CN216772093U - 一种成像镜头、成像模组及测距传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光学成像技术领域，提供了一种成像镜头、成像模组及测距传感器，成像镜头包括从物侧到像侧依次设置的：第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜和所述第三透镜均为非旋转对称的自由曲面透镜，所述成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4。本申请实施例提供的成像镜头由于包括了自由曲面透镜，所以更容易实现成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4，所以，也更容易实现横向视场角比纵向视场角大，从而更容易满足较大横向视场角的场景需求，以更好地感知周围的环境。

Description

一种成像镜头、成像模组及测距传感器

技术领域

本申请涉及光学成像技术领域，具体涉及一种成像镜头、成像模组及测距传感器。

背景技术

随着电子设备的智能化发展，很多电子设备(例如手机、平板、无人机、扫地机器人等)上设有光学测距装置，用于感知周围的环境。光学测距装置通常包括发射模组和成像模组，发射模组发射出的光线被外界环境中的物体反射后，被成像模组接收并进行成像，根据成像结果能够确定出外界物体的距离。

相关技术中，成像模组的成像镜头的横向、纵向视场角通常是相同的，但是，在很多应用场景下(例如无人机、扫地机器人等)，需要成像模组的横向视场角比较大，而纵向视场角比较小，以更好地感知周围的环境。而当前的成像模组无法满足该种场景下的使用需求。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种成像镜头、成像模组及测距传感器，能够使得成像镜头的横向视场角比纵向视场角大，从而可以更好地感知周围的环境。

具体方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种成像镜头，包括从物侧到像侧依次设置的：第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜和所述第三透镜为非旋转对称的自由曲面透镜，所述成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4。

可选地，所述成像镜头的横向视场角范围为100°～130°。

可选地，所述成像镜头的横向等效焦距fx的范围为0.7毫米～1.3毫米，纵向等效焦距fy的范围为2.3毫米～3.5毫米。

可选地，所述成像镜头还包括：第四透镜，所述第四透镜设于所述第一透镜与所述第二透镜之间，且所述第四透镜为非球面透镜。

可选地，所述成像镜头满足以下至少一项：

所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凹面。

可选地，所述第二透镜与所述第四透镜之间设有孔径光阑。

可选地，所述孔径光阑的口径范围为2.5毫米～3.5毫米。

可选地，所述第三透镜的像侧设有滤光片，所述滤光片的中心透过波长的范围为：750纳米～1000纳米。

可选地，所述第一透镜的物侧面和像侧面均为自由曲面，和/或，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为自由曲面。

第二方面，本申请实施例还提供了一种成像模组，包括：如第一方面任一项所述的成像镜头以及设于所述成像镜头的像侧的图像传感器。

可选地，所述图像传感器的横向分辨率与纵向分辨率的比值范围为1.2～1.5。

第三方面，本申请实施例还提供了一种测距传感器，包括如第二方面任一项所述的成像模组以及发射模组。

第四方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括如第三方面任一项提供的测距传感器。

本申请实施例提供的成像镜头包括从物侧到像侧依次设置有第一透镜、第二透镜和第三透镜，由于第一透镜和第三透镜为非旋转对称的自由曲面透镜，自由曲面透镜具有较高的设计自由度，能够根据实际需求更加灵活的设计面型，更容易实现横向焦距与纵向焦距的不对称设计，所以更容易实现成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4。本申请实施例提供的成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4，即纵向等效焦距fy是横向等效焦距fx的2.5倍以上，所以，横向视场角基本上也是纵向视场角的2.5倍以上，横向视场角比纵向视场角大，从而更容易满足较大横向视场角的场景需求，以更好地感知周围的环境。

另外，当第一透镜和第三透镜为自由曲面透镜时，还可以实现更好的畸变矫正效果，提高成像镜头的成像质量。

进一步地，在第一透镜和第三透镜之间设置第二透镜，多片透镜可以很好地减小像差和色差，使成像效果更好。

附图说明

图1是本申请实施例提供的测距传感器的整体结构示意图；

图2是图1所示的测距传感器的分解图；

图3是图1所示的测距传感器中成像模组的结构示意图；

图中标号分别为：

1000、测距传感器；

100、成像模组；110、第一透镜；120、第二透镜；130、第三透镜；140、第四透镜；150、孔径光阑；160、滤光片；170、图像传感器；180、镜筒；

200、发射模组；300、安装架；400、控制电路板。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请提供了一种成像镜头、成像模组及测距传感器，能够使得成像镜头的横向视场角比纵向视场角大，从而可以更好地感知周围的环境。

本申请提供了一种成像镜头、成像模组及测距传感器，能够使得成像镜头的横向视场角比纵向视场角大，从而可以更好地感知周围的环境。

如图3所示，本申请实施例提供的成像镜头包括从物侧到像侧依次设置的：第一透镜110、第二透镜120和第三透镜130，第一透镜110和第三透镜130均为非旋转对称的自由曲面透镜，成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4。

上述成像镜头还可以包括镜筒180，第一透镜110、第二透镜120和第三透镜130可以安装在镜筒180内。

第一透镜110、第二透镜120和第三透镜130的物侧面和像侧面可以均为凹面或者均为凸面，也可以一个面为凹面，另一个面为凸面，本申请不具体限定。

上述自由曲面透镜的至少一个面为自由曲面，也就是说，自由曲面透镜可以是两个面中的一个面为自由曲面，也可以是两个面均为自由曲面。

本申请实施例中，上述第一透镜110的物侧面和像侧面可以均为自由曲面，以提高设计的灵活性，使得更容易实现成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4，第一透镜110也可以是物侧面或者像侧面为自由曲面。上述第三透镜130的物侧面和像侧面可以均为自由曲面，以提高设计的灵活性，第三透镜130也可以是物侧面或者像侧面为自由曲面。本申请不具体限定第一透镜110、第三透镜130的自由曲面的设置方式。

其中，自由曲面是指无法用球面或非球面系数来表示的非传统曲面，自由曲面的结构灵活，变量较多，为光学设计提供了更多的自由度，可以大大降低光学系统的像差，减小光学系统的体积、重量与镜片数量。本申请实施例的光学镜头选用自由曲面透镜作为成像透镜，更容易实现横向和纵向焦距的不对称设计，且还可以使得成像镜头的像差更小、体积更小、镜片数量更小。这样，在一定的测距雷达规格下，发射模块与接收模块间的距离可以设置的更大，使得测距精度更高。

本申请实施例中，第一透镜110和第三透镜130的自由曲面的参数可以通过对自由曲面优化模型进行优化而得出。具体的，可以基于反馈函数的建立及多次修改，实现对模型的优化，从而得出符合本申请需求的自由曲面参数；或者，可以基于对Matlab软件和光学软件的交互使用，实现对透镜的曲面优化，以得出符合本申请需求的自由曲面参数；或者，也可以Zemax软件中通过建立反馈函数和优化函数，以得出符合本申请需求的自由曲面参数。本领域技术人员也可以通过其他方式得到符合要求的自由曲面参数，本申请不具体限定。

第二透镜120的参数设计方法可以参考第一透镜110和第三透镜130的方式，以得到符合本申请要求的参数，此处不再赘述。

第二透镜120可以为球面透镜，也可以为非球面透镜。当第二透镜120为非球面透镜时，可以提高成像镜头的锐度和分辨率，更容易实现成像镜头的小型化设计。另外，非球面镜生产制造也比较容易，成本较低，可以使得成像镜头的成本更低。

上述第二透镜120可以为旋转对称的非球面透镜，为了更便于实现横向等效焦距与纵向等效焦距不同，第二透镜120还可以为非旋转对称的非球面透镜。

本申请实施例中，成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值可以是0.4、0.35、0.3、0.25等任意不大于0.4的比值。当该比值越小时，越容易横向视场角大的场景需求。

本申请实施例提供的成像镜头包括从物侧到像侧依次设置有第一透镜110、第二透镜120和第三透镜130，由于第一透镜110和第三透镜130为非旋转对称的自由曲面透镜，自由曲面透镜具有较高的设计自由度，能够根据实际需求更加灵活的设计面型，更容易实现横向焦距与纵向焦距的不对称设计，所以更容易实现成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4。本申请实施例提供的成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4，即纵向等效焦距fy是横向等效焦距fx的2.5倍以上，所以，横向视场角基本上也是纵向视场角的2.5倍以上，横向视场角比纵向视场角大，从而更容易满足较大横向视场角的场景需求，以更好地感知周围的环境。

另外，当第一透镜110和第三透镜130为自由曲面透镜时，还可以实现更好的畸变矫正效果，提高成像镜头的成像质量。

进一步地，在第一透镜110和第三透镜130之间设置第二透镜120，多片透镜可以很好地减小像差和色差，使成像效果更好，且非球面镜生产制造较容易，成本较低，可以使得成像镜头的成本更低。

在一种实施方式中，成像镜头的横向视场角范围可以为100°～130°。具体的，成像镜头的横向视场角范围可以为100°、110°、115°、120°、130°等，但不限于此。成像镜头的纵向视场角范围可以不小于25°，例如，成像镜头的纵向视场角为25°、30°、35°等，本申请实施例中，成像镜头的纵向视场角可以设置的比较小，以使得成像镜头的结构实现更容易、结构更简单。

本实施方式中，成像镜头的横向视场角在100°～130°的范围内，横向视场角较大，可以更大范围地感知周围的环境。

在其他实施方式中，成像镜头的横向视场角也可以为小于100°或者大于130°的其他具体角度，本领域技术人员可以根据实际情况旋转所需的横向视场角，本申请不具体限定。

在一种实施方式中，成像镜头的横向等效焦距fx的范围可以为0.7毫米～1.3毫米，纵向等效焦距fy的范围可以为2.3毫米～3.5毫米。本实施方式中，在满足横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4的前提下，可以在上述范围内灵活选取fx与fy的具体值。例如，fx为1毫米，fy为2.8毫米，fx与fy的比值为0.357；fx为0.7毫米，fy为2.3毫米，fx与fy的比值为0.304；fx为1.3毫米，fy为3.5毫米，fx与fy的比值为0.371。

可选地，fx可以小于1毫米，fy可以大于2.6毫米。

本申请实施例中，成像镜头的焦数F#的范围可以为：横向焦数范围为1.5毫米～3.5毫米，纵向焦数范围为2.5毫米～3.5毫米，但不限于此。

本申请实施例中，成像镜头的光学总长可以不大于12毫米。例如，成像镜头的光学总长为10毫米、11毫米、12毫米等。

本实施方式所确定的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的范围，可以很好地满足测距所需的要求。

在其他实施方式中，fx、fy也可以满足其他范围，本申请不具体限定。

在一种实施方式中，如图3所示，成像镜头还可以包括：第四透镜140，第四透镜140设于第一透镜110与第二透镜120之间，且第四透镜140为非球面透镜。

第四透镜140的物侧面和像侧面可以均为凹面或者均为凸面，也可以一个面为凹面，另一个面为凸面，本申请不具体限定。

第四透镜140的镜面参数设计可以参考第一透镜110第二透镜120，以满足成像镜头的成像需求为设计原则，具体设计方式不限定。

本实施方式通过设置第四透镜140，可以进一步减小像差和色差，提高成像效果更好。

在一个具体实施例中，如图3所示，成像镜头的各个透镜可以满足以下至少一项：

第一透镜110的物侧面为凸面，第一透镜110的像侧面为凹面；

第二透镜120的物侧面为凹面，第二透镜120的像侧面为凸面；

第三透镜130的物侧面为凸面，第三透镜130的像侧面为凹面；

第四透镜140的物侧面和像侧面均为凹面。

可选地，成像镜头的各个透镜的两侧面的凹凸性可以同时满足以上四项，也可以至满足四项中的其中一项或多项。

本实施例中，各个透镜的镜面的凹凸性是通过模拟软件建模所得到的，能够满足横向视场角大、纵向焦距大的需求。

在一种实施方式中，如图3所示，第二透镜120与第四透镜140之间可以设有孔径光阑150。

孔径光阑150是光学系统中限制轴上物点成像光束孔径大小的光阑，其可以控制成像光束的光能量，从而能够提高成像透镜的成像质量。

本实施方式中，孔径光阑150的设置位置可以通过软件模拟而得到。

上述孔径光阑150的口径范围可以为2.5毫米～3.5毫米。例如，孔径光阑150的口径可以为2.5毫米、3.1毫米、3.5毫米等，但不限于此。孔径光阑150的口径范围也可以为其他具体的值。

在一种实施方式中，如图3所示，第三透镜130的像侧可以设有滤光片160，滤光片160的中心透过波长的范围为：750纳米～1000纳米。

具体的，滤光片160的中心透过波长可以为750纳米、780纳米、808纳米、900纳米、1000纳米等，但不限于此。

滤光片160可以为窄带带通滤波透镜，以提高滤光的准确性，从而提高成像效果。

由于成像测距领域通常是通过红外光进行测距的，即测距传感器的成像模组100发射出红外光进行测距，本申请实施例通过设置滤光片160，滤光片160能够透过红外光而阻挡其他光，因此，设置滤光片160可以提供成像的准确性。

本申请实施例中，成像镜头的畸变率小于15％。具体的，可以是小于10％，以提高成像质量。成像镜头的相对照度大于60％，具体的，相对照度可以为65％、75％、80％、85％等，但不限于此。

如图3所示，本申请还提供了一种成像模组100，包括上述实施例中任一项提供的成像镜头以及设于成像镜头的像侧的图像传感器170。

图像传感器170能够将成像镜头摄入的光信号转换为与相对应的电信号，从而实现成像。

上述图像传感器170可以是互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，简称CMOS)传感器或者电荷耦合器件(charge coupled device，简称CCD)传感器，也可以是其他图像传感器170。

上述图像传感器170的横向分辨率与纵向分辨率的比值范围可以为1.2～1.5，例如，可以为1.2、1.33、1.5等，但不限于此。图像传感器170的横向分辨率与纵向分辨率的比值范围也可以是其他范围，本申请不具体限定。

例如，图像传感器170的横向分辨率可以为640像素、纵向分辨率可以为480像素。

本申请实施例中，图像传感器170的单个像素的直径范围可以为3微米～5微米，例如，可以为3微米、3.744微米、4.65微米、5微米等，但不限于此。

对于图像传感器170的具体设置，本领域技术人员可以根据实际情况确定，本申请不具体限定。

上述成像模组100的光学后焦距的范围可以为1毫米～2毫米，例如，光学后焦距可以为1毫米、1.5毫米或者2毫米等，但不限于此。

如图1至图2所示，本申请实施例还提供了一种测距传感器1000，包括上述任一项实施例提供的成像模组100以及发射模组200。

上述发射模组200用于向外部环境发射光束。具体的，发射模组200可以向外环境发射红外光或者其他光束。

上述测距传感器还可以包括安装架300，发射模组200和成像模组100安装在该安装架300上，通过安装架300固定发射模组200和成像模组100的位置、角度等，以便于用户拆装。安装架300可以是注塑件，也可以是金属或其他材质的部件。

上述测距传感器还可以包括控制电路板400，控制电路板400可以是硬质电路板、柔性电路板、印刷电路板(printed circuit boards，简称PCB)等，但不限于此。

控制电路板400可以与发射模组200电性连接，以控制发射模组200的发光特性。控制电路板400还可以与图像传感器170电性连接，以控制图像传感器170处理光信息、传输和存储处理结果等。

本申请实施例中，图像传感器170可以嵌设在控制电路板400上的安装槽内，以使得测距传感器的结构更紧凑、体积更小。

控制电路板400还可以用于根据成像模组100的成像结果分析外界物体的深度信息(即距离)。

控制电路板400可以与成像镜头的镜筒180连接。

本申请实施例中，图像传感器170的有源像素阵列的横向尺寸范围可以为2毫米～3毫米，例如，可以为2毫米、2.35毫米、2.65毫米、3毫米等；有源像素阵列的纵向尺寸范围可以为1.5毫米～2毫米，例如，可以为1.5毫米、1.8毫米、2毫米等；；有源像素阵列的对角线尺寸范围可以为2.5毫米～3.5毫米，例如，可以为2.5毫米、3毫米、3.5毫米等。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述实施例中任一项提供的测距传感器。该电子设备可以是无人机、扫地机器人、送餐机器人、搬运机器人等，但不限于此。

应理解，上述只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非要限制本申请实施例的范围。本领域技术人员根据所给出的上述示例，显然可以进行各种等价的修改或变化，或者上述任意两种或者任意多种实施例的组合。这样的修改、变化或者组合后的方案也落入本申请实施例的范围内。

还应理解，上文对本申请实施例的描述着重于强调各个实施例之间的不同之处，未提到的相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，这里不再赘述。

还应理解，本申请实施例中的方式、情况、类别以及实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种方式、类别、情况以及实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合。

还应理解，在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。

以上该，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该权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种成像镜头，其特征在于，包括从物侧到像侧依次设置的：第一透镜(110)、第二透镜(120)和第三透镜(130)，所述第一透镜(110)和所述第三透镜(130)均为非旋转对称的自由曲面透镜，所述成像镜头的横向等效焦距fx与纵向等效焦距fy的比值不大于0.4。

2.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头的横向视场角范围为100°～130°。

3.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头的横向等效焦距fx的范围为0.7毫米～1.3毫米，纵向等效焦距fy的范围为2.3毫米～3.5毫米。

4.根据权利要求1至3任一项所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头还包括：第四透镜(140)，所述第四透镜(140)设于所述第一透镜(110)与所述第二透镜(120)之间，且所述第四透镜(140)为非球面透镜。

5.根据权利要求4所述的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头满足以下至少一项：

所述第一透镜(110)的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜(120)的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述第三透镜(130)的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第四透镜(140)的物侧面和像侧面均为凹面。

6.根据权利要求5所述的成像镜头，其特征在于，所述第二透镜(120)与所述第四透镜(140)之间设有孔径光阑(150)。

7.根据权利要求6所述的成像镜头，其特征在于，所述孔径光阑(150)的口径范围为2.5毫米～3.5毫米。

8.根据权利要求1所述的成像镜头，其特征在于，所述第三透镜(130)的像侧设有滤光片(160)，所述滤光片(160)的中心透过波长的范围为750纳米～1000纳米。

9.根据权利要求1至3任一项所述的成像镜头，其特征在于，所述第一透镜(110)的物侧面和像侧面均为自由曲面，和/或，所述第三透镜(130)的物侧面和像侧面均为自由曲面。

10.一种成像模组，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的成像镜头以及设于所述成像镜头的像侧的图像传感器(170)。

11.根据权利要求10所述的成像模组，其特征在于，所述图像传感器(170)的横向分辨率与纵向分辨率的比值范围为1.2～1.5。

12.一种测距传感器，其特征在于，包括如权利要求10或11所述的成像模组(100)以及发射模组(200)。

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