CN109884779A - 一种低畸变镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低畸变镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的前透镜组(1)、中透镜组(2)、光阑(5)、后透镜组(3)及调焦组(4)；所述光学系统的焦距为f，所述前透镜组(1)的焦距为f1，所述中透镜组(2)的焦距为f2，所述后透镜组(3)的焦距为f3，所述调焦组(4)的焦距为f4，分别满足关系式：1.5<|f1/f|<4.0；0.5<|f2/f|<1.5；1.0<|f3/f|<2.0；5.0<|f4/f|<10.0。本发明具有畸变低的特点，能有效减少图像的失真程度，并采用浮动对焦方式，满足工作距离300mm以上的成像要求和不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。

Description

一种低畸变镜头
技术领域
本发明属于镜头的技术领域，具体涉及一种低畸变镜头。
背景技术
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过图像摄取装置将要检测的目标信息转换成图像信号，然后由图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标特征，从而实现目标的测量、检测和识别等。随着中国制造2025战略的开展，工业自动化快速发展，机器视觉被广泛应用于生产制造、质量检测、物流、医学、科学研究等领域，而镜头作为机器视觉的“眼睛”占据着重要地位，在电子产品制造如液晶屏缺陷检测、手机触摸屏线路等应用场景中，对高质量镜头的要求越来越高。
其中，中国专利文献公开了一种镜头(公开号：CN 107632376 A，包括：沿光轴从物侧至像侧依次排列的构成固定组的第一透镜组以及构成调焦组的第二透镜组、光阑和第三透镜组；所述第一透镜组为负光焦度透镜组；所述第二透镜组和所述第三透镜组为正光焦度透镜组；所述第一透镜组由三片透镜组成；所述第二透镜组包括至少三片透镜；所述第三透镜组由四片透镜组成。上述的方案在一定程度上能提高像素，但是这种方案至少还存在以下缺陷：第一，结构复杂；第二，光学畸变较大，无法满足目前视觉镜头的需求。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种低畸变镜头，具有畸变低的特点，能有效减少图像的失真程度，并采用浮动对焦方式，满足300mm以上的成像要求和不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低畸变镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的前透镜组、中透镜组、光阑、后透镜组及调焦组；
所述前透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、以及具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3；
所述中透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度及弯月结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6、以及具有负光焦度及双凹结构的第七透镜G7；
所述后透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8、以及具有负光焦度及弯月结构的第九透镜G9；
所述调焦组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10、以及具有负光焦度及双凹结构的第十一透镜G11；
所述光学系统的焦距为f，所述前透镜组的焦距为f1，所述中透镜组的焦距为f2，所述后透镜组的焦距为f3，所述调焦组的焦距为f4，分别满足关系式：1.5<|f1/f|<4.0；0.5<|f2/f|<1.5；1.0<|f3/f|<2.0；5.0<|f4/f|<10.0。
作为本发明所述的一种低畸变镜头的一种改进，所述光学系统的光学后截距为BFL，它与所述光学系统的焦距f满足关系式：|BFL/f|＜1.5。
作为本发明所述的一种低畸变镜头的一种改进，所述光学系统的半像高为y’，它与所述光学系统的焦距f满足关系式：|y’/f|＜0.5。
作为本发明所述的一种低畸变镜头的一种改进，所述第一透镜G1的折射率为n1，所述第一透镜G1的折射率满足关系式：1.8＜n1＜2.1。
作为本发明所述的一种低畸变镜头的一种改进，所述第二透镜G2的折射率为n2，所述第三透镜G3的折射率为n3，两者同时满足关系式：1.65＜n2＜1.9；1.65＜n3＜1.9；所述第二透镜G2的阿贝系数为v2，所述第三透镜G3的阿贝系数为v3，两者分别满足关系式：20＜v2＜35；40＜v3＜60。
作为本发明所述的一种低畸变镜头的一种改进，所述第四透镜G4与所述第五透镜G5组成形成第一胶合透镜U1，所述第六透镜G6与所述第七透镜G7组成形成第二胶合透镜U2，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2，所述第一胶合透镜U1的焦距与所述中透镜组的焦距的比值满足关系式：0.9＜|fU1/f2|＜2.0，所述第二胶合透镜U2的焦距与所述中透镜组的焦距的比值满足关系式：3.0＜|fU2/f2|＜6.0。
作为本发明所述的一种低畸变镜头的一种改进，所述第十透镜G10的焦距为fG10，所述第十一透镜G11的焦距为fG11，所述第十透镜G10的焦距与所述调焦组的焦距的比值及所述第十一透镜G11与所述调焦组的焦距的比值，同时满足关系式：0.05＜|fG10/f4|＜0.2；0.05＜|fG11/f4|＜0.2。
作为本发明所述的一种低畸变镜头的一种改进，所述第八透镜G8与所述第九透镜G9组成形成第三胶合透镜U3。
作为本发明所述的一种低畸变镜头的一种改进，所述第八透镜G8的折射率为n8，所述第九透镜G9的折射率为n9，两者同时满足关系式：1.7＜n8＜2.1；1.7＜n9＜2.1；所述第八透镜G8的阿贝系数为v8，所述第九透镜G9的阿贝系数为v9，两者分别满足关系式：40＜v8＜60；20＜v9＜35。
作为本发明所述的一种低畸变镜头的一种改进，所述第一透镜G1、所述第二透镜G2、所述第三透镜G3、所述第四透镜G4、所述第五透镜G5、所述第六透镜G6、所述第七透镜G7、所述第八透镜G8、所述第九透镜G9、所述第十透镜G10及所述第十一透镜G11均为球面镜。
本发明的有益效果在于，本发明包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的前透镜组、中透镜组、光阑、后透镜组及调焦组；所述前透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、以及具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3；所述中透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度及弯月结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6、以及具有负光焦度及双凹结构的第七透镜G7；所述后透镜组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8、以及具有负光焦度及弯月结构的第九透镜G9；所述调焦组包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10、以及具有负光焦度及双凹结构的第十一透镜G11；所述光学系统的焦距为f，所述前透镜组的焦距为f1，所述中透镜组的焦距为f2，所述后透镜组的焦距为f3，所述调焦组的焦距为f4，分别满足关系式：1.5<|f1/f|<4.0；0.5<|f2/f|<1.5；1.0<|f3/f|<2.0；5.0<|f4/f|<10.0。通过上述结构实现了焦距为75mm高像素宽工作距离的低畸变镜头的光学系统，最大成像面为其分辨率可达140lp/mm，最高像素可达到7000万像素，全视场光学畸变低于0.03％；工作距离宽，采用浮动对焦方式，从300mm～∞均可达到相应的成像要求，能满足不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。本发明具有畸变低的特点，能有效减少图像的失真程度，有效提高检测精度，并采用浮动对焦方式，满足300mm以上的成像要求和不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的光路图；
图3为本发明的传递函数图；
图4为本发明的光学畸变曲线图；
其中：1-前透镜组；2-中透镜组；3-后透镜组；4-调焦组；5-光阑。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1～4所示，一种低畸变镜头，包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的前透镜组1、中透镜组2、光阑5、后透镜组3及调焦组4；
前透镜组1包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、以及具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3；
中透镜组2包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度及弯月结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6、以及具有负光焦度及双凹结构的第七透镜G7；
后透镜组3包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8、以及具有负光焦度及弯月结构的第九透镜G9；
调焦组4包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10、以及具有负光焦度及双凹结构的第十一透镜G11；
光学系统的焦距为f，前透镜组1的焦距为f1，中透镜组2的焦距为f2，后透镜组3的焦距为f3，调焦组4的焦距为f4，分别满足关系式：1.5<|f1/f|<4.0；0.5<|f2/f|<1.5；1.0<|f3/f|<2.0；5.0<|f4/f|<10.0。
优选的，光学系统的光学后截距为BFL，它与光学系统的焦距f满足关系式：|BFL/f|＜1.5。
优选的，光学系统的半像高为y’，它与光学系统的焦距f满足关系式：|y’/f|＜0.5。
优选的，第一透镜G1的折射率为n1，第一透镜G1的折射率满足关系式：1.8＜n1＜2.1。
优选的，第二透镜G2的折射率为n2，第三透镜G3的折射率为n3，两者同时满足关系式：1.65＜n2＜1.9；1.65＜n3＜1.9；第二透镜G2的阿贝系数为v2，第三透镜G3的阿贝系数为v3，两者分别满足关系式：20＜v2＜35；40＜v3＜60。
优选的，第八透镜G8与第九透镜G9组成形成第三胶合透镜U3。
优选的，第八透镜G8的折射率为n8，第九透镜G9的折射率为n9，两者同时满足关系式：1.7＜n8＜2.1；1.7＜n9＜2.1；第八透镜G8的阿贝系数为v8，第九透镜G9的阿贝系数为v9，两者分别满足关系式：40＜v8＜60；20＜v9＜35。
优选的，第四透镜G4与第五透镜G5组成形成第一胶合透镜U1，第六透镜G6与第七透镜G7组成形成第二胶合透镜U2，第一胶合透镜U1的焦距为fU1，第二胶合透镜U2的焦距为fU2，第一胶合透镜U1的焦距与中透镜组2的焦距的比值满足关系式：0.9＜|fU1/f2|＜2.0，第二胶合透镜U2的焦距与中透镜组2的焦距的比值满足关系式：3.0＜|fU2/f2|＜6.0。
优选的，第十透镜G10的焦距为fG10，第十一透镜G11的焦距为fG11，第十透镜G10的焦距与调焦组4的焦距的比值及第十一透镜G11与调焦组4的焦距的比值，同时满足关系式：0.05＜|fG10/f4|＜0.2；0.05＜|fG11/f4|＜0.2。
优选的，第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8、第九透镜G9、第十透镜G10及第十一透镜G11均为球面镜。
具体光学系统数据如下：
表面 半径 厚度 折射
G1前表面 61.5 5.8 2.0
G1后表面 239.1 0.1
G2前表面 40.6 3.6 1.7
G2后表面 49.4 4.2
G3前表面 586.8 2.2 1.8
G3后表面 28.7 21.3
U1前表面 259.9 2.2 1.7
U1胶合面 34.0 11.0 1.7
U1后表面 -119.8 0.1
U2前表面 53.7 6.1 1.9
U2胶合面 -32.0 3.5 1.8
U2后表面 45.6 5.1
光阑 Infinity 11.5
U3前表面 -177.3 4.4 1.7
U3胶合面 -23.2 3.3 2.0
U3后表面 -43.5 16.8
G10前表 109.4 4.8 1.8
G10后表 -109.4 4.9
G11前表 -66.9 2.2 1.6
G11后表 66.9 35.8
像面 Infinity
实施例中光学系统的焦距f为75mm，最大光圈为F#＝2.8，前透镜组1的焦距f1＝-206.1mm，中透镜组2的焦距f2＝76.2mm，后透镜组3的焦距f3＝114.1mm，调焦组4的焦距f4＝-623.8mm，第一胶合透镜组U1的焦距fU1＝103.1mm，第二胶合透镜组U2的焦距fU2＝377.2mm，第十透镜G10的焦距fG10＝65.8mm，第十一透镜G11的焦距fG11＝-53.3mm，光学后截距BFL＝35.8mm，半像高y’＝22mm。
各个关系式：
|f1/f|＝2.7；|f2/f|＝1.0；|f3/f|＝1.5；|f4/f|＝8.3
|BFL/f|＝0.5；|y’/f|＝0.3；|fU1/f2|＝1.3；|fU2/f2|＝4.9；
|fG10/f4|＝0.1；|fG11/f4|＝0.08。
满足关系式：
1.5<|f1/f|<4.0；0.5<|f2/f|<1.5；1.0<|f3/f|<2.0；5.0<|f4/f|<10.0；
|BFL/f|＜1.5；|y’/f|＜0.5；0.9＜|fU1/f2|＜2.0；3.0＜|fU2/f2|＜6.0；
0.05＜|fG10/f4|＜0.2；0.05＜|fG11/f4|＜0.2。
图3所示为传递函数曲线图，全视场在140lp/mm的MTF值>0.3，理论分辨精度可达3.5微米，实现光学系统的高分辨成像。
图4所示为光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.03％；
通过上述结构实现了焦距为75mm高像素宽工作距离的低畸变镜头的光学系统，最大成像面为其分辨率可达140lp/mm，最高像素可达到7000万像素，全视场光学畸变低于0.03％；工作距离宽，采用浮动对焦方式，从300mm～∞均可达到相应的成像要求，能满足不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种低畸变镜头，其特征在于：包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的前透镜组(1)、中透镜组(2)、光阑(5)、后透镜组(3)及调焦组(4)；
所述前透镜组(1)包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、以及具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3；
所述中透镜组(2)包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有负光焦度及弯月结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6、以及具有负光焦度及双凹结构的第七透镜G7；
所述后透镜组(3)包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8、以及具有负光焦度及弯月结构的第九透镜G9；
所述调焦组(4)包括沿光轴从物侧至像侧依次排列的具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10、以及具有负光焦度及双凹结构的第十一透镜G11；
所述光学系统的焦距为f，所述前透镜组(1)的焦距为f1，所述中透镜组(2)的焦距为f2，所述后透镜组(3)的焦距为f3，所述调焦组(4)的焦距为f4，分别满足关系式：1.5<|f1/f|<4.0；0.5<|f2/f|<1.5；1.0<|f3/f|<2.0；5.0<|f4/f|<10.0。
2.如权利要求1所述的一种低畸变镜头，其特征在于：所述光学系统的光学后截距为BFL，它与所述光学系统的焦距f满足关系式：|BFL/f|＜1.5。
3.如权利要求1或2所述的一种低畸变镜头，其特征在于：所述光学系统的半像高为y’，它与所述光学系统的焦距f满足关系式：|y’/f|＜0.5。
4.如权利要求1所述的一种低畸变镜头，其特征在于：所述第一透镜G1的折射率为n1，所述第一透镜G1的折射率满足关系式：1.8＜n1＜2.1。
5.如权利要求1所述的一种低畸变镜头，其特征在于：所述第二透镜G2的折射率为n2，所述第三透镜G3的折射率为n3，两者同时满足关系式：1.65＜n2＜1.9；1.65＜n3＜1.9；所述第二透镜G2的阿贝系数为v2，所述第三透镜G3的阿贝系数为v3，两者分别满足关系式：20＜v2＜35；40＜v3＜60。
6.如权利要求1或2所述的一种低畸变镜头，其特征在于：所述第四透镜G4与所述第五透镜G5组成形成第一胶合透镜U1，所述第六透镜G6与所述第七透镜G7组成形成第二胶合透镜U2，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2，所述第一胶合透镜U1的焦距与所述中透镜组(2)的焦距的比值满足关系式：0.9＜|fU1/f2|＜2.0，所述第二胶合透镜U2的焦距与所述中透镜组(2)的焦距的比值满足关系式：3.0＜|fU2/f2|＜6.0。
7.如权利要求1或2所述的一种低畸变镜头，其特征在于：所述第十透镜G10的焦距为fG10，所述第十一透镜G11的焦距为fG11，所述第十透镜G10的焦距与所述调焦组(4)的焦距的比值及所述第十一透镜G11与所述调焦组(4)的焦距的比值，同时满足关系式：0.05＜|fG10/f4|＜0.2；0.05＜|fG11/f4|＜0.2。
8.如权利要求1所述的一种低畸变镜头，其特征在于：所述第八透镜G8与所述第九透镜G9组成形成第三胶合透镜U3。
9.如权利要求1或8所述的一种低畸变镜头，其特征在于：所述第八透镜G8的折射率为n8，所述第九透镜G9的折射率为n9，两者同时满足关系式：1.7＜n8＜2.1；1.7＜n9＜2.1；所述第八透镜G8的阿贝系数为v8，所述第九透镜G9的阿贝系数为v9，两者分别满足关系式：40＜v8＜60；20＜v9＜35。
10.如权利要求1所述的一种低畸变镜头，其特征在于：所述第一透镜G1、所述第二透镜G2、所述第三透镜G3、所述第四透镜G4、所述第五透镜G5、所述第六透镜G6、所述第七透镜G7、所述第八透镜G8、所述第九透镜G9、所述第十透镜G10及所述第十一透镜G11均为球面镜。
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