一種紅外共焦光學成像系統的制作方法

【技術領域】

本發明涉及一種紅外共焦光學成像系統，尤其涉及一種應用于日夜監控的光圈大、焦距長、像質高、色差小的光學成像系統。

背景技術：

目前使用的監控定焦鏡頭存在一些弊端，大多光圈小、畸變大、色差大、焦距短，所以拍攝視頻時整體畫面亮度較暗，對遠距物體成像不夠清晰，且紫邊現象比較嚴重，不能真實有效地呈現現實情景。

由于存在上述問題，有必要對其提出解決方案，本發明正是在這樣的背景下作出的。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種紅外共焦光學成像系統，該光學成像系統實現了長焦距、大孔徑成像，可以滿足畫質均勻，亮度高的要求，且紅外共焦，可應用于監控領域。

為實現上述目的，本發明采用了下述技術方案：

一種紅外共焦光學成像系統，從物側7到像面9依次設置有第一透鏡1、光闌8、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、濾光片6，所述第四透鏡4和第五透鏡5為塑膠非球面雙膠合鏡片，所述第一透鏡1和第四透鏡4為負焦距透鏡；所述第二透鏡2和第三透鏡3、第五透鏡5均為正焦距透鏡；所述第一透鏡1、第二透鏡2、第四透鏡4、第五透鏡5均為非球面透鏡，所述第三透鏡3為球面透鏡，所述第一透鏡1的焦距為f1，所述第二透鏡2的焦距為f2，所述第三透鏡3的焦距為f3，所述第四透鏡4的焦距為f4，所述第五透鏡5的焦距為f5，滿足：f1<0,f4<0,f5>0,1<f1/f4<20，-20<f1/f5<-0.5，f2/f3>1。

如上所述第一透鏡1朝向所述物側7一面為凸形非球面，朝向所述像面9一面為凹形非球面；所述第二透鏡2朝向所述物側7一面為扁圓形非球面，朝向所述像面9一面為凸形非球面；所述第三透鏡3朝向所述物側7和朝向所述像面9一面均為凸形球面；所述第四透鏡4朝向所述物側7一面和朝向所述像面9一面均為凹形非球面；所述第五透鏡5朝向所述物側7一面和朝向所述像面9一面均為凸形非球面；所述第一透鏡1與第二透鏡2之間設有光闌8。

如上所述第一透鏡(1)的色散系數為vd(lens1)，第二透鏡(2)的色散系數為vd(lens2)，第三透鏡(3)的色散系數為vd(lens3)，第四透鏡(4)的色散系數為vd(lens4)，第五透鏡(5)的色散系數為vd(lens5)，滿足：vd(lens1，lens2，lens3，lens5)≥55；vd(lens4)≤30。

如上所述光學系統的焦距為efl，所述第二透鏡2與所述第三透鏡3的間距為a2，所述第三透鏡3與所述第四透鏡4的間距為a3，所述第一透鏡1與所述感光片9的間距為tl，滿足：0.2<efl/tl<0.3，-2＜a2/tl＜2，-2＜a3/tl＜2。

如上所述第一透鏡1、第二透鏡2、第四透鏡4、第五透鏡5都為非球面透鏡，所述第三透鏡3為球面透鏡。

本發明的有益效果是：

1、本發明之中本發明的光學結構中，第一透鏡的焦距為f1，第二透鏡的焦距為f2，第三透鏡的焦距為f3，第四透鏡的焦距為f4，第五透鏡的焦距為f5，滿足：f1<0,f4<0,f5>0,1<f1/f4<20，-20<f1/f5<-0.5，f2/f3>1，系統光焦度的分配可有效降低結構公差的敏感度。

2、本發明之中本發明光學結構中，所述第一透鏡(1)的色散系數為vd(lens1)，第二透鏡(2)的色散系數為vd(lens2)，第三透鏡(3)的色散系數為vd(lens3)，第四透鏡(4)的色散系數為vd(lens4)，第五透鏡(5)的色散系數為vd(lens5)，滿足：vd(lens1，lens2，lens3，lens5)≥55；vd(lens4)≤30。這種搭配可以有效控制系統的軸向色差、從而實現中心視場的高分辨率以及紅外離焦量盡可能小。

3、本發明可實現大光圈、長焦距、畸變較小的監控攝像。

4、本發明的像面整體均勻、亮度高、孔徑大，光圈數達到f1.6。

5、本發明的第四透鏡和第五透鏡采用塑膠非球面雙膠合，可以在消色差的同時提高中心和外視場的解像。

6、本發明的第一透鏡、第二透鏡、第四透鏡和第五透鏡均采用非球面面形，有利于像差的校正，使鏡頭中心視場與邊緣視場都具有良好的分辨率。

7、本發明的光學系統紅外光mtf離焦量小于6μm，夜間拍攝成像分辨率高，畫面清晰。

【附圖說明】

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的光路示意圖。

【具體實施方式】

下面結合附圖對本發明做進一步詳細的描述。

如圖1至圖2所示，一種紅外共焦光學成像系統，包括從物側7到像面9依次設置有第一透鏡1、光闌8、第二透鏡2、第三透鏡3、第四透鏡4、第五透鏡5、濾光片6；其中第四透鏡4和第五透鏡5為高低折射率的材料搭配雙膠合，以達到消色差的效果。用于控制光學系統光線入射角并降低光學畸變的第一透鏡1和第四透鏡4都為負焦距透鏡；用于聚焦前面的光束的第二透鏡2和第三透鏡3、第五透鏡5都為正焦距透鏡；所述第一透鏡1，第二透鏡2，第四透鏡4，第五透鏡5均為非球面透鏡；第三透鏡3為球面透鏡。該光學成像系統實現了大光圈長焦距、紅外共焦成像，可以用于監控攝像等領域。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，在所述第五透鏡5朝向像面的一側設有濾光片6，光線是從濾光片6進入的，考慮到應用到鏡頭成像時，會使用cmos感光芯片，濾光片對感光芯片有一定的保護作用，同時也過濾一部分光線以減少雜光，使圖像色彩亮麗和銳利的同時具有良好的色彩還原性。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，所述第一透鏡1朝向所述物面7的一面曲率半徑大于5，所述第一透鏡1朝向像面的一面曲率半徑小于3。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，所述第一透鏡1朝向物側一面為凸形非球面，朝向像面一面為凹形非球面。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，所述第二透鏡2朝向物側一面為扁圓形非球面，朝向像面一面為凸形非球面。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，所述第三透鏡3朝向物側和朝向像面一面均為凸形球面。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，所述第五透鏡5朝向物側一面和朝向像面一面均為凸形非球面。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，所述第一透鏡1與第二透鏡2之間設有光闌8。可以控制光線傳輸的孔徑，使得成像畫面整體均勻。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，第一透鏡1的焦距為f1，第二透鏡2的焦距為f2，第三透鏡3的焦距為f3，第四透鏡4的焦距為f4，第五透鏡5的焦距為f5，滿足：f1<0,f4<0,f5>0,1<f1/f4<20，-20<f1/f5<-0.5，f2/f3>1，可以解決本發明結構的光焦度分配問題及公差分布均衡性問題，可以有效降低結構性公差敏感性。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，所述第一透鏡(1)的色散系數為vd(lens1)，第二透鏡(2)的色散系數為vd(lens2)，第三透鏡(3)的色散系數為vd(lens3)，第四透鏡(4)的色散系數為vd(lens4)，第五透鏡(5)的色散系數為vd(lens5)，滿足：vd(lens1，lens2，lens3，lens5)≥55；vd(lens4)≤30，這種搭配可以有效控制系統的軸向色差、從而實現中心視場的高分辨率以及紅外離焦量盡可能小。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，所述光學系統的焦距為efl，第二透鏡2與第三透鏡3的間距為a2，第三透鏡3與第四透鏡4的間距為a3，所述第一透鏡1與感光片9的間距為tl，滿足：0.2<efl/tl<0.3，-2＜a2/tl＜2，-2＜a3/tl＜2。可以有效的壓縮色差，并確保加工可行性。

如圖1、圖2所示，在本實施例中，所述第一透鏡1、第二透鏡2、第四透鏡4、第五透鏡5為非球面透鏡。其非球面表面形狀方程z滿足：

z＝cy²/{1+√[1-1+kc²y²]}+α1y²+α2y⁴+α3y⁶+α4y⁸

+α5y¹⁰+α6y¹²+α7y¹⁴+α8y¹⁶

其中，參數c為各個非球面透鏡半徑所對應的曲率，y為各個非球面透鏡徑向坐標，其單位與透鏡長度單位相同，k為各個非球面透鏡圓錐二次曲線系數，α1至α8分別表示各個非球面透鏡徑向坐標所對應的系數。

當k系數小于-1時，透鏡的面形曲線為雙曲線；當k系數等于-1時，透鏡的面形曲線為拋物線；當k系數介于-1到0之間時，透鏡的面形曲線為橢圓；當k系數等于0時，透鏡的面形曲線為圓形；當k系數大于0時，透鏡的面形曲線為扁圓形。