CN107797258B - 一种光学成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学成像镜头，包括两个单透镜和两个双胶合透镜，第三单透镜与第四单透镜之间的空气间隔距离满足：0.15＞D3/EFL＞0.08，第一单透镜与第二单透镜及第三单透镜与第二单透镜之间满足：(V1‑V2)>22，(V3‑V2)>22，其中V1、V2和V3三个透镜的阿贝数，第一单透镜和第四单透镜的镜面曲率分别满足：1.1≤∣R11/R12∣≤0.9，1.1≤∣R41/R42∣≤0.9，优点在于采用特定的透镜组合和特定的透镜面型，能够使组合后的光学透镜在物面和像面都倾斜的情况下，在像面有一个清晰的成像，且具有接近500万像素的高分辨率和较低的畸变。

Description

一种光学成像镜头
技术领域
本发明涉及一种光学镜头，尤其是涉及一种可用于机器视觉系统的光学成像镜头。
背景技术
机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种)代替人眼来做测量和判断，将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；然后由图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作，而机器视觉系统中的一个关键部件就是光学成像镜头。
近年来。随着微电子工业的迅猛发展，高分辨率，高处理速度的机器视觉系统不断诞生，这对与之配套的光学成像镜头提出了新的要求。目前大多数机器视觉系统的光学成像镜头的正常使用条件是物面像面均与镜头的光轴成90度夹角。但在一些特殊的场合，为了避免不必要的物体表面的反射杂散光进入成像系统，需要采用特定的结构设计，使镜头与物面保持一定的倾角，此时要在像面上得到清晰成像，则物面和像面满足下列条件：tanθ＝tanθ'×β，其中θ为物面与镜头光轴的夹角，θ’为像平面与镜头光轴的夹角，均取锐角，β为相应轴上点的垂轴放大倍率，即光学成像镜头需要放大的倍数。而对于上述的使用场合，正常使用条件下的普通的光学成像镜头就会产生倍率畸变，从而影响成像质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高分辨率且像面上成像清晰、低畸变的适用于物像面都倾斜的机器视觉系统的光学成像镜头。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光学成像镜头，包括两个单透镜和两个双胶合透镜，从物方开始依次为第一单透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜和第六单透镜，所述的第一双胶合透镜由第二单透镜和第三单透镜胶合而成，所述的第二双胶合透镜由第四单透镜和第五单透镜胶合而成，所述的第一单透镜、所述的第二单透镜、所述的第五单透镜和所述的第六单透镜均为双凸型正透镜，所述的第三单透镜和所述的第四单透镜为双凹型负透镜，所述的第三单透镜与所述的第四单透镜之间的空气间隔距离D3满足下列条件：0.15＞D3/EFL＞0.08，其中EFL是有效焦距，所述的第一单透镜与第二单透镜之间满足下列关系：(V1-V2)>22，所述的第三单透镜与第二单透镜之间满足下列关系：(V3-V2)>22，其中V1、V2和V3分别为第一单透镜、第二单透镜和第三单透镜的阿贝数，所述的第一单透镜的镜面曲率满足下列条件：1.1≤∣R11/R12∣≤0.9，所述的第四单透镜的镜面曲率满足下列条件：1.1≤∣R41/R42∣≤0.9，其中R11和R12为第一单透镜的物侧镜面和像侧镜面的曲率半径，R41和R42为第四单透镜的物侧镜面和像侧镜面的曲率半径。
所述的第三单透镜与所述的第四单透镜之间设置有光阑。
所述的光阑可以是可变光阑。
所述的第一单透镜之前设置有滤光片。
所述的第二单透镜的材料为冕玻璃，所述的第三单透镜的材料为重火石玻璃。
所述的第四单透镜的材料为重火石玻璃，所述的第五单透镜的材料为镧火石玻璃。
若定义光学成像镜头的焦距为f，光学成像镜头的入瞳直径为EPD，则满足下列条件：1.7＜f/EPD≤2.0。
与现有技术相比，本发明的优点在于特定的透镜组合和特定的透镜面型，能够使组合后的光学透镜在物面和像面都倾斜的情况下，在像面有一个清晰的成像，且具有接近500万像素的高分辨率和较低的畸变。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的光学成像镜头的结构示意图；
图2为本发明实施例一的示例1提供的光学成像镜头的光学传函MTF示意图；
图3为本发明实施例一的示例1提供的光学成像镜头的场曲及畸变示意图；
图4为本发明实施例一的示例2提供的光学成像镜头的光学传函MTF示意图；
图5为本发明实施例一的示例2提供的光学成像镜头的场曲及畸变示意图；
图6为本发明实施例一的示例3提供的光学成像镜头的光学传函MTF示意图；
图7为本发明实施例一的示例3提供的光学成像镜头的场曲及畸变示意图；
图8为本发明实施例二提供的光学成像镜头的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
本发明实施例一提供了一种如图1所示的光学成像镜头，包括两个单透镜和两个双胶合透镜，从物方开始依次为第一单透镜L1、第一双胶合透镜G11、第二双胶合透镜G12和第六单透镜L6，第一双胶合透镜G11由第二单透镜L2和第三单透镜L3胶合而成，第二双胶合透镜G12由第四单透镜L4和第五单透镜L5胶合而成；第一单透镜L1具有正光焦度，为双凸结构，用以提供镜头所需的部分屈光率，减小镜头总长度；第二单透镜L2具有正光焦度，为双凸结构；第三单透镜L3具有负光焦度，为双凹结构，与第二单透镜L2胶合，可补正第一单透镜L1和第二单透镜L2产生的像差；第四单透镜L4具有负光焦度，为双凹结构；第五单透镜L5具有正光焦度，为双凸结构，与第四单透镜L4胶合，用以补正系统像差；第六单透镜L6具有正光焦度，为双凸结构；第一单透镜L1之前设置有滤光片L7，第三单透镜L3与第四单透镜L4之间设置有可变光阑L8；为了减小镜头场曲，第三单透镜L3与第四单透镜L4之间的空气间隔距离D3满足下列条件：0.15＞D3/EFL＞0.08，其中EFL是有效焦距，为了校正色差，同时提高系统成像质量，第二单透镜L2的材料可以选择冕玻璃，第三单透镜L3的材料可以选择重火石玻璃，但第一单透镜L1与第二单透镜L2之间必须满足下列关系：(V1-V2)>22，第三单透镜L3与第二单透镜L2之间必须满足下列关系：(V3-V2)>22，其中V1、V2和V3分别为第一单透镜L1、第二单透镜L2和第三单透镜L3的阿贝数；在上述的情况下，第四单透镜L4的材料相应选择重火石玻璃，第五单透镜L5的材料选择镧火石玻璃。为了保证光学成像镜头的像差，第一单透镜L1的镜面曲率满足下列条件：1.1≤∣R11/R12∣≤0.9，第四单透镜L4的镜面曲率满足下列条件：1.1≤∣R41/R42∣≤0.9，其中R11和R12为第一单透镜L1的物侧镜面和像侧镜面的曲率半径，R41和R42为第四单透镜L4的物侧镜面和像侧镜面的曲率半径。若光学成像镜头的焦距为f，光学成像镜头的入瞳直径为EPD，则光学成像镜头满足下列条件：1.7≤f/EPD≤2.0；因此具有大光圈的特性，在不依赖景深的条件下也可以对倾斜物面进行清晰成像。
在本发明实施例一的示例1中提供了如图1所示的光学成像镜头，各项参数指标如下：
(1)焦距：44.21mm；
(2)像方F#＝1.9；
(3)光学总长(TTL)＝94mm；
(4)近轴放大倍率：-0.5.
本发明的拍摄镜头的物面和像面在满足下列条件时可以清晰成像：
tanθ＝tanθ'×β
其中θ’为像平面与镜头光轴的夹角，θ为物面与镜头光轴的夹角，均取锐角，β为相应轴上点的垂轴放大倍率。θ’和θ可以容许±1°的公差。在满足关系式2≥f/EPD≥1.7时镜头都可以正常成像。
具体扫描镜头参数如下表所示，MTF见图2和畸变见图3：
曲率半径mm 厚度mm 材料
L1第一面 68.206 5.007 H‐ZF6
L1第二面 ‐68.206 1.482 空气
L2第一面 17.662 7.279 H‐K9L
L2第二面 ‐29.857 0 空气
L3第一面 ‐29.867 3.194 H‐ZF6
L3第二面 13.488 4.391 空气
L4第一面 ‐15.873 1.548 H‐ZF10
L4第二面 15.873 0 空气
L5第一面 15.873 12.233 H‐LAF3B
L5第二面 ‐23.034 0.35 空气
L6第一面 105.413 4.348 H‐LAF3B
L6第二面 ‐51.497
在本发明实施例一的示例2中提供了如图1所示的光学成像镜头，各项参数指标如下：
(1)焦距：42.56mm；
(2)像方F#＝1.9；
(3)光学总长(TTL)＝81mm；
(4)近轴放大倍率：-0.5.
本发明的拍摄镜头的物面和像面在满足下列条件时可以清晰成像：
tanθ＝tanθ'×β
其中θ’为像平面与镜头光轴的夹角，θ为物面与镜头光轴的夹角，均取锐角，β为相应轴上点的垂轴放大倍率。θ’和θ可以容许±1°的公差。在满足关系式2≥f/EPD≥1.7时镜头都可以正常成像。
具体扫描镜头参数如下表所示，MTF见图4和畸变见图5：
曲率半径mm 厚度mm 材料
L1第一面 65.411 3.197 H‐ZF5
L1第二面 ‐65.411 3.180 空气
L2第一面 18.039 8.979 BAK4
L2第二面 ‐25.367 0 空气
L3第一面 ‐25.367 2.524 N‐SF56
L3第二面 14.345 5.737 空气
L4第一面 ‐13.784 2.154 SK3
L4第二面 13.784 0 空气
L5第一面 13.784 5.641 H‐ZK7
L5第二面 ‐15.807 0.2 空气
L6第一面 414.43 1 H‐ZF52A
L6第二面 ‐48.724
在本发明实施例一的示例3中提供了如图1所示的光学成像镜头，各项参数指标如下：
(1)焦距：44.41mm；
(2)像方F#＝1.9；
(3)光学总长(TTL)＝87.4mm；
(4)近轴放大倍率：-0.56.
本发明的拍摄镜头的物面和像面在满足下列条件时可以清晰成像：
tanθ＝tanθ'×β
其中θ’为像平面与镜头光轴的夹角，θ为物面与镜头光轴的夹角，均取锐角，β为相应轴上点的垂轴放大倍率。θ’和θ可以容许±1°的公差。在满足关系式2≥f/EPD≥1.7时镜头都可以正常成像。
具体扫描镜头参数如下表所示，MTF见图6和畸变见图7：
曲率半径mm 厚度mm 材料
L1第一面 68.206 5.007 H‐ZF6
L1第二面 ‐65.411 1.482 空气
L2第一面 21.982 5.094 ZK3
L2第二面 ‐32.753 0 空气
L3第一面 ‐32.753 9.852 ZF5
L3第二面 13.808 4.391 空气
L4第一面 ‐14.574 1.944 ZF8
L4第二面 14.574 0 空气
L5第一面 14.574 7.773 N‐BALF4
L5第二面 ‐19.235 0.68 空气
L6第一面 108.315 3.427 H‐LAF3B
L6第二面 ‐52.196
实施例二
本发明实施例二提供了提供了一种如图8所示的光学成像镜头的集成结构，包括一个前压盖1、密封橡胶圈2、装配橡胶圈3、锁紧环4、镜筒5和后压圈6，图1所示的光学成像镜头设置在镜筒5内，前压盖1和后压圈6分别设置在图1所示的光学成像镜头的两端并与镜筒5连接。
以上所述仅为本发明的示例性的设计而已，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 (7)

1.一种光学成像镜头，其特征在于由两个单透镜和两个双胶合透镜组成，从物方开始依次为第一单透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜和第六单透镜，所述的第一双胶合透镜由第二单透镜和第三单透镜胶合而成，所述的第二双胶合透镜由第四单透镜和第五单透镜胶合而成，所述的第一单透镜、所述的第二单透镜、所述的第五单透镜和所述的第六单透镜均为双凸型正透镜，所述的第三单透镜和所述的第四单透镜为双凹型负透镜，所述的第三单透镜与所述的第四单透镜之间的空气间隔距离D3满足下列条件：0.15＞D3/EFL＞0.08，其中EFL是有效焦距，所述的第一单透镜与第二单透镜之间满足下列关系：(V1-V2)>22，所述的第三单透镜与第二单透镜之间满足下列关系：(V3-V2)>22，其中V1、V2和V3分别为第一单透镜、第二单透镜和第三单透镜的阿贝数，所述的第一单透镜的镜面曲率半径满足下列条件：0.9≤∣R11/R12∣≤1.1，所述的第四单透镜的镜面曲率半径满足下列条件：0.9≤∣R41/R42∣≤1.1，其中R11和R12为第一单透镜的物侧镜面和像侧镜面的曲率半径，R41和R42为第四单透镜的物侧镜面和像侧镜面的曲率半径。
2.如权利要求1所述的一种光学成像镜头，其特征在于所述的第三单透镜与所述的第四单透镜之间设置有光阑。
3.如权利要求2所述的一种光学成像镜头，其特征在于所述的光阑为可变光阑。
4.如权利要求1所述的一种光学成像镜头，其特征在于所述的第一单透镜之前设置有滤光片。
5.如权利要求1所述的一种光学成像镜头，其特征在于所述的第二单透镜的材料为冕玻璃，所述的第三单透镜的材料为重火石玻璃。
6.如权利要求5所述的一种光学成像镜头，其特征在于所述的第四单透镜的材料为重火石玻璃，所述的第五单透镜的材料为镧火石玻璃。
7.如权利要求2或3所述的一种光学成像镜头，其特征在于对于光学成像镜头的有效焦距EFL，若定义光学成像镜头的入瞳直径为EPD，则满足下列条件：1.7≤EFL/EPD≤2.0。
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