一种光学镜头及VR设备的制作方法

一种光学镜头及vr设备
技术领域
1.本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光学镜头及vr设备。


背景技术：

2.随着vr技术及ar技术的不断发展，如今鱼眼镜头已在vr眼镜、ar一体机等智能设备中得到广泛应用。鱼眼镜头是一种焦距为16mm或更短、并且视角接近或等于180
°
的镜头，是一种极端的广角镜头。这种摄影镜头的前镜片直径很短且呈抛物状向镜头前部凸出，以使镜头达到最大的摄影视角。
3.但是，现有的鱼眼镜头仍存在以下不足：
4.1)存在较大色差，单色及复色像差光学设计矫正不理想；
5.2)mtf(modulation transfer function，调制传递函数)边际衰减严重，探测效果不理想；
6.3)在大视场角的条件下，光学畸变较大。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本发明提供一种光学镜头及vr设备，解决现有技术中的光学镜头存在的上述问题。
8.为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
9.一种光学镜头，所述光学镜头沿物侧至像侧依次同轴排列设置有第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜和滤光片；
10.所述第一透镜的光焦度为负，所述第一透镜的物侧面为凹面，所述第一透镜的像侧面为凸面；
11.所述第二透镜的光焦度为正或负，物侧面为凹面，像侧面为凹面；
12.所述第三透镜的光焦度为正，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
13.所述第四透镜的光焦度为正，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
14.所述第五透镜的光焦度为负，物侧面为凹面，像侧面为凸面；
15.所述第六透镜的光焦度为正，物侧面为凹面，像侧面为凹面；
16.所述滤光片，包括相对设置且相互平行的物侧面和像侧面。
17.可选地，所述光学镜头满足如下关系式：
18.3＜zd/f4＜3.5；
19.其中，zd为沿所述光轴所述第一透镜的物侧面至所述第六透镜的像侧面之间的距离，f4为所述第四透镜的焦距。
20.可选地，所述光学镜头满足如下关系式：
[0021]-0.85＜f/s9＜-0.61；
[0022]
0.3＜f/s5＜0.52；
[0023]
其中，f为所述光学镜头的总焦距，s5为所述第三透镜物侧面的曲率半径，s9为所
述第五透镜物侧面的曲率半径。
[0024]
可选地，所述光学镜头满足如下关系式：
[0025]
0.3＜s2/s5＜0.54；
[0026]
0.1＜s4/s7＜0.6；
[0027]
0.05＜s6/s11＜0.18；
[0028]
其中，s2为所述第一透镜像侧面的曲率半径，s5为所述第三透镜物侧面的曲率半径，s4为第二透镜像侧面的曲率半径，s7为第四透镜物侧面的曲率半径，s6为第三透镜像侧面的曲率半径，s11为第六透镜物侧面的曲率半径。
[0029]
可选地，所述光学镜头满足如下关系式：
[0030]
0.18＜ct1/∑ct＜0.2；
[0031]
0.16＜ct3/∑ct＜0.17；
[0032]
0.09＜ct5/∑ct＜0.13；
[0033]
其中，ct1为所述第一透镜在光轴上的中心厚度，ct3为所述第三透镜在光轴上的中心厚度，ct5为所述第五透镜在光轴上的中心厚度，∑ct为所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜分别在光轴上的中心厚度之和。
[0034]
可选地，所述光学镜头满足如下关系式：
[0035]
0.3＜f/|s2| f/|s11|＜0.5；
[0036]
0.06＜f/|s6| f/|s7|＜0.13；
[0037]
其中，f为所述光学镜头的总焦距，s2为所述第一透镜像侧面的曲率半径，s11为所述第六透镜物侧面的曲率半径，s6为所述第一透镜像侧面的曲率半径，s7为所述第六透镜物侧面的曲率半径。
[0038]
可选地，所述光学镜头满足如下关系式：
[0039]
3＜yd1172-yd6272＜4.5；
[0040]
3＜yd1172-yd72-s＜4；
[0041]
其中，yd1172为所述第一透镜物侧面的最大有效半径位置到所述滤光片像侧面的距离，yd6272为所述第六透镜像侧面的最大有效半径位置到滤光片像侧面的距离，yd72-s为所述滤光片到所述光学镜头的感光面的距离。
[0042]
可选地，所述光学镜头满足如下关系式：
[0043]
4＜ttl＜5.1；
[0044]
其中，ttl为所述光学镜头的系统总长；
[0045]
所述光学镜头的工作波长为0.4～0.9um，所述光学镜头的f数为2.2，所述光学镜头的视场角小于或等于160.2
°
，所述光学镜头的物面至所述第一透镜物侧面的轴上距离为490～510mm。
[0046]
可选地，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的材质为玻璃或注塑材料，所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜的材质为注塑材料，所述滤光片的材质为玻璃。
[0047]
本发明还提供了一种vr设备，包括如上任一项所述的光学镜头。
[0048]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0049]
本发明提供了一种光学镜头及vr设备，通过对各透镜的光焦度和面型进行合理搭配，全面地提高了镜头中心视场到边缘的mtf值，同时具备更加优异的色差与畸变矫正表现，从而获得更佳的成像质量。
附图说明
[0050]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0051]
图1为本发明实施例一提供的一种光学镜头的结构示意图；
[0052]
图2为本发明实施例一提供的一种光学镜头带光线结构示意图；
[0053]
图3为本发明实施例一提供的一种光学镜头的1/4nyq的mtf图；
[0054]
图4为本发明实施例一提供的一种光学镜头的1/2nyq的mtf图；
[0055]
图5为本发明实施例一提供的一种光学镜头的全nyq的mtf图；
[0056]
图6为本发明实施例一提供的一种光学镜头的离焦曲线图；
[0057]
图7为本发明实施例一提供的一种光学镜头的相对照度图；
[0058]
图8为本发明实施例一提供的一种光学镜头的spt(点列图)；
[0059]
图9为本发明实施例一提供的一种光学镜头的横向色差图；
[0060]
图10为本发明实施例一提供的一种光学镜头的纵向色差图；
[0061]
图11为本发明实施例一提供的一种光学镜头的场曲和畸变图；
[0062]
图12为本发明实施例一提供的一种光学镜头的镜头数据；
[0063]
图13为本发明实施例一提供的一种光学镜头的畸变模拟图；
[0064]
图14为本发明实施例一提供的一种光学镜头的成像模拟图；
[0065]
图15为本发明实施例二提供的一种光学镜头的结构示意图；
[0066]
图16为本发明实施例二提供的一种光学镜头带光线结构示意图；
[0067]
图17为本发明实施例二提供的一种光学镜头的1/4nyq的mtf图；
[0068]
图18为本发明实施例二提供的一种光学镜头的1/2nyq的mtf图；
[0069]
图19为本发明实施例二提供的一种光学镜头的全nyq的mtf图；
[0070]
图20为本发明实施例二提供的一种光学镜头的离焦曲线图；
[0071]
图21为本发明实施例二提供的一种光学镜头的相对照度图；
[0072]
图22为本发明实施例二提供的一种光学镜头的spt(点列图)；
[0073]
图23为本发明实施例二提供的一种光学镜头的横向色差图；
[0074]
图24为本发明实施例二提供的一种光学镜头的纵向色差图；
[0075]
图25为本发明实施例二提供的一种光学镜头的场曲和畸变图；
[0076]
图26为本发明实施例二提供的一种光学镜头的镜头数据；
[0077]
图27为本发明实施例二提供的一种光学镜头的畸变模拟图；
[0078]
图28为本发明实施例二提供的一种光学镜头的成像模拟图。
[0079]
上述图中：
[0080]
e1、第一透镜；e2、第二透镜；e3、第三透镜；e4、第四透镜；e5、第五透镜；e6、第六透
镜；e7、滤光片；sto、光阑；s0、物面；s1、第一透镜的物侧面；s2、第一透镜的像侧面；s3、第二透镜的物侧面；s4、第二透镜的像侧面；s5、第三透镜的物侧面；s6、第三透镜的像侧面；s7、第四透镜的物侧面；s8、第四透镜的像侧面；s9、第五透镜的物侧面；s10、第五透镜的像侧面；s11、第六透镜的物侧面；s12、第六透镜的像侧面；s13、滤光片物侧面；s14、滤光片的像侧面；s15、成像面。
具体实施方式
[0081]
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0082]
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
[0083]
此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
[0084]
本发明提供了一种光学镜头，沿物侧至像侧依次同轴排列有第一透镜至第六透镜，第三透镜与第四透镜之间设有一光阑，第六透镜与成像面之间设有滤光片。
[0085]
第一透镜、第二透镜和第三透镜的材质为玻璃或注塑材料，第四透镜、第五透镜和第六透镜的材质为注塑材料，滤光片的材质为玻璃。具体地，光学镜头采用1g(glass，玻璃) 5p(plastic，注塑材料)结构，即光学镜头为一片玻璃透镜搭配五片注塑材料透镜的玻塑镜头，能够适配目标客户的更多使用需求。
[0086]
本实施例中，第一透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面；第二透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面；第三透镜，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面；第四透镜，其物侧面于近光轴处为凸面，其像侧面于近光轴处为凹面；第五透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凸面；第六透镜，其物侧面于近光轴处为凹面，其像侧面于近光轴处为凹面；滤光片，包括相对设置且相互平行的物侧面和像侧面。
[0087]
进一步地，光学镜头满足如下关系式：
[0088]
3＜zd/f4＜3.5，较佳地，满足3.1502＜zd/f4＜3.4754；
[0089]
0.18＜ct1/∑ct＜0.2，较佳地，满足0.1839＜ct1/∑ct＜0.1924；
[0090]
0.16＜ct3/∑ct＜0.17，较佳地，满足0.1601＜ct3/∑ct＜0.1633；
[0091]
0.09＜ct5/∑ct＜0.13，较佳地，满足0.0955＜ct5/∑ct＜0.1244；
[0092]
其中，zd为沿光轴第一透镜的物侧面至第六透镜的像侧面之间的距离，f4为第四透镜的焦距。ct1为第一透镜在光轴上的中心厚度，ct3为第三透镜在光轴上的中心厚度，ct5为第五透镜在光轴上的中心厚度，∑ct为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜分别在光轴上的中心厚度之和。基于前述关系式以限定各透镜的厚度及
轴间距，有利于实现镜头的体积小型化，同时能够降低镜头的组装敏感度。
[0093]
进一步地，光学镜头满足如下关系式：
[0094]-0.85＜f/s9＜-0.61，较佳地，满足-0.8443＜f/s9＜-0.6015；
[0095]
0.3＜f/s5＜0.52，较佳地，满足0.3961＜f/s5＜0.5147；
[0096]
0.3＜s2/s5＜0.54，较佳地，满足0.3962＜s2/s5＜0.5309；
[0097]
0.1＜s4/s7＜0.6，较佳地，满足0.1659＜s4/s7＜0.5928；
[0098]
0.05＜s6/s11＜0.18，较佳地，满足0.0519＜s6/s11＜0.1711；
[0099]
0.3＜f/|s2| f/|s11|＜0.5，较佳地，满足0.3754＜f/|s2| f/|s11|＜0.4513；
[0100]
0.06＜f/|s6| f/|s7|＜0.13，较佳地，满足0.0673＜f/|s6| f/|s7|＜0.1228；
[0101]
其中，f为光学镜头的总焦距，s5为第三透镜物侧面的曲率半径，s9为第五透镜物侧面的曲率半径，s2为第一透镜像侧面的曲率半径，s4为第二透镜像侧面的曲率半径，s7为第四透镜物侧面的曲率半径，s6为第三透镜像侧面的曲率半径，s11为第六透镜物侧面的曲率半径，f为光学镜头的总焦距。
[0102]
基于该前述关系式以合理规定各透镜的面形，有利于提高中心视场到边缘的mtf。
[0103]
进一步地，光学镜头满足如下关系式：
[0104]
3＜yd1172-yd6272＜4.5，较佳地，满足3.9875＜yd1172-yd6272＜4.1583；
[0105]
3＜yd1172-yd72-s＜4，较佳地，满足3.8895＜yd1172-yd72-s＜3.9324；
[0106]
其中，yd1172为第一透镜物侧面的最大有效半径位置到滤光片像侧面的距离，yd6272为第六透镜像侧面的最大有效半径位置到滤光片像侧面的距离，yd72-s为滤光片到光学镜头的感光面的距离。
[0107]
此外，光学镜头的系统总长ttl满足如下关系式：4＜ttl＜5.1，较佳地，满足4.985＜ttl＜5.004。基于前述关系式，能够进一步地优化成像效果，并进一步地实现镜头体积小型化。
[0108]
进一步地，光学镜头的工作波长为0.4～0.9um，光学镜头的f数为2.2，光学镜头的视场角小于或等于160.2
°
，光学镜头的物面至第一透镜物侧面的轴上距离为490～510mm。
[0109]
第一透镜至滤光片的结构参数如下：
[0110]
第一透镜的等效焦距为-1.37～-1.3mm，第一透镜物侧面的曲率半径为-81～-30mm，第一透镜像侧面的曲率半径为0.6～0.8mm，第一透镜中心光轴的厚度为0.4～0.5mm；
[0111]
第二透镜的等效焦距为-12～29mm，第二透镜物侧面的曲率半径为-1.9～-1.4mm，第二透镜像侧面的曲率半径为-2.8～-1.5mm，第二透镜中心光轴的厚度为0.5～0.65mm；
[0112]
第三透镜的等效焦距为1.2～1.35mm，第三透镜物侧面的曲率半径为1.3～1.8mm，第三透镜像侧面的曲率半径为-1.2～-1mm，第三透镜中心光轴的厚度为0.3～0.42mm；
[0113]
第四透镜的等效焦距为1.2～1.33mm，第四透镜物侧面的曲率半径为-9.3～4.6mm，第四透镜像侧面的曲率半径为-0.63～-0.8mm，第四透镜中心光轴的厚度为0.3～0.42mm；
[0114]
第五透镜的等效焦距为-1～-0.7mm，第五透镜物侧面的曲率半径为-1.2～-0.8mm，第五透镜像侧面的曲率半径为1.5～1.7mm，第五透镜中心光轴的厚度为0.2～0.35mm；
[0115]
第六透镜的等效焦距为2.4～2.6mm，第六透镜物侧面的曲率半径为-23～-6mm，第
六透镜像侧面的曲率半径为-1～-1.3mm，第六透镜中心光轴的厚度为0.35～0.42mm；
[0116]
滤光片的厚度为0.1～0.2mm。
[0117]
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0118]
实施例一
[0119]
请结合参考图1至图14，本发明提供了一种光学镜头，沿物侧至像侧依次同轴排列有第一透镜e1、第二透镜e2、第三透镜e3、光阑sto、第四透镜e4、第五透镜e5、第六透镜e6和滤光片e7，滤光片e7设于第六透镜e6与成像面s15之间。
[0120]
本实施例中，光学镜头光学系统的f#数设置为2.2，最大全视场角设置为为160.2
°
，对应的mic＝1.08mm，mic为光学镜头的最大成像圆。具体地，光学镜头的工作波长为0.4～0.9um，具体可以为0.47um、0.51um、0.555um、0.61um、0.65um或0.85um等数值。
[0121]
本实施例中，光学镜头的物面s0所在光轴几何中心距第一透镜e1物侧面s1光轴几何中心的距离设置为500mm，即光学镜头的最佳探测距离为500mm。
[0122]
第一透镜e1，其等效焦距f1为-1.310mm；其物侧面s1为凹面，曲率半径为-80.780mm；其像侧面s2为凸面，曲率半径为 0.699mm；其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct1为0.447mm，即第一透镜e1的厚度为0.447mm。第一透镜e1构造材料为szl-d4008玻璃或注塑材料。
[0123]
第二透镜e2，其等效焦距f2为-11.609mm；其物侧面s3为凹面，曲率半径为-1.818mm；其像侧面s4为凹面，曲率半径为-2.714mm；其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct2为0.624mm，即第二透镜e2的厚度为0.624mm；其构造材料为ep7000注塑材料。
[0124]
第三透镜e3，其等效焦距f3为 1.313mm；其物侧面s5为凸面，曲率半径为 1.765mm；其像侧面s6为凹面，曲率半径为-1.112mm；其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct3为0.389mm，即第三透镜e3的厚度为0.389mm；其构造材料为玻璃或apl5014注塑材料。
[0125]
第四透镜e4，其等效焦距f4为 1.325mm；其物侧面s7为凸面，曲率半径为 4.578mm；其像侧面s8为凹面，曲率半径为-0.834mm；其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct4为0.379mm，即第四透镜e4的厚度为0.379mm；其构造材料为apl5014注塑材料。
[0126]
第五透镜e5，其等效焦距f5为-0.970mm；其物侧面s9为凹面，曲率半径为-1.162mm；其像侧面s10为凸面，曲率半径为 1.568mm；其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct5为0.232mm，即第五透镜e5的厚度为0.232mm；其构造材料为ep8000注塑材料。
[0127]
第六透镜e6，其等效焦距f6为 2.610mm；其物侧面s11为凹面，曲率半径为-6.501mm；其像侧面s12为凹面，曲率半径为-1.191mm；其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct6为0.359mm，即第六透镜e6的厚度为0.359mm；其构造材料为apl5014注塑材料。
[0128]
滤光片e7，包括相对设置且相互平行的物侧面s14和像侧面s14，其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct7为0.20mm，即滤光片e7的厚度为0.20mm；其构造材料为bk7玻璃。滤光片e7采用玻璃材质能够避免影响镜头的焦距。
0.828mm；其像侧面s10为凸面，曲率半径为 1.684mm；其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct5为0.322mm，即第五透镜e5的厚度为0.322mm；其构造材料为ep8000注塑材料。
[0145]
第六透镜e6，其等效焦距f6为 2.498mm；其物侧面s11为凹面，曲率半径为-22.501mm；其像侧面s12为凹面，曲率半径为-1.294mm；其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct6为0.411mm，即第六透镜e6的厚度为0.411mm；其构造材料为apl5014注塑材料。
[0146]
滤光片e7，包括相对设置且相互平行的物侧面s14和像侧面s14，其物侧面光轴几何中心距其像侧面光轴几何中心的距离ct7为0.165mm，即滤光片e7的厚度为0.165mm；其构造材料为bk7玻璃。采用玻璃制成滤光片e7能够避免影响焦距。
[0147]
进一步地，第一透镜e1的像侧面光轴几何中心距第二透镜e2的物侧面光轴几何中心的距离dt1为0.993mm，即第一透镜e1与第二透镜e2的间距为0.993mm。
[0148]
第二透镜e2的像侧面光轴几何中心距所述第三透镜e3的物侧面光轴几何中心的距离dt2为0.430mm，即第二透镜e2与第三透镜e3的间距为0.430mm。
[0149]
第三透镜e3的像侧面光轴几何中心距所述第四透镜e4的物侧面光轴几何中心的距离dt3为0.357mm，即第三透镜e3与第四透镜e4的间距为0.357mm。
[0150]
第四透镜e4的像侧面光轴几何中心距所述第五透镜e5的物侧面光轴几何中心的距离dt4为0.047mm，即第四透镜e4与第五透镜e5的间距为0.047mm。
[0151]
第五透镜e5的像侧面光轴几何中心距所述第六透镜e6的物侧面光轴几何中心的距离dt5为0.058mm，即第五透镜e5与第六透镜e6的间距为0.058mm。
[0152]
所述第六透镜e6的像侧面光轴几何中心距所述滤光片e7的物侧面光轴几何中心的距离dt6为0.100mm，即第五透镜e5与滤光片e7的间距为0.1mm。
[0153]
此外，光学镜头的光学系统总长度ttl为5.001mm。
[0154]
实施例三
[0155]
基于前述各个实施例，本发明还提供了一种vr设备，包括如上任一项实施例中的光学镜头。
[0156]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。