CN221200083U - 反射式3d成像镜头组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及反射式3D成像镜头组，属于光学成像技术领域。反射式3D成像镜头组包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、滤光片、保护玻璃和感光芯片。其中第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、滤光片、保护玻璃和感光芯片从物侧到像侧依次同轴排布。第一透镜为凸凹型负光焦度透镜，第二透镜为凹凸型正光焦度透镜，第三透镜为凸凸型正光焦度透镜，第四透镜为凹凸型正光焦度透镜，第五透镜为凸凹型正光焦度透镜。因此，本实用新型提供的反射式3D成像镜头组能够提高分辨率，且具有耐高低温度的特性及色彩还原度高、光圈适中、成品成本低等特点。

Description

反射式3D成像镜头组

技术领域

本实用新型属于光学成像技术领域，特别涉及反射式3D成像镜头组。

背景技术

TOF技术用于创建三维模型时，主要是由一组人眼看不见的红外光(激光脉冲)向外发射，遇到物体后反射，反射到摄像头结束，计算从发射到反射回摄像头的时间差或相位差，并将数据收集起来，形成一组距离深度数据，从而得到一个立体的3D模型的成像技术。

目前市场上的3D成像镜头已普遍使用，现有的大多数3D成像镜头存在技术不足无法提供高分辨率、色彩还原度低、光圈太小的问题。同时现有的3D成像镜头的工作温度范围越来越高，因此3D成像镜头还需要具备耐高低温度的特性。通过TOF技术创建三维模型，主要应用于AGV避障、手势交互和面部识别等场景。

实用新型内容

本实用新型提供反射式3D成像镜头组，用于解决上述的技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型通过下述技术方案实现：反射式3D成像镜头组包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、滤光片、保护玻璃和感光芯片。其中第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、滤光片、保护玻璃和感光芯片从物侧到像侧依次同轴排布。所述第一透镜的焦距为f1，所述第一透镜为凸凹型负光焦度透镜。所述第二透镜的焦距为f2，所述第二透镜为凹凸型正光焦度透镜。所述第三透镜的焦距为f3，所述第三透镜为凸凸型正光焦度透镜。所述第四透镜的焦距为f4，所述第四透镜为凹凸型正光焦度透镜。所述第五透镜的焦距为f5，所述第五透镜为凸凹型正光焦度透镜。

可选地，所述f1与所述f2满足-0.6≤f1/f2≤-0.42；所述f2与所述f3满足3≤f2/f3≤5.2；所述f3与所述f4满足0.01≤f3/f4≤0.1；所述f4与所述f5满足2≤f4/f5≤3；所述f5与所述f1满足-4≤f5/f1≤-1。

可选地，在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第一透镜的折射率为Nd1，所述Nd1满足1.5≤Nd1≤1.7；在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第二透镜的折射率为Nd2，所述Nd2满足1.5≤Nd2≤1.7；在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第三透镜的折射率为Nd3，所述Nd3满足1.7≤Nd3≤1.9；在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第四透镜的折射率为Nd4，所述Nd4满足1.5≤Nd4≤1.7；在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第五透镜的折射率为Nd5，所述Nd5满足1.5≤Nd5≤1.7。

可选地，在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第一透镜的阿贝数为Vd1，所述Vd1满足40≤Vd1≤60；在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第二透镜的阿贝数为Vd2，所述Vd2满足15≤Vd2≤35；在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第三透镜的阿贝数为Vd3，所述Vd3满足35≤Vd3≤55；在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第四透镜的阿贝数为Vd4，所述Vd4满足15≤Vd4≤35；在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第五透镜的阿贝数为Vd5，所述Vd5满足40≤Vd5≤60。

需要说明的是，光波的阿贝数是用来描述材料的色散性质的一个物理量。阿贝数越大，表示材料的色散性越小，即不同波长的光在材料中的折射率差异较小。相反，阿贝数越小，表示材料的色散性越大，不同波长的光在材料中的折射率差异较大。

可选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第四透镜和所述第五透镜均为非球面树脂镜片；所述第三透镜为球面玻璃镜片。

可选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜的外表面均具有镀膜。

可选地，所述反射式3D成像镜头组的光圈值为F/NO，所述F/NO满足1.4≤F/NO≤3.9。

可选地，所述反射式3D成像镜头组的光学总长TTL≤20mm。

可选地，所述反射式3D成像镜头组的像高度≥6mm。

可选地，所述反射式3D成像镜头组的焦距为EFL，所述EFL满足4＜TTL/EFL＜7。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的反射式3D成像镜头组的有益效果在于：

本实用新型提供的反射式3D成像镜头组包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、滤光片、保护玻璃和感光芯片。其中第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、滤光片、保护玻璃和感光芯片从物侧到像侧依次同轴排布。第一透镜的焦距为f1，第一透镜为凸凹型负光焦度透镜。第二透镜的焦距为f2，第二透镜为凹凸型正光焦度透镜。第三透镜的焦距为f3，第三透镜为凸凸型正光焦度透镜。第四透镜的焦距为f4，第四透镜为凹凸型正光焦度透镜。第五透镜的焦距为f5，第五透镜为凸凹型正光焦度透镜。

通过上述结构，本实用新型提供的反射式3D成像镜头组克服现有技术的不足而提供了一种提供高分辨率的要求，且具有耐高低温度的特性及色彩还原度高、光圈适中、成品成本低等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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提供的反射式3D成像镜头组的结构示意图；

图2至图4为本实用新型实施例提供的反射式3D成像镜头组的光学传递函数解像曲线图；

图5至图6为本实用新型实施例提供的反射式3D成像镜头组的场曲图和畸变图；

图7为本实用新型实施例提供的反射式3D成像镜头组的相对照度图。

图中：1-第一透镜；2-第二透镜；3-第三透镜；4-第四透镜；5-第五透镜；6-光阑；7-滤光片；8-保护玻璃；9-感光芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

目前市场上的3D成像镜头已普遍使用，现有的大多数3D成像镜头存在技术不足无法提供高分辨率、色彩还原度低、光圈太小的问题。同时现有的3D成像镜头的工作温度范围越来越高，因此3D成像镜头还需要具备耐高低温度的特性。通过TOF技术创建三维模型，主要应用于AGV避障、手势交互和面部识别等场景。

为了解决上述技术问题，本实施例提供反射式3D成像镜头组包括第一透镜1、第二透镜2、光阑6、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、滤光片7、保护玻璃8和感光芯片9。其中第一透镜1、第二透镜2、光阑6、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、滤光片7、保护玻璃8和感光芯片9从物侧到像侧依次同轴排布。第一透镜1的焦距为f1，第一透镜1为凸凹型负光焦度透镜。第二透镜2的焦距为f2，第二透镜2为凹凸型正光焦度透镜。第三透镜3的焦距为f3，第三透镜3为凸凸型正光焦度透镜。第四透镜4的焦距为f4，第四透镜4为凹凸型正光焦度透镜。第五透镜5的焦距为f5，第五透镜5为凸凹型正光焦度透镜。

通过上述结构，本实用新型提供的反射式3D成像镜头组克服现有技术的不足而提供了一种提供高分辨率的要求，且具有耐高低温度的特性及色彩还原度高、光圈适中、成品成本低等特点。

在上述基础上，f1与f2满足-0.6≤f1/f2≤-0.42；f2与f3满足3≤f2/f3≤5.2；f3与f4满足0.01≤f3/f4≤0.1；f4与f5满足2≤f4/f5≤3；f5与f1满足-4≤f5/f1≤-1。透镜的焦距是指光线经过透镜后会聚或发散的程度，焦距的大小与透镜的形状和折射率有关。对于薄透镜来说，焦距可以根据透镜的曲率半径和折射率来计算。

在上述基础上，在光波的波长为589.3nm的情况下，第一透镜1的折射率为Nd1，Nd1满足1.5≤Nd1≤1.7；在光波的波长为589.3nm的情况下，第二透镜2的折射率为Nd2，Nd2满足1.5≤Nd2≤1.7；在光波的波长为589.3nm的情况下，第三透镜3的折射率为Nd3，Nd3满足1.7≤Nd3≤1.9；在光波的波长为589.3nm的情况下，第四透镜4的折射率为Nd4，Nd4满足1.5≤Nd4≤1.7；在光波的波长为589.3nm的情况下，第五透镜5的折射率为Nd5，Nd5满足1.5≤Nd5≤1.7。

需要说明的是，波长为589.3nm的光波一般称为D光或寻常光。光波的折射率是指光在不同介质中传播时的速度比。折射率通常用符号n表示。当光从一种介质传播到另一种具有不同折射率的介质中时，光线的传播方向会发生偏折。这是由于光在不同介质中的传播速度不同所引起的。

折射率的计算公式为

n＝c/v

其中，n是折射率，c是真空中的光速(约为3.00×10^8m/s)，v是光在介质中的传播速度。折射率的大小决定了光在介质中的传播速度和传播方向的改变程度。当光从折射率较高的介质传播到折射率较低的介质中时，光线会向法线方向偏折；相反，当光从折射率较低的介质传播到折射率较高的介质中时，光线会离开法线方向偏折。

在上述基础上，在光波的波长为589.3nm的情况下，第一透镜1的阿贝数为Vd1，Vd1满足40≤Vd1≤60；在光波的波长为589.3nm的情况下，第二透镜2的阿贝数为Vd2，Vd2满足15≤Vd2≤35；在光波的波长为589.3nm的情况下，第三透镜3的阿贝数为Vd3，Vd3满足35≤Vd3≤55；在光波的波长为589.3nm的情况下，第四透镜4的阿贝数为Vd4，Vd4满足15≤Vd4≤35；在光波的波长为589.3nm的情况下，第五透镜5的阿贝数为Vd5，Vd5满足40≤Vd5≤60。

需要说明的是，光波的阿贝数是用来描述材料的色散性质的一个物理量。阿贝数越大，表示材料的色散性越小，即不同波长的光在材料中的折射率差异较小。相反，阿贝数越小，表示材料的色散性越大，不同波长的光在材料中的折射率差异较大。

在上述基础上，第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4和第五透镜5均为非球面树脂镜片；第三透镜3为球面玻璃镜片。

需要说明的是球面玻璃镜片可以用来聚焦光线或改变光线的传播方向。由于球面形状的限制，球面玻璃镜片在成像过程中可能会引入一些像差，如球差、散光等。非球面树脂镜片是一种相对较新的光学镜片类型，非球面树脂镜片的表面曲率可以根据特定要求进行自由设计，以最小化像差并提高成像质量。非球面树脂镜片的设计可以根据光学需求进行优化，以实现更好的光学性能和成像品质。由于非球面树脂镜片具有更高的设计自由度，可以更好地纠正球差、散光等像差，因此在某些应用中，非球面树脂镜片可以提供更好的成像效果。

在上述基础上，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5的外表面均具有镀膜。

在反射式3D成像镜片中，常见的镀膜包括反射膜和保护膜，反射膜是应用在镜片表面的一层特殊镀膜，用于增强镜片的反射效果。反射膜通常由金属或金属氧化物组成，如银、铝或二氧化硅等。它能够反射特定波长的光线，使得镜片能够产生明亮的立体效果；保护膜是镀在反射膜上的一层薄膜，用于保护反射膜不受外界环境的损伤。保护膜通常采用透明的材料，如硅氧烷或聚合物等。它能够提供镜片的耐磨性和耐污染性，同时也可以减少反射膜的光损失。

在上述基础上，反射式3D成像镜头组的光圈值为F/NO，F/NO满足1.4≤F/NO≤3.9。需要说明的是光圈值是镜头的焦距/镜头通光直径得出的相对值(相对孔径的倒数)。

在上述基础上，反射式3D成像镜头组的光学总长TTL≤20mm。

在上述基础上，反射式3D成像镜头组的像高度≥6mm。

在上述基础上，反射式3D成像镜头组的焦距为EFL，EFL满足4＜TTL/EFL＜7。

综上，图2至图4为本实用新型的光学传递函数解像曲线图，其中横坐标是线对数，纵坐标是调制值。线对数在167lp/mm，调制值42％以上。线对数是一种测量镜头分辨率的方法，描述了在每毫米单位长度内能够分辨的线条数量。调制值是用于衡量镜头分辨力的指标。它表示光学系统将输入信号的细节传递到输出图像中的能力。

图6为镜头畸变性能示意图，可以看出来，其中横坐标是畸变值，纵坐标是像高值；在全视场下0％＜畸变值＜1％。

图5为镜头场曲示意图，其中横坐标是场区值，纵坐标是像高值；在全视场内，场曲在-0.036mm以内。光学结构比较简单，分辨率高，畸变小，相对照度高。

图7为本实用新型的相对照度图，照度是指物体或被照面上被光源照射所呈现的光亮程度，相对照度则是中心照度与外围照度的比值。相对照度过低表现为图像中心较亮，而四周较暗。

综上光学分析图所示，该光学系统的成像分辨率高、畸变很小，且色彩还原度高、视角广。

由上可知，本实用新型提供的反射式3D成像镜头组，第一透镜1、第二透镜2、第四透镜3、第五透镜5均为非球面树脂镜片；第三透镜为球面玻璃镜片。在满足镜头成像清晰度、色彩佳性能的要求的同时，也更加简便、透光性好；透镜采用专业的光学树脂、玻璃材料，可保证-40℃～80℃工作环境下，通过合理给定镜片的曲率半径及中心厚度，使得温漂的变化最小，使得温度变化对成像系统的成像像素基本无影响。克服了现有技术的无法提供高分辨率、色彩还原度低、光圈太小的问题，同时不具备耐高低温度的特性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型记载的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.反射式3D成像镜头组，其特征在于，包括：

从物侧到像侧依次排布的第一透镜(1)、第二透镜(2)、光阑(6)、第三透镜(3)、第四透镜(4)、第五透镜(5)、滤光片(7)、保护玻璃(8)和感光芯片(9)；

所述第一透镜(1)的焦距为f1，所述第一透镜(1)为凸凹型负光焦度透镜；

所述第二透镜(2)的焦距为f2，所述第二透镜(2)为凹凸型正光焦度透镜；

所述第三透镜(3)的焦距为f3，所述第三透镜(3)为凸凸型正光焦度透镜；

所述第四透镜(4)的焦距为f4，所述第四透镜(4)为凹凸型正光焦度透镜；

所述第五透镜(5)的焦距为f5，所述第五透镜(5)为凸凹型正光焦度透镜。

2.根据权利要求1所述的反射式3D成像镜头组，其特征在于，所述f1与所述f2满足-0.6≤f1/f2≤-0.42；

所述f2与所述f3满足3≤f2/f3≤5.2；

所述f3与所述f4满足0.01≤f3/f4≤0.1；

所述f4与所述f5满足2≤f4/f5≤3；

所述f5与所述f1满足-4≤f5/f1≤-1。

3.根据权利要求1所述的反射式3D成像镜头组，其特征在于，在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第一透镜(1)的折射率为Nd1，所述Nd1满足1.5≤Nd1≤1.7；

在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第二透镜(2)的折射率为Nd2，所述Nd2满足1.5≤Nd2≤1.7；

在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第三透镜(3)的折射率为Nd3，所述Nd3满足1.7≤Nd3≤1.9；

在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第四透镜(4)的折射率为Nd4，所述Nd4满足1.5≤Nd4≤1.7；

在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第五透镜(5)的折射率为Nd5，所述Nd5满足1.5≤Nd5≤1.7。

4.根据权利要求1所述的反射式3D成像镜头组，其特征在于，在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第一透镜(1)的阿贝数为Vd1，所述Vd1满足40≤Vd1≤60；

在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第二透镜(2)的阿贝数为Vd2，所述Vd2满足15≤Vd2≤35；

在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第三透镜(3)的阿贝数为Vd3，所述Vd3满足35≤Vd3≤55；

在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第四透镜(4)的阿贝数为Vd4，所述Vd4满足15≤Vd4≤35；

在光波的波长为589.3nm的情况下，所述第五透镜(5)的阿贝数为Vd5，所述Vd5满足40≤Vd5≤60。

5.根据权利要求1所述的反射式3D成像镜头组，其特征在于，所述第一透镜(1)、所述第二透镜(2)、所述第四透镜(4)和所述第五透镜(5)均为非球面树脂镜片；

所述第三透镜(3)为球面玻璃镜片。

6.根据权利要求1所述的反射式3D成像镜头组，其特征在于，所述第一透镜(1)、所述第二透镜(2)、所述第三透镜(3)、所述第四透镜(4)和所述第五透镜(5)的外表面均具有镀膜。

7.根据权利要求1所述的反射式3D成像镜头组，其特征在于，所述反射式3D成像镜头组的光圈值为F/NO，所述F/NO满足1.4≤F/NO≤3.9。

8.根据权利要求1所述的反射式3D成像镜头组，其特征在于，所述反射式3D成像镜头组的光学总长TTL≤20mm。

9.根据权利要求1所述的反射式3D成像镜头组，其特征在于，所述反射式3D成像镜头组的像高度≥6mm。

10.根据权利要求8所述的反射式3D成像镜头组，其特征在于，所述反射式3D成像镜头组的焦距为EFL，所述EFL满足4＜TTL/EFL＜7。