光学镜头的制作方法

1.本实用新型涉及光学镜头领域，特别涉及一种适用于口腔印模仪的光学镜头。


背景技术：

2.口腔数字印模仪是供医疗机构对患者进行口腔内扫描，采集牙齿及其他组织的影像，并与计算机配合使用，重建口腔数字三维模型的仪器。该口腔数字三维模型可用于牙齿修复体制作应用等。
3.目前基于双目结构的口腔数字印模仪的光学部件主要由一个投影仪和两个成像相机光学镜头构成，如附图1所示，将带有正弦条纹的光模版投射入场景，通过左右相机进行二维图像采集。本系统不需要对投影仪进行标定，只需标定双目相机，再用标定得到的相机内外参数并根据参数对二维图像对校正，接下来利用光模版中编码唯一性和基于区域的双目匹配算法寻找匹配点对，最后利用坐标系关系进行口腔数字三维模型重建。
4.而由于口腔内部空间的限制，给上述设备的操作和使用带来诸多不便和困难，相机的镜头需要尺寸尽可能小才能便于使用和操作，但是目前应用于口腔数字印模仪的光学镜头在解决了尺寸问题以后其成像范围却也相应缩小了，因而同样影响了口腔内部影像采集效果。
5.因此，亟需提供一种尺寸尽可能小的同时还具有大的成像范围，即大景深的光学镜头。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种光学镜头，该光学镜头均匀性好，景深大，可以校正像差，提高成像质量。
7.为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种光学镜头，其特征在于，所述光学镜头，沿光轴自物侧至像侧依序包含：
8.具有正光焦度的第一透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
9.具有负光焦度的第二透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
10.具有负光焦度的第三透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；
11.光阑；
12.具有正光焦度的第四透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；
13.以及具有正光焦度的第五透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凸面；
14.其中，定义所述光学镜头的焦距为f，所述第五透镜的焦距为f5，所述第五透镜物侧面的曲率半径为r9，所述第五透镜像侧面的曲率半径为r10，所述第五透镜的轴上厚度为d9，所述光学镜头的光学总长为ttl；则所述光学镜头满足下列关系式：
15.0.1≤f5/f≤2；
16.0.2≤(r9 r10)/(r9-r10)≤1.2；
17.0.01≤d9/ttl≤0.2。
18.优选地，所述第一透镜的光焦度为φ1，所述第一透镜的折射率为nd1，所述第一透镜物侧面的曲率半径为r1，所述第一透镜像侧面的曲率半径为r2，所述第一透镜的轴上厚度为d1；
19.所述第二透镜的光焦度为φ2，所述第二透镜的折射率为nd2，所述第二透镜物侧面的曲率半径为r3，所述第二透镜像侧面的曲率半径为r4，所述第二透镜的轴上厚度为d3；
20.所述第三透镜的光焦度为φ3，所述第三透镜的折射率为nd3，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，所述第三透镜的轴上厚度为d5；
21.所述第四透镜的光焦度为φ4，所述第四透镜的折射率为nd4，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，所述第四透镜的轴上厚度为d7；
22.所述第五透镜的光焦度为φ5，所述第五透镜的折射率为nd5，所述第五透镜物侧面的曲率半径为r9，所述第五透镜像侧面的曲率半径为r10，所述第五透镜的轴上厚度为d9；
23.且满足下列关系式：
[0024][0025][0026][0027][0028][0029]
0≤φ1≤0.15；
[0030]-0.3≤φ2≤0；
[0031]-0.3≤φ3≤0；
[0032]
0≤φ4≤0.15；
[0033]
0≤φ5≤0.15。
[0034]
优选地，所述光学镜头满足下列关系式：
[0035]
0.05≤φ1≤0.1；
[0036]-0.15≤φ2≤-0.05；
[0037]-0.15≤φ3≤-0.1；
[0038]
0.05≤φ4≤0.1；
[0039]
0.05≤φ5≤0.1。
[0040]
优选地，所述第一透镜的焦距为f1，所述第二透镜的焦距为f2，所述第四透镜的轴上厚度为d7，所述第四透镜像侧面到第五透镜物侧面的轴上距离为d8，且满足下列关系式：
[0041]
0.6≤f1/f≤1.7；
[0042]-30≤f2≤0；
[0043]
1≤d7/d8≤30。
[0044]
优选地，所述光学镜头满足下列关系式：
[0045]
0.9≤f1/f≤1.55；
[0046]-15≤f2≤0；
[0047]
2≤d7/d8≤19。
[0048]
优选地，所述第二透镜的焦距为f2；所述光学镜头满足下列关系式：
[0049]-1.8≤f2/f≤0；
[0050]
0.5≤(r3 r4)/(r3-r4)≤4；
[0051]
0.005≤d3/ttl≤0.08。
[0052]
优选地，所述第三透镜的焦距为f3；所述光学镜头满足下列关系式：
[0053]-1.2≤f3/f≤0.7；
[0054]-1.5≤(r5 r6)/(r5-r6)≤0.85；
[0055]
0.01≤d5/ttl≤0.05。
[0056]
优选地，所述第四透镜的焦距为f4，所述光学镜头满足下列关系式：
[0057]
0.1≤f4/f≤2；
[0058]
0.5≤(r7 r8)/(r7-r8)≤2.25；
[0059]
0.01≤d7/ttl≤0.08。
[0060]
优选地，所述光学镜头满足下列关系式：
[0061]
0.1≤(r9 r10)/(r9-r10)≤0.95。
[0062]
优选地，所述第一透镜的轴上厚度为d1，所述光学镜头满足下列关系式：
[0063]
0.01≤d1/ttl≤0.08。
[0064]
本实用新型的有益效果在于：根据本实用新型的光学镜头具有优秀的光学特性，该光学镜头均匀性好，景深大，可以校正像差，提高成像质量。
附图说明
[0065]
图1是双目结构光示意图；
[0066]
图2是本实用新型第一实施方式的光学镜头的结构示意图；
[0067]
图3是图1所示光学镜头的mtf曲线图；
[0068]
图4是图1所示光学镜头的场曲及畸变示意图；
[0069]
图5是图1所示光学镜头的横向光栅图；
[0070]
图6是本实用新型第二实施方式的光学镜头的结构示意图；
[0071]
图7是图6所示光学镜头的mtf曲线图；
[0072]
图8是图6所示光学镜头的场曲及畸变示意图；
[0073]
图9是图6所示光学镜头的横向光栅图；
[0074]
图10是本实用新型第三实施方式的光学镜头的结构示意图；
[0075]
图11是图10所示光学镜头的mtf曲线图；
[0076]
图12是图10所示光学镜头的场曲及畸变示意图；
[0077]
图13是图10所示光学镜头的横向光栅图。
具体实施方式
[0078]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本实用新型而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本实用新型所要求保护的技术方案。
[0079]
(第一实施方式)
[0080]
参考附图，本实用新型提供了一种光学镜头10。图1所示为本实用新型第一实施方式的光学镜头10，该光学镜头10包括五个透镜。具体的，所述光学镜头10，沿光轴由物侧至像侧依序包括：第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、光阑sto、第四透镜l4以及第五透镜l5。第五透镜l5和像面si之间可设置有光学过滤片(filter)gf等光学元件。所述光阑sto位于第三透镜与第四透镜之间，光阑sto设有若干用于限制入射光束大小的孔，其大小和位置对光学镜头最终所成像的清晰程度、正确性和亮度都有决定性的作用。
[0081]
在本实施方式中，第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜具有负光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜具有负光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凹面；第四透镜具有正光焦度，其物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凸面。
[0082]
定义整体光学镜头10的焦距为f，所述第一透镜l1的焦距为f1，满足下列关系式：0.6≤f1/f≤1.7，在条件式规定范围内，规定了第一透镜焦距与总焦距的比值，在条件范围内有利于减小系统像差，同时有利于镜头向超薄化、广角化发展。优选地，满足0.9≤f1/f≤1.55。
[0083]
定义所述第二透镜l2的焦距为f2，满足下列关系式：-30≤f2≤0，规定了第二透镜焦距，有助于系统像差校正，提高成像质量。优选地，满足-15≤f2≤0。
[0084]
进一步的，还满足下列关系式：-1.8≤f2/f≤0；规定了第二透镜焦距与总焦距的比值，通过将第二透镜l2的负光焦度控制在合理范围，有利于矫正光学系统的像差。优选地，满足-1.2≤f2/f≤-0.2。
[0085]
定义所述第三透镜l3的焦距为f3，满足下列关系式：-1.2≤f3/f≤0.7；规定了第三透镜焦距与总焦距的比值，在条件范围内使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。优选地，满足-0.91≤f3/f≤0.12。
[0086]
定义所述第四透镜l4的焦距为f4，满足下列关系式：0.1≤f4/f≤2；规定了第四透镜焦距与总焦距的比值，在条件范围内使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。优选地，满足0.456≤f4/f≤1.539。
[0087]
定义第五透镜的焦距为f5，满足下列关系式：0.1≤f5/f≤2；在条件式规定范围内，规定了第五透镜焦距与总焦距的比值，在条件范围内通过焦距的合理分配，使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。优选地，满足0.53≤f5/f≤1.5。
[0088]
定义第一透镜物侧面的轴上曲率半径为r1，第一透镜像侧面的轴上曲率半径为r2，满足下列关系式：-2.5≤(r1 r2)/(r1-r2)≤0.5；合理控制第一透镜l1的形状，使得第一透镜l1能够有效地校正系统球差。优选地，满足-1.921≤(r1 r2)/(r1-r2)≤-0.392。
[0089]
定义第二透镜物侧面的轴上曲率半径为r3，第二透镜像侧面的轴上曲率半径为
r4，满足下列关系式：0.5≤(r3 r4)/(r3-r4)≤4；规定了第二透镜的形状，在范围内时，随着镜头向超薄广角化发展，有利于补正轴上色像差问题。优选地，满足1.396≤(r3 r4)/(r3-r4)≤3.254。
[0090]
定义第三透镜物侧面的轴上曲率半径为r5，第三透镜像侧面的轴上曲率半径为r6，满足下列关系式：-1.5≤(r5 r6)/(r5-r6)≤0.85；规定了第三透镜的形状，可以缓和光线经过镜片的偏折程度，有效减小像差。优选地，满足-1.12≤(r5 r6)/(r5-r6)≤0.079。
[0091]
定义第四透镜物侧面的轴上曲率半径为r7，第四透镜像侧面的轴上曲率半径为r8，满足下列关系式：0.5≤(r7 r8)/(r7-r8)≤2.25；规定了第四透镜的形状，有助于减小光线偏折程度，减小像差。优选地，满足0.976≤(r7 r8)/(r7-r8)≤1.913。
[0092]
定义第五透镜物侧面的轴上曲率半径为r9，第五透镜像侧面的轴上曲率半径为r10，满足下列关系式：0.2≤(r9 r10)/(r9-r10)≤1.2；规定了第五透镜的形状，有助于减小光线偏折程度，减小像差。优选地，满足0.1≤(r9 r10)/(r9-r10)≤0.95。
[0093]
定义第一透镜的轴上厚度为d1，光学镜头的光学总长为ttl；满足下列关系式：0.01≤d1/ttl≤0.08；在条件式规定范围内时有利于实现超薄化。优选的，满足0.025≤d1/ttl≤0.063。
[0094]
定义第二透镜的轴上厚度为d3，满足下列关系式：0.005≤d3/ttl≤0.08；在条件式规定范围内时有利于实现超薄化。优选的，满足0.019≤d3/ttl≤0.047。
[0095]
定义第三透镜的轴上厚度为d5，满足下列关系式：0.01≤d3/ttl≤0.05；在条件式规定范围内时有利于实现超薄化。优选的，满足0.019≤d5/ttl≤0.047。
[0096]
所述光阑sto能减小光学镜头10产生杂光或渐晕的风险，提高光学镜头10的性能。
[0097]
定义第四透镜的轴上厚度为d7，第四透镜像侧面到第五透镜物侧面的轴上距离为d8，满足下列关系式：1≤d7/d8≤30；规定了第四透镜厚度与第四第五透镜空气间隔的比值，在条件式范围内有助于镜片加工和镜头组装。优选的，满足2≤d7/d8≤19。还满足下列关系式：0.01≤d7/ttl≤0.08；在条件式规定范围内时有利于实现超薄化。
[0098]
定义第五透镜的轴上厚度为d9，满足下列关系式：0.01≤d9/ttl≤0.2；在条件式规定范围内时有利于实现超薄化。优选地，满足0.056≤d9/ttl≤0.15。
[0099]
定义第一透镜的光焦度为φ1，第一透镜的折射率为nd1；第二透镜的光焦度为φ2，第二透镜的折射率为nd2；第三透镜的光焦度为φ3，第三透镜的折射率为nd3；第四透镜的光焦度为φ4，第四透镜的折射率为nd4；第五透镜的光焦度为φ5，第五透镜的折射率为nd5；
[0100]
且满足下列关系式：
[0101][0102][0103][0104]
[0105][0106]
0≤φ1≤0.15；
[0107]-0.3≤φ2≤0；
[0108]-0.3≤φ3≤0；
[0109]
0≤φ4≤0.15；
[0110]
0≤φ5≤0.15。
[0111]
具体的，通过上述关系式选取各个镜片的两个面的曲率半径和透镜的折射率以及透镜厚度计算得出其光焦度值，并通过上述光焦度值的范围对五个透镜的相关参数进行限制，有利于矫正光学系统的像差，并且实现在尺寸尽可能小的同时还具有大的成像范围的光学效果。
[0112]
优选的，满足0.05≤φ1≤0.1；
[0113]-0.15≤φ2≤-0.05；
[0114]-0.15≤φ3≤-0.1；
[0115]
0.05≤φ4≤0.1；
[0116]
0.05≤φ5≤0.1。
[0117]
当本实用新型所述光学镜头10的焦距、各透镜的焦距、相关透镜像侧面到物侧面的轴上距离、轴上厚度、光焦度满足上述关系式时，可以使光学镜头10具有高性能，且满足均匀性好，景深大，可以校正像差，提高成像质量的设计需求。
[0118]
本实施方式中，光学镜头10的光学总长ttl与像高的比值ttl/ih小于或等于25，有利于实现超薄化。
[0119]
本实施方式中，光学镜头10的光圈f数(fno)为4.53，兼顾大景深与好的成像性能。
[0120]
如此设计，能够使得整体光学镜头10的光学总长ttl尽量变短，维持小型化的特性。
[0121]
下面将用实例进行说明本实用新型的光学镜头10。各实例中所记载的符号如下所示。焦距、轴上距离、曲率半径、轴上厚度的单位为mm。
[0122]
表1、表2示出本实用新型第一实施方式的光学镜头10的设计数据。
[0123]
【表1】
[0124]
[0125][0126]
其中，各符号及相关名词的含义如下。
[0127]
曲率半径代表镜片表面的弯曲程度，正值代表球面圆心位于球面顶点右侧，负值代表球面圆心位于球面顶点左侧，其中“pl”代表该表面为平面，曲率半径为无穷大；轴上厚度代表当前表面到下一表面的中心轴向距离，折射率代表当前表面到下一表面之间的材料对光线的偏折能力，空格代表当前位置为空气，折射率为1。
[0128]
s1：物面；
[0129]
r：光学面的曲率半径、透镜时为中心曲率半径；
[0130]
r1：第一透镜l1的物侧面的曲率半径；
[0131]
r2：第一透镜l1的像侧面的曲率半径；
[0132]
r3：第二透镜l2的物侧面的曲率半径；
[0133]
r4：第二透镜l2的像侧面的曲率半径；
[0134]
r5：第三透镜l3的物侧面的曲率半径；
[0135]
r6：第三透镜l3的像侧面的曲率半径；
[0136]
r7：第四透镜l4的物侧面的曲率半径；
[0137]
r8：第四透镜l4的像侧面的曲率半径；
[0138]
r9：第五透镜l5的物侧面的曲率半径；
[0139]
r10：第五透镜l5的像侧面的曲率半径；
[0140]
r11：光学过滤片gf的物侧面的曲率半径；
[0141]
r12：光学过滤片gf的像侧面的曲率半径；
[0142]
d：透镜的轴上厚度与透镜之间的轴上距离；
[0143]
d0：光圈s1到第一透镜l1的物侧面的轴上距离；
[0144]
d1：第一透镜l1的轴上厚度；
[0145]
d2：第一透镜l1的像侧面到第二透镜l2的物侧面的轴上距离；
[0146]
d3：第二透镜l2的轴上厚度；
[0147]
d4：第二透镜l2的像侧面到第三透镜l3的物侧面的轴上距离；
[0148]
d5：第三透镜l3的轴上厚度；
[0149]
d6：第三透镜l3的像侧面到光阑sto面的轴上距离；
[0150]
d67：光阑sto到第四透镜物侧面的轴上距离；
[0151]
d7：第四透镜l4的轴上厚度；
[0152]
d8：第四透镜l4的像侧面到第五透镜l5的物侧面的轴上距离；
[0153]
d9：第五透镜l5的轴上厚度；
[0154]
d10：第五透镜l5的像侧面到光学过滤片gf的物侧面的轴上距离；
[0155]
d11：光学过滤片gf的轴上厚度；
[0156]
d12：光学过滤片gf的像侧面到像面的轴上距离；
[0157]
nd：透镜折射率；
[0158]
nd1：第一透镜l1的折射率；
[0159]
nd2：第二透镜l2的折射率；
[0160]
nd3：第三透镜l3的折射率；
[0161]
nd4：第四透镜l4的折射率；
[0162]
nd5：第五透镜l5的折射率；
[0163]
ndg：光学过滤片gf的折射率；
[0164]
vd：阿贝数；
[0165]
v1：第一透镜l1的阿贝数；
[0166]
v2：第二透镜l2的阿贝数；
[0167]
v3：第三透镜l3的阿贝数；
[0168]
v4：第四透镜l4的阿贝数；
[0169]
v5：第五透镜l5的阿贝数；
[0170]
vg：光学过滤片gf的阿贝数；
[0171]
ih：像高。
[0172]
图3示出了第一实施方式的光学镜头10的mtf曲线图；图4示出了第一实施方式的光学镜头10的场曲及畸变示意图；图5示出了第一实施方式的光学镜头10的横向光栅图。
[0173]
后出现的表13示出各实例1、2、3中各种数值与条件式中已规定的参数所对应的值。
[0174]
如表13所示，第一实施方式满足各条件式。
[0175]
在本实施方式中，所述光学镜头适用于接收波长450nm到656nm的光波，系统孔径即近轴工作数f/#等于4.85，使用材料都为成都光明制造的环保玻璃材料，镜头有效焦距为12.6997毫米，所述第五透镜到像面的距离即光学后截距为20毫米。
[0176]
所述光学镜头的近轴成像高度为2.105毫米，近轴放大率为-0.128，入瞳直径为2.803毫米，出瞳直径为5.225毫米，对角线方向的视场角为8.8
°
，所述光学镜头均匀性好，景深大，可以校正像差、提高成像质量，且具有优秀的光学特征。
[0177]
(第二实施方式)
[0178]
第二实施方式与第一实施方式基本相同，符号含义与第一实施方式相同，以下只列出不同点。
[0179]
表5、表6示出本实用新型第二实施方式的光学镜头20的设计数据。
[0180]
【表5】
[0181][0182]
图6示出了第二实施方式的光学镜头20的mtf曲线图；图7示出了第一实施方式的光学镜头20的场曲及畸变示意图；图8示出了第一实施方式的光学镜头20的横向光栅图。
[0183]
如表13所示，第二实施方式满足各条件式。
[0184]
在本实施方式中，所述光学镜头适用于接收波长450nm到656nm的光波，系统孔径即近轴工作数f/#等于4.85，使用材料都为成都光明制造的环保玻璃材料，镜头有效焦距为12.7299毫米，所述第五透镜到像面的距离即光学后截距为20毫米。
[0185]
所述光学镜头的近轴成像高度为2.105毫米，近轴放大率为-0.128，入瞳直径为2.803毫米，出瞳直径为5.398毫米，对角线方向的视场角为8.8
°
，所述光学镜头均匀性好，景深大，可以校正像差、提高成像质量，且具有优秀的光学特征。
[0186]
(第三实施方式)
[0187]
第三实施方式与第一实施方式基本相同，符号含义与第一实施方式相同，以下只列出不同点。
[0188]
表9、表10示出本实用新型第三实施方式的光学镜头30的设计数据。
[0189]
【表9】
[0190]
[0191][0192]
图9示出了第二实施方式的光学镜头30的mtf曲线图；图10示出了第三实施方式的光学镜头30的场曲及畸变示意图；图11示出了第三实施方式的光学镜头30的横向光栅图。
[0193]
如表13所示，第三实施方式满足各条件式。
[0194]
在本实施方式中，所述光学镜头适用于接收波长450nm到656nm的光波，系统孔径即近轴工作数f/#等于4.84，使用材料都为成都光明制造的环保玻璃材料，镜头有效焦距为12.6568毫米，所述第五透镜到像面的距离即光学后截距为20毫米。
[0195]
所述光学镜头的近轴成像高度为2.105毫米，近轴放大率为-0.128，入瞳直径为2.805毫米，出瞳直径为4.949毫米，对角线方向的视场角为8.8
°
，所述光学镜头均匀性好，景深大，可以校正像差、提高成像质量，且具有优秀的光学特征。
[0196]
【表13】
[0197]
[0198][0199]
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。