一种使用自由曲面的TOF镜头制造技术

本发明专利技术是一种使用自由曲面的TOF镜头,使用非旋转对称的非球面代替传统的球面和非球面，提供更多的自由度并可显著提升系统的性能。光学镜头自物侧至像侧依次包含：具有正光焦度的第一透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；具有光焦度的第二透镜，其物侧表面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，其物侧表面为凹面，像侧表面为凸面；具有光焦度的第四透镜，其物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；所述第一透镜的物侧面至所述第四透镜的像侧面中的至少一个表面是非旋转对称的非球面，光阑设置在第一透镜和第二透镜之间。本光学系统相比于其他的TOF镜头具有很好的成像质量，使用的范围更广，同时满足大光圈、超薄化的设计要求。

【技术实现步骤摘要】
一种使用自由曲面的TOF镜头
本专利技术涉及光学成像镜头，具体地，涉及一种4片透镜组成的使用自由曲面的TOF镜头，本光学镜头相比较未使用自由曲面的TOF镜头，具有更小的光学总高和更小的f数，像差校正能力更好，进而提升镜头的使用范围。
技术介绍
随着科学技术的发展与进步，人们对成像光学系统的要求也越来越高，当前应用在手机等便携电子设备的镜片面型大多是传统的非球面(均为旋转对称)，在光学系统设计中传统球面与非球面可供使用的自由度较少，且结构受限，但自由曲面的出现打破了旋转对称以及平面对称的几何约束，其面型更加灵活，可以为光学设计提供更多的自由度，对非旋转对称系统像差的校正有较好的效果，提升系统的成像质量；相比于传统的四片式镜头，本专利技术对各个镜片之间的距离，镜片的形状有着更加合理的约束，结构更加紧凑降低系统的体积和质量，满足了大光圈、超薄化等要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种使用自由曲面的TOF镜头，种可适用于手机等电子便携产品，解决目前传统球面非球面自由度较少的缺点的摄像镜头组，可实现TTL较小，对系统像差的校正较好，并有良好的成像质量。本专利技术的技术方案是：一种使用自由曲面的TOF镜头，由沿光轴从物侧到像侧依次布置；具有正光焦度的第一透镜，第一透镜物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；具有光焦度的第二透镜，第二透镜物侧表面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，第三透镜物侧表面为凹面，像侧表面为凸面；具有光焦度的第四透镜，第四透镜物侧表面为凸面，像侧表面为凹面。以上所述第一透镜的物侧面至所述第四透镜的像侧面中的至少一个表面是非旋转对称的非球面，光阑设置在第一透镜和第二透镜之间，镜头满足以下条件式：SAGFX-SAGFY<0.05其中SAGFX为自由曲面在X方向上的矢高；SAGFY为自由曲面在Y方向上的矢高。CT1/TTL<0.25其中CT1为镜头第一透镜的中心厚度，TTL为镜头的光学总长。此条件时镜头可实现在镜头组中体积较小，TTL较小的特点。在实施方式中，所述摄像光学镜头第一透镜和第二透镜在光轴上的间隔距离是T12，第二透镜和第三透镜在光轴上的间隔距离是T23，第三透镜和第四透镜在光轴上的间隔距离是T34，满足以下关系式：0.4≤T23/T12≤0.70.2≤T34/T23≤0.9满足条件的镜头，可以更好的控制第一透镜与第二透镜，第二透镜与第三透镜之间间隔距离的光程，有利于色散的平衡，并在满足系统性能的情况下使各个镜片之间更加紧凑，减小系统的光学总高。在实施方式中，所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度CT1、所述第三透镜在所述光轴上的中心厚度CT3、所述第四透镜在所述光轴上的中心厚度CT4、所述第一透镜的边缘厚度ET1、所述第三透镜的边缘厚度ET3与所述第四透镜的边缘厚度ET4,满足以下关系式：2.3≤CT1/ET1≤2.51.4≤CT3/ET3≤1.60.8≤CT4/ET4≤1.2满足条件的镜头可合理的控制镜头中心厚度与边缘厚度的比值，限制镜头的厚薄比过大，有利于镜头的制作，另一方面也有可有效的控制不同视场的光程。在实施方式中，所述摄像光学镜头的总焦距为f，所述第一透镜的焦距为f1，满足以下关系式：1.50≤f1/f≤1.60满足条件的镜头可以减小像散和畸变对镜头的影响，使镜头可以呈现更清晰的像。在实施方式中，所述第一透镜物侧面的曲率半径为R1，所述第三透镜像侧面的曲率半径为R2，满足以下关系式：0.35≤R1/R2≤0.50满足条件的镜头可以将光学成像系统的畸变控制在合理的范围内，保证较好的成像质量。在实施方式中，所述第三透镜物侧面的曲率半径为R5，所述第三透镜像侧面的曲率半径为R6，满足以下关系式：0.95≤R5/R6≤3.50满足条件的镜头可以限制第三透镜的形状，有利于整体性能的提升并且可提高第三透镜的加工生产性。在实施方式中，所述第四透镜物侧面的曲率半径为R7，所述第四透镜像侧面的曲率半径为R8，满足以下关系式：4.2≤(R7+R8)/(R7-R8)≤31.5满足条件的镜头规定了该光学系统第四透镜的形状，在条件式规定的范围内减小透镜的偏折程度，有利于像差的校正问题。在实施方式中，所述摄像光学镜头第四透镜像侧面的曲率半径为R8，第四透镜的焦距为f4，满足以下关系式：0.08≤丨R8/f4丨≤0.15满足条件的镜头可有效的降低第四透镜的敏感度，也可适当的减小光学系统的畸变。在实施方式中，所述摄像光学镜头第四透镜的中心厚度为CT4，光学总长为TTL，满足以下关系式：0.08≤CT4/TTL≤0.15满足条件的镜头规定了第四透镜的轴上厚度与摄像光学镜头的光学总长TTL的比值，有利于实现超薄化。在实施方式中，Fno为上述镜头的F数，满足以下关系式：Fno<1.2满足条件的镜头可以拥有较大的光圈，成像性更好，可以适应多种拍摄环境。此外，本申请的摄像光学镜头为TOF(Timeofflight)镜头，TOF技术原理为发射端镜头发射红外面光源，照射到物体反射回来，接受端镜头接受反射回来的红外光信息，此过程实现了3D识别过程。本专利技术的摄像光学镜头的工作波段范围为910nm-970nm。上述的摄像光学镜头，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜均采用偶次非球面塑料镜片，非球面系数满足如下方程：Z＝cy2/[1+{1－(1+k)c2y2}+1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12+A14y14+A16y16+A18y18+A20y20其中，Z为非球面矢高、c为非球面近轴曲率、y为镜头口径、k为圆锥系数、A4为4次非球面系数、A6为6次非球面系数、A8为8次非球面系数、A10为10次非球面系数、A12为12次非球面系数、A14为14次非球面系数、A16为16次非球面系数、A18为18次非球面系数、A20为20次非球面系数。所述第四透镜采用的是自由曲面XY多项式，满足如下方程：其中，k是圆锥系数，Bi是自由曲面系数，r是自由曲面上的点与光轴的垂直距离，x是r的x方向分量，y是r的y方向分量，z是非球面深度，非球面上距离光轴为r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。本专利技术的优点是：相比较未使用自由曲面的TOF镜头，镜片结构更加紧凑，具有更小的光学总高和更小的f数，像差校正能力更好，进而提升镜头的使用范围。附图说明结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本专利技术的其他特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：图1是本专利技术实施例1光学镜头的结构示意图。图2A是本专利技术实施例1光学镜头的轴上象散曲线。图2B是本专利技术实施例1光学镜头的轴上畸变曲线图。图3是本专利技术实施例2光学镜头的结构示意图。图4A是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用自由曲面的TOF镜头，其特征在于，该镜头从物侧至像侧依次为具有正光焦度的第一透镜，第一透镜物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；具有光焦度的第二透镜，第二透镜物侧表面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，第三透镜物侧表面为凹面，像侧表面为凸面；具有光焦度的第四透镜，第四透镜物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；/n所述第一透镜的物侧面至第四透镜的像侧面中的至少一个表面是非旋转对称的非球面，光阑设置在第一透镜和第二透镜之间，该镜头满足以下公式：/nSAGFX-SAGFY<0.05/n其中，SAGFX为自由曲面在X方向上的矢高；SAGFY为自由曲面在Y方向上的矢高；/nCT1/TTL<0.25/n其中CT1为镜头第一透镜的中心厚度，TTL为镜头的光学总长。/n

【技术特征摘要】
1.一种使用自由曲面的TOF镜头，其特征在于，该镜头从物侧至像侧依次为具有正光焦度的第一透镜，第一透镜物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；具有光焦度的第二透镜，第二透镜物侧表面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，第三透镜物侧表面为凹面，像侧表面为凸面；具有光焦度的第四透镜，第四透镜物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；
所述第一透镜的物侧面至第四透镜的像侧面中的至少一个表面是非旋转对称的非球面，光阑设置在第一透镜和第二透镜之间，该镜头满足以下公式：
SAGFX-SAGFY<0.05
其中，SAGFX为自由曲面在X方向上的矢高；SAGFY为自由曲面在Y方向上的矢高；
CT1/TTL<0.25
其中CT1为镜头第一透镜的中心厚度，TTL为镜头的光学总长。


2.根据权利要求1所述一种使用自由曲面的TOF镜头，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜在光轴上的间隔距离是T12，第二透镜和第三透镜在光轴上的间隔距离是T23，第三透镜和第四透镜在光轴上的间隔距离是T34，满足以下关系式：
0.4≤T23/T12≤0.7
0.2≤T34/T23≤0.9。


3.根据权利要求1所述的一种使用自由曲面的TOF镜头，其特征在于，所述第一透镜在光轴上的中心厚度CT1，所述第三透镜在所述光轴上的中心厚度CT3，所述第四透镜在所述光轴上的中心厚度CT4，所述第一透镜的边缘厚度ET1，所述第三透镜的边缘厚度ET3，所述第四透镜的边缘厚度ET4,透镜中心厚度与边缘厚度满足以下关系式：
2.3≤CT1/ET1≤2.5
1.4≤CT3/ET3≤1.6
0.8≤CT...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永富，金兑映，张德远，王哲，
申请(专利权)人：辽宁中蓝光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21