CN112034587A - 一种自由曲面成像镜头 - Google Patents

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朱佳巍
杨文娟
王晓飞
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Abstract

本发明公开一种自由曲面成像镜头，其由物侧至像侧包括:负光焦度的第一透镜，两个表面都是自由曲面。负光焦度的第二透镜，两个表面都是自由曲面；正光焦度的第三透镜，两个表面都是自由曲面；滤光片；芯片保护玻璃。该成像镜头满足下列关系式：‑3.51<f1/f<‑3.15 (1)；‑36.193<f2/f<‑36.014 (2)；1.25<f3/f<1.45 (3)；1.29<f<1.41 (4)。f1为第一透镜的有效焦距，f2为第二透镜的有效焦距，f3为第三透镜的有效焦距，f为该镜头的有效焦距；上述镜头各表面均为自由曲面，镜片材料均为塑胶，可以大批量生产；上述镜头具有条形视场，水平视场角和垂直视场角差异很大，且X方向和Y方向的放大率不同。

Description

一种自由曲面成像镜头
【技术领域】
本发明涉及自由曲面成像镜头。
【背景技术】
随着社会发展、科技进步,越来越多高端的科技产品进驻人们的生活当中。除球面、非球面等旋转对称的镜片外，非旋转对称的光学系统也成为高新科技设备中不可缺少的一部分。由非旋转对称透镜构成的光学系统能在X、Y方向表现不同的成像特征，本专利涉及的主要是X-Y方向有不同视场角、不同光学特性的一款成像镜头。
【发明内容】
1.该成像镜头，其特征在于，由物面至像面依次设有第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、滤光片、芯片保护玻璃；
第一透镜(L1)材质为塑胶材质，透镜的两个表面都是自由曲面。第二透镜(L2)材质为塑胶材质，透镜的两个表面都是自由曲面。第三透镜(L3)为材质为塑胶材质，透镜的两个表面都是自由曲面。2.该成像镜头满足如下关系式：
当DI<0.7*MDI时，AN<30°；
TTL<8.7；
Y-Z方向：93°<FOV<110°
X-Z方向：15°<FOV<23°。
-3.51<f1/f<-3.15；-36.193<f2/f<-36.014；1.25<f3/f<1.45；1.29<f<1.41；
其中，AN为第一透镜靠近物面侧的非球面上各点法线方向相对于光轴的锐角夹角，DI为第一透镜靠近像面侧非球面垂直于光轴方向的直径，MDI为最大有效直径，TTL为第一透镜物面侧表面至像面在光轴上的距离，FOV为该成像镜头最大视场角。
f1为第一透镜的有效焦距，f2为第二透镜的有效焦距，f3为第三透镜的有效焦距，f为该镜头的有效焦距。
3.光圈设置在该第二透镜的像侧表面与第三透镜的物侧面之间，且镜头满足如下关系式：
YASP-XASP>1.5
YASP是第一片镜片物侧面Y-Z方向的的光学有效径，XASP是第一片镜片物侧面X-Z方向的的光学有效径。
4.该成像镜头满足如下关系式：
0.17<T1/∑T<0.33；
0.33<T2/∑T<0.38；
0.31<T3/∑T<0.37；
其中，∑T为第一透镜、第二透镜、第三透镜分别在光轴上的透镜厚度在光轴上的总和，T1为第一透镜在光轴上的透镜厚度，T2为第二透镜在光轴上的透镜厚度，T3为第三透镜在光轴上的透镜厚度。
5.该成像镜头满足如下关系式：
1.29<f<1.41；
-36.193<f2/f<-36.014；
其中，f为该镜头的有效焦距，f2为第二透镜的有效焦距。
【附图说明】
图1为该成像镜头的结构示意图。
图2为该成像镜头的传递函数曲线图。
图3为该成像镜头的相对照度图。
图4为该成像镜头的像散曲线图。
图5为该成像镜头的畸变图。
【具体实施方式】
1.如图1所示，本实施方式的自由曲面光学系统，由物面至像面依次设有第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、滤光片、芯片保护玻璃。透镜材质均为塑胶材质，透镜的两个表面都是自由曲面。
2.该成像镜头满足如下关系式：
当DI<0.7*MDI时，AN<30°；
TTL<8.7；
Y-Z方向：93°<FOV<110°
X-Z方向：15°<FOV<23°。
其中，AN为第一透镜靠近物面侧的非球面上各点法线方向相对于光轴的锐角夹角，DI为第一透镜靠近像面侧非球面垂直于光轴方向的直径，MDI为最大有效直径，TTL为第一透镜物面侧表面至像面在光轴上的距离，FOV为该成像镜头最大视场角，X-Z和Y-Z方向有不同的视场角。满足X、Y方向不同的成像要求。
3.光圈设置在该第二透镜的像侧表面与第三透镜的物侧面之间，且镜头满足如下关系式；
YASP-XASP>1.5
YASP是第一片镜片物侧面Y-Z方向的的光学有效径，XASP是第一片镜片物侧面X-Z方向的的光学有效径，Y-Z方向的的光学有效径大于X-Z方向的的光学有效径，有利于增大Y-Z方向的视场角，实现在两个方向视场角不同的情况下提高成像质量。
该成像镜头的第一透镜为负光焦度的弯月形透镜，有利于增大Y-Z方向视场角。光阑设置在第二透镜与第三透镜之间，有利于大视场角度下像差的管控，减小光学系统总长。
4.该成像镜头满足如下关系式：
-3.51<f1/f<-3.15；-36.193<f2/f<-36.014；1.25<f3/f<1.45；1.29<f<1.41；
其中，f1为第一透镜的有效焦距，f2为第二透镜的有效焦距，f3为第三透镜的有效焦距，f为该镜头的有效焦距。
第一透镜与第二透镜具有负光焦度，能够使大角度入射光线尽快偏折为小角度光线，再经过具有正光焦度的第三透镜汇聚到像面上，有利于缩小镜头总长。
5.该成像镜头满足如下关系式：
0.17<T1/∑T<0.33；
0.33<T2/∑T<0.38；
0.31<T3/∑T<0.37；
其中，∑T为第一透镜、第二透镜、第三透镜分别在光轴上的透镜厚度在光轴上的总和，T1为第一透镜在光轴上的透镜厚度，T2为第二透镜在光轴上的透镜厚度，T3为第三透镜在光轴上的透镜厚度。
第二透镜最厚，有利于大角度光线的偏折，有利于减小镜头总长，实现镜头轻薄化。控制各个镜片的厚度，有利于校正像差和相互补偿，降低公差敏感度和成型难度。
6.该成像镜头满足如下关系式：
1.29<f<1.41；
-36.193<f2/f<-36.014；
其中，f为该镜头的有效焦距，f2为第二透镜的有效焦距。第二透镜Y-Z方向焦距较大，有利于校正高阶像差。
下表为实施例的透镜数据表
表1为本发明自由曲面成像镜头的结构参数表
Figure BDA0002082529030000031
Figure BDA0002082529030000041
表2为各透镜表面的X和Y方向的中心线的矢高与半径R的比值sag/R
Figure BDA0002082529030000042
Figure BDA0002082529030000051

Claims (6)

1.自由曲面成像镜头，其特征在于，由物面至像面依次设有第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、滤光片、芯片保护玻璃；
第一透镜(L1)材质为塑胶材质，透镜的两个表面都是自由曲面；
第二透镜(L2)材质为塑胶材质，透镜的两个表面都是自由曲面；
第三透镜(L3)为材质为塑胶材质，透镜的两个表面都是自由曲面。
2.该成像镜头满足如下关系式：
当DI<0.7*MDI时，AN<30°；
TTL<8.7；
Y-Z方向：93°<FOV<110°；
X-Z方向：15°<FOV<23°；
其中，AN为第一透镜靠近物面侧的非球面上各点法线方向相对于光轴的锐角夹角，DI为第一透镜靠近像面侧非球面垂直于光轴方向的直径，MDI为最大有效直径，TTL为第一透镜物面侧表面至像面在光轴上的距离，FOV为该成像镜头最大视场角。
3.光圈设置在该第二透镜的像侧表面与第三透镜的物侧面之间，且镜头满足如下关系式；
YASP-XASP>1.5；
YASP是第一片镜片物侧面Y-Z方向的的光学有效径，XASP是第一片镜片物侧面X-Z方向的的光学有效径。
4.该成像镜头满足如下关系式：
-3.51<f1/f<-3.15；-36.193<f2/f<-36.014；1.25<f3/f<1.45；1.29<f<1.41；
其中，f1为第一透镜的有效焦距，f2为第二透镜的有效焦距，f3为第三透镜的有效焦距，f为该镜头的有效焦距。
5.该成像镜头满足如下关系式：
0.17<T1/∑T<0.33；
0.33<T2/∑T<0.38；
0.31<T3/∑T<0.37；
其中，∑T为第一透镜、第二透镜、第三透镜分别在光轴上的透镜厚度在光轴上的总和，T1为第一透镜在光轴上的透镜厚度，T2为第二透镜在光轴上的透镜厚度，T3为第三透镜在光轴上的透镜厚度。
6.该成像镜头满足如下关系式：
1.29<f<1.41；
-36.193<f2/f<-36.014；
其中，f为该镜头的有效焦距，f2为第二透镜的有效焦距。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113703065A (zh) * 2021-08-24 2021-11-26 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种抗倾斜被动红外探测光路设计方法

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