一种光学成像镜组及扫描显示装置的制作方法

1.本技术涉及显示成像技术领域，具体涉及一种光学成像镜组及扫描显示装置。


背景技术：

2.显示成像技术广泛应用于各行各业，其中，扫描显示成像作为一种新兴的显示技术，可用于投影显示、近眼显示等多种应用场景。
3.然而，现有的扫描显示成像系统中，存在着加工难度高，量产成本高以及成像质量不佳等缺点，致使扫描显示成像技术在市场推广应用过程中受到一定的限制，尤其是在光纤扫描显示技术领域，由于光纤扫描时所形成的像方图像为曲面，因此，很难实现对像方曲面的清晰成像。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种光学成像镜组及扫描显示装置，以解决像方曲面图像的清晰成像问题。
5.本技术实施例提供一种光学成像镜组，所述光学成像镜组包括多个透镜，所述多个透镜由第一侧至第二侧依次共光轴设置，所述光学成像镜组的所述第二侧对应曲面图像；
6.靠近所述曲面图像且与所述曲面图像相对的透镜表面为凹面，所述凹面和所述曲面图像在所述光轴上的间距为所述光学成像镜组的工作距离，所述工作距离为0.2mm-1.5mm。
7.进一步地，在本技术较佳实施例当中，所述工作距离为0.4-0.8mm。
8.进一步地，在本技术较佳实施例当中，所述光学成像镜组的总焦距为2mm-3.5mm。
9.进一步地，在本技术较佳实施例当中，所述光学成像镜组的所述总焦距为2.5mm-3mm。
10.进一步地，在本技术较佳实施例当中，所述光学成像镜组的所述总焦距和所述工作距离存在以下关系式：2.95≤f
总
/f
工作距
≤14.43，其中，所述f
总
为所述光学成像镜组的所述总焦距，所述f
工作距
为所述光学成像镜组的所述工作距离。
11.进一步地，在本技术较佳实施例当中，所述曲面图像的曲面朝向和所述凹面的曲面朝向相同。
12.进一步地，在本技术较佳实施例当中，所述曲面图像由载有光信号的光纤摆动所形成。
13.进一步地，在本技术较佳实施例当中，所述曲面图像沿所述光轴方向的投影为曲面投影，所述曲面图像上的积分表面积为第一积分表面积，所述第一积分表面积在所述曲面投影上所对应的积分表面积为第二积分表面积，所述第一积分表面积与所述第二积分表面积一一对应；
14.所述曲面投影上的所述第二积分表面积大小由中心向四周逐渐减小。
15.进一步地，在本技术较佳实施例当中，过所述曲面图像中心点的切平面具有垂直于所述切平面的法向量，所述法向量过所述中心点，所述中心点为所述曲面图像与所述切平面的交点o，所述曲面图像上任意一个不过所述交点o的点为p，所述p点在所述法向量上对应的投影点为p’，所述交点o到所述p’的位移d存在以下关系：0《d《0.5mm；
16.过所述p点的斜率随着所述p点远离所述法向量而越来越小。
17.本技术实施例还提出一种扫描显示装置，其包括光纤扫描器及前述的光学成像镜组，所述光纤扫描器用于扫描并出射待显示图像的光，所述光学成像镜组用于将所述光纤扫描器出射的光对应的扫描面进行放大成像及投射；
18.其中，所述光纤扫描器包括致动器和固定于所述致动器上的光纤，所述光纤超过所述致动器的部分形成光纤悬臂，所述光纤悬臂在所述致动器的驱动下进行二维扫描。
19.采用本技术实施例中的技术方案可以实现以下技术效果：
20.本技术实施例中，通过对光学成像镜组的工作距离进行定义和数值范围的限定，使得由多个透镜组成的光学成像镜组能够将第二侧的曲面图像进行清晰的成像，从而使得光学成像镜组在安装调配时能够快速精准地匹配到曲面图像，故本技术实施例提供光学成像镜组不但能够实现像方曲面图像的高质量清晰成像，而且还有利于使整个光学成像镜组的装配工艺难度得到降低，同时也有利于在低成本下实现批量化的装配生产，为包含有光学成像镜组的产品加工品控奠定了良好的技术基础。
21.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术的技术方案而了解。本技术的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。
附图说明
22.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
23.图1a、1b是说明性的扫描显示系统的结构示意图；
24.图2是本技术实施例提供的光纤扫描器扫描输出的示意图；
25.图3是本技术实施例提供的光学成像镜组关于曲面图像以及工作距离的结构示意图；
26.图4是本技术实施例提供的光学成像镜组所对应的曲面图像的构造特点示意图；
27.图5是本技术实施例一提供的一种光学成像镜组的结构示意图；
28.图6是本技术实施例一中光学成像镜组的mtf曲线图；
29.图7是本技术实施例一中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
30.图8是本技术实施例一中光学成像镜组的垂轴色差图；
31.图9是本技术实施例二提供的光学成像镜组的结构示意图；
32.图10是本技术实施例二中光学成像镜组的mtf曲线图；
33.图11是本技术实施例二中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
34.图12是本技术实施例二中光学成像镜组的垂轴色差图；
35.图13是本技术实施例三提供的光学成像镜组的结构示意图；
36.图14是本技术实施例三中光学成像镜组的mtf曲线图；
37.图15是本技术实施例三中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
38.图16是本技术实施例三中光学成像镜组的垂轴色差图；
39.图17是本技术实施例四提供的光学成像镜组的结构示意图；
40.图18是本技术实施例四中光学成像镜组的mtf曲线图；
41.图19是本技术实施例四中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
42.图20是本技术实施例四中光学成像镜组的垂轴色差图；
43.图21是本技术实施例五提供的光学成像镜组的结构示意图；
44.图22是本技术实施例五中光学成像镜组的mtf曲线图；
45.图23是本技术实施例五中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
46.图24是本技术实施例五中光学成像镜组的垂轴色差图；
47.图25是本技术实施例六提供的光学成像镜组的结构示意图；
48.图26是本技术实施例六中光学成像镜组的mtf曲线图；
49.图27是本技术实施例六中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
50.图28是本技术实施例六中光学成像镜组的垂轴色差图；
51.图29是本技术实施例七提供的光学成像镜组的结构示意图；
52.图30是本技术实施例七中光学成像镜组的mtf曲线图；
53.图31是本技术实施例七中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
54.图32是本技术实施例七中光学成像镜组的垂轴色差图；
55.图33是本技术实施例八提供的光学成像镜组的结构示意图；
56.图34是本技术实施例八中光学成像镜组的mtf曲线图；
57.图35是本技术实施例八中光学成像镜组的场曲畸变曲线图；
58.图36是本技术实施例八中光学成像镜组的垂轴色差图。
59.图标：100-处理器；110-激光器组；120-光纤扫描模组；130-传输光纤；140-光源调制电路；150-扫描驱动电路；160-合束单元；121-扫描致动器；121a-慢轴；121b-快轴；122-光纤悬臂；123-镜组；124-扫描器封装壳；125-固定件；230-扫描曲面；240-成像平面；01-光阑；02-扫描曲面；03-光阑；04-扫描曲面；05-光阑；06-扫描曲面；07-光阑；08-扫描曲面；09-光阑；10-扫描曲面；11-光阑；12-扫描曲面；13-光阑；14-扫描曲面；15-光阑；16-扫描曲面。
具体实施方式
60.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。
61.首先需要说明的是，为了使得本领域技术人员对本技术提供的光学成像镜组的技术发明点和作用技术效果有较为清楚和深刻的了解，申请人先对于本技术提供的光学成像镜组的应用使用场景进行示意性的阐述：
62.说明性扫描显示系统
63.对于目前的扫描显示成像来说，可由微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)或光纤扫描显示(fiber scanning display，fsd)设备实现。其中，fsd方案作
为一种新型扫描显示成像方式，通过光纤扫描器实现图像的扫描输出。为了使本领域技术人员能够清楚地理解本技术方案，下面对光纤扫描成像的简要原理及相应系统进行阐述。
64.如图1a所示，为本技术中的一种说明性的扫描显示系统，其中主要包括：
65.处理器100、激光器组110、光纤扫描模组120、传输光纤130、光源调制电路140、扫描驱动电路150及合束单元160。其中，
66.处理器100可以为图形处理器(graphics processing unit，gpu)、中央处理器(central processing unit，cpu)或者其它具有控制功能、图像处理功能的芯片或电路，这里并不进行具体限定。
67.系统工作时，处理器100可根据待显示的图像数据控制光源调制电路140对激光器组110进行调制，激光器组110中包含多个单色激光器，分别发出不同颜色的光束。从图1a中可见，激光器组110中具体可采用红(red，r)、绿(green，g)、蓝(blue，b)三色激光器。激光器组110中各激光器发出的光束经由合束单元160合束为一束激光并耦入至传输光纤130中。
68.处理器100还可控制扫描驱动电路150驱动光纤扫描模组120中的光纤扫描器进行扫动，从而将传输光纤130中传输的光束扫描输出。
69.由光纤扫描器扫描输出的光束作用于介质表面上某一像素点位置，并在该像素点位置上形成光斑，便实现了对该像素点位置的扫描。在光纤扫描器带动下，传输光纤130输出端按照一定扫描轨迹扫动，从而使得光束移动至对应的像素点位置。实际扫描过程中，传输光纤130输出的光束将在每个像素点位置形成具有相应图像信息(如：颜色、灰度或亮度)的光斑。在一帧的时间里，光束以足够高的速度遍历每一像素点位置完成一帧图像的扫描，由于人眼观察事物存在“视觉残留”的特点，故人眼便无法察觉光束在每一像素点位置上的移动，而是看见一帧完整的图像。
70.继续参考图1b，为光纤扫描模组120的具体结构，其中包括：扫描致动器121、光纤悬臂122、镜组123、扫描器封装壳124以及固定件125。扫描致动器121通过固定件125固定于扫描器封装壳124中，传输光纤130在扫描致动器121的前端延伸形成光纤悬臂122(也可称为扫描光纤)，工作时，扫描致动器121在扫描驱动信号的驱动下，其慢轴121a(也称第一致动部)沿竖直方向(该竖直方向平行于图1a、1b中参考坐标系内的y轴，在本技术中，该竖直方向也可称为第一方向)振动，其快轴121b(也称第二致动部)沿水平方向(该水平方向平行于图1a、1b中参考坐标系内的x轴，在本技术中，该水平方向也可称为第二方向)振动，受扫描致动器121带动，光纤悬臂122的前端按预设轨迹进行二维扫动并出射光束，出射的光束便可透过镜组123实现扫描成像。一般性地，可将扫描致动器121及光纤悬臂122所构成的结构称为：光纤扫描器。
71.如图2所示，本技术实施例中，通过快慢轴的运动，光纤出光端的运动轨迹形成扫描曲面230，经相应的镜组123后，转换为成像平面240。当应用于诸如增强现实(augmented reality，ar)设备这样的近眼显示设备中时，成像平面240将作为波导的入瞳耦入至波导中，进行成像以便人眼观看。
72.进一步地，为了便于表述并使得本领域技术人员容易理解本技术的方案，需要说明的是，本技术中的光学成像镜组(如图2中所示的镜组123)作为目镜，经过该光学成像镜组的作用，可将扫描曲面230转换为成像平面240(实际应用时，光线的传输方向为：由扫描曲面230至成像平面240的方向)，从而在此将光学成像镜组对应成像平面240的一侧，称为
第一侧，而将光学成像镜组对应扫描曲面230的一侧，称为第二侧。在后续内容中，便采用“第一侧”和“第二侧”为参照，对光学成像镜组的实施例方案进行描述。并且，后续实施例中的描述，诸如对光学成像镜组中的某一透镜而言，“第x透镜的第一侧表面”则是指第x透镜朝向第一侧的表面。
73.进一步需要说明的是，在投影领域，第一侧对应的图像为平面图像，对应的平面图像载体可以为如投影屏幕、幕布或墙面等，第二侧对应的图像为曲面图像，即为光纤扫描器扫描出的或其它图像源发射出的呈弧形的扫描面；在摄像领域使用场景下，光路与在投影领域时相反，第一侧对应的一般为采集图像信息的物侧面，第二侧对应的一般为采集成像得到的像侧面。
74.光学成像镜组
75.本技术实施例中的光学成像镜组包括多个透镜，多个透镜由第一侧至第二侧依次共光轴设置，光学成像镜组的第二侧对应曲面图像；靠近曲面图像且与曲面图像相对的透镜表面为凹面，凹面和曲面图像在光轴上的间距为光学成像镜组的工作距离(参照图3)，该工作距离为0.2mm-1.5mm。需要说明的是，本技术实施例中，通过对光学成像镜组的工作距离进行定义和数值范围的限定，使得由多个透镜组成的光学成像镜组能够将第二侧的曲面图像进行清晰的成像，从而使得光学成像镜组在安装调配时能够快速精准地匹配到曲面图像，故本技术实施例提供光学成像镜组不但能够实现像方曲面图像的高质量清晰成像，而且还有利于使整个光学成像镜组的装配工艺难度得到降低，同时也有利于在低成本下实现批量化的装配生产，为包含有光学成像镜组的产品加工品控奠定了良好的技术基础。需要强调的是，关于工作距离的数值限定，本技术实施例优选地工作距离为0.4-0.8mm。
76.进一步地，在一种可能的实施方式中，本技术提供的所述光学成像镜组的总焦距为2mm-3.5mm。需要说明的是，通过对所述光学成像镜组的总焦距大小进行限定，可以很好地与工作距离进行适配，从而实现对多种像差的校正，最终达到对曲面图像的高品质清晰成像。需要强调的是，光学成像镜组的总焦距优选地范围为2.5mm-3mm。
77.更进一步具体地，在一种可能的实施方式中，光学成像镜组的总焦距和工作距离存在以下关系式：2.95≤f
总
/f
工作距
≤14.43，其中，f
总
为光学成像镜组的总焦距，f
工作距
为光学成像镜组的工作距离。需要说明的是，本技术实施例中，通过量化总焦距和工作距离的比例关系，使其配置在一个合理的范围内，实现了总焦距与工作距离的适配关系数据化，进而为光学成像镜组的设计和加工提供了强有力的科学支撑，从而进一步地兼顾加强了光学成像镜组的成像品质和量产品控。
78.进一步地，在一种可能的实施方式中，请继续参照图3，曲面图像的曲面朝向和凹面的曲面朝向相同。需要说明的是，通过限定曲面图像和凹面的曲面朝向为同向，可以使得距离曲面图像最近的透镜很好地适配曲面图像，有利于接收大视角的光线，以此可以更全面充分地撷取来自曲面图像的信息。
79.进一步地，在一种可能的实施方式中，曲面图像由载有光信号的光纤摆动所形成，如前文所述的光纤扫描器上的光纤摆动所形成的曲面图像。当然，需要说明的是，在本技术其它实施例当中，并不限定曲面图像的形成方式如本实施例所述，还可以是其它方式所形成的曲面图像，如曲面图像为连续输出的光源经过移动所形成或曲面图像由自发光源所形成均可。
80.进一步可选地，在一种可能的实施方式中，曲面图像沿光轴方向的投影为曲面投影，曲面图像上的积分表面积为第一积分表面积，第一积分表面积在曲面投影上所对应的积分表面积为第二积分表面积，第一积分表面积与第二积分表面积一一对应。需要说明的是，曲面投影上的第二积分表面积大小由中心向四周逐渐减小。
81.进一步可选地，在一种可能的实施方式中，请参照图4，过曲面图像中心点的切平面具有垂直于切平面的法向量，法向量过中心点，中心点为曲面图像与切平面的交点o，曲面图像上任意一个不过交点o的点为p，p点在法向量上对应的投影点为p’，交点o到p’的位移d存在以下关系：0《d《0.5mm。需要说明的是，过p点的斜率随着p点远离法向量而越来越小。
82.进一步地，在一种可能的实施方式中，多个透镜之间的连接方式可以采用间隔连接，也可以采用粘合方式粘合在一起，具体将根据实际应用的需要而定，这里并不进行限制。需要说明的是，在本技术实施例中，多个透镜的数量优选地为6个、7个、8个以及9个；需要强调的是，在本技术其它实施例当中，并不限定多个透镜的数量，其可以是3个、4个、5个、10个、11个等。
83.进一步地，在某些实施方式中，透镜的面型并不是整个侧面均为凹面或凸面，透镜的面型可能为复合型曲面，或近光轴部分为曲面而边缘部分非曲面；尤其是可选地，当透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该凸面可位于透镜表面近光轴处；同理，当透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该凹面可位于透镜表面近光轴处。
84.进一步可选地，在一种可能的实施方式中，多个透镜中的一些透镜的第一侧表面和第二侧表面设置为非球面面形结构。需要说明的是，通过将镜面结构限定设计为非球面面形结构，借此可获得较多的控制变量，用以消减像差、合理缩减透镜数目，故在提升图像显示质量的基础上，还有助于光学成像镜组的小型化或微型化。另外，透镜的第一侧表面和/或第二侧表面为非球面面形结构，可以理解为该透镜表面光学有效区整个或者其中一部分为非球面。
85.另外，还需要说明的是，本技术实施例公开的光学成像镜组，可选地，可以设置至少一个光阑，其可位于第一透镜之前(第一侧)、各透镜之间或最后一个透镜之后(第二侧)，该光阑的种类可以为如孔径光阑或视场光阑等，可用于减少杂散光，有助于提升图像显示质量。
86.本技术实施例还提供一种如上述光学成像镜组的应用，具体地，将所述光学成像镜组应用于显示领域或成像领域。需要说明的是，显示领域包括显示成像领域；另外，在本技术其它实施例中，光学成像镜组的应用不限于本技术实施例提供的显示领域或成像领域，还可以是其它能够利用到本技术光学成像镜组技术原理特征的相关领域以及对应的相关技术产品。
87.实施例一
88.图5为本实用新型实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图5中的光阑01所在一侧)至第二侧(也即，图5中的扫描曲面02(对应为曲面图像的像面)所在一侧)共光轴依次设置的第一胶合透镜、第二透镜、第三胶合透镜、第四透镜、第五胶合透镜、第六透镜和第七透镜。需要说明的是，本实用新型实施例所提供的一种光学成像镜组的总焦距f
总
为2.579mm，工作距离f
工作距
为0.47mm，f
总
/f
工作距
为5.49。
89.进一步具体地，在本实施例中，光学成像镜组中各透镜的焦距及镜片类型如下表1所示：
90.表1光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型
[0091][0092][0093]
进一步地，本实用新型实施例一提供的光学成像镜组，半视场角为14度，其在对扫描曲面02进行成像的各透镜的面形、曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的参数如表2所示：
[0094]
表2实施例一中光学成像镜组的结构参数
[0095]
表面序号透镜序号面形曲率半径厚度/间距材料折射率色散系数0成像平面平面无限无限
ꢀꢀ
1光阑01 无限1
ꢀꢀ
21球面-4.510.97225.432球面4.511.551.581.64
ꢀꢀ‑
3.220.18
ꢀꢀ
53球面7.421.221.9218.96
ꢀꢀ‑
7.420.56
ꢀꢀ
74球面4.491.271.49781.685球面-4.490.411.8523.89
ꢀꢀ
7.211.26
ꢀꢀ
106非球面-0.641.631.5455.711
ꢀꢀ‑
1.170.10
ꢀꢀ
127球面19.110.401.9218.9138球面2.911.481.7552.314
ꢀꢀ‑
17.770.10
ꢀꢀ
159非球面1.761.201.7749.616
ꢀꢀ
1.910.16
ꢀꢀ
1710球面2.090.94225.418
ꢀꢀ
1.280.47
ꢀꢀ
19扫描曲面02球面1.7
ꢀꢀꢀ
[0096]
需要说明的是，表2为实施例一的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-19依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
[0097]
进一步地，本实施例的光学成像镜组的各个透镜中，具有非球面面形的透镜表面所对应的非球面系数如下表3所示：
[0098]
表3实施例一中具有非球面面形的透镜表面非球面系数数据
[0099][0100][0101]
表3为实施例一中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，a4到a16则表示各表面第4到16阶非球面系数。
[0102]
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图6所示，场曲畸变曲线图如图7所示，垂轴色差曲线图如图8所示；其中，光学传递函数曲线图(modulationtransferfunction，mtf)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下f-tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直轴向方向上色像差大小。
[0103]
由图6-图8观察可知，实施例一的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
[0104]
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括感光元件、壳体等，感光元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
[0105]
实施例二
[0106]
图9为本实用新型实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图9中的光阑03所在一侧)至第二侧(也即，图9中的扫描曲面04(对应为曲面图像的像面)所在一侧)共光轴依次设置的第一胶合透镜、第二透镜、第三胶合透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜。需要说明的是，本实用新型实施例所提供的一种光学成像镜组的总焦距f
总
为3.03mm，工作距离f
工作距
为0.211mm，f
总
/f
工作距
为14.43。
[0107]
进一步具体地，在本实施例中，光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型如下表4所示：
[0108]
表4光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型
[0109][0110]
进一步地，本实用新型实施例二提供的光学成像镜组，半视场角为14度，其在对扫描曲面04进行成像的各透镜的面形、曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的参数如表5所示：
[0111]
表5实施例二中光学成像镜组的结构参数
[0112]
表面序号透镜序号面形曲率半径厚度/间距材料折射率色散系数0成像平面平面无限无限
ꢀꢀ
1光阑03 无限1
ꢀꢀ
21球面-5.201.94225.432球面4.241.921.581.64
ꢀꢀ‑
3.300.69
ꢀꢀ
53非球面8.801.631.9218.96
ꢀꢀ‑
8.270.62
ꢀꢀ
74球面6.041.781.581.685球面-2.630.401.8427.89
ꢀꢀ
21.181.66
ꢀꢀ
106非球面-0.730.401.821.611
ꢀꢀ‑
4.710.10
ꢀꢀ
127球面4.560.401.6428.613
ꢀꢀ
2.740.10
ꢀꢀ
148非球面1.591.921.7749.615
ꢀꢀ‑
2.470.07
ꢀꢀ
169非球面1.401.361.581.617
ꢀꢀ
0.700.24
ꢀꢀ
1810球面3.330.651.730.119
ꢀꢀ
2.230.21
ꢀꢀ
20扫描曲面04球面1.6
ꢀꢀꢀ
[0113]
需要说明的是，表5为实施例二的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-20依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中
曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
[0114]
进一步地，本实施例的光学成像镜组的各个透镜中，具有非球面面形的透镜表面所对应的非球面系数如下表6所示：
[0115]
表6实施例二中具有非球面面形的透镜表面非球面系数数据
[0116]
表面序号561011k-5.18e+001.73e+00-2.44e+005.58e-01a42.17e-04-8.51e-047.85e-033.95e-03a6-4.06e-04-3.58e-04-5.04e-05-6.66e-03a85.01e-054.91e-052.63e-033.29e-03a10-1.41e-074.48e-07-5.67e-04-5.55e-04a12-1.29e-08-2.28e-085.43e-053.90e-05a14-9.57e-10-1.08e-08-5.73e-072.07e-06a16-7.92e-101.31e-10-7.17e-075.59e-07表面序号14151617k-5.93e+00-1.54e+00-4.56e-01-1.85e+00a41.60e-023.58e-02-2.17e-02-2.33e-01a6-3.19e-03-3.79e-03-9.37e-035.63e-02a81.58e-038.36e-043.70e-03-2.61e-03a10-5.02e-041.21e-04-2.49e-05-9.70e-03a128.80e-05-1.13e-04-3.39e-044.83e-03a14-5.86e-061.67e-05-6.95e-051.05e-03a16-4.93e-07-9.63e-076.65e-06-7.52e-04
[0117]
表6为实施例二中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，a4到a16则表示各表面第4到16阶非球面系数。
[0118]
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图10所示，场曲畸变曲线图如图11所示，垂轴色差曲线图如图12所示；其中，光学传递函数曲线图(modulation transfer function，mtf)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下f-tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直轴向方向上色像差大小。
[0119]
由图10-图12观察可知，实施例二的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
[0120]
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括感光元件、壳体等，感光元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
[0121]
实施例三
[0122]
图13为本实用新型实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图13中的光阑05所在一侧)至第二侧(也即，图13中的扫描曲面06(对应为曲面图像的像面)所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第
四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜。需要说明的是，本实用新型实施例所提供的一种光学成像镜组的总焦距f
总
为3.19mm，工作距离f
工作距
为1.08mm，f
总
/f
工作距
为2.95。
[0123]
进一步具体地，在本实施例中，光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型如下表7所示：
[0124]
表7光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型
[0125][0126]
进一步地，本实用新型实施例三提供的光学成像镜组，半视场角为9度，其在对扫描曲面06进行成像的各透镜的面形、曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的参数如表8所示：
[0127]
表8实施例三中光学成像镜组的结构参数
[0128]
表面序号透镜序号面形曲率半径厚度/间距材料折射率色散系数0成像平面平面无限无限
ꢀꢀ
1光阑05 无限1
ꢀꢀ
21球面3.011.121.9135.33
ꢀꢀ‑
14.360.52
ꢀꢀ
42球面-4.960.441.730.15
ꢀꢀ
2.440.67
ꢀꢀ
63球面-1.080.741.9220.97
ꢀꢀ‑
8.050.18
ꢀꢀ
84球面-4.221.591.7749.69
ꢀꢀ‑
2.350.10
ꢀꢀ
105球面-13.731.171.7652.311
ꢀꢀ‑
4.090.10
ꢀꢀ
126球面7.590.441.9218.9
13
ꢀꢀ
3.640.99
ꢀꢀ
147球面12.370.991.756.215
ꢀꢀ‑
11.150.06
ꢀꢀ
168球面2.841.311.7552.317
ꢀꢀ
3.720.06
ꢀꢀ
189球面2.231.471.9532.319
ꢀꢀ
1.481.08
ꢀꢀ
20扫描曲面06球面1.7
ꢀꢀꢀ
[0129]
需要说明的是，表8为实施例三的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-20依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
[0130]
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图14所示，场曲畸变曲线图如图15所示，垂轴色差曲线图如图16所示；其中，光学传递函数曲线图(modulation transfer function，mtf)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下f-tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直轴向方向上色像差大小。
[0131]
由图14-图16观察可知，实施例三的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
[0132]
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括感光元件、壳体等，感光元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
[0133]
实施例四
[0134]
图17为本实用新型实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图17中的光阑07所在一侧)至第二侧(也即，图17中的扫描曲面08(对应为曲面图像的像面)所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜。需要说明的是，本实用新型实施例所提供的一种光学成像镜组的总焦距f
总
为2mm，工作距离f
工作距
为0.249mm，f
总
/f
工作距
为8.03。
[0135]
进一步具体地，在本实施例中，光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型如下表9所示：
[0136]
表9光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型
[0137][0138]
进一步地，本实用新型实施例四提供的光学成像镜组，半视场角为9度，其在对扫描曲面08进行成像的各透镜的面形、曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的参数如表10所示：
[0139]
表10实施例四中光学成像镜组的结构参数
[0140][0141][0142]
需要说明的是，表10为实施例四的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-18依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
[0143]
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图18所示，场曲畸变曲线图如图19所示，垂轴色差曲线图如图20所示；其
中，光学传递函数曲线图(modulation transfer function，mtf)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下f-tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直轴向方向上色像差大小。
[0144]
由图18-图20观察可知，实施例一的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
[0145]
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括感光元件、壳体等，感光元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
[0146]
实施例五
[0147]
图21为本实用新型实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图21中的光阑09所在一侧)至第二侧(也即，图21中的扫描曲面10(对应为曲面图像的像面)所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜。需要说明的是，本实用新型实施例所提供的一种光学成像镜组的总焦距f
总
为3.19mm，工作距离f
工作距
为0.423mm，f
总
/f
工作距
为7.54。
[0148]
进一步具体地，在本实施例中，光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型如下表11所示：
[0149]
表11光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型
[0150][0151]
进一步地，本实用新型实施例五提供的光学成像镜组，半视场角为9度，其在对扫描曲面10进行成像的各透镜的面形、曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的参数如表12所示：
[0152]
表12实施例五中光学成像镜组的结构参数
[0153][0154][0155]
需要说明的是，表12为实施例五的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-18依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
[0156]
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图22所示，场曲畸变曲线图如图23所示，垂轴色差曲线图如图24所示；其中，光学传递函数曲线图(modulation transfer function，mtf)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下f-tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直轴向方向上色像差大小。
[0157]
由图22-图24观察可知，实施例五的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
[0158]
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括感光元件、壳体等，感光元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
[0159]
实施例六
[0160]
图25为本实用新型实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图25中的光阑11所在一侧)至第二侧(也即，图25中的扫描曲面12(对应为曲面图像的像面)所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四胶合透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜。需要说明的是，本实用新型实施例所提供的一种光学成像镜组的总焦距f
总
为3.46mm，工作距离f
工作距
为0.3mm，f
总
/f
工作距
为11.53。
[0161]
进一步具体地，在本实施例中，光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型如
下表13所示：
[0162]
表13光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型
[0163][0164]
进一步地，本实用新型实施例六提供的光学成像镜组，半视场角为16度，其在对扫描曲面12进行成像的各透镜的面形、曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的参数如表14所示：
[0165]
表14实施例六中光学成像镜组的结构参数
[0166]
[0167][0168]
需要说明的是，表14为实施例六的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-21依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
[0169]
进一步地，本实施例的光学成像镜组的各个透镜中，具有非球面面形的透镜表面所对应的非球面系数如下表15所示：
[0170]
表15实施例六中具有非球面面形的透镜表面非球面系数数据
[0171][0172]
表15为实施例六中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，a4到a16则表示各表面第4到16阶非球面系数。
[0173]
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图26所示，场曲畸变曲线图如图27所示，垂轴色差曲线图如图28所示；其中，光学传递函数曲线图(modulation transfer function，mtf)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下f-tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直轴向方向上色像差大小。
[0174]
由图26-图28观察可知，实施例六的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
[0175]
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括感光元件、壳体等，感光元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
[0176]
实施例七
[0177]
图29为本实用新型实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜
组包括由第一侧(也即，图29中的光阑13所在一侧)至第二侧(也即，图29中的扫描曲面14(对应为曲面图像的像面)所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜。需要说明的是，本实用新型实施例所提供的一种光学成像镜组的总焦距f
总
为2.6mm，工作距离f
工作距
为1.5mm，f
总
/f
工作距
为1.73。
[0178]
进一步具体地，在本实施例中，光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型如下表16所示：
[0179]
表16光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型
[0180][0181]
进一步地，本实用新型实施例七提供的光学成像镜组，半视场角为9度，其在对扫描曲面14进行成像的各透镜的面形、曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的参数如表17所示：
[0182]
表17实施例七中光学成像镜组的结构参数
[0183]
表面序号透镜序号面形曲率半径厚度/间距材料折射率色散系数0成像平面平面无限无限
ꢀꢀ
1光阑13 无限1
ꢀꢀ
21球面-17.060.741.8535.73
ꢀꢀ‑
4.390.24
ꢀꢀ
42球面6.040.722255
ꢀꢀ
291.180.55
ꢀꢀ
63球面-1.770.401.8424.57
ꢀꢀ‑
13.450.85
ꢀꢀ
84非球面-0.951.331.9218.99
ꢀꢀ‑
1.800.10
ꢀꢀ
105球面11.341.241.7652.3
11
ꢀꢀ‑
4.480.15
ꢀꢀ
126球面-4.300.401.7822.113
ꢀꢀ
4.080.15
ꢀꢀ
147球面4.311.431.5179.515
ꢀꢀ‑
5.710.10
ꢀꢀ
168非球面1.721.481.7652.317
ꢀꢀ
3.130.10
ꢀꢀ
189球面2.500.40225.419
ꢀꢀ
2.001.50
ꢀꢀ
20扫描曲面14球面2.0
ꢀꢀꢀ
[0184]
需要说明的是，表17为实施例七的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-20依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
[0185]
进一步地，本实施例的光学成像镜组的各个透镜中，具有非球面面形的透镜表面所对应的非球面系数如下表18所示：
[0186]
表18实施例七中具有非球面面形的透镜表面非球面系数数据
[0187]
表面序号891617k-1.86e+00-4.68e-01-7.47e-012.23e-01a4-6.73e-023.24e-098.67e-05-2.38e-02a68.25e-036.83e-145.23e-048.02e-04a8-3.60e-04-2.55e-17-1.47e-05-6.19e-06
[0188]
表18为实施例七中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，a4到a8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
[0189]
进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图30所示，场曲畸变曲线图如图31所示，垂轴色差曲线图如图32所示；其中，光学传递函数曲线图(modulation transfer function，mtf)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下f-tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直轴向方向上色像差大小。
[0190]
由图30-图32观察可知，实施例七的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
[0191]
当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括感光元件、壳体等，感光元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
[0192]
实施例八
[0193]
图33为本实用新型实施例提供的一种光学成像镜组的结构示意图。该光学成像镜组包括由第一侧(也即，图33中的光阑15所在一侧)至第二侧(也即，图33中的扫描曲面16(对应为曲面图像的像面)所在一侧)共光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜。需要说明的是，本实用新型
实施例所提供的一种光学成像镜组的总焦距f
总
为2.6mm，工作距离f
工作距
为0.8mm，f
总
/f
工作距
为3.25。
[0194]
进一步地，在本实施例中，光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型如下表19所示：
[0195]
表19光学成像镜组中各透镜的焦距参数及镜片类型
[0196][0197][0198]
进一步地，本实用新型实施例八提供的光学成像镜组，半视场角为9度，其在对扫描曲面16进行成像的各透镜的面形、曲率半径、厚度参数、折射率及色散系数的参数如表20所示：
[0199]
表20实施例八中光学成像镜组的结构参数
[0200]
表面序号透镜序号面形曲率半径厚度/间距材料折射率色散系数0成像平面平面无限无限
ꢀꢀ
1光阑15 无限1
ꢀꢀ
21球面-121.490.751.7552.33
ꢀꢀ‑
5.030.30
ꢀꢀ
42球面5.310.721.9218.95
ꢀꢀ
35.380.61
ꢀꢀ
63球面-1.870.401.7523.27
ꢀꢀ
20.090.85
ꢀꢀ
84非球面-1.031.341.9218.99
ꢀꢀ‑
1.900.10
ꢀꢀ
105球面9.531.311.7254.211
ꢀꢀ‑
4.170.15
ꢀꢀ
126球面-4.010.401.7323.913
ꢀꢀ
3.590.15
ꢀꢀ
147球面3.821.531.581.615
ꢀꢀ‑
5.260.10
ꢀꢀ
168非球面1.711.441.7552.717
ꢀꢀ
2.860.18
ꢀꢀ
189球面3.521.20225.419
ꢀꢀ
2.000.80
ꢀꢀ
20扫描曲面16球面2
ꢀꢀꢀ
[0201]
需要说明的是，表20为实施例八的光学成像镜组详细的结构数据，其中，曲率半径、厚度及焦距的单位均为毫米，且表面0-20依序表示由第一侧至第二侧的表面；成像平面中曲率半径为“无限”的光学面即指呈平面。
[0202]
进一步地，本实施例的光学成像镜组的各个透镜中，具有非球面面形的透镜表面所对应的非球面系数如下表21所示：
[0203]
表21实施例八中具有非球面面形的透镜表面非球面系数数据
[0204]
表面序号891617k-1.95e+00-3.67e-01-7.72e-01-7.84e-02a4-8.07e-02-2.85e-039.78e-05-2.84e-02a64.76e-038.32e-074.79e-041.07e-03a8-1.76e-05-4.52e-05-9.41e-067.28e-05
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表21为实施例八中的非球面系数数据，其中，k为非球面曲线方程式中的锥面系数，a4到a8则表示各表面第4到8阶非球面系数。
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进一步地，经测试，在采用上述光学成像镜组投射扫描面对应的图像光时，其光学传递函数曲线图如图34所示，场曲畸变曲线图如图35所示，垂轴色差曲线图如图36所示；其中，光学传递函数曲线图(modulation transfer function，mtf)代表一个光学系统的综合解像水平，场曲畸变曲线图表示不同视场角情况下f-tan(theta)畸变大小值(百分比)，垂轴色差曲线图代表垂直轴向方向上色像差大小。
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由图34-图36观察可知，实施例八的光学成像镜组的全视场范围内成像分辨率良好、光学系统畸变和色差小，故光学成像镜组能够对扫描曲面图像进行清晰成像，均具有较好的成像效果。
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当然，在实际应用中，光学成像镜组还可包括感光元件、壳体等，感光元件可以设置于光学成像镜组的第二侧，光学成像镜组可安装在壳体内，即可将图像源(如光纤扫描器)扫描形成的曲面图像成像于一平面，实现清晰成像。
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扫描显示装置
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前述的光学成像镜组，可以配合光纤扫描器(或者相应的光纤扫描模组)，构成本技术实施例中光学成像镜组的应用，即将光学成像镜组应用在显示成像领域的扫描显示装置(如图1a、1b所示，光学成像镜组设置于光纤扫描器的出光光路上)上，其中，光学成像镜组的第一侧朝向光纤扫描器扫描出光方向，优选方式为光学成像镜组与光纤扫描器中心光轴共轴。当然，有关光纤扫描器的结构和大致原理可以参考前述图1a、1b对应的内容，这里便不再过多赘述。
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近眼显示设备
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本技术中，扫描显示装置可进一步应用于近眼显示设备中，可配合近眼显示模组构成本技术实施例中的近眼显示设备，用作头戴式ar设备(如：ar眼镜)。该扫描显示装置设
置于近眼显示模组中。
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其中，近眼显示模组中可包括：光源、处理控制电路、佩戴式框架结构、波导等。光源输出的图像光束进入扫描显示装置中，由其中的光纤扫描器扫描输出至光学显示镜组，光纤扫描器的扫描曲面(可参考图5中的扫描曲面02以及对应图2中的扫描曲面230)经光学显示镜组后，转换为成像平面(可参考对应图2中的成像平面240)，该成像平面作为波导的入瞳面耦入至波导中，再经波导扩展成像耦出，进入人眼。
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作为另一种可能的实施方式，扫描显示装置可进一步可配合近眼显示模组构成本技术实施例中的近眼显示设备，用作头戴式vr设备(如：vr头盔/眼镜)。该扫描显示装置设置于近眼显示模组中。
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综上所述，本技术实施例中，通过对光学成像镜组的工作距离进行定义和数值范围的限定，使得由多个透镜组成的光学成像镜组能够将第二侧的曲面图像进行清晰的成像，从而使得光学成像镜组在安装调配时能够快速精准地匹配到曲面图像，故本技术实施例提供光学成像镜组不但能够实现像方曲面图像的高质量清晰成像，而且还有利于使整个光学成像镜组的装配工艺难度得到降低，同时也有利于在低成本下实现批量化的装配生产，为包含有光学成像镜组的产品加工品控奠定了良好的技术基础。
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以上所述的只是本技术的较佳具体实施例，各实施例仅用于说明本技术的技术方案而非对本技术的限制，凡本领域技术人员依本技术的构思通过逻辑分析、推理或者有效的实验可以得到的技术方案，皆应该本技术的范围之内。
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在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一透镜和第二透镜表示不同的透镜，虽然两者均是透镜。