CN116009204A - 光学成像镜组、扫描显示装置及近眼显示设备 - Google Patents

光学成像镜组、扫描显示装置及近眼显示设备 Download PDF

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CN116009204A CN202111228386.8A CN202111228386A CN116009204A CN 116009204 A CN116009204 A CN 116009204A CN 202111228386 A CN202111228386 A CN 202111228386A CN 116009204 A CN116009204 A CN 116009204A
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Abstract

本申请实施例公开了一种光学成像镜组、扫描显示装置及近眼显示设备，其涉及扫描显示技术领域。该光学成像镜组通过对光学成像镜组的多个同光轴透镜中靠近曲面图像的透镜面型结构和曲率半径进行限定，使其能够与对应的扫描半径相匹配，从而实现从曲面图像到平面图像的清晰成像；通过合理数量的透镜组合配置让光学成像镜组能够根据应用场景的变化，兼顾协调与平衡成像质量、小型化和加工工艺性等需求；通过对多个透镜中的部分透镜进行焦距、折射率、色散系数以及面型结构的限定优化，进一步提高了成像品质。

Description

光学成像镜组、扫描显示装置及近眼显示设备
技术领域
本申请涉及扫描显示技术领域，具体涉及一种光学成像镜组、扫描显示装置及近眼显示设备。
背景技术
扫描显示成像作为一种新兴的显示技术，可用于投影显示、近眼显示等多种应用场景。
然而，现有的扫描显示成像系统中，存在着加工难度高、量产成本高、成像质量不佳、视场角度小以及不能兼具小型化等缺点，致使扫描显示成像技术在市场推广应用过程中受到一定的限制，尤其是在将扫描显示成像应用于近眼显示的场景中时，由于光纤扫描曲面图像的特殊性，受限于成像效果和视场角的影响，使其一直不能满足近眼显示中高分辨率的性能要求，故而阻碍着近眼显示向消费级市场的发展。
发明内容
本申请的目的在于提供一种光学成像镜组、扫描显示装置及近眼显示设备，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
本申请实施例提供一种光学成像镜组，所述光学成像镜组包括多个透镜，多个所述透镜中至少包含一个负透镜；
多个所述透镜由所述光学成像镜组的第一侧至第二侧依次共光轴设置，所述光学成像镜组的所述第二侧对应曲面图像，所述光学成像镜组的所述第一侧对应平面图像；
靠近所述曲面图像且与所述曲面图像相对的所述透镜表面为凹面。
可选地，所述凹面的曲率半径为0.4-5.15mm。
可选地，多个所述透镜的个数为3个或4个或5个或6个或7个或8个。
可选地，所述凹面位于对应所述透镜表面的近光轴处。
可选地，与所述曲面图像相对的所述透镜表面于远光轴处为凸面。
可选地，多个所述透镜中至少有一个透镜的焦距fi与f总存在以下关系：
0.2≤|fi/f总|≤1.2，其中，f总为所述光学成像镜组的焦距，所述fi为沿光轴由所述第一侧至所述第二侧依序第i个透镜的焦距，所述i为大于等于1的整数。
可选地，多个所述透镜中至少有一个负透镜的焦距f负与f总存在以下关系：
0.2≤|f负/f总|≤1.0，其中，f总为所述光学成像镜组的焦距，所述f负为多个所述透镜中的所述负透镜的焦距。
可选地，至少一个所述负透镜的阿贝数范围在16-33之间。
可选地，多个所述透镜中阿贝数最小的负透镜折射率满足以下关系：
所述阿贝数最小的所述负透镜若为塑胶镜片时，对应折射率范围在1.5-1.7之间。
可选地，所述阿贝数最小的所述负透镜若为玻璃镜片时，对应折射率范围在1.7-1.9之间。
可选地，多个所述透镜中焦距占比绝对值最小的一个负透镜和一个正透镜满足以下关系：
f负/f总+f正/f总的范围在(-0.5，0.5)之间，其中，f负为多个所述透镜中焦距占比绝对值最小的所述负透镜的焦距，f正为多个所述透镜中焦距占比绝对值最小的所述正透镜的焦距，f总为所述光学成像镜组的焦距。
可选地，靠近所述曲面图像的两个所述透镜具有相邻的两个透镜表面，相邻的两个所述透镜表面均为凸面。
本申请实施例中还提供一种扫描显示装置，其包括光纤扫描器及前述所述的光学成像镜组，所述光纤扫描器用于扫描并出射待显示图像的光，所述光学成像镜组用于将所述光纤扫描器出射的光对应的扫描面进行放大成像及投射；
其中，所述光纤扫描器包括致动器和固定于所述致动器上的光纤，所述光纤超过所述致动器的部分形成光纤悬臂，所述光纤悬臂在所述致动器的驱动下进行二维扫描。
本申请实施例中还提供一种近眼显示设备，所述近眼显示设备用作头戴式增强现实设备，至少包括近眼显示模组以及根据上述的扫描显示装置，所述扫描显示装置设置于所述近眼显示模组中。
本申请实施例中还提供一种近眼显示设备，所述近眼显示设备用作头戴式虚拟现实设备，至少包括近眼显示模组以及根据上述的扫描显示装置，所述扫描显示装置设置于所述近眼显示模组中。
采用本申请实施例中的技术方案可以实现以下技术效果：
本申请实施例中，通过对光学成像镜组的多个同光轴透镜中靠近曲面图像的透镜面型结构和曲率半径进行限定，使其能够与对应的扫描曲面半径相匹配，从而实现从曲面图像到平面图像的清晰成像；通过合理数量的透镜组合配置让光学成像镜组能够根据应用场景的变化，兼顾协调与平衡成像质量、小型化和加工工艺性等需求。
进一步地，通过对多个透镜中的部分透镜进行焦距、折射率、色散系数以及面型结构的限定优化，进一步提高了成像品质。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请的技术方案而了解。本申请的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1a、1b是说明性的扫描显示系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的光纤扫描器扫描输出的示意图；
图3是本申请实施例一提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图4是本申请实施例一中光学成像镜组的MTF曲线图；
图5是本申请实施例一中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图6是本申请实施例一中光学成像镜组的垂轴色差图。
图7是本申请实施例二提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图8是本申请实施例二中光学成像镜组的MTF曲线图；
图9是本申请实施例二中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图10是本申请实施例二中光学成像镜组的垂轴色差图；
图11是本申请实施例三提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图12是本申请实施例三中光学成像镜组的MTF曲线图；
图13是本申请实施例三中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图14是本申请实施例三中光学成像镜组的垂轴色差图；
图15是本申请实施例四提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图16是本申请实施例四中光学成像镜组的MTF曲线图；
图17是本申请实施例四中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图18是本申请实施例四中光学成像镜组的垂轴色差图；
图19是本申请实施例五提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图20是本申请实施例五中光学成像镜组的MTF曲线图；
图21是本申请实施例五中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图22是本申请实施例五中光学成像镜组的垂轴色差图；
图23是本申请实施例六提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图24是本申请实施例六中光学成像镜组的MTF曲线图；
图25是本申请实施例六中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图26是本申请实施例六中光学成像镜组的垂轴色差图；
图27是本申请实施例七提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图28是本申请实施例七中光学成像镜组的MTF曲线图；
图29是本申请实施例七中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图30是本申请实施例七中光学成像镜组的垂轴色差图；
图31是本申请实施例八提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图32是本申请实施例八中光学成像镜组的MTF曲线图；
图33是本申请实施例八中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图34是本申请实施例八中光学成像镜组的垂轴色差图；
图35是本申请实施例九提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图36是本申请实施例九中光学成像镜组的MTF曲线图；
图37是本申请实施例九中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图38是本申请实施例九中光学成像镜组的垂轴色差图；
图39是本申请实施例十提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图40是本申请实施例十中光学成像镜组的MTF曲线图；
图41是本申请实施例十中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图42是本申请实施例十中光学成像镜组的垂轴色差图；
图43是本申请实施例十一提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图44是本申请实施例十一中光学成像镜组的MTF曲线图；
图45是本申请实施例十一中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图46是本申请实施例十一中光学成像镜组的垂轴色差图；
图47是本申请实施例十二提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图48是本申请实施例十二中光学成像镜组的MTF曲线图；
图49是本申请实施例十二中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图50是本申请实施例十二中光学成像镜组的垂轴色差图；
图51是本申请实施例十三提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图52是本申请实施例十三中光学成像镜组的MTF曲线图；
图53是本申请实施例十三中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图54是本申请实施例十三中光学成像镜组的垂轴色差图；
图55是本申请实施例十四提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图56是本申请实施例十四中光学成像镜组的MTF曲线图；
图57是本申请实施例十四中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图58是本申请实施例十四中光学成像镜组的垂轴色差图；
图59是本申请实施例十五提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图60是本申请实施例十五中光学成像镜组的MTF曲线图；
图61是本申请实施例十五中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图62是本申请实施例十五中光学成像镜组的垂轴色差图；
图63是本申请实施例十六提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图64是本申请实施例十六中光学成像镜组的MTF曲线图；
图65是本申请实施例十六中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图66是本申请实施例十六中光学成像镜组的垂轴色差图；
图67是本申请实施例十七提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
图68是本申请实施例十七中光学成像镜组的MTF曲线图；
图69是本申请实施例十七中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
图70是本申请实施例十七中光学成像镜组的垂轴色差图。
图标：100-处理器；110-激光器组；120-光纤扫描模组；130-传输光纤；140-光源调制电路；150-扫描驱动电路；160-合束单元；121-扫描致动器；121a-慢轴；121b-快轴；122-光纤悬臂；123-镜组；124-扫描器封装壳；125-固定件；230-扫描曲面；240-成像平面；11-第一透镜；12-第二透镜；13-第三透镜；14-第四透镜；15-第五透镜；01-光阑；02-扫描曲面；31-第一透镜；32-第二透镜；33-第三透镜；34-第四透镜；35-第五透镜；03-光阑；04-扫描曲面；51-第一透镜；52-第二透镜；53-第三透镜；54-第四透镜；55-第五透镜；05-光阑；06-扫描曲面；71-第一透镜；72-第二透镜；73-第三透镜；74-第四透镜；75-第五透镜；76-第六透镜；07-光阑；08-扫描曲面；91-第一透镜；92-第二透镜；93-第三透镜；94-第四透镜；95-第五透镜；09-光阑；10-扫描曲面；21-光阑；22-扫描曲面；23-光阑；24-扫描曲面；25-光阑；26-扫描曲面；27-光阑；28-扫描曲面；29-光阑；30-扫描曲面；41-光阑；42-扫描曲面；43-光阑；44-扫描曲面；45-光阑；46-扫描曲面；47-光阑；48-扫描曲面；49-光阑；50-扫描曲面；61-光阑；62-扫描曲面；63-光阑；64-扫描曲面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
说明性扫描显示系统
对于目前的扫描显示成像来说，可由数字微镜设备(Digital MicromirrorDevice，DMD)或光纤扫描显示(Fiber Scanning Display，FSD)设备实现。其中的FSD方案作为一种新型扫描显示成像方式，通过光纤扫描器实现图像的扫描输出。为了使本领域技术人员能够清楚地理解本申请方案，下面对光纤扫描成像的简要原理及相应系统进行阐述。
如图1a所示，为本申请中的一种说明性的扫描显示系统，其中主要包括：
处理器100、激光器组110、光纤扫描模组120、传输光纤130、光源调制电路140、扫描驱动电路150及合束单元160。其中，
处理器100可以为图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或者其它具有控制功能、图像处理功能的芯片或电路，这里并不进行具体限定。
系统工作时，处理器100可根据待显示的图像数据控制光源调制电路140对激光器组110进行调制，激光器组110中包含多个单色激光器，分别发出不同颜色的光束。从图1中可见，激光器组中具体可采用红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)三色激光器。激光器组110中各激光器发出的光束经由合束单元160合束为一束激光并耦入至传输光纤130中。
处理器100还可控制扫描驱动电路150驱动光纤扫描模组120中的光纤扫描器进行扫动，从而将传输光纤130中传输的光束扫描输出。
由光纤扫描器扫描输出的光束作用于介质表面上某一像素点位置，并在该像素点位置上形成光斑，便实现了对该像素点位置的扫描。在光纤扫描器带动下，传输光纤130输出端按照一定扫描轨迹扫动，从而使得光束移动至对应的像素点位置。实际扫描过程中，传输光纤130输出的光束将在每个像素点位置形成具有相应图像信息(如：颜色、灰度或亮度)的光斑。在一帧的时间里，光束以足够高的速度遍历每一像素点位置完成一帧图像的扫描，由于人眼观察事物存在“视觉残留”的特点，故人眼便无法察觉光束在每一像素点位置上的移动，而是看见一帧完整的图像。
继续参考图1b，为光纤扫描模组120的具体结构，其中包括：扫描致动器121、光纤悬臂122、镜组123、扫描器封装壳124以及固定件125。扫描致动器121通过固定件125固定于扫描器封装壳124中，传输光纤130在扫描致动器121的前端延伸形成光纤悬臂122(也可称为扫描光纤)，工作时，扫描致动器121在扫描驱动信号的驱动下，其慢轴121a(也称第一致动部)沿竖直方向(该竖直方向平行于图1a、1b中参考坐标系内的Y轴，在本申请中，该竖直方向也可称为第一方向)振动，其快轴121b(也称第二致动部)沿水平方向(该水平方向平行于图1a、1b中参考坐标系内的X轴，在本申请中，该水平方向也可称为第二方向)振动，受扫描致动器121带动，光纤悬臂122的前端按预设轨迹进行二维扫动并出射光束，出射的光束便可透过镜组123实现扫描成像。一般性地，可将扫描致动器121及光纤悬臂122所构成的结构称为：光纤扫描器。
如图2所示，本申请实施例中，通过快慢轴的运动，光纤出光端的运动轨迹形成扫描曲面230，经相应的镜组123后，转换为成像平面240。当应用于诸如增强现实(AugmentedReality，AR)设备这样的近眼显示设备中时，成像平面240将作为波导的入瞳耦入至波导中，进行成像以便人眼观看。需要强调的是，采用光纤扫描显示系统作为AR glass的显示像源，因为光纤扫描光机是采用驱动装置驱动光纤悬臂谐振工作，整个出光端面为曲面，区别于传统显示技术的平面像源，故相应的需要针对性进行成像镜头的设计，以解决成像不清楚问题。
为了便于表述并使得本领域技术人员容易理解本申请的方案，需要说明的是，本申请中的光学成像镜组(如图2中所示的镜组123)作为目镜，经过该光学成像镜组的作用，可将扫描曲面230转换为成像平面240(实际应用时，光线的传输方向为：由扫描曲面230至成像平面240的方向)，从而在此将光学成像镜组对应成像平面240的一侧，称为第一侧，而将光学成像镜组对应扫描曲面230的一侧，称为第二侧。在后续内容中，便采用“第一侧”和“第二侧”为参照，对光学成像镜组的实施例方案进行描述。并且，后续实施例中的描述，诸如对光学成像镜组中的某一透镜而言，“第X透镜的第一侧表面”则是指第X透镜朝向第一侧的表面。
进一步需要说明的是，在投影领域，第一侧对应的图像为平面图像，对应的平面图像载体可以为如投影屏幕、幕布或墙面等，第二侧对应的图像为曲面图像，即为光纤扫描器扫描出的或其它图像源发射出的呈弧形的扫描面；在摄像领域使用场景下，光路与在投影领域时相反，第一侧对应的一般为采集图像信息的物侧面，第二侧对应的一般为采集成像得到的像侧面。
光学成像镜组
本申请实施例中的光学成像镜组包括多个透镜，多个透镜中至少包含一个负透镜；多个透镜由光学成像镜组的第一侧至第二侧依次共光轴设置，光学成像镜组的第二侧对应曲面图像，光学成像镜组的第一侧对应平面图像。需要说明的是，靠近曲面图像且与曲面图像相对的透镜表面为凹面。需要强调的是，通过限定与曲面图像相对的透镜表面面型结构为凹面(即就是限定最靠近曲面图像的透镜表面为凹面)，使得其能够与曲面图像的光线进行很好地适配，保证曲面图像进入光学成像镜组时对应每一个点光源在凹面上具有最小的入射角和折射角，进而降低像差，达到提升成像质量的技术效果。
进一步地，本申请提供的实施例当中，上述靠近曲面图像的透镜表面的凹面对应曲率半径为0.4-5.15mm，可选地，曲率半径为0.4-0.7或0.76-1.24mm或1.26-5.15mm。需要说明的是，通过对凹面的曲率半径大小进行限定，实质上是对凹面以量化的标准进行参数限定，使得凹面的曲率大小能够更加精确地适配到不同曲面图像成像为平面图像的要求，与此同时，凹面曲率半径量化标准的引入，使其在加工工艺和质量把控上得到了更精确地控制。
进一步地，本申请实施例提供的多个透镜的个数优选地为3个或4个或5个或6个或7个或8个，更优选地为4个或5个或6个或7个。需要说明的是，通过合理数量的透镜组合配置让光学成像镜组能够根据应用场景的变化，兼顾协调与平衡成像质量、小型化和加工工艺性等需求，如产品需求对于小型化或微型化要求高于成像质量的要求，那么在保证成像质量的基本需求之下，我们可以通过尽可能少的镜头数量，如4个镜头，来加工生产产品；而如果产品的应用场景和需求更加注重成像质量，对于加工工艺性和小型化没有苛刻要求，则可以采用如7个或者8个镜头数量来设计和生产光学成像镜组；当然，具体地产品设计过程中，可根据产品应用场景，通过合理的数量来平衡光学成像镜组在不同情况下的要求。需要强调是的，在本申请其它实施例当中，并不仅限于本申请实施例提供的多个透镜的优选数量(3个或4个或5个或6个或7个或8个)，还可以是其它数量的透镜个数，如2个，9个，11个等，具体根据光学成像镜组的应用场景和产品需求进行灵活配置。
进一步可选地，凹面位于对应透镜表面的近光轴处。需要说明的是，通过可选地限定凹面位于对应透镜表面的近光轴处，一方面可以很好地适配扫描曲面图像的大小，另一方面可以使扫描曲面图像的光线进入凹面时更加地集中，降低杂光散光，有效提高成像质量。需要强调的是，进一步可选地，在凹面所在透镜表面为非球面面型结构时，与曲面图像相对的透镜表面于远光轴处为凸面，也就是说此时该透镜表面于近光轴处为凹面，于远光轴处为凸面。
进一步可选地，靠近曲面图像的两个透镜具有相邻的两个透镜表面，相邻的两个透镜表面均为凸面。需要说明的是，通过将靠近曲面图像的两个透镜(也就是沿光轴方向离曲面图像最近的两个透镜)对应相邻的两个透镜表面限定为凸面，不但使得光学成像镜组的光焦度得到了很好的分配，而且因为靠近曲面图像的前几个透镜表面面型结构对整个光学成像镜组的像差校正至关重要，所以通过控制靠近曲面图像的前几个透镜表面面型结构，可以最大限度地稳定光学成像镜组的基本构架和最终成像品控，降低其他透镜调配时对成像质量的敏感性。
进一步地，多个透镜中至少有一个透镜的焦距fi与f总存在以下关系：0.2≤|fi/f总|≤1.2，其中，f总为光学成像镜组的焦距，fi为沿光轴由第一侧至第二侧依序第i个透镜的焦距，i为大于等于1的整数，也就是说fi可能为多个透镜中任意一个透镜的焦距。优选地，当fi为负透镜的时候，对应地，多个透镜中至少有一个负透镜的焦距f负与f总存在以下关系：0.2≤|f负/f总|≤1.0，其中，f总为光学成像镜组的焦距，f负为多个透镜中的负透镜的焦距。需要说明的是，上述通过将至少一个透镜的焦距与总焦距的比值绝对值进行限定，使其不但均衡了其它透镜的焦距分配比例，而且对于整个光学成像镜组的像差起到了重要的校正作用，故而为达到良好的成像质量奠定了重要基础。
进一步可选地，本申请提供的实施例中，多个透镜中焦距占比绝对值最小的一个负透镜和一个正透镜满足以下关系：f负/f总+f正/f总的范围在(-0.5，0.5)之间，其中，f负为多个透镜中焦距占比绝对值最小的负透镜的焦距，f正为多个透镜中焦距占比绝对值最小的正透镜的焦距，f总为光学成像镜组的焦距。需要说明的是，通过上述正负透镜与总焦距的比例关系限定，使得光学成像镜组的多个透镜能够在可量化可控的基础上得到焦距分配上的优化配置，从而使得光学成像镜组在将曲面图像成像为平面图像的过程中达到最优的成像品质。
另外，若本实施例中未界定透镜焦距所在的区域位置时，则表示该透镜的焦距可为透镜于近光轴处的焦距。需要强调的是，申请人在进行本发明创造之前，现有的用于投影显示的光学成像镜组无法做到成像品质和大视场角的平衡，即通常会在提升视场角时降低成像品质，要想保证成像品质又无法做到较大的视场角。而本申请的发明创造方案通过对多个透镜焦距和面型结构的组合控制，实现了在提升视场角和兼具小型化的同时，达到成像的高品质输出。
进一步可选地，本申请提供的实施例中，至少一个负透镜的阿贝数范围在16-33之间。需要说明的是，通过限定负透镜的阿贝数范围，均衡控制了不同透镜色散系数的分配，使得整个光学成像镜组的成像品质得到一个稳定的控制。另外，之所以限定为负透镜是因为负透镜相对于正透镜而言对于其成像品质影响更大，而之所以将负透镜的阿贝数范围限定为16-33之间，是因为阿贝数过小，色散越明显，镜片的成像品质越差，阿贝数过大，又会影响其他透镜阿贝数的均衡分配。
进一步可选地，本申请提供的实施例中，多个透镜中阿贝数最小的负透镜折射率满足以下关系：阿贝数最小的负透镜若为塑胶镜片时，对应折射率范围在1.5-1.7之间；阿贝数最小的负透镜若为玻璃镜片时，对应折射率范围在1.7-1.9之间。需要说明的是，通过对阿贝数最小的负透镜进行不同材质状态下折射率的限定，使得对光学成像镜组成像质量影响较大的阿贝数最小的负透镜能够处于折射率最优的范围，从而通过控制该负透镜的折射率来降低整个光学成像镜组受不同透镜折射率影响的敏感性。
进一步地，在一种可能的实施方式中，多个透镜之间的连接方式可以采用间隔连接，也可以采用粘合方式粘合在一起，具体将根据实际应用的需要而定，这里并不进行限制。
进一步可选地，在一种可能的实施方式中，可以通过对多个透镜对应侧表面面型结构的限定，进一步有效校正镜片之间产生的像差，降低光学敏感度，提高最终成像品质和视场角。另外还需要说明的是，本文所说的第一侧表面为凸面，是指第一侧表面朝向光学成像镜组的第一侧方向形成凸起的形状；第一侧表面为凹面，是指第一侧表面朝向光学成像镜组的第一侧方向形成凹陷的形状；第二侧表面为凸面，是指第二侧表面朝向光学成像镜组的第二侧方向形成凸起的形状；第二侧表面为凹面，是指第二侧表面朝向光学成像镜组的第二侧方向形成凹陷的形状。需要强调的是，在本发明实施例当中，并不限于对所有透镜的面型结构进行同时限定，也可以只对其中至少一个或两个透镜的面型结构进行限定，如上述只限定最靠近曲面图像的一个或两个透镜的第一侧表面和第二侧表面面型结构，对其它透镜的面型结构可以不作限定。
进一步地，在某些实施方式中，透镜的面型并不是整个侧表面均为凹面或凸面，透镜的面型可能为复合型曲面，或近光轴部分为曲面而边缘部分非曲面；尤其是可选地，当透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该凸面可位于透镜表面近光轴处；同理，当透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该凹面可位于透镜表面近光轴处。
进一步可选地，在一种可能的实施方式中，多个透镜的第一侧表面和第二侧表面为非球面面形结构或/和球面面型结构。需要说明的是，优选地，选用非球面面型结构，通过将透镜的镜面结构限定设计为非球面面形结构，借此可获得较多的控制变量，用以消减像差、合理缩减透镜数目，故在提升图像显示质量的基础上，还有助于光学成像镜组的小型化或微型化。另外，上述透镜第一侧表面和第二侧表面为非球面面形结构，可以理解为该透镜表面光学有效区整个或者其中一部分为非球面。
进一步可选地，在一种可能的实施方式中，多个透镜由塑料或/和玻璃制成。需要说明的是，由塑料制成的透镜，可以有效降低生产成本，相较于玻璃材质，塑料材质的透镜成本是玻璃材质成本的二十分之一到十分之一，故而非常有利于低成本批量化生产；另外，塑料材质的透镜通常可采用注塑成型，其加工难度低且能够很容易的加工成满足非球面的各种型面结构，同时塑料材质还能整体减轻镜头的重量，有利于其轻质化的产品设计。而在使用玻璃材质时，玻璃材质的折射率更高更广，在矫正镜头像差方面有优势；玻璃材质的膨胀系数小很多，有利于精密装配，另外由于玻璃其自身耐高温、耐紫外和耐酸碱等特性，使得镜组的使用寿命和性能稳定性具备较强优势。当然需要强调的是，在本发明其它实施例中并不仅限于本发明实施例提供的塑料和玻璃两种材质，其还可以是其它能够制作透镜的材质。
另外，还需要说明的是，本发明实施例公开的光学成像镜组，可选地，可以设置至少一个光阑，其可位于第一侧、各透镜之间或最后第二侧，该光阑的种类可以为如孔径光阑或视场光阑等，可用于减少杂散光，有助于提升图像显示质量；可选地，可以设置至少一个平面玻璃，置于第二侧，用于保护曲面扫描光纤。
实施例一
图3为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图3中的光阑01所在一侧)至第二侧(也即，图3中的扫描曲面02所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15。
在本实施例中，第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第四透镜14、第五透镜15为五片单一非粘合透镜。
第一透镜11至第五透镜15由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、负、正。
第一透镜11的第一侧表面为凸面，第二侧表面为凹面。
第二透镜12的第一侧表面为凸面，第二侧表面为凹面。
第三透镜13的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜14的第一侧表面为凹面，第二侧表面为凸面。
第五透镜15的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜11至第五透镜15的焦距满足以下关系式：
f1/f为23.99、f2/f为-0.70、f3/f为0.39、f4/f为-1.29及f5/f为1.62；其中，f1为第一透镜11的焦距，f2为第二透镜12的焦距，f3为第三透镜13的焦距，f4为第四透镜14的焦距，f5为第五透镜15的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
光学成像镜组中第一透镜11至第五透镜15的折射率和色散系数分别满足以下条件：
n1为1.63，n2为1.73，n3为1.5，n4为1.62，n5为1.62。其中，n1～n5分别代表第一透镜11至第五透镜15的折射率；第一透镜的阿贝数为49，第二透镜的阿贝数为30.3，第三透镜的阿贝数为69.4，第四透镜的阿贝数为36.7，第五透镜的阿贝数为60.3。
本发明实施例一提供的光学成像镜组中；光学成像镜组整体的等效焦距为2.60mm，第五透镜与扫描曲面02相对的凹面曲率半径为0.52mm，光圈值为1.30，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面02进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表1所示：
表1实施例一中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑01 无限 1
2 第一透镜11 非球面 2.48 1.27 1.63 49
3 非球面 2.11 0.27
4 第二透镜12 非球面 1.48 1.09 1.73 30.3
5 非球面 0.48 0.12
6 第三透镜13 非球面 0.55 1.49 1.5 69.4
7 非球面 -0.67 0.15
8 第四透镜14 非球面 -0.41 0.78 1.62 36.7
9 非球面 -0.89 0.10
10 第五透镜15 非球面 0.63 0.60 1.62 60.3
11 非球面 0.52 0.50
12 扫描曲面02 球面 2  
需要说明的是，表1为实施例一的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-12依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜11至第五透镜15对应的表面的非球面圆锥系数如下表2所示：
表2实施例一中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 -6.31E+00 7.09E-02 -1.54E-02 5.68E-03
3 -1.26E+01 5.87E-02 -4.92E-02 -1.42E-03
4 -3.90E+00 -1.55E-01 3.39E-02 -9.38E-02
5 -3.07E+00 3.11E-02 -5.02E-02 -2.07E-02
6 -3.42E+00 -8.08E-02 2.35E-01 -1.55E-01
7 -2.90E+00 -9.17E-02 1.97E-01 -6.64E-02
8 -2.41E+00 1.64E-01 -1.05E-01 7.73E-02
9 -1.60E+00 1.66E-01 -1.64E-01 7.59E-02
10 -1.11E+00 2.28E-02 -4.19E-02 5.57E-03
11 -2.76E+00 7.19E-01 -2.35E+00 1.55E+00
表2为实施例一中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图4所示，场曲畸变曲线图如图5所示，垂轴色差曲线图如图6所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图4-图6观察可知，实施例一的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例二
图7为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图7中的光阑03所在一侧)至第二侧(也即，图7中的扫描曲面04所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34、第五透镜35。
在本实施例中，第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34、第五透镜35中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34、第五透镜35为五片单一非粘合透镜。
第一透镜31至第五透镜35由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、负、正。
第一透镜31的第一侧表面为凸面，第二侧表面为凹面。
第二透镜32的第一侧表面于近光轴处为凸面，第二侧表面为凹面。
第三透镜33的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜34的第一侧表面为凹面，第二侧表面为凸面。
第五透镜35的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜31至第五透镜35的焦距满足以下关系式：
f1/f为12.29、f2/f为-1.07、f3/f为0.43、f4/f为-0.92及f5/f为0.84；其中，f1为第一透镜31的焦距，f2为第二透镜32的焦距，f3为第三透镜33的焦距，f4为第四透镜34的焦距，f5为第五透镜35的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
光学成像镜组中第一透镜31至第五透镜35的折射率和色散系数分别满足以下条件：
n1为1.57，n2为1.76，n3为1.49，n4为1.76，n5为1.63。其中，n1～n5分别代表第一透镜31至第五透镜35的折射率；第一透镜的阿贝数为62.4，第二透镜的阿贝数为27.6，第三透镜的阿贝数为70.4，第四透镜的阿贝数为27.6，第五透镜的阿贝数为58。
本发明实施例二提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第五透镜与扫描曲面04相对的凹面曲率半径为0.61mm，光圈值为1.30，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面04进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表3所示：
表3实施例二中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑03 无限 1
2 第一透镜31 非球面 2.32 0.82 1.57 62.4
3 非球面 2.32 0.95
4 第二透镜32 非球面 1.43 0.95 1.76 27.6
5 非球面 0.60 0.13
6 第三透镜33 非球面 0.70 1.19 1.49 70.4
7 非球面 -1.08 0.23
8 第四透镜34 非球面 -0.47 0.75 1.76 27.6
9 非球面 -1.07 0.10
10 第五透镜35 非球面 0.63 0.77 1.63 58
11 非球面 0.61 0.50
12 扫描曲面04 球面 2  
需要说明的是，表3为实施例二的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-12依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜31至第五透镜35对应的表面的非球面圆锥系数如下表4所示：
表4实施例二中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 -8.34E+00 6.48E-02 -1.98E-02 3.65E-03
3 -1.86E+01 4.24E-02 -5.36E-02 1.32E-02
4 -3.42E+00 -1.38E-01 5.75E-02 -1.09E-01
5 -4.24E+00 -5.25E-02 -1.22E-01 3.53E-02
6 -5.23E+00 -1.58E-01 2.42E-01 -1.46E-01
7 -6.61E+00 -1.61E-02 1.80E-01 -1.38E-01
8 -3.54E+00 1.65E-01 -8.96E-02 2.04E-02
9 -1.55E+00 1.73E-01 -1.57E-01 8.81E-02
10 -1.44E+00 -5.11E-02 1.61E-01 -3.23E-01
11 -5.66E+00 8.10E-01 -3.49E+00 2.95E+00
表4为实施例二中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图8所示，场曲畸变曲线图如图9所示，垂轴色差曲线图如图10所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图8-图10观察可知，实施例二的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例三
图11为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图11中的光阑05所在一侧)至第二侧(也即，图11中的扫描曲面06所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53、第四透镜54、第五透镜55。
在本实施例中，第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53、第四透镜54、第五透镜55中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53、第四透镜54、第五透镜55为五片单一非粘合透镜。
第一透镜51至第五透镜55由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、负、正。
第一透镜51的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第二透镜52的第一侧表面于近光轴处为凸面，第二侧表面为凹面。
第三透镜53的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜54的第一侧表面为凹面，第二侧表面为凸面。
第五透镜55的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面于远光轴处为凸面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜51至第五透镜55的焦距满足以下关系式：
f1/f为6.22、f2/f为-1.04、f3/f为0.49、f4/f为-0.50及f5/f为0.50；其中，f1为第一透镜51的焦距，f2为第二透镜52的焦距，f3为第三透镜53的焦距，f4为第四透镜54的焦距，f5为第五透镜55的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
光学成像镜组中第一透镜51至第五透镜55的折射率和色散系数分别满足以下条件：
n1为1.61，n2为1.75，n3为1.49，n4为1.76，n5为1.62。其中，n1～n5分别代表第一透镜51至第五透镜55的折射率；第一透镜的阿贝数为41.7，第二透镜的阿贝数为36，第三透镜的阿贝数为70.4，第四透镜的阿贝数为27.6，第五透镜的阿贝数为60.3。
本发明实施例三提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第五透镜与扫描曲面06相对的凹面曲率半径为3.09mm，光圈值为1.30，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面06进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表5所示：
表5实施例三中光学成像镜组的结构参数
Figure BDA0003315067150000201
Figure BDA0003315067150000211
需要说明的是，表5为实施例三的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-12依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜51至第五透镜55对应的表面的非球面圆锥系数如下表6所示：
表6实施例三中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 4.00E+02 7.12E-02 -2.24E-02 5.06E-03
3 2.04E+01 5.23E-02 -4.36E-02 5.73E-03
4 -2.37E+00 -1.05E-01 3.87E-02 -9.85E-02
5 -4.20E+00 -7.52E-02 -1.12E-01 4.58E-02
6 -4.34E+00 -2.01E-01 2.38E-01 -1.05E-01
7 -5.49E+00 -5.81E-02 1.52E-01 -1.17E-01
8 -3.39E+00 2.07E-01 -9.29E-02 7.88E-03
9 -1.18E+00 1.73E-01 -1.03E-01 5.87E-02
10 -1.50E+00 -2.44E-01 1.97E-01 -2.78E-01
11 -2.61E+01 -6.17E-01 4.00E-01 -9.63E-02
表6为实施例三中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图12所示，场曲畸变曲线图如图13所示，垂轴色差曲线图如图14所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图12-图14观察可知，实施例三的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例四
图15为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图15中的光阑07所在一侧)至第二侧(也即，图15中的扫描曲面08所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜71、第二透镜72、第三透镜73、第四透镜74、第五透镜75、第六透镜76。
在本实施例中，第一透镜71、第二透镜72、第三透镜73、第四透镜74、第五透镜75、第六透镜76中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜71、第二透镜72、第三透镜73、第四透镜74、第五透镜75、第六透镜76为六片单一非粘合透镜。
第一透镜71至第六透镜76由第一侧至第二侧的焦距依次为正、正、负、正、负、正。
第一透镜71的第一侧表面为凹面，第二侧表面为凸面。
第二透镜72的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
第三透镜73的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
第四透镜74的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第五透镜75的第一侧表面为凹面，第二侧表面为凸面。
第六透镜76的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜71至第六透镜76的焦距满足以下关系式：
f1/f为3.81、f2/f为5.19、f3/f为-0.42、f4/f为0.39、f5/f为-1.35及f6/f为5.18；其中，f1为第一透镜71的焦距，f2为第二透镜72的焦距，f3为第三透镜73的焦距，f4为第四透镜74的焦距，f5为第五透镜75的焦距，f6为第六透镜76的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
光学成像镜组中第一透镜71至第六透镜76的折射率和色散系数分别满足以下条件：
n1为1.69，n2为1.56，n3为1.69，n4为1.58，n5为1.69，n6为1.69。其中，n1～n6分别代表第一透镜71至第六透镜76的折射率；第一透镜的阿贝数为42.3，第二透镜的阿贝数为64.1，第三透镜的阿贝数为30.8，第四透镜的阿贝数为62.8，第五透镜的阿贝数为30.8，第六透镜的阿贝数为49.4。
本发明实施例四提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第六透镜与扫描曲面08相对的凹面曲率半径为0.72mm，光圈值为1.30，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm，其在对扫描曲面08进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表7所示：
表7实施例四中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑07 无限 1
2 第一透镜71 球面 -3.47 0.86 1.69 42.3
3 球面 -2.55 0.10
4 第二透镜72 非球面 8.89 1.61 1.56 64.1
5 非球面 -48.46 0.10
6 第三透镜73 非球面 3.80 1.83 1.69 30.8
7 非球面 0.51 0.20
8 第四透镜74 非球面 0.75 1.44 1.58 62.8
9 非球面 -0.77 0.12
10 第五透镜75 非球面 -0.58 0.60 1.69 30.8
11 非球面 -1.09 0.10
12 第六透镜76 非球面 0.96 0.78 1.69 49.4
13 非球面 0.72 0.50
14 扫描曲面08 球面 2  
需要说明的是，表7为实施例四的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-14依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜71至第六透镜76对应的表面的非球面圆锥系数如下表8所示：
表8实施例四中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
4 -3.24E+01 2.25E-02 -1.14E-02 6.31E-04
5 4.00E+02 7.36E-02 -7.90E-03 -2.66E-03
6 -4.14E+00 -5.91E-02 3.73E-02 -1.68E-02
7 -3.09E+00 9.41E-03 -1.59E-03 -3.23E-02
8 -3.70E+00 -1.67E-01 2.43E-01 -1.12E-01
9 -3.73E+00 -4.64E-02 1.29E-01 -5.55E-02
10 -3.60E+00 2.21E-01 -9.29E-03 -3.66E-02
11 -1.42E+00 2.47E-01 -6.00E-02 5.48E-03
12 -1.54E+00 -2.69E-01 3.66E-01 -2.01E-01
13 -4.37E+00 -3.39E-01 -5.98E-02 9.09E-02
表8为实施例四中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图16所示，场曲畸变曲线图如图17所示，垂轴色差曲线图如图18所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图16-图18观察可知，实施例四的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例五
图19为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图19中的光阑09所在一侧)至第二侧(也即，图19中的扫描曲面10所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜91、第二透镜92、第三透镜93、第四透镜94、第五透镜95。
在本实施例中，第一透镜91、第二透镜92、第三透镜93、第四透镜94、第五透镜95中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜91、第二透镜92、第三透镜93、第四透镜94、第五透镜95为五片单一非粘合透镜。
第一透镜91至第五透镜95由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、负、正。
第一透镜91的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
第二透镜92的第一侧表面于近光轴处为凸面，第二侧表面为凹面。
第三透镜93的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜94的第一侧表面为凹面，第二侧表面为凸面。
第五透镜95的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜91至第五透镜95的焦距满足以下关系式：
f1/f为7.75、f2/f为-1.38、f3/f为0.52、f4/f为-0.70及f5/f为0.60；其中，f1为第一透镜91的焦距，f2为第二透镜92的焦距，f3为第三透镜93的焦距，f4为第四透镜94的焦距，f5为第五透镜95的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
光学成像镜组中第一透镜91至第五透镜95的折射率和色散系数分别满足以下条件：
n1为1.55，n2为1.76，n3为1.49，n4为1.76，n5为1.65。其中，n1～n5分别代表第一透镜91至第五透镜95的折射率；第一透镜的阿贝数为49.9，第二透镜的阿贝数为27.6，第三透镜的阿贝数为70.4，第四透镜的阿贝数为27.6，第五透镜的阿贝数为55.8。
本发明实施例提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第五透镜与扫描曲面10相对的凹面曲率半径为0.87mm，光圈值为1.30，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面10进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表9所示：
表9实施例五中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑09 无限 1
2 第一透镜91 非球面 4.49 0.84 1.55 49.9
3 非球面 6.97 1.05
4 第二透镜92 非球面 1.44 0.89 1.76 27.6
5 非球面 0.69 0.17
6 第三透镜93 非球面 0.85 1.12 1.49 70.4
7 非球面 -1.74 0.16
8 第四透镜94 非球面 -0.65 1.01 1.76 27.6
9 非球面 -2.05 0.10
10 第五透镜95 非球面 0.70 1.06 1.65 55.8
11 非球面 0.87 0.50
12 扫描曲面10 球面 2  
需要说明的是，表9为实施例五的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-12依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜91至第五透镜95对应的表面的非球面圆锥系数如下表10所示：
表10实施例五中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 -5.33E+01 3.63E-02 -3.23E-02 4.09E-03
3 -3.27E+02 -5.07E-02 -1.97E-02 5.75E-03
4 -4.40E+00 -1.10E-01 2.55E-02 -9.77E-02
5 -4.99E+00 -4.32E-02 -8.18E-02 2.34E-02
6 -6.91E+00 -2.32E-01 2.83E-01 -1.17E-01
7 -1.17E+01 -3.64E-02 1.27E-01 -9.09E-02
8 -5.13E+00 2.41E-01 -4.87E-02 -3.45E-02
9 2.52E-01 1.37E-01 -1.16E-02 3.05E-02
10 -1.15E+00 -1.40E-01 1.85E-01 -1.51E-01
11 -6.66E+00 3.32E-01 -1.63E+00 1.27E+00
表10为实施例五中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图20所示，场曲畸变曲线图如图21所示，垂轴色差曲线图如图22所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图20-图22观察可知，实施例五的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例六
图23为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图23中的光阑21所在一侧)至第二侧(也即，图23中的扫描曲面22所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜为五片单一非粘合透镜。
第一透镜至第五透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、正、正。
第一透镜的第一侧表面的第一侧表面为凸面，第二侧表面为凹面。
第二透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凹面。
第三透镜的第一侧表面第一侧表面为凸面，第二侧表面为凹面。
第四透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凸面。
第五透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第五透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为2.49、f2/f为-0.65、f3/f为1.45、f4/f为0.91及f5/f为10.53；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
光学成像镜组中第一透镜至第五透镜的折射率和色散系数分别满足以下条件：
n1为1.59，n2为1.76，n3为1.62，n4为1.54，n5为1.62。其中，n1～n5分别代表第一透镜至第五透镜的折射率；第一透镜的阿贝数为61.4，第二透镜的阿贝数为27.6，第三透镜的阿贝数为60.3，第四透镜的阿贝数为65.1，第五透镜的阿贝数为60.3。
本发明实施例六提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第五透镜与扫描曲面22相对的凹面曲率半径为0.44mm，光圈值为1.30，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面22进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表11所示：
表11实施例六中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑21 无限 1
2 第一透镜 非球面 3.86 1.84 1.59 61.4
3 非球面 3535.94 1.43
4 第二透镜 非球面 -5.95 1.09 1.76 27.6
5 非球面 1.80 0.10
6 第三透镜 非球面 1.91 0.93 1.62 60.3
7 非球面 8.27 0.10
8 第四透镜 非球面 4.02 1.12 1.54 65.1
9 非球面 -1.72 0.10
10 第五透镜 非球面 0.70 0.73 1.62 60.3
11 非球面 0.44 0.5
12 扫描曲面22 球面 2  
需要说明的是，表11为实施例六的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-12依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜至第五透镜对应的表面的非球面圆锥系数如下表12所示：
表12实施例六中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 -1.82E+01 4.71E-02 -1.18E-02 3.78E-03
3 4.00E+02 3.38E-02 1.00E-02 1.25E-02
4 -1.89E+02 -1.31E-01 1.20E-01 -4.27E-02
5 -4.77E+00 -7.97E-02 6.13E-02 -3.43E-02
6 -3.01E+00 -8.28E-02 4.12E-02 -1.80E-02
7 3.56E+01 -1.19E-01 1.61E-02 2.42E-03
8 6.77E-01 5.28E-02 4.61E-04 2.26E-03
9 -1.32E+00 5.80E-02 1.21E-01 -4.34E-02
10 -4.37E-01 -4.33E-02 -1.86E-02 -1.18E-01
11 -9.69E-01 6.42E-01 -2.14E+00 1.16E+00
表12为实施例六中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图24所示，场曲畸变曲线图如图25所示，垂轴色差曲线图如图26所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图24-图26观察可知，实施例六的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例七
图27为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图27中的光阑23所在一侧)至第二侧(也即，图27中的扫描曲面24所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜为五片单一非粘合透镜。
第一透镜至第五透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为负、正、负、正、负。
第一透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面为凹面。
第二透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面为凹面。
第三透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面为凹面。
第四透镜的第一侧表面为凹面，第二侧表面为凸面。
第五透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面于远光轴处为凸面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第五透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为-1.54、f2/f为0.68、f3/f为-0.54、f4/f为0.57及f5/f为-3.50；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
光学成像镜组中第一透镜至第五透镜的折射率和色散系数分别满足以下条件：
n1为1.73，n2为1.58，n3为1.76，n4为1.49，n5为1.62。其中，n1～n5分别代表第一透镜至第五透镜的折射率；第一透镜的阿贝数为46.3，第二透镜的阿贝数为61.3，第三透镜的阿贝数为27.6，第四透镜的阿贝数为70.4，第五透镜的阿贝数为60.3。
本发明实施例提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第五透镜与扫描曲面24相对的凹面曲率半径为0.7mm，光圈值为1.30，半视场角为10度，扫描半径1.8mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面24进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表13所示：
表13实施例七中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑23 无限 1
2 第一透镜 非球面 11.23 1.94 1.73 46.3
3 非球面 2.15 0.37
4 第二透镜 非球面 0.97 1.31 1.58 61.3
5 非球面 7.65 0.34
6 第三透镜 非球面 4.78 0.63 1.76 27.6
7 非球面 0.83 0.34
8 第四透镜 非球面 34.38 1.11 1.49 70.4
9 非球面 -0.74 0.10
10 第五透镜 非球面 1.14 0.77 1.62 60.3
11 非球面 0.70 0.50
12 扫描曲面24 球面 2  
需要说明的是，表13为实施例七的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-12依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜至第五透镜对应的表面的非球面圆锥系数如下表14所示：
表14实施例七中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 5.68E+01 -7.44E-03 9.83E-03 -4.02E-03
3 -1.61E+01 -6.07E-02 4.00E-02 -7.74E-03
4 -2.35E+00 2.42E-02 5.98E-03 -1.45E-02
5 -3.47E+02 2.42E-01 -3.25E-01 1.39E-01
6 -1.43E+02 -1.59E-01 7.35E-03 7.24E-02
7 -5.24E+00 -2.98E-01 2.20E-01 -7.42E-02
8 4.00E+02 -3.52E-01 3.24E-01 -1.42E-01
9 -2.13E+00 -1.25E-01 1.00E-01 -1.97E-02
10 -6.35E-01 -5.57E-02 1.76E-02 -2.62E-01
11 -6.65E-01 -1.95E+00 1.81E+00 -8.87E-01
表14为实施例七中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图28所示，场曲畸变曲线图如图29所示，垂轴色差曲线图如图30所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图28-图30观察可知，实施例七的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例八
图31为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图31中的光阑25所在一侧)至第二侧(也即，图31中的扫描曲面26所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜为五片单一非粘合透镜。
第一透镜至第五透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、正、负。
第一透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第二透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凹面。
第三透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜的第一侧表面于近光轴处为凸面，第二侧表面为凸面。
第五透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第五透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为3.00、f2/f为-0.46、f3/f为0.54、f4/f为32.84及f5/f为-1.48；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
光学成像镜组中第一透镜至第五透镜的折射率和色散系数分别满足以下条件：
n1为1.632，n2为1.632，n3为1.535，n4为1.535，n5为1.632。其中，n1～n5分别代表第一透镜至第五透镜的折射率；第一透镜的阿贝数为23.2，第二透镜的阿贝数为23.2，第三透镜的阿贝数为55.7，第四透镜的阿贝数为55.7，第五透镜的阿贝数为23.2。
本发明实施例八提供的光学成像镜组中；光学成像镜组整体的等效焦距为2.57mm，第五透镜与扫描曲面26相对的凹面曲率半径为0.76mm，光圈值为1.25，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面26进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表15所示：
表15实施例八中光学成像镜组的结构参数
Figure BDA0003315067150000331
Figure BDA0003315067150000341
需要说明的是，表15为实施例八的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-12依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜至第五透镜对应的表面的非球面圆锥系数如下表16所示：
表16实施例八中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 -3.95E+02 2.98E-02 7.92E-03 -3.95E-03
3 -8.50E+00 4.07E-02 1.10E-02 -4.31E-03
4 -4.17E+00 1.05E-01 -1.18E-01 1.39E-02
5 -7.61E-01 4.02E-02 -6.15E-02 6.04E-03
6 -2.57E+00 -7.43E-02 3.48E-02 -1.22E-02
7 -2.59E+00 5.37E-04 3.80E-03 1.71E-03
8 -5.27E+00 8.41E-02 -4.78E-03 4.36E-04
9 -1.02E+00 8.41E-02 -2.10E-02 3.65E-03
10 -4.10E-02 6.93E-02 -4.67E-02 -8.02E-03
11 1.22E-01 1.01E+00 -4.71E+00 1.28E+00
表16为实施例八中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图32所示，场曲畸变曲线图如图33所示，垂轴色差曲线图如图34所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图32-图34观察可知，实施例八的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例九
图35为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图35中的光阑27所在一侧)至第二侧(也即，图35中的扫描曲面28所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜为六片单一非粘合透镜。
第一透镜至第六透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、负、正、负及正。
第一透镜的第一侧表面为凹面，第二侧表面为凸面。
第二透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凹面。
第三透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处凹面。
第四透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第五透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凸面。
第六透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第六透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为10.18、f2/f为-4.11、f3/f为-1.43、f4/f为0.42、f5/f为-0.37及f6/f为0.43；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
光学成像镜组中第一透镜至第六透镜的折射率和色散系数分别满足以下条件：
n1为1.52，n2为1.73，n3为1.71，n4为1.57，n5为1.69，n6为1.62。其中，n1～n6分别代表第一透镜至第六透镜的折射率；第一透镜的阿贝数为66.8，第二透镜的阿贝数为29.2，第三透镜的阿贝数为29.6，第四透镜的阿贝数为63.5，第五透镜的阿贝数为30.7，第六透镜的阿贝数为60.3。
本发明实施例九提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第六透镜与扫描曲面28相对的凹面曲率半径为5.15mm，光圈值为1.30，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm，其在对扫描曲面28进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表17所示：
表17实施例九中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑27 无限 1
2 第一透镜 球面 -2.67 0.83 1.52 66.8
3 球面 -2.48 0.10
4 第二透镜 非球面 -10.97 0.84 1.73 29.2
5 非球面 29.48 0.10
6 第三透镜 非球面 1.22 1.08 1.71 29.6
7 非球面 0.53 0.26
8 第四透镜 非球面 0.64 1.30 1.57 63.5
9 非球面 -4.05 0.45
10 第五透镜 非球面 -0.43 0.71 1.69 30.7
11 非球面 -2.10 0.18
12 第六透镜 非球面 0.66 1.15 1.62 60.3
13 非球面 5.15 0.50
14 扫描曲面28 球面 2  
需要说明的是，表17为实施例九的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-14依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜至第六透镜对应的表面的非球面圆锥系数如下表18所示：
表18实施例九中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
Figure BDA0003315067150000361
Figure BDA0003315067150000371
表18为实施例九中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图36所示，场曲畸变曲线图如图37所示，垂轴色差曲线图如图38所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图36-图38观察可知，实施例九的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例十
图39为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图39中的光阑29所在一侧)至第二侧(也即，图39中的扫描曲面30所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为七片单一非粘合透镜。
第一透镜至第七透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、负、正正、负。
第一透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
第二透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凸面。
第三透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面为凹面。
第四透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凹面。
第五透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凸面。
第六透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面
第七透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第七透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为3.40、f2/f为-1.83、f3/f为0.91、f4/f为-0.38、f5/f为1.03、f6/f为0.86及f7/f为-1.71；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距，f7为第七透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
本发明实施例十提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为3.1mm，第七透镜与扫描曲面30相对的凹面曲率半径为0.60mm，光圈值为1.55，半视场角为9度，扫描半径1.7mm，入瞳直径2mm，其在对扫描曲面30进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表19所示：
表19实施例十中光学成像镜组的结构参数
Figure BDA0003315067150000381
Figure BDA0003315067150000391
需要说明的是，表19为实施例十的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-16依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图40所示，场曲畸变曲线图如图41所示，垂轴色差曲线图如图42所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图40-图42观察可知，实施例十的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例十一
图43为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图43中的光阑41所在一侧)至第二侧(也即，图43中的扫描曲面42所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和平板玻璃。需要说明的是，靠近扫描曲面42的平板玻璃不计入镜片数，其两个面为平面，用于对扫描光纤进行保护。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为七片单一非粘合透镜。
第一透镜至第七透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、负、正正、正。
第一透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凸面。
第二透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凹面。
第三透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凸面。
第四透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凹面。
第五透镜的第一侧表面于近光轴处为凸面，第二侧表面为凸面。
第六透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面
第七透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第七透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为0.59、f2/f为-0.26、f3/f为0.95、f4/f为-0.40、f5/f为0.88、f6/f为1.94及f7/f为2.54；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距，f7为第七透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
本发明实施例十一提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为3.1mm，第七透镜与扫描曲面42靠近的凹面曲率半径为2.17mm，光圈值为1.55，半视场角为9度，扫描半径1.7mm，入瞳直径2mm，其在对扫描曲面42进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表20所示：
表20实施例十一中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑41 无限 1
2 第一透镜 非球面 1.77 1.07 玻璃 1.95 32.3
3 非球面 -539.01 0.27
4 第二透镜 非球面 -3.53 0.56 玻璃 1.92 18.9
5 非球面 1.02 0.34
6 第三透镜 非球面 -1.68 0.80 玻璃 1.95 32.3
7 非球面 -1.30 0.17
8 第四透镜 非球面 -1.03 0.62 玻璃 1.78 25.7
9 非球面 33.47 0.09
10 第五透镜 非球面 144.56 1.25 玻璃 1.75 52.3
11 非球面 -2.09 0.05
12 第六透镜 非球面 4.25 1.05 玻璃 1.49 81.6
13 非球面 -9.41 0.07
14 第七透镜 非球面 2.21 1.94 玻璃 1.75 52.3
15 非球面 2.17 0.51
16 平板玻璃 非球面 无限 0.30 玻璃 1.51 64.2
17 非球面 无限 0.10
18 扫描曲面42 球面 1.70  
需要说明的是，表20为实施例十一的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-18依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图44所示，场曲畸变曲线图如图45所示，垂轴色差曲线图如图46所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图44-图46观察可知，实施例十一的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例十二
图47为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图47中的光阑43所在一侧)至第二侧(也即，图47中的扫描曲面44所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和平板玻璃。需要说明的是，靠近扫描曲面44的平板玻璃不计入镜片数，其两个面为平面，用于对扫描光纤进行保护。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为七片单一非粘合透镜。
第一透镜至第七透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为负、正、负、正、正负、正。
第一透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
第二透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
第三透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凸面。
第四透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凸面。
第五透镜的第一侧表面和第二侧表面为凸面。
第六透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凸面。
第七透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第七透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为-2.45、f2/f为0.63、f3/f为-0.26、f4/f为1.17、f5/f为0.86、f6/f为-1.15及f7/f为0.99；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距，f7为第七透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
本发明实施例十二提供的光学成像镜组中，光学成像镜组整体的等效焦距为3.1mm，第七透镜与扫描曲面44靠近的凹面曲率半径为5mm，光圈值为1.55，半视场角为9度，扫描半径1.7mm，入瞳直径2mm，其在对扫描曲面44进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表21所示：
表21实施例十二中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑43 无限 1
2 第一透镜 非球面 2.38 0.60 玻璃 1.73 29.5
3 非球面 1.49 0.10
4 第二透镜 非球面 1.23 1.50 玻璃 1.83 41.7
5 非球面 2.33 0.43
6 第三透镜 非球面 -0.64 0.60 玻璃 1.82 20.8
7 非球面 -17.86 0.29
8 第四透镜 非球面 -1.90 0.99 玻璃 1.93 33.5
9 非球面 -1.53 0.10
10 第五透镜 非球面 10.80 1.07 玻璃 1.76 52.3
11 非球面 -2.38 0.13
12 第六透镜 非球面 -2.11 0.60 玻璃 1.95 18.1
13 非球面 -6.18 0.10
14 第七透镜 非球面 2.38 2.85 玻璃 1.92 32.3
15 非球面 5.00 0.15
16 平板玻璃 非球面 无限 0.30 玻璃 1.51 64.19
17 非球面 无限 0.10
18 扫描曲面44 球面 1.70  
需要说明的是，表21为实施例十二的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-18依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图48所示，场曲畸变曲线图如图49所示，垂轴色差曲线图如图50所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图48-图50观察可知，实施例十一的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例十三
图51为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图51中的光阑45所在一侧)至第二侧(也即，图51中的扫描曲面46所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜为四片单一非粘合透镜。
第一透镜至第四透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、正。
第一透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第二透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凹面。
第三透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第四透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为1.42、f2/f为-0.32、f3/f为0.56、f4/f为1.36；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
本发明实施例十三提供的光学成像镜组中；光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第四透镜与扫描曲面46相对的凹面曲率半径为0.77mm，光圈值为1.3，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面46进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表22所示：
表22实施例十三中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑45 无限 1
2 第一透镜 非球面 12.61 0.97 1.57 52.7
3 非球面 -2.50 1.42
4 第二透镜 非球面 -3.25 1.14 1.7 30.5
5 非球面 0.82 0.15
6 第三透镜 非球面 1.13 1.30 1.57 63
7 非球面 -1.90 0.10
8 第四透镜 非球面 0.86 0.98 1.64 56.1
9 非球面 0.77 0.50
10 扫描曲面46 球面 2  
需要说明的是，表22为实施例十三的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-10依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜至第四透镜对应的表面的非球面圆锥系数如下表23所示：
表23实施例十三中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 -1.09E+02 2.79E-02 1.66E-02 -5.37E-04
3 2.35E-01 7.91E-02 1.08E-02 1.18E-02
4 -2.39E+01 3.41E-02 4.26E-02 -2.59E-02
5 -2.61E+00 -8.53E-02 1.36E-01 -6.27E-02
6 -1.01E+00 -1.21E-01 3.99E-02 4.81E-04
7 -1.77E+00 1.11E-01 -1.29E-01 5.50E-02
8 -1.90E+00 3.36E-01 -1.50E-01 9.71E-02
9 -3.68E-01 -1.29E-01 -6.23E-03 -1.13E+00
表23为实施例十三中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图52所示，场曲畸变曲线图如图53所示，垂轴色差曲线图如图54所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图52-图54观察可知，实施例十三的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例十四
图55为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图55中的光阑47所在一侧)至第二侧(也即，图55中的扫描曲面48所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜为四片单一非粘合透镜。
第一透镜至第四透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、正。
第一透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凸面。
第二透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
第三透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第四透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为1.41、f2/f为-0.37、f3/f为0.61、f4/f为1.04；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
本发明实施例十四提供的光学成像镜组中；光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第四透镜与扫描曲面48相对的凹面曲率半径为1.13mm，光圈值为1.3，半视场角为10度，扫描半径1.8mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面48进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表24所示：
表24实施例十四中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑47 无限 1
2 第一透镜 非球面 -115.30 1.14 1.57 50.1
3 非球面 -2.07 1.39
4 第二透镜 非球面 5.76 0.71 1.72 29
5 非球面 0.59 0.34
6 第三透镜 非球面 1.01 1.21 1.54 65.7
7 非球面 -3.17 0.10
8 第四透镜 非球面 0.93 1.03 1.64 56.8
9 非球面 1.13 0.50
10 扫描曲面48 球面 2  
需要说明的是，表24为实施例十四的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-10依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜至第四透镜对应的表面的非球面圆锥系数如下表25所示：
表25实施例十四中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
Figure BDA0003315067150000471
Figure BDA0003315067150000481
表25为实施例十四中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图56所示，场曲畸变曲线图如图57所示，垂轴色差曲线图如图58所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图56-图58观察可知，实施例十四的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例十五
图59为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图59中的光阑49所在一侧)至第二侧(也即，图59中的扫描曲面50所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜为四片单一非粘合透镜。
第一透镜至第四透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、负。
第一透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
第二透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凹面。
第三透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第四透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为2.02、f2/f为-0.52、f3/f为0.48、f4/f为-1.02；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
本发明实施例十五提供的光学成像镜组中；光学成像镜组整体的等效焦距为3mm，第四透镜与扫描曲面50相对的凹面曲率半径为0.42mm，光圈值为1.5，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面50进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表26所示：
表26实施例十五中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑49 无限 1
2 第一透镜 非球面 2.86 0.94 1.59 61.9
3 非球面 12.20 1.37
4 第二透镜 非球面 -14.44 1.88 1.76 27.6
5 非球面 1.36 0.11
6 第三透镜 非球面 1.86 1.61 1.52 67.1
7 非球面 -0.88 0.10
8 第四透镜 非球面 0.91 0.75 1.72 46.4
9 非球面 0.42 0.50
10 扫描曲面50 球面 2  
需要说明的是，表26为实施例十五的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-10依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜至第四透镜对应的表面的非球面圆锥系数如下表27所示：
表27实施例十五中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 -3.44E+00 1.66E-02 6.03E-03 7.02E-04
3 -4.00E+02 2.10E-03 8.96E-03 3.17E-03
4 2.32E+02 -1.51E-01 4.88E-02 -9.85E-03
5 -6.62E+00 -1.01E-01 6.87E-02 -2.45E-02
6 -3.75E+00 -6.16E-02 4.91E-02 -1.24E-02
7 -7.65E-01 2.08E-01 -6.97E-02 2.36E-02
8 -1.18E+00 5.34E-02 -1.67E-02 -2.41E-02
9 -1.06E+00 -1.39E+00 1.39E+00 -1.26E+00
表27为实施例十五中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图60所示，场曲畸变曲线图如图61所示，垂轴色差曲线图如图62所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图60-图62观察可知，实施例十五的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例十六
图63为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图63中的光阑61所在一侧)至第二侧(也即，图63中的扫描曲面62所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜为四片单一非粘合透镜。
第一透镜至第四透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、正。
第一透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第二透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凹面。
第三透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第四透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为1.52、f2/f为-0.42、f3/f为1.16、f4/f为0.65；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
本发明实施例十六提供的光学成像镜组中；光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第四透镜与扫描曲面62相对的凹面曲率半径为1.24mm，光圈值为1.3，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面62进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表28所示：
表28实施例十六中光学成像镜组的结构参数
表面 透镜序号 面形 曲率半径 厚度/间距 材料 材料折射率 色散系数
0 成像平面 平面 无限 无限
1 光阑61 无限 1
2 第一透镜 非球面 14.70 1.23 1.54 50.9
3 非球面 -2.41 1.69
4 第二透镜 非球面 -1.48 0.60 1.76 27.6
5 非球面 2.20 0.10
6 第三透镜 非球面 2.61 0.98 1.49 70.4
7 非球面 -2.95 0.35
8 第四透镜 非球面 0.82 1.50 1.61 60.6
9 非球面 1.24 0.50
10 扫描曲面62 球面 2  
需要说明的是，表28为实施例十六的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-10依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜至第四透镜对应的表面的非球面圆锥系数如下表29所示：
表29实施例十六中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 -4.49E+01 1.23E-02 5.41E-03 1.44E-03
3 4.40E-02 6.09E-02 -2.00E-03 7.68E-03
4 -3.47E+00 3.26E-02 5.49E-02 -3.22E-02
5 -2.79E+01 -1.43E-01 1.34E-01 -4.70E-02
6 1.38E+00 -9.19E-02 4.04E-02 -1.08E-02
7 -4.00E-01 1.11E-01 -8.47E-02 2.99E-02
8 -1.74E+00 2.03E-01 -6.56E-02 4.15E-02
9 5.73E-01 2.39E-01 -1.41E-01 -8.23E-01
表29为实施例十六中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图64所示，场曲畸变曲线图如图65所示，垂轴色差曲线图如图66所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图64-图66观察可知，实施例十六的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
实施例十七
图67为本发明实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图67中的光阑63所在一侧)至第二侧(也即，图67中的扫描曲面64所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜。
在本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜中每两个相邻透镜间均具有间隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜为四片单一非粘合透镜。
第一透镜至第四透镜由第一侧至第二侧的焦距依次为正、负、正、正。
第一透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凸面。
第二透镜的第一侧表面于近光轴处为凹面，第二侧表面为凹面。
第三透镜的第一侧表面和第二侧表面均为凸面。
第四透镜的第一侧表面为凸面，第二侧表面于近光轴处为凹面。
在本实施例中，光学成像镜组中第一透镜至第四透镜的焦距满足以下关系式：
f1/f为1.51、f2/f为-0.48、f3/f为1.15、f4/f为0.73；其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为光学成像镜组的等效焦距。
本发明实施例十七提供的光学成像镜组中；光学成像镜组整体的等效焦距为2.6mm，第四透镜与扫描曲面64相对的凹面曲率半径为1.26mm，光圈值为1.3，半视场角为10度，扫描半径2mm，入瞳直径2mm。其在对扫描曲面64进行成像的各透镜的曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的优选参数如表30所示：
表30实施例十七中光学成像镜组的结构参数
Figure BDA0003315067150000531
Figure BDA0003315067150000541
需要说明的是，表30为实施例十七的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-10依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
进一步地，第一透镜至第四透镜对应的表面的非球面圆锥系数如下表31所示：
表31实施例十七中不同透镜表面的非球面圆锥系数数据
表面 K A4 A6 A8
2 1.84E+02 1.14E-02 5.76E-03 1.16E-03
3 -2.81E-01 6.57E-02 -2.36E-03 7.11E-03
4 -3.35E+00 3.24E-02 5.69E-02 -3.04E-02
5 -2.37E+01 -1.41E-01 1.34E-01 -4.63E-02
6 1.43E+00 -9.01E-02 4.08E-02 -1.18E-02
7 -3.04E-01 1.10E-01 -8.47E-02 3.05E-02
8 -1.65E+00 2.10E-01 -6.09E-02 4.01E-02
9 1.24E+00 2.88E-01 -5.78E-01 -5.99E-01
表31为实施例十七中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，A4到A8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图68所示，场曲畸变曲线图如图69所示，垂轴色差曲线图如图70所示；其中，光学传递函数曲线图(Modulation Transfer Function，MTF)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下F-Tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直于轴向方向上色像差大小。
由图68-图70观察可知，实施例十七的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对光纤扫描器的扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括显示元件、壳体等，显示元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
扫描显示装置
前述的光学成像镜组，可以配合光纤扫描器(或者相应的光纤扫描模组)，构成本申请实施例中的扫描显示装置(如图1a、1b所示，光学成像镜组设置于光纤扫描器的出光光路上)，其中，光学成像镜组的第一侧朝向光纤扫描器扫描出光方向，优选方式为光学成像镜组与光纤扫描器中心光轴共轴。当然，有关光纤扫描器的结构和大致原理可以参考前述图1a、1b对应的内容，这里便不再过多赘述。
近眼显示设备
本申请中，扫描显示装置可进一步应用于近眼显示设备中，可配合近眼显示模组构成本申请实施例中的近眼显示设备，用作头戴式AR设备(如：AR眼镜)。该扫描显示装置设置于近眼显示模组中。
其中，近眼显示模组中可包括：光源、处理控制电路、佩戴式框架结构、波导等。光源输出的图像光束进入扫描显示装置中，由其中的光纤扫描器扫描输出至光学显示镜组，光纤扫描器的扫描曲面(可参考图2中的扫描曲面230)经光学显示镜组后，转换为成像平面(可参考图2中的成像平面240)，该成像平面作为波导的入瞳面耦入至波导中，再经波导扩展成像耦出，进入人眼。
作为另一种可能的实施方式，扫描显示装置可进一步可配合近眼显示模组构成本申请实施例中的近眼显示设备，用作头戴式VR设备(如：VR头盔/眼镜)。该扫描显示装置设置于近眼显示模组中。
综上所述，本申请实施例中，通过对光学成像镜组的多个同光轴透镜中靠近曲面图像的透镜面型结构和曲率半径进行限定，使其能够与对应的扫描曲面半径相匹配，从而实现从曲面图像到平面图像的清晰成像；通过合理数量的透镜组合配置让光学成像镜组能够根据应用场景的变化，兼顾协调与平衡成像质量、小型化和加工工艺性等需求；通过对多个透镜中的部分透镜进行焦距、折射率、色散系数以及面型结构的限定优化，进一步提高了成像品质。
以上所述的只是本申请的较佳具体实施例，各实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对本申请的限制，凡本领域技术人员依本申请的构思通过逻辑分析、推理或者有效的实验可以得到的技术方案，皆应该本申请的范围之内。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一透镜和第二透镜表示不同的透镜，虽然两者均是透镜。

Claims (15)

1.一种光学成像镜组，其特征在于，所述光学成像镜组包括多个透镜，多个所述透镜中至少包含一个负透镜；
多个所述透镜由所述光学成像镜组的第一侧至第二侧依次共光轴设置，所述光学成像镜组的所述第二侧对应曲面图像，所述光学成像镜组的所述第一侧对应平面图像；
靠近所述曲面图像且与所述曲面图像相对的所述透镜表面为凹面。
2.如权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述凹面的曲率半径为0.4-5.15mm。
3.如权利要求1或2所述的光学成像镜组，其特征在于，多个所述透镜的个数为3个或4个或5个或6个或7个或8个。
4.如权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，所述凹面位于对应所述透镜表面的近光轴处。
5.如权利要求4所述的光学成像镜组，其特征在于，与所述曲面图像相对的所述透镜表面于远光轴处为凸面。
6.如权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，多个所述透镜中至少有一个透镜的焦距fi与f总存在以下关系：
0.2≤|fi/f总|≤1.2，其中，f总为所述光学成像镜组的焦距，所述fi为沿光轴由所述第一侧至所述第二侧依序第i个透镜的焦距，所述i为大于等于1的整数。
7.如权利要求6所述的光学成像镜组，其特征在于，多个所述透镜中至少有一个负透镜的焦距f负与f总存在以下关系：
0.2≤|f负/f总|≤1.0，其中，f总为所述光学成像镜组的焦距，所述f负为多个所述透镜中的所述负透镜的焦距。
8.如权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，至少一个所述负透镜的阿贝数范围在16-33之间。
9.如权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，多个所述透镜中阿贝数最小的负透镜折射率满足以下关系：
所述阿贝数最小的所述负透镜若为塑胶镜片时，对应折射率范围在1.5-1.7之间。
10.如权利要求9所述的光学成像镜组，其特征在于，所述阿贝数最小的所述负透镜若为玻璃镜片时，对应折射率范围在1.7-1.9之间。
11.如权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，多个所述透镜中焦距占比绝对值最小的一个负透镜和一个正透镜满足以下关系：
f负/f总+f正/f总的范围在(-0.5，0.5)之间，其中，f负为多个所述透镜中焦距占比绝对值最小的所述负透镜的焦距，f正为多个所述透镜中焦距占比绝对值最小的所述正透镜的焦距，f总为所述光学成像镜组的焦距。
12.如权利要求1所述的光学成像镜组，其特征在于，靠近所述曲面图像的两个所述透镜具有相邻的两个透镜表面，相邻的两个所述透镜表面均为凸面。
13.一种扫描显示装置，其特征在于，包括光纤扫描器及前述权利要求1至12中任一项所述的光学成像镜组，所述光纤扫描器用于扫描并出射待显示图像的光，所述光学成像镜组用于将所述光纤扫描器出射的光对应的扫描面进行放大成像及投射；
其中，所述光纤扫描器包括致动器和固定于所述致动器上的光纤，所述光纤超过所述致动器的部分形成光纤悬臂，所述光纤悬臂在所述致动器的驱动下进行二维扫描。
14.一种近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备用作头戴式增强现实设备，至少包括近眼显示模组以及根据权利要求13所述的扫描显示装置，所述扫描显示装置设置于所述近眼显示模组中。
15.一种近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备用作头戴式虚拟现实设备，至少包括近眼显示模组以及根据权利要求13所述的扫描显示装置，所述扫描显示装置设置于所述近眼显示模组中。
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