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.本实用新型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是飞行时间(time of flight)技术的缩写，即传感器发出经调制的近红外光，遇物体后发生反射并由传感器接收反射光，传感器计算光线发射和反射的时间差或相位差，来获得被拍摄景物的距离，以产生深度信息，此外再结合传统的相机拍摄，将物体的三位轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。
3.tof技术具有一级安规、体积小巧、响应速度快、识别精度高、误差低、直接输出深度数据及抗干扰性强等优势，使得其在各应用领域逐渐成为深度传感的首选技术方案。因此，tof技术在诸如vr/ar手势交互、汽车电子、安防监控、智能家居、工业自动化、人脸识别、手机及机器人等多个领域中被广泛应用。
4.在智慧型汽车的应用领域，tof技术可用于自动驾驶，通过tof技术对行车环境进行感知，从而获取环境信息以增加安全性。tof技术由于既可拍摄图形又可检测距离，在避障、导航等场景中具有很大的优势。tof技术可以被应用于汽车内，此时可用于手势操控、驾驶员体态的监控。tof技术可以在车外近距离应用，此时可应用于人脸解锁，即不用钥匙而是通过人脸进行解锁。
5.市场应用要求tof镜头光学系统的视角大，成像品质高，还谋求小型化等。针对这些需求，需设计一种tof镜头以适应tof新技术的发展。


技术实现要素：

6.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。
7.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、与所述第四透镜接合的负光焦度的第五透镜、以及正光焦度的第六透镜，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，所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面，所述第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面，所述第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面。
8.优选地，所述近红外广角镜头光学系统满足以下条件式，
9.‑
3.0<f1/f<
‑
1.5，
10.‑
6.0<f2/f<
‑
3.5，
11.2.0<f3/f<4.0，
12.1.0<f4/f<2.0，
13.‑
3.5<f5/f<
‑
1.5，
14.2.5<f6/f<5.5，
15.其中，f1为所述第一透镜的焦距，
16.f2为所述第二透镜的焦距，
17.f3为所述第三透镜的焦距，
18.f4为所述第四透镜的焦距，
19.f5为所述第五透镜的焦距，
20.f6为所述第六透镜的焦距。
21.优选地，所述近红外广角镜头光学系统满足以下条件式，
22.nd1≥1.7，vd1≥40，
23.nd2≤1.8，vd2≥50，
24.nd3≥1.8，vd3≤30，
25.nd4≤1.7，vd4≥50，
26.nd5≥1.65，vd5≤35，
27.nd6≥1.7，vd6≥45，
28.其中，nd1为所述第一透镜的折射率，vd1为所述第一透镜的色散系数，
29.nd2为所述第二透镜的折射率，vd2为所述第二透镜的色散系数，
30.nd3为所述第三透镜的折射率，vd3为所述第三透镜的色散系数，
31.nd4为所述第四透镜的折射率，vd4为所述第四透镜的色散系数，
32.nd5为所述第五透镜的折射率，vd5为所述第五透镜的色散系数，
33.nd6为所述第六透镜的折射率，vd6为所述第六透镜的色散系数。
34.优选地，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜以及所述第六透镜均为玻璃透镜。
35.优选地，所述第一透镜与所述第六透镜为非球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜均为球面透镜。
36.优选地，所述第六透镜的物侧面具有反曲点。
37.优选地，所述近红外广角镜头光学系统满足以下条件式，
38.d22/r22<1.85，
39.其中，d22为所述第二透镜的像侧面的有效口径，
40.r22为所述第二透镜的像侧面的曲率半径。
41.优选地，所述近红外广角镜头光学系统的光学总长小于或等于18mm。
42.优选地，所述近红外广角镜头光学系统的水平视场角大于或等于120度。
43.优选地，在所述第三透镜与所述第四透镜之间配置有光阑。
44.优选地，所述近红外广角镜头光学系统是飞行时间镜头光学系统。
45.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，能够使水平视角达到120度，能够拥有更大的视角，另外，能够使光学总长小于或等于18mm，减少整体体积，符合产品的小型化的需求，同时，能够获得较高的成像品质。
46.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
47.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。
48.图1是本实施例的tof镜头光学系统的透镜截面及光路图。
49.图2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。
50.图3是表示本实施例的tof镜头光学系统的离焦曲线图。
51.附图标记说明
52.1：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
53.以下将参考附图详细说明本实用新型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。
54.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。
55.另外，为了更好的说明本实用新型，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，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。
56.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、安防监控、智能家居、工业自动化及人脸识别等设备上，由6枚透镜构成，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。
57.在本实施方式所涉及的近红外广角镜头光学系统中，近红外线的波长为800nm～1100nm。
58.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。
59.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、负光焦度的第五透镜以及正光焦度的第六透镜，其中，第四透镜与第五透镜组成接合透镜。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。第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面。第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面。第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面。
60.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达到120度，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18mm，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，通过设置不同结构的透镜的组合并合理分配各个透镜的光焦度，从而获得高清分辨率，具有良好的光学性能。
61.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。
62.‑
3.0<f1/f<
‑
1.5
63.‑
6.0<f2/f<
‑
3.5
64.2.0<f3/f<4.0
65.1.0<f4/f<2.0
66.‑
3.5<f5/f<
‑
1.5
67.2.5<f6/f<5.5
68.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。
69.在本实施方式所涉及的近红外广角镜头光学系统中，第一透镜、第二透镜以及第三透镜作为前组，第四透镜、第五透镜以及第六透镜作为后组，各透镜的光焦度具有合理的分配比例，前组的第一透镜和第二透镜共同作用，有利于减小光束经过前组透镜后与光轴的夹角，迅速降低光线高度，以合理的高度入射到第三透镜上，为后组进一步校正像差而提升镜头解像力做准备，同时有利于增大视场角，实现广角成像。
70.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。
71.nd1≥1.7，vd1≥40
72.nd2≤1.8，vd2≥50
73.nd3≥1.8，vd3≤30
74.nd4≤1.7，vd4≥50
75.nd5≥1.65，vd5≤35
76.nd6≥1.7，vd6≥45
77.其中，nd1为第一透镜的折射率，vd1为第一透镜的色散系数，nd2为第二透镜的折射率，vd2为第二透镜的色散系数，nd3为第三透镜的折射率，vd3为第三透镜的色散系数，nd4为第四透镜的折射率，vd4为第四透镜的色散系数，nd5为第五透镜的折射率，vd5为第五透镜的色散系数，nd6为第六透镜的折射率，vd6为第六透镜的色散系数。
78.在本实施方式中，满足上述折射率关系的透镜组合结构有利于实现光焦度合理分配，能较好地校正球差、场曲等像差，从而提高镜头分辨率。
79.在本实施方式中，优选的是，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜均为玻璃材质透镜。玻璃材质相对于塑胶材质而言，不存在材料老化问题，对环境的耐候性要远好于塑胶材质，因此使得镜头的使用寿命和质量得到较好的保证。
80.在本实施方式中，优选的是，第一透镜与第六透镜为非球面透镜，由于非球面在面型上的自由度大，对光线的偏折及像差的校正能力都明显强于球面，能够进一步提升镜头分辨率，同时有利于校正镜头畸变。
81.在本实施方式中，优选的是，第六透镜的物侧面具有反曲点，从而可以有效地校正镜头的畸变和不同口径处的光线像差。
82.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。
83.d22/r22<1.85
84.其中，d22为第二透镜的像侧面的有效口径，r22为第二透镜的像侧面的曲率半径。
85.通过使第二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。
86.还可以是，在第三透镜与第四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f2.0，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。
87.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。
88.实施例
89.图1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，tof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、第三透镜l3、光阑sto、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。其中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3以及第四透镜l4彼此隔开间距地设置，第四透镜l4与第五透镜l5组成接合透镜，第五透镜l5与第六透镜l6彼此隔开间距地设置。
90.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的光焦度为负，第五透镜l5的物侧面为凹面，像侧面为凸面。第六透镜l6的光焦度为正，第六透镜l6的物侧面为凸面且具有反曲点，像侧面为凸面。
91.在本实施例中，第一透镜l1至第六透镜l6均采用玻璃材料制成。其中，第一透镜l1和第六透镜l6为非球面透镜，利用非球面面型自由度大的特点，使得第一透镜l1和第六透镜l6对光线的偏折及像差的校正能力都强于球面，能够进一步提升镜头分辨率，且有利于校正镜头畸变。
92.在本实施例中，第六透镜l6的物侧面具有反曲点。通过这样设置，有利于校正镜头的畸变和不同口径处的光线像差。
93.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的焦距优选满足以下条件式：
‑
3.0<f1/f<
‑
1.5，
‑
6.0<f2/f<
‑
3.5，2.0<f3/f<4.0，1.0<f4/f<2.0，
‑
3.5<f5/f<
‑
1.5，2.5<f6/f<5.5。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并且实现超广角成像。
94.当将第一透镜l1～第六透镜l6的折射率分别设为nd1～nd6、将第一透镜l1～第六透镜l6的色散系数分别设为vd1～vd6时，第一透镜l1～第六透镜l6的折射率及色散系数满足以下条件式：nd1≥1.7，vd1≥40，nd2≤1.8，vd2≥50，nd3≥1.8，vd3≤30，nd4≤1.7，vd4≥50，nd5≥1.65，vd5≤35，nd6≥1.7，vd6≥45。通过使第一透镜l1～第六透镜l6的折射率及色散系数满足上述条件式，有利于实现光焦度合理分配，能较好地校正球差、场曲等像差，从而提高镜头分辨率。
95.当将第二透镜l2的像侧面的有效口径设为d22、将第二透镜l2的像侧面的曲率半径设为r22时，第二透镜l2优选满足以下条件式：d22/r22<1.85。通过这样设置，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。
96.在本实施例中，通过在第三透镜l3与第四透镜l4之间配置有光阑sto，能够以简单
的结构来调节光束强度。
97.本实施例的tof镜头光学系统1的设计参数可以如下表所示。
[0098][0099]
在上表中，表面半径及厚度单位均为毫米；标记“*”的面表示非球面，非球面透镜的面型满足以下关系式：
[0100][0101]
上式中，参数c为透镜半径所对应的曲率。y为径向坐标，径向坐标的单位与透镜长度单位相同。k为圆锥二次曲线系数，当k系数小于
‑
1时，透镜的面型曲线为双曲线，当k系数等于
‑
1时，透镜的面型曲线为抛物线，当k系数介于
‑
1到0之间时，透镜的面型曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面型曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面型曲线为扁椭圆形。a4、a6、a8、a
10
、a
12
分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶径向坐标所对应的曲面系数。详细的
非球面相关参数如下表所示。
[0102][0103]
图2示出了本实施例的tof镜头光学系统1的mtf(调制传递函数)，图3示出了本实施例的tof镜头光学系统1的离焦曲线。
[0104]
根据本实施例的tof镜头光学系统1，通过采用上述的第一透镜l1～第六透镜l6的优化设计，tof镜头光学系统1的水平视角达到120度，光阑sto可以做到f2.0，分辨率高，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1的光学总长小于18mm，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。
[0105]
另外，由于第一透镜l1～第六透镜l6均采用玻璃材质，因此与使用塑胶材质相比能够在更大的温度范围内进行使用，特别适宜作为车载用镜头。
[0106]
并且，近红外线的波长范围也增大至800nm～1100nm，与本实施例的光学系统对应的投光器、受光传感器的选择范围大，即使波长因温度漂移而变化也能够应对。
[0107]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。