CN107526151B - 视觉镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种视觉镜头，包括：第一透镜，其物侧靠近拍摄目标；第二透镜，位于所述第一透镜的像侧；第三透镜，位于所述第二透镜的像侧；第四透镜，位于所述第三透镜的像侧；第五透镜，位于所述第四透镜的像侧；以及光阑；所述第一透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为正焦距透镜，所述第二透镜和所述第三透镜为负焦距透镜。本发明的视觉镜头分辨率高、光学倍率大且光学倍率范围较广。
Description
技术领域
本发明涉及一种视觉镜头，尤其涉及一种由五片透镜组成的机器视觉镜头。
背景技术
机器视觉是指用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉镜头捕捉画面，通过工业相机等图像摄取装置，将被摄取目标转换成图像信号，然后通过图像处理系统，对这些信号进行运算并抽取目标特征，如位置、尺寸、外观等，再根据预设条件输出结果，实现自动识别、判断、测量等功能。近年来，随着各行业的迅速发展，通常在一些危险工作环境中，使用机器视觉来代替人工视觉，同时在批量作业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法则可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。
随着机器视觉行业的发展，各种各样的机器视觉镜头面世，但是这些机器视觉镜头光学放大倍率都很小，通常光学倍率保持在物的大小是像的大小的几十倍甚至几百倍，这样的机器视觉镜头虽然拍摄范围广，但是其拍摄范围内物体的细节不能够被清晰的表现出来，而在批量作业过程中或者其他应用场合，通常需要对被判断物体的细节如外观、伤痕、大小、位置等进行判断，使用放大倍率小的镜头，对被摄物体的细节部分无法很好的进行品质判断，这就需要使用光学倍率较大的机器视觉镜头来判断被摄物体的细节。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种高分辨率，光学倍率大且光学倍率范围广的视觉镜头。
为实现上述发明目的，本发明提供一种视觉镜头，包括：
第一透镜，其物侧靠近拍摄目标；
第二透镜，位于所述第一透镜的像侧；
第三透镜，位于所述第二透镜的像侧；
第四透镜，位于所述第三透镜的像侧；
第五透镜，位于所述第四透镜的像侧；以及
光阑；
所述第一透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为正焦距透镜，所述第二透镜和所述第三透镜为负焦距透镜。
根据本发明的一个方面，沿着物侧至像侧的方向，所述第一透镜为凸-凹透镜；
所述第二透镜为凸-凹透镜或者凹-凸透镜；所述第三透镜为双凹透镜或者凹-凸透镜；
所述第四透镜为双凸透镜或者凹-凸透镜；
所述第五透镜为双凸透镜。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜为凹-凸透镜时，所述第二透镜与所述第三透镜构成胶合镜片组；或者，
所述第二透镜为凸-凹透镜、所述第三透镜为双凹透镜和所述第四透镜为双凸透镜时，所述第三透镜与所述第四透镜构成胶合镜片组；或者
所述第二透镜为凸-凹透镜、所述第三透镜为凹-凸透镜和所述第四透镜为凹-凸透镜时，所述第三透镜与所述第四透镜构成胶合镜片组。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜与所述第三透镜构成胶合镜片组时，所述光阑位于所述第三透镜和所述第四透镜之间；或者，
所述第三透镜与所述第四透镜构成胶合镜片组时，所述光阑位于所述第二透镜和所述第三透镜之间。
根据本发明的一个方面，该视觉镜头满足0.5＜Mag＜1.25，其中Mag表示视觉镜头的光学倍率。
根据本发明的一个方面，该视觉镜头满足1.85＜TTL/EFL＜2.7，其中TTL表示视觉镜头的光学总长，EFL表示光学镜头的焦距。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜的折射率和阿贝数分别为n2和v2，并且满足以下关系式：
0.35＜n2-v2/25＜0.65。
根据本发明的一个方面，所述第四透镜的折射率和阿贝数分别为n4和v4，并且满足以下关系式：
3.2＜n4+v4/45＜3.5。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜的折射率和阿贝数分别为n5和v5，并且满足以下关系式：
3.4＜n5+v5/45＜3.6。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜的异常色散值为dpgf1，并且满足以下关系式：
11＜1000*dpgf1＜12。
根据本发明的一个方面，所述第二透镜的异常色散值为dpgf2，并且满足以下关系式：
6＜1000*dpgf2＜10。
根据本发明的一个方面，所述第四透镜的异常色散值为dpgf4，并且满足以下关系式：
28＜1000*dpgf4＜40。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜的异常色散值为dpgf5，并且满足以下关系式：
39＜1000*dpgf5＜57。
根据本发明的一个方面，当所述第三透镜和所述第四透镜构成胶合镜片组时，所述第二透镜的焦距为efy2，所述第三透镜和所述第四透镜构成的胶合镜片组的焦距为efy34，并且满足以下关系式：
1.7＜efy34/efy2＜3.2。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜和所述第五透镜的焦距分别为efy1和efy5，并且满足以下关系式：
1.3＜efy5/efy1＜1.6。
根据本发明的一个方面，所述第五透镜的中心厚度为thic5，并且满足以下关系式：
0.4＜thic5*10/EFL＜0.6。
根据本发明的视觉镜头，镜头中从物侧到像侧依次设置有具有正、负、负、正、正焦距的五片透镜，使得根据本发明的视觉镜头的分辨率高，光学倍率大且光学倍率范围较广。此外，该长焦距视觉镜头的劣势在于色差难以校正，故本发明视觉镜头在结构上采用改进的双高斯结构，且在光阑A的像侧设置有能消除色差的胶合透镜，可以很好的消除视觉镜头的色差、降低镜头的畸变。而光阑A物侧和像侧的透镜，均为凹面朝向光阑A，可以有效地校正视觉镜头的像差。
根据本发明的视觉镜头的的光学倍率为Mag,0.5＜Mag＜1.2。0.5-1.2范围的光学倍率相较于传统视觉镜头而言，光学倍率更大且光学倍率范围较广，此范围的光学倍率使得镜头能够很好地对大小不同物面范围的细节进行捕捉，分辨率更高，成像品质更好，适用范围更广。此外，根据本发明的视觉镜头中各透镜布置方式、材料选用和焦距分配更为合理，能够有效的校正镜头的色差和像差，同时保证镜头的畸变率小于0.1％。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的视觉镜头中各透镜布置示意图；
图2示意性表示根据本发明的第一种实施方式的视觉镜头的解析力图；
图3示意性表示根据本发明的第一种实施方式的视觉镜头的光扇图；
图4示意性表示根据本发明的第一种实施方式的视觉镜头的点列图；
图5示意性表示根据本发明的第一种实施方式的视觉镜头的轴上色差图；
图6示意性表示根据本发明的第一种实施方式的视觉镜头的离焦曲线图；
图7示意性表示根据本发明的第一种实施方式的视觉镜头的畸变图；
图8示意性表示根据本发明的第二种实施方式的视觉镜头的解析力图；
图9示意性表示根据本发明的第二种实施方式的视觉镜头的光扇图；
图10示意性表示根据本发明的第二种实施方式的视觉镜头的点列图；
图11示意性表示根据本发明的第二种实施方式的视觉镜头的轴上色差图；
图12示意性表示根据本发明的第二种实施方式的视觉镜头的离焦曲线图；
图13示意性表示根据本发明的第二种实施方式的视觉镜头的畸变图；
图14示意性表示根据本发明的第三种实施方式的视觉镜头的解析力图；
图15示意性表示根据本发明的第三种实施方式的视觉镜头的光扇图；
图16示意性表示根据本发明的第三种实施方式的视觉镜头的点列图；
图17示意性表示根据本发明的第三种实施方式的视觉镜头的轴上色差图；
图18示意性表示根据本发明的第三种实施方式的视觉镜头的离焦曲线图；
图19示意性表示根据本发明的第三种实施方式的视觉镜头的畸变图；
图20示意性表示根据本发明的第四种实施方式的视觉镜头的解析力图；
图21示意性表示根据本发明的第四种实施方式的视觉镜头的光扇图；
图22示意性表示根据本发明的第四种实施方式的视觉镜头的点列图；
图23示意性表示根据本发明的第四种实施方式的视觉镜头的轴上色差图；
图24示意性表示根据本发明的第四种实施方式的视觉镜头的离焦曲线图；
图25示意性表示根据本发明的第四种实施方式的视觉镜头的畸变图；
图26示意性表示根据本发明的五种实施方式的视觉镜头中各透镜布置示意图；
图27示意性表示根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头的解析力图；
图28示意性表示根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头的光扇图；
图29示意性表示根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头的点列图；
图30示意性表示根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头的轴上色差图；
图31示意性表示根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头的离焦曲线图；
图32示意性表示根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头的畸变图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的视觉镜头中的各个透镜的结构布置图。如图1所示，根据本发明的视觉镜头包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和光阑A。第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5按照从物侧到像侧的方向依次设置，即第一透镜L1靠近被拍摄物设置，第二透镜L2设置在第一透镜L1的像侧，第三透镜L3设置在第二透镜L2的像侧，第四透镜L4设置在第三透镜L3的像侧，第五透镜L5设置在第四透镜L4的像侧。根据本发明的视觉镜头，第一透镜L1为正焦距透镜，第二透镜L2为负焦距透镜，第三透镜L3为负焦距透镜，第四透镜L4为正焦距透镜，第五透镜L5为正焦距透镜。
如图1所示，在本实施方式中，第一透镜L1为凸-凹透镜，第一透镜L1的凸面朝向物侧。第二透镜L2为凸-凹透镜，第二透镜L2的凸面朝向物侧，凹面朝向像侧。第三透镜L3为双凹透镜，第四透镜L4和第五透镜L5均为双凸透镜。根据本发明的一种实施方式的视觉镜头，第三透镜L3和第四透镜L4为胶合镜片组，即第三透镜L3朝向像侧的凹面和第四透镜L4朝向物侧的凸面胶合在一起，形成胶合透镜。在本实施方式中，光阑A设在第二透镜L2和第三透镜L3之间。
根据本发明的另一种实施方式，第一透镜L1为凸-凹透镜，第一透镜L1的凸面朝向物侧。第二透镜L2为凹-凸透镜，第二透镜L2的凹面朝向物侧，凸面朝向像侧。第三透镜L3为双凹透镜，第四透镜L4和第五透镜L5均为双凸透镜。第二透镜L2朝向像侧的凸面可以和第三透镜L3朝向物侧的凹面胶合在一起，即第二透镜L2和第三透镜L3为胶合镜片组。此时，光阑A设置在第三透镜L3和第四透镜L4之间。
此外，根据本发明中的视觉镜头的再一种实施方式，第一透镜L1为凸-凹透镜，第二透镜L2为凸-凹透镜、第三透镜L3为凹-凸透镜、第四透镜L4为凹-凸透镜时，第三透镜L3和第四透镜L4构成胶合镜片组。在本实施方式中，光阑A设在第二透镜L2和第三透镜L3之间。根据本发明的视觉镜头，镜头中从物侧到像侧依次设置有具有正、负、负、正、正焦距的五片透镜，使得根据本发明的视觉镜头的分辨率更高，光学倍率大且光学倍率范围较广。此外，该长焦距视觉镜头的劣势在于色差难以校正，故本发明视觉镜头在结构上采用改进的双高斯结构，光阑A的像侧设置有能消除色差的胶合透镜，可以很好的消除视觉镜头的色差、降低镜头的畸变。而光阑A物侧和像侧的透镜均为凹面或者非凸面朝向光阑A，可以有效地校正视觉镜头的像差。
根据本发明的视觉镜头，镜头的光学总长TTL和镜头的焦距EFL应满足关系：1.85＜TTL/EFL＜2.7。如此设置的好处是当镜头的焦距EFL为定值时，可以通过改变镜头的光学总长TTL，使得镜头可以对不同范围的物面成像，从而实现不同的光学倍率。镜头的光学倍率是指像方范围与物方范围的比值，在本实施方式中，镜头的光学倍率为Mag,根据本发明的视觉镜头的光学倍率能够满足：0.5＜Mag＜1.2。0.5-1.2范围的光学倍率相较于传统视觉镜头而言，光学倍率更大且光学倍率范围较广，此范围的光学倍率可以保证被拍摄物的细节部分的成像品质。在本实施方式中，镜头的像面大小设计为φ16mm，0.5-1.2范围的光学倍率能够对物方范围φ13.3mm-φ32mm的物面成像，从而使得镜头能够很好地对大小不同物面范围的细节进行捕捉，分辨率更高，成像品质更好，适用范围更广。
如图1所示，根据本发明的一种实施方式，第三透镜L3和第四透镜L4为胶合镜片组，此时，镜头的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3和第四透镜L4构成的胶合镜片组以及第五透镜L5的焦距分别为efy1、efy2、efy34和efy5。为使本发明的镜头中各个透镜的光焦度分配更为合理、公差分布更为均匀，从而降低镜头的结构公差敏感度等问题，各个透镜的焦距应满足关系：1.3＜efy5/efy1＜1.6；1.7＜efy34/efy2＜3.2。
此外，根据本发明的视觉镜头的焦距比较长，色差校正较为困难，为更好的校正镜头的色差，应充分考虑透镜的折射率、阿贝数以及异常色散值。根据本发明的第二透镜L2、第四透镜L4、第五透镜L5的折射率和阿贝数分别为n2、n4、n5和v2、v4、v5，透镜的折射率和阿贝数应分别满足关系：0.35＜n2-v2/25＜0.65；3.2＜n4+v4/45＜3.5；3.4＜n5+v5/45＜3.6。根据本发明的第一透镜L1、第二透镜L2、第四透镜L4和第五透L5的异常色散值分别为dpgf1、dpgf2、dpgf4和dpgf5，应分别满足关系：11＜1000*dpgf1＜12；6＜1000*dpgf2＜10；28＜1000*dpgf4＜40；39＜1000*dpgf5＜57。为进一步保证可以更好的校正镜头的色差和场曲，可以通过合理的控制第五透镜L5的厚度与镜头焦距EFL的关系，第五透镜L5的厚度为thic5，第五透镜L5的厚度与镜头焦距EFL的关系应满足：0.4＜thic5*10/EFL＜0.6。
| 条件式 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| Mag | (0.5,1.2) | (0.5,1.2) | (0.5,1.2) | (0.5,1.2) | (0.5,1.2) |
| TTL/EFL | (1.88,2.57) | (1.93,2.63) | (1.92,2.62) | (1.88,2.59) | (1.87,2.57) |
| 1000*dpgf1 | 11.3 | 11.1 | 11.7 | 11.1 | 11.1 |
| 1000*dpgf2 | 9.8 | 8.8 | 8.8 | 6.3 | 9.8 |
| 1000*dpgf4 | 37.5 | 28.7 | 28.7 | 39.8 | 28.7 |
| 1000*dpgf5 | 39.8 | 56.4 | 46.1 | 46.1 | 46.1 |
| n2-v2/25 | 0.64 | 0.39 | 0.39 | 0.45 | 0.63 |
| n4+v4/45 | 3.3 | 3.3 | 3.32 | 3.46 | 3.32 |
| n5+v5/45 | 3.45 | 3.55 | 3.55 | 3.55 | 3.55 |
| efy5/efy1 | 1.39 | 1.58 | 1.57 | 1.35 | 1.35 |
| Efy34/efy2 | 2.06 | 2.92 | 2.88 | 1.82 | 1.93 |
| Thic5*10/EFL | 0.46 | 0.453 | 0.445 | 0.454 | 0.454 |
表1
表1是根据本发明的五种实施方式的视觉镜头的相关数据表。图2-图7是示意性表示根据本发明的第一种实施方式的视觉镜头的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图、畸变图。图8-图13图是示意性表示根据本发明的第二种实施方式的视觉镜头的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图、畸变图。图14-图19是示意性表示根据本发明的第三种实施方式的视觉镜头的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图、畸变图。图20-图25是示意性表示根据本发明的第四种实施方式的视觉镜头的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图、畸变图。图26-图31是示意性表示根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图、畸变图。
根据本发明第一种实施方式，视觉镜头的焦距EFL为108.8mm，第五透镜L5的厚度thic5与焦距EFL的关系为thic5*10/EFL＝0.46。视觉镜头中透镜的各项参数如表2：
表2
在本实施方式中，第三透镜L3和第四透镜L4为胶合镜片组。如表2所示，镜头中的各透镜均具有球面，第一透镜L1的物侧面和像侧面的曲率半径分别为49mm和285mm。第二透镜L2的物侧面和像侧面的曲率半径分别为72mm和30mm。第三透镜L3的物侧面的曲率半径为-25mm,第四透镜L4的像侧面的曲率半径为-30mm,第三透镜L3像侧凹面和第四透镜L4的物侧凸面胶合部分的曲率半径为90mm。第五透镜L5的物侧凸面的曲率半径可以为无穷大，像侧凸面的曲率半径为-40mm。在本实施方式中，视觉镜头中各透镜的焦距分别为efy1＝60.34，efy2＝-69.89，efy34＝-143.7，efy5＝84.12。efy5/efy1＝1.39，efy34/efy2＝2.06。1000*dpgf1、1000*dpgf2、1000*dpgf4以及1000*dpgf5分别为11.3、9.8、37.5以及39.8。n2-v2/25＝0.64，n4+v4/45＝3.3，n5+v5/45＝3.45。由表1、表2可知，镜头中各透镜的折射率、阿贝数以及异常色散值均满足根据本发明的镜头对于各透镜的相关要求。因为镜头的焦距EFL为定值108.8mm，可以通过改变TTL/EFL的值，即改变镜头的光学总长TTL，来改变物距，进而改变镜头的光学倍率。镜头的光学倍率与物距、镜头光学总长TTL、TTL/EFL的对应关系如表3：
| 光学倍率 | 1.2X | 1X | 0.9X | 0.8X | 0.7X | 0.6X | 0.5X |
| 物距(mm) | 162.7 | 181 | 193 | 208 | 227 | 253 | 28 |
| TTL | 280 | 258 | 247 | 236 | 226 | 215 | 204 |
| TTL/EFL | 2.57 | 2.37 | 2.27 | 2.17 | 2.08 | 1.98 | 1.88 |
表3
参照图2-图7，图2-图7是视觉镜头工作物距为162.7mm-288mm，焦距为108.8mm，光学倍率为0.5-1.2时的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图以及畸变图。从图中可以看出，根据本实施方式的视觉镜头，相较于传统视觉镜头而言，解析力更高，即对成像细节的呈现更好，轴上色差控制在-0.05mm至0.15mm的范围内，镜头离焦(即镜头焦深范围)控制在-0.1mm至0.1mm范围内，畸变率在-0.04％以内。由此可见，根据本发明的第一种实施方式的视觉镜头满足分辨率高、光学倍率大、色差易于校正以及低畸变的要求。
根据本发明的第二种实施方式，视觉镜头的焦距EFL为110.3mm，第五透镜L5的厚度thic5与焦距EFL的关系为thic5*10/EFL＝0.453。视觉镜头中透镜的各项参数如表4：
| 表面类型 | 曲率半径 | 厚度 | 材料(折射率/阿贝数) | dpgf*1000 |
| 球面 | 40.1 | 3.7 | 2.0/25 | 11.1 |
| 球面 | 288.9 | 0.1 | ||
| 球面 | 164.4 | 2.7 | 1.67/32 | 8.8 |
| 球面 | 25 | 6 | ||
| 球面 | -20.8 | 0.85 | 1.57/42 | |
| 球面 | 55.8 | 4.6 | 1.5/81 | 28.7 |
| 球面 | -26.2 | 14 | ||
| 球面 | 322 | 5 | 1.44/95 | 56.4 |
| 球面 | -35.2 | 230.6 |
表4
在本实施方式中，第三透镜L3和第四透镜L4为胶合镜片组。如表4所示，镜头中的各透镜均具有球面，第一透镜L1的物侧面和像侧面的曲率半径分别为40.1mm和288.9mm。第二透镜L2的物侧面和像侧面的曲率半径分别为164.4mm和25mm。第三透镜L3的物侧面的曲率半径为-20.8mm,第四透镜L4的像侧面的曲率半径为-26.2mm,第三透镜L3像侧凹面和第四透镜L4的物侧凸面胶合部分的曲率半径为55.8mm。第五透镜L5的物侧面和像侧面的曲率半径分别为322mm和-35.2mm。在本实施方式中，视觉镜头中各透镜的焦距分别为efy1＝46.22，efy2＝-44.24，efy34＝-129.1，efy5＝73。efy5/efy1＝1.58，efy34/efy2＝2.92，1000*dpgf1、1000*dpgf2、1000*dpgf4以及1000*dpgf5分别为11.1、8.8、28.7以及56.4。n2-v2/25＝0.39，n4+v4/45＝3.3，n5+v5/45＝3.55。由表1、表4可知，镜头中各透镜的折射率、阿贝数以及异常色散值均满足根据本发明的镜头对于各透镜的相关要求。因为镜头的焦距EFL为定值110.3mm，可以通过改变TTL/EFL的值，即改变镜头的光学总长TTL，来改变物距，进而改变镜头的光学倍率。镜头的光学倍率与物距、镜头光学总长TTL、TTL/EFL的对应关系如表5:
| 光学倍率 | 1.2X | 1X | 0.9X | 0.8X | 0.7X | 0.6X | 0.5X |
| 物距(mm) | 161 | 180 | 192 | 207 | 227 | 253 | 290 |
| TTL | 289.8 | 267.6 | 256.8 | 245.9 | 234.6 | 223.7 | 212.5 |
| TTL/EFL | 2.63 | 2.43 | 2.33 | 2.23 | 2.13 | 2.03 | 1.93 |
表5
参照图8-图13，图8-图13是视觉镜头工作物距为161mm-290mm，焦距为110.3mm，光学倍率为0.5-1.2时的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图以及畸变图。从图中可以看出，根据本实施方式的视觉镜头，相较于传统视觉镜头而言，解析力更高，即对成像细节的呈现更好，轴上色差控制在-0.05mm至0.15mm的范围内，镜头离焦(即镜头焦深范围)控制在-0.1mm至0.05mm范围内，畸变率在-0.06％以内。由此可见，根据本发明的第二种实施方式的视觉镜头也满足分辨率高、光学倍率大、色差易于校正以及低畸变的要求。
根据本发明的第三种实施方式，视觉镜头的焦距EFL为110mm，第五透镜L5的厚度thic5与焦距EFL的关系为thic5*10/EFL＝0.445。视觉镜头中透镜的各项参数如表6：
表6
在本实施方式中，第三透镜L3和第四透镜L4为胶合镜片组。如表6所示，镜头中的各透镜均具有球面，第一透镜L1的物侧面和像侧面的曲率半径分别为44.5mm和629.8mm。第二透镜L2的物侧面和像侧面的曲率半径分别为203.4mm和27.1mm。第三透镜L3的物侧面的曲率半径为-21.1mm,第四透镜L4的像侧面的曲率半径为-26.3mm,第三透镜L3像侧凹面和第四透镜L4的物侧凸面胶合部分的曲率半径为61.3mm。第五透镜L5的物侧面和像侧面的曲率半径分别为301.7mm和-36.7mm。在本实施方式中，视觉镜头中各透镜的焦距分别为efy1＝47.7，efy2＝-46.7，efy34＝-134.45，efy5＝75。efy5/efy1＝1.57，efy34/efy2＝2.88。1000*dpgf1、1000*dpgf2、1000*dpgf4以及1000*dpgf5分别为11.7、8.8、28.7以及46.1。n2-v2/25＝0.39，n4+v4/45＝3.32，n5+v5/45＝3.55。由表1、表6可知，镜头中各透镜的折射率、阿贝数以及异常色散值均满足根据本发明的镜头对于各透镜的相关要求因为镜头的焦距EFL为定值110mm，可以通过改变TTL/EFL的值，即改变镜头的光学总长TTL，来改变物距，进而改变镜头的光学倍率。镜头的光学倍率与物距、镜头光学总长TTL、TTL/EFL的对应关系如表7:
| 光学倍率 | 1.2X | 1X | 0.9X | 0.8X | 0.7X | 0.6X | 0.5X |
| 物距(mm) | 161.5 | 180 | 192 | 207 | 227 | 252 | 288 |
| TTL | 288.4 | 266.2 | 255.4 | 244.5 | 233.3 | 222.7 | 211.7 |
| TTL/EFL | 2.62 | 2.42 | 2.32 | 2.22 | 2.12 | 2.02 | 1.92 |
表7
参照图14-图19，图14-图19是视觉镜头工作物距为161.5mm-288mm，焦距为110mm，光学倍率为0.5-1.2时的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图以及畸变图。从图中可以看出，根据本实施方式的视觉镜头，相较于传统视觉镜头而言，解析力更高，即对成像细节的呈现更好，轴上色差控制在-0.05mm至0.17mm的范围内，镜头离焦(即镜头焦深范围)控制在-0.1mm至0.06mm范围内，畸变率在-0.06％以内。由此可见，根据本发明的第三种实施方式的视觉镜头也满足分辨率高、光学倍率大、色差易于校正以及低畸变的要求。
根据本发明的第四种实施方式，视觉镜头的的焦距EFL为108.3mm，第五透镜L5的厚度thic5与焦距EFL的关系为thic5*10/EFL＝0.454。视觉镜头中透镜的各项参数如表8：
| 表面类型 | 曲率半径 | 厚度 | 材料(折射率/阿贝数) | dpgf*1000 |
| 球面 | 41 | 4.2 | 2/25 | 11.1 |
| 球面 | 183 | 0.1 | ||
| 球面 | 76.7 | 2.8 | 1.69/31 | 6.3 |
| 球面 | 25.8 | 6.1 | ||
| 球面 | -23.4 | 0.85 | 1.57/43 | |
| 球面 | 50.7 | 4.4 | 1.46/90 | 39.8 |
| 球面 | -29.2 | 13.7 | ||
| 球面 | 253.1 | 4.92 | 1.44/95 | 46.1 |
| 球面 | -35.8 | 221.2 |
表8
在本实施方式中，第三透镜L3和第四透镜L4为胶合镜片组。如表8所示，镜头中的各透镜均具有球面，第一透镜L1的物侧面和像侧面的曲率半径分别为41mm和183mm。第二透镜L2的物侧面和像侧面的曲率半径分别为76.7mm和25.8mm。第三透镜L3的物侧面的曲率半径为-23.4mm,第四透镜L4的像侧面的曲率半径为-29.2mm,第三透镜L3像侧凹面和第四透镜L4的物侧凸面胶合部分的曲率半径为50.7mm。第五透镜L5的物侧面和像侧面的曲率半径分别为253.1mm和-35.8mm。在本实施方式中，视觉镜头中各透镜的焦距分别为efy1＝53.2，efy2＝-57.8，efy34＝-105.2，efy5＝72。efy5/efy1＝1.35，efy34/efy2＝1.82。1000*dpgf1、1000*dpgf2、1000*dpgf4以及1000*dpgf5分别为11.1、6.3、39.8以及46.1。n2-v2/25＝0.45，n4+v4/45＝3.46，n5+v5/45＝3.55。由表1、表8可知，镜头中各透镜的折射率、阿贝数以及异常色散值均满足根据本发明的镜头对于各透镜的相关要求。因为镜头的焦距EFL为定值108.3mm，可以通过改变TTL/EFL的值，即改变镜头的光学总长TTL，来改变物距，进而改变镜头的光学倍率。镜头的光学倍率与物距、镜头光学总长TTL、TTL/EFL的对应关系如表9:
| 光学倍率 | 1.2X | 1X | 0.9X | 0.8X | 0.7X | 0.6X | 0.5X |
| 物距(mm) | 161 | 179 | 191 | 206 | 225 | 251 | 287 |
| TTL | 280 | 258 | 247 | 236 | 225.6 | 214.6 | 203.7 |
| TTL/EFL | 2.59 | 2.38 | 2.28 | 2.18 | 2.08 | 1.98 | 1.88 |
表9
参照图20-图25，图20-图25是视觉镜头工作物距为161mm-287mm，焦距为108.3mm，光学倍率为0.5-1.2时的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图以及畸变图。从图中可以看出，根据本实施方式的视觉镜头，相较于传统视觉镜头而言，解析力更高，即对成像细节的呈现更好，轴上色差控制在0mm至0.1mm的范围内，镜头离焦控制在-0.1mm至0.06mm范围内，畸变率在-0.06％以内。由此可见，根据本发明的第四种实施方式的视觉镜头也满足分辨率高、光学倍率大、色差易于校正以及低畸变的要求。
图26示意性表示根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头中的各个透镜的结构布置图。如图26所示，根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头中的第三透镜L3和第四透镜L4的结构与前四种实施方式的结构有所不同，在上述的四种实施方式中，第三透镜L3为双凹透镜，第四透镜L4则为双凸透镜。而在本实施方式中，第三透镜L3和第四透镜L4均为凹凸透镜，即物侧面为凹面，像侧面为凸面。在这种结构布置中，第三透镜L3和第四透镜L4仍然可以构成胶合镜片组。
根据本发明的第五种实施方式，视觉镜头的的焦距EFL为108mm，第五透镜L5的厚度thic5与焦距EFL的关系为thic5*10/EFL＝0.454。视觉镜头中透镜的各项参数如表10：
表10
在本实施方式中，第三透镜L3和第四透镜L4为胶合镜片组。如表10所示，镜头中的各透镜均具有球面，第一透镜L1的物侧面和像侧面的曲率半径分别为57.7mm和693.7mm。第二透镜L2的物侧面和像侧面的曲率半径分别为65.6mm和29.3mm。第三透镜L3的物侧面的曲率半径为-20.5mm,第四透镜L4的像侧面的曲率半径为-23mm,第三透镜L3像侧凸面和第四透镜L4的物侧凹面胶合部分的曲率半径为-118.8mm。第五透镜L5的物侧面和像侧面的曲率半径分别为1235mm和-38mm。在本实施方式中，视觉镜头中各透镜的焦距分别为efy1＝63，efy2＝-74，efy34＝-143，efy5＝85。efy5/efy1＝1.35，efy34/efy2＝1.93。1000*dpgf1、1000*dpgf2、1000*dpgf4以及1000*dpgf5分别为11.1、9.8、28.7以及46.1。n2-v2/25＝0.63，n4+v4/45＝3.32，n5+v5/45＝3.55。由表1、表10可知，镜头中各透镜的折射率、阿贝数以及异常色散值均满足根据本发明的镜头对于各透镜的相关要求。因为镜头的焦距EFL为定值108mm，可以通过改变TTL/EFL的值，即改变镜头的光学总长TTL，来改变物距，进而改变镜头的光学倍率。镜头的光学倍率与物距、镜头光学总长TTL、TTL/EFL的对应关系如表11:
| 光学倍率 | 1.2X | 1X | 0.9X | 0.8X | 0.7X | 0.6X | 0.5X |
| 物距(mm) | 162 | 180 | 192 | 207 | 227 | 252 | 288 |
| TTL | 278 | 257 | 246 | 235 | 224 | 213 | 202 |
| TTL/EFL | 2.57 | 2.38 | 2.28 | 2.18 | 2.07 | 1.97 | 1.87 |
表11
参照图27-图32，图27-图32是视觉镜头工作物距为162mm-288mm，焦距为108mm，光学倍率为0.5-1.2时的解析力图、光扇图、点列图、轴上色差图、离焦曲线图以及畸变图。从图中可以看出，根据本实施方式的视觉镜头，相较于传统视觉镜头而言，解析力更高，即对成像细节的呈现更好，轴上色差控制在-0.05mm至0.15mm的范围内，镜头离焦控制在-0.1mm至0.1mm范围内，畸变率在-0.05％以内。由此可见，根据本发明的第五种实施方式的视觉镜头也满足分辨率高、光学倍率大、色差易于校正以及低畸变的要求。
上述内容仅为本发明的具体方案的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种视觉镜头，包括：
第一透镜(L1)，其物侧靠近拍摄目标；
第二透镜(L2)，位于所述第一透镜(L1)的像侧；
第三透镜(L3)，位于所述第二透镜(L2)的像侧；
第四透镜(L4)，位于所述第三透镜(L3)的像侧；
第五透镜(L5)，位于所述第四透镜(L4)的像侧；以及
光阑(A)；其特征在于，
所述第一透镜(L1)、所述第四透镜(L4)和所述第五透镜(L5)为正焦距透镜，所述第二透镜(L2)和所述第三透镜(L3)为负焦距透镜；
当所述第三透镜(L3)和所述第四透镜(L4)构成胶合镜片组时，所述第二透镜(L2)的焦距为efy2，所述第三透镜(L3)和所述第四透镜(L4)构成的胶合镜片组的焦距为efy34，并且满足以下关系式：
1.7＜efy34/efy2＜3.2；
所述第一透镜(L1)和所述第五透镜(L5)的焦距分别为efy1和efy5，并且满足以下关系式：
1.3＜efy5/efy1＜1.6。
2.根据权利要求1所述的视觉镜头，其特征在于，沿着物侧至像侧的方向，所述第一透镜(L1)为凸-凹透镜；
所述第二透镜(L2)为凸-凹透镜或者凹-凸透镜；
所述第三透镜(L3)为双凹透镜或者凹-凸透镜；
所述第四透镜(L4)为双凸透镜或者凹-凸透镜；
所述第五透镜(L5)为双凸透镜。
3.根据权利要求2所述的视觉镜头，其特征在于，所述第二透镜(L2)为凹-凸透镜时，所述第二透镜(L2)与所述第三透镜(L3)构成胶合镜片组；或者，
所述第二透镜(L2)为凸-凹透镜、所述第三透镜(L3)为双凹透镜和所述第四透镜(L4)为双凸透镜时，所述第三透镜(L3)与所述第四透镜(L4)构成胶合镜片组；或者，
所述第二透镜(L2)为凸-凹透镜、所述第三透镜(L3)为凹-凸透镜和所述第四透镜(L4)为凹-凸透镜时，所述第三透镜(L3)与所述第四透镜(L4)构成胶合镜片组。
4.根据权利要求3所述的视觉镜头，其特征在于，所述第二透镜(L2)与所述第三透镜(L3)构成胶合镜片组时，所述光阑(A)位于所述第三透镜(L3)和所述第四透镜(L4)之间；或者，
所述第三透镜(L3)与所述第四透镜(L4)构成胶合镜片组时，所述光阑(A)位于所述第二透镜(L2)和所述第三透镜(L3)之间。
5.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，该视觉镜头满足0.5＜Mag＜1.25，其中Mag表示视觉镜头的光学倍率。
6.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，该视觉镜头满足1.85＜TTL/EFL＜2.7，其中TTL表示视觉镜头的光学总长，EFL表示光学镜头的焦距。
7.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，所述第二透镜(L2)的折射率和阿贝数分别为n2和v2，并且满足以下关系式：
0.35＜n2-v2/25＜0.65。
8.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，所述第四透镜(L4)的折射率和阿贝数分别为n4和v4，并且满足以下关系式：
3.2＜n4+v4/45＜3.5。
9.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，所述第五透镜(L5)的折射率和阿贝数分别为n5和v5，并且满足以下关系式：
3.4＜n5+v5/45＜3.6。
10.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，所述第一透镜(L1)的异常色散值为dpgf1，并且满足以下关系式：
11＜1000*dpgf1＜12。
11.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，所述第二透镜(L2)的异常色散值为dpgf2，并且满足以下关系式：
6＜1000*dpgf2＜10。
12.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，所述第四透镜(L4)的异常色散值为dpgf4，并且满足以下关系式：
28＜1000*dpgf4＜40。
13.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，所述第五透镜(L5)的异常色散值为dpgf5，并且满足以下关系式：
39＜1000*dpgf5＜57。
14.根据权利要求1至4之一所述的视觉镜头，其特征在于，所述第五透镜(L5)的中心厚度为thic5，并且满足以下关系式：
0.4＜thic5*10/EFL＜0.6。
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| GR01 | Patent grant | ||
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