智慧型汽车用高清晰近红外广角镜头光学系统的制作方法

1.本公开涉及一种近红外广角镜头光学系统，尤其涉及一种智慧型汽车用高清晰近红外广角镜头光学系统。


背景技术：

2.tof(time of flight：飞行时间)是如下一种技术：传感器发出经调制的近红外光并接收遇物体后反射的反射光，计算近红外光的发射和反射的时间差或相位差来获得被拍摄景物的距离从而产生深度信息，并且结合传统的相机拍摄来将物体的三维轮廓以用不同颜色代表不同距离的地形图的方式呈现出来。
3.tof技术不易受外界光干扰从而能够在多种环境下工作，并且具有体积小巧、响应速度快、识别精度高、动态感测范围更宽等多重优势，因此tof技术日渐成为深度传感的首选技术方案。因此，tof技术近年来在智能手机、汽车、安防、医疗和工业等热门应用市场表现出了极佳的市场潜力。
4.在智慧型汽车的应用领域，tof技术逐渐成为提升车辆安全性的关键技术。一方面，tof镜头可充当汽车的“眼睛”，可识别前方的障碍物。另一方面，tof镜头适用于座舱内部的驾驶者疲劳监测、手势识别、人脸识别等。
5.市场要求tof镜头光学系统的视角大，成像品质高，还谋求成本降低、小型化等。现有技术提出了一种具有六个透镜的tof镜头光学系统，该tof镜头光学系统具有图1和图2所示的结构。
6.在图1中，l28是tof镜头光学系统的最靠像侧的透镜的第2面，与传感器面s1相对。b1是带通滤波器，c1是传感器的保护玻璃。来自处于附图的左方向的被摄体的反射光的一部分被传感器的保护玻璃c1的表面反射，被l28的表面再次反射。由于l28是朝向传感器面凹的面，因此从保护玻璃c1向透镜面l28入射的反射光的方向被改变为画面的中心方向，成为影响更强的幻象光而导致错误信号。
7.在图2中，l29是tof镜头光学系统的最靠像侧的透镜的第2面，与传感器面s2相对。c2是传感器的保护玻璃，图2中省略带通滤波器。来自处于附图的左方向的被摄体的反射光的一部分被对于反射光的入射方向而言呈凹面的透镜面l29会聚而形成强的反射光，入射到传感器面s2，成为影响更强的幻象光而导致错误信号。
8.因此，tof镜头光学系统当从被摄体返回来的光线在透镜表面、带通滤波器、传感器的保护玻璃等的表面处发生不期望的反射时，形成错误的被摄体信息，从而导致自动驾驶、机器人控制等的误动作。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本公开提出了一种小型化、大视角且保证高成像品质的tof镜头光学系统。
10.根据本公开的一方面，提供了一种近红外广角镜头光学系统，从物侧到像侧沿光
轴依次包括负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜以及负光焦度的第六透镜，其中，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，所述第三透镜至所述第六透镜的像侧面为凸面，所述第三透镜至所述第六透镜均满足以下条件式。
11.2《r/f，
12.r为所述第三透镜至所述第六透镜中的任一个透镜的像侧面的球面半径，f为所述近红外广角镜头光学系统的焦距。
13.根据本公开的近红外广角镜头光学系统，通过采用上述第一透镜～第六透镜的优化设计，能够使水平视角为90度以上，能够拥有更大的视角，另外，能够使光学总长小于或等于20mm，减少整体体积，符合产品的小型化的需求，另外，能够防止幻象光的产生，能够保证高质量图像的拍摄。
14.根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
15.包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
16.图1是用于说明现有技术的tof镜头光学系统的问题的图。
17.图2是用于说明现有技术的tof镜头光学系统的问题的图。
18.图3是本实施例的tof镜头光学系统的透镜截面及光路图。
19.图4是表示本实施例的tof镜头光学系统的mtf(调制传递函数)的示意图。
20.图5是表示本实施例的tof镜头光学系统的离焦曲线图。
21.附图标记说明
22.1：tof镜头光学系统；l1～l6：第一透镜～第六透镜；sto：光阑；bpf：带通滤光片；ima：成像面。
具体实施方式
23.以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
24.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
25.另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段和元件未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
26.本实施方式所涉及的近红外广角镜头光学系统能够应用于智慧型汽车、智能监控、医疗看护、工业视觉等设备上，由于主要由6枚透镜构成而结构简单，通过采用不同透镜相互组合，具有良好的光学性能。
27.对本实施方式所涉及的近红外广角镜头光学系统的基本结构进行说明。
28.在基本结构中，从物侧到像侧沿光轴依次包括负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜、正光焦度的第五透镜以及负光焦度的第六透镜。
29.本公开的发明人针对图1和图2进行了研究，获得了以下发现：在图1的tof用透镜系统等将红外光投射到被摄体并且利用反射光进行探测的类型的透镜系统中，最靠像侧的透镜的像侧面设为朝向传感器面凹的形状是不合适的。并且，还获得了以下发现：不仅是光学系统的最靠像侧的透镜，光学系统的特别是从光阑起到像侧的透镜也可能产生同样的现象，因此这些透镜的朝向传感器面凹的像侧面、球面半径小的像侧面会导致有害的幻象光。
30.本公开的发明人基于上述发现，将近红外广角镜头光学系统的第一透镜至第六透镜设为以下结构。即，第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，第三透镜至第六透镜的像侧面为凸面。对于第三透镜至第六透镜中的任一个透镜而言，当将该透镜的像侧面的球面半径设为r、将近红外广角镜头光学系统的焦距设为f时，均满足以下条件式。
31.2《r/f
32.通过采用上述的第一透镜～第六透镜的结构设计，本实施方式所涉及的近红外广角镜头光学系统的水平视角为90度以上，能够拥有更大的视角。并且，本实施方式所涉及的近红外广角镜头光学系统的光学总长小于或等于20mm，相比现有技术而言有了较大程度的缩短，减少了整体体积，符合产品的小型化的需求。另外，通过将第三透镜至第六透镜的像侧面设为凸面，并且第三透镜至第六透镜的像侧面的球面半径满足上述条件式，能够防止幻象光的产生，从而能够保证高质量图像的拍摄。
33.此外，本实施方式所涉及的近红外广角镜头光学系统还可以满足以下条件式。
[0034]-4.0《f1/f《-2.0
[0035]-6.0《f2/f《-3.5
[0036]
2.0《f3/f《4.0
[0037]
2.0《f4/f《4.0
[0038]
3.5《f5/f《6.0
[0039]-6.0《f6/f《-3.5
[0040]
其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距，f6为第六透镜的焦距，f为近红外广角镜头光学系统的焦距。
[0041]
通过使上述的第一透镜～第六透镜的焦距满足上述条件式，能够保证近红外广角镜头光学系统的透镜的良好的光学性能。
[0042]
此外，本实施方式所涉及的近红外广角镜头光学系统还可以满足以下条件式。
[0043]
d12/r12《1.85
[0044]
其中，d12为第一透镜的像侧面的有效口径，r12为第一透镜的像侧面的曲率半径。
[0045]
通过使第一透镜满足上述条件式，能够使近红外广角镜头光学系统的透镜的结构变得简单紧凑，能够保证近红外广角镜头光学系统的透镜的良好的光学性能和加工性能。
[0046]
举例而言，第一透镜为弯月型透镜，第二透镜为弯月型透镜，第三透镜为双凸球面透镜，第四透镜为双凸球面透镜，第五透镜为双凸球面透镜，第六透镜为弯月型透镜。通过
将第一透镜～第六透镜全部设计为球面透镜，能够使第一透镜～第六透镜的加工过程简单，使第一透镜～第六透镜的成本更为低廉，从而使近红外广角镜头光学系统整体的成本更为低廉，有利于提高近红外广角镜头光学系统的市场竞争力。
[0047]
此外，本实施方式所涉及的近红外广角镜头光学系统还可以满足以下条件式。
[0048]
d1》10mm
[0049]
5mm《r11《15mm
[0050]
2.0mm《r12《5.0mm
[0051]
0.7mm《ct1《1.4mm
[0052]
5.0mm《r21《15mm
[0053]
3.0mm《r22《6.0mm
[0054]
2.0mm《ct2《3.5mm
[0055]
15mm《r31《30mm
[0056]-5.0mm《r32《15mm
[0057]
1.0mm《ct3《5.0mm
[0058]
6.0mm《r41《15mm
[0059]-10.0mm《r42《-4.0mm
[0060]
1.0mm《ct4《5.0mm
[0061]
10.0mm《r51《30.0mm
[0062]-30.0mm《r52《-10.0mm
[0063]
1.0mm《ct5《3.0mm
[0064]-10.0mm《r61《-3.0mm
[0065]-20.0mm《r62《-8.0mm
[0066]
0.6mm《ct6《1.2mm
[0067]
其中，d1为第一透镜的口径值，r11为第一透镜的物侧面的曲率半径，r12为第一透镜的像侧面的曲率半径，ct1为第一透镜的中心厚度，r21为第二透镜的物侧面的曲率半径，r22为第二透镜的像侧面的曲率半径，ct2为第二透镜的中心厚度，r31为第三透镜的物侧面的曲率半径，r32为第三透镜的像侧面的曲率半径，ct3为第三透镜的中心厚度，r41为第四透镜的物侧面的曲率半径，r42为第四透镜的像侧面的曲率半径，ct4为第四透镜的中心厚度，r51为第五透镜的物侧面的曲率半径，r52为第五透镜的像侧面的曲率半径，ct5为第五透镜的中心厚度，r61为第六透镜的物侧面的曲率半径，r62为第六透镜的像侧面的曲率半径，ct6为第六透镜的中心厚度。
[0068]
通过使上述的第一透镜～第六透镜的焦距满足上述条件式，能够保证近红外广角镜头光学系统的透镜的良好的光学性能和加工性能。
[0069]
还可以是，第五透镜的物侧面的曲率半径和像侧面的曲率半径的大小相同，方向相反。即，当将第五透镜的物侧面的曲率半径设为r51、将第五透镜的像侧面的曲率半径设为r52时，|r51|＝|r52|。通过使第五透镜的两个透镜面的曲率半径值的大小相等，可以有效降低镜片的加工组装的难度，从而提升生产效率，减少成本。
[0070]
还可以是，在第二透镜与第三透镜之间配置有光阑，通过像这样设置，能够以简单的结构来调节光束强度。光圈可以做到f1.3，解析度高，使得近红外广角镜头光学系统满足
高清品质的要求且能够拥有更大的视角。
[0071]
下面，对于近红外广角镜头光学系统，列举tof镜头光学系统为例，结合附图来详细地进行说明。
[0072]
实施例
[0073]
图3是本实施例的tof镜头光学系统1的透镜截面及光路图。如图1所示，鱼眼镜头光学系统1从物侧到像侧沿光轴依次包括第一透镜l1、第二透镜l2、光阑sto、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、带通滤光片bpf以及成像面ima。
[0074]
第一透镜l1的光焦度为负，第一透镜l1的物侧面为凸面，像侧面为凹面。第二透镜l2的光焦度为负，第二透镜l2的物侧面为凸面，像侧面为凹面。第三透镜l3的光焦度为正，第三透镜l3的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第四透镜l4的光焦度为正，第四透镜l4的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第五透镜l5的光焦度为正，第五透镜l5的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第六透镜l6的光焦度为负，第六透镜l6的物侧面为凹面，像侧面为凸面。在本实施例中，只要第三透镜l3至第六透镜l6的像侧面为凸面即可，第三透镜l3至第六透镜l6的物侧面可以为凸面或凹面。
[0075]
通过使第一透镜l1、第二透镜l2以及第六透镜l6为弯月型透镜并且使第三透镜l3～第五透镜l6为双凸球面透镜，即，将第一透镜l1～第六透镜l6全部设计为球面透镜，能够使第一透镜l1～第六透镜l6的加工过程简单，使第一透镜l1～第六透镜l6的成本更为低廉，从而使tof镜头光学系统整体的成本更为低廉，有利于提高tof镜头光学系统的市场竞争力。
[0076]
举例而言，第一透镜l1至第六透镜l6可以采用玻璃材料制成，也可以采用塑胶材料制成。
[0077]
在本实施例中，当将第三透镜l3～第六透镜l6的像侧面的球面半径分别设为r3～r6、将tof镜头光学系统1的焦距设为f时，第三透镜l3～第六透镜l6满足以下条件式：2《r3/f，2《r4/f，2《r5/f，2《r6/f。通过将从光阑sto起到像侧的第三透镜l3～第六透镜l6的像侧面设为凸面，并且第三透镜l3～第六透镜l6的像侧面的球面半径满足上述条件式，能够防止幻象光的产生。
[0078]
优选的是，当将第一透镜l1～第六透镜l6的焦距分别设为f1～f6、将tof镜头光学系统1的焦距设为f时，第一透镜l1～第六透镜l6的焦距满足以下条件式：-4.0《f1/f《-2.0，-6.0《f2/f《-3.5，2.0《f3/f《4.0，2.0《f4/f《4.0，3.5《f5/f《6.0，-6.0《f6/f《-3.5。通过使第一透镜l1～第六透镜l6的焦距满足上述条件式，能够保证tof镜头光学系统1的透镜的良好的光学性能。
[0079]
优选的是，当将第一透镜l1的像侧面的有效口径设为d12、将第一透镜l1的像侧面的曲率半径设为r12时，第一透镜l1满足以下条件式：d12/r12《1.85。其中，。通过像这样设置，近红外广角镜头光学系统的透镜的结构变得简单紧凑，能够保证近红外广角镜头光学系统的透镜的良好的光学性能和加工性能。
[0080]
优选的是，当将第一透镜l1的口径值设为d1、将第一透镜l1的物侧面的曲率半径设为r11、将第一透镜l1的像侧面的曲率半径设为r12、将第一透镜l1的中心厚度设为ct1时，第一透镜l1满足条件式：d1》10mm，5mm《r11《15mm，2.0mm《r12《5.0mm，0.7mm《ct1《1.4mm。当将第二透镜l2的物侧面的曲率半径设为r21、将第二透镜l2的像侧面的曲率半径设为
r22、将第二透镜l2的中心厚度设为ct2时，第二透镜l2满足条件式：5.0mm《r21《15mm，3.0mm《r22《6.0mm，2.0mm《ct2《3.5mm。当将第三透镜l3的物侧面的曲率半径设为r31、将第三透镜l3的像侧面的曲率半径设为r32、将第三透镜l3的中心厚度设为ct3时，第三透镜l3满足条件式：15mm《r31《30mm，-5.0mm《r32《15mm，1.0mm《ct3《5.0mm。当将第四透镜l4的物侧面的曲率半径设为r41、将第四透镜l4的像侧面的曲率半径设为r42、将第四透镜l4的中心厚度设为ct4时，第四透镜l4满足条件式：6.0mm《r41《15mm，-10.0mm《r42《-4.0mm，1.0mm《ct4《5.0mm。当将第五透镜l5的物侧面的曲率半径设为r51、将第五透镜l5的像侧面的曲率半径设为r52、将第五透镜l5的中心厚度设为ct5时，第五透镜l5满足条件式：10.0mm《r51《30.0mm，-30.0mm《r52《-10.0mm，1.0mm《ct5《3.0mm。当将第六透镜l6的物侧面的曲率半径设为r61、将第六透镜l6的像侧面的曲率半径设为r62、将第六透镜l6的中心厚度设为ct6时，第六透镜l6满足条件式：-10.0mm《r61《-3.0mm，-20.0mm《r62《-8.0mm，0.6mm《ct6《1.2mm。
[0081]
优选的是，第五透镜l5的物侧面的曲率半径和像侧面的曲率半径的大小相同，方向相反。即，当将第五透镜l5的物侧面的曲率半径设为r51、将第五透镜l5的像侧面的曲率半径设为r52时，|r51|＝|r52|。通过使第五透镜l5的两个透镜面的曲率半径值的大小相等，可以有效降低镜片的加工组装的难度，从而提升生产效率，减少成本。
[0082]
在本实施例中，在第二透镜l2与第三透镜l3之间配置有光阑sto，通过像这样设置，能够以简单的结构来调节光束强度。
[0083]
本实施例的tof镜头光学系统的设计参数可以如下表所示。
[0084]
[0085][0086]
根据本实施例的tof镜头光学系统，通过采用上述的第一透镜～第六透镜的优化设计，tof镜头光学系统的水平视角为90度以上，光圈可以做到f1.3，解析度高，其满足高清品质的要求且能够拥有更大的视角。并且，tof镜头光学系统的光学总长小于20mm，相比现有技术而言有了较大程度的缩短，减少了整体体积，符合产品的小型化的需求。另外，通过将第三透镜l3至第六透镜l6的像侧面设为凸面，并且第三透镜l3至第六透镜l6的像侧面的球面半径满足上述条件式，能够防止幻象光的产生，从而能够保证高质量图像的拍摄。
[0087]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。