一种大通光高分辨飞行时间测量镜头的制作方法

本发明涉及镜头
技术领域：
，具体涉及一种大通光高分辨飞行时间测量镜头。
背景技术：
：tof(timeofflight，飞行时间)技术，是由一组人眼看不到的红外光(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。因此，tof镜头越来越多地运用到诸如vr/ar、自动驾驶、安防监控、自动化生产等各个领域，但现有的tof镜头至少还存在以下缺陷：1、目前市场的tof镜头主流通光远未达到应用所需理想通光值。2、目前市场的tof镜头对畸变管控差，矫正畸变导致大量像素损失。3、目前市场的tof，为实现大通关对边缘视场相对照度牺牲较大，照度变化大。4、随着tof应用领域的拓展，部分应用场景对镜头尺寸提出了小型化的需求，同时为保证当前及近未来的识别需求，要求随靶面尺寸受限于小型化需求限制，像素尺寸进一步缩小，要求镜头满足5um及以下像素尺寸传感器的使用。5、目前市场的tof，高分辨飞行时间测量镜头整体尺寸较大，与市场需求存在落差。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种大通光高分辨飞行时间测量镜头，以至少解决上述问题的其一。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大通光高分辨飞行时间测量镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；所述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；所述第一透镜具负屈光度，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第二透镜具负屈光度，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第三透镜具正屈光度，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面或平面；所述第四透镜具正屈光度，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；所述第五透镜具正屈光度，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第六透镜具负屈光度，所述第六透镜的物侧面为凸面或平面、像侧面为凹面。该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。优选地，符合下列条件式：1.7≤nd2≤nd1，其中，nd1为第一透镜的折射率，nd2为第二透镜的折射率。优选地，所述第三透镜的折射率不小于所述第一透镜、第二透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜的折射率。优选地，符合下列条件式：1.51≤nd2≤nd1≤nd3，其中，nd1为第一透镜的折射率，nd2为第二透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率。优选地，还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜与第四透镜之间。优选地，所述第四透镜采用非球面玻璃透镜。优选地，符合下列条件式：2.5≤eflx4/efl≤3.3，其中，eflx4为第四透镜的焦距值，efl为该系统的焦距值。优选地，所述第六透镜的折射率不大于所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜的折射率。优选地，符合下列条件式：1.49≤nd6≤nd5≤2.1，其中，nd5为第五透镜的折射率，nd6为第六透镜的折射率。优选地，符合下列条件式：ttl≤15mm，bfl≥2mm，其中，ttl为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，bfl为第六透镜中心至成像面在光轴上的距离。采用上述技术方案后，本发明与
背景技术：
相比，具有如下优点：1、本发明的fno达到1.2以下，视场角超过135°，可以提高信号利用率并增大识别范围。2、本发明针对tof对畸变进行管控，降低畸变对有效像素损失的情况。3、本发明针对tof应用需求，对相对照度进行管控，保证大通光条件下的相对照度均匀。4、本发明光学传递函数管控较好，分辨率达到tof领域高分辨率水平，可满足下一代tof传感器分辨率需求(940nm，3um以下像素尺寸)，同时，针对现有常规tof传感器，设计良率达到95％以上。5、本发明使用一片玻璃非球面，可以增大有效通光，减小系统畸变，缩短系统总长。附图说明图1为实施例一的结构示意图；图2为实施例一中镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图；图3为实施例一中镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图；图4为实施例一中镜头在光波长925nm-960nm下的场曲及畸变图；图5为实施例一中镜头在光波长950nm下的相对照度图；图6为实施例二的结构示意图；图7为实施例二中镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图；图8为实施例二中镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图；图9为实施例二中镜头在光波长925nm-960nm下的场曲及畸变图；图10为实施例二中镜头在光波长950nm下的相对照度图；图11为实施例三的结构示意图；图12为实施例三中镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图；图13为实施例三中镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图；图14为实施例三中镜头在光波长925nm-960nm下的场曲及畸变图；图15为实施例三中镜头在光波长950nm下的相对照度图；图16为实施例四的结构示意图；图17为实施例四中镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图；图18为实施例四中镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图；图19为实施例四中镜头在光波长925nm-960nm下的场曲及畸变图；图20为实施例四中镜头在光波长950nm下的相对照度图；图21为实施例五的结构示意图；图22为实施例五中镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图；图23为实施例五中镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图；图24为实施例五中镜头在光波长925nm-960nm下的场曲及畸变图；图25为实施例五中镜头在光波长950nm下的相对照度图。附图标记说明：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、光阑7、保护片8。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。在本说明书中所说的「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该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通光高分辨飞行时间测量镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第六透镜；所述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；所述第一透镜具负屈光度，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第二透镜具负屈光度，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第三透镜具正屈光度，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面或平面；所述第四透镜具正屈光度，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；所述第五透镜具正屈光度，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第六透镜具负屈光度，所述第六透镜的物侧面为凸面或平面、像侧面为凹面。该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。所述第一透镜、第二透镜均为负透镜，相较单一前组负透镜，可以减小后组像差补偿量，将负前组分裂为两片甚至三片，以此来减小每片镜片的光焦度，减小彗差、畸变等像差初级量，且也可降低其像差高级量。在当前结构情况下，若需进一步扩大视场、相对孔径和工作距时，可增大所述第一透镜、第二透镜的曲率或可分离出一片单负透镜，分担光焦度。优选地，符合下列条件式：1.7≤nd2≤nd1，其中，nd1为第一透镜的折射率，nd2为第二透镜的折射率，材质选取方面，由于系统对色差矫正需求低，为压缩系统总长并降低镜片工艺难度，使用折射率低于1.7的火石玻璃构成。优选地，所述第三透镜的折射率不小于所述第一透镜、第二透镜、第四透镜、第五透镜及第六透镜的折射率。所述第三透镜为双凸或平凸透镜，对透过所述第一透镜、第二透镜的光线，降低光线高度，矫正负透镜组导致的球差，具有整个光学系统最高的折射率。优选地，符合下列条件式：1.51≤nd2≤nd1≤nd3，其中，nd1为第一透镜的折射率，nd2为第二透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率。优选地，还包括光阑，所述光阑设置在所述第三透镜与第四透镜之间。优选地，所述第四透镜采用非球面玻璃透镜，所述第四透镜负担前组残余像差矫正作用，基本外型为弯月厚透镜，可改善高级球差、慧差，提升相对孔径至1.2以下，同时，可尽可能缩小非球面有效径，降低系统成本。玻璃非球面透镜的物侧面和像侧面曲线的方程式表示如下：其中：z：非球面之深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；c：非球面顶点之曲率(thevertexcurvature)；k：锥面系数(conicconstant)；径向距离(radialdistance)；rn：归一化半径(normalizationradius(nradius))；u：r/rn；am：第m阶qcon系数(themthqconcoefficient)；qmcon：第m阶qcon多项式(themthqconpolynomial)。优选地，符合下列条件式：2.5≤eflx4/efl≤3.3，其中，eflx4为第四透镜的焦距值，efl为该系统的焦距值。优选地，所述第六透镜的折射率不大于所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜的折射率。所述第五透镜为双凸或平凸透镜，近似为鼓型透镜，大孔径系统该镜片折射率需提高，降低该位置光线高度。所述第六透镜为弯月负透镜，与所述第五透镜正负透镜组合，对像差进行矫正，近似弯月厚透镜，可以降低系统场曲，改善装配条件，提高产品良率。该类小靶面系统常具有较大的主光线入射角，为配合主光线分布，所述第六透镜弯月负透镜像侧面为凹面，具有整个光学系统最低的折射率。优选地，符合下列条件式：1.49≤nd6≤nd5≤2.1，其中，nd5为第五透镜的折射率，nd6为第六透镜的折射率。优选地，符合下列条件式：ttl≤15mm，bfl≥2mm，其中，ttl为第一透镜的物侧面至成像面在光轴上的距离，bfl为第六透镜中心至成像面在光轴上的距离。下面将以具体实施例对本发明的飞行时间测量镜头进行详细说明。实施例一参考图1所示，本实施例公开了一种大通光高分辨飞行时间测量镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜1至第六透镜6；所述第一透镜1至第六透镜6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；所述第一透镜1具负屈光度，所述第一透镜1的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第二透镜2具负屈光度，所述第二透镜2的物侧面为凸面、像侧面为凹面；所述第三透镜3具正屈光度，所述第三透镜3的物侧面为凸面、像侧面为凸面或平面；所述第四透镜4具正屈光度，所述第四透镜4的物侧面为凹面、像侧面为凸面；所述第五透镜5具正屈光度，所述第五透镜5的物侧面为凸面、像侧面为凸面；所述第六透镜6具负屈光度，所述第六透镜6的物侧面为凸面或平面、像侧面为凹面。在本实施例中，所述光阑7设置在所述第三透镜3与第四透镜4之间，当然，在其他实施例中，所述光阑7也可以设置在其他合适的位置。本具体实施例的详细光学数据如表1所示。表1实施例一的详细光学数据面序号表面曲率半径厚度材质折射率色散系数焦距半口径#typertcglassndvdeflxsd0被摄物面inf10002477.81第一透镜24.4960.700h-zlaf4la1.9135.3-4.64.323.4370.9832.93第二透镜6.1610.599h-zbaf211.7238.0-12.62.943.4912.5452.55第三透镜5.7281.800h-zlaf902.0025.45.92.56inf1.2512.27光阑inf0.3551.68第四透镜-35.4401.800d-zlaf52la1.8141.05.01.69-3.6570.0802.110第五透镜27.8421.800h-zlaf4la1.9135.35.62.211-5.8310.0802.212第六透镜62.8260.509h-qk3l1.4970.4-7.62.1133.4300.7901.914平板玻璃inf0.210h-k9l1.5264.2infinity1.915inf1.3061.916成像面inf0.0002.0在本具体实施例中，所述第四透镜4采用玻璃非球面透镜，所述第四透镜4非球面的参数详细数据请参考下表：表面序号ka4a6a8a10a12a14s81.09e+02-1.42e-021.00e-03-1.13e-031.31e-041.05e-04-2.74e-05s9-3.75e-01-4.26e-04-2.13e-04-3.44e-051.65e-05-3.47e-063.03e-07本具体实施例中，光学成像镜头的焦距efl＝1.800mm；fov＝136°，像高为4mm，ttl＝14.81mm，bfl＝2.31mm，通光为f/1.2。本具体实施例中的光学成像镜头的结构示意图请参阅图1。镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图请参阅图2，从图中可以看出该款镜头的空间频率达150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于30％，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，镜头的分辨率高。镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图请参阅图3，从图中可以看出该镜头在可见光下的离焦量小。镜头在光波长925nm-960nm下的场曲/畸变请参阅图4，从图中可以看出光学畸变管控在-6％以内，成像画幅不会出现明显的变形，对图像的还原比较准确，成像质量高，无需后期图像算法矫正畸变，应用方便。镜头在光波长950nm下的相对照度图请参阅图5，从图中可以看出，相对照度＞70％，为像面提供了较为均匀的照度，保证大通光大角度条件下的相对照度均匀。实施例二配合图6至图10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，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。本具体实施例的详细光学数据如表2所示。表2实施例二的详细光学数据在本具体实施例中，所述第四透镜4采用玻璃非球面透镜，所述第四透镜4非球面的参数详细数据请参考下表：表面序号ka4a6a8a10a12a14s81.09e+02-1.42e-021.00e-03-1.13e-031.31e-041.05e-04-2.74e-05s9-3.75e-01-4.26e-04-2.13e-04-3.44e-051.65e-05-3.47e-063.03e-07本具体实施例中，光学成像镜头的焦距efl＝1.800mm；fov＝136°，像高为4mm，ttl＝14.81mm，bfl＝2.31mm，通光为f/1.2。本具体实施例中的光学成像镜头的结构示意图请参阅图6。镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图请参阅图7，从图中可以看出该款镜头的空间频率达150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于30％，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，镜头的分辨率高。镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图请参阅图8，从图中可以看出该镜头在可见光下的离焦量小。镜头在光波长925nm-960nm下的场曲/畸变请参阅图9，从图中可以看出光学畸变管控在-6％以内，成像画幅不会出现明显的变形，对图像的还原比较准确，成像质量高，无需后期图像算法矫正畸变，应用方便。镜头在光波长950nm下的相对照度图请参阅图10，从图中可以看出，相对照度＞70％，为像面提供了较为均匀的照度，保证大通光大角度条件下的相对照度均匀。实施例三配合图11至图15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，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。本具体实施例的详细光学数据如表3所示。表3实施例三的详细光学数据面序号表面曲率半径厚度材质折射率色散系数焦距半口径#typertcglassndvdeflxsd0被摄物面inf10002465.71第一透镜17.9930.700h-zlaf4la1.9135.3-4.34.323.0861.2852.83第二透镜6.2270.800h-zbaf211.7238.0-11.42.843.3211.9362.35第三透镜6.2741.630h-zlaf902.0025.46.02.56-75.1061.7122.37光阑inf0.1321.78第四透镜16.2031.600d-zlaf52la1.8141.05.81.79-6.1530.1002.010第五透镜27.8511.944h-zlaf4la1.9135.35.82.111-6.1310.1002.212第六透镜6.9690.700h-qk3l1.4970.4-13.02.1133.1830.7901.914平板玻璃inf0.210h-k9l1.5264.2infinity1.915inf1.2181.916成像面inf0.0002.0在本具体实施例中，所述第四透镜4采用玻璃非球面透镜，所述第四透镜4非球面的参数详细数据请参考下表：表面序号ka4a6a8a10a12a14s85.33e+01-1.09e-023.39e-03-9.22e-04-1.41e-049.11e-05-1.02e-05s9-1.96e+001.61e-03-2.09e-045.74e-051.62e-05-1.02e-051.25e-06本具体实施例中，光学成像镜头的焦距efl＝1.770mm；fov＝136°，像高为4mm，ttl＝14.86mm，bfl＝2.22mm，通光为f/1.2。本具体实施例中的光学成像镜头的结构示意图请参阅图11。镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图请参阅图12，从图中可以看出该款镜头的空间频率达150lp/mm时，全视场传递函数图像仍接近30％，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，镜头的分辨率高。镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图请参阅图13，从图中可以看出该镜头在可见光下的离焦量小。镜头在光波长925nm-960nm下的场曲/畸变请参阅图14，从图中可以看出光学畸变管控在-6％以内，成像画幅不会出现明显的变形，对图像的还原比较准确，成像质量高，无需后期图像算法矫正畸变，应用方便。镜头在光波长950nm下的相对照度图请参阅图15，从图中可以看出，相对照度＞70％，为像面提供了较为均匀的照度，保证大通光大角度条件下的相对照度均匀。实施例四配合图16至图20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，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。本具体实施例的详细光学数据如表4所示。表4实施例四的详细光学数据面序号表面曲率半径厚度材质折射率色散系数焦距半口径#typertcglassndvdeflxsd0被摄物面inf10002479.01第一透镜24.5470.690h-zlaf50e1.8046.6-4.54.423.0841.5562.83第二透镜12.0000.702h-zbaf211.7238.0-7.92.843.7161.2962.45第三透镜5.4971.732h-zlaf902.0025.45.22.66-51.1131.8712.47光阑inf0.2501.68第四透镜-246.9721.798d-zlaf52la1.8141.04.51.79-3.5510.1002.110第五透镜34.4621.810h-zbaf211.7238.06.02.211-4.7190.1002.312第六透镜41.5780.597h-qk3l1.4970.4-8.02.1133.5050.7901.914平板玻璃inf0.210h-k9l1.5264.2infinity1.915inf1.2081.916成像面inf0.0002.0在本具体实施例中，所述第四透镜4采用玻璃非球面透镜，所述第四透镜4非球面的参数详细数据请参考下表：表面序号ka4a6a8a10a12a14s8-1.00e+02-1.32e-02-2.94e-04-3.99e-047.56e-052.28e-05-9.38e-06s9-5.75e-01-1.56e-04-5.13e-042.61e-051.41e-05-5.39e-065.24e-07本具体实施例中，光学成像镜头的焦距efl＝1.810mm；fov＝136°，像高为4mm，ttl＝14.71mm，bfl＝2.21mm，通光为f/1.2。本具体实施例中的光学成像镜头的结构示意图请参阅图16。镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图请参阅图17，从图中可以看出该款镜头的空间频率达150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于30％，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，镜头的分辨率高。镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图请参阅图18，从图中可以看出该镜头在可见光下的离焦量小。镜头在光波长925nm-960nm下的场曲/畸变请参阅图19，从图中可以看出光学畸变管控在-6％以内，成像画幅不会出现明显的变形，对图像的还原比较准确，成像质量高，无需后期图像算法矫正畸变，应用方便。镜头在光波长950nm下的相对照度图请参阅图20，从图中可以看出，相对照度＞70％，为像面提供了较为均匀的照度，保证大通光大角度条件下的相对照度均匀。实施例五配合图21至图25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，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。本具体实施例的详细光学数据如表5所示。表5实施例五的详细光学数据面序号表面曲率半径厚度材质折射率色散系数焦距半口径#typertcglassndvdeflxsd0被摄物面inf10002477.41第一透镜21.7720.700h-zlaf4la1.9135.3-4.64.323.4091.0742.93第二透镜6.0830.650h-zbaf211.7238.0-11.62.943.3312.4472.45第三透镜5.6431.819h-zlaf902.0025.45.82.56inf1.1902.27光阑inf0.3271.68第四透镜-37.9321.800d-zlaf52la1.8141.05.71.79-4.1440.0802.110第五透镜20.7551.800h-zlaf4la1.9135.35.62.211-6.2490.0802.312第六透镜12.6920.600h-qk3l1.4970.4-9.52.1133.3130.7901.914平板玻璃inf0.210h-k9l1.5264.2infinity1.915inf1.2892.016成像面inf0.0002.0在本具体实施例中，所述第四透镜4采用玻璃非球面透镜，所述第四透镜4非球面的参数详细数据请参考下表：表面序号ka4a6a8a10a12a14s86.52e+01-1.26e-021.44e-03-7.66e-045.44e-054.00e-05-7.17e-06s9-3.54e-01-1.75e-04-3.87e-05-4.15e-051.52e-05-2.16e-061.90e-07本具体实施例中，光学成像镜头的焦距efl＝1.800mm；fov＝136°，像高为4mm，ttl＝14.61mm，bfl＝2.29mm，通光为f/1.2。本具体实施例中的光学成像镜头的结构示意图请参阅图21。镜头在光波长925nm-960nm下的mtf曲线图请参阅图22，从图中可以看出该款镜头的空间频率达150lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于30％，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，镜头的分辨率高。镜头在光波长925nm-960nm下的离焦曲线图请参阅图23，从图中可以看出该镜头在可见光下的离焦量小。镜头在光波长925nm-960nm下的场曲/畸变请参阅图24，从图中可以看出光学畸变管控在-6％以内，成像画幅不会出现明显的变形，对图像的还原比较准确，成像质量高，无需后期图像算法矫正畸变，应用方便。镜头在光波长950nm下的相对照度图请参阅图25，从图中可以看出，相对照度＞70％，为像面提供了较为均匀的照度，保证大通光大角度条件下的相对照度均匀。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。当前第1页12