超小型近红外非球面光学系统及成像方法与流程

本发明涉及一种超小型近红外非球面光学系统及成像方法。

背景技术：

目前各大车载厂商都在集中研究疲劳驾驶预警监测系统，该系统是通过光学镜头捕捉驾驶员人脸图像，实时监测驾驶员的疲劳情况，对疲劳驾驶及时做出预警，对安全驾驶保驾护航，意义重大。由于车内光线环境复杂，现有普通车载镜头在夜晚图像清晰度不足，噪点偏多，严重影响预警系统的判断识别。而针对近红外940nm波段设计的光学镜头，夜晚光线不足的情况依然可以捕捉清晰的图像。另外，此类镜头安装位置正对着人脸，要求有隐蔽性，小型化结构。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种超小型近红外非球面光学系统及成像方法，不仅结构设计合理，而且成像表现良好。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种超小型近红外非球面光学系统，包括从物方到像方顺序设置的第一球面透镜a1、光阑c、第二球面透镜b1、第一非球面透镜b2以及第二非球面透镜b3，其中第一球面透镜a1构成负光焦度的前组a，所述第二球面透镜b1、第一非球面透镜b2以及第二非球面透镜b3构成正光焦度的后组b。

进一步的，所述第一球面透镜a1为双凹透镜a1，所述第二球面透镜b1为双凸透镜b1。

根据权利要求1所述的超小型近红外非球面光学系统，其特征在于：所述第一球面透镜a1与第二球面透镜b1之间的空气间隔为0.65mm；所述第二球面透镜b1与第一非球面透镜b2之间的空气间隔为0.7mm；所述第一非球面透镜b2与第二非球面透镜b3之间的空气间隔为0.3mm。

进一步的，所述第二球面透镜b1满足关系式：nd≥1.8，vd≥30；所述第一非球面透镜b2满足关系式：nd≥1.6，vd≤30；所述第二非球面透镜b3满足关系式：nd≥1.5，vd≥50，其中nd为折射率，vd为阿贝常数。

进一步的，所述第一球面透镜a1的焦距f1满足关系式：-1.5≤f1/f≤-1.2；所述第二球面透镜b1的焦距f2满足关系式：0.8≤f2/f≤1.2；所述第一非球面透镜b2焦距值f3与第二非球面透镜b3的焦距值f4满足如下关系式：-3≤f4/f3≤-5，其中f为镜头的总焦距值。

一种超小型近红外非球面光学系统的成像方法，包括上述任意一项所述的超小型近红外非球面光学系统，包含以下步骤：光线依次经过第一球面透镜a1、光阑c、第二球面透镜b1、第一非球面透镜b2以及第二非球面透镜b3后进行成像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明不仅结构设计简单、合理，而且拥有超短光路设计，极大的减小了安装空间，能够让摄像头小型化，具有隐蔽性，通光口径较大，夜视成像效果好，即使车内无光照环境依然能清晰成像，采用玻塑混合设计方案，mtf成像指标达到了良好水准，采用合理的光焦度分配和材料选择，实现了高低温良好的成像表现。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的光学结构示意图示意图。

图2为本发明实施例的近红外940nm波段的mtf曲线图。

图3为本发明实施例的低温-40℃mtf曲线。

图4为本发明实施例的高温+85℃mtf曲线。

图中：a1-第一球面透镜a1，c-光阑c，b1-第二球面透镜b1，b2-第一非球面透镜b2，b3-第二非球面透镜b3。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~4所示，一种超小型近红外非球面光学系统，包括从物方到像方顺序设置的第一球面透镜a1、光阑c、第二球面透镜b1、第一非球面透镜b2以及第二非球面透镜b3，其中第一球面透镜a1构成负光焦度的前组a，所述第二球面透镜b1、第一非球面透镜b2以及第二非球面透镜b3构成正光焦度的后组b。

在本发明实施例中，所述第一球面透镜a1为双凹透镜a1，所述第二球面透镜b1为双凸透镜b1。

根据权利要求1所述的超小型近红外非球面光学系统，其特征在于：所述第一球面透镜a1与第二球面透镜b1之间的空气间隔为0.65mm；所述第二球面透镜b1与第一非球面透镜b2之间的空气间隔为0.7mm；所述第一非球面透镜b2与第二非球面透镜b3之间的空气间隔为0.3mm。

在本发明实施例中，所述第二球面透镜b1满足关系式：nd≥1.8，vd≥30；所述第一非球面透镜b2满足关系式：nd≥1.6，vd≤30；所述第二非球面透镜b3满足关系式：nd≥1.5，vd≥50，其中nd为折射率，vd为阿贝常数。

在本发明实施例中，所述第一球面透镜a1的焦距f1满足关系式：-1.5≤f1/f≤-1.2；所述第二球面透镜b1的焦距f2满足关系式：0.8≤f2/f≤1.2；所述第一非球面透镜b2焦距值f3与第二非球面透镜b3的焦距值f4满足如下关系式：-3≤f4/f3≤-5，其中f为镜头的总焦距值。

在本发明实施例中，一种超小型近红外非球面光学系统的成像方法，包括上述任意一项所述的超小型近红外非球面光学系统，包含以下步骤：光线依次经过第一球面透镜a1、光阑c、第二球面透镜b1、第一非球面透镜b2以及第二非球面透镜b3后进行成像。

在本发明实施例中，此光学系统实现的技术指标如下：

（1）焦距：effl=2.5mm；

（2）光圈f数=1.7；

（3）视场角：2w≥100°；

（4）tv畸变：＜-10%；

（5）成像圆直径大于φ4.7；

（6）工作波段：940±10nm；

（7）光学总长ttl≤7.5mm，光学后截距bfl≥2.5mm；

（8）该镜头适用于300万像素ccd或cmos摄像机。

在本实施例中，镜头采用反远距结构，负光焦度的前组a用来收敛大视角光线的入射角；双凸透镜a2采用高折射率重镧火石材料，有利于减小系统高级球差；通过合理分配各个镜片的光焦度，减小了高低温的焦移量，实现良好的mtf表现；后组b的第一非球面透镜b2和第二非球面透镜b3靠近像面，通过面形弯曲来校正像场曲、高级轴外球差及高级像散；通过控制光线在第一非球面透镜b2与第二非球面透镜b3上的入射角，降低了第一非球面透镜b2与第二非球面透镜b3的装配敏感度，极大的提高生产良率。

在本发明实施例中，具体镜片参数如下表：

在本发明实施例中，由图2可以看出，该光学系统在近红外940nm波段的mtf表现良好，可以达到三百万高清的解像力需求。

在本发明实施例中，图3和图4为该光学系统的的-40℃低温和+85℃高温的mtf曲线，图中mtf相比常温下降并不多，可以满足高低温使用要求。

上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。