一种大像面的光学成像镜头

技术领域

本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种用于飞行时间测量的大像面的光学成像镜头。

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。但目前市场上的TOF镜头还存在许多不足，如像面尺寸小，无法对远距离目标实现较好的测量识别效果；对畸变管控差，矫正畸变导致大量像素损失；高分辨TOF镜头整体尺寸较大，与市场小型化需求存在落差；为实现大通光，对边缘视场相对照度牺牲较大，照度变化大等，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

本发明的目的在于提供一种大像面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，本发明采用的技术方案为：一种大像面的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；第一透镜至第六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；

第一透镜为自物侧数来的第一片透镜，第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面；

第二透镜为自物侧数来的第二片透镜，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凹面；

第三透镜具负屈光率，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面；

第四透镜为自像侧数来的第三片透镜，第四透镜具负屈光率，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凹面；

第五透镜为自像侧数来的第二片透镜，第五透镜具正屈光率，第五透镜的像侧面为凸面；

第六透镜为自像侧数来的第一片透镜，第六透镜具正屈光率，第六透镜的物侧面为凸面，第六透镜的像侧面为平面或凹面；

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六透镜。

进一步的，该光学成像镜头还满足：18≤vd3≤50，其中，vd3为第三透镜的色散系数。

本发明还提供了一种大像面的光学成像镜头，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；

第一透镜为自物侧数来的第一片透镜，第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面；

第二透镜为自物侧数来的第二片透镜，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凹面；

第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面；第四透镜具负屈光率，第四透镜的像侧面为凹面；第三透镜与第四透镜的组合焦距为负；

第五透镜为自像侧数来的第三片透镜，第五透镜具负屈光率，第五透镜的物侧面为凹面，第五透镜的像侧面为凹面；

第六透镜为自像侧数来的第二片透镜，第六透镜具正屈光率，第六透镜的像侧面为凸面；

第七透镜为自像侧数来的第一片透镜，第七透镜具正屈光率，第七透镜的物侧面为凸面，第七透镜的像侧面为平面或凹面；

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：1.0≤f12/f≤1.6，其中，f12为第一透镜和第二透镜的组合焦距，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：0.6≤|f34/f|≤2.5，其中，f34第三透镜与第四透镜的组合焦距，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：25≤vd3-vd4，其中，vd3为第三透镜的色散系数，vd4为第四透镜的色散系数。

进一步的，其特征在于，该光学成像镜头还满足：2≤vd2′-vd3′≤36，其中，vd2′为自像侧数来的第二片透镜的色散系数，vd3′为自像侧数来的第三片透镜的色散系数。

进一步的，该光学成像镜头还满足：0.35≤f12′/f≤0.45，其中，f12′自像侧数来的第一片透镜和第二片透镜的组合焦距，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：0.7≤f1′/f≤0.8，2.0≤T1′/ALT≤3.5，1.75≤nd1′≤2.0，其中，f1′为自像侧数来的第一片透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距，T1′自像侧数来的第一片透镜在该光轴上的厚度，ALT为所有具有屈光率的透镜在该光轴上的厚度之和，nd1′为自像侧数来的第一片透镜的折射率。

进一步的，该光学成像镜头还满足：1.60≤TTL/f≤1.80；0.15≤BFL/f≤0.42，其中，TTL为该光学成像镜头的光学系统总长，f为该光学成像镜头的焦距，BFL为自像侧数来的第一片透镜的像侧面至成像面在光轴上的距离。

本发明的有益技术效果：

本发明采用六片或七片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有通光大，可达到1.24以下，增大识别范围；光学传递函数管控较好，分辨率高，对比度高；畸变矫正好，减少矫正畸变情况下像素损失严重情况；设计良率高，可达到95％以上；无需使用玻璃非球面，降低制造成本；对相对照度进行管控，保证大通光条件下，相对照度均匀；像面大；整体尺寸较小的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一的红外785nm-842nm的MTF图；

图3为本发明实施例一的红外785nm-842nm在25lp/mm的离焦曲线图；

图4为本发明实施例一的场曲和畸变图；

图5为本发明实施例一的红外815nm的相对照度图；

图6为本发明实施例二的结构示意图；

图7为本发明实施例二的红外785nm-842nm的MTF图；

图8为本发明实施例二的红外785nm-842nm在25lp/mm的离焦曲线图；

图9为本发明实施例二的场曲和畸变图；

图10为本发明实施例二的红外815nm的相对照度图；

图11为本发明实施例三的结构示意图；

图12为本发明实施例三的红外785nm-842nm的MTF图；

图13为本发明实施例三的红外785nm-842nm在25lp/mm的离焦曲线图；

图14为本发明实施例三的场曲和畸变图；

图15为本发明实施例三的红外815nm的相对照度图；

图16为本发明实施例四的结构示意图；

图17为本发明实施例四的红外785nm-842nm的MTF图；

图18为本发明实施例四的红外785nm-842nm在25lp/mm的离焦曲线图；

图19为本发明实施例四的场曲和畸变图；

图20为本发明实施例四的红外815nm的相对照度图；

图21为本发明实施例五的结构示意图；

图22为本发明实施例五的红外785nm-842nm的MTF图；

图23为本发明实施例五的红外785nm-842nm在25lp/mm的离焦曲线图；

图24为本发明实施例五的场曲和畸变图；

图25为本发明实施例五的红外815nm的相对照度图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，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发明的优点。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发明进一步说明。

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(lensdatasheet)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。

本发明公开了一种大像面的光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；第一透镜至第六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。

第一透镜为自物侧数来的第一片透镜，第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面。

第二透镜为自物侧数来的第二片透镜，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凹面。第一透镜与第二透镜构成正透镜系统起对系统预屈光作用。

第三透镜具负屈光率，第三透镜的物侧面为凸面，第三透镜的像侧面为凹面。

第四透镜为自像侧数来的第三片透镜，第四透镜具负屈光率，第四透镜的物侧面为凹面，第四透镜的像侧面为凹面。第四透镜为双凹透镜，接收前组光线并扩大像高，与第五透镜构成正负透镜组，降低系统球差，提高系统分辨率。

第五透镜为自像侧数来的第二片透镜，第五透镜具正屈光率，第五透镜的像侧面为凸面。

第六透镜为自像侧数来的第一片透镜，第六透镜具正屈光率，第六透镜的物侧面为凸面，第六透镜的像侧面为平面或凹面。第六透镜在功能上为增光缩焦镜(converginggroup)，缩短系统焦距，增大系统相对孔径，对系统场曲进行优化。

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六透镜。本发明采用六片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有通光大，可达到1.24以下，增大识别范围；光学传递函数管控较好，分辨率高，对比度高；畸变矫正好，减少矫正畸变情况下像素损失严重情况；设计良率高，可达到95％以上；无需使用玻璃非球面，降低制造成本；对相对照度进行管控，保证大通光条件下，相对照度均匀；像面大；整体尺寸较小的优点。

优选的，该光学成像镜头还满足：18≤vd3≤50，其中，vd3为第三透镜的色散系数，进一步对系统消除色差，有效满足不同光源条件下的使用，提高系统抗干扰性能。

本发明还提供了另一种大像面的光学成像镜头，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。

第一透镜为自物侧数来的第一片透镜，第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面。

第二透镜为自物侧数来的第二片透镜，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凹面。第一透镜与第二透镜构成正透镜系统起对系统预屈光作用。

第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为凸面；第四透镜具负屈光率，第四透镜的像侧面为凹面；第三透镜与第四透镜的组合焦距为负。

第五透镜为自像侧数来的第三片透镜，第五透镜具负屈光率，第五透镜的物侧面为凹面，第五透镜的像侧面为凹面。第五透镜为双凹透镜，接收前组光线并扩大像高，与第六透镜构成正负透镜组，降低系统球差，提高系统分辨率。

第六透镜为自像侧数来的第二片透镜，第六透镜具正屈光率，第六透镜的像侧面为凸面。

第七透镜为自像侧数来的第一片透镜，第七透镜具正屈光率，第七透镜的物侧面为凸面，第七透镜的像侧面为平面或凹面。第七透镜在功能上为增光缩焦镜(converginggroup)，缩短系统焦距，增大系统相对孔径，对系统场曲进行优化。

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。本发明采用七片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有通光大，可达到1.24以下，增大识别范围；光学传递函数管控较好，分辨率高，对比度高；畸变矫正好，减少矫正畸变情况下像素损失严重情况；设计良率高，可达到95％以上；无需使用玻璃非球面，降低制造成本；对相对照度进行管控，保证大通光条件下，相对照度均匀；整体尺寸较小的优点。

优选的，该光学成像镜头还满足：1.0≤f12/f≤1.6，其中，f12为第一透镜和第二透镜的组合焦距，f为该光学成像镜头的焦距，进一步优化像差。

优选的，该光学成像镜头还满足：0.6≤|f34/f|≤2.5，其中，f34第三透镜与第四透镜的组合焦距，f为该光学成像镜头的焦距，进一步优化慧差，场曲等，提高成像质量。

优选的，该光学成像镜头还满足：25≤vd3-vd4，其中，vd3为第三透镜的色散系数，vd4为第四透镜的色散系数，进一步对系统消除色差，有效满足不同光源条件下的使用，提高系统抗干扰性能。

优选的，该光学成像镜头还满足：2≤vd2′-vd3′≤36，其中，vd2′为自像侧数来的第二片透镜的色散系数，vd3′为自像侧数来的第三片透镜的色散系数，进一步降低系统球差，提高系统分辨率。

优选的，该光学成像镜头还满足：该光学成像镜头还满足：0.35≤f12′/f≤0.45，其中，f12′自像侧数来的第一片透镜和第二片透镜的组合焦距，f为该光学成像镜头的焦距，进一步优化球差。

优选的，该光学成像镜头还满足：该光学成像镜头还满足：0.7≤f1′/f≤0.8，2.0≤T1′/ALT≤3.5，1.75≤nd1′≤2.0，其中，f1′为自像侧数来的第一片透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距，T1′自像侧数来的第一片透镜在该光轴上的厚度，ALT为所有具有屈光率的透镜在该光轴上的厚度之和，nd1′为自像侧数来的第一片透镜的折射率，进一步缩短系统焦距，增大系统相对孔径，优化对系统场曲。

优选的，该光学成像镜头还满足：1.60≤TTL/f≤1.80；0.15≤BFL/f≤0.42，其中，TTL为该光学成像镜头的光学系统总长，f为该光学成像镜头的焦距，BFL为自像侧数来的第一片透镜的像侧面至成像面在光轴上的距离，使得该光学成像镜头更紧凑，进一步实现小型化。

下面将以具体实施例来对本发明的大像面的光学成像镜头进行详细说明。

实施例一

如图1所示，一种大像面的光学成像镜头，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、光阑8、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、保护玻璃9和成像面100；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为自物侧A1数来的第一片透镜，第一透镜1具正屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凸面，但并不限于此，在一些实施例中，第一透镜1的像侧面12也可以是平面或凹面。

第二透镜2为自物侧A1数来的第二片透镜，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为凹面。

第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面31为凸面，第三透镜3的像侧面32为凹面，当然，在一些实施例中，第三透镜3的像侧面32也可以是平面或凸面。

第四透镜4具负屈光率，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，当然，在一些实施例中，第四透镜4的物侧面41也可以是平面或凹面。

第五透镜5为自像侧A2数来的第三片透镜，第五透镜5具负屈光率，第五透镜5的物侧面51为凹面，第五透镜5的像侧面52为凹面。

第六透镜6为自像侧A2数来的第二片透镜，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，当然，在一些实施例中，第六透镜6的物侧面61也可以为凸面或平面。

第七透镜7为自像侧A2数来的第一片透镜，第七透镜7具正屈光率，第七透镜7的物侧面71为凸面，第七透镜7的像侧面72为凹面，当然，在一些实施例中，第七透镜7的像侧面72也可以为平面。

本具体实施例中，第一透镜1至第七透镜7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至第七透镜7也可以采用塑料等其它光学材料制成。

当然，在一些实施例中，光阑8也可以设置在其它透镜之间。

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

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图2，离焦曲线图详见图3，可以看出分辨率高，对比度高，成像质量优良，达到TOF领域高分辨率水平；场曲及畸变图请参阅图4的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正，畸变量为-1.1％；相对照度图请参阅图5，可以看出相对照度高，大于0.9，且均匀度好。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝28.70mm；光圈值FNO＝1.23；视场角FOV＝20.0°；像面高度＝10.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面100在光轴I上的距离TTL＝49.11mm。

实施例二

如图6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，仅第一透镜1的像侧面11为平面，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

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图7，离焦曲线图详见图8，可以看出分辨率高，对比度高，成像质量优良，达到TOF领域高分辨率水平；场曲及畸变图请参阅图9的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正，畸变量为-0.5％；相对照度图请参阅图10，可以看出相对照度高，大于0.8，且均匀度好。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝28.70mm；光圈值FNO＝1.21；视场角FOV＝20.0°；像面高度＝10.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面100在光轴I上的距离TTL＝47.92mm。

实施例三

如图11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，仅第一透镜1的像侧面11为平面，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

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图12，离焦曲线图详见图13，可以看出分辨率高，对比度高，成像质量优良，达到TOF领域高分辨率水平；场曲及畸变图请参阅图14的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正，畸变量为-1.2％；相对照度图请参阅图15，可以看出相对照度高，大于0.9，且均匀度好。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝28.67mm；光圈值FNO＝1.20；视场角FOV＝20.0°；像面高度＝10.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面100在光轴I上的距离TTL＝47.34mm。

实施例四

如图16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，仅第一透镜1的像侧面11为平面，光阑8设置在第四透镜4和第五透镜5之间，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4-1所示。

表4-1实施例四的详细光学数据

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图17，离焦曲线图详见图18，可以看出分辨率高，对比度高，成像质量优良，达到TOF领域高分辨率水平；场曲及畸变图请参阅图19的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正，畸变量为-1.8％；相对照度图请参阅图20，可以看出相对照度高，大于0.97，且均匀度好。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝28.81mm；光圈值FNO＝1.21；视场角FOV＝20.0°；像面高度＝10.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面100在光轴I上的距离TTL＝47.47mm。

实施例五

如图21所示，一种大像面的光学成像镜头，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、光阑7、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、保护玻璃8和成像面9；该第一透镜1至第六透镜6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为自物侧A1数来的第一片透镜，第一透镜1具正屈光率，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，但并不限于此，在一些实施例中，第一透镜1的像侧面12也可以是平面或凸面。

第二透镜2为自物侧A1数来的第二片透镜，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为凹面。

第三透镜3具负屈光率，第三透镜3的物侧面31为凸面，第三透镜3的像侧面32为凹面。

第四透镜4为自像侧A2数来的第三片透镜，第四透镜4具负屈光率，第四透镜4的物侧面41为凹面，第四透镜4的像侧面42为凹面。

第五透镜5为自像侧A2数来的第二片透镜，第五透镜5具正屈光率，第五透镜5的物侧面51为凹面，第五透镜5的像侧面52为凸面，当然，在一些实施例中，第五透镜5的物侧面51也可以为凸面或平面。

第六透镜6为自像侧A2数来的第一片透镜，第六透镜6具正屈光率，第六透镜6的物侧面61为凸面，第六透镜6的像侧面62为凹面，当然，在一些实施例中，第六透镜6的像侧面62也可以为平面。

本具体实施例中，第一透镜1至第六透镜6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至第六透镜6也可以采用塑料等其它光学材料制成。

当然，在一些实施例中，光阑7也可以设置在其它透镜之间。

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

本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。

本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图22，离焦曲线图详见图23，可以看出分辨率高，对比度高，成像质量优良，达到TOF领域高分辨率水平；场曲及畸变图请参阅图24的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变得到较好矫正，畸变量为-1.1％；相对照度图请参阅图25，可以看出相对照度高，大于0.94，且均匀度好。

本具体实施例中，该光学成像镜头的焦距f＝28.65mm；光圈值FNO＝1.23；视场角FOV＝20.0°；像面高度＝10.0mm；第一透镜1的物侧面11至成像面9在光轴I上的距离TTL＝46.30mm。

表6本发明五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发明，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发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。