CN114924393A

CN114924393A - 红外投影镜头

Info

Publication number: CN114924393A
Application number: CN202210518315.XA
Authority: CN
Inventors: 徐百威; 张思超
Original assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Priority date: 2022-05-13
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2042-05-13
Also published as: CN114924393B

Abstract

提供了一种红外投影镜头，具有较优的投影性能。所述镜头由从成像侧至光源侧依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜组成。所述第一透镜为正光焦度的透镜，所述第一透镜在近轴的成像侧为凹面且在近轴的光源侧为凸面，所述第一透镜的两个面中有至少一个面为非球面；所述第二透镜为负光焦度的透镜且在近轴的成像侧为凹面，在近轴的光源侧为凸面，所述第二透镜的两个面中有至少一个面为非球面；所述第三透镜为正光焦度的透镜，所述第三透镜在近轴成像侧为凸面，所述第三透镜的两个面中有至少一个面为非球面；其中，所述镜头满足0.1<|Y/(f*TTL)|<0.4，f为所述镜头的焦距，Y为所述镜头的最大物高，TTL为所述镜头的光阑面至成像面之间的距离。

Description

红外投影镜头

技术领域

本申请实施例涉及光学领域，并且更具体地，涉及红外投影镜头。

背景技术

随着人脸识别、体感游戏和模式识别等领域的兴起，三维深度检测已成为热点。三维深度检测中通常采用940nm的光源作为信号光源，一是为避免太阳光中的可见光波段对信号的干扰，二是空气中的水分子对940nm的光线的吸收较小。红外投影镜头作为深度检测中的信号发射装置，对深度检测中的精度和视场范围至关重要。因此，如何改善红外投影镜头的性能，成为亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种红外投影镜头，具有较优的投影性能。

第一方面，提供了一种红外投影镜头，所述镜头由从成像侧至光源侧依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜组成，其中：所述第一透镜为正光焦度的透镜，所述第一透镜在近轴的成像侧为凹面，所述第一透镜在近轴的光源侧为凸面，所述第一透镜的两个面中有至少一个面为非球面；所述第二透镜为负光焦度的透镜，所述第二透镜在近轴的成像侧为凹面，在近轴的光源侧为凸面，所述第二透镜的两个面中有至少一个面为非球面；所述第三透镜为正光焦度的透镜，所述第三透镜在近轴成像侧为凸面，所述第三透镜的两个面中有至少一个面为非球面；其中，所述镜头满足0.1<|Y/(f*TTL)|<0.4，其中，f为所述镜头的焦距，Y为所述镜头的最大物高，TTL为所述镜头的光阑面至成像面之间的距离。

在一种实现方式中，所述镜头还满足0.3<f/TTL<0.5。

在一种实现方式中，所述镜头还满足0.2<Y/TTL<0.4。

在一种实现方式中，所述镜头的视场角FOV满足60°＜FOV＜85°，和/或，所述镜头的F数满足F数＜2.4。

在一种实现方式中，所述镜头满足以下条件中的至少一种：|Y/(f*TTL)|＝0.299，f/TTL＝0.416，Y/TTL＝0.347，所述镜头的F数＝2.27，所述镜头的FOV＝80°。

在一种实现方式中，所述镜头满足以下条件中的至少一种：|Y/(f*TTL)|＝0.218，f/TTL＝0.410，Y/TTL＝0.295，所述镜头的F数＝1.78，所述镜头的FOV＝72°。

在一种实现方式中，所述镜头满足以下条件中的至少一种：|Y/(f*TTL)|＝0.182，f/TTL＝0.410，Y/TTL＝0.269，所述镜头的F数＝1.9，所述镜头的FOV＝66°。

在一种实现方式中，所述镜头满足以下条件中的至少一种：|Y/(f*TTL)|＝0.214，f/TTL＝0.450，Y/TTL＝0.305，所述镜头的F数＝1.8，所述镜头的FOV＝68°。

在一种实现方式中，所述第一透镜的焦距f₁与所述第二透镜的焦距f₂之间满足-1.3<f₂/f₁<-0.5；和/或，所述第三透镜的焦距f₃与所述第一透镜的焦距f₁之间满足0.3<f₃/f₁<1。

在一种实现方式中，所述镜头满足以下条件中的至少一种：所述第一透镜的焦距f₁与所述镜头的焦距f之间满足0.8<f₁/f<1.3；所述第二透镜的焦距f₂与所述镜头的焦距f之间满足-1.3<f₂/f<-0.5；所述第三透镜的焦距f₃与所述镜头的焦距f之间满足0.4<f₃/f<1.1。

在一种实现方式中，所述第一透镜的中心厚度CT1与所述第二透镜的中心厚度CT2之间满足0.5<CT1/CT2<1.5；和/或，所述第二透镜的中心厚度CT2与所述第三透镜的中心厚度CT3之间满足0.2<CT2/CT3<1。

在一种实现方式中，所述第一透镜的焦距f₁与所述第一透镜的成像侧的曲率半径R1之间满足-1<f₁/R1<-0.2；和/或，所述第一透镜的焦距f₁与所述第一透镜的光源侧的曲率半径R2之间满足-2.5<f₁/R2<-1.5。

在一种实现方式中，所述第二透镜的焦距f₂与所述第二透镜的成像侧的曲率半径R3之间满足：2<f₂/R3<4.5；所述第二透镜的焦距f₂与所述第二透镜的光源侧的曲率半径R4之间满足0.4<f₂/R4<2。

在一种实现方式中，所述第三透镜的焦距f₃与所述第三透镜的成像侧的曲率半径R5之间满足1.4<f₃/R5<1.6；所述第三透镜的焦距f₃与所述第三透镜的光源侧的曲率半径R6之间满足-0.2<f₃/R6<0.1。

在一种实现方式中，所述镜头满足以下条件中的至少一种：所述第一透镜的成像侧的曲率半径R1与所述第一透镜的光源侧的曲率半径R2之间满足2<R1/R2<4.5；所述第二透镜的成像侧的曲率半径R3与所述第二透镜的光源侧的曲率半径R4之间满足0.2<R3/R4<0.45；所述第三透镜的成像侧的曲率半径R5与所述第三透镜的光源侧的曲率半径R6之间满足-0.2<R5/R6<0.1。

在一种实现方式中，所述第一透镜的材料的折射率n₁＞1.6，所述第二透镜的材料的折射率n₂＞1.6，所述第三透镜的材料的折射率n₃＞1.6；和/或，所述第一透镜的材料的色散系数v₁＞22.0，所述第二透镜的材料的色散系数v₂＞22.0，所述第三透镜的材料的色散系数v₃＞22.0。

在一种实现方式中，所述红外投影镜头应用于深度检测。

本申请实施例中，红外投影镜头为3片式镜头，该镜头包括从成像侧至光源侧依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，能够将光源的点阵投影至较远距离的目标上，并产生携带该目标深度信息的反射光。通过对三个透镜的光焦度和形状进行设计，并使镜头的f、Y和TTL之间满足合适的条件即0.1<|Y/(f*TTL)|<0.4，从而该镜头具有较大的视场角FOV和较小的F数，能够满足较大的探测视场的需求，并保持较好的投影性能。

附图说明

图1是本申请实施例的红外投影镜头模组的一种示意性结构图。

图2是图1所示红外投影镜头模组中的成像光路的示意图。

图3是图2所示的红外投影镜头的一种可能的结构示意图。

图4是图3所示的镜头的像差的示意图。

图5是图3所示的镜头的MTF曲线的示意图。

图6是图3所示的镜头的RI曲线的示意图。

图7是图2所示的红外投影镜头的一种可能的结构示意图。

图8是图7所示的镜头的像差的示意图。

图9是图7所示的镜头的MTF曲线的示意图。

图10是图7所示的镜头的RI曲线的示意图。

图11是图2所示的红外投影镜头的一种可能的结构示意图。

图12是图11所示的镜头的像差的示意图。

图13是图11所示的镜头的MTF曲线的示意图。

图14是图11所示的镜头的RI曲线的示意图。

图15是图2所示的红外投影镜头的一种可能的结构示意图。

图16是图15所示的镜头的像差的示意图。

图17是图15所示的镜头的MTF曲线的示意图。

图18是图15所示的镜头的RI曲线的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

图1是本申请实施例的红外投影镜头的一种示意性结构图。如图1所示，红外投影镜头100包括投影镜头(以下也简称镜头)110和红外光源130。

其中，投影镜头110是一种光学成像元件，可以是球面和/或非球面构成的光学结构，用于将光源的点阵投影到目标上，投影镜头110可以由一个透镜或者多个透镜组成，透镜通常可以采用树脂等材料注塑而成。红外光源130为具有一定排布规则的红外光源点阵，例如通常为矩形或有一定特殊排布规律的垂直腔面发射激光器(Vertical CavitySurface Emitting Laser，VCSEL)阵列光源，该光源的波长通常为940nm。投影镜头110将VCSEL光源点阵投影至探测目标上，通过在目标表面的反射，携带上目标的深度信息。

红外投影镜头100中还可以包括其他结构和器件，例如，如图1所示，红外投影镜头100中还包括支架(Holder)120，支架120用于将投影镜头110和红外光源130连接在一起，控制投影镜头110的离焦和偏心的精度。

应理解，图1所示的红外投影镜头100的结构仅仅为示例，本申请实施例主要对其中的投影镜头110的部分进行设计，而对其他结构和器件的位置和参数不做任何限定。

本申请实施例提供的红外投影镜头具有较大的视场角和较小的F数，能够满足较大的探测视场的需求，并保证了其投射光线的能力。

为便于更好的理解，首先简单介绍本申请实施例中涉及的可用于评价该红外投影镜头的性能的参数指标。

视场角(Field of View，FOV)：用来表征镜头的视场范围，在镜头尺寸相等的情况下，镜头的FOV越大，表示该镜头的投影视场的范围越大。

工作F数，或者F数(F-number，Fno)：即镜头相对口径的倒数，用于表征镜头投射的光线量。F数越小，表示镜头投射出去的光线量越多。

畸变：用于度量图像的视觉畸变程度，畸变越小，成像效果越好。

相对照度(Relative Illumination，RI)：指成像面上的不同坐标点的照度和中心点的照度之比，相对照度越小，成像面的照度越不均匀，容易产生某些位置曝光不足或中心过曝光的问题，影响成像质量；相对照度越大，成像质量越高。

本申请实施例中，红外投影镜头100例如可以应用于深度检测中，以利用红外光线实现对目标的深度检测。

图2为本申请实施例的红外投影镜头的示意图，其中，镜头110包括从成像侧至光源侧依次设置第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113。成像侧即投影目标侧。

第一透镜111为正光焦度的透镜，第一透镜111在近轴的成像侧为凹面，第一透镜111在近轴的光源侧为凸面，第一透镜111的两个面中有至少一个面为非球面。

第二透镜112为负光焦度的透镜，第二透镜112在近轴的成像侧为凹面，在近轴的光源侧为凸面，第二透镜112的两个面中有至少一个面为非球面。

第三透镜113为正光焦度的透镜，第三透镜113在近轴成像侧为凸面，第三透镜113的两个面中有至少一个面为非球面。

第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113例如可以采用树脂材料或者其他塑胶材料注塑成型。

在一些实现方式中，镜头110还包括光阑114，光阑114设置于第一透镜111的靠近成像侧的一侧。

本申请实施例通过对镜头100中的上述各个透镜的参数进行设计，例如，镜头110的焦距f、镜头110的最大物高Y、以及镜头110的总纵向长度(Total Trace Length，TTL)即镜头110的光阑面至成像面之间的距离等参数，使得镜头110能够具有较大的视场角FOV和较小的F数。例如，镜头110的焦距f、镜头110的最大物高Y、以及TTL之间可以满足预设条件0.1<|Y/(f*TTL)|<0.4。

本申请实施例的镜头110为3片式镜头，镜头110包括从成像侧至光源侧依次设置的第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113，能够将光源110的点阵投影至较远距离的目标上，并产生携带该目标深度信息的反射光。通过对三个透镜的光焦度和形状进行设计，并使镜头110的f、Y和TTL之间满足合适的条件例如0.1<|Y/(f*TTL)|<0.4，从而使该镜头110具有较大的视场角FOV和较小的F数，能够满足较大的探测视场的需求，并保持较好的投影性能。

镜头110的f、Y和TTL影响镜头的FOV和F数，并且f、Y和TTL之间也相互制约和影响，因此，通过控制f、Y和TTL三者之间满足上述的关系例如0.1<|Y/(f*TTL)|<0.4，能够使得镜头110具有较大的FOV，让镜头获得更大的广角视场，探测更大的范围，并且能够使镜头110具有较小的F数从而收集更多的光线，以提高镜头111的性能。

例如，当镜头110的f、Y和TTL之间的关系为0.1<|Y/(f*TTL)|<0.4时，镜头110的FOV满足60°＜FOV＜85°，进一步地，还可以使镜头110的FOV满足65°＜FOV＜85°、65°＜FOV≤80°、65°＜FOV≤75°或者65°＜FOV≤70°等，以实现深度检测的精度需求和视场需求的平衡；当镜头110的f、Y和TTL之间的关系为0.1<|Y/(f*TTL)|<0.4时，镜头110的F数满足F数＜2.4，进一步地，还可以使镜头110的F数满足F数＜2.3或者F数＜2.0，以使镜头110能够收集更多的光线。

应理解，上述的预设条件为设计镜头110时镜头110的f、Y和TTL应满足的条件，从而在保证所需的FOV和F数的情况下，提升镜头110的投影性能。在一些情况下，为了获得更好的投影性能，上述的预设条件也可以进行适当调整，例如，该预设条件为0.1<|Y/(f*TTL)|<0.30、0.2<|Y/(f*TTL)|<0.30、0.1<|Y/(f*TTL)|<0.25、0.15<|Y/(f*TTL)|<0.30或者0.15<|Y/(f*TTL)|<0.25等。

进一步地，在其他实现方式中，镜头110的f、Y和TTL之间还可以满足0.3<f/TTL<0.5和/或0.2<Y/TTL<0.4。通过对镜头110的f、Y和TTL之间的关系进一步限制，可以使镜头110的FOV在其上述范围内尽可能大，以及使镜头110的F数在其上述范围内尽可能小。该条件也可也进行适当调整，例如，0.3<f/TTL<0.46、0.4<f/TTL<0.46、0.2<Y/TTL<0.35、0.25<Y/TTL<0.35或者0.2<Y/TTL<0.3等。

上面从整体上描述了镜头110的各个参数所满足的条件，下面分别针对镜头110中的第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113各自的参数设计进行描述。当各个透镜的各个参数之间满足以下条件中的部分或者全部时，可以使镜头110的FOV和F数分别为60°＜FOV＜85°和F数＜2.4。

第一透镜111为正光焦度的透镜，第一透镜111的正光焦度的分配可以扩大光线出射时的角度，使镜头110拥有更大的FOV。可选地，第一透镜111还可以满足以下条件中的至少一种：第一透镜111的焦距f₁与第一透镜111的成像侧的曲率半径R1之间满足-1<f₁/R1<-0.2；第一透镜的焦距f₁与第一透镜的光源侧的曲率半径R2之间满足-2.5<f₁/R2<-1.5；第一透镜111的成像侧的曲率半径R1与第一透镜111的光源侧的曲率半径R2之间满足2<R1/R2<4.5。第一透镜111的两个表面的曲率半径的合理分配，有助于透镜110在偏折光线时校正镜头110的像差。

第二透镜112为负光焦度的透镜，第二透镜112的负光焦度的分配能够有效地校正镜头110的像差，提高镜头110的投影质量。可选地，第二透镜112还可以满足以下条件中的至少一种：第二透镜112的焦距f₂与第二透镜112的成像侧的曲率半径R3之间满足：2<f₂/R3<4.5；第二透镜112的焦距f₂与第二透镜的光源侧的曲率半径R4之间满足0.4<f₂/R4<2；第二透镜112的成像侧的曲率半径R3与第二透镜112的光源侧的曲率半径R4之间满足0.2<R3/R4<0.45。第二透镜112的两个表面的曲率半径的合理分配，有助于第二透镜112在贡献负光焦度的同时更好地校正镜头110的像差。

第三透镜113为正光焦度的透镜，可选地，第三透镜113还可以满足以下条件中的至少一种：第三透镜的焦距f₃与第三透镜113的成像侧的曲率半径R5之间满足1.4<f₃/R5<1.6第三透镜113的焦距f₃与第三透镜113的光源侧的曲率半径R6之间满足-0.2<f₃/R6<0.1；第三透镜113的成像侧的曲率半径R5与第三透镜的光源侧的曲率半径R6之间满足-0.2<R5/R6<0.1。第三透镜113为距离光源最近的透镜，在光线从光源发出后，首先经过正光焦度的第三透镜113使光线发生偏折，以减小第一透镜111和第二透镜112的有效口径的大小，同时保证镜头110拥有较大的FOV。

另外，由于2<R1/R2<4.5、0.2<R3/R4<0.45、-0.2<R5/R6<0.1，通过对镜头110中的三个透镜各自的曲率半径进行设计，在镜头110的FOV和F数满足需求的同时，能够降低镜头110的敏感度，提升产品的良品率。

在一些实现方式中，镜头110中的各个透镜之间的光焦度的分配满足以下条件中的至少一种：第一透镜111的焦距f₁与镜头110的焦距f之间满足0.8<f₁/f<1.3；第二透镜112的焦距f₂与镜头110的焦距f之间满足-1.3<f₂/f<-0.5；第三透镜113的焦距f₃与镜头110的焦距f之间满足0.4<f₃/f<1.1；第一透镜111的焦距f₁与第二透镜112的焦距f₂之间满足-1.3<f₂/f₁<-0.5；第三透镜113的焦距f₃与第一透镜111的焦距f₁之间满足0.3<f₃/f₁<1。通过对三个透镜各自的焦距进行设计，对第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113的焦距进行合理分配，使得镜头110能够拥有较大的FOV范围和较小的F数，同时更好地校正镜头110的像差，有效提高镜头110的投影质量。

为了使镜头110的结构更加坚固，提升镜头110的使用寿命，还可以对第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113的中心厚度，即透镜沿光轴方向的厚度进行设计。例如，第一透镜111的中心厚度CT1与第二透镜112的中心厚度CT2之间满足0.5<CT1/CT2<1.5；又例如，第二透镜112的中心厚度CT2与第三透镜113的中心厚度CT3之间满足0.2<CT2/CT3<1。

此外，出于满足色散要求以及降低生产成本的考虑，以及提供合适的相差平衡，还可以对第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113的材料的折射率和色散系数进行设计。例如，第一透镜111的材料的折射率n₁＞1.6，第一透镜111的材料的色散系数v₁＞22.0；又例如，第二透镜112的材料的折射率n2＞1.6，第二透镜112的材料的色散系数v2＞22.0；又例如，第三透镜113的材料的折射率n3＞1.6，第三透镜113的材料的色散系数v3＞22.0。

本申请实施例中，可以通过控制镜头110中的第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113的曲率半径、厚度、材料和圆锥系数等物理参数，和/或，镜头110中的非球面透镜的非球面高次项系数中的偶次项等，使镜头110的参数满足上述的条件，进而使得镜头110的FOV满足60°＜FOV＜85°以及F数＜2.4。以下，以实施例1、实施例2、实施例3和实施例4作为示例，具体描述本申请实施例的镜头110的一些可能的具体实现方式。

实施例1

镜头110包括三个透镜，如图3所示，镜头110从成像侧到光源侧依次为：光阑114、第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113和光源面115。第一透镜111为正光焦度的镜片，第二透镜112为负光焦度镜片，第三透镜113为正光焦度镜片。

为便于区分和描述，按照从成像侧至光源侧的顺序，将成像面记为S0，将光阑114记为S1，第一透镜111的两个表面分别记为S2和S3，第二镜头112的两个表面分别记为S4和S5，第三透镜113的两个表面分别记为S6和S7，光源面115记为S8。镜头110中至少有一个面为非球面。

进一步地，通过设置镜头110中各个透镜的焦距、曲率半径、中心厚度、材料和圆锥系数等参数，以及镜头110中的非球面透镜的非球面高次项系数，以使镜头110的FOV、F数、相对照度、像差等满足要求。

在实施例1中，各个透镜的焦距、曲率半径、中心厚度等参数的设置如表1所示。S0～S8中的每个面的曲率半径、厚度、材料(n、v)和圆锥系数的设置如表2所示。S2～S7中的非球面的非球面高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16的设置如表3所示。在表2中，平面例如S0、S1和S8的曲率半径为无限大。

表1

表2

表3

表面

S2

S3

S4

S5

S6

S7

A4

-1.21E+00

3.05E-02

-2.81E+00

-2.16E+00

-1.07E+00

3.69E-01

A6

1.10E+00

2.01E+00

1.25E+01

4.82E+00

1.88E+00

-1.81E+00

A8

-1.37E+01

-7.03E+00

-3.18E+01

-6.67E+00

-1.80E+00

4.48E+00

A10

8.25E+01

1.16E+01

4.98E+01

5.93E+00

6.06E-01

-5.71E+00

A12

-3.66E+03

-6.55E+01

-4.39E+01

-3.91E+00

4.86E-01

3.91E+00

A14

-1.83E+04

1.20E+02

2.51E+01

1.86E+00

-6.03E-01

-1.42E+00

A16

5.21E+05

1.01E+03

9.14E-01

1.02E-01

1.87E-01

2.13E-01

基于表1、表2和表3所示的参数，实施例1中的3片式红外广角镜头110的整体焦距f＝1.161mm，透镜110的F数＝2.27，透镜110的最大视场角为FOV＝80°，TTL＝2.792mm。可见，实施例1中的镜头110具有较大的FOV和较小的工作F数，并且具有较小的镜头尺寸(TTL)。

图4示出了镜头110的像差的曲线；图5示出了镜头110的调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)曲线，即光学传递函数(Optical TransferFunction，OTF)模值；图6示出了镜头110的相对照度。从图4至图6可以看出，在镜头110的参数TTL、f、Y满足上述条件的情况下，镜头110在FOV和F数满足需求的同时，镜头110还具有较小的光学畸变例如畸变的绝对值小于3％，且镜头110的MTF较高，具有较高的投影质量，并且在维持较大FOV的同时保持了较高的相对照度。

实施例2

镜头110包括三个透镜，如图7所示，镜头110从成像侧到光源侧依次为：光阑114、第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113和光源面115。第一透镜111为正光焦度的镜片，第二透镜112为负光焦度镜片，第三透镜113为正光焦度镜片。

在实施例2中，各个透镜的焦距、曲率半径、中心厚度等参数的设置如表4所示。S0～S8中的每个面的曲率半径、厚度、材料(n、v)和圆锥系数的设置如表2所示。S2～S7中的非球面的非球面高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16的设置如表3所示。在表5中，平面例如S0、S1和S8的曲率半径为无限大。

表4

表5

表6

表面

S2

S3

S4

S5

S6

S7

A4

-5.01E-01

-2.03E-01

-2.81E+00

-2.09E+00

-1.07E+00

3.36E-01

A6

7.33E-01

7.46E-01

1.26E+01

4.85E+00

1.89E+00

-1.83E+00

A8

-2.14E+01

-6.70E+00

-3.17E+01

-6.65E+00

-1.80E+00

4.48E+00

A10

1.87E+02

2.32E+01

4.97E+01

5.97E+00

6.00E-01

-5.70E+00

A12

-6.92E+02

-4.56E+01

-4.51E+01

-3.83E+00

4.77E-01

3.92E+00

A14

1.22E+03

3.94E+01

2.16E+01

1.96E+00

-6.07E-01

-1.42E+00

A16

2.75E+01

-1.21E+01

-3.68E+00

-3.70E-01

1.91E-01

2.13E-01

基于表4、表5和表6所示的参数，实施例2中的3片式红外广角镜头110的整体焦距f＝1.35mm，透镜110的F数＝1.78，透镜110的最大视场角为FOV＝72°，TTL＝3.29mm。可见，实施例2中的镜头110具有较大的FOV和较小的工作F数，并且具有较小的镜头尺寸(TTL)。

图8示出了镜头110的像差的曲线；图9示出了镜头110的MTF曲线，即OTF模值；图10示出了镜头110的相对照度。从图8至图10可以看出，在镜头110的参数TTL、f、Y满足上述条件的情况下，镜头110在FOV和F数满足需求的同时，镜头110还具有较小的光学畸变例如畸变的绝对值小于2％，且镜头110的MTF较高，具有较高的投影质量，并且在维持较大FOV的同时保持了较高的相对照度。

实施例3

镜头110包括三个透镜，如图11所示，镜头110从成像侧到光源侧依次为：光阑114、第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113和光源面115。第一透镜111为正光焦度的镜片，第二透镜112为负光焦度镜片，第三透镜113为正光焦度镜片。

在实施例3中，各个透镜的焦距、曲率半径、中心厚度等参数的设置如表7所示。S0～S8中的每个面的曲率半径、厚度、材料(n、v)和圆锥系数的设置如表2所示。S2～S7中的非球面的非球面高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16的设置如表9所示。在表8中，平面例如S0、S1和S8的曲率半径为无限大。

表7

表8

表9

表面

S2

S3

S4

S5

S6

S7

A4

-7.02E-01

-8.19E-02

-2.86E+00

-2.07E+00

-1.06E+00

3.32E-01

A6

1.71E+00

9.78E-01

1.26E+01

4.85E+00

1.89E+00

-1.82E+00

A8

-2.56E+01

-6.35E+00

-3.17E+01

-6.67E+00

-1.80E+00

4.48E+00

A10

1.74E+02

2.31E+01

4.96E+01

5.94E+00

6.00E-01

-5.70E+00

A12

-6.96E+02

-4.49E+01

-4.51E+01

-3.88E+00

4.78E-01

3.92E+00

A14

1.27E+03

4.20E+01

2.15E+01

1.89E+00

-6.05E-01

-1.42E+00

A16

-6.27E+02

-1.05E+01

-4.08E+00

-4.68E-01

1.92E-01

2.15E-01

基于表7、表8和表9所示的参数，实施例3中的3片式红外广角镜头110的整体焦距f＝1.477mm，透镜110的F数＝1.9，透镜110的最大视场角为FOV＝66°，TTL＝3.6mm。可见，实施例3中的镜头110具有较大的FOV和较小的工作F数，并且具有较小的镜头尺寸(TTL)。

图12示出了镜头110的像差的曲线；图13示出了镜头110的MTF曲线，即OTF模值；图14示出了镜头110的相对照度。从图12至图14可以看出，在镜头110的参数TTL、f、Y满足上述条件的情况下，镜头110在FOV和F数满足需求的同时，镜头110还具有较小的光学畸变例如畸变的绝对值小于3％，且镜头110的MTF较高，具有较高的投影质量，并且在维持较大FOV的同时保持了较高的相对照度。

实施例4

镜头110包括三个透镜，如图15所示，镜头110从成像侧到光源侧依次为：光阑114、第一透镜111、第二透镜112和第三透镜113和光源面115。第一透镜111为正光焦度的镜片，第二透镜112为负光焦度镜片，第三透镜113为正光焦度镜片。

在实施例4中，各个透镜的焦距、曲率半径、中心厚度等参数的设置如表10所示。S0～S8中的每个面的曲率半径、厚度、材料(n、v)和圆锥系数的设置如表11所示。S2～S7中的非球面的非球面高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16的设置如表12所示。在表11中，平面例如S0、S1和S8的曲率半径为无限大。

表10

表11

表12

基于表10、表11和表12所示的参数，实施例4中的3片式红外广角镜头110的整体焦距f＝1.429mm，透镜110的F数＝1.8，透镜110的最大视场角为FOV＝68°，TTL＝3.178mm。可见，实施例4中的镜头110具有较大的FOV和较小的工作F数，并且具有较小的镜头尺寸(TTL)。

图16示出了镜头110的像差的曲线；图17示出了镜头110的MTF曲线，即OTF模值；图18示出了镜头110的相对照度。从图16至图18可以看出，在镜头110的参数TTL、f、Y满足上述条件的情况下，镜头110在FOV和F数满足需求的同时，镜头110还具有较小的光学畸变例如畸变的绝对值小于2％，且镜头110的MTF较高，具有较高的投影质量，并且在维持较大FOV的同时保持了较高的相对照度。

其中，表1至表12中的参数所对应的位置为空白，则表示无此参数或该参数的值为0。

镜头110的Y、f和TTL影响镜头的尺寸、FOV、F数、相对照度等。在本申请实施例中，通过设计Y/(f*TTL)、f/TTL和Y/TTL等参数关系，可以使镜头110的具有较大的FOV和较小的F数，例如60°＜FOV＜85°，F数＜2.4。在保证镜头110具有较好的投影能力的情况下，还使镜头110具有较小的尺寸，例如TTL＜4.0或者TTL＜3.3。并且通过优化相对照度，提升了镜头110在全视场内的深度误差的均匀性。

在实际应用中，可以根据实际情况，在满足本申请的镜头参数的情况下，选择合适的镜头。例如，实施例1和实施例2中的镜头具有更大的FOV，FOV分别为80°和72°，并且，实施例2的镜头110的F数更小，F数＝1.78，而实施例1的镜头110的TTL较小，TTL＝2.792。又例如，实施例3和实施例4中的镜头的具有更小的F数，F数分别为1.9和1.8。

从图3至图6、图7至图10、图11至图14、以及图15至图18可以看出，本申请的镜头110具有较大的FOV和较小的F数，能够满足较大的探测视场的需求，并保持较好的投影性能。同时，镜头110还具有较小的光学畸变，且镜头110的MTF较高，具有较高的投影质量，并且在维持较大FOV的同时保持了较高的相对照度。

需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种红外投影镜头，其特征在于，所述镜头由从成像侧至光源侧依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜和第三透镜组成，其中：

所述第一透镜为正光焦度的透镜，所述第一透镜在近轴的成像侧为凹面，所述第一透镜在近轴的光源侧为凸面，所述第一透镜的两个面中有至少一个面为非球面；

所述第二透镜为负光焦度的透镜，所述第二透镜在近轴的成像侧为凹面，在近轴的光源侧为凸面，所述第二透镜的两个面中有至少一个面为非球面；

所述第三透镜为正光焦度的透镜，所述第三透镜在近轴成像侧为凸面，所述第三透镜的两个面中有至少一个面为非球面；

其中，所述镜头满足0.1<|Y/(f*TTL)|<0.4，其中，f为所述镜头的焦距，Y为所述镜头的最大物高，TTL为所述镜头的光阑面至成像面之间的距离。

2.根据权利要求1所述的红外投影镜头，其特征在于，所述镜头还满足0.3<f/TTL<0.5。

3.根据权利要求1所述的红外投影镜头，其特征在于，所述镜头还满足0.2<Y/TTL<0.4。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述镜头的视场角FOV满足60°＜FOV＜85°，和/或，所述镜头的F数满足F数＜2.4。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述镜头满足以下条件中的至少一种：|Y/(f*TTL)|＝0.299，f/TTL＝0.416，Y/TTL＝0.347，所述镜头的F数＝2.27，所述镜头的FOV＝80°。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述镜头满足以下条件中的至少一种：|Y/(f*TTL)|＝0.218，f/TTL＝0.410，Y/TTL＝0.295，所述镜头的F数＝1.78，所述镜头的FOV＝72°。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述镜头满足以下条件中的至少一种：|Y/(f*TTL)|＝0.182，f/TTL＝0.410，Y/TTL＝0.269，所述镜头的F数＝1.9，所述镜头的FOV＝66°。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述镜头满足以下条件中的至少一种：|Y/(f*TTL)|＝0.214，f/TTL＝0.450，Y/TTL＝0.305，所述镜头的F数＝1.8，所述镜头的FOV＝68°。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f₁与所述第二透镜的焦距f₂之间满足-1.3<f₂/f₁<-0.5；和/或，所述第三透镜的焦距f₃与所述第一透镜的焦距f₁之间满足0.3<f₃/f₁<1。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述镜头满足以下条件中的至少一种：所述第一透镜的焦距f₁与所述镜头的焦距f之间满足0.8<f₁/f<1.3；所述第二透镜的焦距f₂与所述镜头的焦距f之间满足-1.3<f₂/f<-0.5；所述第三透镜的焦距f₃与所述镜头的焦距f之间满足0.4<f₃/f<1.1。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的中心厚度CT1与所述第二透镜的中心厚度CT2之间满足0.5<CT1/CT2<1.5；和/或，所述第二透镜的中心厚度CT2与所述第三透镜的中心厚度CT3之间满足0.2<CT2/CT3<1。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的焦距f₁与所述第一透镜的成像侧的曲率半径R1之间满足-1<f₁/R1<-0.2；和/或，所述第一透镜的焦距f₁与所述第一透镜的光源侧的曲率半径R2之间满足-2.5<f₁/R2<-1.5。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述第二透镜的焦距f₂与所述第二透镜的成像侧的曲率半径R3之间满足：2<f₂/R3<4.5；所述第二透镜的焦距f₂与所述第二透镜的光源侧的曲率半径R4之间满足0.4<f₂/R4<2。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述第三透镜的焦距f₃与所述第三透镜的成像侧的曲率半径R5之间满足1.4<f₃/R5<1.6；所述第三透镜的焦距f₃与所述第三透镜的光源侧的曲率半径R6之间满足-0.2<f₃/R6<0.1。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述镜头满足以下条件中的至少一种：所述第一透镜的成像侧的曲率半径R1与所述第一透镜的光源侧的曲率半径R2之间满足2<R1/R2<4.5；所述第二透镜的成像侧的曲率半径R3与所述第二透镜的光源侧的曲率半径R4之间满足0.2<R3/R4<0.45；所述第三透镜的成像侧的曲率半径R5与所述第三透镜的光源侧的曲率半径R6之间满足-0.2<R5/R6<0.1。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述第一透镜的材料的折射率n₁＞1.6，所述第二透镜的材料的折射率n₂＞1.6，所述第三透镜的材料的折射率n₃＞1.6；和/或，所述第一透镜的材料的色散系数v₁＞22.0，所述第二透镜的材料的色散系数v₂＞22.0，所述第三透镜的材料的色散系数v₃＞22.0。

17.根据权利要求1至3中任一项所述的红外投影镜头，其特征在于，所述红外投影镜头应用于深度检测。