CN106646825B - 深度成像光学系统及其应用的镜头 - Google Patents

深度成像光学系统及其应用的镜头 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种深度成像光学系统，沿光轴从物面到像面依次设有：第一透镜、第二透镜、以及第三透镜；第一透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负；第二透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；第三透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；其中，第一透镜、第三透镜为非球面透镜。另一方面，本发明实施例还提供了一种镜头。本发明实施例，其主要由3枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单；采用不同透镜相互组合，且第一透镜、第三透镜为非球面透镜，具有大光圈、大视角、低畸变和良好消热差等光学性能。

Description

深度成像光学系统及其应用的镜头
技术领域：
本发明涉及一种光学系统及其应用的镜头，尤其是一种由三枚镜片组成的光学系统及镜头。
背景技术：
随着激光照明技术以及3D体感交互技术的发展，近红外光源及深度成像镜头的需求及应用越来越广泛。然而，现有深度成像光学系统或镜头，普遍存在镜片过多、结构复杂的缺陷，无法达到大光圈、大视场，低畸变和消热差的光学性能要求。
发明内容：
为克服现有光学系统或镜头存在镜片过多、结构复杂的问题，本发明实施例一方面提供了一种深度成像光学系统。
深度成像光学系统，沿光轴从物面到像面依次由第一透镜、第二透镜、以及第三透镜构成；其特征在于，
第一透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
其中，第一透镜、第三透镜为非球面透镜；
整个光学系统的焦距f＝1.55mm，第一透镜的物面侧曲率半径R11、像面侧曲率半径R12、厚度D1、材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：R11＝6.500，R12＝1.350，D1＝0.55mm，Nd1＝1.535，Vd1＝55.77；第二透镜的物面侧曲率半径R21、像面侧曲率半径R22、厚度D2、材料折射率Nd2、材料阿贝常数Vd2满足：R21＝7.000，R22＝-7.000，D2＝1.80mm，Nd2＝1.945，Vd2＝17.94。
另一方面，本发明实施例还提供了一种镜头。
一种镜头，镜头内安装有上述所述的深度成像光学系统。
本发明实施例，其主要由3枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单；采用不同透镜相互组合，且第一透镜、第三透镜为非球面透镜，具有大光圈、大视角、低畸变和良好消热差等光学性能。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为本发明的光学系统或镜头的结构示意图；
图2为本发明的光学系统或镜头在+25℃下的畸变曲线图；
图3为本发明的光学系统或镜头在+25℃下的MTF曲线图；
图4为本发明的光学系统或镜头在+25℃下的相对照度图；
图5为本发明的光学系统或镜头在-40℃下的MTF曲线图；
图6为本发明的光学系统或镜头在+85℃下的MTF曲线图。
具体实施方式：
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，深度成像光学系统，沿光轴从物面到像面6依次设有：第一透镜1、第二透镜2、以及第三透镜3。
第一透镜1的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜2的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜3的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
其中，第一透镜1、第三透镜3为非球面透镜；
整个光学系统的焦距f＝1.55mm，第一透镜的物面侧曲率半径R11、像面侧曲率半径R12、厚度D1、材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：R11＝6.500，R12＝1.350，D1＝0.55mm，Nd1＝1.535，Vd1＝55.77；第二透镜的物面侧曲率半径R21、像面侧曲率半径R22、厚度D2、材料折射率Nd2、材料阿贝常数Vd2满足：R21＝7.000，R22＝-7.000，D2＝1.80mm，Nd2＝1.945，Vd2＝17.94。
本发明实施例，其主要由3枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单；采用不同透镜相互组合，且第一透镜、第三透镜为非球面透镜，具有大光圈、大视角、低畸变和良好消热差等光学性能。
进一步地，该光学系统的各透镜满足如下条件：
(1)-5<f1<-2；
(2)2<f2<10；
(3)2<f3<10；
其中，f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f3为第三透镜3的焦距。结构简单，采用不同透镜相互组合，具有大光圈、大视角、低畸变和良好消热差等光学性能。
再进一步地，该光学系统的各透镜满足如下条件：
(1)-5<f1/f<-1.5；
(2)2<f2/f<5.5；
(3)1.5<f3/f<5；
其中，f为整个光学系统的焦距，f1为第一透镜1的焦距，f2为第二透镜2的焦距，f3为第三透镜3的焦距。结构简单，采用不同透镜相互组合，具有大光圈、大视角、低畸变和良好消热差等光学性能。
更进一步地，该光学系统满足如下条件：2.5<f12/f<10，f为整个光学系统的焦距，f12为第一透镜1与第二透镜2的组合焦距。可保证良好的光学性能。
又进一步地，该光学系统满足如下条件：1.0<f23/f<5，f为整个光学系统的焦距，f23为第二透镜2与第三透镜3的组合焦距。可保证良好的光学性能。
进一步地，第一透镜1的材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：1.48<Nd1<1.65，40<Vd1<60。结构简单，可保证良好的光学性能。
再进一步地，第二透镜2的材料折射率Nd2、材料阿贝常数Vd2满足：1.72<Nd2<2.05，15<Vd2<40。结构简单，可保证良好的光学性能。
又进一步地，第三透镜3的材料折射率Nd3、材料阿贝常数Vd3满足：1.48<Nd3<1.65，40<Vd3<60。结构简单，可保证良好的光学性能。
更进一步地，第三透镜3与像面6之间设有窄带滤光片4，该窄带滤光片4用于过滤环境中的可见光，以使红外光穿过并被像面6的深度传感器接收。
具体地，第二透镜2为玻璃球面透镜，而第一透镜1、第三透镜3为塑料非球面透镜。采用玻璃球面与塑料非球面相结合的结构，可以有效地消除球面像差对镜头性能的影响，提高光学镜头的解析力，同时降低镜头的加工难度和生产成本。
进一步地，光学系统的孔径光阑5位于第一透镜1与第二透镜2之间，靠近第二透镜2一侧。结构简单，用来调节光束的强度。
具体地，在本实施例中，本光学系统的焦距f为1.55mm，光阑指数FNo.为1.09，视场角2ω＝90°，适合于1/6"3DSensor。本光学系统的各项基本参数如下表所示：
表面 曲率半径R(mm) 厚度D(mm) 折射率Nd 色散值Vd
S1 6.500 0.55 1.535 55.77
S2 1.350 2.20
STO INFINITY 0.10
S4 7.000 1.80 1.945 17.94
S5 -7.000 1.00
S6 4.000 1.55 1.535 55.77
S7 -2.980 1.25
S8 INFINITY 0.50 1.516 64.21
S9 INFINITY 0.05
S10 INFINITY 0
上表中，沿光轴从物面到像面，S1、S2对应为第一透镜1的两个表面；STO对应为光阑5所在的位置；S4、S5对应为第二透镜2的两个表面；S6、S7对应为第三透镜3的两个表面；S8、S9对应为窄带滤光片4的两个表面；S10对应为像面6的表面。
更具体地，所述第一透镜1、第三透镜3满足如下非球面公式：
Figure GDA0003661574880000061
第一透镜1和第三透镜3的非球面相关数值如下表所示：
K A<sub>1</sub> A<sub>2</sub> A<sub>3</sub> A<sub>4</sub> A<sub>5</sub> A<sub>6</sub> A<sub>7</sub>
S1 3.700 0 0.021304 -0.007552 0.000364 0.000045 -0.000006 0
S2 -0.500 0 0.052129 0.016760 -0.038179 0.023722 -0.004816 0.000266
S6 0.800 0 0.000534 -0.006468 0.003584 -0.000328 -0.000145 0.000018
S7 -8.000 0 0.053057 -0.035412 0.044802 -0.006278 0.000792 0.000016
从图2至图6中可以看出，本实施例中的光学系统具有非常好的消热差性能。
一种镜头，镜头内安装有上述所述的深度成像光学系统。
上述深度成像光学系统及其应用的镜头采用不同镜片组合以及合理分配光焦度实现了大光圈、大视角、低畸变等良好性能，采用玻璃球面与塑料非球面相结合的结构，可以有效地实现消球差和低成本生产。
如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡与本发明的方法、结构等近似、雷同，或是对于本发明构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.深度成像光学系统，沿光轴从物面到像面依次由第一透镜、第二透镜、以及第三透镜构成；其特征在于，
第一透镜的物面侧为凸面，像面侧为凹面，其光焦度为负；
第二透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
第三透镜的物面侧为凸面，像面侧为凸面，其光焦度为正；
其中，第一透镜、第三透镜为非球面透镜；
整个光学系统的焦距f＝1.55mm，第一透镜的物面侧曲率半径R11、像面侧曲率半径R12、厚度D1、材料折射率Nd1、材料阿贝常数Vd1满足：R11＝6.500，R12＝1.350，D1＝0.55mm，Nd1＝1.535，Vd1＝55.77；第二透镜的物面侧曲率半径R21、像面侧曲率半径R22、厚度D2、材料折射率Nd2、材料阿贝常数Vd2满足：R21＝7.000，R22＝-7.000，D2＝1.80mm，Nd2＝1.945，Vd2＝17.94。
2.根据权利要求1所述的深度成像光学系统，其特征在于，第三透镜的材料折射率Nd3、材料阿贝常数Vd3满足：Nd3＝1.535，Vd3＝55.77。
3.根据权利要求1或2所述的深度成像光学系统，其特征在于，第三透镜与像面之间设有窄带滤光片，该窄带滤光片用于过滤环境中的可见光，以使红外光穿过并被像面接收。
4.一种镜头，其特征在于，镜头内安装有权利要求1-3任一项所述的深度成像光学系统。
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