一种光学成像镜头和摄像装置

技术领域

本申请涉及光学成像设备技术领域，特别涉及一种光学成像镜头和摄像装置。

背景技术

光学运动捕捉，也称“光学动作捕捉”，顾名思义，是通过光学原理来完场物体的捕捉和定位，亦即通过光学镜头捕捉固定在人体或是物体上面的marker的位置信息来完成动作姿态捕捉。光学动作捕捉依靠一整套精密而复杂的光学摄像头来实现，它通过计算机视觉原理，由多个高速摄像机从不同角度对目标特征点进行跟踪来完成全身的动作的捕捉。

随着运动捕捉技术高度发展，镜头在运动捕捉领域使用越来越广泛，可广泛应用于影视动画、游戏、虚拟现实、医疗等，因此对镜头的指标要求越来越高。然而，已有光学镜头在应用于运动捕捉时仍存在较多方面的不足，例如，镜头靶面较小，无法满足靶面越来越大的工业级传感器要求；镜头仅考虑红外光850nm波段，应用单一；镜头随着靶面的增大，畸变大，分辨率急剧下降，满足不了高分辨的要求且大靶面是反光标识点为椭圆形状，影响判断；镜头通光较小，能量利用率不高，反射效果不好；在高低温环境下，常规镜头容易失焦；等等。

已有相关技术公开了一种用于近红外射线的快速透镜，在近红外线区域可用的近红外线用明亮镜片上，从目标物体方向依次向上排列有：具有负折射力，面向要拍摄的目标物体方向的面凸起的网状第一镜头；具有正折射力的至少包含一个非球面的第二镜头；具有正折射力，面向成像方向的面凸起的网状第三镜头；具有负折射力，面朝成像方向凹陷的Meniscus型第四镜头；和放置在上述第二镜头和上述第三镜头之间的光圈。通过该技术，对于在使用该明亮透镜的情况下的近红外区域，由于使用该明亮镜头，其长时间拍摄性能几乎没有变化，因此适合作为需要动态拍摄对象和远近感的运动捕捉用相机的拍摄镜头。

已有相关技术公开了一种红外成像镜头，沿光轴从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一群组、光阑、具有正光焦度的第二群组；所述第一群组从物侧到成像面依次包括：具有负光焦度的第一透镜，所述第一透镜的物侧面在近轴处为凹面，所述第一透镜的像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，所述第二透镜的像侧面为凹面；所述第二群组从物侧到成像面依次包括：具有正光焦度的第三透镜，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有正光焦度的第四透镜，所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；具有正光焦度的第五透镜，所述第五透镜的物侧面为凸面；其中，所述第一透镜为玻璃非球面镜片，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为玻璃球面镜片。该技术采用五片全玻璃透镜结构，并采用红外光谱优化设计，通过一片负光焦度透镜与四片正光焦度透镜的合理搭配，使镜头在900nm-980nm的红外波段内清晰成像，同时具有超过140°的大视场角，能够收集较大范围内的红外光线；由于采用全玻璃镜片，使镜头具有良好的热稳定性能，能够有效补偿温度变化引起的焦点偏移；由于非球面镜片加工技术精度的提升，使得负光焦度集中在第一透镜上不会造成过大的敏感度，通过合理设置第一透镜的光焦度及面型，使得镜头具有不大于1.5的超大光圈，从而在明暗环境下都具有高清的成像性能；由于光阑前后透镜组的光焦度及各镜片面型位置设置合理，使镜头的像差矫正良好，从而具有高清的解像力。进以将该镜头应用于运动捕捉时，可更好更全面的捕捉驾驶员的面部信息以及驾驶行为。

已有相关技术还公开了一种影像撷取系统镜头组，由物侧至像侧依序包含：一第一透镜，具有正屈折力，其物侧表面为凸面、像侧表面为凸面；一第二透镜，具有正屈折力；一第三透镜，具有正屈折力；以及一第四透镜，具有正屈折力，其物侧表面为凸面，其像侧表面于近光轴处为凹面而于远离光轴的周边处为凸面，其物侧表面及像侧表面皆为非球面；其中，该影像撷取系统镜头组具有屈折力透镜为该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜及该第四透镜；该第一透镜的物侧表面曲率半径为R1，该第一透镜的像侧表面曲率半径为R2，其满足下列条件：-0.45＜(R1+R2)/(R1-R2)＜0.85。该技术应用于红外线摄影，通过四片式具有正屈折力透镜的配置，可将该影像撷取系统镜头组的透镜屈折力平均分布到各镜片上，有效减缓入射光线屈折变化，并可有助于降低球差等像差的产生，以提高成像品质。

据此，已有光学成像镜头目前仍存在应用波段单一、镜头靶面和分辨率尚无法满足高要求、通光较小、或者高低温环境下容易失焦等方面的问题，亟待解决。

发明内容

为了解决至少一个上述问题，本申请提供一种光学成像镜头；并基于该光学成像镜头，提供一种摄像装置。

第一方面，本申请提供一种光学成像镜头，采用如下的技术方案：

一种光学成像镜头，包括从物侧到像侧依次布置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、光阑、第四透镜组和第五透镜组，所述第一透镜组包括依次布置的第一透镜和第二透镜，所述第二透镜组包括依次布置的第三透镜和第四透镜，所述第三透镜组包括依次布置的第五透镜和第六透镜，所述第四透镜组包括依次布置的第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜，所述第五透镜组包括第十三透镜；所述第一透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十一透镜和第十三透镜分别具有正屈光度，所述第二透镜、第三透镜、第十透镜和第十二透镜分别具有负屈光度。

通过采用上述技术方案，设计从物侧到像侧依次布置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组共五组透镜组，进以获得大靶面，以满足工业级大芯片传感器需求，同时获得宽光谱，镜头波段使用范围从可见光覆盖到红外光。

优选的，光学成像镜头满足以下条件S1和S2中的至少一个：

S1：-66＜FG

S2：-42＜FG

通过采用上述技术方案，设计第一透镜组的焦距值满足条件S1，可使镜头用于收集光线，实现广角及大靶面；设计第二透镜组、第三透镜组的焦距值满足条件S2，利用第二透镜组、第三透镜组的光焦度搭配，进以利于无热化设计。

优选的，光学成像镜头满足以下条件S3、S4、S5和S6中的至少一个：

S3：-40＜F

S4：42＜F

S5：1.5＜(F

S6：18＜F

通过采用上述技术方案，通过调整第二透镜和第三透镜的焦距以满足条件S3，可使光线从第二透镜收集，聚拢过渡到第三透镜，实现大靶面且提升分辨率；通过调整第五透镜和第六透镜的焦距以满足条件S4，可提高系统分辨率，实现大通光；通过调整第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜的焦距以满足条件S5，可有效平衡温飘，实现无热化；通过调整第十一透镜、第十二透镜的焦距以满足条件S6，用来补正高低温镜头带来的后焦偏移，实现无热化，同时焦距的管控也可进一步提高分辨率。

优选的，光学成像镜头满足以下条件S7和S8中的至少一个：

S7：所述第七透镜与第八透镜胶合设置，且|vd

S8：所述第九透镜与第十透镜胶合设置，且|vd

通过采用上述技术方案，设计第七透镜和第八透镜满足条件S7，或是设计第九透镜与第十透镜满足条件S8，均可以分别获得矫正色差，实现日夜共焦的技术效果。

优选的，光学成像镜头所述第八透镜与第九透镜的材质为玻璃且所述第八透镜与第九透镜的相对折射率温度系数为负值。

通过采用上述技术方案，第八透镜与第九透镜的玻璃材质为满足相对折射率温度系数Dn/dt为负值的材料，通过材料的搭配，用于矫正温漂，实现无热化设计。

优选的，光学成像镜头满足以下条件S9和S10中的至少一个：

S9：nd

S10：nd

通过采用上述技术方案，设计第六透镜的折射率满足条件S9，或是设计第十三透镜的折射率满足条件S10，采用高折射率材质，使得光线过渡平缓，有利于系统提高分辨率。

优选的，所述第三透镜组和第五透镜组分别作为可移动组移动以具有沿着垂直于光轴的方向的分量。

通过采用上述技术方案，第三透镜组和第五透镜组可作为移动组，物距变化时，通过移动第三透镜组、第五透镜组来聚焦。

优选的，所述第一透镜、第二透镜、第六透镜和第七透镜分别具有凸面物侧表面和凹面像侧表面，所述第三透镜和第十透镜分别具有凹面物侧表面和凹面像侧表面，所述第四透镜、第五透镜、第十一透镜和第十三透镜分别具有凸面物侧表面和凸面像侧表面，所述第十二透镜具有凹面物侧表面和凸面像侧表面。

通过采用上述技术方案，作为一结构示例，各透镜采用上述物侧表面和像侧表面设计，通过特定的表面形状搭配，配合合理的光焦度分配，可进一步帮助获得大靶面、宽光谱、日夜共焦、高分辨率、高还原度、大通光和无热化设计等性能，并维持较好的系统性能。

第二方面，本申请提供一种摄像装置，采用如下的技术方案：

一种摄像装置，包括上述的光学成像镜头。

通过采用上述技术方案，将上述的光学成像镜头用于摄像装置，可进一步将上述的光学成像镜头的大靶面、宽光谱、日夜共焦、高分辨率、高还原度、大通光和无热化设计等成像功能附加于例如车载照相机、监视照相机等设备上，尤其是运动捕捉专用相机上。作为一结构示例，将光学成像镜头应用于运动捕捉，摄像装置则包括该光学成像镜头、大靶面传感器和补光光源(如环带补光光源)。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请的光学成像镜头，按工业级大芯片传感器需求设计，大靶面，且畸变小，可应用于运动捕捉领域；

2、镜头波段使用范围从可见光到红外光，且日夜共焦；

3、镜头高分辨率，高像素，中心视场和边缘视场画质均匀，且大靶面下的反光标识点为圆形，还原度高；

4、大通光，低照效果好，有利于接收反射光点；

5、满足车规-40℃到85℃的工作温度要求，实现无热化设计。

附图说明

图1为本申请实施例1的光学成像镜头的光路图；

图2为本申请实施例1中光学成像镜头在可见光下的MTF曲线图；

图3为本申请实施例1中光学成像镜头在红外光下的MTF曲线图；

图4为本申请实施例1中光学成像镜头的场曲及畸变图；

图5为本申请实施例1中光学成像镜头的圆点模拟图；

图6为本申请实施例2的光学成像镜头的光路图；

图7为本申请实施例2中光学成像镜头在可见光下的MTF曲线图；

图8为本申请实施例2中光学成像镜头在红外光下的MTF曲线图；

图9为本申请实施例2中光学成像镜头的场曲及畸变图；

图10为本申请实施例2中光学成像镜头的圆点模拟图；

图11为本申请实施例3的光学成像镜头的光路图；

图12为本申请实施例3中光学成像镜头在可见光下的MTF曲线图；

图13为本申请实施例3中光学成像镜头在红外光下的MTF曲线图；

图14为本申请实施例3中光学成像镜头的场曲及畸变图；

图15为本申请实施例3中光学成像镜头的圆点模拟图；

图16为本申请实施例4的光学成像镜头的光路图；

图17为本申请实施例4中光学成像镜头在可见光下的MTF曲线图；

图18为本申请实施例4中光学成像镜头在红外光下的MTF曲线图；

图19为本申请实施例4中光学成像镜头的场曲及畸变图；

图20为本申请实施例4中光学成像镜头的圆点模拟图。

标号说明：

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、第十三透镜；14、光阑；15、保护片；16、成像面。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

参照附图1-15，其中，贯穿全部这些视图，相同的附图标记表示对应的部件，根据本实施例示出的一个实施方式构造的光学成像镜头可参见图1。

如图1、6、11所示，本实施例的光学成像镜头包括：从物侧到像侧依次布置的第一透镜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、光阑14、第七透镜7、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、第十三透镜13和保护片15，保护片15靠近像侧的位置示出有一成像面16。第一透镜1和第二透镜2依次布置形成第一透镜组，第三透镜3和第四透镜4依次布置形成第二透镜组，第五透镜5和第六透镜6依次布置形成第三透镜组，第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10、第十一透镜11和第十二透镜12依次布置形成第四透镜组，第十三透镜13则作为第五透镜组；第一透镜1、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十一透镜11和第十三透镜13均单独地具有正屈光度，第二透镜2、第三透镜3、第十透镜10和第十二透镜12均单独地具有负屈光度。第一透镜1、第二透镜2、第六透镜6和第七透镜7均单独地具有凸面物侧表面和凹面像侧表面，第三透镜3和第十透镜10均单独地具有凹面物侧表面和凹面像侧表面，第四透镜4、第五透镜5、第十一透镜11和第十三透镜13均单独地具有凸面物侧表面和凸面像侧表面，第十二透镜12均单独地具有凹面物侧表面和凸面像侧表面。

实施例1

实施例1对应基于图1示出的实施方式构造的光学成像镜头，其对应的实验数据图谱参见图2-5。

本实施例的详细光学数据请参见表1。

表1

本实施例的光学成像镜头中：FG

本实施例中，图2为镜头在可见光下的MTF曲线图，图3为镜头在红外光下的MTF曲线图，图4为镜头的场曲及畸变图，图5为镜头的圆点模拟图；从图2-5可知，实施例的光学成像镜头成像后的效果为一个圆点，圆度高，成像光斑质量好，即本实施例的光学成像镜头能够实现良好的成像质量。

实施例2

实施例2对应基于图6示出的实施方式构造的光学成像镜头，其对应的实验数据图谱参见图7-10。

本实施例的详细光学数据请参见表2。

表2

本实施例的光学成像镜头中：FG

本实施例中，图7为镜头在可见光下的MTF曲线图，图8为镜头在红外光下的MTF曲线图，图9为镜头的场曲及畸变图，图10为镜头的圆点模拟图；从图7-10可知，实施例的光学成像镜头成像后的效果为一个圆点，圆度高，成像光斑质量好，即本实施例的光学成像镜头能够实现良好的成像质量。

实施例3

实施例3对应基于图11示出的实施方式构造的光学成像镜头，其对应的实验数据图谱参见图12-15。

本实施例的详细光学数据请参见表3。

表3

本实施例的光学成像镜头中：FG

本实施例中，图12为镜头在可见光下的MTF曲线图，图13为镜头在红外光下的MTF曲线图，图14为镜头的场曲及畸变图，图15为镜头的圆点模拟图；从图12-15可知，实施例的光学成像镜头成像后的效果为一个圆点，圆度高，成像光斑质量好，即本实施例的光学成像镜头能够实现良好的成像质量。

实施例4

实施例4对应基于图16示出的实施方式构造的光学成像镜头，其对应的实验数据图谱参见图17-20。

本实施例的详细光学数据请参见表4。

表4

本实施例的光学成像镜头中：FG

本实施例中，图17为镜头在可见光下的MTF曲线图，图18为镜头在红外光下的MTF曲线图，图19为镜头的场曲及畸变图，图20为镜头的圆点模拟图；从图17-20可知，实施例的光学成像镜头成像后的效果为一个圆点，圆度高，成像光斑质量好，即本实施例的光学成像镜头能够实现良好的成像质量。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。