一种长焦红外同步成像镜头

技术领域

本发明涉及光学系统和器件设计技术领域，尤其涉及一种长焦红外同步成像镜头。

背景技术

智能交通监控镜头属于高端应用场景光学设备，对建立交通安全系统至关重要。现有的智能交通监控镜头绝大多数只能对可见光谱成像，而到了夜间则需要配上补光设备才能进行摄像工作，如果补光设备光亮较强，还容易导致驾驶员眼睛眩晕。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种长焦红外同步成像镜头，解决现有镜头不能实现可见光谱和红外光谱共焦的问题。

为实现本发明的上述目的，本发明提供一种长焦红外同步成像镜头，沿光轴从物侧至像侧依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、光阑、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜；

所述第一透镜、第二透镜、第五透镜、第六透镜和第八透镜为正光焦度透镜；

所述第三透镜、第四透镜和第七透镜为负光焦度透镜。

根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第一透镜和第二透镜为凸凹型透镜，所述第三透镜为凸凹型透镜、凹凹型透镜或平凹型透镜。

根据本发明的一个方面，所述第四透镜和所述第七透镜为凹凹型透镜，所述第五透镜、第六透镜和第八透镜为凸凸型透镜。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜与所述第三透镜作为单独的透镜设置或组成双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第四透镜和第五透镜组成双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第六透镜、第七透镜和第八透镜组成三胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第九透镜和第十透镜组成双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第十一透镜和第十二透镜组成双胶合透镜。

根据本发明的一个方面，所述第四透镜的折射率Nd4和阿贝数Vd4满足关系式：1.60≤Nd4≤1.75、29.00≤Vd4≤34.00。

根据本发明的一个方面，所述第五透镜的折射率Nd5和阿贝数Vd5满足关系式：1.75≤Nd5≤1.85、22.00≤Vd4≤26.00。

根据本发明的一个方面，所述第六透镜的折射率Nd6和阿贝数Vd6满足关系式：1.45≤Nd6≤1.65、55.00≤Vd6≤82.00。

根据本发明的一个方面，所述第七透镜的折射率Nd7和阿贝数Vd7满足关系式：1.60≤Nd7≤1.80、29.00≤Vd7≤32.50。

根据本发明的一个方面，所述第八透镜折射率Nd8和阿贝数Vd8满足关系式：1.45≤Nd8≤1.65、55.00≤Vd8≤82.00。

根据本发明的一个方面，所述第九透镜折射率Nd9和阿贝数Vd9满足关系式：1.55≤Nd9≤1.65、35.00≤Vd9≤38.50。

根据本发明的一个方面，所述第十透镜折射率Nd10和阿贝数Vd10满足关系式：1.85≤Nd10≤2.05、28.00≤Vd10≤36.50。

根据本发明的一个方面，所述长焦红外同步成像镜头的半像高IH与所述长焦红外同步成像镜头的有效焦距EFL之间满足关系式：0.13≤IH/EFL≤0.20。

根据本发明的一个方面，满足关系式：1.70≤TTL/EFL≤2.00；

所述TTL表示第一透镜的物侧面到靶面额轴上距离，EFL表示所述长焦红外同步成像镜头的有效焦距。

本发明的长焦红外同步成像镜头，在不同的位置合理配置正光焦度和负光焦度透镜，可以收纳一定角度的入射光线，又可以确保光线达到像面时获得足够的像高，且可以避免入射光线通过每一个光学面时出现大角度的折射，使光线走势平缓，有利于校正像差，降低系统公差敏感度。

发明的长焦红外同步成像镜头，在特定位置设置上述特定形状的透镜，确保了镜头能够满足一定的视场角度和像高要求，同时有效控制光学畸变，实现低畸变的成像效果，还可以使光线走势平缓，有利于校正像差，降低系统公差敏感度。

本发明的长焦红外同步成像镜头，合理设计使用双胶合或者三胶合透镜，有利于校正镜头可见光谱的色差，保证成像质量，提高解像性能；实现可见光和红外光共焦，确保能同时兼顾可见光和红外光的解像要求；也有利于降低公差敏感度，提高生产良率。

本发明的长焦红外同步成像镜头，可以实现可见光和红外光共焦，夜间工作无需另外设置补光设备，同时具备大光圈(FNO≤1.6)和大靶面(半像高IH≥7.8mm)的优越性能，对可见光谱和红外光谱均能够获得高清晰的成像画面，并且具有温度补偿功能，在-40℃～+85℃温度范围内不虚焦。

附图说明

图1示意性表示根据本发明实施例1的长焦红外同步成像镜头的结构图；

图2示意性表示根据本发明实施例1的长焦红外同步成像镜头的可见光MTF图；

图3示意性表示根据本发明实施例1的长焦红外同步成像镜头的红外光Through-Focus-MTF图；

图4示意性表示根据本发明实施例1的长焦红外同步成像镜头在-40℃条件下的Through-Focus-MTF图；

图5示意性表示根据本发明实施例1的长焦红外同步成像镜头在85℃条件下的Through-Focus-MTF图；

图6示意性表示根据本发明实施例2的长焦红外同步成像镜头的结构图；

图7示意性表示根据本发明实施例2的长焦红外同步成像镜头的可见光MTF图；

图8示意性表示根据本发明实施例2的长焦红外同步成像镜头的红外光Through-Focus-MTF图；

图9示意性表示根据本发明实施例2的长焦红外同步成像镜头在-40℃条件下的Through-Focus-MTF图；

图10示意性表示根据本发明实施例2的长焦红外同步成像镜头在85℃条件下的Through-Focus-MTF图；

图11示意性表示根据本发明实施例3的长焦红外同步成像镜头的结构图；

图12示意性表示根据本发明实施例3的长焦红外同步成像镜头的可见光MTF图；

图13示意性表示根据本发明实施例3的长焦红外同步成像镜头的红外光Through-Focus-MTF图；

图14示意性表示根据本发明实施例3的长焦红外同步成像镜头在-40℃条件下的Through-Focus-MTF图；

图15示意性表示根据本发明实施例3的长焦红外同步成像镜头在85℃条件下的Through-Focus-MTF图；

图16示意性表示根据本发明实施例4的长焦红外同步成像镜头的结构图；

图17示意性表示根据本发明实施例4的长焦红外同步成像镜头的可见光MTF图；

图18示意性表示根据本发明实施例4的长焦红外同步成像镜头的红外光Through-Focus-MTF图；

图19示意性表示根据本发明实施例4的长焦红外同步成像镜头在-40℃条件下的Through-Focus-MTF图；

图20示意性表示根据本发明实施例4的长焦红外同步成像镜头在85℃条件下的Through-Focus-MTF图。

具体实施方式

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。

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。

参照图1所示，本发明提供一种长焦红外同步成像镜头，沿光轴从物侧至像侧依次包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透L5、光阑、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11和第十二透镜L12。

本发明的长焦红外同步成像镜头，其中第一透镜L1、第二透镜L2、第五透镜L5、第六透镜L6和第八透镜L8为正光焦度透镜。第三透镜L3、第四透镜L4和第七透镜L7为负光焦度透镜。

本发明的长焦红外同步成像镜头，在不同的位置合理配置正光焦度和负光焦度透镜，可以收纳一定角度的入射光线，又可以确保光线达到像面时获得足够的像高，且可以避免入射光线通过每一个光学面时出现大角度的折射，使光线走势平缓，有利于校正像差，降低系统公差敏感度。

本发明的长焦红外同步成像镜头，沿物侧至像侧方向，第一透镜L1和第二透镜L2为凸凹型透镜，第三透镜L3为凸凹型透镜、凹凹型透镜或平凹型透镜。第四透镜L4和第七透镜L7为凹凹型透镜，第五透镜L5、第六透镜L6和第八透镜L8为凸凸型透镜。本发明的长焦红外同步成像镜头，在特定位置设置上述特定形状的透镜，确保了镜头能够满足一定的视场角度和像高要求，同时有效控制光学畸变，实现低畸变的成像效果，还可以使光线走势平缓，有利于校正像差，降低系统公差敏感度。

本发明的长焦红外同步成像镜头，第二透镜L2与第三透镜L3作为单独的透镜设置或组成双胶合透镜。第四透镜L4和第五透镜L5组成双胶合透镜。第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8组成三胶合透镜。第九透镜L9和第十透镜L10组成双胶合透镜。第十一透镜L11和第十二透镜L12组成双胶合透镜。

本发明的长焦红外同步成像镜头，合理设计使用双胶合或者三胶合透镜，有利于校正镜头可见光谱的色差，保证成像质量，提高解像性能；实现可见光和红外光共焦，确保能同时兼顾可见光和红外光的解像要求；也有利于降低公差敏感度，提高生产良率。

本发明的长焦红外同步成像镜头，第四透镜L4的折射率Nd4和阿贝数Vd4满足关系式：1.60≤Nd4≤1.75、29.00≤Vd4≤34.00。第五透镜L5的折射率Nd5和阿贝数Vd5满足关系式：1.75≤Nd5≤1.85、22.00≤Vd4≤26.00。满足上述设定范围，有利于校正本发明镜头的像差，保证解像性能。

本发明的长焦红外同步成像镜头，第六透镜L6的折射率Nd6和阿贝数Vd6满足关系式：1.45≤Nd6≤1.65、55.00≤Vd6≤82.00。如此设置有利于校正长焦红外同步成像镜头的色差，保证解像性能。同时能够在不同温度环境中保持镜头有效焦距的稳定，实现温度自动补偿功能，保证不同温度环境下的成像质量。

本发明的长焦红外同步成像镜头，第七透镜L7的折射率Nd7和阿贝数Vd7满足关系式：1.60≤Nd7≤1.80、29.00≤Vd7≤32.50。如此设置有利于校正本发明镜头的像差，保证解像性能。

本发明的长焦红外同步成像镜头，第八透镜L8折射率Nd8和阿贝数Vd8满足关系式：1.45≤Nd8≤1.65、55.00≤Vd8≤82.00。如此设置有利于校正长焦红外同步成像镜头的色差，保证解像性能。同时能够在不同温度环境中保持镜头有效焦距的稳定，实现温度自动补偿功能，保证不同温度环境下的成像质量。

本发明的长焦红外同步成像镜头，第九透镜L9折射率Nd9和阿贝数Vd9满足关系式：1.55≤Nd9≤1.65、35.00≤Vd9≤38.50。如此设置有利于校正长焦红外同步成像镜头的色差，保证解像性能。能够实现可见光和红外光共焦，确保能同时兼顾可见光和红外光的解像要求。

本发明的长焦红外同步成像镜头，第十透镜L10折射率Nd10和阿贝数Vd10满足关系式：1.85≤Nd10≤2.05、28.00≤Vd10≤36.50。如此设置有利于校正长焦红外同步成像镜头的色差，保证解像性能。能够实现可见光和红外光共焦，确保能同时兼顾可见光和红外光的解像要求。

本发明的长焦红外同步成像镜头，长焦红外同步成像镜头的半像高IH与长焦红外同步成像镜头的有效焦距EFL之间满足关系式：0.13≤IH/EFL≤0.20。满足上述关系式，可以保证镜头系统满足大靶面的优势性能，可以搭配多种型号的芯片使用，还可以有效控制光学系统的畸变量，实现低畸变的成像效果。

本发明的长焦红外同步成像镜头，满足关系式：1.70≤TTL/EFL≤2.00；

其中TTL表示第一透镜L1的物侧面到靶面额轴上距离，EFL表示所述长焦红外同步成像镜头的有效焦距。如此设置，在确保光学系统总长的前提下，使得第十二透镜L12的像面到靶面有充足的空间，满足法兰距的要求；有足够空间可以放置滤光片元件，有效滤掉非成像光谱的影响，确保可分别获得高解析度的可见光和红外光成像画质。

综上所述，本发明的长焦红外同步成像镜头，可以实现可见光和红外光共焦，夜间工作无需另外设置补光设备，同时具备大光圈(FNO≤1.6)和大靶面(半像高IH≥7.8mm)的优越性能，对可见光谱和红外光谱均能够获得高清晰的成像画面，并且具有温度补偿功能。

以下根据本发明的上述设置给出4组具体实施方式来具体说明根据本发明的镜头。

四组实施方式数据如下表1中数据：

表1

实施方式一：

图1是示意性表示根据本发明的实施方式一的长焦红外同步成像镜头结构图。

以下表2列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表2

在本实施方式中，镜头的有效焦距EFL＝47.62mm，光圈FNO＝1.59，半像高IH＝9.00。第二透镜L2和第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5、第九透镜L9和第十透镜L10、第十一透镜L11和第二透镜L12分别组成双胶合透镜，第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8组成三胶合透镜。

图2-5分别示意性表示实施例1的长焦红外同步成像镜头的可见光MTF图、红外光Through-Focus-MTF图、-40℃条件下的Through-Focus-MTF图和85℃条件下的Through-Focus-MTF图。结合附图可以得知，按照本发明实施例1得到的长焦红外同步成像镜头，可以实现可见光和红外光共焦，同时具备大光圈(FNO≤1.6)和大靶面(半像高IH≥7.8mm)的优越性能，并且具有温度补偿功能，在-40℃～+85℃温度范围内不虚焦。

实施方式二：

图6是示意性表示根据本发明的实施方式二的长焦红外同步成像镜头结构图。

以下表3列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表3

在本实施方式中，镜头的有效焦距EFL＝49.13mm，光圈FNO＝1.60，半像高IH＝8.50。第二透镜L2和第三透镜L3为相互独立的透镜，第四透镜L4和第五透镜L5、第九透镜L9和第十透镜L10、第十一透镜L11和第二透镜L12分别组成双胶合透镜，第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8组成三胶合透镜。

图7-10分别示意性表示实施例2的长焦红外同步成像镜头的可见光MTF图、红外光Through-Focus-MTF图、-40℃条件下的Through-Focus-MTF图和85℃条件下的Through-Focus-MTF图。结合附图可以得知，按照本发明实施例2得到的长焦红外同步成像镜头，可以实现可见光和红外光共焦，同时具备大光圈(FNO≤1.6)和大靶面(半像高IH≥7.8mm)的优越性能，并且具有温度补偿功能，在-40℃～+85℃温度范围内不虚焦。

实施方式三：

图11是示意性表示根据本发明的实施方式三的长焦红外同步成像镜头结构图。

以下表4列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表4

在本实施方式中，镜头的有效焦距EFL＝50.83mm，光圈FNO＝1.60，半像高IH＝7.98。第二透镜L2和第三透镜L3为相互独立的透镜，第四透镜L4和第五透镜L5、第九透镜L9和第十透镜L10、第十一透镜L11和第二透镜L12分别组成双胶合透镜，第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8组成三胶合透镜。

图12-15分别示意性表示实施例3的长焦红外同步成像镜头的可见光MTF图、红外光Through-Focus-MTF图、-40℃条件下的Through-Focus-MTF图和85℃条件下的Through-Focus-MTF图。结合附图可以得知，按照本发明实施例3得到的长焦红外同步成像镜头，可以实现可见光和红外光共焦，同时具备大光圈(FNO≤1.6)和大靶面(半像高IH≥7.8mm)的优越性能，并且具有温度补偿功能，在-40℃～+85℃温度范围内不虚焦。

实施方式四

图16是示意性表示根据本发明的实施方式四的长焦红外同步成像镜头结构图。

以下表5列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：

表5

在本实施方式中，镜头的有效焦距EFL＝52.35mm，光圈FNO＝1.60，半像高IH＝7.80。第二透镜L2和第三透镜L3为相互独立的透镜，第四透镜L4和第五透镜L5、第九透镜L9和第十透镜L10、第十一透镜L11和第二透镜L12分别组成双胶合透镜，第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8组成三胶合透镜。

图17-20分别示意性表示实施例4的长焦红外同步成像镜头的可见光MTF图、红外光Through-Focus-MTF图、-40℃条件下的Through-Focus-MTF图和85℃条件下的Through-Focus-MTF图。结合附图可以得知，按照本发明实施例4得到的长焦红外同步成像镜头，可以实现可见光和红外光共焦，同时具备大光圈(FNO≤1.6)和大靶面(半像高IH≥7.8mm)的优越性能，并且具有温度补偿功能，在-40℃～+85℃温度范围内不虚焦。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，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。