技术领域

本发明涉及一种近红外镜头， 具体的说是涉及一种由四组镜片组成的大孔 径、 广角、 小畸变的近红外镜头。 背景技术

现有的数码产品用的光学镜头一般都是采用普 通的光学镜头， 视角小， 成 像质量不高。 采用广角镜头可以克服这种缺点， 但普通的广角镜头存在的最大 问题是物体的成像在经镜头的光学作用后， 会有影像歪曲的现象， 由于过去仅 有球面玻璃， 为了补正成像的歪曲收差 （或称为桶装变形， 即是成像中越接近 边缘，影像越会有扩张及直线弯曲成弧线的现 象）， 需要加装多片新月形负镜片 或新月形正镜片在镜头的前端才能消除这种收 差。 普通的广角镜头在镜头视角

80度时， 需要 8至 10片镜片， 在镜头视角 100度以上， 需要 10至 12片以上， 造成镜头太长且重量增加。 可见普通的广角镜头， 尤其是近红外广角镜头， 结 构复杂， 另外还存在着相对孔径一般都比较小的现象。

随着光学塑胶材料的进步及非球面镜片的制造 技术普及化， 便有许多小型 且轻量化的镜头出现。 尤其是使用非球面镜片之后， 镜头视角 80度时， 只需要 3至 4片镜片， 镜头视角 100度时， 仅需要 4至 5片镜片， 镜头视角 120度以 上时， 仅需要 5至 6片镜片， 可见光学镜头正在向小型且轻量化发展。

如果镜头的镜片数太少， 恐无法提供较佳成像质量。 为了保证成像质量， 艮多专利都提供了 4 片镜片组成的镜头， 比如在专利号 CN200610138436. 2、 CN200710111925. 3、 CN200710201438. 6、 CN200810305113. 7、 CN200910302836. 6 等中。 这些镜头都采用了第一镜片为正光焦度的镜片 的结构， 其他镜片在设计 上各有不同。

但是可以发现， 这些镜头在广角方面效果还相对较差， 并且图像失真的问 题也无法克服。 并且， 这些专利并没有考虑到温度变化对镜头的影响 。 因为现 代光学仪器通常要求能在一个较宽的环境温度 范围内具有稳定的性能，需要对 系统进行消热差设计。光学系统的消热差设计 是通过一定的补偿技术，使光学系 统在一个较宽的温度范围内保持成像质量不变 ，通常有三种方法：机械主动式、 机械被动式和光学被动式。 作为光学仪器中最常见的镜头， 为了实现消热差， 一般也是从以上三种方法入手， 但这些方法使得镜头结构更加复杂， 造成成本 升高、 镜头体积变大等问题， 对便携式的镜头的要求是不符合的。 发明内容

鉴于上述问题，本发明的技术目的在于克服现 有技术中近红外镜头的缺点， 提供一种具有筒单的镜片结构， 能实现大孔径、 广角、 小畸变的近红外镜头。

为了实现上述技术目的， 本发明通过下面的技术方案实现：

一种近红外镜头， 该镜头沿光轴从物方到像方依次包括四组镜片 ， 第一镜 片为负光焦度的弯月形镜片， 凸面朝向物方， 采用非球面； 第二镜片为正或负 光焦度的弯月形镜片， 凸面朝向像方； 第三镜片为正光焦度的双凸形、 平凸形 或弯月形镜片， 平凸或弯月形时， 凸面朝向物方； 第四镜片为正光焦度的镜片， 采用非球面。

优选， 所述近红外镜头满足下述的关系式：

① -0. 5<f/f l<-0. 2

其中 Π为第一镜片的焦距， f 为整个系统的焦距；

② | f2 | > | f l |

其中 I f 1 1为第一镜片的焦距的绝对值， I f 2 I为第二镜片的焦距的绝对值；

③ f4>f 3

其中 f 3为第三镜片的焦距， f4为第四镜片的焦距；

④ 0. 2<f/f 3<0. 6

其中 f 3为第三镜片的焦距， f 为整个系统的焦距。

通过确定上述焦距关系， 可以明显改善镜头的光学性能， 诸如大孔径、 广 角、 小畸变等。

优选， 所述近红外镜头还包括光阑， 所述光阑位于所述第二镜片和第三镜 片之间。

进一步， 所述近红外镜头满足下述的关系式：

0<dn3/dt<lE-05, -lE-3<dnl/dt<-5E-5, -lE-3<dn2/dt<-5E-5 其中 dnl /dt为第一个镜片的折射率相对的温度变化量；

其中 dn2/dt为第二个镜片的折射率相对的温度变化量 ；

其中 dn3/dt为第三个镜片的折射率相对的温度变化量 。

优选， 所述第三镜片为玻璃镜片， 所述第一、 二和四镜片为塑料镜片。 优选， 所述近红外镜头还包括滤光片， 所述滤光片设置在第二镜片和第三 镜片之间。

此外， 各镜片的位置固定。

本发明采用不同外形的镜片组合以及利用光焦 度分配实现了大孔径、广角、 小畸变的功能， 可以达到 FN0<1 , 视场角 >9 Q度， 畸变 <5%。 进而， 通过对各镜 片的焦距关系限制在特定范围， 可以使光学性能更加优异。 进一步地， 通过限 制 dn/dt的关系， 可以有效地实现消热差效果。 附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描 述， 本发明上述特征和优点 将会变得更加清楚和容易理解。

图 1是本发明所涉及的近红外镜头的实施例 1具体结构示意图；

图 2是本发明实施例 1中近红外镜头 25 °C时的轴上色差图；

图 3是本发明实施例 1中近红外镜头 25 °C时的像散图；

图 4是本发明实施例 1中近红外镜头 25 °C时的畸变图；

图 5是本发明实施例 1中近红外镜头 25 °C时的倍率色差图；

图 6是本发明实施例 1中近红外镜头 25 °C时的 FFT MTF图；

图 7是本发明实施例 1中近红外镜头 5 °C时的 FFT MTF图；

图 8是本发明实施例 1中近红外镜头 50 °C时的 FFT MTF图；

图 9是本发明实施例 2中近红外镜头 25 °C时的轴上色差图；

图 10是本发明实施例 2中近红外镜头 25 °C时的像散图；

图 11是本发明实施例 2中近红外镜头 25 °C时的畸变图；

图 12是本发明实施例 2中近红外镜头 25 °C时的倍率色差图；

图 1 3是本发明实施例 2中近红外镜头 25 °C时的 FFT MTF图；

图 14是本发明实施例 2中近红外镜头 5 °C时的 FFT MTF图；

图 15是本发明实施例 2中近红外镜头 50 °C时的 FFT MTF图； 具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图 1是本发明所涉及的近红外镜头的实施例 1的具体结构示意图。

如图所示， 本发明的近红外镜头主要由四组镜片组成， 沿光轴从物方到像 方依次包括四组镜片， 第一镜片 E1为负光焦度的弯月形镜片， 凸面朝向物方， 采用非球面； 第二镜片 E2为正光焦度的弯月形镜片， 凸面朝向像方； 第三镜片 E3为正光焦度的平凸形镜片， 凸面朝向物方； 第四镜片 E4为正光焦度的镜片， 采用非球面。

此外， 在第二镜片 E2和第三镜片 E3之间， 还设置有滤光片 E5和光阑 E6。 依靠滤光片 E5以及光阑 E6的设计， 能够降低整体镜片的主光线的入射角度， 从而比较容易地消除了因为光线的波长偏移而 造成的各种亮度问题， 提高整体 成像的光学品质。 并且， 所述以上各镜片的位置是固定的， 各镜片不可移动。

进一步地， 所述第三镜片 E3为玻璃镜片， 所述第一镜片 El、 第二镜片 E2 和第四镜片 E4均为塑料镜片。 通过采用玻塑混合的结构， 可以克服消热差。 并 且所述镜片需要满足下列的表达式：

dnl/dt = dn2/dt = -1.022E-4, dn3/dt = 4.65E-6

其中 dnl/dt为第一镜片 El的折射率相对的温度变化量；

其中 dn2/dt为第二镜片 E2的折射率相对的温度变化量；

其中 dn3/dt为第三镜片 E3的折射率相对的温度变化量。 下面参照图表对 上述发明的技术效果进行描述， 以使得本发明的上述特征和优点更加清楚和容 易理解。

在具体实施例 1中， 各个镜片的焦距如下：

fl = -9.06; f2 = 31.46; f3 = 8.69; f4 = 11.21; f = 3.03。

沿光轴平行从物方将各个部件依次编号， 第一镜片 E1 的镜面为 Sl、 S2, 第二镜片 E2的镜面为 S3、 S4，滤光片 E5的镜面为 S5、 S6, 光阑的面是 S7, 第 三镜片 E3的镜面是 S8、 S9，第四镜片 E4的镜面是 S10、 S11，芯片保护玻璃 E7 的镜面是 S12、 S13，像面的面为 S14。

表 1、 表 2列出的是具体实施例 1的镜片的相关参数， 包含镜片面的表面 类型、 曲率半径， 还有各镜片的厚度、 材料、 有效径以及圓锥系数。

系统参数： 1/3' ' 感光器件 光圏值 1.0 :/:/ O 8i/-0i>l£ 98/-SJoiAV

图 2至图 8为具体实施例 1相对应的光学性能曲线图。 图 2至图 5分别表 征了本发明的近红外镜头的色差、 像散、 畸变和倍率色差等特征， 从图中可以 清楚地看出本发明的实施例 1的近红外镜头在色差、 像散和畸变等方面得到明 显改善， 成像品质大大提高。 图 6至图 8为具体实施例 1相对应的 FFT MTF图， 用以反映消热差特征。 从图 6至图 8中可以清楚看出， 本实施例 1的近红外镜 头具有良好的消热差性能。

下面进一步地介绍实施例 2的近红外镜头。 实施例 2的近红外镜头同样采 用了四组镜片， 各镜片的屈光度、 构型、 布局与实施例 1的近红外镜头相同， 但各镜片的具体参数是完全不同的。

实施例 2的近红外镜头的各镜片的焦距如下：

f l = -6. 80 ; f 2 = 23. 53 ; f 3 = 6. 53; f4 = 8. 47 ; f = 1. 11。

实施例 2的近红外镜头同样采用玻塑混合的结构， 实现克服消热差。 并且 所述镜片满足下列的表达式：

dnl /dt = dn2/dt = -1. 022E-4 , dn3/d t = 4. 65E-6

表 3、 表 4列出的是具体实施例 2的镜片的相关参数， 包含镜片面的表面 类型、 曲率半径， 还有各镜片的厚度、 材料、 有效径以及圓锥系数。

系统参数： 1 /4 ' ' 感光器件 光圏值 1. 0

表 3

面序号 S 表面类型 曲率半径 R 厚度 D 材料 有效径 D 圓锥系数 K 物面 球面 无穷 1500 3115.62

S1 非球面 8.5032 1.1252 1. 531 1 56. 0 9.84 0.0828

S2 非球面 2.3964 4.7657 6.32 -0.6341

S3 非球面 -4.3405 3.4350 1. 531 1 56. 0 5.20 -0.3716

S4 非球面 -4.0844 0.0687 6.61 -0.4228

S5 球面 无穷 0.0638 5.79

S6 球面 无穷 0.7 1. 517 1 64. 2 5.90

S7 球面 无穷 0.0993 6.13

S8 球面 5.3498 2.7057 1. 804 1 46. 6 7.00

S9 球面 -108.9019 2.3504 7.00 S10 非球面 -37.1690 1.3898 1. 585 1 29. 9 5.24 166.7381

Sl l 非球面 -4.3382 0.0750 5.51 -5.7898

S12 球面 无穷 0.75 1. 517 1 64. 2 5.21

S13 球面 无穷 1.4021 5.05

S14 球面 无穷 4.54

表 4是实施例 2的非球面镜片的非球面高次项系数 A4、 A6、 A8、 A1 0、 A12、 A14、 A1 6。

表 4

图 9至图 15为具体实施例 2相对应的光学性能曲线图。 图 9至图 12分别 表征了实施例 2的近红外镜头的色差、 像散、 畸变和倍率色差等特征， 从图中 可以清楚地看出本发明的实施例 2的近红外镜头在色差、 像散和畸变等方面得 到明显改善，成像品质大大提高。图 1 3至图 15为具体实施例 2相对应的 FFT MTF 图， 用以反映消热差特征。 从图 1 3至图 15中可以清楚看出， 本实施例 2的近 红外镜头具有良好的消热差性能。

以上各光学性能的曲线图中的数据表示， 本发明近红外镜头具有较好的光 学效果， 实现了实现大孔径、 广角、 小畸变、 消热差。

上述表格中的具体参数仅仅是例示性的， 各镜片成分曲率半径、 面间隔、 以及折射率的值等， 不限于由上述实施例各数值所示出的值， 可以采用其他的 值， 都可以达到类似的技术效果。

虽然上面针对近红外镜头描述了本发明的原理 以及具体实施方式， 但是在 本发明的上述教导下， 本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进 行各种改 进和变形， 而这些改进或者变形均落在本发明的保护范围 内。 本领域技术人员 应该明白， 上面的具体描述只是为了解释本发明的目的， 而并非用于限制本发 明， 本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定 。