CN111999854B - 一种f12mm低畸变工业镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焦距为12mm高像质低畸变工业镜头，包括沿光线入射方向依次设置的凸凹负透镜L1、双凸透镜L2、凸凹负透镜L3和凸凹正透镜L4组成的第一胶合组、光阑、凹凸正透镜L5、双凹负透镜L6、双凸正透镜L7；该镜头通过合理分配正负透镜以及光阑的位置，在保证光线走向顺畅的情况下，压低了畸变，达到工业镜头对畸变的要求，并且全视场不拦光，保证边缘视场的照度，使得整个画面照度均匀。同时选用重磷冕玻璃材料，使得系统在‑10℃～60℃的环境条件下不离焦。

Description

一种f12mm低畸变工业镜头
技术领域
本发明设计一种低畸变工业镜头，特别是一种7片全玻璃球面镜头。
背景技术
随着工业镜头在检测应用领域的使用越来越广范，市场上的镜头需求：高分辨率，低畸变，微距。该类镜头不仅结构复杂、使用非球面，而且无法在更近的物距上实现清晰成像，有边缘视场照度不够、像质不高的缺点，利用非球面降低畸变的镜头有高低温性能不稳定、组装公差严格等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尺寸小、解像高的7片式低畸变工业镜头，同时考虑摄像机的电路发热因素、低温使用等一些较极端环境，设计出能在-10℃～60℃内焦面不偏移的光学成像镜头。
为达到以上设计要求，本发明提供的技术方案如下：
一种低畸变工业镜头，包括
沿光轴从物侧至像侧依次排列的透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4、透镜L5、光阑、透镜L6及透镜L7；
所述透镜L2、透镜L4、透镜L5、透镜L7为正光焦度透镜；
所述透镜L1、透镜L3、透镜L6为负光焦度透镜；
所述透镜L3和透镜L4组成第一胶合组；
进一步地，所述透镜L3和透镜L4组成的第一胶合组和透镜L5之间放置一光阑，用来限制轴上光束通光孔径并有助于畸变的减小。
进一步地，所述镜头的焦距EFL与总长TTL满足关系式：0.4<EFL/TTL<0.6。
进一步地，所述镜头第一胶合组的焦距fd与镜头焦距EFL满足关系式：2<fd/EFL<3，利用胶合组矫正色差同时又降低胶合组承担的光焦度，有利于镜头像差的矫正。
进一步地，所述镜头光阑前的镜组焦距ff与镜头焦距EFL满足关系式：0.9<ff/EFL<1.2。合理地利用前镜组承担主要光焦度，给后镜组留有较大自由度矫正畸变。
再进一步地，所述镜头在可见光442～680nm及近红外光850nm下都清晰成像，考虑到不同的使用条件，在设计阶段对可见及红外光下分别优化，在波段切换后进行重新对焦，就能达到清晰成像的效果。
更进一步地，所述镜头最佳工作物距距离在150mm，考虑到工业镜头属有限物距工作并且工作物距较短，因此本设计以150mm物距考虑，在该物距前后一段距离，也具有清晰的成像特点，满足不同的物距要求。
再进一步地，所述镜头在最佳工作物距前后，镜头畸变小于0.2％,可以满足停车管理、支付、工业、物流管理等领域的应用。
本发明所述低畸变工业镜头，其特点为：(1)合理的选配光焦度与光阑的位置，使得在畸变压小的情况下依然有高像质；(2)设计的工作物距为50mm～无穷远，考虑实际使用情况，最佳工作物距在150mm前后；(3)不进行拦光，使得中心视场和边缘视场的照度均匀，更符合工业镜头的要求；(4)可广泛应用于各类条码扫读、数据采集设备，将当代自动识别技术应用于产品溯源、仓储物流、连锁经营超市等各个领域。
附图说明
图1是本发明透镜组装图；
图2是本发明在常温20℃环境下的MTF曲线图
图3是本发明的畸变曲线图；
图4是本发明的照度曲线图；
图5是本发明在低温-10℃环境下的离焦曲线图；
图6是本发明在高温60℃环境下的离焦曲线图；
图7是本发明重新调焦后在近红外的MTF曲线图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
参见图1，本发明包括沿光线入射方向依次设置的凸凹负透镜L1、双凸透镜L2、凸凹负透镜L3和凸凹正透镜L4组成的第一胶合组、光阑、凹凸正透镜L5、双凹负透镜L6、双凸正透镜L7，在透镜L7的右侧设置有滤光片和成像面。
在实施例中，本发明镜头的焦距为12mm，镜头总长24mm,最大像面φ＝8.82mm。以下表1列出满足本发明各透镜的相关参数，包括曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：
Figure BDA0002615717980000041
本发明最终的成像效果通过图2的MTF图来评价，各视场下的MTF曲线都平缓下降，并且一致性较好，代表了该镜头在全视场角内都具有较好的成像效果与分辨率。图3的畸变曲线可以看出全视场畸变小于0.2％,该镜头的畸变控制很好，满足工业镜头的对畸变的高要求。图4的照度曲线可以看出边缘视场照度达到88％，全画面照度均匀。再根据图5和图6高低温下的MTF曲线证实了本发明的镜头能在-10℃～60℃的温度变化内不离焦。
图7的近红外MTF曲线图，曲线平滑并且一致性好，可以用于需要近红外成像的情况下。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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f12mm低畸变工业镜头，其特征在于，所述镜头的镜片组成包括沿光线入射方向依次设置的凸凹负透镜L1、双凸透镜L2、凸凹负透镜L3和凸凹正透镜L4组成的第一胶合组、凹凸正透镜L5、双凹负透镜L6和双凸正透镜L7，具有屈光力的镜片有七片，所述镜头的七片透镜的焦距、折射率及曲率半径分别满足下表条件：
f<sub>1</sub>＝-13±5％ n<sub>1</sub>＝1.55±5％ R<sub>1</sub>＝140±5％ R<sub>2</sub>＝7±5％ f<sub>2</sub>＝10.3±5％ n<sub>2</sub>＝1.6±5％ R<sub>3</sub>＝9±5％ R<sub>4</sub>＝-20±5％ f<sub>3</sub>＝-7±5％ n<sub>3</sub>＝1.9±5％ R<sub>5</sub>＝5±5％ R<sub>6</sub>＝2.7±5％ f<sub>4</sub>＝4.9±5％ n<sub>4</sub>＝1.8±5％ -- R<sub>7</sub>＝5.5±5％ f<sub>5</sub>＝8.1±5％ n<sub>5</sub>＝1.8±5％ R<sub>8</sub>＝-55±5％ R<sub>9</sub>＝-6±5％ f<sub>6</sub>＝-4.5±5％ n<sub>6</sub>＝1.7±5％ R<sub>10</sub>＝-3.8±5％ R<sub>11</sub>＝40±5％ f<sub>7</sub>＝9.2±5％ n<sub>7</sub>＝1.8±5％ R<sub>12</sub>＝16±5％ R<sub>13</sub>＝-14±5％
上表中：f1～f7分别依次对应所述透镜L1到透镜L7的焦距；所述n1～n7分别依次对应所述透镜L1到透镜L7的折射率；R1～R13对应所述透镜L1到透镜L7各个面的曲率半径，其中，“-”表示方向为负方向，在最佳工作物距前后，镜头畸变小于0.2％。
2.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于，所述凸凹负透镜L3和凸凹正透镜L4组成的第一胶合组和凹凸正透镜L5之间设置一光阑。
3.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于，所述镜头的焦距EFL与总长TTL满足关系式：0.4<EFL/TTL<0.6。
4.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于，所述镜头第一胶合组的焦距fd与镜头焦距EFL满足关系式：2<fd/EFL<3。
5.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于，所述镜头光阑前的镜组焦距ff与镜头焦距EFL满足关系式：0.9<ff/EFL<1.2。
6.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于，能在可见光442～680nm及近红外光850nm下都清晰成像。
7.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于，所述镜头的最佳工作物距距离在150mm。
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