CN213544942U - 一种小型大通光的光学成像镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及镜头技术领域。本实用新型公开了一种小型大通光的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜；第一透镜为具负屈光率的凸凹透镜，第二透镜为具正屈光率的凸凸或凸平透镜，第三透镜为具正屈光率的凹凸透镜，第四透镜为具正屈光率的凸凸透镜，第一透镜和第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面。本实用新型具有通光大，分辨率高，畸变小，成像质量好，相对照度均匀且较高，总长短，小型化的优点。

Description

一种小型大通光的光学成像镜头

技术领域

本实用新型属于镜头技术领域，具体地涉及一种用于飞行时间测量的小型大通光的光学成像镜头。

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日益提高。

在采用TOF(飞行时间)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。但目前市场上的TOF镜头还存在许多不足，如通光较小；对畸变管控差，矫正畸变导致大量像素损失；整体尺寸较大，总长较长，满足不了小型化需求，与市场需求存在落差；相对照度低，不能满足市场需求；传递函数管控不好，分辨率低，成像质量差等，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小型大通光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：一种小型大通光的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜；第一透镜至第四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；

第二透镜具正屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面或平面；

第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凹面，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凸面；

第一透镜和第四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四透镜。

进一步的，该光学成像镜头还满足：1.58≤nd1，其中，nd1为第一透镜的折射率。

进一步的，该光学成像镜头还满足：1.84≤nd3≤nd2，其中，nd2为第二透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率。

进一步的，该光学成像镜头还满足：1.49≤nd4，其中，nd4为第四透镜的折射率。

进一步的，该光学成像镜头还满足：TTL≤10mm，其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。

进一步的，该第四透镜的物侧面和像侧面均为高阶偶次非球面。

进一步的，该第一透镜至第四透镜均采用玻璃材料制成。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型采用四片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有通光大，增大识别范围；整体体积小、总长短，可实现小型化的要求；对畸变进行较好矫正，减少矫正畸变情况下像素损失严重情况；对相对照度进行管控，保证大通光条件下的相对照度均匀且较高；光学传递函数管控较好，分辨率高，成像质量好；设计良率高的优点。

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930-950nm在45lp/mm的MTF图；

图3为本实用新型实施例一的红外930-950nm在90lp/mm的MTF图；

图4为本实用新型实施例一的红外930-950nm在45lp/mm的离焦曲线图；

图5为本实用新型实施例一的场曲和畸变图；

图6为本实用新型实施例一的红外850nm的相对照度图；

图7为本实用新型实施例二的结构示意图；

图8为本实用新型实施例二的红外930-950nm在45lp/mm的MTF图；

图9为本实用新型实施例二的红外930-950nm在90lp/mm的MTF图；

图10为本实用新型实施例二的红外930-950nm在45lp/mm的离焦曲线图；

图11为本实用新型实施例二的场曲和畸变图；

图12为本实用新型实施例二的红外850nm的相对照度图；

图13为本实用新型实施例三的结构示意图；

图14为本实用新型实施例三的红外930-950nm在45lp/mm的MTF图；

图15为本实用新型实施例三的红外930-950nm在90lp/mm的MTF图；

图16为本实用新型实施例三的红外930-950nm在45lp/mm的离焦曲线图；

图17为本实用新型实施例三的场曲和畸变图；

图18为本实用新型实施例三的红外850nm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小型大通光的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜；第一透镜至第四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，第一透镜的物侧面和像侧面均为非球面，第一透镜采用非球面负透镜，用于减小像差(特别是球差)初级量，且也可降低其高级量，第一透镜矫正部分像差，减轻后组的负担，达到使用多片球面透镜的效果，在结构上更加简单，更容易实现镜头系统总长较短化。

第二透镜具正屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面或平面，第二透镜进一步矫正像差。

第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凹面，第三透镜的像侧面为凸面，第三透镜分担光焦度分配，校正像差。

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凸面，第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面，第四透镜起负担整个系统残余像差矫正作用。

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四透镜。本实用新型采用四片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有通光大，增大识别范围；整体体积小、总长短，可实现小型化的要求；对畸变进行较好矫正，减少矫正畸变情况下像素损失严重情况；对相对照度进行管控，保证大通光条件下的相对照度均匀且较高；光学传递函数管控较好，分辨率高，成像质量好；设计良率高(达到95％以上)的优点。

优选的，该光学成像镜头还满足：1.58≤nd1，其中，nd1为第一透镜的折射率，进一步管控工艺，提高设计良率。

优选的，该光学成像镜头还满足：1.84≤nd3≤nd2，其中，nd2为第二透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率，有效缩小口径，且增大像面。

优选的，该光学成像镜头还满足：1.49≤nd4，其中，nd4为第四透镜的折射率，进一步管控温漂。

优选的，该光学成像镜头还满足：TTL≤10mm，其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，进一步缩短光学成像镜头的系统长度，实现小型化。

优选的，该第四透镜的物侧面和像侧面均为高阶偶次非球面，进一步校正像差。

优选的，该第一透镜至第四透镜均采用玻璃材料制成，进一步提升整体性能，且易于实现，提升设计良率。

下面将以具体实施例来对本实用新型的小型大通光的光学成像镜头进行详细说明。

实施例一

如图1所示，一种小型大通光的光学成像镜头，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、光阑5、第三透镜3、第四透镜4、保护玻璃6和成像面7；第一透镜1至第四透镜4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，第一透镜1的物侧面11和像侧面12均为非球面。

第二透镜2具正屈光率，第二透镜2的物侧面21为凸面，第二透镜2的像侧面22为平面，当然，在其它实施中，第二透镜2的像侧面22也可以为凸面。

第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面31为凹面，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为凸面，第四透镜4的物侧面41和像侧面42均为非球面。

本具体实施例中，第一透镜1至第四透镜4均采用玻璃材料制成，但并不限于此，在一些实施例中，第一透镜1至第四透镜4也可以采用塑料等其它光学材料制成。

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11、41和像侧面12、42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：

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图2和3，离焦曲线图请参阅图4，可以看出分辨率高，达到TOF领域高分辨率水平，成像质量优良；场曲及畸变图请参阅图5的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正；相对照度图请参阅图6，可以看出相对照度高，达70％以上，且均匀度好。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝2.75mm；光圈值FNO＝1.4；视场角FOV＝87.5°；像面直径Φ＝4.48mm；第一透镜1的物侧面11至成像面7在光轴I上的距离TTL＝10.0mm。

实施例二

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相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。

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

K

a<sub>4</sub>

a<sub>6</sub>

a<sub>8</sub>

a<sub>10</sub>

a<sub>12</sub>

a<sub>14</sub>

a<sub>16</sub>

11

-8.661

6.45E-03

4.89E-05

-9.88E-05

2.48E-05

-3.52E-06

12

-1.820

7.36E-03

2.76E-02

-1.20E-02

3.71E-03

-5.82E-04

41

-3.563

2.21E-04

1.33E-03

-3.72E-04

5.98E-05

-5.92E-06

1.86E-07

0.00E+00

42

-51.251

-1.52E-03

5.44E-04

1.69E-05

2.74E-05

-9.89E-06

6.82E-07

0.00E+00

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图8和9，离焦曲线图请参阅图10，可以看出分辨率高，达到TOF领域高分辨率水平，成像质量优良；场曲及畸变图请参阅图11的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正；相对照度图请参阅图12，可以看出相对照度高，达70％以上，且均匀度好。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝2.75mm；光圈值FNO＝1.4；视场角FOV＝87.5°；像面直径Φ＝4.48mm；第一透镜1的物侧面11至成像面7在光轴I上的距离TTL＝10.0mm。

实施例三

如图13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相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。

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

K

a<sub>4</sub>

a<sub>6</sub>

a<sub>8</sub>

a<sub>10</sub>

a<sub>12</sub>

a<sub>14</sub>

a<sub>16</sub>

11

-8.702

6.43E-03

4.78E-05

-9.89E-05

2.47E-05

-3.51E-06

12

-1.817

7.45E-03

2.76E-02

-1.20E-02

3.71E-03

-5.80E-04

41

-3.53

2.37E-04

1.33E-03

-3.73E-04

5.97E-05

-5.94E-06

1.84E-07

0.00E+00

42

-51.37

-1.54E-03

5.41E-04

1.69E-05

2.74E-05

-9.90E-06

6.75E-07

0.00E+00

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图14和15，离焦曲线图请参阅图16，可以看出分辨率高，达到TOF领域高分辨率水平，成像质量优良；场曲及畸变图请参阅图17的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正；相对照度图请参阅图18，可以看出相对照度高，达70％以上，且均匀度好。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝2.75mm；光圈值FNO＝1.4；视场角FOV＝87.5°；像面直径Φ＝4.48mm；第一透镜1的物侧面11至成像面7在光轴I上的距离TTL＝10.0mm。

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 (7)

1.一种小型大通光的光学成像镜头，其特征在于：从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜；第一透镜至第四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；

第二透镜具正屈光率，第二透镜的物侧面为凸面，第二透镜的像侧面为凸面或平面；

第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凹面，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凸面；

第一透镜和第四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四透镜。

2.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：1.58≤nd1，其中，nd1为第一透镜的折射率。

3.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：1.84≤nd3≤nd2，其中，nd2为第二透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率。

4.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：1.49≤nd4，其中，nd4为第四透镜的折射率。

5.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头还满足：TTL≤10mm，其中，TTL为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离。

6.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于：该第四透镜的物侧面和像侧面均为高阶偶次非球面。

7.根据权利要求1所述的小型大通光的光学成像镜头，其特征在于：该第一透镜至第四透镜均采用玻璃材料制成。

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