CN112612124A - 一种高像素大靶面工业镜头 - Google Patents

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CN112612124A CN202011627193.5A CN202011627193A CN112612124A CN 112612124 A CN112612124 A CN 112612124A CN 202011627193 A CN202011627193 A CN 202011627193A CN 112612124 A CN112612124 A CN 112612124A
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曾振煌
林佳敏
卢盛林
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Guangdong OPT Machine Vision Co Ltd
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Guangdong OPT Machine Vision Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种高像素大靶面工业镜头，包括光学系统，光学系统由物方到像方依次设置具有正光焦度的调焦组和具有负光焦度的固定组，调焦组包括具有正光焦度的前组、具有正光焦度的中组、光阑、具有正光焦度的后组，光学系统的焦距f，调焦组的焦距为fS1，固定组的焦距为fS2，满足关系式：0.85<|fS1/f|<1.20，36.00<|fS2/f|<38.00。通过上述结构实现了焦距为60mm的低畸变，像方F数为5.0，最高分辨率可达140lp/mm，可匹配3.57μm像元芯片，最大成像面为φ67mm，其像素可达到一亿五千万像素，全视场最大光学畸变低于0.34％；采用浮动对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。

Description

一种高像素大靶面工业镜头
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种高像素大靶面工业镜头的光学系统。
背景技术
随着工业镜头的不断迭代发展，小靶面工业镜头已无法满足大型机械制造、纺织、印刷、显示器制造等行业检测。急需更大靶面的工业镜头来满足大型制造业。与此同时，相机芯片也在往大尺寸、高分辨率的方向发展，目前市面上已经出现IMX411芯片，其最大芯片尺寸有
Figure BDA0002875180130000011
像元尺寸为3.76μm，高达一亿五千万像素。相应地也就对镜头的光学性能提出了更高的要求，然而目前市面上能够与之匹配大靶面的光学镜头很少，或是在分辨率方面有所不足。
因此对于高分辨率、大靶面的工业镜头的研发就更为迫切。
发明内容
鉴于相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供具有较高的分辨率的光学镜头，最高分辨率可达140lp/mm，可匹配3.57μm像元芯片，最大靶面尺寸为
Figure BDA0002875180130000012
同时具有低畸变性能。
为了实现上述目的，本申请提供一种高像素大靶面工业镜头，包括光学系统，所述光学系统由物方到像方依次设置具有正光焦度的调焦组S1和具有负光焦度的固定组S2；其中，调焦组S1包括具有正光焦度的前组T1、具有正光焦度的中组T2、光阑、具有正光焦度的后组T3；
所述前组T1包括具有负光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有负光焦度、双凹结构的第二透镜G2；具有正光焦度、双凸结构的第三透镜G3；具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4；具有正光焦度、弯月结构的第五透镜G5；其中，第二透镜G2和第三透镜G3胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，第四透镜G4和第五透镜G5胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2；
所述中组T2包括具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6；具有正光焦度、双凸结构的第七透镜G7，其中，第六透镜G6和第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3；
所述后组T3包括具有负光焦度、双凹结构的第八透镜G8；具有正光焦度、双凸结构的第九透镜G9；具有正光焦度、双凸结构的第十透镜G10；其中，第八透镜G8和第九透镜G9胶合成具有负光焦度的第四胶合透镜组U4；
所述固定组S2包括具有正光焦度、弯月结构的第十一透镜G11；具有负光焦度、弯月结构的第十二透镜G12；
所述光学系统的焦距为f，所述调焦组S1的焦距为fS1，所述固定组S2的焦距为fS2，分别满足关系式：0.85<|fS1/f|<1.20，36.00<|fS2/f|<38.00。
进一步地，所述光学系统的第一透镜G1的前表面顶点到第十二透镜G12后表面顶点的距离L与光学系统的焦距f满足关系式：|L/f|>1.85。
进一步地，所述光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f满足关系式：|BFL/f|＜1.15；所述光学系统的半像高y`与光学系统的焦距f满足关系式：|y`/f|＜0.65。
进一步地，所述前组T1的焦距为fT1，中组T2的焦距为fT2，后组T3的焦距为fT3，其中前组焦距fT1与光学系统的焦距f的比值，中组焦距fT2与光学系统的焦距f的比值，后组焦距fT3与光学系统的焦距f的比值，分别满足关系式：1.85＜|fT1/f|＜2.10；2.90＜|fT2/f|；|fT3/f|＜3.65。
进一步地，所述第一透镜G1的焦距为fG1，其焦距fG1与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：1.10＜|fG1/f|＜1.30；所述第十透镜G10的焦距为fG10，其焦距fG10与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：0.85＜|fG10/f|＜1.1；所述第十一透镜G11的焦距为fG11，其焦距fG11与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：2.60＜|fG11/f|＜2.80；所述第十二透镜G12的焦距为fG12，其焦距fG12与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：2.20＜|fG12/f|＜2.40。
进一步地，所述第一胶合透镜组U1的焦距为fU1，其焦距fU1和光学系统的焦距f的比值满足关系式：6.80＜|fU1/f|＜8.00；所述第二胶合透镜组U2的焦距为fU2，其焦距fU2和光学系统的焦距f的比值满足关系式：1.20＜|fU2/f|＜1.60；所述第四胶合透镜组U4的焦距为fU4，其焦距fU4和光学系统的焦距f的比值满足关系式：0.90＜|fU4/f|＜1.20。
进一步地，所述光学系统的物距改变时，所述固定组S2与像面相对位置不变，通过改变所述调焦组S1与所述固定组S2之间的空气间隔Dt来使成像清晰，其中，空气间隔Dt与光学系统的焦距f的比值满足关系式：|Dt/f|＜0.25。
进一步地，所述光学系统的各个透镜均为球面镜，所述光学系统的光阑孔径为圆孔，光阑的光圈在F5.0～F32范围内可调。
本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：本申请一种高像素大靶面工业镜头，包括光学系统，所述光学系统由物方到像方依次设置具有正光焦度的调焦组S1和具有负光焦度的固定组S2。其中，调焦组S1包括具有正光焦度的前组T1、具有正光焦度的中组T2、光阑、具有正光焦度的后组T3；所述光学系统的焦距为f，所述调焦组S1的焦距为fS1，所述固定组S2的焦距为fS2，分别满足关系式：0.85<|fS1/f|<1.20，36.00<|fS2/f|<38.00。本申请通过上述结构实现了焦距为60mm的低畸变光学镜头的光学系统，像方F数为5.0，最高分辨率可达140lp/mm，可匹配3.57μm像元芯片，最大成像面为
Figure BDA0002875180130000031
其像素可达到一亿五千万像素，全视场最大光学畸变低于0.34％；采用浮动对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。
图1是本申请中光学系统的结构示意图。
图2是本申请中光学系统的光学畸变曲线图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。
本申请的描述中，应当理解，本申请中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。
如图1所示，本实施例一种高像素大靶面工业镜头，包括光学系统，光学系统由物方到像方依次设置具有正光焦度的调焦组S1和具有负光焦度的固定组S2；其中，调焦组S1包括具有正光焦度的前组T1、具有正光焦度的中组T2、光阑、具有正光焦度的后组T3；
前组T1包括具有负光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有负光焦度、双凹结构的第二透镜G2；具有正光焦度、双凸结构的第三透镜G3；具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4；具有正光焦度、弯月结构的第五透镜G5；其中，第二透镜G2和第三透镜G3胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，第四透镜G4和第五透镜G5胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2；
中组T2包括具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6；具有正光焦度、双凸结构的第七透镜G7，其中，第六透镜G6和第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3；
后组T3包括具有负光焦度、双凹结构的第八透镜G8；具有正光焦度、双凸结构的第九透镜G9；具有正光焦度、双凸结构的第十透镜G10；其中，第八透镜G8和第九透镜G9胶合成具有负光焦度的第四胶合透镜组U4；
固定组S2包括具有正光焦度、弯月结构的第十一透镜G11；具有负光焦度、弯月结构的第十二透镜G12；
光学系统的焦距为f，调焦组S1的焦距为fS1，固定组S2的焦距为fS2，分别满足关系式：0.85<|fS1/f|<1.20，36.00<|fS2/f|<38.00。
优选地，光学系统的第一透镜G1的前表面顶点到第十二透镜G12后表面顶点的距离L与光学系统的焦距f满足关系式：|L/f|>1.85。
优选地，光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f满足关系式：|BFL/f|＜1.15；光学系统的半像高y`与光学系统的焦距f满足关系式：|y`/f|＜0.65。
优选地，前组T1的焦距为fT1，中组T2的焦距为fT2，后组T3的焦距为fT3，其中前组焦距fT1与光学系统的焦距f的比值，中组焦距fT2与光学系统的焦距f的比值，后组焦距fT3与光学系统的焦距f的比值，分别满足关系式：1.85＜|fT1/f|＜2.10；2.90＜|fT2/f|；|fT3/f|＜3.65。
优选地，第一透镜G1的焦距为fG1，其焦距fG1与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：1.10＜|fG1/f|＜1.30；第十透镜G10的焦距为fG10，其焦距fG10与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：0.85＜|fG10/f|＜1.1；第十一透镜G11的焦距为fG11，其焦距fG11与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：2.60＜|fG11/f|＜2.80；第十二透镜G12的焦距为fG12，其焦距fG12与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：2.20＜|fG12/f|＜2.40。
优选地，第一胶合透镜组U1的焦距为fU1，其焦距fU1和光学系统的焦距f的比值满足关系式：6.80＜|fU1/f|＜8.00；第二胶合透镜组U2的焦距为fU2，其焦距fU2和光学系统的焦距f的比值满足关系式：1.20＜|fU2/f|＜1.60；第四胶合透镜组U4的焦距为fU4，其焦距fU4和光学系统的焦距f的比值满足关系式：0.90＜|fU4/f|＜1.20。
优选地，光学系统的物距改变时，固定组S2与像面相对位置不变，通过改变调焦组S1与固定组S2之间的空气间隔Dt来使成像清晰，其中，空气间隔Dt与光学系统的焦距f的比值满足关系式：|Dt/f|＜0.25。
优选地，光学系统的各个透镜均为球面镜，光学系统的光阑孔径为圆孔，光阑的光圈在F5.0～F32范围内可调。
在本实例中，光学系统数据如下：
Figure BDA0002875180130000061
Figure BDA0002875180130000071
在本实例中，光学系统的焦距f为60mm，最大光圈为F#＝5.0，调焦组S1的焦距fS1＝64.57mm，固定组S2的焦距fS2＝-2225mm，第一透镜G1的前表面顶点到第十二透镜G12的后表面顶点的距离L＝148.5mm，光学后截距BFL＝52.5mm，半像高y`＝33.50mm，前组T1的焦距fT1＝125.28mm，中组T2的焦距fT2＝181.19mm，后组T3的焦距fT3＝209.61mm，第一透镜G1的焦距fG1＝-72.34mm，第一胶合透镜组的焦距fU1＝443.30mm，第二胶合透镜组的焦距fU2＝86.30mm，第四胶合透镜组的焦距fU4＝-62.26mm，第十透镜G10的焦距fG10＝63.10mm，第十一透镜G11的焦距fG11＝165.71mm，第十二透镜G12的焦距fG12＝-140.20mm，空气间隔Dt＝10mm。
各个关系式：|fS1/f|＝1.07；|fS2/f|＝37.08；|L/f|＝2.47；
|BFL/f|＝0.87；|y`/f|＝0.55；|fT1/f|＝2.08；|fT2/f|＝3.01；
|fT3/f|＝3.49；|fG1/f|＝1.20；|fU1/f|＝7.38；|fU2/f|＝1.43；
|fU4/f|＝1.03；|fG10/f|＝1.05；|fG11/f|＝2.76；|fG12/f|＝2.33；
|Dt/f|＝0.17；
满足关系式：0.85<|fS1/f|<1.20；36.00<|fS2/f|<38.00；
|L/f|>1.85；|BFL/f|＜1.15；|y`/f|＜0.65
1.85＜|fT1/f|＜2.10；2.90＜|fT2/f|、|fT3/f|＜3.65；
1.10＜|fG1/f|＜1.30；6.80＜|fU1/f|＜8.00；
1.20＜|fU2/f|＜1.60；0.90＜|fU4/f|＜1.20；
0.85＜|fG10/f|＜1.10；2.60＜|fG11/f|＜2.80；
2.20＜|fG12/f|＜2.40；|Dt/f|＜0.25。
图2所示为本实施例的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.34％。
本申请通过上述结构实现了焦距为60mm的低畸变光学镜头的光学系统，像方F数为5.0，最高分辨率可达140lp/mm，可匹配3.57μm像元芯片，最大成像面为
Figure BDA0002875180130000081
其像素可达到一亿五千万像素，全视场最大光学畸变低于0.34％；采用浮动对焦方式，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 (8)

1.一种高像素大靶面工业镜头，其特征在于：包括光学系统，所述光学系统由物方到像方依次设置具有正光焦度的调焦组S1和具有负光焦度的固定组S2；其中，调焦组S1包括具有正光焦度的前组T1、具有正光焦度的中组T2、光阑、具有正光焦度的后组T3；
所述前组T1包括具有负光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有负光焦度、双凹结构的第二透镜G2；具有正光焦度、双凸结构的第三透镜G3；具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4；具有正光焦度、弯月结构的第五透镜G5；其中，第二透镜G2和第三透镜G3胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，第四透镜G4和第五透镜G5胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2；
所述中组T2包括具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6；具有正光焦度、双凸结构的第七透镜G7，其中，第六透镜G6和第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3；
所述后组T3包括具有负光焦度、双凹结构的第八透镜G8；具有正光焦度、双凸结构的第九透镜G9；具有正光焦度、双凸结构的第十透镜G10；其中，第八透镜G8和第九透镜G9胶合成具有负光焦度的第四胶合透镜组U4；
所述固定组S2包括具有正光焦度、弯月结构的第十一透镜G11；具有负光焦度、弯月结构的第十二透镜G12；
所述光学系统的焦距为f，所述调焦组S1的焦距为fS1，所述固定组S2的焦距为fS2，分别满足关系式：0.85<|fS1/f|<1.20，36.00<|fS2/f|<38.00。
2.根据权利要求1所述的高像素大靶面工业镜头，其特征在于：所述光学系统的第一透镜G1的前表面顶点到第十二透镜G12后表面顶点的距离L与光学系统的焦距f满足关系式：|L/f|>1.85。
3.根据权利要求1所述的高像素大靶面工业镜头，其特征在于：所述光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f满足关系式：|BFL/f|＜1.15；所述光学系统的半像高y`与光学系统的焦距f满足关系式：|y`/f|＜0.65。
4.根据权利要求1所述的高像素大靶面工业镜头，其特征在于：所述前组T1的焦距为fT1，中组T2的焦距为fT2，后组T3的焦距为fT3，其中前组焦距fT1与光学系统的焦距f的比值，中组焦距fT2与光学系统的焦距f的比值，后组焦距fT3与光学系统的焦距f的比值，分别满足关系式：1.85＜|fT1/f|＜2.10；2.90＜|fT2/f|；|fT3/f|＜3.65。
5.根据权利要求1所述的高像素大靶面工业镜头，其特征在于：所述第一透镜G1的焦距为fG1，其焦距fG1与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：1.10＜|fG1/f|＜1.30；所述第十透镜G10的焦距为fG10，其焦距fG10与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：0.85＜|fG10/f|＜1.1；所述第十一透镜G11的焦距为fG11，其焦距fG11与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：2.60＜|fG11/f|＜2.80；所述第十二透镜G12的焦距为fG12，其焦距fG12与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：2.20＜|fG12/f|＜2.40。
6.根据权利要求1所述的高像素大靶面工业镜头，其特征在于：所述第一胶合透镜组U1的焦距为fU1，其焦距fU1和光学系统的焦距f的比值满足关系式：6.80＜|fU1/f|＜8.00；所述第二胶合透镜组U2的焦距为fU2，其焦距fU2和光学系统的焦距f的比值满足关系式：1.20＜|fU2/f|＜1.60；所述第四胶合透镜组U4的焦距为fU4，其焦距fU4和光学系统的焦距f的比值满足关系式：0.90＜|fU4/f|＜1.20。
7.根据权利要求1所述的高像素大靶面工业镜头，其特征在于：所述光学系统的物距改变时，所述固定组S2与像面相对位置不变，通过改变所述调焦组S1与所述固定组S2之间的空气间隔Dt来使成像清晰，其中，空气间隔Dt与光学系统的焦距f的比值满足关系式：|Dt/f|＜0.25。
8.根据权利要求1所述的高像素大靶面工业镜头，其特征在于：所述光学系统的各个透镜均为球面镜，所述光学系统的光阑孔径为圆孔，光阑的光圈在F5.0～F32范围内可调。
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CN116299962A (zh) * 2022-12-25 2023-06-23 福建福光股份有限公司 一种大光圈高均匀度的宽光谱光学系统
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