一种应用于扫地机器人的光学透镜模组的制作方法

1.本发明涉及光学透镜模组技术领域，具体为一种应用于扫地机器人的光学透镜模组。


背景技术：

2.在扫地机器人的应用领域，要求光学透镜模组可以实现横向视场角和纵向视场角有不同的放大比例，并且横向视场角尽可能越大越好，同时要保证具有比较高的成像质量。但是现有市面上的光学透镜模组的设计，一般在图像边缘处的畸变都相对较大，如对比文件1(申请号202021247233.9)公开了一种手机附加变形镜头，其利用柱面镜(平凹柱面透镜和平凸柱面透镜)达到横向视场放大1.55倍，并最终实现的横纵视场角2.75:1，但是由于柱面镜的面型不能够实现对镜头边缘的xy两个方向视场变化率基本相同，所以无法保证图像边缘的成像质量。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供了一种应用于扫地机器人的光学透镜模组，实现横向视场角较大的同时，还能够实现镜头边缘xy两个方向视场变化率基本相同以减少图像边缘畸变。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于扫地机器人的光学透镜模组，包括由物侧到像侧依次排布的透镜一、透镜二、透镜三和透镜四，且所述透镜二和所述透镜三之间设有一光阑，所述透镜一包括靠近物侧的第一面和背离物侧的第二面，所述第一面和第二面的面型结构均满足方程一：
[0005][0006]
其中，cy表示y方向的曲率，cx(y)表示x方向的曲率，ky表示y方向的圆锥系数，x,y表示的是x和y方向的距离，z(x,y)代表z方向的坐标，an，bn，cn......jn，an，bn，......fn均为系数。
[0007]
优选的，所述透镜二包括靠近物侧的第三面和背离物侧的第四面，所述透镜三包括靠近物侧的第五面和背离物侧的第六面，所述第四面和所述第五面的弯曲方向相反。
[0008]
优选的，所述透镜四包括靠近物侧的第七面和背离物侧的第八面，所述第七面和所述第八面的弯曲方向相反。
[0009]
优选的，所述透镜四的光焦度为正，且所述透镜四的第七面和第八面的面型结构均满足所述方程一。
[0010]
优选的，所述透镜二的光焦度为负，所述透镜三的光焦度为正。
[0011]
优选的，所述透镜二的第三面和第四面以及所述透镜三的第五面和的第六面均为偶次非球面面型结构，面型均满足方程二：
[0012][0013]
其中，z为光学面的矢高，c为非球面顶点处曲率，k为非球面系数，α1,α2,α3,α4,α5
…
为各阶系数，r为曲面上点到透镜系统光轴的距离坐标。
[0014]
优选的，所述光学透镜模组的水平视场角为120
°‑
130
°
，且水平视场角与竖直视场角的比值大于3.75。
[0015]
优选的，所述光学透镜模组的总焦距大于0.7mm小于1.5mm，透镜一、透镜二、透镜三、透镜四的焦距与总焦距的比值满足：
[0016]
1《f1/f总《5，
[0017]
0.83《f2/f总《2.57，
[0018]
0.52《f3/f总《3.14，
[0019]
1.53《f4/f总《5.43。
[0020]
优选的，所述光学透镜模组还包括设置在透镜四靠近像侧位置的反射棱镜，所述光学透镜模组的光学总长为7～13mm，透镜一、透镜二、透镜三、透镜四和的反射棱镜之间沿光轴方向的空气间隔与光学总长的比值满足：
[0021]
0.03《h1/h总《0.25，
[0022]
0.01《h2/h总《0.13，
[0023]
0.005《h3/h总《0.12，
[0024]
0.005《h4/h总《0.12。
[0025]
优选的，所述透镜二的第三面的曲率半径和所述第四面的曲率半径的比值满足5《r3/r4《10，所述透镜四的第七面的曲率半径和所述第八面的曲率半径的比值满足7.5《r5/r6《15.5。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置由物侧到像侧依次排布的透镜一、透镜二、光阑、透镜三和透镜四，透镜一光焦度为负，且将透镜一的两个面型设置为沿xy两个方向都有相应曲率变化的特殊面型结构，能够实现镜头边缘沿xy两个方向视场变化率基本相同，可以保证横向大视场角的实现。
[0027]
通过进一步设置透镜二和透镜三，且透镜二背离物侧的第四面与透镜三靠近物侧的第五面的弯曲方向相反，所以第四面和第五面与光阑成近似对称结构，能够消除前面两块透镜引入的场曲、球差和像散，保证成像质量的清晰。
[0028]
通过进一步设置与透镜一具有相同特殊面型方程结构的透镜四，并且透镜四的第七面和第八面的弯曲方向相反，在保证不引入较大的像差的同时，能够保证模组整体的参数要求。
附图说明
[0029]
图1是本发明一种应用于扫地机器人的光学透镜模组的第一种实施例的结构示意图；
[0030]
图2是本发明一种应用于扫地机器人的光学透镜模组的第二种实施例的结构示意图。
[0031]
图中：1、透镜一；101、第一面；102、第二面；2、透镜二；201、第三面；202、第四面；3、
透镜三；301、第五面；302、第六面；4、透镜四；401、第七面；402、第八面；5、反射棱镜；6、保护镜；7、光阑；10、物侧；11、像侧。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
如图1所示，本发明提供的一种应用于扫地机器人的光学透镜模组的第一种实施例，在该实施例中，光线方向是由物侧10沿像侧方向入射的，光学透镜模组包括由物侧10到像侧依次排布的透镜一1、透镜二2、透镜三3和透镜四4，且所述透镜二2和所述透镜三3之间设有一光阑7，所述透镜一1包括靠近物侧10的第一面101和背离物侧10的第二面102，所述第一面101和第二面102的面型结构均满足方程一：
[0034][0035]
其中，cy表示y方向的曲率，cx(y)表示x方向的曲率，ky表示y方向的圆锥系数，x，y表示的是x和y方向的距离，z(x，y)代表z方向的坐标，an，bn，cn......jn，an，bn，......fn均为系数。透镜一的面型参数如表1所示：
[0036]
表1
[0037]
球面编号曲率半径cx(y)cy第一面无限1.84e-011.87e-02第二面无限3.66e-035.58e-01
[0038]
设置由物侧10到像侧依次排布的透镜一1、透镜二2、光阑7、透镜三3和透镜四4，透镜一1光焦度为负且透镜一1的两个面型设置为沿xy两个方向都有相应曲率变化的特殊面型结构，能够实现镜头边缘沿xy两个方向视场变化率基本相同，从图1中可以看出物侧10的光线经过光焦度为负的透镜一1的第一面101和第二面102后均发生较大偏折，由此保证了横向大视场角的实现且能够减少图像边缘的畸变。
[0039]
如图2所示，本发明提供的一种应用于扫地机器人的光学透镜模组的第二种实施例，与第一种实施例的区别之处在于所述透镜二2包括靠近物侧10的第三面201和背离物侧10的第四面202，并且所述透镜二2的光焦度为负，所述透镜三3的光焦度为正，透镜二2和透镜三3使用的面型为非球面面型结构，所述透镜二2的第三面201和第四面202以及所述透镜三3的第五面301和的第六面302均为偶次非球面面型结构，面型均满足方程
[0040][0041]
其中，z为光学面的矢高，c为非球面顶点处曲率，k为非球面系数，α2,,4,6
…
为各阶系数，r为曲面上点到透镜系统光轴的距离坐标。透镜二的光焦度为负，且透镜二的第三面的曲率半径和所述第四面的曲率半径的比值满足5《r3/r4《10，作用是为了进一步增大视场角。
[0042]
第五面301和第六面302的面型参数如表2所示：
[0043]
表2
[0044][0045]
所述透镜三3包括靠近物侧10的第五面301和背离物侧10的第六面302，所述第四面202和所述第五面301的弯曲方向相反；透镜三3设计的比较巧妙，由于第五面301和第六面302的弯曲程度相差不大，所以第五面301和第六面302是关于光阑7成近似的对称形状，这样设计的好处是能够消除前面两块透镜引入的场区、球差和像散，保证成像质量的清晰。
[0046]
进一步的，所述透镜四4的光焦度为正，且所述透镜四4的第七面401和第八面402的面型结构均满足所述方程一，与透镜一1具有相同特殊面型方程结构，并且透镜四4的第七面401和第八面402的弯曲方向相反，在保证不引入较大的像差的同时，能够保证模组整体的参数要求。整体参数包括所述光学透镜模组的水平视场角为120
°‑
130
°
，且水平视场角与竖直视场角的比值大于3.75，以及光学透镜模组的整体总焦距大于0.7mm小于1.5mm。
[0047]
第七面401的和第八面402的面型参数如表3所示，所述透镜四4的第七面401的曲率半径和所述第八面402的曲率半径的比值满足7.5《r5/r6《15.5，透镜四4的第七面401的和第八面402在形状上呈现近似对称，在保证不引入较大的像差的同时，能够保证整体的参数要求。
[0048]
表3
[0049]
球面编号曲率半径cx(y)cy第七面无限2.56e-012.61e-01第八面无限4.50e-02-3.01e-01
[0050]
具体的，下面提供一组该光学模组的具体设置参数，透镜一1、透镜二2、透镜三3、透镜四4的焦距与总焦距的比值满足：
[0051]
1＜f1/f总＜5，
[0052]
0.83＜f2/f总＜2.57，
[0053]
0.52＜f3/f总＜3.14，
[0054]
1.53＜f4/f总＜5.43。由此满足所述光学透镜模组的总焦距大于0.7mm小于1.5mm，水平视场角可达到120
°‑
130
°
，竖直视场角为32
°‑
34，可以满足扫地机器人场景的使用需求。
[0055]
所述光学透镜模组还包括设置在透镜四4靠近像侧位置的反射棱镜5，作用是为了改变光路的传播方向，反射棱镜5靠近像侧的一侧还设置有保护镜6用于防护，透镜一1、透镜二2、透镜三3、透镜四4和的反射棱镜5之间沿光轴方向的空气间隔与光学总长的比值满足：
[0056]
0.03＜h1/h总＜0.25，
[0057]
0.01＜h2/h总＜0.13，
[0058]
0.005＜h3/h总＜0.12，
[0059]
0.005＜h4/h总＜0.12。由此达到光学透镜模组的整体光学总长为7～13mm，整体
尺寸比较小。
[0060]
具体的，透镜二2和透镜三3均为偶次非球面面型结构，面型均满足方程
[0061][0062]
其中，z为光学面的矢高，c为非球面顶点处曲率，k为非球面系数，α2，，4，6
…
为各阶系数，r为曲面上点到透镜系统光轴的距离坐标。其具体的面型参数如表4所示。
[0063]
表4
[0064][0065]
具体的，透镜一和透镜四均为特殊面型结构，面型均满足方程一：
[0066][0067]
其中，cy表示y方向的曲率，cx(y)表示x方向的曲率，ky表示y方向的圆锥系数，x，y表示的是x和y方向的距离，z(x，y)代表z方向的坐标，an，bn，cn......jn，an，bn，......fn均为系数。
[0068]
其具体的面型参数如表5和表6所示。
[0069]
表5
[0070]
球面编号曲率半径cx(y)cykyan第一面无限1.84e-011.87e-020.00e 001.55e-02第二面无限3.66e-035.58e-010.00e 001.33e-02第七面无限2.56e-012.61e-010.00e 005.95e-03第八面无限4.30e-02-3.01e-010.00e 003.52e-02
[0071]
表6
[0072]
球面编号bncndnenfn第一面-3.35e-04-4.67e-05-2.20e-062.02e-07-2.02e-10第二面2.21e-021.22e-02-1.08e-04-9.11e-04-1.18e-03第七面-4.42e-041.86e-043.44e-054.92e-05-3.55e-04第八面-5.11e-033.05e-035.33e-04-1.87e-04-2.62e-04
[0073]
该光学模组的上述结构设置在扫描的过程中能够最大限度的满足x方向的左右对称和y方向自身的对称。该光学模组透镜一1和透镜四4的方程其特殊性在于x方向的方程并不是一个半径固定的面型，而是x方向的半径随着y方向口径的变化而变化，这样就能在一定程度上满足f-θ的一一对应关系，这种情况对于广角和超广角镜头非常友好，能够实现边缘沿xy方向在相同扫描角度下所扫过的路径相同，可以改善图像边缘处的畸变。
[0074]
工作原理：通过设置由物侧10到像侧依次排布的透镜一1、透镜二2、光阑7、透镜三3和透镜四4，且将具有负光焦度的透镜一1的两个面型设置为沿xy两个方向都有相应曲率
变化的特殊面型结构，能够实现镜头边缘沿xy两个方向视场变化率基本相同，可以保证横向大视场角的实现。但是透镜一1会引入较大的像散，设置透镜二2和透镜三3，透镜二2使用的是面型较为简单的非球面来进一步增大视场角(主要是通过透镜左右两面的曲率半径比值来体现)，但是在进一步引入像散的同时也引入了球差和场区。透镜二2背离物侧10的第四面202与透镜三3靠近物侧10的第五面301的弯曲方向相反，所以第四面202和第五面301与光阑7成近似对称结构，能够消除前面两块透镜引入的场曲、球差和像散，保证成像质量的清晰。并且，进一步设置与透镜一1具有相同特殊面型方程结构的透镜四4，透镜四4的第七面401和第八面402的弯曲方向相反且呈现近似对称，由此在保证不引入较大的像差的同时，能够保证模组整体的视场角、光学总长等参数的要求。
[0075]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。