CN113296249B

CN113296249B - 红外准直镜头和红外镜头模组

Info

Publication number: CN113296249B
Application number: CN202110476111.XA
Authority: CN
Inventors: 张劭宇; 葛丛; 刘杨赞; 蔡斐欣
Original assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2040-09-14
Also published as: CN111812828B; CN113296249A; CN111812828A

Abstract

提供了一种红外准直镜头，包括从成像侧到光源侧依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜。第一、第三透镜为正光焦度，第二透镜为负光焦度。第一透镜在靠近光源侧的近轴区域为凸面，且在靠近成像侧的近轴区域为凹面；第二透镜在靠近成像侧的近轴区域为凹面；第三透镜在靠近光源侧的近轴区域为凸面。每个透镜的两个面中至少有一个为非球面。该镜头的参数满足：0.2<|Y/f*TTL|<0.8，0.6<f/TTL<1.4，0.1<Y/f<0.2，f为该镜头的焦距，Y为该镜头的最大物高，TTL为第一透镜的靠近成像侧的一面至光源之间的距离；该镜头的FOV满足：15°＜FOV＜30°；该镜头的F数满足：F数＜2.85。

Description

红外准直镜头和红外镜头模组

本申请是申请日为2020年9月14日、中国申请号为202010963733.0、发明名称为“红外准直镜头和红外镜头模组”的发明申请的分案申请。

技术领域

本申请实施例涉及光学领域，并且更具体地，涉及红外准直镜头和红外镜头模组。

背景技术

随着人脸识别、体感游戏和模式识别等领域的兴起，三维深度检测已成为热点。三维深度检测中通常采用940nm的光源作为信号光源，一是为避免太阳光中的可见光波段对信号的干扰，二是空气中的水分子对940nm的光线的吸收较小。红外准直镜头作为红外镜头模组的重要组成部分，对深度检测的精度和视场至关重要。因此，如何改善红外准直镜头的性能，成为亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种红外准直镜头和红外镜头模组，该红外准直镜头具有较大的视场和较小的F数。

第一方面，提供了一种红外准直镜头，所述镜头包括从成像侧到光源侧依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜，其中：

所述第一透镜为正光焦度的透镜，所述第一透镜在靠近光源侧的近轴区域为凸面，且在靠近成像侧的近轴区域为凹面，所述第一透镜的两个面中至少有一个面为非球面；

所述第二透镜为负光焦度的透镜，所述第二透镜在靠近成像侧的近轴区域为凹面，所述第二透镜的两个面中至少有一个面为非球面；

所述第三透镜为正光焦度的透镜，所述第三透镜在靠近光源侧的近轴区域为凸面，所述第三透镜的两个面中至少有一个面为非球面；

所述镜头的参数满足：0.2<|Y/f*TTL|<0.8，0.6<f/TTL<1.4，其中，f为所述镜头的焦距，Y为所述镜头的最大物高，TTL为所述第一透镜的靠近成像侧的一面至光源之间的距离。

在一种可能的实现方式中，所述镜头的参数还满足：0.1<Y/f<0.2。

在一种可能的实现方式中，所述镜头的视场角FOV满足：15°＜FOV＜30°。

在一种可能的实现方式中，所述镜头的F数满足：F数＜2.85。

在一种可能的实现方式中，所述镜头的相对照度RI满足：RI＞92％。

在一种可能的实现方式中，Y/f*TTL＝0.49；f/TTL＝1.13；Y/f＝0.19；FOV＝24°；F数＝2.8。

在一种可能的实现方式中，Y/f*TTL＝0.66；f/TTL＝0.84；Y/f＝0.18；FOV＝24°；F数＝2.84。

在一种可能的实现方式中，Y/f*TTL＝0.42；f/TTL＝1.10；Y/f＝0.18；FOV＝24°；F数＝2.81。

在一种可能的实现方式中，Y/f*TTL＝0.35；f/TTL＝1.22；Y/f＝0.15；FOV＝20°；F数＝2.8。

在一种可能的实现方式中，所述第一透镜的焦距f₁与所述第二透镜的焦距f₂与之间满足：-0.7<f₂/f₁<-0.2。

在一种可能的实现方式中，所述第一透镜的焦距f₁与所述第三透镜的焦距f₃与之间满足：0.6<f₃/f₁<1.2。

在一种可能的实现方式中，所述第一透镜的中心厚度CT1和所述第二透镜的中心厚度CT2之间满足：1.2<CT1/CT2<3.0。

在一种可能的实现方式中，所述第二透镜的中心厚度CT2和所述第三透镜的中心厚度CT3之间满足：0<CT2/CT3<0.6。

在一种可能的实现方式中，所述第一透镜的材料的折射率n₁＞1.6。

在一种可能的实现方式中，所述第二透镜的材料的折射率n₂＞1.6。

在一种可能的实现方式中，所述第三透镜的材料的折射率n₃＞1.6。

在一种可能的实现方式中，所述第一透镜的焦距f₁与所述镜头的焦距f之间满足：0.3<f₁/f<0.8。

在一种可能的实现方式中，所述第三透镜的焦距f₃与所述镜头的焦距f之间满足：0.2<f₃/f<0.6。

在一种可能的实现方式中，所述第一透镜的焦距f₁与所述第一透镜在靠近成像侧的近轴区域的曲率半径R1之间满足：2.0<f₁/R1<2.5。

在一种可能的实现方式中，所述第一透镜的焦距f₁与所述第一透镜在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R2之间满足：0.5<f₁/R2<1.4。

在一种可能的实现方式中，所述第二透镜的焦距f₂与所述第二透镜在靠近成像侧的近轴区域的曲率半径R3之间满足：0.8<f₂/R3<1.6。

在一种可能的实现方式中，所述第二透镜的焦距f₂与所述第二透镜在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R4之间满足：-0.8<f₂/R4<0。

在一种可能的实现方式中，所述第三透镜的焦距f₃与所述第三透镜在靠近成像侧的近轴区域的曲率半径R6之间满足：-2<f₃/R6<-1。

在一种可能的实现方式中，所述第一透镜在靠近成像侧的近轴区域的曲率半径R1与所述第一透镜在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R2之间满足：0.2<R1/R2<0.6。

在一种可能的实现方式中，所述第二透镜在靠近成像侧的近轴区域的曲率半径R3与所述第二透镜在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R4之间满足：-0.8<R3/R4<0。

在一种可能的实现方式中，所述红外准直镜头应用于深度检测中。

第二方面，提供了一种红外镜头模组，包括：

根据第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的红外准直透镜；

以及，具有多个发光点的阵列光源。

该光源例如可以是垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，VCSEL)发光阵列。

基于上述技术方案，红外准直镜头中包括三个透镜。通过对三个透镜的光焦度和形状进行设计，使得镜头的焦距f、镜头的最大物高Y、以及第一透镜的靠近成像侧的一面至光源之间的纵向距离TTL满足0.2<|Y/f*TTL|<0.8，0.6<f/TTL<1.4，从而具有较大的视场角FOV、较小的F数以及较大的相对照度，进而改善了该红外准直镜头的视场和精度。

附图说明

图1是本申请实施例的红外镜头模组的一种示意性结构图。

图2是图1所示红外镜头模组中的镜头的准直光路的示意图。

图3是本申请实施例的红外准直镜头的示意图。

图4是本申请实施例的镜头的一种布局的示意图。

图5是图4所示的镜头的像散的收差曲线的示意图。

图6是图4所示的镜头的畸变的收差曲线的示意图。

图7是图4所示的镜头的MTF曲线的示意图。

图8是图4所示的镜头的相对照度的曲线的示意图。

图9是本申请实施例的镜头的另一种布局的示意图。

图10是图9所示的镜头的像散的收差曲线的示意图。

图11是图9所示的镜头的畸变的收差曲线的示意图。

图12是图9所示的镜头的MTF曲线的示意图。

图13是图10所示的镜头的相对照度的曲线的示意图。

图14是本申请实施例的镜头的另一种布局的示意图。

图15是图14所示的镜头的像散的收差曲线的示意图。

图16是图14所示的镜头的畸变的收差曲线的示意图。

图17是图14所示的镜头的MTF曲线的示意图。

图18是图14所示的镜头的相对照度的曲线的示意图。

图19是本申请实施例的镜头的另一种布局的示意图。

图20是图19所示的镜头的像散的收差曲线的示意图。

图21是图19所示的镜头的畸变的收差曲线的示意图。

图22是图19所示的镜头的MTF曲线的示意图。

图23是图19所示的镜头的相对照度的曲线的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

图1是本申请实施例的红外镜头模组的一种示意性结构图。如图1所示，红外镜头模组100至少包括红外准直镜头(以下简称镜头)110、镜筒120和光源130。

其中，镜头110为信号收集部分，是红外镜头模组100的核心部件，其可以是球面或者非球面构成的光学结构，用于聚焦入射光线至感光芯片上。镜头110可由一个或多个透镜组合构成，每个透镜例如可以采用树脂等材料注塑而成。

镜筒120(Barrel)为不吸光的支撑件，用于固定镜头110。

应理解，图1所示的红外镜头模组100的结构仅仅为示例，本申请实施例主要对其中的镜头110进行改进，而对其他结构和器件的位置和参数不做任何限定。

如图2所示，镜头110包括成像面116、光轴117、光阑115、透镜111、透镜112、透镜113和光源面114。本申请实施例中的镜头110例如可以采用例如半导体镭射光源或者其他激光光源。以中心视场的光线为例，光源面114发出的光线经过准直透镜组会聚先后形成平行光，并最终投影至成像面116。

本申请实施例设计了一种红外准直镜头，该红外准直镜头具有较大的视场角和较小的F数，因此使得该红外准直镜头具有更优的性能。

为便于更好的理解，首先简单介绍本申请实施例中设计的可能用到的用于评价该红外准直镜头的性能的参数指标。

视场角(Field Of View，FOV)：用来表征镜头的视野范围，在镜头尺寸相等的情况下，镜头的FOV越大，表示该镜头能获得更大区域的信息，即采用该镜头能够获得的信息量更大。

工作F数，或者F数(F-number，Fno)：即镜头相对口径的倒数，用于表征透过镜头进入感光芯片的光线量。F数越小，表示进入镜头的光线量越多。

TV畸变(TV Distortion)：用于度量图像的视觉畸变程度。可以理解，TV畸变越小，镜头效果越好。

相对照度(Relative Illumination，RI)：指成像面上的不同坐标点的照度和中心点的照度之比，相对照度越小，成像面的照度越不均匀，容易产生某些位置曝光不足或中心过曝光的问题，影响成像质量；相对照度越大，成像质量越高。

图1所示的红外镜头模组100中的镜头110如图3所示，镜头110包括从成像侧(模组的出光侧)到光源侧依次设置的第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113。

第一透镜111为正光焦度的透镜。第一透镜111在靠近成像侧的近轴区域为凸面，且在靠近光源侧的近轴区域为凹面，第一透镜111的两个面中至少有一个面为非球面。

第二透镜112为负光焦度的透镜。第二透镜112在靠近成像侧的近轴区域为凹面，第二透镜112的两个面中至少有一个面为非球面。

第三透镜113为正光焦度的透镜。第三透镜113在靠近光源侧的近轴区域为凸面，第三透镜113的两个面中至少有一个面为非球面。

应理解，本申请实施例中所述的“透镜在靠近光源侧的近轴区域”，也可以表述为“透镜在近轴区域的光源侧”；“透镜在靠近成像侧的近轴区域”，也可以表述为“透镜在近轴区域的成像侧”。例如，第一透镜111在靠近成像侧的近轴区域为凸面，也即，第一透镜111在近轴区域的成像侧为凸面。

还应理解，透镜的“近轴”或者“近轴区域”可以是指，与光轴之间夹角为θ的近轴光线的区域，其中θ满足：θ≈sinθ。例如，θ可以小于5°。

第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113例如可以采用树脂材料或者其他塑胶材料注塑成型，这里不作限定。

其中，镜头110的焦距f、镜头110的最大物高Y、以及第一透镜111的靠近成像侧的一面至光源之间的距离即镜头110的总纵向长度(Total Trace Length，TTL)满足预定条件，使得镜头110具有较大的视场角FOV、较小的F数、以及较大的相对照度等。

该预设条件例如为以下条件中的至少一种：0.2<|Y/f*TTL|<0.8、0.6<f/TTL<1.4、以及0.1<Y/f<0.2。

本申请实施例中，采用3片式镜头作为信号收集装置，该镜头包括三个透镜。通过对三个透镜的光焦度和形状进行设计，使镜头的f、Y和TTL满足预设条件，从而具有较大的视场角FOV和较小的F数，且不会增加该红外准直镜头装配于电子设备时所占用的纵向空间，在满足电子设备日益紧张的尺寸限制的情况下，改善了该红外准直镜头的视场和精度。

该红外准直镜头例如可以应用于深度检测中，以利用红外光线实现对目标的深度检测。

进一步地，在深度检测中，该红外准直镜头可以实现对光线的准直，光源的发出的光斑经过该红外准至透镜后的发散角可以小于例如0.1°，从而保证准直效果。本申请实施例可以采用面光源，形成由垂直共振腔面发射型激光(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)发光阵列、上述准直镜头(Collimator)和扩散片(Diffuser)等组成的红外镜头模组或近红外镜头模组。

镜头110的f、Y和TTL影响镜头的FOV和F数，并且f、Y和TTL之间也相互影响，因此通过控制f、Y和TTL三者之间满足预设关系，能够使得镜头110具有较大的FOV和较小的F数以满足镜头的准直需求，进一步能够使感光芯片150获得更多的携带目标信息的光线，最大限度地利用感光芯片150的有效感光面积，从而提升分辨率和精度。

当镜头110的f、Y和TTL满足该预设条件时，可以使镜头110的FOV、F数、相对照度等满足需求。例如，使镜头110的FOV满足：15°＜FOV＜30°，以实现深度检测的精度需求和视场需求的平衡；又例如，使镜头110的F数满足：F数＜2.85，以实现微弱信号的探测并缩短曝光时间；又例如，使镜头110的相对照度满足：RI＞92％，以提升全视场内的深度误差的均匀性，进一步地，镜头110的均匀性可以达到2.5％。此外，镜头110还可以具有较小的尺寸，例如TTL小于3.7mm。

上面从整体上描述了镜头110的各个参数应满足的条件，下面针对镜头110中的第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113各自的参数设计分别进行描述。当各个透镜的各个参数之间满足以下条件中的部分或者全部时，可以使镜头110的FOV和F数分别满足15°＜FOV＜30°、F数＜2.85、以及RI＞92％。

对于第一透镜111，可选地，第一透镜111的焦距f₁与第一透镜111的曲率半径之间满足一定关系。例如，焦距f₁与第一透镜111在靠近成像侧的近轴区域的曲率半径R1之间满足2.0<f₁/R1<2.5；又例如，焦距f₁与第一透镜111在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R2之间满足0.5<f₁/R2<1.4。

对于第二透镜112，可选地，第二透镜112的焦距f₂与第二透镜112的曲率半径之间满足一定关系。例如，焦距f₂与第二透镜112在靠近成像侧的近轴区域的曲率半径R3之间满足0.8<f₂/R3<1.6；又例如，焦距f₂与第二透镜112在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R4之间满足-0.8<f₂/R4<0。

对于第三透镜113，可选地，第三透镜113的焦距f₃与第三透镜113的曲率半径之间满足一定关系。例如，焦距f₃与第三透镜113在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R6之间满足-2<f₃/R6<-1。

对于每个透镜而言，具有分别靠近光源侧和成像侧的两个表面，可选地，这两个表面的曲率半径之间满足一定关系。例如，第一透镜111在靠近成像侧的近轴区域的曲率半径R1与第一透镜111在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R2之间满足0.2<R1/R2<0.6；又例如，第二透镜112在靠近成像侧的近轴区域的曲率半径R3与第二透镜112在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R4之间满足-0.8<R3/R4<0。

可见，通过对三个透镜各自的焦距和曲率半径进行设计，可以使镜头110的FOV满足需求，并有效降低镜头110的长度和重量以便搭载于轻薄的电子产品上，同时降低像差以及增加了透镜的视野范围，从而有效提高镜头110的性能。

本申请实施例中，第一透镜111和第三透镜113为正光焦度(正屈光力)的镜片，第二透镜112为负光焦度(负屈光力)的镜片。具体地，对于透镜之间的光焦度分配，第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113各自的焦距与镜头110的焦距f之间存在以下关系，借此在满足视场要求的情况下缩短镜头110的长度，并降低镜头110的敏感度，提升产品良品率。

例如，第一透镜111的焦距f₁与镜头110的焦距f之间满足0.3<f₁/f<0.8；又例如，第三透镜113的焦距f₃与镜头110的焦距f之间满足0.2<f₃/f<0.6。

另外，通过调整第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113之间的焦距比例，以有效降低像差。例如，第一透镜111的焦距f₁与第二透镜112的焦距f₂与之间满足-0.7<f₂/f₁<-0.2；又例如，第一透镜111的焦距f₁与第三透镜112的焦距f₃与之间满足0.6<f₃/f₁<1.2。

为了保证透镜的成型性和均匀性，并使镜头110的结构更加坚固，提升镜头110的使用寿命，还可以对第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113的中心厚度，即透镜沿光轴方向的厚度进行设计。

例如，第一透镜111的中心厚度CT1和第二透镜的中心厚度CT2之间满足1.2<CT1/CT2<3.0；又例如，第二透镜112的中心厚度CT2和第三透镜113的中心厚度CT3之间满足0<CT2/CT3<0.6。

此外，出于满足色散要求以及降低生产成本的考虑，以及提供合适的相差平衡，还可以对第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113的材料的折射率等进行设计。

例如，第一透镜111的材料的折射率n1＞1.6；又例如，第二透镜112的材料的折射率n2＞1.6；又例如，第三透镜113的材料的折射率n3＞1.6。

可选地，在一些实现方式中，镜头110还包括光阑115，也可以称光圈。光阑115例如可以设置于第一透镜111的靠近成像侧的一侧。

光阑115可以用于调节光线范围的大小，通过设置光阑115对光线范围进行调整，最大程度地保留携带目标信息的光线，使得该感光芯片能够获得更多的目标信息，进一步提升红外镜头模组对目标的深度检测的解析力。

本申请实施例中，可以通过控制镜头110中的各个部件，例如第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑等的曲率半径、厚度、材料和焦距等物理参数，和/或，该镜头110中的非球面透镜的非球面高次项系数中的偶次项等，使镜头110的参数满足上述的预设关系，进而使得镜头110的FOV满足15°＜FOV＜30°，F数小于2.85，相对照度RI＞92％。以下，以实施例1、实施例2、实施例3和实施例4作为示例，具体描述本申请实施例的镜头110的一些可能的具体形态。实施例1至实施例4中的红外准直镜头采用3片式塑料非球面镜片，可以形成例如红外单波长准直透镜组，从而实现具有高质量影像感测功能和超低高度的红外准直镜头。

实施例1

镜头110包括三个透镜，如图4所示的各个透镜的布局(layout)，其中，从成像侧至光源侧依次为：光阑115、第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113和光源面114。

为便于区分和描述，按照从成像侧至光源侧的顺序，将成像面记为S0，将光阑115记为S1，第一透镜111的两个表面分别记为S2和S3，第二镜头112的两个表面分别记为S4和S5，第三透镜113的两个表面分别记为S6和S7，光源面114记为S8。

进一步地，通过设置镜头110中各个透镜的焦距、中心厚度、曲率半径、材料等参数中的至少一项，以及镜头110中的非球面透镜的非球面高次项系数，以使镜头110的FOV、F数和相对照度等满足要求。

在实施例1中，各个透镜的焦距、曲率半径、中心厚度之间关系的设置如表1所示。S0～S8中的每个面的曲率半径、厚度、材料(折射率、色散率)、焦距的设置如表2所示，其中成像面的厚度例如可以表示成像面与镜头110的距离，即目标被投影的距离。S2～S7中的非球面的非球面高次项系数A2、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18的设置如表3所示，其中A2的系数均为0，参数K为圆锥常数。

表1

项目	参数值
		f<sub>1</sub>/f	0.44
f<sub>2</sub>/f	-0.22
		f<sub>3</sub>/f	0.45
f<sub>2</sub>/f<sub>1</sub>	-0.51
		f<sub>3</sub>/f<sub>1</sub>	1.02
f<sub>1</sub>/R1	2.10
		f<sub>1</sub>/R2	0.68
f<sub>2</sub>/R3	1.07
		f<sub>2</sub>/R4	-0.50
f<sub>3</sub>/R5	-0.30
		f<sub>3</sub>/R6	-1.80
CT1/CT2	2.82
		CT2/CT3	0.23
R1/R2	0.32
		R3/R4	-0.47
R5/R6	5.96
		Y/f	0.19
Y/TTL	0.21
		Y/f*TTL	0.49
f/TTL	1.13

表2

表3

表面

S2

S3

S4

S5

S6

S7

K

-3.80E-01

0.00E+00

-8.42E+00

8.46E-05

-2.05E+00

-5.00E-01

A4

1.36E-01

1.75E-01

-2.31E+00

3.95E+00

2.47E-01

-4.87E-01

A6

4.81E-01

8.62E-02

-3.68E+01

-8.59E-01

1.99E+00

6.21E+00

A8

-4.91E-01

-7.69E+00

1.24E+03

-4.80E+02

-1.90E+01

-3.71E+01

A10

-1.72E+00

8.78E+01

-2.66E+04

6.53E+03

8.24E+01

1.19E+02

A12

3.71E+01

-4.27E+02

2.15E+05

-4.34E+04

-1.64E+02

-2.12E+02

A14

-7.12E+01

6.29E+02

-1.03E+06

1.13E+05

1.69E+02

1.73E+02

A16

0.00E+00

-9.33E+04

-6.86E+01

-6.87E+00

A18

0.00E+00

-4.71E+01

基于表1、表2和表3所示的参数，可以确定实施例1所示的镜头110的参数如下：TTL＝2.7mm，f＝3.00mm，F数＝2.8，FOV＝24°。

图5示出了镜头110的像散的收差曲线；图6示出了镜头110的畸变的收差曲线；图7示出了镜头110的调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)曲线；图8示出了镜头110的相对照度。从图5至图8所示的仿真图可以看出，在镜头110的参数TTL、f、Y满足上述预设条件的情况下，镜头110具有较大的FOV、较小的工作F数、较小的镜头尺寸(TTL)、较小的TV畸变以及较大的相对照度，并且镜头的性能较好。

实施例2

镜头110包括三个透镜，如图9所示的各个透镜的布局，其中，从成像侧至光源侧依次为：光阑115、第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113和光源面114。

在实施例2中，各个透镜的焦距、曲率半径、中心厚度之间关系的设置如表4所示。S0～S8中的每个面的曲率半径、厚度、材料(折射率、色散率)、焦距的设置如表5所示，其中成像面的厚度例如可以表示成像面与镜头110的距离，即目标被投影的距离。S2～S7中的非球面的非球面高次项系数A2、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18的设置如表6所示，其中A2的系数均为0，参数K为圆锥常数。

表4+

项目	参数值
		f<sub>1</sub>/f	0.57
f<sub>2</sub>/f	-0.23
		f<sub>3</sub>/f	0.41
f<sub>2</sub>/f<sub>1</sub>	-0.40
		f<sub>3</sub>/f<sub>1</sub>	0.71
f<sub>1</sub>/R1	2.26
		f<sub>1</sub>/R<sub>2</sub>	0.80
f<sub>2</sub>/R3	1.48
		f<sub>2</sub>/R4	-0.12
f<sub>3</sub>/R5	0.99
		f<sub>3</sub>/R6	-1.12
CT1/CT2	2.57
		CT2/CT3	0.10
R1/R2	0.35
		R3/R4	-0.08
R5/R6	-1.12
		Y/f	0.18
Y/TTL	0.15
		Y/f*TTL	0.66
f/TTL	0.84

表5

表6

表面

S2

S3

S4

S5

S6

S7

K

0.00E+00

-1.95E+00

-3.00E-01

0.00E+00

-5.00E-01

A4

9.33E-03

1.75E-01

-3.58E-01

1.73E-01

-1.30E+00

-3.10E-02

A6

3.46E-02

8.62E-02

6.62E+00

1.31E+01

6.32E+00

-6.99E-02

A8

1.12E-01

-7.69E+00

-9.69E+01

-9.24E+01

-2.69E+01

3.18E-01

A10

-2.92E-01

8.78E+01

4.67E+02

3.78E+02

9.21E+01

-8.93E-01

A12

3.40E+00

-4.27E+02

-5.89E+02

-3.73E+02

-2.00E+02

1.61E+00

A14

-9.12E+00

6.29E+02

-3.05E+03

-2.18E+03

2.33E+02

-1.62E+00

A16

1.59E+01

0.00E+00

5.87E+07

4.11E+03

-1.11E+02

7.88E-01

A18

0.00E+00

1.13E+05

基于表4、表5和表6所示的参数，可以确定实施例1所示的镜头110的参数如下：TTL＝3.6mm，f＝3.00mm，F数＝2.84，FOV＝24°。

图10示出了镜头110的像散的收差曲线；图11示出了镜头110的畸变的收差曲线；图12示出了镜头110的MTF曲线；图13示出了镜头110的相对照度。从图10至图13所示的仿真图可以看出，在镜头110的参数f、Y和TTL满足上述预设条件的情况下，镜头110具有较大的FOV、较小的工作F数、较小的镜头尺寸、较小的TV畸变、以及较大的相对照度，并且镜头的性能较好。

实施例3

镜头110包括三个透镜，如图14所示的各个透镜的布局，其中，从成像侧至光源侧依次为：光阑115、第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113和光源面114。

在实施例3中，各个透镜的焦距、曲率半径、中心厚度之间关系的设置如表7所示。S0～S8中的每个面的曲率半径、厚度、材料(折射率、色散率)、焦距的设置如表8所示，其中成像面的厚度例如可以表示成像面与镜头110的距离，即目标被投影的距离。S2～S7中的非球面的非球面高次项系数A2、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18的设置如表9所示，其中A2的系数均为0，参数K为圆锥常数。

表7

项目	参数值
		f<sub>1</sub>/f	0.42
f<sub>2</sub>/f	-0.18
		f<sub>3</sub>/f	0.40
f<sub>2</sub>/f<sub>1</sub>	-0.42
		f<sub>3</sub>/f<sub>1</sub>	0.94
f<sub>1</sub>/R1	2.12
		f<sub>1</sub>/R2	0.75
f<sub>2</sub>/R3	1.00
		f<sub>2</sub>/R4	-0.54
f<sub>3</sub>/R5	0.29
		f<sub>3</sub>/R6	-1.42
CT1/CT2	2.85
		CT2/CT3	0.22
R1/R2	0.35
		R3/R4	-0.54
R5/R6	-4.87
		Y/f	0.18
Y/TTL	0.20
		Y/f*TTL	0.42
f/TTL	1.10

表8

表9

表面

S2

S3

S4

S5

S6

S7

K

0.00E+00

5.52E-01

4.36E+00

0.00E+00

-5.00E-01

A4

2.31E-02

-1.31E-01

-2.23E+00

-1.18E+02

-1.87E-01

-7.35E-01

A6

-6.55E+00

1.34E+01

8.36E+01

3.06E+03

5.43E+00

1.79E+00

A8

1.17E+02

-2.99E+02

-6.81E+03

-4.13E+04

-4.16E+01

4.56E+00

A10

-1.12E+03

3.33E+03

5.81E+05

2.61E+05

1.99E+02

-2.85E+01

A12

5.08E+03

-1.97E+04

-3.12E+06

-6.92E+05

-5.52E+02

-6.21E+01

A14

-9.35E+03

4.33E+04

1.74E+07

5.81E+05

7.76E+02

6.23E+02

A16

0.00E+00

-9.33E+04

-4.54E+02

-1.29E+03

A18

0.00E+00

4.46E+01

8.40E+02

基于表7、表8和表9所示的参数，可以确定实施例3所示的镜头110的参数如下：TTL＝2.32mm，f＝2.55mm，F数＝2.81，FOV＝24°。

图15示出了镜头110的像散的收差曲线；图16示出了镜头110的畸变的收差曲线；图17示出了镜头110的MTF曲线；图18示出了镜头110的相对照度。从图15至图18所示的仿真图可以看出，在镜头110的参数f、Y和TTL满足上述预设条件的情况下，镜头110具有较大的FOV、较小的工作F数、较小的镜头尺寸、较小的TV畸变、以及较大的相对照度，并且镜头的性能较好。

实施例4

镜头110包括三个透镜，如图19所示的各个透镜的布局，其中，从成像侧至光源侧依次为：光阑115、第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113和光源面114。

在实施例4中，各个透镜的焦距、曲率半径、中心厚度之间关系的设置如表10所示。S0～S8中的每个面的曲率半径、厚度、材料(折射率、色散率)、焦距的设置如表11所示，其中成像面的厚度例如可以表示成像面与镜头110的距离，即目标被投影的距离。S2～S7中的非球面的非球面高次项系数A2、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18的设置如表12所示，其中A2的系数均为0，参数K为圆锥常数。

表10

项目	参数值
		f<sub>1</sub>/f	0.49
f<sub>2</sub>/f	-0.15
		f<sub>3</sub>/f	0.29
f<sub>2</sub>/f<sub>1</sub>	-0.30
		f<sub>3</sub>/f<sub>1</sub>	0.60
f<sub>1</sub>/R1	2.35
		f<sub>1</sub>/R2	0.95
f<sub>2</sub>/R3	1.54
		f<sub>2</sub>/R4	-0.05
f<sub>3</sub>/R5	0.37
		f<sub>3</sub>/R6	-1.33
CT1/CT2	1.56
		CT2/CT3	0.52
R1/R2	0.41
		R3/R4	-0.03
R5/R6	-3.55
		Y/f	0.15
Y/TTL	0.18
		Y/f*TTL	0.35
f/TTL	1.22

表11

表12

表面

S2

S3

S4

S5

S6

S7

K

0.00E+00

6.16E+00

0.00E+00

-5.00E-01

A4

4.27E-01

-1.25E+00

-1.29E+03

-1.47E+01

-3.75E+00

-6.12E-01

A6

-1.95E+01

1.69E+01

4.92E+04

4.15E+02

1.24E+01

5.17E+01

A8

2.32E+02

-2.30E+02

-9.67E+05

-8.41E+03

-9.90E+00

-1.28E+03

A10

-1.53E+03

1.45E+03

9.91E+06

1.03E+05

2.42E+02

1.46E+04

A12

4.91E+03

-4.88E+03

-4.08E+07

-6.17E+05

-5.78E+02

-9.27E+04

A14

-6.54E+03

6.82E+03

-3.05E+03

1.59E+06

-1.87E+02

3.34E+05

A16

1.59E+01

0.00E+00

5.87E+07

-1.32E+06

-7.23E+03

-6.36E+05

A18

0.00E+00

4.71E+03

4.93E+05

基于表10、表11和表12所示的参数，可以确定实施例4所示的镜头110的参数如下：TTL＝2.3mm，f＝2.80mm，F数＝2.8，FOV＝20°。

图20示出了镜头110的像散的收差曲线；图21示出了镜头110的畸变的收差曲线；图22示出了镜头110的MTF曲线；图23示出了镜头110的相对照度。从图20至图23所示的仿真图可以看出，在镜头110的参数f、Y和TTL满足上述预设条件的情况下，镜头110具有较大的FOV、较小的工作F数、较小的镜头尺寸、较小的TV畸变、以及较大的相对照度，并且镜头的性能较好。

其中，表1至表12中的参数所对应的位置为空白，则表示无此参数或该参数的值为0。

镜头110的Y’、f和TTL影响镜头的尺寸、FOV、F数和相对照度等。镜头110的空间尺寸即TTL直接影响镜头110的设计难度，在本申请实施例中，通过设计Y’/f*TTL和f/TTL，可以使镜头110的具有较小的TTL，例如TTL＜3.7，尤其在实施例3和4中，TTL小于2.4。在保证镜头110具有较好的解析力的情况下，避免占用较大的空间尺寸。此外，镜头110的视场角FOV等还与Y/f相关联，通过设计Y/f，可以使镜头110具有较大的视场角FOV，从而在满足电子设备日益紧张的尺寸限制的情况下，改善了该红外准直镜头的视场和精度。

而本申请的镜头110并且镜头110具有较大的视野范围，且与镜头110中的各透镜形成的准直透镜组对应的通光孔大小之间取得平衡。

通过优化相对照度，还提升了镜头110在全视场内的深度误差的均匀性。

另外，镜头110还具有较好的出光平行度，增加了深度检测的准确率和识别速度。

需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，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申请的保护范围内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种红外准直镜头，其特征在于，所述镜头由从出光侧到光源侧依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜组成，其中：

所述第一透镜为正光焦度的透镜，所述第一透镜在靠近出光侧的近轴区域为凸面，且在靠近光源侧的近轴区域为凹面，所述第一透镜的两个面中至少有一个面为非球面；

所述第二透镜为负光焦度的透镜，所述第二透镜在靠近出光侧的近轴区域为凹面，所述第二透镜的两个面中至少有一个面为非球面；

其中，所述镜头的参数满足：0.35mm^-1≤|Y/f*TTL|≤0.66mm^-1，0.84≤f/TTL≤1.22，0.15≤Y/f≤0.19，其中，f为所述镜头的焦距，Y为所述镜头的最大物高，TTL为所述第一透镜的靠近出光侧的一面至光源之间的距离；

所述镜头的视场角FOV满足：20°≤FOV≤24°；所述镜头的F数满足：2.8≤F数＜2.85。

2.根据权利要求1所述的红外准直镜头，其特征在于，Y/f*TTL＝0.49mm^-1；f/TTL＝1.13；Y/f＝0.19；FOV＝24°；F数＝2.8。

3.根据权利要求1所述的红外准直镜头，其特征在于，Y/f*TTL＝0.66mm^-1；f/TTL＝0.84；Y/f＝0.18；FOV＝24°；F数＝2.84。

4.根据权利要求1所述的红外准直镜头，其特征在于，Y/f*TTL＝0.42mm^-1；f/TTL＝1.10；Y/f＝0.18；FOV＝24°；F数＝2.81。

5.根据权利要求1所述的红外准直镜头，其特征在于，Y/f*TTL＝0.35mm^-1；f/TTL＝1.22；Y/f＝0.15；FOV＝20°；F数＝2.8。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f₁与所述第二透镜的焦距f₂与之间满足：-0.7<f₂/f₁<-0.2。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f₁与所述第三透镜的焦距f₃与之间满足：0.6<f₃/f₁<1.2。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度CT1和所述第二透镜的中心厚度CT2之间满足：1.2<CT1/CT2<3.0。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第二透镜的中心厚度CT2和所述第三透镜的中心厚度CT3之间满足：0<CT2/CT3<0.6。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第一透镜的材料的折射率n₁＞1.6。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第二透镜的材料的折射率n₂＞1.6。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第三透镜的材料的折射率n₃＞1.6。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f₁与所述镜头的焦距f之间满足：0.3<f₁/f<0.8。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第三透镜的焦距f₃与所述镜头的焦距f之间满足：0.2<f₃/f<0.6。

15.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f₁与所述第一透镜在靠近出光侧的近轴区域的曲率半径R1之间满足：2.0<f₁/R1<2.5。

16.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f₁与所述第一透镜在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R2之间满足：0.5<f₁/R2<1.4。

17.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第二透镜的焦距f₂与所述第二透镜在靠近出光侧的近轴区域的曲率半径R3之间满足：0.8<f₂/R3<1.6。

18.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第二透镜的焦距f₂与所述第二透镜在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R4之间满足：-0.8<f₂/R4<0。

19.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第三透镜的焦距f₃与所述第三透镜在靠近出光侧的近轴区域的曲率半径R6之间满足：-2<f₃/R6<-1。

20.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第一透镜在靠近出光侧的近轴区域的曲率半径R1与所述第一透镜在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R2之间满足：0.2<R1/R2<0.6。

21.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述第二透镜在靠近出光侧的近轴区域的曲率半径R3与所述第二透镜在靠近光源侧的近轴区域的曲率半径R4之间满足：-0.8<R3/R4<0。

22.根据权利要求1至5中任一项所述的红外准直镜头，其特征在于，所述红外准直镜头应用于深度检测中。

23.一种红外镜头模组，其特征在于，包括：

根据权利要求1至22中任一项所述的红外准直镜头；以及，

具有多个发光点的阵列光源。