CN108318994B

CN108318994B - 一种低畸变镜头

Info

Publication number: CN108318994B
Application number: CN201810022909.5A
Authority: CN
Inventors: 王建平; 魏书贵; 陈伟; 苏耀年; 龙伟华; 谢俊敏; 刘勇; 谢宁; 王森联
Original assignee: Foshan Huaguo Optical Co ltd
Current assignee: Foshan Huaguo Optical Co ltd
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2038-01-10
Also published as: CN108318994A

Abstract

本发明公开了一种低畸变镜头，沿光线入射方向依次包括第一透镜组、可变光阑以及第二透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组均具有正光焦度，且均可沿光轴移动；所述第一透镜组包括一负镜片组和一正镜片组，且所述第一透镜组和第二透镜组满足以下关系：3<f1/f2<5；‑0.3<f11/f1<‑0.1；其中，f1代表第一透镜组的焦距值，f2代表第二透镜组的焦距值，f11代表第一透镜组的负镜片组的焦距值。本低畸变镜头可以实现短焦距、大通光孔径，而且体积小，可以实现低畸变，成像效果好，可广泛应用于光学镜头行业中。

Description

一种低畸变镜头

技术领域

本发明涉及光学器件领域，特别是涉及一种低畸变镜头。

背景技术

随着机器视觉领域的发展，短焦距广角镜头逐渐发展为应用于机器视觉领域的主要设备，其市场占有率每年逐步提升。机器视觉领域对短焦距广角镜头的要求主要是体积小、低畸变、全视场清晰。但是目前市场上多数短焦工业镜头，存在通光口径小，畸变较大，边缘视场的分辨率不够等缺点，已满足不了当前市场的需求。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种低畸变镜头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低畸变镜头，沿光线入射方向依次包括第一透镜组、可变光阑以及第二透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组均具有正光焦度，且均可沿光轴移动；

所述第一透镜组包括一负镜片组和一正镜片组，且所述第一透镜组和第二透镜组满足以下关系：

3<f1/f2<5；-0.3<f11/f1<-0.1；

其中，f1代表第一透镜组的焦距值，f2代表第二透镜组的焦距值，f11代表第一透镜组的负镜片组的焦距值。

进一步，所述负镜片组包含至少两片负透镜，所述正镜片组包含一负正胶合透镜。

进一步，所述正镜片组的负正胶合透镜中，至少一片透镜的折射率大于2.0。

进一步，所述第一透镜组中，至少三片透镜的折射率大于1.8。

进一步，所述负镜片组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述正镜片组包括第四透镜、第五透镜和第六透镜；

所述第一透镜为具有正光焦度的月牙型透镜，且折射率大于1.8，阿贝数小于24；

所述第二透镜为具有负光焦度的月牙型透镜，且折射率大于1.8，阿贝数大于50；

所述第三透镜为具有负光焦度的月牙型透镜，且折射率小于1.7，阿贝数小于27；

所述第四透镜为具有负光焦度的双凹型透镜，且折射率大于2.0，阿贝数小于23；

所述第五透镜为具有正光焦度的双凸型透镜，且折射率小于1.8，阿贝数大于40；

所述第六透镜为具有正光焦度的双凸型透镜，且折射率大于2.0，阿贝数小于24；

所述第四透镜和第五透镜构成具有负光焦度的胶合透镜。

进一步，所述第二透镜组包括一月牙型的负透镜和一负正胶合透镜。

进一步，所述低畸变镜头满足以下关系：

1<BFL/F<2

其中，F表示低畸变镜头的焦距，BFL表示低畸变镜头的后焦距。

进一步，所述第一透镜组的第一个镜面和所述第二透镜组的最后一个镜面之间的总长度不大于39mm，所述低畸变镜头的孔径不大于23mm。

进一步，所述第二透镜组的负正胶合透镜中至少一片透镜的折射率大于2.0。

进一步，所述第二透镜组包括第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜；

所述第七透镜为具有负光焦度的弯月型透镜，且折射率小于1.8，阿贝数小于40；

所述第八透镜为具有正光焦度的双凸型透镜，且折射率小于1.7，阿贝数小于38；

所述第九透镜为具有负光焦度的弯月型透镜，且折射率大于2.0，阿贝数小于30；

所述第十透镜为具有正光焦度的双凸型透镜，且折射率大于1.8，阿贝数大于40；

所述第八透镜和第九透镜构成具有正光焦度的胶合透镜。

本发明的有益效果是：一种低畸变镜头，沿光线入射方向依次包括第一透镜组、可变光阑以及第二透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组均具有正光焦度，且均可沿光轴移动；所述第一透镜组包括一负镜片组和一正镜片组，且所述第一透镜组和第二透镜组满足以下关系：3<f1/f2<5；-0.3<f11/f1<-0.1；其中，f1代表第一透镜组的焦距值，f2代表第二透镜组的焦距值，f11代表第一透镜组的负镜片组的焦距值。本低畸变镜头可以实现短焦距、大通光孔径，而且体积小，可以实现低畸变，成像效果好。

附图说明

图1是本发明的低畸变镜头的结构示意图；

图2是本发明具体实施例中的横向轴上色差示意图；

图3是本发明具体实施例中的垂轴色差示意图；

图4是本发明具体实施例中的场曲示意图；

图5是本发明具体实施例中的畸变示意图；

图6是本发明具体实施例中的光线像差曲线示意图；

图7是本发明具体实施例中的弥散斑示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提供了一种低畸变镜头，沿光线入射方向依次包括第一透镜组G1、可变光阑100以及第二透镜组G2，所述第一透镜组G1和第二透镜组G2均具有正光焦度，且均可沿光轴移动；

所述第一透镜组G1包括一负镜片组G11和一正镜片组G12，且所述第一透镜组G1和第二透镜组G2满足以下关系：

3<f1/f2<5；-0.3<f11/f1<-0.1；

其中，f1代表第一透镜组G1的焦距值，f2代表第二透镜组G2的焦距值，f11代表第一透镜组G1的负镜片组G11的焦距值。

通过关系式“3<f1/f2<5”限定后，可以保证本镜头具有较长的后工作距离，通过关系式“-0.3<f11/f1<-0.1”限定后，可以保证本镜头可承担的视场角度，在满足本关系式的结构下，全视场的相差都能进行矫正，从而保证低畸变。本低畸变镜头可以实现短焦距、大通光孔径，而且体积小，可以实现低畸变，成像效果好。

进一步作为优选的实施方式，所述负镜片组G11包含至少两片负透镜，所述正镜片组G12包含一负正胶合透镜。

进一步作为优选的实施方式，所述正镜片组G12的负正胶合透镜中，至少一片透镜的折射率大于2.0。

进一步作为优选的实施方式，所述第一透镜组G1中，至少三片透镜的折射率大于1.8。至少三片透镜的折射率大于1.8，可以保证本镜头的紧凑结构。

进一步作为优选的实施方式，所述第二透镜组G2包括一月牙型的负透镜和一负正胶合透镜。

通过限定第一透镜组G1和第二透镜组G2包括一负正胶合透镜，可以满足矫正色差的要求，使得本镜头可以实现低畸变、高成像质量。

进一步作为优选的实施方式，所述低畸变镜头满足以下关系：

1<BFL/F<2

其中，F表示低畸变镜头的焦距，BFL表示低畸变镜头的后焦距，即低畸变镜头的后工作距离。

通过关系式“1<BFL/F<2”限定后，使得本镜头为反远距光路结构，可以保证足够的后工作距离。

进一步作为优选的实施方式，所述第一透镜组G1的第一个镜面和所述第二透镜组G2的最后一个镜面之间的总长度不大于39mm，所述低畸变镜头的孔径不大于23mm。

进一步作为优选的实施方式，所述第二透镜组G2的负正胶合透镜中至少一片透镜的折射率大于2.0。

参照图1，第一透镜组G1和第二透镜组G2的一具体结构如下：所述负镜片组G11包括第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3，所述正镜片组G12包括第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6；

所述第二透镜组G2包括第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和第十透镜L10；

所述第一透镜L1为具有正光焦度的月牙型透镜，且折射率大于1.8，阿贝数小于24；且满足4<F1/F<6，其中，F1表示第一透镜L1的焦距，F表示本发明构成的低畸变镜头的焦距；

所述第二透镜L2为具有负光焦度的月牙型透镜，且折射率大于1.8，阿贝数大于50；且满足-3<F2/F<-2，其中，F2表示第二透镜L2的焦距；

所述第三透镜L3为具有负光焦度的月牙型透镜，且折射率小于1.7，阿贝数小于27；且满足-2.5<F3/F<-1.5，其中，F3表示第三透镜L3的焦距；

所述第四透镜L4为具有负光焦度的双凹型透镜，且折射率大于2.0，阿贝数小于23；且满足-1<F4/F<-0.5，其中，F4表示第四透镜L4的焦距；

所述第五透镜L5为具有正光焦度的双凸型透镜，且折射率小于1.8，阿贝数大于40；且满足1<F5/F<2.5，其中，F5表示第五透镜L5的焦距；

所述第四透镜L4和第五透镜L5构成具有负光焦度的胶合透镜。

所述第六透镜L6为具有正光焦度的双凸型透镜，且折射率大于2.0，阿贝数小于24；且满足1.8<F6/F<2.5，其中，F6表示第六透镜L6的焦距；

所述第七透镜L7为具有负光焦度的弯月型透镜，且折射率小于1.8，阿贝数小于40；且满足5<F7/F<6.5，其中，F7表示第七透镜L7的焦距；

所述第八透镜L8为具有正光焦度的双凸型透镜，且折射率小于1.7，阿贝数小于38；且满足1<F8/F<2，其中，F8表示第八透镜L8的焦距；

所述第九透镜L9为具有负光焦度的弯月型透镜，且折射率大于2.0，阿贝数小于30；且满足-2<F9/F<-1，其中，F9表示第九透镜L9的焦距；

所述第八透镜L8和第九透镜L9构成具有正光焦度的胶合透镜；

所述第十透镜L10为具有正光焦度的双凸型透镜，且折射率大于1.8，阿贝数大于40；且满足1.5<F10/F<2.5，其中，F10表示第十透镜L10的焦距。

本结构中，第一透镜L1和第二透镜L2采用两片弯曲较大的月牙型透镜，一方面可以实现大视场角，另一方面可以有效矫正畸变。而第一透镜组G1采用了多片折射率高于1.8的高折射率透镜，能够把广角的入射光线有效转折，使得大角度的光线进入到本低畸变镜头的可变光阑100时，最大的偏折角度小于25°，同时能有效缩短光路总长和减少镜片数量。

第二透镜组G2的第一片透镜，即第七透镜L7为月牙型的透镜，能有效平衡第一透镜组G1和第二透镜组G2的慧差和像散，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2的配合公差敏感度大大降低。

本结构中，沿着光线入射方向，即沿着图1中的左边到右边，该方向也为本低畸变镜头的物方至像方的方向。沿着图1中的左边到右边，第一透镜L1的两面分别为S1和S2，第二透镜L2的两面分别为S3和S4，第三透镜L3的两面分别为S5和S6，第四透镜L4的两面分别为S7和S8，第五透镜L5的两面分别为S8和S9，第六透镜L6的两面分别为S10和S11，第七透镜L7的两面分别为S13和S14，第八透镜L8的两面分别为S15和S16，第九透镜L9的两面分别为S16和S17，第十透镜L10的两面分别为S18和S19。另外，图1中，附图标记200表示像面。这里，第四透镜L4和第五透镜L5组成胶合透镜，因此，S8面共面，同样的，第八透镜L8和第九透镜L9组成胶合透镜，S16面共面。

则本具体结构中，各透镜的各个面的曲率半径取值范围和最优值如下表1所示：

表1

从上表2中，可以获得本镜头的各个面的曲率半径，例如S1面的曲率半径为22.38～24.74mm，最优值为23.56mm；S2面的曲率半径为50.59～55.91mm，最优值为53.25mm；S3面的曲率半径为50.59～55.91mm，最优值为53.25mm。

另外，各透镜的厚度、透镜之间间隙的取值范围和最优值如下表2所示：

表2

其中，△(L1-L2)是指第一透镜L1和第二透镜L2之间的间隙，具体是指第一透镜L1和第二透镜L2的相邻两曲面在光轴上的距离，即S2和S3之间的距离。△(L2-L3)、△(L3-L4)、…△(L9-L10)等也相同。另外，△(L6-100)是指第六透镜L6右边的曲面S11与可变光阑100在光轴上的距离，△(100-L7)是指可变光阑100与第七透镜L7左边的曲面S13在光轴上的距离。△(L10-200)是指第十透镜L10右边的曲面S19与像面200在光轴上的距离。从上表2中，可以获得本镜头的各个透镜的厚度以及各个透镜之间的间隙，例如从表2中可以获知第一透镜L1的厚度为3.23mm～3.57mm，最优值为3.4mm。

另外，优选的，本镜头中，第一透镜L1的折射率为1.86，色散系数为22.5；第二透镜L2的折射率为1.82，色散系数为56；第三透镜L3的折射率为1.59，色散系数为25.5；第四透镜L4的折射率为2.08，色散系数为19.5；第五透镜L5的折射率为1.75，色散系数为42.5；第六透镜L6的折射率为2.08，色散系数为22.8；第七透镜L7的折射率为1.62，色散系数为37.5；第八透镜L8的折射率为1.66，色散系数为36.3；第九透镜L9的折射率为2.02，色散系数为28.5；第十透镜L10的折射率为1.83，色散系数为42.3。

本具体结构对应的横向轴上色差示意图如图2所示，图2中横坐标表示轴上色差大小，单位为mm，纵坐标表示入瞳坐标。本具体结构对应的垂轴色差示意图如图3所示，图3中横坐标表示垂直色差的大小，单位为um，纵坐标表示像高。本具体结构对应的场曲示意图如图4所示，图4中横坐标表示场曲大小，单位为mm，纵坐标表示像高。本具体结构对应的畸变示意图如图5所示，图5中横坐标表示畸变大小，单位为百分比，纵坐标表示像高。本具体结构在不同像高情况对应的光线像差曲线示意图如图6所示，其中横坐标表示归一化的入瞳坐标，纵坐标表示像差大小，图6中共有6组光线像差曲线图组合，其中每组组合中，左图为子午像差，右图为弧矢像差，图中IMA表示不同像高值。本具体结构在不同像高情况对应的弥散斑示意图如图7所示，其中横坐标和纵坐标都表示弥散斑大小，单位为um，图中IMA表示不同像高值。

根据图2～图7可以看出，本镜头结构像差矫正良好，畸变小，可以实现较优的成像效果。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种低畸变镜头，其特征在于，沿光线入射方向依次包括第一透镜组、可变光阑以及第二透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组均具有正光焦度，且均可沿光轴移动；所述低畸变镜头的透镜总数为10片；

3<f1/f2<5；-0.3<f11/f1<-0.1；

其中，f1代表第一透镜组的焦距值，f2代表第二透镜组的焦距值，f11代表第一透镜组的负镜片组的焦距值；

所述负镜片组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述正镜片组包括第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第二透镜组包括第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜；

所述第一透镜与第二透镜的间隙为0.15mm，所述第二透镜与第三透镜的间隙为4mm，所述第三透镜与第四透镜的间隙为3mm，所述第五透镜与第六透镜的间隙为0.15mm，所述第七透镜与第八透镜的间隙为0.8mm，所述第九透镜与第十透镜的间隙为0.15mm。

2.根据权利要求1所述的一种低畸变镜头，其特征在于，所述负镜片组包含至少两片负透镜，所述正镜片组包含一负正胶合透镜。

3.根据权利要求2所述的一种低畸变镜头，其特征在于，所述正镜片组的负正胶合透镜中，至少一片透镜的折射率大于2.0。

4.根据权利要求2所述的一种低畸变镜头，其特征在于，所述第一透镜组中，至少三片透镜的折射率大于1.8。

5.根据权利要求2所述的一种低畸变镜头，其特征在于，所述第一透镜为具有正光焦度的月牙型透镜，且折射率大于1.8，阿贝数小于24；

所述第四透镜和第五透镜构成具有负光焦度的胶合透镜。

6.根据权利要求1所述的一种低畸变镜头，其特征在于，所述第二透镜组包括一月牙型的负透镜和一负正胶合透镜。

7.根据权利要求1所述的一种低畸变镜头，其特征在于，所述低畸变镜头满足以下关系：

1<BFL/F<2

8.根据权利要求1所述的一种低畸变镜头，其特征在于，所述第一透镜组的第一个镜面和所述第二透镜组的最后一个镜面之间的总长度不大于39mm，所述低畸变镜头的孔径不大于23mm。

9.根据权利要求6所述的一种低畸变镜头，其特征在于，所述第二透镜组的负正胶合透镜中至少一片透镜的折射率大于2.0。

10.根据权利要求6所述的一种低畸变镜头，其特征在于，所述第七透镜为具有负光焦度的弯月型透镜，且折射率小于1.8，阿贝数小于40；

所述第八透镜和第九透镜构成具有正光焦度的胶合透镜。