CN108614349B - 双远心定焦镜头 - Google Patents

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Abstract

一种双远心定焦镜头，从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群、具有正光焦度的第二镜片群、异形折返棱镜、光阑、具有正光焦度的第三镜片群以及带有光学传感器的成像面，异形折返棱镜包括三个三角棱柱，其中：第一和第二三角棱柱正对胶合设置，第三和第一三角棱柱背对胶合设置。本镜头具有远心度高、8M高分辨率、无中心亮斑的优点。

Description

双远心定焦镜头
技术领域
本发明涉及的是一种光学系统领域的技术，具体是一种物方和像方双远心定焦镜头。
背景技术
远心镜头在一定的物距范围内得到的图像放大倍率不会变化，其主要分为物方远心和像方远心两种，分别用于消除物方由于调焦不准确带来的读数误差以及用于消除像方调焦不准引入的测量误差。由于其结构设计的特点，远心镜头在物方、像方的远心度无法同时满足高水准，且像素分辨率较低，而且其中的棱镜会导致光源会在成像面中心形成亮斑，干扰了镜头的成像质量。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷和不足，提出一种双远心定焦镜头，具有远心度高、8M高分辨率、无中心亮斑的优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群、具有正光焦度的第二镜片群、异形折返棱镜、光阑、具有正光焦度的第三镜片群以及带有光学传感器的成像面。
所述的第一镜片群包括：两枚具有正光焦度的透镜和一枚具有负光焦度的透镜。
当所述的具有负光焦度的透镜采用非球面透镜时，能够进一步提高成像质量，减小光学系统场曲。
所述的第二镜片群包括：两枚具有负光焦度的透镜或镜片以及三枚具有正光焦度的透镜或镜片。
所述的第二镜片群从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度且胶合面朝向像方的胶合镜片、具有正光焦度的透镜、具有正光焦度的透镜、具有负光焦度的透镜以及具有正光焦度的透镜或胶合镜片。
所述的第二镜片群中，最后一枚为单透镜或胶合镜片能够进一步减小光学系统的球差。
所述的异形折返棱镜包括三个三角棱柱，其中：第一和第二三角棱柱正对胶合设置，第三和第一三角棱柱背对胶合设置。
所述的第三镜片群包括：两枚具有正光焦度的透镜或镜片以及两枚具有负光焦度的透镜或镜片。
所述的第三镜片群从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度胶合面朝向物方的胶合镜片、两枚具有负光焦度的透镜以及具有正光焦度的透镜。
所述的具有正光焦度的透镜后进一步设有具有负光焦度的单透镜或胶合镜片从而进一步增加像方远心度。
所述的第一镜片群、第二镜片群、第三镜片群与镜头整体焦距比值的绝对值依次满足(0.6,0.75)、(0.6,0.7)、(0.45,0.6)，从而均衡成像带来的轴上色差。
所述的镜头的最周边视场的主光线与成像面的入射角度α<10°，较小的入射角保证了周边视场的光亮比，使得镜头成像画面亮度更均匀，周边无暗角。
所述的镜头的物方远心程度和像方远心程度满足：θs1<0.2且θsi<0.2，其中：θs1为入射到镜头第一枚透镜前表面的主光线与光轴的夹角、θsi为从镜头最后一枚透镜后表面出射的主光线与光轴的夹角；当夹角小于1度时即为远心镜头，本发明的物方远心度和像方远心度均可以满足一般远心镜头的标准并具备极高的远心度水平。
所述的第二镜片群中具有负光焦度且胶合面朝向像方的胶合镜片的材料与焦距比值满足：0.15<|Nd41-Nd42|<0.25、0.35<Vd41/Vd42<0.39且18<|(f41*f42)/f4|<20，其中：Nd41、Nd42分别为胶合镜片的前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd41、Vd42为分别为胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；f41为胶合镜片前镜片的焦距；f42为胶合镜片后镜片的焦距；f4为胶合镜片的整体焦距；胶合镜片通过高低阿贝数的镜片材料配合焦距的比值，有效降低镜头的位置色差。
所述的第三镜片群中具有正光焦度胶合面朝向物方的胶合镜片的面型和材料满足：
0<|Nd91-Nd92|<0.15、0.3<Vd91/Vd92<1.5且0.1<|((Φs91)/(Rs91)+(Φs93)/(Rs93))|<0.25，其中：Nd91、Nd92分别为胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd91、Vd92为分别为胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；Φs91为胶合镜片前表面的直径；Rs91为胶合镜片前表面的曲率半径；Φs93为胶合镜片后表面的直径；Rs93为胶合镜片后表面的曲率半径；胶合镜片通过高低阿贝数组合的胶合镜片组材料配合胶合镜片组的凹凸形状，降低了镜头的球差和倍率色差。
技术效果
与现有技术相比，本发明具有高达8M像素的成像能力，能够清晰成像，远心镜头同时满足物方、像方双远心，且物方远心度和像方远心度均可以满足一般远心镜头的标准并具备极高的远心度水平；通过特殊的折返棱镜组合，能够显著减小同轴光源所形成的中心亮斑的情况，避免光源产生的光晕所带来的成像问题。
本发明针对435nm～656nm波长范围内的光线均能清晰优异成像，无明显紫边与色散，像质清晰明亮。并且该镜头保证了周边视场的光亮比，使得镜头成像画面亮度更均匀，周边无暗角。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2A为实施例使用异形折返棱镜照明光路示意图，图2B为普通棱镜照明光路示意图；
图3为实施例1关于d光(587.56nm)的球差、场曲、畸变图；
图4为实施例2的结构示意图；
图5为实施例2关于d光(587.56nm)的球差、场曲、畸变图；
图6为实施例3的结构示意图；
图7为实施例3关于d光(587.56nm)的球差、场曲、畸变图；
图8为实施例1使用异形折返棱镜后光源实拍测试图；
图9为实施例1使用普通折返棱镜后光源实拍测试图；
图中：第一镜片群G1、第二镜片群G2、异形折返棱镜LL、光阑STP、第三镜片群G3、成像面IMG、第一至第十三透镜L1～L13、第一至第三三角棱柱LL1～LL3、镜片表面S1～S31。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例沿光线入射方向，从物侧到像侧依次排列的，具有正光焦度的第一镜片群G1、具有正光焦度的第二镜片群G2、异形折返棱镜LL、光阑STP、具有正光焦度的第三镜片群G3以及成像面IMG。
所述的第一镜片群包括：具有正光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、具有负光焦度的非球面第三透镜L3。
所述的第二镜片群包括：具有负光焦度且胶合面朝向像方的第四胶合镜片L4、具有正光焦度的第五透镜L5、具有正光焦度的第六透镜L6、具有负光焦度的第七透镜L7、具有正光焦度的第八透镜L8。
所述的第三镜片群包括：具有正光焦度的第九胶合镜片L9，胶合面朝向物方、具有负光焦度的第十透镜L10、具有负光焦度的第十一透镜L11、具有正光焦度的第十二透镜L12。
具体地，本实施例所述的远心定焦镜头，有效焦距为160mm，物像距离为380mm。
本实施例的镜头结构参数具体如下:
本实施例的镜头非球面系数具体如下：
本实施例所述的第一镜片群、第二镜片群、第三镜片群与镜头整体焦距比值的绝对值依次满足0.68、0.65、0.47。镜片群合理的焦距配比可以均衡成像带来的轴上色差。
本实施例所述的远心定焦镜头的物方远心程度和像方远心程度满足：θs1＝0.1、θsi＝0.2，其中：θs1为入射到镜头第一枚透镜前表面的最周边视场的主光线与光轴的夹角、θsi为从第十二透镜L12后表面出射的最周边视场的主光线与光轴的夹角。
当夹角小于1度时即为远心镜头，本实施例的物方远心度和像方远心度均可以满足一般远心镜头的标准并具备极高的远心度水平。
本实施例所述的第四胶合镜片的材料与焦距满足：|Nd41-Nd42|＝0.20、Vd41/
Vd42＝0.382、|(f41*f42)/f4|＝18.5，其中：Nd41、Nd42分别为第四胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd41、Vd42为分别为第四胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；f41为第四胶合镜片前镜片的焦距；f42为第四胶合镜片后镜片的焦距；f4为第四胶合镜片的整体焦距；第四胶合镜片通过高低阿贝数的镜片材料配合焦距的比值，有效降低镜头的位置色差。
本实施例所述的第九胶合镜片的面型和材料满足：|Nd91-Nd92|＝0.03、Vd91/
Vd92＝0.36、|((Φs91)/(Rs91)+(Φs93)/(Rs93))|＝0.1，其中：Nd91、Nd92分别为第九胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd91、Vd92为分别为第九胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；Φs91为第九胶合镜片前表面的直径；Rs91为第九胶合镜片前表面的曲率半径；Φs93为第九胶合镜片后表面的直径；Rs93为第九胶合镜片后表面的曲率半径；该第九胶合镜片通过高低阿贝数组合的胶合镜片组材料配合胶合镜片组的凹凸形状，降低了镜头的球差和倍率色差。
如图2所示，本实施例的异形折返棱镜包括三个三角棱柱LL1～LL3，其中：第一和第二三角棱柱LL1、LL2正对胶合设置，第三三角棱柱LL3与第一三角棱柱LL1背对胶合设置。以物面为前方，圆形光源从棱镜上方照射进入系统，通过半透半反镜，一半的光线从后向前穿过依次穿过棱镜前方的镜片群组，照射到物方后，再经过远心镜头成像到成像面上；另一半的光线向下通过棱镜，经过四次反射后穿过棱镜后方的镜片群租成为鬼影。因为鬼影成像前反射了4次，能量衰减为原始光源能量的1/32，可以明显降低中心亮斑强度，减轻鬼影和光晕。相比于普通两个三角棱柱胶合成的正方体棱镜，圆形光源从棱镜上方照射进入系统，通过半透半反镜，一半的光线从后向前穿过依次穿过棱镜前方的镜片群组，照射到物方后，再经过远心镜头成像到成像面上；另一半的光线向下通过棱镜，经过两次反射后穿过棱镜后方的镜片群形成鬼影。因为鬼影成像前只反射了2次，能量仅衰减为原始光源能量的1/8，中心亮斑强度大，有明显的鬼影和光晕。
如图8、9所示，在使用异形折返棱镜后，即使在最严苛的情况下(点光源位于棱镜上方1.5cm位置)，光源实拍测试中心亮斑情况依旧可以明显改善。说明本实施例通过特殊的折返棱镜组合，能够显著减小同轴光源所形成的中心亮斑的情况，避免光源产生的光晕所带来的成像问题。
如图3所示，本实施例光学畸变DIST远小于0.1％。任何倍率下均能保证镜头成像均匀，增加了成像结果的精密性和可测性，满足工业镜头的需求。
实施例2
如图4所示，为本实施例结构示意图。与实施例1相比，本实施例中第一镜片群的第三透镜L3采用具有负光焦度的球面透镜，且第二镜片群的第八镜片L8采用具有正光焦度且胶合面朝向像方的第八胶合镜片。
具体地，本实施例所述的远心定焦镜头，有效焦距为275mm，物像距离为380mm。
本实施例的镜头结构参数具体如下:
本实施例所述的第一镜片群、第二镜片群、第三镜片群与镜头整体焦距比值的绝对值依次满足0.63、0.67、0.52。镜片群合理的焦距配比可以均衡成像带来的轴上色差。
本实施例所述的远心定焦镜头的物方远心程度和像方远心程度满足：θs1＝0.1、θsi＝0.2，其中：θs1为入射到镜头第一枚透镜前表面的最周边视场的主光线与光轴的夹角、θsi为从第十二透镜L12后表面出射的最周边视场的主光线与光轴的夹角。
当夹角小于1度时即为远心镜头，本实施例的物方远心度和像方远心度均可以满足一般远心镜头的标准并具备极高的远心度水平。
本实施例所述的第四胶合镜片的材料与焦距满足：|Nd41-Nd42|＝0.21、Vd41/
Vd42＝0.385、|(f41*f42)/f4|＝19.2，其中：Nd41、Nd42分别为第四胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd41、Vd42为分别为第四胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；f41为第四胶合镜片前镜片的焦距；f42为第四胶合镜片后镜片的焦距；f4为第四胶合镜片的整体焦距；第四胶合镜片通过高低阿贝数的镜片材料配合焦距的比值，有效降低镜头的位置色差。
本实施例所述的第九胶合镜片面型和材料满足：|Nd91-Nd92|＝0.11、Vd91/Vd92＝1.38、|((Φs91)/(Rs91)+(Φs93)/(Rs93))|＝0.21，其中：Nd91、Nd92分别为第九胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd91、Vd92为分别为第九胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；Φs91为第九胶合镜片前表面的直径；Rs91为第九胶合镜片前表面的曲率半径；Φs93为第九胶合镜片后表面的直径；Rs93为第九胶合镜片后表面的曲率半径；第九胶合镜片通过高低阿贝数组合的胶合镜片组材料配合胶合镜片组的凹凸形状，降低了镜头的球差和倍率色差。
如图5所示，本实施例光学畸变DIST远小于0.1％。任何倍率下均能保证镜头成像均匀，增加了成像结果的精密性和可测性，满足工业镜头的需求。
实施例3
如图6所示，为本实施例结构示意图。与实施例1相比，本实施例第三镜片群中第十二透镜L12后方进一步设有具有正光焦度的第十三透镜L13，用来增加像方远心度。
具体地，本实施例所述的远心定焦镜头，有效焦距为128mm，物像距离为380mm。
本实施例的镜头结构参数具体如下:
本实施例所述的第一镜片群、第二镜片群、第三镜片群与镜头整体焦距比值的绝对值依次满足0.72、0.62、0.55。镜片群合理的焦距配比可以均衡成像带来的轴上色差。
本实施例所述的远心定焦镜头的物方远心程度和像方远心程度满足：θs1＝0.1、θsi＝0.1，其中：θs1为入射到镜头第一枚透镜前表面的最周边视场的主光线与光轴的夹角、θsi为从第十二透镜L12后表面出射的最周边视场的主光线与光轴的夹角。
当夹角小于1度时即为远心镜头，本实施例的物方远心度和像方远心度均可以满足一般远心镜头的标准并具备极高的远心度水平。
本实施例所述的第四胶合镜片的材料与焦距满足：|Nd41-Nd42|＝0.17、Vd41/
Vd42＝0.356、|(f41*f42)/f4|＝18.3，其中：Nd41、Nd42分别为第四胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd41、Vd42为分别为第四胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；f41为第四胶合镜片前镜片的焦距；f42为第四胶合镜片后镜片的焦距；f4为第四胶合镜片的整体焦距；第四胶合镜片通过高低阿贝数的镜片材料配合焦距的比值，有效降低镜头的位置色差。
本实施例所述的第九胶合镜片的面型和材料满足：|Nd91-Nd92|＝0.09、Vd91/Vd92＝0.55、|((Φs91)/(Rs91)+(Φs93)/(Rs93))|＝0.16，其中：Nd91、Nd92分别为第九胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd91、Vd92为分别为第九胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；Φs91为第九胶合镜片前表面的直径；Rs91为第九胶合镜片前表面的曲率半径；Φs93为第九胶合镜片后表面的直径；Rs93为第九胶合镜片后表面的曲率半径；第九胶合镜片通过高低阿贝数组合的胶合镜片组材料配合胶合镜片组的凹凸形状，降低了镜头的球差和倍率色差。
如图7所示，本实施例光学畸变DIST远小于0.1％。任何倍率下均能保证镜头成像均匀，增加了成像结果的精密性和可测性，满足工业镜头的需求。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (7)

1.一种双远心定焦镜头，其特征在于，从物侧到像侧依次由具有正光焦度的第一镜片群、具有正光焦度的第二镜片群、异形折返棱镜、光阑、具有正光焦度的第三镜片群以及带有光学传感器的成像面组成；
所述的异形折返棱镜包括三个三角棱柱，其中：第一和第二三角棱柱正对胶合设置，第三和第一三角棱柱背对胶合设置；
所述的第一镜片群由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组成；
所述的第二镜片群由具有负光焦度的第四胶合镜片、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜、具有正光焦度的第八透镜组成；
所述的第三镜片群由具有正光焦度的第九胶合镜片，具有负光焦度的第十透镜、具有负光焦度的第十一透镜、具有正光焦度的第十二透镜组成；
所述的第二镜片群中具有负光焦度且胶合面朝向像方的胶合镜片的材料与焦距满足：0.15<|Nd41-Nd42|<0.25、0.35<Vd41/Vd42<0.39且18<|(f41*f42)/f4|<20，其中：Nd41、Nd42分别为胶合镜片的前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd41、Vd42为分别为胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；f41为胶合镜片前镜片的焦距；f42为胶合镜片后镜片的焦距；f4为胶合镜片的整体焦距；胶合镜片通过高低阿贝数的镜片材料配合焦距的比值，有效降低镜头的位置色差。
2.根据权利要求1所述的镜头，其特征是，当所述第三透镜采用非球面透镜时，能够进一步提高成像质量，减小光学系统场曲。
3.根据权利要求1所述的镜头，其特征是，所述第十二透镜后进一步设有具有负光焦度的单透镜或胶合镜片从而进一步增加像方远心度。
4.根据权利要求1所述的镜头，其特征是，所述的第三镜片群中具有正光焦度且胶合面朝向物方的胶合镜片的面型和材料满足：0<|Nd91-Nd92|<0.15、0.3<Vd91/Vd92<1.5且0.1<|((Φs91)/(Rs91)+(Φs93)/(Rs93))|<0.25，其中：Nd91、Nd92分别为胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的折射率；Vd91、Vd92为分别为胶合镜片前、后两镜片关于d光(587.56nm)的阿贝数；Φs91为胶合镜片前表面的直径；Rs91为胶合镜片前表面的曲率半径；Φs93为胶合镜片后表面的直径；Rs93为胶合镜片后表面的曲率半径；胶合镜片通过高低阿贝数组合的胶合镜片组材料配合胶合镜片组的凹凸形状，降低了镜头的球差和倍率色差。
5.根据权利要求1所述的镜头，其特征是，所述的第一镜片群、第二镜片群、第三镜片群与镜头整体焦距比值的绝对值依次满足(0.6,0.75)、(0.6,0.7)、(0.45,0.6)，从而均衡成像带来的轴上色差。
6.根据权利要求1所述的镜头，其特征是，所述的镜头的最周边视场的主光线与成像面的入射角度α<10°，较小的入射角保证了周边视场的光亮比，使得镜头成像画面亮度更均匀，周边无暗角。
7.根据权利要求1所述的镜头，其特征是，所述的镜头的物方远心程度和像方远心程度满足：θs1<0.2且θsi<0.2，其中：θs1为入射到镜头第一枚透镜前表面的主光线与光轴的夹角、θsi为从镜头最后一枚透镜后表面出射的主光线与光轴的夹角。
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