CN116107055B - 一种高性能光学镜头和高精度激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高性能光学镜头和高精度激光雷达，该高性能光学镜头包括沿光轴由物侧至像侧依序包括具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、光阑、透镜组、具有正光焦度的第四透镜和具有负光焦度的第五透镜；其中，透镜组用于消除色差；通过上述方式，本申请能够使得高性能光学镜头具有较好的成像质量。

Description

一种高性能光学镜头和高精度激光雷达

技术领域

本申请涉及光学技术领域，特别是涉及一种高性能光学镜头和高精度激光雷达。

背景技术

得益于近年来自动驾驶的高速发展，光学镜头在自动驾驶领域得到越来越多的应用，尤其是在车载镜头、激光雷达等领域，这一类镜头除了像素高、体积小的要求以外，其他要求也越来越多，比如视场角大、焦距长、FNO小、照度高、畸变小等其他根据应用的不同而需要特别要求的性能。

但是，目前，光学镜头的一些性能往往难以同时达成较好的效果。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种高性能光学镜头和高精度激光雷达，能够使得高性能光学镜头具有较好的成像质量。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种高性能光学镜头，该高性能光学镜头包括沿光轴由物侧至像侧依序包括具有正光焦度的第一透镜；具有正光焦度的第二透镜；具有负光焦度的第三透镜；光阑；透镜组，用于消除色差；具有正光焦度的第四透镜；具有负光焦度的第五透镜。

其中，透镜组由从物侧至像侧依序设置的第六透镜和第七透镜胶合而成，第六透镜为负光焦度透镜，第七透镜为正光焦度透镜。

其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第六透镜和第七透镜为弯月透镜，第四透镜为双凸透镜，第五透镜为双凹透镜。

其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第六透镜和第七透镜中的至少一个透镜的结构为：靠近物侧的一面为凸面、靠近像侧的一面为凹面。

其中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜为球面镜片，第四透镜为非球面镜片；和/或，第六透镜的阿贝数小于或等于21；和/或，第七透镜的阿贝数小于或等于30。

其中，透镜组与高性能光学镜头的焦距比和视场角函数值的预设运算结果在3与4之间，视场角函数值为高性能光学镜头的视场角的预设倍数的预设三角函数值，其中，预设三角函数值为正切值、且预设运算结果为乘积，或预设三角函数值为余切值、且预设运算结果为商。

其中，预设倍数为2；和/或，预设运算结果大于或等于3.8且小于或等于4.4。

其中，第三透镜的物侧面的第二中心曲率半径和第二透镜的像侧面的第一中心曲率半径之差与第一中心曲率半径和第二中心曲率半径之和的比值小于或等于0.45；和/或，第二透镜的折射率小于或等于1.7；和/或，第三透镜的折射率小于或等于1.8；和/或，第二透镜的焦距与高性能光学镜头的焦距间的比值小于或等于1.6；和/或，第一透镜的焦距小于或等于31.3；和/或，第四透镜的焦距小于或等于10.8；和/或，第五透镜的焦距小于或等于-14.6。

其中，高性能光学镜头还包括沿光轴由物侧至像侧依序设置的滤光片和成像面，滤光片设置于第五透镜靠近像侧的一面；和/或，光阑为孔径光阑。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种高精度激光雷达，该高精度激光雷达包括上述的高性能光学镜头和图像传感器。

上述技术方案，通过对高性能光学镜头中的透镜的规划设置，能够保证高性能光学镜头具有高解像能力的同时具有较好的成像质量，且能够使得高性能光学镜头具有较好的畸变控制特性；另外，组成高性能光学镜头的透镜数量较少，缩短了高性能光学镜头的镜头总长，缩短了高性能光学镜头的尺寸，实现了高性能光学镜头小型化。

附图说明

图1是本申请提供的高性能光学镜头一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的实施例1在可见光波段常温状态的光学传递函数曲线图；

图3是本申请提供的实施例2在可见光波段常温状态的光学传递函数曲线图；

图4是本申请提供的实施例1在可见光波段的场曲和畸变图；

图5是本申请提供的实施例2在可见光波段的场曲和畸变图；

图6是本申请提供的实施例1在可见光波段的横向光扇图；

图7是本申请提供的实施例2在可见光波段的横向光扇图；

图8是本申请提供的实施例1在可见光波段的点列图；

图9是本申请提供的实施例2在可见光波段的点列图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

请参阅图1，图1是本申请提供的高性能光学镜头一实施例的结构示意图。高性能光学镜头100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STOP、透镜组G1、第四透镜L4和第五透镜L5；其中，第一透镜L1、第二透镜L2和第四透镜L4具有正光焦度，第三透镜L3和第五透镜L5具有负光焦度，透镜组G1能够起到消除色差的作用。通过对高性能光学镜头100中的透镜的规划设置，能够保证高性能光学镜头100具有高解像能力的同时具有较好的成像质量，且能够使得高性能光学镜头100具有较好的畸变控制特性；并且，组成高性能光学镜头100的透镜数量较少，缩短了高性能光学镜头100的镜头总长，缩短了高性能光学镜头100的尺寸，实现了高性能光学镜头100的小型化；另外，本申请提供的高性能光学镜头100能够支持大靶面的图像传感器（Sensor）和大光圈的使用，大靶面的sensor相比小靶面的sensor拥有更大的单像素尺寸和更高的像素数量，使得拍摄到的画面更加清晰，提高了高性能光学镜头100的成像质量，而大光圈的使用能够使得高性能光学镜头100一次可接收更多光线，能够使得高性能光学镜头100适应低照或者暗光条件下的拍摄需求；此外，本申请提供的高性能光学镜头100能够适应在各种温度环境使用，适用范围更广。

其中，需要说明的是，光焦度表征光学***偏折光线的能力，光焦度等于像侧方光束汇聚度与物侧方光束汇聚度之差；光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一折射面（即透镜的一个表面），也可以适用于表征一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的高性能光学镜头100。

请继续参阅图1，由于第一透镜L1具有正光焦度，正光焦度的透镜对光线是起到汇聚作用的，所以第一透镜L1能够收集视场内的光线，使光线进入后方的其他透镜。

在一实施方式中，第一透镜L1为弯月透镜，弯月透镜能够较好地收集视场内的光线，且弯月形状的透镜便于加工，成本较低，从而降低高性能光学镜头100的成本。在一具体实施方式中，第一透镜L1为弯月透镜，第一透镜L1靠近物侧的一面为凸面且靠近像侧的一面为凹面，第一透镜L1靠近物侧的凸面的设置，一方面，有利于尽可能地收集视场内的光线至高性能光学镜头100中；另一方面，凸面还有利于适应高性能光学镜头100在室外的使用场景，如，室外的水滴或者水汽会沿凸面滑落，减少室外环境因素对高性能光学镜头100成像质量的影响。可以理解地，在其他具体实施方式中，第一透镜L1为弯月透镜，第一透镜L1靠近物侧的一面为凹面且靠近像侧的一面为凸面，第一透镜L1靠近物侧的凹面的设置，有利于高性能光学镜头100的前端口径的减小，从而减小高性能光学镜头100的尺寸。可以理解地，在其他实施方式中，第一透镜L1也可以为双凸或者平凸等形式的透镜，在此不做具体限定；在第一透镜L1为平凸形式的透镜时，第一透镜L1的凸面可设置为靠近物侧或者靠近像侧，在此不做具体限定。

在一实施方式中，第一透镜L1的焦距小于或等于31.3，例如，第一透镜L1的焦距为31.24、31.14等。第一透镜L1具有较长的焦距，能够收集更多的光线进行汇聚，提高进入高性能光学镜头100的通光量。其中，第一透镜L1的焦距对应的具体不等式如下所示：

其中，

表示第一透镜L1的焦距。

在一实施方式中，第一透镜L1为球面镜片。当然，在其他实施方式中，第一透镜L1也可以为非球面镜片等，在此不做具体限定。其中，第一透镜L1所采用的镜片可以是塑料材质的镜片，也可以是玻璃材质的镜片，在此不做具体限定。由于塑料材质的镜片热膨胀系数较大，当镜头所使用的环境温度变化较大时，塑料材质的透镜会对高性能光学镜头100的整体性能造成较大的影响；而采用玻璃材质的镜片，可以减小温度对高性能光学镜头100的整体性能的影响，降低第一透镜L1公差敏感度以及方便消热差处理，使得高性能光学镜头100能够适用于不同的温度环境，从而提高高性能光学镜头100的整体性能。

请继续参阅图1，由于第二透镜L2具有正光焦度，正光焦度的透镜对光线是起到汇聚作用的，所以第二透镜L2的设置能够进一步汇聚经由第一透镜L1过渡后的光线，一方面，加强对光线的汇聚，避免光线发散过大，使得光线平稳地进入后方的透镜；另一方面，有利于减小第三透镜L3的口径。

在一实施方式中，第二透镜L2为弯月透镜，弯月透镜能够较好地收集经由第一透镜L1汇聚后的光线，且弯月形状的透镜便于加工，成本较低，从而降低高性能光学镜头100的成本。在一具体实施方式中，第二透镜L2为弯月透镜，第二透镜L2靠近物侧的一面为凸面且靠近像侧的一面为凹面，第二透镜L2靠近物侧的凸面的设置，有利于尽可能地收集经由第一透镜L1汇聚后的光线；另外，在第一透镜L1为弯月透镜且第一透镜L1靠近物侧的一面为凸面且靠近像侧一面为凹面时，第二透镜L2靠近物侧的一面为凸面的设置能够减小第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离，从而缩短高性能光学镜头100的物理总长，实现高性能光学镜头100的小型化。可以理解地，在其他具体实施方式中，第二透镜L2为弯月透镜，第二透镜L2也可以设置为靠近物侧的一面为凹面且靠近像侧的一面为凸面。可以理解地，在其他实施方式中，第二透镜L2也可以为双凸或者平凸等形式的透镜，在此不做具体限定；在第二透镜L2为平凸形式的透镜时，第二透镜L2的凸面可设置为靠近物侧或者靠近像侧，在此不做具体限定。

在一实施方式中，第二透镜L2的焦距与高性能光学镜头100的焦距间的比值小于或等于1.6，例如，第二透镜L2的焦距与高性能光学镜头100的焦距间的比值为1.54或者1.38等。在第二透镜L2的焦距与高性能光学镜头100的焦距间的比值小于或等于1.6时，一方面，能够提高高性能光学镜头100的成像质量；另一方面，能够使得高性能光学镜头100的整体结构紧凑，实现高性能光学镜头100的小型化；并且，能够降低成本开销。其中，第二透镜L2的焦距与高性能光学镜头100的焦距间的比值对应的具体不等式如下所示：

其中，

表示第二透镜L2的焦距；

表示高性能光学镜头100的焦距。

在一实施方式中，第二透镜L2的折射率小于或等于1.7，第二透镜L2的折射率较小，能够更加平稳地将光线过渡至第三透镜L3。其中，第二透镜L2的折射率对应的具体不等式如下所示：

其中，

表示第二透镜L2的折射率。

在一实施方式中，第三透镜L3的物侧面的第二中心曲率半径和第二透镜L2的像侧面的第一中心曲率半径之差与第一中心曲率半径和第二中心曲率半径之和的比值小于或等于0.45，例如，第三透镜L3的物侧面的第二中心曲率半径和第二透镜L2的像侧面的第一中心曲率半径之差与第一中心曲率半径和第二中心曲率半径之和的比值为0.44或者0.34等。通过对第二透镜L2和第三透镜L3的中心曲率半径的配置，能够减小高性能光学镜头100的像差，减小畸变。其中，第三透镜L3的物侧面的第二中心曲率半径和第二透镜L2的像侧面的第二中心曲率半径之差与第一中心曲率半径和第二中心曲率半径之和的比值对应的具体不等式如下所示：

其中，

表示第三透镜L3的物侧面的第二中心曲率半径；

表示第二透镜L2的 像侧面的第一中心曲率半径。其中，需要说明的是，透镜的物侧面为透镜朝向物侧的一面， 透镜的像侧面为透镜朝向像侧的一面。

在一实施方式中，第二透镜L2为球面镜片。当然，在其他实施方式中，第二透镜L2也可以为非球面镜片等，在此不做具体限定。其中，第二透镜L2所采用的镜片可以是塑料材质的镜片，也可以是玻璃材质的镜片，在此不做具体限定。由于塑料材质的镜片热膨胀系数较大，当镜头所使用的环境温度变化较大时，塑料材质的透镜会对高性能光学镜头100的整体性能造成较大的影响；而采用玻璃材质的镜片，可以减小温度对高性能光学镜头100的整体性能的影响，降低第二透镜L2公差敏感度以及方便消热差处理，使得高性能光学镜头100能够适用于不同的温度环境，从而提高高性能光学镜头100的整体性能。

请继续参阅图1，由于第三透镜L3具有负光焦度，负光焦度的透镜对光线是起到发散作用的，第三透镜L3的设置能够适当地发散经由第二透镜L2汇聚的光线，将收集到的光线平稳过渡到后面的透镜中。

在一实施方式中，第三透镜L3为弯月透镜，弯月透镜能够较好地收集经由第二透镜L2汇聚后的光线并平稳地过渡至后面的透镜，且弯月形状的透镜便于加工，成本较低，从而降低高性能光学镜头100的成本。在一具体实施方式中，第三透镜L3为弯月透镜，第三透镜L3靠近物侧的一面为凸面且靠近像侧的一面为凹面，第三透镜L3靠近物侧的凸面的设置，有利于尽可能地收集经由第二透镜L2汇聚后的光线；另外，在第二透镜L2为弯月透镜且第二透镜L2靠近物侧的一面为凸面且靠近像侧的一面为凹面时，第三透镜L3靠近物侧的一面为凸面的设置能够减小第二透镜L2和第三透镜L3之间的距离，从而缩短高性能光学镜头100的物理总长，实现高性能光学镜头100的小型化。可以理解地，在其他具体实施方式中，第三透镜L3为弯月透镜，第三透镜L3也可以设置为靠近物侧的一面为凹面且靠近像侧的一面为凸面。可以理解地，在其他实施方式中，第三透镜L3也可以为双凸或者平凸等形式的透镜，在此不做具体限定；在第三透镜L3为平凸形式的透镜时，第三透镜L3的凸面可设置为靠近物侧或者靠近像侧，在此不做具体限定。

在一实施方式中，第三透镜L3的折射率小于或等于1.8，例如，第三透镜L3的折射率为1.72、1.73等。第三透镜L3的折射率较小，能够更加平稳地将光线过渡至透镜组G1。其中，第三透镜L3的折射率对应的具体不等式如下所示：

其中，

表示第三透镜L3的折射率。

在一实施方式中，第三透镜L3为球面镜片。当然，在其他实施方式中，第三透镜L3也可以为非球面镜片等，在此不做具体限定。其中，第三透镜L3所采用的镜片可以是塑料材质的镜片，也可以是玻璃材质的镜片，在此不做具体限定。由于塑料材质的镜片热膨胀系数较大，当镜头所使用的环境温度变化较大时，塑料材质的透镜会对高性能光学镜头100的整体性能造成较大的影响；而采用玻璃材质的镜片，可以减小温度对高性能光学镜头100的整体性能的影响，降低第三透镜L3公差敏感度以及方便消热差处理，使得高性能光学镜头100能够适用于不同的温度环境，从而提高高性能光学镜头100的整体性能。

请继续参阅图1，光阑STOP设置于第三透镜L3和透镜组G1之间，光阑STOP用于收束进入高性能光学镜头100的光线，能够进一步提高高性能光学镜头100的成像质量，且能够减小高性能光学镜头100中的透镜的口径。在一实施方式中，光阑STOP可以是孔径光阑；当然，在其他实施方式中，光阑STOP也可以是视场光阑等，在此不做具体限定。

请继续参阅图1，在光阑STOP后设置透镜组G1，一方面，能够校正前面透镜所产生的像差，且能够消除色差，减小高性能光学镜头100的公差敏感度，从而提高高性能光学镜头100的成像质量；另一方面，能够缩短高性能光学镜头100的总长以及减小高性能光学镜头100中的透镜的口径。在一实施方式中，透镜组G1由从物侧至像侧依序设置的第六透镜L6和第七透镜L7胶合而成，缩短了第六透镜L6和第七透镜L7之间的距离，从而缩小高性能光学镜头100的整体尺寸，使得高性能光学镜头100的整体结构紧凑，实现高性能光学镜头100的小型化；第六透镜L6为负光焦度透镜，第七透镜L7为正光焦度透镜，所以透镜组G1不仅能够消除色差，还能够对光线再次进行汇聚，即，可增大高性能光学镜头100的光圈，缩短高性能光学镜头100的总长，使得高性能光学镜头100更加紧凑。

在一实施方式中，透镜组G1与高性能光学镜头100的焦距比和视场角函数的预设运算结果在3与4之间，视场角函数值为高性能光学镜头100的视场角的预设倍数的预设三角函数值；其中，预设三角函数值为正切值且预设运算结果为乘积，或者，预设三角函数值为余切值且预设运算结果为商。通过具体配置透镜组G1与高性能光学镜头100的焦距比和视场角之间的关系，能够使得高性能光学镜头100实现长焦和大视场角，实现了高性能光学镜头100的高解像力、兼顾大靶面、低成本、大光圈等特性。

其中，需要说明的是，在视场角函数为正弦函数时，视场角函数值为预设倍数的视场角对应的正切值，且此时透镜组G1与高性能光学镜头100的焦距比和视场角函数的预设运算结果为透镜组G1与高性能光学镜头100的焦距比和预设倍数的视场角对应的正切值的乘积。在视场角函数为余弦函数时，视场角函数值为预设倍数的视场角对应的余切值，且此时透镜组G1与高性能光学镜头100的焦距比和视场角函数的预设运算结果为透镜组G1与高性能光学镜头100的焦距比和预设倍数的视场角对应的余切值的商。

在一具体实施方式中，预设倍数为2。当然，在其他具体实施方式中，预设倍数也可以为2.5、3等，在此不做具体限定。在一具体实施方式中，预设运算结果大于或等于3.8且小于或等于4.4。

其中，在视场角函数的预设运算结果大于或等于3.8且小于或等于4.4、视场角函数值为高性能光学镜头100的视场角的2倍的正切值且预设运算结果为乘积时，透镜组G1与高性能光学镜头100的焦距比和视场角函数满足如下关系：

其中，

表示透镜组G1与高性能光学镜头100的焦距比；

表示高性能光学镜 头100的视场角。

在一实施方式中，第六透镜L6的阿贝数小于或等于21，例如，第六透镜 L6的阿贝数为17.98、20.36等。第六透镜L6具有较高的阿贝数，有利于减小高性能光学镜头100的整体色差。在一实施方式中，第七透镜L7的阿贝数小于或等于30，例如，第七透镜L7的阿贝数为25.46、29.13等。第七透镜L7具有较高的阿贝数，有利用减小高性能光学镜头100的整体色差。在一具体实施方式中，第六透镜L6的阿贝数小于或等于21且第七透镜L7的阿贝数小于或等于30，正光焦度的第七透镜L7的阿贝数高于负光焦度的第六透镜L6的阿贝数，高低阿贝数的搭配，有利于前方光线的快速过渡，且增大了光阑STOP的口径，满足夜视需求；另外，第六透镜L6和第七透镜L7胶合而成的透镜组G1的采用，能够使得高性能光学镜头100的整体结构紧凑，且能够减小高性能光学镜头100的色差。

其中，第六透镜L6和第七透镜L7的阿贝数对应的具体不等式如下所示：

其中，

表示第六透镜L6的阿贝数；

表示第七透镜L7的阿贝数。

可以理解地，在其他实施方式中，第六透镜L6和第七透镜L7也可以通过其他方式形成透镜组G1，在此不做具体限定。可以理解地，在其他实施方式中，透镜组G1也可以由三个或者四个等透镜胶合或者通过其他方式形成，在此不做具体限定。

在一实施方式中，第六透镜L6和第七透镜L7为弯月透镜，弯月形状的透镜便于加工，成本较低，从而降低高性能光学镜头100的成本。在一具体实施方式中，第六透镜L6和第七透镜L7为弯月透镜，第六透镜L6靠近物侧的一面为凸面且靠近像侧的一面为凹面，第七透镜L7靠近物侧的一面为凸面且靠近像侧的一面为凹面。可以理解地，在其他具体实施方式中，第六透镜L6和第七透镜L7为弯月透镜，第六透镜L6设置为靠近物侧的一面为凹面且靠近像侧的一面为凸面，第七透镜L7设置为靠近物侧的一面为凹面且靠近像侧的一面为凸面。可以理解地，在其他实施方式中，第六透镜L6和第七透镜L7也可以为平凸或者平凹等形式的透镜，在此不做具体限定。

在一实施方式中，第六透镜L6和第七透镜L7为球面镜片。当然，在其他实施方式中，第六透镜L6和第七透镜L7也可以为非球面镜片，在此不做具体限定。在一实施方式中，第六透镜L6和第七透镜L7所采用的镜片可以是塑料材质的镜片，也可以是玻璃材质的镜片，在此不做具体限定。由于塑料材质的镜片热膨胀系数较大，当镜头所使用的环境温度变化较大时，塑料材质的透镜会对高性能光学镜头100的整体性能造成较大的影响；而采用玻璃材质的镜片，可以减小温度对高性能光学镜头100的整体性能的影响，降低第六透镜L6和第七透镜L7公差敏感度以及方便消热差处理，使得高性能光学镜头100能够适用于不同的温度环境，从而提高高性能光学镜头100的整体性能。

请继续参阅图1，由于第四透镜L4具有正光焦度，正光焦度的透镜对光线是起到汇聚作用的，第四透镜L4的设置能够将经由透镜组G1过渡的光线进行汇聚，从而缩短从高性能光学镜头100的第一透镜L1的物侧面的中心到高性能光学镜头100的像侧面的距离，同时有利于控制高性能光学镜头100的口径。

在一实施方式中，第四透镜L4为双凸透镜。通过将第四透镜L4设置为双凸透镜，一方面，能够实现将经由透镜组G1过渡的边缘光线进行汇聚，从而缩短从高性能光学镜头100的第一透镜L1的物侧面的中心至高性能光学镜头100的像侧面的距离，同时有利于控制高性能光学镜头100的口径；另一方面，可将前方光线快速汇聚至后方透镜，提高成像质量和成像速度。可以理解地，在其他实施方式中，第四透镜L4也可以为平凸或者弯月透镜等，在此不做具体限定，可根据实际使用需要具体设置。

在一实施方式中，第四透镜L4为非球面镜片，非球面镜片是从镜片中心到周边曲率是连续变化的，与从镜片中心到周边有恒定曲率的球面镜片不同，非球面镜片具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点，采用非球面镜片后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而提升高性能光学镜头100的成像质量。所以，将第四透镜L4配置为非球面镜片，可以改善像差、减小畸变，从而提升高性能光学镜头100的成像质量。可以理解地，在其他实施方式中，第四透镜L4也可以为球面镜片等，在此不过具体限定。

在一实施方式中，第四透镜L4的焦距小于或等于10.8，例如，第四透镜L4的焦距为10.67、10.78等。通过将第四透镜L4的焦距设置为小于或等于10.8，能够提高高性能光学镜头100的成像质量。其中，第四透镜L4的焦距对应的具体不等式如下所示：

其中，

表示第四透镜L4的焦距。

为了增强高性能光学镜头100在高低温环境情况下的性能，在一实施方式中，第四透镜L4可以采用具有较大dn/dt系数的材料。可以理解地，在其他实施方式中，也可通过对第四透镜L4进行其他处理或者采用其他材料，以增强高性能光学镜头100在高低温环境情况下的性能。

请继续参阅图1，由于第五透镜L5具有负光焦度，负光焦度的透镜对光线是起到发散作用的，第五透镜L5的设置能够适当地发散经由第四透镜L4汇聚的光线，从而平稳过渡光线以用于匹配大尺寸芯片，有助于实现更高的解像能力和更大的可调焦范围。

在一实施方式中，第五透镜L5为双凹透镜。通过将第五透镜L5设置为双凹透镜，能够实现将经由第四透镜L4过渡的光线进行适当发散，以匹配大尺寸芯片，提高成像质量和成像速度。可以理解地，在其他实施方式中，第五透镜L5也可以为平凹或者弯月透镜等，在此不做具体限定，可根据实际使用需要具体设置。

在一实施方式中，第五透镜L5的焦距小于或等于-14.6，例如，第五透镜L5的焦距为-14.70、-14.89等。将第五透镜L5的焦距设置为小于或等于-14.6，能够提高高性能光学镜头100的成像质量。其中，第五透镜L5的焦距对应的具体不等式如下所示：

其中，

表示第五透镜L5的焦距。

在一实施方式中，第五透镜L5为球面镜片。当然，在其他实施方式中，第五透镜L5也可以为非球面镜片等，在此不做具体限定。在一实施方式中，第五透镜L5所采用的镜片可以是塑料材质的镜片，也可以是玻璃材质的镜片，在此不做具体限定。由于塑料材质的镜片热膨胀系数较大，当镜头所使用的环境温度变化较大时，塑料材质的透镜会对高性能光学镜头100的整体性能造成较大的影响；而采用玻璃材质的镜片，可以减小温度对高性能光学镜头100的整体性能的影响，降低第五透镜L5公差敏感度以及方便消热差处理，使得高性能光学镜头100能够适用于不同的温度环境，从而提高高性能光学镜头100的整体性能。

请继续参阅图1，在一实施方式中，高性能光学镜头100还包括沿光轴由物侧至像侧依序设置的滤光片和成像面，滤光片设置于第五透镜L5靠近像侧的一面，滤光片能够吸收某些波长，以使得滤光片能够滤除会影响高性能光学镜头100成像质量的光，从而提高高性能光学镜头100的成像质量。

下面举例说明本实施例中高性能光学镜头100的相关效果。

实施例1：

表1 高性能光学镜头的相关参数表

其中，需要说明的是，表1中的镜面序号为图1所示的高性能光学镜头100的结构示意图中，由左至右的透镜的面号。

表2 非球面多项式的各阶项系数

镜面序号

A

B

C

D

E

F

11

1.085E-04

-3.221E-05

7.206E-07

6.996E-10

5.367E-10

-6.097E-11

12

-2.455E-04

-5.090E-06

-2.535E-07

1.625E-08

2.361E-10

-2.501E-11

在实施例1中，高性能光学镜头100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STOP、透镜组G1、第四透镜L4、第五透镜L5，透镜组G1由从物侧至像侧依序设置的第六透镜L6和第七透镜L7胶合而成；第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第六透镜L6和第七透镜L7为弯月透镜，第四透镜L4为双凸透镜，第五透镜L5为双凹透镜；第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第六透镜L6和第七透镜L7的靠近物侧的一面为凸面且靠近像侧的一面为凹面。

另外，在实施例1中，第六透镜L6和第七透镜L7胶合成透镜组G1，透镜组G1的焦距 为

，高性能光学镜头100的焦距为

，高性能光学镜头100的视场角为FOV，满足

；高性能光学镜头100的第二透镜L2的像侧面的第一中心曲率半径

与第三透镜L3的物侧面的第二中心曲率半径

之间满足

； 第二透镜L2的焦距

与高性能光学镜头100的焦距

之间满足

；高性能光学镜 头100的第一透镜L1的焦距

满足

；第四透镜L4的焦距

满足

；第五透镜 L5的焦距

满足

；高性能光学镜头100的第六透镜L6的阿贝数

满足

； 第七透镜L7的阿贝数

满足

；高性能光学镜头100的第二透镜L2的折射率

满足

；第三透镜L3的折射率

满足

。此外，在实施例1中，高性能光学镜 头100还具有如下光学技术指标：光学总长为TTL≤28.95mm；高性能光学镜头100的焦距

为20mm；高性能光学镜头100的视场角FOV为29.6°；高性能光学镜头100的光学畸变为 6.88%；高性能光学镜头100的光圈为FNO≤1.6；高性能光学镜头100的像面尺寸为φ 11.2mm。

其中，在实施例1中，高性能光学镜头100中的第四透镜L4为非球面透镜，非球面透镜可以用下述非球面公式进行限定，但不仅限于下述方法：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为中心曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数，具体如表2所示。

实施例2：

表3 高性能光学镜头的相关参数表

其中，需要说明的是，表3中的镜面序号为图1所示的高性能光学镜头100的结构示意图中，由左至右的透镜的面号。

表4 非球面多项式的各阶项系数

镜面序号

A

B

C

D

E

F

11

1.037E-04

-3.195E-05

6.590E-07

2.780E-09

3.084E-10

-5.898E-11

12

-2.572E-04

-5.392E-06

-2.732E-07

1.545E-08

1.456E-10

-2.432E-11

在实施例2中，高性能光学镜头100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STOP、透镜组G1、第四透镜L4、第五透镜L5，透镜组G1由从物侧至像侧依序设置的第六透镜L6和第七透镜L7胶合而成；第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第六透镜L6和第七透镜L7为弯月透镜，第四透镜L4为双凸透镜，第五透镜L5为双凹透镜；第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第六透镜L6和第七透镜L7的靠近物侧的一面为凸面且靠近像侧的一面为凹面。

另外，在实施例2中，第六透镜L6和第七透镜L7胶合成透镜组G1，透镜组G1的焦距 为

，高性能光学镜头100的焦距为

，高性能光学镜头100的视场角为FOV，满足

；高性能光学镜头100的第二透镜L2的像侧面的第一中心曲率半径

与第三透镜L3的物侧面的第二中心曲率半径

之间满足

； 第二透镜L2的焦距

与高性能光学镜头100的焦距

之间满足

；高性能光学镜 头100的第一透镜L1的焦距

满足

；第四透镜L4的焦距

满足

；第五透镜 L5的焦距

满足

；高性能光学镜头100的第六透镜L6的阿贝数

满足

；第七透镜L7的阿贝数

满足

；高性能光学镜头100的第二透镜L2的折射率

满足

；第三透镜L3的折射率

满足

。此外，在实施例2中，高性能光学镜 头100还具有如下光学技术指标：光学总长为TTL≤31.5mm；高性能光学镜头100的焦距

为 22mm；高性能光学镜头100的视场角FOV为27.1°；高性能光学镜头100的光学畸变为6.26%； 高性能光学镜头100的光圈为FNO≤1.6；高性能光学镜头100的像面尺寸为φ11.2mm。

其中，在实施例2中，高性能光学镜头100中的第四透镜L4为非球面透镜，非球面透镜可以用下述非球面公式进行限定，但不仅限于下述方法：

其中，Z为非球面Z向的轴向矢高；r为非球面的高度；c为拟合球面的曲率，数值上为中心曲率半径的倒数；k为拟合圆锥系数；A-F为非球面多项式的4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶项系数，具体如表4所示。

综合实施例1和实施例2，得到表5，具体如下所示：

进一步地，对实施例1和实施例2中的高性能光学镜头100进行相关测试。

请参阅图2和图3，图2是本申请提供的实施例1在可见光波段常温状态的光学传递函数曲线图，图3是本申请提供的实施例2在可见光波段常温状态的光学传递函数曲线图。光学传递函数（MTF）是用来评价一个高性能光学镜头100的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明高性能光学镜头100的成像质量越好，对各种像差（如：球差、慧差、象散、场曲、轴向色差、垂轴色差等）进行了很好的校正。如图2和图3所示，本申请提供的高性能光学镜头100在可见光部分常温状态的光学传递函数曲线图较平滑、较为集中，而且全视场（半像高Y’=5.6mm）MTF平均值达到0.4以上。可见，本申请提供的高性能光学镜头100能够达到较高的成像要求。

请参阅图4和图5，图4是本申请提供的实施例1在可见光波段的场曲和畸变图，图5是本申请提供的实施例2在可见光波段的场曲和畸变图。高性能光学镜头100的场曲控制在±0.04mm以内，场曲又称“像场弯曲”，当高性能光学镜头100存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。图中，T代表子午场曲，S代表弧矢场曲；场曲曲线显示作为视场坐标函数的当前的焦平面或像平面到近轴焦面的距离，子午场曲数据是沿着Z轴测量的从当前所确定的聚焦面到近轴焦面的距离，并且是在子午(YZ面)上测量的；弧矢场曲数据测量的是在与子午面垂直的平面上测量的距离，示意图中的基线是在光轴上，曲线顶部代表最大视场(角度或高度)，在纵轴上不设置单位，这是因为曲线总是用最大的径向视场来归一化的。

另外，从图4和图5中可知，本申请提供的高性能光学镜头100畸变控制较好，在7%以内。一般来说，高性能光学镜头100畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称，也就是因为透视原因造成的失真，这种失真对于照片的成像质量是非常不利的，毕竟摄影的目的是为了再现，而非夸张，但因为这是透镜的固有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线)，所以无法消除，只能改善。由图4可见，实施例1中的定焦镜头畸变仅为6.88％，实施例2中的定焦镜头畸变仅为6.26％，这样设置畸变是为了平衡焦距，视场角及对应相机靶面的大小，畸变造成的形变可以通过后期图像处理对其进行校正。

请参阅图6和图7，图6是本申请提供的实施例1在可见光波段的横向光扇图，图7是本申请提供的实施例2在可见光波段的横向光扇图。从图6和图7中可知，光扇图中曲线较为集中，本申请提供的高性能光学镜头100的球差及色散也控制较好。

请参阅图8和图9，图8是本申请提供的实施例1在可见光波段的点列图，图9是本申请提供的实施例2在可见光波段的点列图。从图8和图9中可知，本申请提供的高性能光学镜头100的光斑半径较小，也比较集中，对应的像差和慧差也很好。

区别于现有技术，本申请提供一种高性能光学镜头，该高性能光学镜头包括沿光轴由物侧至像侧依序包括具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、光阑、透镜组、具有正光焦度的第四透镜和具有负光焦度的第五透镜；其中，所述透镜组用于消除色差。通过对高性能光学镜头中的透镜的规划设置，能够保证高性能光学镜头具有高解像能力的同时具有较好的成像质量，且能够使得高性能光学镜头具有较好的畸变控制特性；并且，组成高性能光学镜头的透镜数量较少，缩短了高性能光学镜头的镜头总长，缩短了高性能光学镜头的尺寸，实现了高性能光学镜头小型化；另外，本申请提供的高性能光学镜头能够支持大靶面的sensor和大光圈的使用，大靶面的sensor相比小靶面的sensor拥有更大的单像素尺寸和更高的像素数量，使得拍摄到的画面更加清晰，提高了高性能光学镜头的成像质量，而大光圈的使用能够使得高性能光学镜头一次可接收更多光线，能够使得高性能光学镜头适应低照或者暗光条件下的拍摄需求；此外，本申请提供的高性能光学镜头能够适应在各种温度环境使用，适用范围更广。

本申请还提供一种高精度激光雷达。高精度激光雷达包括上述任一实施方式中的高性能光学镜头100和图像传感器。由于通过对高性能光学镜头100中的透镜的规划设置，能够保证高性能光学镜头100具有高解像能力的同时具有较好的成像质量，且能够使得高性能光学镜头100具有较好的畸变控制特性；并且，组成高性能光学镜头100的透镜数量较少，缩短了高性能光学镜头100的镜头总长，缩短了高性能光学镜头100的尺寸，实现了高性能光学镜头100小型化；另外，本申请提供的高性能光学镜头100能够支持大靶面的sensor和大光圈的使用，大靶面的sensor相比小靶面的sensor拥有更大的单像素尺寸和更高的像素数量，使得拍摄到的画面更加清晰，提高了高性能光学镜头100的成像质量，而大光圈的使用能够使得高性能光学镜头100一次可接收更多光线，能够使得高性能光学镜头100适应低照或者暗光条件下的拍摄需求；此外，本申请提供的高性能光学镜头100能够适应在各种温度环境使用，适用范围更广。本申请提供的高精度激光雷达也相应的具有上述效果。

若本申请技术方案涉及个人信息，应用本申请技术方案的产品在处理个人信息前，已明确告知个人信息处理规则，并取得个人自主同意。若本申请技术方案涉及敏感个人信息，应用本申请技术方案的产品在处理敏感个人信息前，已取得个人单独同意，并且同时满足“明示同意”的要求。例如，在摄像头等个人信息采集装置处，设置明确显著的标识告知已进入个人信息采集范围，将会对个人信息进行采集，若个人自愿进入采集范围即视为同意对其个人信息进行采集；或者在个人信息处理的装置上，利用明显的标识/信息告知个人信息处理规则的情况下，通过弹窗信息或请个人自行上传其个人信息等方式获得个人授权；其中，个人信息处理规则可包括个人信息处理者、个人信息处理目的、处理方式以及处理的个人信息种类等信息。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种高性能光学镜头，其特征在于，所述高性能光学镜头包括7块特定光焦度的透镜，沿光轴由物侧至像侧依序包括：

具有正光焦度的第一透镜；

具有正光焦度的第二透镜；

具有负光焦度的第三透镜；

光阑；

透镜组，由从所述物侧至所述像侧依序设置的第六透镜和第七透镜胶合而成，所述第六透镜为负光焦度透镜，所述第七透镜为正光焦度透镜，所述透镜组用于消除色差；其中，所述透镜组与所述高性能光学镜头的焦距比和视场角函数满足以下关系：

，/>

表示所述透镜组与所述高性能光学镜头的焦距比，/>

表示所述高性能光学镜头的视场角；

具有正光焦度的第四透镜；

具有负光焦度的第五透镜。

2.根据权利要求1所述的高性能光学镜头，其特征在于，

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为弯月透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凹透镜。

3.根据权利要求2所述的高性能光学镜头，其特征在于，

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜中的至少一个透镜的结构为：靠近所述物侧的一面为凸面、靠近所述像侧的一面为凹面。

4.根据权利要求1所述的高性能光学镜头，其特征在于，

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为球面镜片，所述第四透镜为非球面镜片；

和/或，所述第六透镜的阿贝数小于或等于21；

和/或，所述第七透镜的阿贝数小于或等于30。

5.根据权利要求1所述的高性能光学镜头，其特征在于，

所述第三透镜的物侧面的第二中心曲率半径和所述第二透镜的像侧面的第一中心曲率半径之差与所述第一中心曲率半径和所述第二中心曲率半径之和的比值小于或等于0.45；

和/或，所述第二透镜的折射率小于或等于1.7；

和/或，所述第三透镜的折射率小于或等于1.8；

和/或，所述第二透镜的焦距与所述高性能光学镜头的焦距间的比值小于或等于1.6；

和/或，所述第一透镜的焦距小于或等于31.3；

和/或，所述第四透镜的焦距小于或等于10.8；

和/或，所述第五透镜的焦距小于或等于-14.6。

6.根据权利要求1所述的高性能光学镜头，其特征在于，

所述高性能光学镜头还包括沿所述光轴由所述物侧至所述像侧依序设置的滤光片和成像面，所述滤光片设置于所述第五透镜靠近所述像侧的一面；

和/或，所述光阑为孔径光阑。

7.一种高精度激光雷达，其特征在于，

所述高精度激光雷达包括权利要求1-6任一项所述的高性能光学镜头和图像传感器。

Images