。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的大靶面超广角透射可见光镜头的镜片位置关系示意图；

图2是本发明的大靶面超广角透射可见光镜头的表面位置关系示意图；

图3是本发明的大靶面超广角透射可见光镜头的0视场的传递函数；

图4是本发明的大靶面超广角透射可见光镜头的0.7视场的传递函数；

图5是本发明的大靶面超广角透射可见光镜头的边缘视场的传递函数；

图6是本发明的大靶面超广角透射可见光镜头的场曲和畸变图；

图7是本发明的大靶面超广角透射可见光镜头的点列图；

图中的附图标记表示为：

1-第一透镜；2-第二透镜；3-第三透镜；4-第四透镜；5-第五透镜；6-第六透镜；7-第七透镜；8-第八透镜；9-第九透镜；10-第十透镜；11-第十一透镜；12-第十二透镜；13-光阑。

具体实施方式

本发明基于可见光成像理论，提供了一款非球面数量少，非球面级数少的广角镜头，视场大，畸变低且像面照度均匀，成像质量较高，并采用2K的可见光CMOS探测器，探测器分辨率达到200万。减少非球面使用数量的同时，降低了非球面透镜的加工难度，压缩了成本，更具有实用性。

本发明的大靶面超广角透射可见光镜头由12片常规材料透镜组成，其中8片单透镜，2片胶合镜。8片单透镜中有1片非球面透镜，胶合镜中有一片为非球面透镜，非球面面型为二次曲面，只有二次曲面系数一个非球面参量。

本发明的大靶面超广角透射可见光镜头，从物侧到像侧，首先是大口径弯月形透镜，用于接收视场内的光线，并压缩口径。接下来的6片透镜对光束进行整形并校正像差，使其具有完善的出瞳位置，和光阑很好的匹配在一起。光束经过光阑后，由5片透镜继续进行像差校正和整形，使其适用于1920×1080像素，像元10μm的可见光探测器。

下面结合附图对本发明做以详细说明。

本发明的大靶面超广角透射可见光镜头应用于1920×1080像素，像元尺寸10μm的可见光探测器。如图1所示，本发明的大靶面超广角透射可见光镜头从物面至像面，分别为第一透镜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，第七透镜7，光阑13，第八透镜8，第九透镜9，第十透镜10，第十一透镜11，第十二透镜12。第六透镜6和第七透镜7组成双胶合透镜；第九透镜9和第十透镜10组成双胶合透镜。

如图2所示，对各透镜的面从物方到像方编号：第一透镜1的第一面S1，第二面S2；第二透镜2的第一面S3，第二面S4；第三透镜3的第一面S5，第二面S6；第四透镜4的第一面S7，第二面S8；第五透镜5的第一面S9，第二面S10；第六透镜6的第一面S11，第二面S12；第七透镜7的第一面S12，第二面S13；光阑13面S14；第八透镜8的第一面S15，第二面S16；第九透镜9的第一面S17，第二面S18；第十透镜10的第一面S18，第二面S19；第十一透镜11的第一面S20，第二面S21；第十二透镜12的第一面S22，第二面S23。

如图1所示，所述第一透镜1为弯月形透镜，光焦度为负，凸面朝向物方；第二透镜2为双凹透镜，光焦度为负；第三透镜3为双凸透镜，光焦度为正；第四透镜4为双凸透镜，光焦度为正；第五透镜5为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向物方；第六透镜6为双凸透镜，光焦度为正；第七透镜7为弯月形透镜，光焦度为负，凸面朝向像方；第八透镜8为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向物方；第九透镜9为双凹透镜，光焦度为负；第十透镜10为双凸透镜，光焦度为正；第十一透镜11为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向像方；第十二透镜12为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向像方。

如图3-7所示，所述第一透镜1的第二面S2为二次曲面，二次曲面系数为-0.804，面型为椭圆；所述第十透镜10的第二面S19为二次曲面，二次曲面系数为-1.6，面型为双曲面。非球面的所述第一透镜1和非球面的所述第十透镜10的使用有效的控制了畸变，降低了轴外的像散和场曲，使得像面中心和边缘有着较高的分辨能力。

所述第六透镜6和所述第七透镜7组成双胶合透镜；所述第九透镜9和所述第十透镜10组成双胶合透镜。双胶合透镜的使用能够有效减少垂轴色差和球差，改善镜头装配时偏心公差对镜头品质的影响，提升成品率。

表1为本发明的光学系统的参数表(表面序号“STOP”代表“S14”)：

表1本发明的大靶面超广角透射可见光镜头的系统参数

本发明的大靶面超广角透射可见光镜头，基于可见光成像理论，适用于1920×1080像素，像元尺寸10μm的大靶面可见光探测器。视场达到140度。本发明设计的大靶面超广角透射可见光镜头仅引入了两个非球面镜片就达到了完善成像，且像面照度均匀，成像质量较高。两个非球面都为二次曲面，相比于高阶非球面透镜而言，加工难度更低，成本更低，加工误差小，更便于装调，更具有实用价值。

随着不同工程项目所需要的口径的变化，本发明的大靶面超广角透射可见光镜头可以等比例缩放，并进行简单的优化，即可以满足不同的设计指标。

本发明的大靶面超广角透射可见光镜头，利用拥有二次曲面的非球面透镜和常规球面透镜组合，形成了具有140度超大视场，且适用于1920×1080像素，像元10μm可见光探测器的成像镜头，该成像系统像面畸变小，且像面能量照度均匀。系统只有两个非球面透镜，且非球面为圆锥二次曲面，没有高阶非球面系数，便于加工和检测，成品率高，对降低镜头制造成本和装调难度有益。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种大靶面超广角透射可见光镜头，其特征在于，在从物面至像面的方向上依次包括具有光焦度的透镜片数为12片：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)，第七透镜(7)，光阑(13)，第八透镜(8)，第九透镜(9)，第十透镜(10)，第十一透镜(11)，第十二透镜(12)；

所述第一透镜(1)为弯月形透镜，光焦度为负，凸面朝向物面；

所述第二透镜(2)为双凹透镜，光焦度为负；

所述第三透镜(3)为双凸透镜，光焦度为正；

所述第四透镜(4)为双凸透镜，光焦度为正；

所述第五透镜(5)为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向物面；

所述第六透镜(6)为双凸透镜，光焦度为正；

所述第七透镜(7)为弯月形透镜，光焦度为负，凸面朝向像面；

所述第八透镜(8)为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向物面；

所述第九透镜(9)为双凹透镜，光焦度为负；

所述第十透镜(10)为双凸透镜，光焦度为正；

所述第十一透镜(11)为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向像面；

所述第十二透镜(12)为弯月形透镜，光焦度为正，凸面朝向像面；

所述第一透镜(1)靠近像面的面为二次曲面，其二次曲面系数为-0.804；所述第十透镜(10)靠近像面的面为二次曲面，其二次曲面系数为-1.6、面型为双曲面。

2.根据权利要求1所述的大靶面超广角透射可见光镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)靠近像面的面，其面型为椭圆。

3.根据权利要求1或2所述的大靶面超广角透射可见光镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)靠近像面的面的曲率半径R2满足：5<R2<6。

4.根据权利要求1或2所述的大靶面超广角透射可见光镜头，其特征在于，所述第十透镜(10)靠近像面的面的曲率半径R19满足：8<R19<9。

5.根据权利要求1或2所述的大靶面超广角透射可见光镜头，其特征在于，所述第六透镜(6)和所述第七透镜(7)组成双胶合透镜。

6.根据权利要求1或2所述的大靶面超广角透射可见光镜头，其特征在于，所述第九透镜(9)和所述第十透镜(10)组成双胶合透镜。