CN109031587B

CN109031587B - 光学镜头

Info

Publication number: CN109031587B
Application number: CN201710433514.XA
Authority: CN
Inventors: 张绍鹏; 徐超; 杨佳
Original assignee: Ningbo Sunny Automotive Optech Co Ltd
Current assignee: Ningbo Sunny Automotive Optech Co Ltd
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: CN109031587A

Abstract

本发明提供了光学镜头。该光学镜头从物侧到像侧依次包括：第一透镜，为具有正光焦度的弯月形透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜，为具有负光焦度的弯月形透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第三透镜，为具有正光焦度的弯月形透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；和第四透镜，为具有正光焦度的透镜，其物侧面为凸面。本发明提供的光学镜头通过优化设置各个透镜的形状并合理分配各个透镜的光焦度，可以在保持镜头小型化的同时实现高入光量。

Description

光学镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头的领域，特别涉及能够在保持镜头小型化的同时实现高入光量和小畸变的光学镜头。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达***。从工作原理上讲，激光雷达与微波雷达相同，都是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。

激光雷达通常包括激光发射器、光学接收器、转台和信息处理***等组成部分，激光发射器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光学接收器再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器显示。

随着无人驾驶的发展，激光雷达成为实现无人驾驶的重要设备，它依靠分析接收到的反射激光来判定障碍物体的相关信息，例如位置、速度等。光学镜头是激光雷达的重要组成部分，如上所述，在激光雷达的发射端需要使用光学镜头来准直光束，在其接收端则需要光学镜头来接收光束。

因此，目前市场上所用的激光雷达需要装备两类镜头，一类是发射端镜头，一类是接收端镜头。

与普通镜头不同，激光雷达的接收端镜头不要求成像，而是需要收集尽可能多的反射光，使得后方的芯片能够接收到反射光大部分的能量。所以，激光雷达的接收端镜头要求FNO小，使得镜头能够接收到更多的光线，同时对畸变的要求也很高。

并且，还需要保持镜头的小型化。

因此，存在对于改进的光学镜头和激光雷达的需要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷和不足，提供新颖的和改进的能够在保持镜头小型化的同时实现高入光量和小畸变的光学镜头和激光雷达。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过优化设置各个透镜的形状并合理分配各个透镜的光焦度，可以在保持镜头小型化的同时实现高入光量。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过第一透镜采用正光焦度的弯月形透镜，可以收集更多的光线进入光学***，从而实现高入光量。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过第一透镜采用弯月形状，能够有效地减小第二透镜的口径以及第一透镜和第二透镜之间的距离，有助于实现光学镜头的小型化。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过第二透镜的形状和光焦度设置，可以实现光线的平稳过渡，并减小由第一透镜产生的像差。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过第三透镜的形状和光焦度设置，可以进一步减小第一透镜和第二透镜产生的像差，并有助于调整成像尺寸。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过第四透镜的物侧面为凸面，有助于收集来自第三透镜的出射光线汇聚到芯片。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过将第二透镜和第三透镜设置为口径大致相同，可以有效降低光学镜头的成本。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过将第二透镜和第三透镜设置为非球面透镜，可以控制弥散斑大小和畸变大小而提供优良的光学性能。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过将第二透镜和第三透镜设置为玻璃非球面透镜，可以实现良好的热稳定性。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过将第二透镜和第三透镜设置为材料/外形基本一致的塑料非球面透镜，可以抵消温度变化时的离焦变化而提升热稳定性，实现波动范围小的高入光量。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过将第二透镜和第三透镜设置为大致对称的接近同心圆形状，能够有效地矫正畸变，保证小畸变。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过将第二透镜和第三透镜设置为接近同心圆形状的塑料镜片，有利于镜片的加工，实现光学镜头的低成本。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过提供大的光阑孔径，能够接收更多反射光线。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过将第一透镜和第四透镜的焦距设置得大，并将第二透镜和第三透镜的焦距设置得小，可以使得进入镜头的能量高，从而实现高入光量，并且获得大的视场角。

本发明的一个目的在于提供一种光学镜头和激光雷达，通过设置第一透镜到第四透镜的折射率和阿贝系数，有助于实现光线在整个光学***中的平缓过渡，从而获得高入光量和大视场角。

根据本发明的一方面，提供了一种光学镜头，从物侧到像侧依次包括：第一透镜，是具有正光焦度的弯月形透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜，是具有负光焦度的弯月形透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜，是具有正光焦度的弯月形透镜，所述所述第三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；和，第四透镜，是具有正光焦度的透镜，所述第四透镜的物侧面是凸面。在上述光学镜头中，所述第四透镜的像侧面为平面，或者所述第四透镜的像侧面为凹面。

在上述光学镜头中，所述第二透镜和所述第三透镜至少一非球面透镜。

在上述光学镜头中，所述第二透镜和所述第三透镜具有接近同心圆的形状。

在上述光学镜头中，所述第二透镜和所述第三透镜是塑料镜片。

在上述光学镜头中，进一步包括：大的孔径光阑，位于所述第二透镜和所述第三透镜之间。

在上述光学镜头中，所述第一透镜到所述第四透镜满足以下条件表达式(1)：

TTL/F≤1.6(1)

其中，F是所述光学镜头的整组焦距值，且TTL是所述光学镜头的光学长度。

在上述光学镜头中，所述第一透镜到所述第四透镜的焦距满足以下条件表达式(2)：

F1/F≤1.6(2)

其中，F1是所述第一透镜的焦距，且F是所述光学镜头的整组焦距值。

在上述光学镜头中，所述第一透镜到所述第四透镜的焦距满足以下条件表达式(3)：

丨F2/F丨≥4 (3)

其中，F2是所述第二透镜的焦距，且F是所述光学镜头的整组焦距值。

在上述光学镜头中，所述第一透镜到所述第四透镜的焦距满足以下条件表达式(4)：

F3/F≥12 (4)

其中，F3是所述第三透镜的焦距，且F是所述光学镜头的整组焦距值。

在上述光学镜头中，所述第一透镜到所述第四透镜的焦距满足以下条件表达式(5)：

F4/F≤1.4 (5)

其中，F4是所述第四透镜的焦距，且F是所述光学镜头的整组焦距值。

在上述光学镜头中，所述第二透镜满足以下条件表达式(6)：

0.5≤(R4+d3)/R3≤1.5 (6)

其中，R3是所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R4是所述第二透镜的像侧面的曲率半径，d3是所述第二透镜的厚度。

在上述光学镜头中，所述第三透镜满足以下条件表达式(7)：

0.5≤(丨R6丨+d6)/丨R7丨≤1.5 (7)

其中，R6是所述第三透镜的物侧面的曲率半径，R7是所述第三透镜的像侧面的曲率半径，且d6是所述第三透镜的厚度。

根据本发明的另一方面，提供了一种激光雷达，包括上述的光学镜头作为接收端镜头。

本发明提供的光学镜头和激光雷达，通过优化设置各个透镜的形状并合理分配各个透镜的光焦度，可以在保持镜头小型化的同时实现高入光量。

附图说明

图1图示根据本发明第一实施例的光学镜头的透镜配置；

图2图示根据本发明第二实施例的光学镜头的透镜配置；

图3是根据本发明实施例的激光雷达的示意性框图。

具体实施方式

以下描述用于公开本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

以下说明书和权利要求中使用的术语和词不限于字面的含义，而是仅由本发明人使用以使得能够清楚和一致地理解本发明。因此，对本领域技术人员很明显仅为了说明的目的而不是为了如所附权利要求和它们的等效物所定义的限制本发明的目的而提供本发明的各种实施例的以下描述。

在这里使用的术语仅用于描述各种实施例的目的且不意在限制。如在此使用的，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示例外。另外将理解术语“包括”和/或“具有”当在该说明书中使用时指定所述的特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组合的存在，而不排除一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组的存在或者附加。

包括技术和科学术语的在这里使用的术语具有与本领域技术人员通常理解的术语相同的含义，只要不是不同地限定该术语。应当理解在通常使用的词典中限定的术语具有与现有技术中的术语的含义一致的含义。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

[光学镜头的配置]

根据本发明实施例的一方面，提供了一种光学镜头，从物侧到像侧依次包括：第一透镜，为具有正光焦度的弯月形透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第二透镜，为具有负光焦度的弯月形透镜，其物侧面为凸面、像侧面为凹面；第三透镜，为具有正光焦度的弯月形透镜，其物侧面为凹面、像侧面为凸面；和第四透镜，为具有正光焦度的透镜，其物侧面为凸面。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过第一透镜采用正光焦度的弯月形透镜，可以使得入射光线在迎击面上入射角小，以尽可能地收集视场内光线，有利于收集更多的光线进入光学***，从而实现高入光量，以满足激光雷达的接收端镜头的需求。并且，由于第一透镜采用弯月形状，能够有效地减小第二透镜的口径以及第一透镜和第二透镜之间的距离，有助于实现光学镜头的小型化。

因为光学镜头的第一透镜为会聚透镜，所以利用第二透镜的焦距设置使得光线走势相对平缓，从而使得光线平稳过渡至后方。这里，通过将第二透镜的焦距设置为远大于第一透镜，可以实现上述光线的平缓走势，这将在下面具体描述。

另外，第三透镜为凹向物侧的弯月形透镜，其物侧面为凹面，像侧面为凸面。该第三透镜为会聚透镜，使得通过第二透镜后的发散的光线顺利地进入后方，有利于缩小第四透镜的口径。并且，通过第三透镜的形状和光焦度设置，有利于缩短光学***总长。在上述光学镜头中，第四透镜的像侧面为平面，或者第四透镜的像侧面为凹面。

优选地，在上述光学镜头中，第二透镜和第三透镜为非球面透镜。

通过第二透镜和第三透镜为非球面透镜，有助于通过控制弥散斑大小和畸变大小而提高光学性能。也就是说，根据本发明实施例的光学镜头的圈入能量(EncircledEnergy)高，即，通过对弥散斑大小严格控制，使得弥散斑小，从而进入光学***的光线能量最大限度被单个像素接收。这里，弥散斑指的是物点成像时，由于像差，其成像光束不能会聚于一点，而在像平面上形成的一个扩散的圆形投影。优选地，根据本发明实施例的光学镜头的圈入能量达到95％以上，并且在温度变化的情况下，波动范围稳定在5％以下。

此外，根据本发明实施例的光学镜头的CRA，即从最后一枚镜片出射的主光线与像面法线形成夹角很小，从而能够在焦深(DOF)很大的情况下保证弥散斑变动小，使大DOF下的弥散斑均在像素大小内。这里，焦深指的是镜头的像平面两边的成像清晰范围。

在上述光学镜头中，第二透镜和第三透镜可以为玻璃非球面透镜。通过采用玻璃非球面透镜有利于镜头热补偿，但是成本较高。并且，当采用具有高折射率的玻璃非球面透镜时，可以进一步有利于减小光学镜头在径向上的体积。

或者，第二透镜和第三透镜为塑料非球面透镜。这样，通过采用塑料非球面透镜，可以降低光学镜头的制造成本。但是，由于塑料透镜的温度性能较差，优选地，第二透镜和第三透镜的材料/外形基本一致，从而有助于提高热稳定性。这样，在温度变化时，离焦变化可以相互抵消，例如，根据本发明实施例的光学镜头在-40℃～85℃范围内，圈入能量的波动范围在5％以下。

优选地，在上述光学镜头中，第二透镜和第三透镜具有接近同心圆的形状。更优选的地，第二透镜和第三透镜为对称的同心圆形状。这样，根据本发明实施例的光学镜头通过采用两个同心圆透镜，能够有效地矫正畸变，保证畸变小，例如，在1％以内。

并且，第二透镜和第三透镜优选地为塑料镜片，从而有利于镜片的加工，实现光学镜头的低成本。

优选地，在上述光学镜头中，进一步包括大的光阑孔径，以促进实现小的FNO。这样，通过大的光阑孔径，能够接收更多反射光线，这样，就需要实现光线在整个光学镜头内的平稳过渡。这需要通过第一透镜到第四透镜的焦距F的设置来实现，具体来说，首尾两个透镜需要能够有效地收拢光线角度，所以第一透镜和第四透镜的F小，而中间的透镜需要实现光线的平稳过渡，所以第二透镜和第三透镜的F大。

优选地，该孔径光阑位于第二透镜和第三透镜之间，从而有利于进入光学***的光线有效收束，减小光学***的镜片口径。当然，本领域技术人员可以理解，光阑也可以位于其它任意透镜之间。

更具体的，第二透镜为凸向物方的弯月形透镜，具有大的焦距F，使光线平稳过渡到光阑进而至后方光学***，并且，第二透镜可以减小由第一透镜产生的像差，起到平稳过渡光线作用。第三透镜为凸向像方的弯月形透镜，其能够进一步减少第一透镜和第二透镜产生的像差，并有助于调整成像尺寸。另外，优选地，使得第二透镜和第三透镜的口径大致相同，以有效地降低成本。

并且，第四透镜的物侧面为凸面，有助于收集来自L3出射的光线汇聚到芯片，并且，第四透镜的F同样要小。

优选地，在上述光学镜头中，第一透镜到第四透镜满足以下条件表达式(1)：

TTL/F≤1.6 (1)

其中，F是光学镜头的整组焦距值，且TTL是光学镜头的光学长度，即第一透镜的物侧最外点到成像焦平面的距离。

这样，通过第一透镜到第四透镜的光焦度和形状设置，可以实现光学镜头的小型化。

优选地，在上述光学镜头中，第一透镜的焦距F1、第二透镜的焦距F2、第三透镜的焦距F3和第四透镜的焦距F4分别满足以下条件表达式(2)-(5)：

F1/F≤1.6 (2)

丨F2/F丨≥4 (3)

F3/F≥12 (4)

F4/F≤1.4 (5)

这样，如上所述，通过将第一透镜和第四透镜的焦距设置得大，并将第二透镜和第三透镜的焦距设置得小，可以使得进入镜头的能量高，从而实现高入光量，并且获得大的视场角，例如，30°～48°。

本领域技术人员可以理解，上述条件表达式(2)-(5)为并列关系且在其间并没有相互关联的关系。也就是说，在根据本发明实施例的光学镜头中，可以仅满足条件表达式(2)-(5)中的一个或多个，也可以全部满足上述条件表达式(2)-(5)。

优选地，在上述光学镜头中，第二透镜和第三透镜分别满足以下条件表达式(6)和(7)：

0.5≤(R4+d3)/R3≤1.5 (6)

0.5≤(丨R6丨+d6)/丨R7丨≤1.5 (7)

其中，R3是第二透镜的物侧面的曲率半径，R4是第二透镜的像侧面的曲率半径，d3是第二透镜的中心厚度，R6是第三透镜的物侧面的曲率半径，R7是第三透镜的像侧面的曲率半径，d6是第三透镜的中心厚度。

同样，这里条件表达式(6)和(7)也是并列关系且在其间并没有相互关联的关系。也就是说，在根据本发明实施例的光学镜头中，可以仅满足条件表达式(6)和(7)之一，或者可以满足条件表达式(6)和(7)两者。

这样，通过第二透镜和第三透镜的对称的同心圆形状的设置，可以有效地保证小畸变，例如在1％以内。

并且，在根据本发明实施例的光学镜头中，第一透镜和第四透镜的折射率Nd和阿贝系数Vd优选地满足：Nd≥1.7和Vd≤55。并且，第二透镜和第三透镜的折射率Nd和阿贝系数Vd优选地满足：Nd≤1.6和Vd≥23。

另外，本领域技术人员可以理解，根据本发明实施例的光学镜头除了可以用作激光雷达的接收端镜头之外，也可以应用于其它需要实现高入光量和小畸变，并满足小型化需求的光学镜头。因此，并不意在将根据本发明实施例的光学镜头仅限于激光雷达的接收端镜头。

[光学镜头的数值实例]

下面，将参考附图和表格，描述根据本发明实施例的光学镜头的具体实施例和数值实例，在这些数值实例中，具体数值应用于相应的实施例。

实施例中使用的某些透镜具有非球形透镜表面，非球形面形状由以下表达式(8)表示：

其中，Z(h)是非球面沿光轴方向在高度h的位置时，距非球面顶点的距离矢高。

c＝1/r，r表示透镜表面的曲率半径，k为圆锥系数，A、B、C、D和E为高次非球面系数，系数中的e代表科学记号，如e-05表示10^-5。

另外，Nd表示折射率，Vd表示阿贝系数。

第一实施例

如图1所示，根据本发明第一实施例的光学镜头从物侧到像侧顺序包括：具有正光焦度的弯月形的第一透镜L1，具有凸向物侧的第一表面S1和凹向像侧的第二表面S2；具有负光焦度的弯月形的第二透镜L2，具有凸向物侧的第一表面S3和凹向像侧的第二表面S4；光阑L3；具有正光焦度的弯月形的第三透镜L4，具有凹向物侧的第一表面S6和凸向像侧的第二表面S7；具有正光焦度的第四透镜L5，具有凸向物侧的第一表面S8和向着像侧的作为平面的第二表面S9；平面透镜L6，具有向着物侧的第一表面S10和向着像侧的第二表面S11，一般为保护玻璃；L7为芯片。

上述透镜的透镜数据由以下表1所示：

【表1】

在根据本发明第一实施例的光学镜头中，优选的，第二透镜和第三透镜为非球面透镜，该第二透镜的第一表面S3和第二表面S4以及该第三透镜的第一表面S6和第二表面S7的圆锥系数k和高次非球面系数A、B、C、D和E如以下表2所示。

【表2】

表面

k

A

B

C

D

E

3

0.03333708

7.6912E-07

8.7172E-08

-7.5999E-10

6.2705E-12

-6.1236E-15

4

0.000299274

1.3244E-05

6.6660E-07

-4.2133E-08

5.4625E-10

-7.7643E-13

6

-0.03273183

-1.9013E-05

7.1582E-07

-6.5983E-10

-4.4910E-11

5.4625E-13

7

-0.3122766

6.4375E-06

5.1146E-08

9.8094E-11

-3.0050E-12

4.0456E-15

在根据本发明第一实施例的光学镜头中，第一透镜的焦距F1、第二透镜的焦距F2、第三透镜的焦距F3、第四透镜的焦距F4、光学镜头的整组焦距值F和光学镜头的光学长度TTL及其之间的关系，第二透镜的物侧面和像侧面的半径R3和R4及厚度d3之间的关系，以及第三透镜的物侧面和像侧面的半径R6和R7及厚度d6之间的关系如以下表3所示。

【表3】

F1	61.304403
		F2	-215.128861
F3	593.197686
		F4	45.130238
F	44.8016
		TTL	69.5
F1/F	1.368352983
		F4/F	1.007335408
丨F2/F丨	4.801812011
		F3/F	13.2405469
TTL/F	1.551283883
		(R4+d3)/R3	1.147072822
(丨R6丨+d6)/丨R7丨	1.475974026

从以上表3可以看到，根据本发明第一实施例的光学镜头满足前述条件表达式(1)到(7)，从而在保持光学镜头的小型化的同时实现高入光量和小畸变。

第二实施例

如图2所示，根据本发明第二实施例的光学镜头从物侧到像侧顺序包括：具有正光焦度的弯月形的第一透镜L1，具有凸向物侧的第一表面S1和凹向像侧的第二表面S2；具有负光焦度的弯月形的第二透镜L2，具有凸向物侧的第一表面S3和凹向像侧的第二表面S4；光阑L3；具有正光焦度的弯月形的第三透镜L4，具有凹向物侧的第一表面S6和凸向像侧的第二表面S7；具有正光焦度的弯月形的第四透镜L5，具有凸向物侧的第一表面S8和凹向像侧的第二表面S9；平面透镜L6，具有向着物侧的第一表面S10和向着像侧的第二表面S11，一般为保护玻璃；L7为芯片。

上述透镜的透镜数据由以下表4所示：

【表4】

表面	半径	厚度	Nd	Vd
					1	31.20044	8.718969	1.77	49.6
2	80.65565	0.2
					3	19.80296	8.084195	1.58	30.2
4	14.8141	4.461203
					STO	无限	9.127523
6	-14.25878	8.455949	1.58	30.2
					7	-16.54439	0.2
8	30.60641	10.62163	1.72	38.0
					9	100	11.5569
10	无限	2	1.46	67.8
					11	无限	1
IMA	无限

在根据本发明第一实施例的光学镜头中，优选的，第二透镜和第三透镜为非球面透镜，该第二透镜的第一表面S3和第二表面S4以及该第三透镜的第一表面S6和第二表面S7的圆锥系数k和高次非球面系数A、B、C、D和E如以下表5所示。

【表5】

表面

k

A

B

C

D

E

3

0.004923737

3.5375E-07

6.3512E-08

-5.9170E-10

2.9997E-12

-4.6936E-15

4

-0.09510785

7.0483E-07

5.7495E-07

-9.5986E-09

1.0303E-10

-3.8332E-13

6

-0.0296257

-5.8110E-06

2.2961E-07

-2.0333E-09

1.5959E-11

-1.0375E-13

7

-0.2224704

4.9119E-06

8.4776E-09

1.0681E-10

-1.3194E-13

-3.2859E-15

在根据本发明第一实施例的光学镜头中，第一透镜的焦距F1、第二透镜的焦距F2、第三透镜的焦距F3、第四透镜的焦距F4、光学镜头的整组焦距值F和光学镜头的光学长度TTL及其之间的关系，第二透镜的物侧面和像侧面的半径R3和R4及厚度d3之间的关系，以及第三透镜的物侧面和像侧面的半径R6和R7及厚度d6之间的关系如以下表6所示。

【表6】

F1	62.671806
		F2	-250.905034
F3	552.269329
		F4	58.986552
F	45.4748
		TTL	64.4264
F1/F	1.378165621
		F4/F	1.297126145
丨F2/F丨	5.517452171
		F3/F	12.14451364
TTL/F	1.416749496
		(R4+d3)/R3	1.156306683
(丨R6丨+d6)/丨R7丨	1.372956573

从以上表6可以看到，根据本发明第二实施例的光学镜头满足前述条件表达式(1)到(7)，从而在保持光学镜头的小型化的同时实现高入光量和小畸变。

综上所述，在根据本发明实施例的光学镜头中，通过优化设置各个透镜的形状并合理分配各个透镜的光焦度，可以在保持镜头小型化的同时实现高入光量。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过第一透镜采用正光焦度的弯月形透镜，可以收集更多的光线进入光学***，从而实现高入光量。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过第一透镜采用弯月形状，能够有效地减小第二透镜的口径以及第一透镜和第二透镜之间的距离，有助于实现光学镜头的小型化。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过第二透镜的形状和光焦度设置，可以实现光线的平稳过渡，并减小由第一透镜产生的像差。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过第三透镜的形状和光焦度设置，可以进一步减小第一透镜和第二透镜产生的像差，并有助于调整成像尺寸。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过第四透镜的物侧面为凸面，有助于收集来自第三透镜的出射光线汇聚到芯片。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过将第二透镜和第三透镜设置为口径大致相同，可以有效降低光学镜头的成本。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过将第二透镜和第三透镜设置为非球面透镜，可以控制弥散斑大小和畸变大小而提供优良的光学性能。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过将第二透镜和第三透镜设置为玻璃非球面透镜，可以实现良好的热稳定性。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过将第二透镜和第三透镜设置为材料/外形基本一致的塑料非球面透镜，可以抵消温度变化时的离焦变化而提升热稳定性，实现波动范围小的高入光量。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过将第二透镜和第三透镜设置为对称的同心圆形状，能够有效地矫正畸变，保证小畸变。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过将第二透镜和第三透镜设置为接近同心圆形状的塑料镜片，有利于镜片的加工，实现光学镜头的低成本。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过提供大的光阑孔径，能够接收更多反射光线。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过将第一透镜和第四透镜的焦距设置得大，并将第二透镜和第三透镜的焦距设置得小，可以使得进入镜头的能量高，从而实现高入光量，并且获得大的视场角。

在根据本发明实施例的光学镜头中，通过设置第一透镜到第四透镜的折射率和阿贝系数，有助于实现光线在整个光学***中的平缓过渡，从而获得高入光量和大视场角。

[激光雷达的配置]

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种激光雷达，包括用作接收端镜头的光学镜头，该光学镜头从物侧到像侧依次包括：第一透镜，是具有正光焦度的弯月形透镜，该第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第二透镜，是具有负光焦度的弯月形透镜，该第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜，是具有正光焦度的弯月形透镜，该该第三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；和，第四透镜，是具有正光焦度的透镜，该第四透镜的物侧面是凸面。

图3是根据本发明实施例的激光雷达的示意性框图。如图3所示，根据本发明实施例的激光雷达100包括光学镜头101，其中该光学镜头101用作激光雷达100的接收端镜头。在上述光学镜头中，该第四透镜的像侧面为平面，或者该第四透镜的像侧面为凹面。

在上述光学镜头中，该第二透镜和该第三透镜是非球面透镜。

在上述光学镜头中，该第二透镜和该第三透镜具有接近同心圆的形状。

在上述光学镜头中，该第二透镜和该第三透镜是塑料镜片。

在上述光学镜头中，进一步包括：大的孔径光阑，位于该第二透镜和该第三透镜之间。

在上述光学镜头中，该第一透镜到该第四透镜满足以下条件表达式(1)：

TTL/F≤1.6 (1)

其中，F是该光学镜头的整组焦距值，且TTL是该光学镜头的光学长度。

在上述光学镜头中，该第一透镜到该第四透镜的焦距分别满足以下条件表达式(2)到(5)：

F1/F≤1.6 (2)

丨F2/F丨≥4 (3)

F3/F≥12 (4)

F4/F≤1.4 (5)

其中，F1是该第一透镜的焦距，F2是该第二透镜的焦距，F3是该第三透镜的焦距，F4是该第四透镜的焦距，且F是该光学镜头的整组焦距值。

在上述光学镜头中，该第二透镜和该第三透镜分别满足以下条件表达式(6)和(7)：

0.5≤(R4+d3)/R3≤1.5 (6)

0.5≤(丨R6丨+d6)/丨R7丨≤1.5 (7)

其中，R3是该第二透镜的物侧面的曲率半径，R4是该第二透镜的像侧面的曲率半径，d3是该第二透镜的中心厚度，R6是该第三透镜的物侧面的曲率半径，R7是该第三透镜的像侧面的曲率半径，且d6是该第三透镜的中心厚度。

这里，本领域技术人员可以理解，根据本发明实施例的激光雷达中的光学镜头的其他细节与之间关于根据本发明实施例的光学镜头所描述的相同，且可以采用前述的本发明第一实施例和第二实施例的光学镜头的数值实例，因此为了避免冗余并不再追溯。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过优化设置各个透镜的形状并合理分配各个透镜的光焦度，可以在保持镜头小型化的同时实现高入光量。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过第一透镜采用正光焦度的弯月形透镜，可以收集更多的光线进入光学***，从而实现高入光量。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过第一透镜采用弯月形状，能够有效地减小第二透镜的口径以及第一透镜和第二透镜之间的距离，有助于实现光学镜头的小型化。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过第二透镜的形状和光焦度设置，可以实现光线的平稳过渡，并减小由第一透镜产生的像差。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过第三透镜的形状和光焦度设置，可以进一步减小第一透镜和第二透镜产生的像差，并有助于调整成像尺寸。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过第四透镜的物侧面为凸面，有助于收集来自第三透镜的出射光线汇聚到芯片。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过将第二透镜和第三透镜设置为口径大致相同，可以有效降低光学镜头的成本。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过将第二透镜和第三透镜设置为非球面透镜，可以控制弥散斑大小和畸变大小而提供优良的光学性能。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过将第二透镜和第三透镜设置为玻璃非球面透镜，可以实现良好的热稳定性。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过将第二透镜和第三透镜设置为材料/外形基本一致的塑料非球面透镜，可以抵消温度变化时的离焦变化而提升热稳定性，实现波动范围小的高入光量。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过将第二透镜和第三透镜设置为对称的同心圆形状，能够有效地矫正畸变，保证小畸变。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过将第二透镜和第三透镜设置为同心圆形状的塑料镜片，有利于同心圆镜片的加工，实现光学镜头的低成本。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过提供大的光阑孔径，能够接收更多反射光线。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过将第一透镜和第四透镜的焦距设置得大，并将第二透镜和第三透镜的焦距设置得小，可以使得进入镜头的能量高，从而实现高入光量，并且获得大的视场角。

根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达通过设置第一透镜到第四透镜的折射率和阿贝系数，有助于实现光线在整个光学***中的平缓过渡，从而获得高入光量和大视场角。

在根据本发明实施例的光学镜头和激光雷达中还可以布置另外的透镜。在这种情况下，根据本发明实施例的光学镜头和成像设备可以配置有四个或者四个以上的透镜，且这些透镜包括除了上述第一透镜到四个透镜之外的布置的附加透镜。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离该原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims

1.一种光学镜头，其中具有光焦度的透镜的数量是四片，分别是第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜至所述第四透镜从物侧到像侧依次排列，

所述第一透镜是具有正光焦度的弯月形透镜，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜是具有负光焦度的弯月形透镜，所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第三透镜是具有正光焦度的弯月形透镜，所述第三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；和

所述第四透镜是具有正光焦度的透镜，所述第四透镜的物侧面是凸面；

所述第一透镜到所述第四透镜的焦距满足以下条件表达式(3)：

4≤丨F2/F丨≤5.517452171 (3)

其中，F2是所述第二透镜的焦距，F是所述光学镜头的整组焦距值。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，

所述第四透镜的像侧面为平面；或者

所述第四透镜的像侧面为凹面。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜中的至少一个是非球面透镜。

4.根据权利要求3所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜具有接近同心圆的形状。

5.根据权利要求4所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜是塑料镜片。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的光学镜头，其特征在于，进一步包括：

大的孔径光阑，位于所述第二透镜和所述第三透镜之间。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜到所述第四透镜满足以下条件表达式(1)：

TTL/F≤1.6 (1)

8.根据权利要求1至3中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜到所述第四透镜的焦距满足以下条件表达式(2)：

F1/F≤1.6 (2)

其中，F1是所述第一透镜的焦距，F是所述光学镜头的整组焦距值。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜到所述第四透镜的焦距满足以下条件表达式(4)：

F3/F≥12 (4)

其中，F3是所述第三透镜的焦距，F是所述光学镜头的整组焦距值。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜到所述第四透镜的焦距满足以下条件表达式(5)：

F4/F≤1.4 (5)

11.根据权利要求1至3中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜满足以下条件表达式(6)：

0.5≤(R4+d3)/R3≤1.5 (6)

其中，R3是所述第二透镜的物侧面的曲率半径，R4是所述第二透镜的像侧面的曲率半径，d3是所述第二透镜的中心厚度。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的光学镜头，其特征在于，所述第二透镜和所述第三透镜满足以下条件表达式(7)：

0.5≤(丨R6丨+d6)/丨R7丨≤1.5 (7)

其中，R6是所述第三透镜的物侧面的曲率半径，R7是所述第三透镜的像侧面的曲率半径，且d6是所述第三透镜的中心厚度。

13.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1到12中任意一项所述的光学镜头作为接收端镜头。