CN110609380B

CN110609380B - 一种镜头

Info

Publication number: CN110609380B
Application number: CN201910866412.6A
Authority: CN
Inventors: 林法官; 刘凯; 丁洪兴; 杜艳芬
Original assignee: Zhejiang Dahua Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Dahua Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: CN110609380A

Abstract

本发明公开了一种镜头，所述镜头包括：由物侧至像侧依次排列的第一透镜组和第二透镜组；所述第一透镜组的位置固定，第二透镜组可沿光轴进行移动；透镜组满足以下条件：1.2<|f调/f系统|<1.3；其中，f调为第二透镜组的焦距，f系统为所述镜头的系统焦距。由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列两个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：1.2<|f调/f系统|<1.3；在一定程度上，增大了镜头的视场、口径、焦距、分辨率，并且满足近物距的要求。

Description

一种镜头

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种镜头。

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机器视觉产品，即图像摄取装置将要检测的目标转换成图像信号，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，从而实现现场设备动作的控制。图像摄取装置包括互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)和电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)等。

目前市面上的机器视觉镜头，无法兼顾大视场、大口径、长焦距、高分辨率及近物距的要求，因此无法满足高端产品需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种镜头，用以解决目前市面上的机器视觉镜头无法兼顾大视场、大口径、长焦距、高分辨率及近物距的要求的问题。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组和第二透镜组；

所述第一透镜组的位置固定，第二透镜组可沿光轴进行移动；

透镜组满足以下条件：

1.2<|f调/f系统|<1.3；

其中，f调为第二透镜组的焦距，f系统为所述镜头的系统焦距。

进一步地，所述第一透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第一负光焦度透镜和第一正光焦度透镜。

进一步地，所述第一负光焦度透镜包括双凹透镜；所述第一正光焦度透镜包括凸透镜。

进一步地，所述第二透镜组包括从物侧到像侧依次排列的第二正光焦度透镜、第一子透镜组、第二子透镜组、第五正光焦度透镜和第六正光焦度透镜；

所述第一子透镜组包括第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜；

所述第二子透镜组包括第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜。

进一步地，所述第二正光焦度透镜包括凸透镜；所述第三正光焦度透镜包括凸透镜；所述第二负光焦度透镜包括凹透镜；所述第三负光焦度透镜包括凹透镜；所述第四正光焦度透镜包括凸透镜；所述第五正光焦度透镜包括凸透镜；所述第六正光焦度透镜包括凸透镜。

进一步地，所述第一子透镜组和第二子透镜组之间设置有光栏。

进一步地，所述第二透镜组的像侧设置有成像面。

进一步地，所述第二透镜组和成像面之间设置有滤光片。

进一步地，所述第一正光焦度透镜的折射率大于1.9。

进一步地，所述第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数均大于60。

本发明实施例提供了一种镜头，所述镜头包括：由物侧至像侧依次排列的第一透镜组和第二透镜组；所述第一透镜组的位置固定，第二透镜组可沿光轴进行移动；透镜组满足以下条件：1.2<|f调/f系统|<1.3；其中，f调为第二透镜组的焦距，f系统为所述镜头的系统焦距。由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列两个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：1.2<|f调/f系统|<1.3；在一定程度上，增大了镜头的视场、口径、焦距、分辨率，并且满足近物距的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例提供的一种镜头示意图；

图2为本发明实施例1提供的镜头示意图；

图3为本发明实施例1提供的系统在无穷处的传递函数(MTF)曲线图；

图4为本发明实施例1提供的系统在倍率-0.103的传递函数(MTF)曲线图；

图5为本发明实施例1提供的系统在倍率-0.189的传递函数(MTF)曲线图；

图6为本发明实施例2提供的镜头示意图；

图7为本发明实施例2提供的系统在无穷处的传递函数(MTF)曲线图；

图8为本发明实施例2提供的系统在倍率-0.103的传递函数(MTF)曲线图；

图9为本发明实施例2提供的系统在倍率-0.208的传递函数(MTF)曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种镜头示意图，所述镜头包括由物侧至像侧依次排列的第一透镜组G1和第二透镜组G2；

所述第一透镜组G1的位置固定，第二透镜组G2可沿光轴进行移动；

透镜组满足以下条件：

1.2<|f调/f系统|<1.3；

本发明实施例提供的镜头，通过改变第二透镜组G2沿光轴的位置来实现焦距的微调，从而改变聚焦时的物距。由于在本发明实施例中，在镜头中按照特定的顺序由物侧至像侧依次排列两个透镜组，并且镜头中的透镜组满足：1.2<|f调/f系统|<1.3；在一定程度上，增大了镜头的视场、口径、焦距、分辨率，并且满足近物距的要求。

为了提高镜头的成像质量，在本发明实施例中，所述第一透镜组G1包括从物侧到像侧依次排列的第一负光焦度透镜1和第一正光焦度透镜2。所述第一负光焦度透镜1包括双凹透镜；所述第一正光焦度透镜2包括凸透镜。

所述第二透镜组G2包括从物侧到像侧依次排列的第二正光焦度透镜3、第一子透镜组C1、第二子透镜组C2、第五正光焦度透镜8和第六正光焦度透镜9；

所述第一子透镜组C1包括第三正光焦度透镜4和第二负光焦度透镜5；

所述第二子透镜组C2包括第三负光焦度透镜6和第四正光焦度透镜7。

所述第二正光焦度透镜包括凸透镜；所述第三正光焦度透镜包括凸透镜；所述第二负光焦度透镜包括凹透镜；所述第三负光焦度透镜包括凹透镜；所述第四正光焦度透镜包括凸透镜；所述第五正光焦度透镜包括凸透镜；所述第六正光焦度透镜包括凸透镜。

为了缩短镜头的长度，使得系统能够紧凑，所述第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。其中，为了保证第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜能够实现胶合连接或者贴合连接，第三正光焦度透镜朝向像侧一面的曲率半径与第二负光焦度透镜朝向物侧一面的曲率半径相同。所述第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜可以胶合连接或者贴合连接。其中，为了保证第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜能够实现胶合连接或者贴合连接，第三负光焦度透镜朝向像侧一面的曲率半径与第四正光焦度透镜朝向物侧一面的曲率半径相同。

在本发明实施例中，所述第一子透镜组和第二子透镜组之间设置有孔径光栏P。

孔径光栏的口径大小决定了系统的光圈值以及拍摄时的景深大小，其口径大小可以固定不变，或者根据需要放置可调整口径的孔径光栏以实现通光口径可调，即有可变系统光圈值和改变景深的目的。

在本发明实施例中，第二透镜组的像侧设置有成像面M，第二透镜组和成像面之间设置有滤光片N。滤光片N用来选取所需辐射波段。

为了提高镜头的折射率，减小镜头总长度，在本发明实施例中，所述第一正光焦度透镜的折射率大于1.9。例如第一正光焦度透镜的折射率可以是2.0、2.1等。并且，第一正光焦度透镜的折射率大于1.9，还可以降低球面像差，提高图像质量。

在本发明实施例中，为了在镜头的全焦段内实现日夜共焦以及无热化，也就是在-40摄氏度至80摄氏度都能清晰成像，在本发明实施例中，第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数均大于60。例如第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数可以是65、68、70等。并且，第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数可以相同或不同。另外，第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数均大于60，还可以降低图像的色差，从而提高图像质量。

下面针对本发明实施例提供的镜头参数进行举例说明。

实施例1：

所述镜头焦距为57.58mm，光圈Fno为4.0，镜头总长TTL约为128mm。

各个透镜的曲率半径、中心厚度、折射率nd、和阿贝常数Vd等数据，如表1所示：

表1

根据表1中的数据及相关的公式可得到：

f调＝71.16mm；|f调/f系统|＝1.235；nd2＝2.001；Vd4＝81.61；Vd7＝75.50。

工作距	倍率	D4	D17
				无限穷	0.000	12.64	28.300
560	-0.103	6.08	34.860
				309	-0.189	0.32	40.617

其中，倍率为像高与对应物高的比值；工作距为物侧第一个镜片顶点到物体的距离。

图2为本发明实施例提供的镜头示意图，下面通过对实施例1进行详细的光学系统分析，进一步介绍本实施例1所提供的镜头。光学传递函数是用来评价一个光学系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对像差进行了很好的校正。

图3是系统在无穷处的传递函数(MTF)曲线图，其横坐标为分辨率，单位为lp/mm，纵坐标是MTF数值，下文的类似曲线不再重述。如图3，可见光曲线平滑下降且集中，在100lp/mm时，像高17.5mm内MTF值大于0.4。从而实现了系统在白光下，镜头性能达到9千万像素的分辨率。

图4是系统在倍率-0.103的传递函数(MTF)曲线图。图5是系统在倍率-0.189的传递函数(MTF)曲线图。

实施例2：

所述镜头焦距为57.38mm，光圈Fno为4，镜头总长TTL为128mm。

各个透镜的曲率半径、中心厚度、折射率nd、和阿贝常数Vd等数据，如表2所示：

表2

根据表2中的数据及相关的公式可得到：

工作距	倍率	D4	D17
				无限穷	0.000	14.27	26.329
561	-0.103	7.60	33.000
				286	-0.208	0.32	40.270

其中，倍率为像高与对应物高的比值；工作距为物侧第一枚镜片顶点到物体的距离。

图6为本发明实施例提供的镜头示意图。下面通过对实施例2进行详细的光学系统分析，进一步介绍本实施例2所提供的镜头。

图7是系统在无穷处的传递函数(MTF)曲线图，可见曲线平滑下降且集中，在100lp/mm时，像高17.5mm内MTF值大于0.4，从而实现了系统在白光下，镜头性能达到9千万像素的分辨率。

图8是系统在倍率-0.103的传递函数(MTF)曲线图。图9是系统在倍率-0.208的传递函数(MTF)曲线图。

综上所述，本发明实施例提供了一种镜头，采用9片型式的光学透镜，并按照特定顺序从左到右依次排列，以及通过各个光学透镜的光焦度的分配，同时采用合理的光学玻璃材质，使得透镜系统的结构形式，透镜的折射率、阿贝系数等参数与成像条件匹配，进而使透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正，从而达到超大光圈、9千万像素的分辨率，良好环境适用性(从-40度到80度)。

当物体靠近镜头时，固定组保持不动，调焦组向物体移动，使用物体能在像面上清晰成像。这种内对焦方式有利于镜头的防尘、防潮。

由于机器视觉镜头通常工作距在0.3-1.2米之间，对于焦距60mm左右的镜头，若使用光圈F2.8在工作距为0.3-0.4米时，景深非常浅，对物体放置以及镜片与CMOS芯片的配合要求极高，不便于实际使用，正常使用时是缩小光圈到F4.0，F5.6甚至F8.0。虽然光圈缩小会造成的通光量不足，行业通常采用补光方案解决。本方案采用光圈使用4.0方案合理，可以减少镜片数，并提高镜头的生产良率。这样可以大幅降低成本，并能达到紧凑的结构。另外，所有的光学透镜均采用球面设计，冷加工工艺性能良好，生产成本低。

对于关系式：1.2<|f调/f系统|<1.3，当数值大于上限时，成像质量会提升，但不利用减小系统的总长；当数值小于下限时，虽然系统会更紧凑，但系统成像性能较差将达不到9千万像素的使用要求。

为了实现较佳的消除色差以及无热化(在-40至80度都能清晰成像)，透镜4和透镜7需要采用低色散材料，其阿贝数分别为Vd4>60，Vd7>60。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种镜头，其特征在于，所述镜头由物侧至像侧依次排列的第一透镜组和第二透镜组构成；

所述第二透镜组满足以下条件：

1.2<f调/f系统<1.3；

其中，f调为第二透镜组的焦距，f系统为所述镜头的系统焦距；

所述第二透镜组由从物侧到像侧依次排列的第二正光焦度透镜、第一子透镜组、第二子透镜组、第五正光焦度透镜和第六正光焦度透镜构成；

所述第一子透镜组由第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜构成；

所述第二子透镜组由第三负光焦度透镜和第四正光焦度透镜构成；

所述第三正光焦度透镜和第二负光焦度透镜胶合连接，所述第三正光焦度透镜朝向像侧一面的曲率半径与第二负光焦度透镜朝向物侧一面的曲率半径相同；

所述第一透镜组由从物侧到像侧依次排列的第一负光焦度透镜和第一正光焦度透镜构成；

所述第一正光焦度透镜的折射率大于1.9；

所述第三正光焦度透镜和第四正光焦度透镜的阿贝数均大于60。

2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一负光焦度透镜为双凹透镜；所述第一正光焦度透镜为凸透镜。

3.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二正光焦度透镜为凸透镜；所述第三正光焦度透镜为凸透镜；所述第二负光焦度透镜为凹透镜；所述第三负光焦度透镜为凹透镜；所述第四正光焦度透镜为凸透镜；所述第五正光焦度透镜为凸透镜；所述第六正光焦度透镜为凸透镜。

4.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一子透镜组和第二子透镜组之间设置有孔径光栏。

5.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜组的像侧设置有成像面。

6.如权利要求5所述的镜头，其特征在于，所述第二透镜组和成像面之间设置有滤光片。