CN212229305U

CN212229305U - 一种大像面广角tof的光学成像镜头

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Publication number: CN212229305U
Application number: CN202021244006.0U
Authority: CN
Inventors: 刘青天; 上官秋和
Original assignee: Xiamen Leading Optics Co Ltd
Current assignee: Xiamen Leading Optics Co Ltd
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2030-06-30

Abstract

本实用新型涉及镜头技术领域。本实用新型公开了一种大像面广角TOF的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第七透镜；第一透镜和第二透镜均为具负屈光率的凸凹透镜，第三透镜为具正屈光率的平凸或凹凸透镜；第四透镜为具正屈光率的凸凹透镜，第五透镜为具正屈光率的凸凸透镜，第六透镜为具正屈光率的凹凸透镜，第七透镜为具负屈光率的凹凸透镜，第五透镜的物侧面和像侧面均为非球面。本实用新型具有分辨率高，成像质量好，通光大，相对照度高，像面大，视场角大的优点。

Description

一种大像面广角TOF的光学成像镜头

技术领域

本实用新型属于镜头技术领域，具体地涉及一种大像面广角TOF的光学成像镜头。

背景技术

随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，光学成像镜头被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、3D扫描等各个领域，因此，对于光学成像镜头的要求也越来越高。

在采用TOF(飞行的时间)技术来进行3D扫描的系统中，TOF镜头的性能好坏很关键，会较大地影响3D扫描的效果和可靠性。但现有的TOF镜头还存在许多不足，如传递函数管控不好，分辨率低，成像质量差；通光量和相对照度小,获得边缘的信号强度弱，影响3D扫描效果；成像面较小，普遍为1/4-1/2英寸；视场角小等，已无法满足3D扫描领域日益提高的要求，急需进行改进。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种大像面广角TOF的光学成像镜头用以解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种大像面广角TOF的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第七透镜；第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；

第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面；

第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为平面或凹面，第三透镜的像侧面为凸面；

第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凹面；

第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面；

第六透镜具正屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面；

第七透镜具负屈光率，第七透镜的物侧面为凹面，第七透镜的像侧面为凸面；

第五透镜的物侧面和像侧面均为非球面；

该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第七透镜。

进一步的，该光学成像镜头还满足：3.5<∣f1/f∣<5.5及1.5<∣f2/f∣<3.5，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距。

进一步的，该光学成像镜头还满足：D12/R12＜1.8，其中，D12为第一透镜的像侧面的通光口径，R12为第一透镜的像侧面的曲率半径。

进一步的，该光学成像镜头还满足：vd2≥50，其中，vd2为第二透镜的色散系数。

进一步的，第四透镜和第五透镜采用重火石玻璃制成。

进一步的，还包括光阑，光阑设置在第四透镜与第五透镜之间。

进一步的，该光学成像镜头还满足：ALT<28mm，其中，ALT为第一透镜至第七透镜在该光轴上的七个透镜厚度的总和。

进一步的，该光学成像镜头还满足：ALG<39mm，其中，ALG为第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和。

进一步的，该光学成像镜头还满足：ALG/ALT<1.9，其中，ALG为第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，ALT为第一透镜至第七透镜在该光轴上的七个透镜厚度的总和。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型采用七片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有全视场分辨率高，成像质量优良；通光量大，相对照度高，从而获得边缘的信号强度强，3D扫描更加精准；成像面大；视场角大的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本实用新型实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的红外795-825nm的MTF图；

图3为本实用新型实施例一的红外825nm的相对照度图；

图4为本实用新型实施例二的结构示意图；

图5为本实用新型实施例二的红外795-825nm的MTF图；

图6为本实用新型实施例二的红外825nm的相对照度图；

图7为本实用新型实施例三的结构示意图；

图8为本实用新型实施例三的红外795-825nm的MTF图；

图9为本实用新型实施例三的红外825nm的相对照度图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。

本实用新型公开了一种大像面广角TOF的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第七透镜；第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。

第一透镜具负屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面。

第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凹面。

第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为平面或凹面，第三透镜的像侧面为凸面。

第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面，第四透镜的像侧面为凹面。

第五透镜具正屈光率，第五透镜的物侧面为凸面，第五透镜的像侧面为凸面。

第六透镜具正屈光率，第六透镜的物侧面为凹面，第六透镜的像侧面为凸面。

第七透镜具负屈光率，第七透镜的物侧面为凹面，第七透镜的像侧面为凸面。

第五透镜的物侧面和像侧面均为非球面，较好地矫正高级球差和畸变，提高分辨率，使整体分辨率均匀分布。

该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第七透镜，本实用新型采用七片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有全视场分辨率高，成像质量优良；通光量大，相对照度高，从而获得边缘的信号强度强，3D扫描更加精准；成像面大；视场角大的优点。

优选的，该光学成像镜头还满足：3.5<∣f1/f∣<5.5及1.5<∣f2/f∣<3.5，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距，进一步校正畸变，提升镜头分辨率。

优选的，该光学成像镜头还满足：D12/R12＜1.8，其中，D12为第一透镜的像侧面的通光口径，R12为第一透镜的像侧面的曲率半径，在降低畸变前提下，便于工艺加工。

优选的，该光学成像镜头还满足：vd2≥50，其中，vd2为第二透镜的色散系数，进一步优化初级像差，提高像质。

优选的，第四透镜和第五透镜采用重火石玻璃制成，有利于提高分辨率。

优选的，还包括光阑，光阑设置在第四透镜与第五透镜之间，使整体光线相对平缓，容差性和可制造性强，且在光阑后第一个透镜采用非球面透镜，可以更好矫正高级球差和畸变，提高分辨率，使整体分辨率均匀分布。

优选的，该光学成像镜头还满足：ALT<28mm，其中，ALT为第一透镜至第七透镜在该光轴上的七个透镜厚度的总和，进一步缩短光学成像镜头的系统长度，且易于加工制造，优化系统配置。

优选的，该光学成像镜头还满足：ALG<39mm，其中，ALG为第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，进一步缩短光学成像镜头的系统长度，且易于加工制造，优化系统配置。

优选的，该光学成像镜头还满足：ALG/ALT<1.9，其中，ALG为第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，ALT为第一透镜至第七透镜在该光轴上的七个透镜厚度的总和，进一步缩短光学成像镜头的系统长度，且易于加工制造，优化系统配置。

下面将以具体实施例来对本实用新型的大像面广角TOF的光学成像镜头进行详细说明。

实施例一

如图1所示，一种大通光高分辨率的光学成像镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、光阑8、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、滤光片9、保护片100和成像面110；该第一透镜1至第七透镜7各自包括一朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面。

第一透镜1具负屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凹面。

第二透镜2具负屈光率，第二透镜2的物侧面21为凸面，第二透镜2的像侧面22为凹面。

第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面31为平面，第三透镜3的像侧面32为凸面。

第四透镜4具正屈光率，第四透镜4的物侧面41为凸面，第四透镜4的像侧面42为凹面。

第五透镜5具正屈光率，第五透镜5的物侧面51为凸面，第五透镜5的像侧面52为凸面。

第六透镜6具正屈光率，第六透镜6的物侧面61为凹面，第六透镜6的像侧面62为凸面。

第七透镜7具负屈光率，第七透镜7的物侧面71为凹面，第七透镜7的像侧面72为凸面。

第五透镜5的物侧面51和像侧面52均为非球面。

本具体实施例中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第七透镜7均采用玻璃材料制成，但并不限于此，在其它实施例中，也可以采用塑料等材料制成。

本具体实施例中，第四透镜4和第五透镜5采用重火石玻璃制成，但并不限于此，在其它实施例中，也可以采用其它玻璃或塑料等材料制成。

在其它实施例中，光阑8也可以设置在其它合适位置。

本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。

表1-1实施例一的详细光学数据

本具体实施例中，物侧面51和像侧面52依下列非球面曲线公式定义：

其中：

z：非球面的深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点的切面，两者间的垂直距离)。

c：非球面顶点的曲率(the vertex curvature)。

K：锥面系数(Conic Constant)。

径向距离(radial distance)。

r_n：归一化半径(normalization radius(NRADIUS))；

u：r/r_n。

a_m：第m阶Q^con系数(is the m^th Q^con coefficient)。

Q_m ^con：第m阶Q^con多项式(the m^th Q^con polynomial)。

各个非球面的参数详细数据请参考下表：

表面	51	52
			K＝	2.97E+00	-1.77E+01
a<sub>4</sub>＝	-9.373E-05	-2.605E-04
			a<sub>6</sub>＝	4.459E-06	1.484E-05
a<sub>8</sub>＝	-1.124E-07	-2.594E-07
			a<sub>10</sub>＝	2.198E-09	4.004E-09
a<sub>12</sub>＝	-2.466E-11	-3.207E-11

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表4。

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图2，可以看出分辨率高，在80lp/mm时，全视场传递函数仍大于30％，成像质量优良；相对照度图请参阅图3，相对照度>85％。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝5.6mm；光圈值FNO＝1.8；视场角FOV＝146°；像面直径Φ＝14.3mm；第一透镜1的物侧面11至成像面110在光轴I上的距离TTL＝63.78mm。

实施例二

如图4所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第三透镜3的物侧面31为凹面，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也有所不同。

本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。

表2-1实施例二的详细光学数据

本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：

表面	51	52
			K＝	2.582E-01	-1.922E+01
a<sub>4</sub>＝	-1.323E-04	-3.360E-04
			a<sub>6</sub>＝	5.700E-06	1.600E-05
a<sub>8</sub>＝	-2.019E-07	-3.178E-07
			a<sub>10</sub>＝	4.497E-09	4.952E-09
a<sub>12</sub>＝	-4.597E-11	-3.650E-11

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表4。

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图5，可以看出分辨率高，在80lp/mm时，全视场传递函数仍大于30％，成像质量优良；相对照度图请参阅图6，相对照度>85％。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝5.6mm；光圈值FNO＝1.8；视场角FOV＝146°；像面直径Φ＝14.3mm；第一透镜1的物侧面11至成像面110在光轴I上的距离TTL＝64.43mm。

实施例三

如图7所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第三透镜3的物侧面31为凹面，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也有所不同。

本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。

表3-1实施例三的详细光学数据

本具体实施例的各个非球面的参数详细数据请参考下表：

表面	51	52
			K＝	1.646E-01	-1.913E+01
a<sub>4</sub>＝	-1.326E-04	-3.378E-04
			a<sub>6</sub>＝	5.728E-06	1.597E-05
a<sub>8</sub>＝	-2.027E-07	-3.189E-07
			a<sub>10</sub>＝	4.470E-09	4.974E-09
a<sub>12</sub>＝	-4.481E-11	-3.634E-11

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表4。

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图8，可以看出分辨率高，在80lp/mm时，全视场传递函数仍大于30％，成像质量优良；相对照度图请参阅图9，相对照度>85％。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝5.6mm；光圈值FNO＝1.8；视场角FOV＝146°；像面直径Φ＝14.3mm；第一透镜1的物侧面11至成像面110在光轴I上的距离TTL＝64.69mm。

表4本实用新型三个实施例的相关重要参数的数值

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种大像面广角TOF的光学成像镜头，其特征在于：从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第七透镜；第一透镜至第七透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；

第五透镜的物侧面和像侧面均为非球面；

2.根据权利要求1所述的大像面广角TOF的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：3.5<∣f1/f∣<5.5及1.5<∣f2/f∣<3.5，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距。

3.根据权利要求1所述的大像面广角TOF的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：D12/R12＜1.8，其中，D12为第一透镜的像侧面的通光口径，R12为第一透镜的像侧面的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的大像面广角TOF的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：vd2≥50，其中，vd2为第二透镜的色散系数。

5.根据权利要求1所述的大像面广角TOF的光学成像镜头，其特征在于：第四透镜和第五透镜采用重火石玻璃制成。

6.根据权利要求1所述的大像面广角TOF的光学成像镜头，其特征在于：还包括光阑，光阑设置在第四透镜与第五透镜之间。

7.根据权利要求1所述的大像面广角TOF的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：ALT<28mm，其中，ALT为第一透镜至第七透镜在该光轴上的七个透镜厚度的总和。

8.根据权利要求1所述的大像面广角TOF的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：ALG<39mm，其中，ALG为第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和。

9.根据权利要求1所述的大像面广角TOF的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：ALG/ALT<1.9，其中，ALG为第一透镜到成像面在该光轴上的空气间隙总和，ALT为第一透镜至第七透镜在该光轴上的七个透镜厚度的总和。