一种使用自由曲面的TOF镜头的制作方法

本实用新型涉及光学成像镜头，具体地，涉及一种4片透镜组成的使用自由曲面的tof镜头，本光学镜头相比较未使用自由曲面的tof镜头，具有更小的光学总高和更小的f数，像差校正能力更好，进而提升镜头的使用范围。
背景技术：
：随着科学技术的发展与进步，人们对成像光学系统的要求也越来越高，当前应用在手机等便携电子设备的镜片面型大多是传统的非球面(均为旋转对称)，在光学系统设计中传统球面与非球面可供使用的自由度较少，且结构受限，但自由曲面的出现打破了旋转对称以及平面对称的几何约束，其面型更加灵活，可以为光学设计提供更多的自由度，对非旋转对称系统像差的校正有较好的效果，提升系统的成像质量；相比于传统的四片式镜头，本实用新型对各个镜片之间的距离，镜片的形状有着更加合理的约束，结构更加紧凑降低系统的体积和质量，满足了大光圈、超薄化等要求。技术实现要素：本实用新型提供了一种使用自由曲面的tof镜头，种可适用于手机等电子便携产品，解决目前传统球面非球面自由度较少的缺点的摄像镜头组，可实现ttl较小，对系统像差的校正较好，并有良好的成像质量。本实用新型的技术方案是：一种使用自由曲面的tof镜头，由沿光轴从物侧到像侧依次布置；具有正光焦度的第一透镜，第一透镜物侧表面为凸面，像侧表面为凹面；具有光焦度的第二透镜，第二透镜物侧表面为凸面；具有正光焦度的第三透镜，第三透镜物侧表面为凹面，像侧表面为凸面；具有光焦度的第四透镜，第四透镜物侧表面为凸面，像侧表面为凹面。以上所述第一透镜的物侧面至所述第四透镜的像侧面中的至少一个表面是非旋转对称的非球面，光阑设置在第一透镜和第二透镜之间，镜头满足以下条件式：sagfx-sagfy<0.05其中sagfx为自由曲面在x方向上的矢高；sagfy为自由曲面在y方向上的矢高。ct1/ttl<0.25其中ct1为镜头第一透镜的中心厚度，ttl为镜头的光学总长。此条件时镜头可实现在镜头组中体积较小，ttl较小的特点。在实施方式中，所述摄像光学镜头第一透镜和第二透镜在光轴上的间隔距离是t12，第二透镜和第三透镜在光轴上的间隔距离是t23，第三透镜和第四透镜在光轴上的间隔距离是t34，满足以下关系式：0.4≤t23/t12≤0.70.2≤t34/t23≤0.9满足条件的镜头，可以更好的控制第一透镜与第二透镜，第二透镜与第三透镜之间间隔距离的光程，有利于色散的平衡，并在满足系统性能的情况下使各个镜片之间更加紧凑，减小系统的光学总高。在实施方式中，所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度ct1、所述第三透镜在所述光轴上的中心厚度ct3、所述第四透镜在所述光轴上的中心厚度ct4、所述第一透镜的边缘厚度et1、所述第三透镜的边缘厚度et3与所述第四透镜的边缘厚度et4,满足以下关系式：2.3≤ct1/et1≤2.51.4≤ct3/et3≤1.60.8≤ct4/et4≤1.2满足条件的镜头可合理的控制镜头中心厚度与边缘厚度的比值，限制镜头的厚薄比过大，有利于镜头的制作，另一方面也有可有效的控制不同视场的光程。在实施方式中，所述摄像光学镜头的总焦距为f，所述第一透镜的焦距为f1，满足以下关系式：1.50≤f1/f≤1.60满足条件的镜头可以减小像散和畸变对镜头的影响，使镜头可以呈现更清晰的像。在实施方式中，所述第一透镜物侧面的曲率半径为r1，所述第三透镜像侧面的曲率半径为r2，满足以下关系式：0.35≤r1/r2≤0.50满足条件的镜头可以将光学成像系统的畸变控制在合理的范围内，保证较好的成像质量。在实施方式中，所述第三透镜物侧面的曲率半径为r5，所述第三透镜像侧面的曲率半径为r6，满足以下关系式：0.95≤r5/r6≤3.50满足条件的镜头可以限制第三透镜的形状，有利于整体性能的提升并且可提高第三透镜的加工生产性。在实施方式中，所述第四透镜物侧面的曲率半径为r7，所述第四透镜像侧面的曲率半径为r8，满足以下关系式：4.2≤(r7+r8)/(r7-r8)≤31.5满足条件的镜头规定了该光学系统第四透镜的形状，在条件式规定的范围内减小透镜的偏折程度，有利于像差的校正问题。在实施方式中，所述摄像光学镜头第四透镜像侧面的曲率半径为r8，第四透镜的焦距为f4，满足以下关系式：0.08≤丨r8/f4丨≤0.15满足条件的镜头可有效的降低第四透镜的敏感度，也可适当的减小光学系统的畸变。在实施方式中，所述摄像光学镜头第四透镜的中心厚度为ct4，光学总长为ttl，满足以下关系式：0.08≤ct4/ttl≤0.15满足条件的镜头规定了第四透镜的轴上厚度与摄像光学镜头的光学总长ttl的比值，有利于实现超薄化。在实施方式中，fno为上述镜头的f数，满足以下关系式：fno<1.2满足条件的镜头可以拥有较大的光圈，成像性更好，可以适应多种拍摄环境。此外，本申请的摄像光学镜头为tof(timeofflight)镜头，tof技术原理为发射端镜头发射红外面光源，照射到物体反射回来，接受端镜头接受反射回来的红外光信息，此过程实现了3d识别过程。本实用新型的摄像光学镜头的工作波段范围为910nm-970nm。上述的摄像光学镜头，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜均采用偶次非球面塑料镜片，非球面系数满足如下方程：z＝cy2/[1+{1－(1+k)c2y2}+1/2]+a4y4+a6y6+a8y8+a10y10+a12y12+a14y14+a16y16+a18y18+a20y20其中，z为非球面矢高、c为非球面近轴曲率、y为镜头口径、k为圆锥系数、a4为4次非球面系数、a6为6次非球面系数、a8为8次非球面系数、a10为10次非球面系数、a12为12次非球面系数、a14为14次非球面系数、a16为16次非球面系数、a18为18次非球面系数、a20为20次非球面系数。所述第四透镜采用的是自由曲面xy多项式，满足如下方程：其中，k是圆锥系数，bi是自由曲面系数，r是自由曲面上的点与光轴的垂直距离，x是r的x方向分量，y是r的y方向分量，z是非球面深度，非球面上距离光轴为r的点，与相切于非球面光轴上顶点的切面两者间的垂直距离。本实用新型的优点是：相比较未使用自由曲面的tof镜头，镜片结构更加紧凑，具有更小的光学总高和更小的f数，像差校正能力更好，进而提升镜头的使用范围。附图说明结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本实用新型的其他特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：图1是本实用新型实施例1光学镜头的结构示意图。图2a是本实用新型实施例1光学镜头的轴上象散曲线。图2b是本实用新型实施例1光学镜头的轴上畸变曲线图。图3是本实用新型实施例2光学镜头的结构示意图。图4a是本实用新型实施例2光学镜头的轴上象散曲线。图4b是本实用新型实施例2光学镜头的轴上畸变曲线图。图5是本实用新型实施例3光学镜头的结构示意图。图6a是本实用新型实施例3光学镜头的轴上象散曲线。图6b是本实用新型实施例3光学镜头的轴上畸变曲线图。具体实施方式实施例1以下参照图1是根据本申请实施例1给出光学镜头的2d图。如图1所示，根据本申请示例性实施方式的光学镜头沿光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜具有正折射力；第二透镜具有正折射力；第三透镜具有正折射力；第四透镜具有正折射能力；滤光片具有物侧面和像侧面，入射的光依序穿过各镜片表面最终成像在成像面。在本实施方式中，定义所述第一透镜l1至所述第四透镜l4中的至少一个含自由曲面，自由曲面有助于光学系统像散、场曲和畸变等像差校正，改善系统像差，提高成像质量。表一示出了实施例1的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。本实施例的透镜组的设计参数具体请参照下表：表一(a)表一(b)表面序号234567k1.12e+002.41e+006.19e+00-1.10e+01-1.14e+00-1.15e+00a49.64e-018.87e-018.23e-018.78e-018.33e-018.28e-01a6-1.30e+00-2.84e+015.46e+017.73e+01-1.00e+02-7.80e+01a81.02e-011.67e-02-2.20e-01-1.38e-01-1.20e-01-1.76e-01a104.60e-03-2.74e-02-2.17e-02-9.76e-03-2.34e-028.41e-02a12-1.22e-03-4.10e-03-4.08e-036.28e-03-6.58e-02-3.00e-02a14-7.18e-04-1.85e-03-2.64e-037.45e-03-2.67e-025.87e-03a16-5.51e-04-1.25e-03-1.68e-036.54e-03-2.14e-02-3.25e-03a18-1.70e-04-9.63e-04-8.00e-043.51e-03-1.05e-021.79e-03a20-1.29e-04-8.11e-04-4.09e-042.10e-03-7.15e-03-5.94e-04表一(c)本实施例中，镜头符合上诉权利项的要求,其具体参数如下表所示：表一(c)根据表一(a)、表一(b)和图1，将当前实施例的镜片形状和镜片的各项属性较为清楚的展示出来，说明当前实施例是可以实现的ttl较小、大光圈的tof镜头。根据表一(c)中和图2a中像散曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的像散s线和t线最大差值小于0.05mm，表明该透镜具有较好改善像散的能力。根据表一(c)中和图2b中畸变曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的畸变最大值小于3.5％并且总体趋势是单调上升，说明镜头具有良好的改善畸变的能力。实施例2以下参照图3是根据本申请实施例2给出光学镜头的2d图。如图3所示，根据本申请示例性实施方式的光学镜头沿光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜具有正折射力；第二透镜具有正折射力；第三透镜具有正折射力；第四透镜具有负折射能力；滤光片具有物侧面和像侧面，入射的光依序穿过各镜片表面最终成像在成像面。表二示出了实施例2的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。本实施例的透镜组的设计参数具体请参照下表：表二(a)镜片表面序号表面类型曲率半径厚度材料特性(nd:vd)物面球面inf4001非球面inf0p12非球面1.1960.67101.5541:56.11stop非球面3.0280.2524p24非球面6.0070.30001.661:20.405非球面7.4430.1173p36非球面-4.3260.40701.5541:56.117非球面-1.2950.1336p48xy多项式1.8530.33271.661:20.409xy多项式1.3810.575910球面inf0.21bk711球面inf0.0433像面球面inf0.00900表二(b)表面序号234567k1.20e+003.03e+006.01e+007.44e+00-4.33e+00-1.29e+00a49.64e-018.87e-018.23e-018.78e-018.33e-018.28e-01a6-1.32e+00-2.84e+015.45e+017.72e+01-1.00e+02-7.80e+01a88.36e-02-2.00e-02-2.22e-01-2.60e-01-9.66e-02-2.23e-01a10-2.18e-03-1.39e-02-2.03e-02-3.10e-024.87e-037.12e-02a12-2.14e-031.21e-03-1.10e-02-3.26e-02-1.67e-02-1.47e-02a14-1.38e-031.73e-03-9.20e-03-1.81e-02-1.03e-024.46e-03a16-4.00e-041.60e-03-5.26e-03-6.93e-03-7.53e-04-2.45e-03a18-2.69e-041.14e-03-2.78e-03-4.38e-039.04e-049.26e-04a20-7.14e-057.28e-04-1.40e-03-3.48e-034.52e-04-2.56e-04表二(c)本实施例中，镜头符合上诉权利项的要求,其具体参数如下表所示：表二(c)根据表二(a)、表二(b)和图3，将当前实施例的镜片形状和镜片的各项属性较为清楚的展示出来，说明当前实施例是可以实现的ttl较小、大光圈的tof镜头。根据表二(c)中和图4a中像散曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的像散s线和t线最大差值小于0.05mm，表明该透镜具有较好改善像散的能力。根据表二(c)中和图4b中畸变曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的畸变最大值小于4.0％并且总体趋势是单调上升，说明镜头具有良好的改善畸变的能力.实施例3以下参照图5是根据本申请实施例3给出光学镜头的2d图。如图5所示，根据本申请示例性实施方式的光学镜头沿光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜具有正折射力；第二透镜具有正折射力；第三透镜具有正折射力；第四透镜具有正折射能力；滤光片具有物侧面和像侧面，入射的光依序穿过各镜片表面最终成像在成像面。表三示出了实施例3的光学镜头的各透镜的表面类型、曲率半径、厚度及材料。其中，曲率半径和厚度的单位均为毫米(mm)。本实施例的透镜组的设计参数具体请参照下表：表三(a)镜片表面序号表面类型曲率半径厚度材料特性(nd:vd)物面球面inf4001非球面inf0p12非球面1.1570.63141.5541:56.11stop非球面2.8820.2783p24非球面6.0270.30001.661:20.405非球面8.0690.1556p36非球面-1.7660.38661.5541:56.117非球面-1.2220.0400p48xy多项式1.0910.37011.661:20.409xy多项式1.0200.625710球面inf0.21bk711球面inf0.0433像面球面inf0.0090表三(b)表三(c)本实施例中，镜头符合上诉权利项的要求,其具体参数如下表所示：表三(c)根据表三(a)、表三(b)和图5，将当前实施例的镜片形状和镜片的各项属性较为清楚的展示出来，说明当前实施例是可以实现的ttl较小、大光圈的tof镜头。根据表三(c)中和图6a中像散曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的像散s线和t线最大差值小于0.05mm，表明该透镜具有较好改善像散的能力。根据表三(c)中和图6b中畸变曲线说明较为清晰的展示了，镜头在满足权利项的要求后，镜头的畸变最大值小于4.7％并且总体趋势是单调上升，说明镜头具有良好的改善畸变的能力。当前第1页12