一种镜头及TOF成像设备制造技术

本发明专利技术属于光学技术领域，特别涉及一种镜头及TOF成像设备。本发明专利技术提供一种镜头，沿光轴方向从物侧至像侧依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和一个成像面，镜头第一透镜与第二透镜之间的空气间隔G12与镜头的光学总长TTL满足G12/TTL≤0.02；第二透镜与第三透镜之间的空气间隔G23与镜头的光学总长TTL满足G23/TTL≤0.09；第三透镜与第四透镜之间的空气间隔G34与镜头的光学总长TTL满足G34/TTL≤0.37。通过本发明专利技术技术方案提供的镜头和TOF成像设备，能保持复杂环境中成像质量高的同时，具有小型化、轻薄化的特点，能更好地满足移动和消费电子领域应用TOF技术成像的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种镜头及TOF成像设备
本专利技术属于光学
，特别涉及一种镜头及TOF成像设备。
技术介绍
在移动和消费电子领域，3D感知技术在近几年得到快速应用，其中，基于飞行时间法(TOF)的3D感知技术的应用尤其得到人们的关注。近几年，TOF成像技术在工业和科研领域等方面有较多的应用，其设备尺寸比较大，像素比较低；在移动和消费电子领域要得到应用，首先要求像素能达到VGA级别以获得更多的深度信息，其次要求小型化轻薄化，这需要对光学系统及相应的光学结构进行改进，从而得到更轻薄化的光学设备和获得更高的成像效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镜头及TOF成像设备，解决现有技术尺寸大、像素低的问题。本专利技术解决其技术问题提供的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供一种镜头，沿光轴方向从物侧至像侧依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和一个成像面，镜头满足：第一透镜与第二透镜之间的空气间隔G12与镜头的光学总长TTL满足：G12/TTL≤0.02；第二透镜与第三透镜之间的空气间隔G23与镜头的光学总长TTL满足：G23/TTL≤0.09；第三透镜与第四透镜之间的空气间隔G34与镜头的光学总长TTL满足：G34/TTL≤0.37；镜头的光学总长TTL与镜头的焦距EFL满足：1.2≤TTL/EFL≤1.5。合理设置透镜之间的空气间隔与光学总长的比值，利于在保证合理的光线走势、提高成像质量的基础上保持光学系统的小型化；合理设置镜头的光学总长TTL与镜头的焦距EFL的比值，能在保持光学系统小型化的同时保证成像质量。第二方面，本专利技术提供一种TOF成像设备，包括发射端和接收端，其中，发射端包括红外发射器，用于向目标物发射波长为940nm的光信号；接收端包括：镜头，所述镜头为本专利技术所提供的第一方面中任一项所述镜头，用于汇聚目标物反射的光信号；窄带滤波片，设置在镜头的第四透镜和成像面之间，用于选取与所述红外发射器所发射波长一致波长的光，滤除干扰光；图像传感器，所述图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器，设置于所述镜头的成像面，用于测量物体与镜头之间的距离，并生成深度图像或3D图像。该TOF成像设备可以通过发射940nm的光信号，经目标物反射光信号并转化为深度数据信息，从而获得目标物的2维信息以及3维信息进行目标物的分类、建模、检测、与交互等方面的应用，能满足应用TOF技术成像的需求。本专利技术的有益效果包括：本专利技术提供的镜头通过对透镜及光兰的合理设置，在满足成像质量高的同时，具有小型化、轻薄化的特点；本专利技术提供的TOF成像设备，采用兼具成像质量高和小型化轻薄化的镜头，能适应复杂环境的变化提供高质量的图像信息，可以满足TOF技术成像的需求，应用于智能手机、支付终端、智能家居、AR/VR等场景。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术实施例镜头的结构示意图。图2是本专利技术实施例镜头的像散场曲和畸变的曲线图。图3是本专利技术实施例镜头的相关照度图。图4是本专利技术实施例镜头的网格畸变图。图5是本专利技术实施例TOF成像设备的结构示意图。图6是本专利技术实施例TOF成像设备接收端的结构示意图。附图标号：镜头100光轴OA物侧O像侧I第一透镜L1第一透镜朝物面S1第一透镜朝像面S2第二透镜L2第二透镜朝物面S3第二透镜朝像面S4光兰ST第三透镜L3第三透镜朝物面S5第三透镜朝像面S6第四透镜L4第四透镜朝物面S7第四透镜朝像面S8成像面、图像传感器IMATOF成像设备200目标物201发射端202接收端203窄带滤光片NB窄带滤光片朝物面S9窄带滤光片朝像面S10具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式进行详细的阐述。本领域的普通技术人员可以理解，在本专利技术实施方式中，为了使读者更好地理解本专利技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下实施方式的种种变化和修改，也可以实现本专利技术所要求保护的技术方案。以下对实施例涉及到的概念进行简要说明：光学总长(TTL)：指由镜头中镜片的第一面到像面的距离。视场角(FOV)：指镜头能拍摄到的最大视场范围。半视角(HFOV)：指镜头能够拍摄到的最大角度的一半。有效焦距(EEL)：指镜头中心到焦点的距离。光圈(Fno)：镜头的有效焦距与入瞳直径的比值。屈光度：指光轴附近使光汇聚或发散的程度。正屈光度是使光线向着光线弯曲、即汇聚光的屈光度。负屈光度是使光线弯曲远离光轴、即发射光的屈光度。曲率半径：曲率是用于表示曲线在某一点的弯曲程度的数值。曲率越大，表示曲线的弯曲程度越大，曲率的倒数就是曲率半径。孔径光兰：指通过镜头的光束尺寸的开口。相对照度(IR)：指像面边缘照度和中心照度之比。畸变(TVD)：对于理想的光学系统，在一对共轭的物像平面上，放大率是常数。但对于实际的光学系统，仅当视场较小时具有这一性质。当视场较大时，像的放大率就要随着视场而异，使得像对于物失去相似性。这种使像变形的成像缺陷称为畸变。球差：球差是由于透镜中心区域和边缘区域对光束会聚能力不同而造成的。远轴光束通过透镜时被折射得比近轴光束要厉害得多，因而由同一物点散射的光束经过透镜后不交在一点上，而是在透镜相平面上变成了一个漫射圆斑。结果成像会变得模糊，这种成像缺陷就是球差。本专利技术的一些实施方式提供一种镜头，参照图1，沿光轴OA方向从物侧O至像侧O依次设置第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和一个成像面I，该镜头的第一透镜与第二透镜之间的空气间隔G12与镜头的光学总长TTL满足：G12/TTL≤0.02；第二透镜与第三透镜之间的空气间隔G23与镜头的光学总长TTL满足：G23/TTL≤0.09；第三透镜与第四透镜之间的空气间隔G34与镜头的光学总长TTL满足：G34/TTL≤0.37；镜头的光学总长TTL与镜头的焦距EFL满足：1.2≤TTL/EFL≤1.5。合理设置透镜之间的空气间隔与光学总长的比值，利于在保证合理的光线走势、提高成像质量的基础上保持光学系统的小型化；合理设置镜头的光学总长TTL与镜头的焦距EFL的比值，能在保持光学系统小型化的同时保证成像质量。在一些实施方式中，镜头的光学总长TTL与镜头成像面上有效感光区域对角线的一半ImgH满足：TTL/ImgH≤0.56。合理设置光学总长与像高的比值，利于保持光学系统的小型化。在一些实施方式中，镜头的最大视场角FOV与镜头的焦距EFL满足：FOV/EFL≤20deg/mm。合理设置最大视场角与焦距的比值，利于控制光线的入射角度、校正像差、提高解像力，保证成像质量。在一些实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镜头，沿光轴方向从物侧至像侧依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和一个成像面，其特征在于，所述镜头满足：/n第一透镜与第二透镜之间的空气间隔G12与镜头的光学总长TTL满足：G12/TTL≤0.02；/n第二透镜与第三透镜之间的空气间隔G23与镜头的光学总长TTL满足：G23/TTL≤0.09；/n第三透镜与第四透镜之间的空气间隔G34与镜头的光学总长TTL满足：G34/TTL≤0.37。/n

【技术特征摘要】
1.一种镜头，沿光轴方向从物侧至像侧依次设置第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和一个成像面，其特征在于，所述镜头满足：
第一透镜与第二透镜之间的空气间隔G12与镜头的光学总长TTL满足：G12/TTL≤0.02；
第二透镜与第三透镜之间的空气间隔G23与镜头的光学总长TTL满足：G23/TTL≤0.09；
第三透镜与第四透镜之间的空气间隔G34与镜头的光学总长TTL满足：G34/TTL≤0.37。


2.根据权利要求1所述镜头，其特征在于，所述镜头的光学总长TTL与镜头成像面上有效感光区域对角线的一半ImgH满足：TTL/ImgH≤0.56。


3.根据权利要求2所述镜头，其特征在于，所述镜头的最大视场角FOV与镜头的焦距EFL满足：FOV/EFL≤20deg/mm。


4.根据权利要求3所述镜头，其特征在于，所述镜头的光圈Fno满足：1.2≤Fno≤1.5。


5.根据权利要求4所述镜头，其特征在于，所述第二透镜和第三透镜之间设置有孔径光兰。


6.根据权利要求4所述镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为塑胶偶次非球面透镜，各非球面的面型参数可采用如下方程式表示：



其中，x为非球面上点的横坐标，y为非球面上点的纵坐标，k为圆锥常数，r为非球面顶点处的曲率，A、B、C、D、E表示各阶非球面系数。


7.根据权利要求1-6中任一项所述镜头，其特征在于，所述第一透镜为具有负屈光度的双凹形，该第一透镜在物侧与光轴相交处的凹形较平...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄欢，全世红，邓明育，
申请(专利权)人：深圳荆虹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44