CN208366323U - 光信号接收光学镜组 - Google Patents

Abstract

光信号接收光学镜组，属于光学装置技术领域。本实用新型光信号接收光学镜组。本实用新型电子设备包括上述摄像光学镜组沿光轴由物侧至像侧依序包括：具有负光焦度的第一透镜；具有正光焦度的第二透镜；以及具有正光焦度的第三透镜；其中，所述第一透镜和所述第二透镜之间设有光阑，或者所述第二透镜和所述第三透镜之间设有光阑；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜的物侧面和像侧面均为非球面。本实用新型能同时满足光学系统小型化、视场角大、畸变小、成像品质好的多种要求，可应用于广角线性投射照明的光学测距用的电子设备。

Description

光信号接收光学镜组

技术领域

本实用新型属于光学装置技术领域，尤其涉及一种应用于广角线性投射照明的光学测距用的，可量产小型化的光信号接收光学模组。

背景技术

随着智能社会的发展，智能化设备的研发越来越受各界关注。智能设备要对周边事物进行感知，少不了接收光信号的光学系统，由于光学测距技术的研发越来越成熟，大量光学测距系统如激光雷达，扫地机器人，避障及测量产品都在迅速开发中。将这些设备深入到民用设备，大批量生产已是大势所趋，这就需要智能设备上的光学系统小型化，量产化，同时还要降低成本。由于传统照明的光照面积较大，单位面积光能量较小，目前，开发线性投射照明和光信号接收镜组为商业主流趋势。

与成像光学系统不同，系统解像力并不是考察光信号接收镜组优良的重点，光信号接收光学镜组要保证芯片上能量的利用率，光信号接收镜组不同视场对应的光点应能够满足成像光斑占据芯片每个pixel的能量需求。另外，为了保证后期算法能更好的实现反畸变算法，光信号接收镜组的畸变应考察其F-theta畸变，且F-theta畸变值不宜过大。在F-theta畸变较小的情况下，还需要同时满足大视场光斑占据pixel的个数，以及通光量和镜组相对照度的需求，若使用传统光学成像系统则很难满足。同时广角线性光学测距信号接收镜组与传统光信号接收镜组不同，线性照明光信号接收镜组的视场角更大，这使得传统光信号接收镜组很难满足其应用过程中的畸变和信号接收要求。

实用新型专利CN202393913U公开了光信号接收装置和测距仪，并具体公开了光信号接收装置包括透镜组、第一反射面和光检测器；透镜组包括第一聚焦透镜和第二聚焦透镜，第一聚焦透镜的光轴与第二聚焦透镜的光轴重合；第一反射面设置于所述透镜组的外围，并且位于所述第一聚焦透镜和第二聚焦透镜之间；接收到的光信号经透镜组合第一反射面汇聚后，进入光检测器。该光信号接收装置是用以解决近距离光信号与远距离光信号接收不统一，因测量距离损失部分光信号的问题。该实用新型专利未能解决现有技术中在满足大视场角的基础下，也能满足畸变小和不同视场角对应的光点能够满足像素能量要求的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种小型化、大视场角、畸变小，并能确保整个视场下的素有信号光能有效的被感光芯片接收的光信号接收光学镜组。

根据上述目的，本实用新型提供一种光信号接收光学模组，

沿光轴由物侧至像侧依序包括：

具有负光焦度的第一透镜；

具有正光焦度的第二透镜；以及

具有正光焦度的第三透镜；

其中，所述第一透镜和所述第二透镜之间设有光阑，或者所述第二透镜和所述第三透镜之间设有光阑；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

作为优选，所述光信号接收光学镜组的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，其满足下列条件：

。

作为优选，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜中任意两相邻透镜之间均具有间距。

作为优选，所述第二透镜的物侧面至少于近光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面至少于近光轴处为凸面。

作为优选，所述第三透镜的物侧面至少于近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面至少于近光轴处为凹面。

作为优选，所述第一透镜的物侧面曲率半径为R1，所述第一透镜的像侧面曲率半径为R2，所述第三透镜的物侧面曲率半径为R6，所述第三透镜的像侧面曲率半径为R7，其满足下列条件：

；

。

作为优选，所述第一透镜的物侧面至所述第一透镜的像侧面的中间厚度为CT1，所述第一透镜的物侧面至所述第一透镜的像侧面的边缘厚度为ET1，所述第二透镜的物侧面至所述第二透镜的像侧面的中间厚度为CT2，所述第二透镜的物侧面至所述第二透镜的像侧面的边缘厚度为ET2，其满足下列条件：

。

作为优选，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜均为塑料透镜。

作为优选，所述光信号接收光学镜组还包括设置于所述第三透镜与成像面之间的滤光片。

本实用新型具有以下有益效果:

本实用新型光信号光学镜组能同时满足光学系统小型化、视场角大、畸变小、成像品质好的多种要求。一方面，通过设置不同光焦度、不同焦距的透镜，缩短光学系统总长，确保光信号光学镜组器件小型化，同时扩大视场范围，提高大视场的光斑集中度，确保整个视场下所有信号光都能效被感光芯片接收；另一方面，第一透镜、第三透镜设置不同的物侧面/像侧面曲率半径，进一步提高大视场光斑集中度，提高光信号接收率。

附图说明

图1a、1b、1c、1d依次为本实用新型实施例一光信号接收光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图；

图2a、2b、2c、2d依次为本实用新型实施例二光信号接收光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图；

图3a、3b、3c、3d依次为本实用新型实施例三光信号接收光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图；

图4a、4b、4c、4d依次为本实用新型实施例四光信号接收光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图；

图5a、5b、5c、5d依次为本实用新型实施例五光信号接收光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图；

图6a、6b、6c、6d依次为本实用新型实施例六光信号接收光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图；

实施例一：E11-第一透镜；S11-第一透镜的物侧面；S12-第一透镜的像侧面；ST10-光阑；E12-第二透镜；S13-第二透镜的物侧面；S14-第二透镜的像侧面；E13-第三透镜；S15-第三透镜的物侧面；S16-第三透镜的像侧面；E14-滤光片；S17-滤光片的物侧面；S18-滤光片的像侧面；S19-成像面；

实施例二：E21-第一透镜；S21-第一透镜的物侧面；S22-第一透镜的像侧面；ST20-光阑；E22-第二透镜；S23-第二透镜的物侧面；S24-第二透镜的像侧面；E23-第三透镜；S25-第三透镜的物侧面；S26-第三透镜的像侧面；E24-滤光片；S27-滤光片的物侧面；S28-滤光片的像侧面；S29-成像面；

实施例三：E31-第一透镜；S31-第一透镜的物侧面；S32-第一透镜的像侧面；ST30-光阑；E32-第二透镜；S33-第二透镜的物侧面；S34-第二透镜的像侧面；E33-第三透镜；S35-第三透镜的物侧面；S36-第三透镜的像侧面；E34-滤光片；S37-滤光片的物侧面；S38滤光片的像侧面；S39-成像面；

实施例四：E41-第一透镜；S41-第一透镜的物侧面；S42-第一透镜的像侧面；ST40-光阑；E42-第二透镜；S43-第二透镜的物侧面；S44-第二透镜的像侧面；E43-第三透镜；S45-第三透镜的物侧面；S46-第三透镜的像侧面；E44-滤光片；S47-滤光片的物侧面；S48-滤光片的像侧面；S49-成像面；

实施例五：E51-第一透镜；S51-第一透镜的物侧面；S52-第一透镜的像侧面；ST50-光阑；E52-第二透镜；S53-第二透镜的物侧面；S54-第二透镜的像侧面；E53-第三透镜；S55-第三透镜的物侧面；S56-第三透镜的像侧面；E54-滤光片；S57-滤光片的物侧面；S58-滤光片的像侧面；S59-成像面；

实施例六：E61-第一透镜；S61-第一透镜的物侧面；S62-第一透镜的像侧面；ST60-光阑；E62-第二透镜；S63-第二透镜的物侧面；S64-第二透镜的像侧面；E63-第三透镜；S65-第三透镜的物侧面；S66-第三透镜的像侧面；E64-滤光片；S67-滤光片的物侧面；S68-滤光片的像侧面；S69-成像面。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变型方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文讨论的第一透镜也可被称为第二透镜或第三透镜。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状；凹面或凸面的形状不限于附图中示出的凹面或凸面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语（包括技术用语和科学用语）均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语（例如在常用词典中定义的用语）应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且江不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

图1a、2a、3a、4a、5a、6a分别示出了本实用新型实施例一、二、三、四、五、六摄像光学镜组的结构示意图，下述以实施例一所示结构为例进行具体说明，其他实施例结构与实施例一结构大体相同，仅参数选择上不同。本实用新型光信号接收光学镜组包括第一透镜E11、第二透镜E12、第三透镜E13。上述三片透镜沿着光轴从物侧至像侧依序排列。

所述第一透镜E11、所述第二透镜E12、所述第三透镜E13中的任意两相邻透镜之间均具有间距，如上述透镜为非粘合透镜，可有效避免粘合透镜所产生的问题。所述第一透镜E11、所述第二透镜E12、所述第三透镜E13均为塑料透镜。

所述第一透镜E11、所述第二透镜E12、所述第三透镜E13的物侧面和像侧面均为非球面。非球面透镜的特点是:从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的。与从透镜中心到透镜周边具有恒定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。另外，非球面透镜的使用还可有效地减少光学系统中的透镜个数。

所述光信号接收光学镜组还包括设于第一透镜E11与第二透镜E12之间的光阑ST10。通过对光阑位置的适当选择，能够有效地矫正与光阑有关的像差（例如，慧差，像散，畸变和轴向色差），以提高镜头的成像品质。

所述光信号接收光学镜组还包括滤光片E14，设置于所述第三透镜E13与成像面S19之间。

所述第一透镜E11具有负光焦度。所述第一透镜采用折射率较高的塑料制成,所述第一透镜可有效控制整个系统的有效焦距与感光芯片解析光信号的畸变需求之间的匹配关系,避免由于焦距太小而导致F-theta畸变过高的情况。

所述第二透镜E12具有正光焦度。所述第二透镜E12的物侧面S13至少于近光轴处为凸面，所述第二透镜E12的像侧面S14至少于近光轴处为凸面。优选地，所述第二透镜E12的物侧面S13于近光轴处为凸面，所述第二透镜E12的像侧面S14于近光轴处为凸面。这样有利于控制光线走向，提供一定的光角度补偿给第一透镜E11的负光焦度。

所述第三透镜E13具有正光焦度。所述第三透镜E13的物侧面S15至少于近光轴处为凸面，所述第三透镜E13的像侧面S16至少于近光轴处为凹面。优选地，所述第三透镜E13的物侧面S15于近光轴处为凹面，所述第三透镜的像侧面S16于近光轴处为凹面。这样可提供主要屈光度同时可平衡系统屈光度配置，有效校正场曲和像散。

为了进一步缩减光学系统的总长，保证光信号接收光学镜组的小型化，所述光信号接收光学镜组内各透镜间的间隔距离进行优化，以实现光信号接收光学镜组较佳的光学性能。

所述光信号接收光学镜组的焦距为f，所述第一透镜E11的焦距为f1，所述第二透镜E12的焦距为f2，所述第三透镜E13的焦距为f3，其满足下列条件：

│f3/f│>2；

│f1/f+│f2/f│<1；

7<│f1 +f2+ f3│<14。

这样使第三透镜E13提供光学系统的主要屈光度，并配置较弱屈光度的第一至第二透镜，以扩大视场，提高大视场的光斑集中度，缩小光斑尺寸的目的，保证整个视场下所有信号光都能有效地被芯片接收感知。能够更好地平衡整个光信号接收光学镜组的畸变和相对照度的关系，趋于最优化的系统平衡点，提高相对照度的同时满足F-Theta畸变需求。

为了有效控制输出光线射入感光芯片上的角度，保证输出光线能被感光芯片有效接收，而且能够降低系统对温度和公差的敏感性，利于透镜的加工制造和使用范围拓展。所述第一透镜E11的物侧面S11曲率半径为R1，所述第一透镜E11的像侧面S12曲率半径为R2，所述第三透镜E13的物侧面S15曲率半径为R6，所述第三透镜E13的像侧面S16曲率半径为R7，其满足下列条件：

1<│R1/R2│<32；

0．1<│R6/R7│<3.6。

这样能够减轻大视场光斑的慧差，提高大视场光斑集中度，同时能更好地匹配芯片的CRA角度需求，保证光信号能被芯片有效接收，提高光信号接收光学镜组应用于TOF摄像模组的工作性能。

另外，所述第一透镜E11的物侧面S11至所述第一透镜E11的像侧面S12的中间厚度为CT1，所述第一透镜E11的物侧面S11至所述第一透镜E11的像侧面S12的边缘厚度为ET1，所述第二透镜E12的物侧面S13至所述第二透镜E12的像侧面S14的中间厚度为CT2，所述第二透镜E12的物侧面S13至所述第二透镜E12的像侧面S14的边缘厚度为ET2，其满足下列条件：

0.6<│（CT1+CT2）/(ET1+ET2)│<1.3。

根据上述条件调整能更好地控制边厚比值，满足设计需求的同时降低工艺加工的难度。

根据上述实施方式，以下配合图详细说明。具体符合上述条件式的实施例一、二、三、四、五、六数值如下表所示（可见六个实施例参数选择不同，而光学结构大体相同，其中实施例五、六的光学结构与前四个实施例的光学结构最明显差别在于光阑设置不同，实施例五、六的光阑设置于第二透镜和第三透镜之间）：

表一 各实施例的参数对照表

符合上述实施方式的各实施例中，各透镜的非球面曲线方程式表示如下：

其中：

X：非球面上距离光轴为Y的点，其于相切于非球面光轴上交点切面的相对距离；

Y：非球面曲线上的点与光轴的垂直距离；

R：曲率半径；

k：锥面系数；

Ai：第i阶非球面系数；

如图1a、1b、1c、1d，实施例一的光信号接收光学镜组中，光信号接收光学镜组的焦距为f，摄像光学镜组的光圈值(f-number )为Fno，光信号接收光学镜组中最大视角的一半为HFOV，其数值如下：f＝1.581mm；Fno＝1.2；以及HFOV＝60度。

实施例一的光信号接收光学镜组的条件式具体数值如下：

|f3/f|=3.06

|f1/f+f2/f|=0.03

|f1+f2+f3|=7.13

(CT1+CT2)/(ET1+ET2)=0.84

|R1/R2|=6.19

|R6/R7|=0.17

再配合参照下列表二以及表三。

表二 实施例一的参数对照表

表三 实施例一的非球面系数对照表

表二为图1实施例一详细的结构数据，其中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm，且表面0-10依序表示由物侧至像侧的表面。表三为实施例1中的非球面数据，其中K表示非球面曲线方程式中的锥面系数，A4-A12则表示各表面第4-12阶非球面系数。此外，以下各实施例表格乃对应各实施例的轴上色散图、像散图和畸变图，表格中数据的定义皆与实施例一的表二和表三的定义相同，在此不加赘述。

如图2a、2b、2c、2d，实施例二的光信号接收光学镜组中，光信号接收光学镜组的焦距为f，光信号接收光学镜组的光圈值(f-number )为Fno，光信号接收光学镜组中最大视角的一半为HFOV，其数值如下：f＝1.582mm；Fno＝1.3；以及HFOV＝60度。

实施例二的光信号接收光学镜组的条件式具体数值如下：

|f3/f|=3.27

|f1/f+f2/f|=0.11

|f1+f2+f3|=11.6

(CT1+CT2)/(ET1+ET2)=0.85

|R1/R2|=6.74

|R6/R7|=0.25

再配合参照下列表四以及表五。

表四 实施例二的参数对照表

表五 实施例二的非球面系数对照表

如图3a、3b、3c、3d，实施例三的光信号接收光学镜组中，光信号接收光学镜组的焦距为f，光信号接收光学镜组的光圈值(f-number )为Fno，光信号接收光学镜组中最大视角的一半为HFOV，其数值如下：f＝1.622mm；Fno＝1.5；以及HFOV＝60度。

实施例三的光信号接收光学镜组的条件式具体数值如下：

|f3/f|=3.56

|f1/f+f2/f|=0.12

|f1+f2+f3|=11.8

(CT1+CT2)/(ET1+ET2)=0.94

|R1/R2|=9.10

|R6/R7|=0.29

再配合参照下列表六以及表七。

表六 实施例三的参数对照表

表七 实施例三的非球面系数对照表

如图4a、4b、4c、4d，实施例四的光信号接收光学镜组中，光信号接收光学镜组的焦距为f，光信号接收光学镜组的光圈值(f-number )为Fno，光信号接收光学镜组中最大视角的一半为HFOV，其数值如下：f＝1.548mm；Fno＝1.2；以及HFOV＝60度。

实施例四的光信号接收光学镜组的条件式具体数值如下：

|f3/f|=4.58

|f1/f+f2/f|=0.61

|f1+f2+f3|=13.2

(CT1+CT2)/(ET1+ET2)=1.22

|R1/R2|=1.35

|R6/R7|=0.39

再配合参照下列表八以及表九。

表八 实施例四的参数对照表

表九 实施例四的非球面系数对照表

如图5a、5b、5c、5d，实施例五的光信号接收光学镜组中，光信号接收光学镜组的焦距为f，光信号接收光学镜组的光圈值(f-number )为Fno，光信号接收光学镜组中最大视角的一半为HFOV，其数值如下：f＝1.499mm；Fno＝1.2；以及HFOV＝62.5度。

实施例五的光信号接收光学镜组的条件式具体数值如下：

|f3/f|=2.71

|f1/f+f2/f|=0.07

|f1+f2+f3|=9.72

(CT1+CT2)/(ET1+ET2)=0.65

|R1/R2|=28.03

|R6/R7|=3.58

再配合参照下列表十以及表十一。

表十 实施例五的参数对照表

表十一 实施例五的非球面系数对照表

如图6a、6b、6c、6d，实施例六的光信号接收光学镜组中，光信号接收光学镜组的焦距为f，光信号接收光学镜组的光圈值(f-number )为Fno，光信号接收光学镜组中最大视角的一半为HFOV，其数值如下：f＝1.425mm；Fno＝1.2；以及HFOV＝62.5度。

实施例六的光信号接收光学镜组的条件式具体数值如下：

|f3/f|=2.37

|f1/f+f2/f|=0.20

|f1+f2+f3|=8.41

(CT1+CT2)/(ET1+ET2)=0.69

|R1/R2|=31.11

|R6/R7|=1.7

再配合参照下列表十二以及表十三。

表十二 实施例六的参数对照表

表十三 实施例六的非球面系数对照表

本实用新型将光信号接收光学镜组用于TOF摄像模组、广角线性投射照明等电子设备。

根据本申请的上述实施方式的光信号接收光学镜组可采用多片透镜，例如上文所述的三片透镜。通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜之间的间距、透镜曲率、透镜色散系数等，可有效地减小光学镜组的体积、降低光学镜组的敏感度并提高光学镜组的可加工性，使得光信号接收光学镜组更有利于生产加工并可适用于便携式电子产品。

然而，本领域技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可改变构成光信号接收光学镜组的透镜数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。例如，虽然在实施方式中以三个透镜为例进行了描述，但是该光信号接收光学镜组不限于包括三个透镜。如果需要，该光信号接收光学镜组还可包括其它数量的透镜。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (9)

1.一种光信号接收光学镜组，其特征在于， 沿光轴由物侧至像侧依序包括：

具有负光焦度的第一透镜；

具有正光焦度的第二透镜；以及

具有正光焦度的第三透镜；

其中，所述第一透镜和所述第二透镜之间设有光阑，或者所述第二透镜和所述第三透镜之间设有光阑；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜的物侧面和像侧面均为非球面。

2.根据权利要求1所述的一种光信号接收光学镜组，其特征在于，所述光信号接收光学镜组的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第三透镜的焦距为f3，其满足下列条件：

│f3/f│>2；

│f1/f+│f2/f│<1；

7<│f1 +f2+ f3│<14。

3.根据权利要求1所述的一种光信号接收光学镜组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜中任意两相邻透镜之间均具有间距。

4.根据权利要求1所述的一种光信号接收光学镜组，其特征在于，所述第二透镜的物侧面至少于近光轴处为凸面，所述第二透镜的像侧面至少于近光轴处为凸面。

5.根据权利要求1所述的一种光信号接收光学镜组，其特征在于，所述第三透镜的物侧面至少于近光轴处为凸面，所述第三透镜的像侧面至少于近光轴处为凹面。

6.根据权利要求1所述的一种光信号接收光学镜组，其特征在于，所述第一透镜的物侧面曲率半径为R1，所述第一透镜的像侧面曲率半径为R2，所述第三透镜的物侧面曲率半径为R6，所述第三透镜的像侧面曲率半径为R7，其满足下列条件：

1<│R1/R2│<32；

0．1<│R6/R7│<3.6。

7.根据权利要求1所述的一种光信号接收光学镜组，其特征在于，所述第一透镜的物侧面至所述第一透镜的像侧面的中间厚度为CT1，所述第一透镜的物侧面至所述第一透镜的像侧面的边缘厚度为ET1，所述第二透镜的物侧面至所述第二透镜的像侧面的中间厚度为CT2，所述第二透镜的物侧面至所述第二透镜的像侧面的边缘厚度为ET2，其满足下列条件：

0.6<│（CT1+CT2）/(ET1+ET2)│<1.3。

8.根据权利要求1所述的一种光信号接收光学镜组，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜均为塑料透镜。

9.根据权利要求1所述的一种光信号接收光学镜组，其特征在于，所述光信号接收光学镜组还包括设置于所述第三透镜与成像面之间的滤光片。