CN113589497A - 一种用于有限共轭距成像的紫外镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学镜头领域，尤其涉及一种用于有限共轭距成像的紫外镜头，包括第一透镜组、第二透镜组和光阑；所述第一透镜组和第二透镜组对称设置在所述光阑的相对两侧；所述第一透镜组远离所述光阑的端面为凸面，所述第一透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，所述第二透镜组远离所述光阑的端面为凸面，所述第二透镜组靠近所述光阑的端面为凹面。本发明提供的用于有限共轭距成像的紫外镜头可针对150mm～5000mm之间的距离进行像差校正，消除了近距离对焦引入的轴外像差对图像边缘的影响，符合绝大部分紫外成像应用的场景，成像质量高，特别是刑侦和机器视觉检测领域，在实际使用中拥有良好的表现。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头领域，尤其涉及一种用于有限共轭距成像的紫外镜头。
背景技术
近年来，随着科技的发展，紫外成像技术得到了越来越广泛的应用。其中在刑侦领域、机器视觉检测领域等应用最为广泛。而紫外镜头是紫外成像系统中关键的一个部分，紫外镜头的质量决定了最终的成像质量。现有的紫外镜头都是对无穷远成像进行像差校正，大多是遵循远距镜头的设计形式来设计的，这种形式的镜头结构紧凑，在远距离对焦时的成效效果好。但随着对焦距离的拉近，轴外像点的像差会开始增加，特别是在1m以内的对焦距离，像质下降较为严重。而包括刑侦领域、机器视觉检测等实际场景中，都是有限距离成像，一些检测和信息提取甚至是微距成像。针对无穷远成像进行设计校正的紫外镜头在实际的有限距离应用中，成像质量会有较大的下滑。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可提高有限距离成像质量的用于有限共轭距成像的紫外镜头。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于有限共轭距成像的紫外镜头，包括第一透镜组、第二透镜组和光阑；
所述第一透镜组和第二透镜组对称设置在所述光阑的相对两侧；
所述第一透镜组远离所述光阑的端面为凸面，所述第一透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，所述第二透镜组远离所述光阑的端面为凸面，所述第二透镜组靠近所述光阑的端面为凹面。
在可选实施例中，所述第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜远离所述光阑的一侧，所述第二透镜组包括第三透镜和第四透镜，所述第四透镜位于所述第三透镜远离所述光阑的一侧，所述第一透镜和第四透镜均为凸镜，所述第二透镜和第三透镜均为凹镜。
在可选实施例中，所述第一透镜和第四透镜均为双凸透镜，所述第二透镜和第三透镜均为双凹透镜。
在可选实施例中，所述第一透镜远离所述第二透镜的表面的半径范围为11.106mm～11.126mm，所述第一透镜靠近所述第二透镜的表面的半径范围为﹣33.922mm～﹣33.942mm，所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面的半径范围为﹣39.458mm～﹣39.478mm，所述第二透镜远离所述第一透镜的表面的半径范围为8.467mm～8.487mm。
在可选实施例中，所述第一透镜和第四透镜的厚度范围均为3.963mm～3.983mm，所述第二透镜和第三透镜的厚度范围均为1.563mm～1.583mm。
在可选实施例中，所述第一透镜和第二透镜之间的间距范围为0.194mm～0.214mm，所述第二透镜和光阑之间的间距范围为2.390mm～2.410mm，所述第三透镜和光阑之间的间距范围为2.390mm～2.410mm，所述第三透镜和第四透镜之间的间距范围为0.082mm～0.102mm。
在可选实施例中，还包括第五透镜和第六透镜，所述第五透镜设置在所述第一透镜远离所述第二透镜的一侧，所述第五透镜为平凸透镜，所述第六透镜设置在所述第四透镜远离所述第三透镜的一侧，所述第六透镜为双凸透镜。
在可选实施例中，所述第一透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的材质均为氟化钙，所述第二透镜和第三透镜的材质均为熔融石英。
在可选实施例中，所述第五透镜的厚度范围为5.992mm～6.012mm，所述第五透镜和第一透镜之间的间距范围为0.996mm～1.016mm，所述第六透镜的厚度范围为2.006mm～2.026mm，所述第六透镜和第四透镜之间的间距范围为0.089mm～0.109mm，所述第六透镜和成像面之间的间距范围为39.215mm～60.080mm。
在可选实施例中，所述第五透镜远离所述第一透镜的表面的半径范围为36.431mm～36.451mm，所述第六透镜靠近所述第四透镜的表面的半径范围为57.221mm～57.241mm，所述第六透镜远离所述第四透镜的表面的半径范围为﹣35.386mm～﹣35.406mm。
本发明的有益效果在于：由于在实际的使用场景中，只校正1m以内的近距离像差是不够的，常用的拍摄距离最远一般为5m左右，因此，本发明提供的用于有限共轭距成像的紫外镜头，将第一透镜组和第二透镜组对称布置在所述光阑的两侧，并将第一透镜组远离光阑的端面设计为凸面，第一透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，第二透镜组远离光阑的端面设计为凸面，第二透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，这种镜头的工作距离从15mm到无穷远，并可针对150mm～5000mm之间的距离进行像差校正，消除了近距离对焦引入的轴外像差对图像边缘的影响，符合绝大部分紫外成像应用的场景，成像质量高，特别是刑侦和机器视觉检测领域，在实际使用中拥有良好的表现。
附图说明
图1为本发明实施例的用于有限共轭距成像的紫外镜头的结构示意图；
标号说明：
1、第一透镜组； 11、第一透镜； 12、第二透镜；
2、第二透镜组； 21、第三透镜； 22、第四透镜；
3、光阑；
4、第五透镜；
5、第六透镜；
6、成像面。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，一种用于有限共轭距成像的紫外镜头，包括第一透镜组、第二透镜组和光阑；
所述第一透镜组和第二透镜组对称设置在所述光阑的相对两侧；
所述第一透镜组远离所述光阑的端面为凸面，所述第一透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，所述第二透镜组远离所述光阑的端面为凸面，所述第二透镜组靠近所述光阑的端面为凹面。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的用于有限共轭距成像的紫外镜头，将第一透镜组和第二透镜组对称布置在所述光阑的两侧，并将第一透镜组远离光阑的端面设计为凸面，第一透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，第二透镜组远离光阑的端面设计为凸面，第二透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，这种镜头的工作距离从15mm到无穷远，并可针对150mm～5000mm之间的距离进行像差校正，消除了近距离对焦引入的轴外像差对图像边缘的影响，符合绝大部分紫外成像应用的场景，成像质量高，特别是刑侦和机器视觉检测领域，在实际使用中拥有良好的表现。
进一步的，所述第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜远离所述光阑的一侧，所述第二透镜组包括第三透镜和第四透镜，所述第四透镜位于所述第三透镜远离所述光阑的一侧，所述第一透镜和第四透镜均为凸镜，所述第二透镜和第三透镜均为凹镜。
由上述描述可知，从物方到像方依次布置第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜，采用凸-凹-凹-凸的透镜组合形式，在对称成像的基础上可实现近距离成像对像差影响较大的轴外像差的校正，提高成像质量。
进一步的，所述第一透镜和第四透镜均为双凸透镜，所述第二透镜和第三透镜均为双凹透镜。
由上述描述可知，通过对透镜组型式的优化，采用了双凸-双凹-双凹-双凸的透镜组合形式，把光阑设置在两组双凹透镜中间，有助于校正轴外的慧差，并对校正场曲也产生了积极效果。
进一步的，所述第一透镜远离所述第二透镜的表面的半径范围为11.106mm～11.126mm，所述第一透镜靠近所述第二透镜的表面的半径范围为﹣33.922mm～﹣33.942mm，所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面的半径范围为﹣39.458mm～﹣39.478mm，所述第二透镜远离所述第一透镜的表面的半径范围为8.467mm～8.487mm。
由上述描述可知，经过反复试验优化，采用本方案的透镜组半径设计可同时对轴外慧差及场曲进行校正，降低对像差的影响，保证在微距成像应用时的成像质量。
进一步的，所述第一透镜和第四透镜的厚度范围均为3.963mm～3.983mm，所述第二透镜和第三透镜的厚度范围均为1.563mm～1.583mm。
由上述描述可知，经过实验论证可知，透镜的厚度过大或过小均无法满足有限距离应用时的成像质量要求，因此将透镜厚度设计在上述范围内，以保证有限距离成像质量。
进一步的，所述第一透镜和第二透镜之间的间距范围为0.194mm～0.214mm，所述第二透镜和光阑之间的间距范围为2.390mm～2.410mm，所述第三透镜和光阑之间的间距范围为2.390mm～2.410mm，所述第三透镜和第四透镜之间的间距范围为0.082mm～0.102mm。
由上述描述可知，试验中，在工作距离为150mm—5000mm的区间内取了多个优化点，根据像差和距离变化的关系，确定了上述透镜组的厚度和间距参数，使得镜头的成像质量大幅度提高。
进一步的，还包括第五透镜和第六透镜，所述第五透镜设置在所述第一透镜远离所述第二透镜的一侧，所述第五透镜为平凸透镜，所述第六透镜设置在所述第四透镜远离所述第三透镜的一侧，所述第六透镜为双凸透镜。
由上述描述可知，遵循光线在透镜上的入射角尽量小原则，试验中在4片透镜的前后各增加1片曲率较小的凸镜来分摊光焦度。
进一步的，所述第一透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的材质均为氟化钙，所述第二透镜和第三透镜的材质均为熔融石英。
由上述描述可知，选用石英和氟化钙作为本镜头的材料，并根据消色差的基本原理，正透镜选用色散系数较大的氟化钙，负透镜选用色散系数较小的石英，有助于保证成像质量。
进一步的，所述第五透镜的厚度范围为5.992mm～6.012mm，所述第五透镜和第一透镜之间的间距范围为0.996mm～1.016mm，所述第六透镜的厚度范围为2.006mm～2.026mm，所述第六透镜和第四透镜之间的间距范围为0.089mm～0.109mm，所述第六透镜和成像面之间的间距范围为39.215mm～60.080mm。
由上述描述可知，经过取多个优化点进行试验和分析后得出，当前、后透镜的厚度及对应与透镜组的间距在上述范围内时，在有限距离成像时的质量最高。
进一步的，所述第五透镜远离所述第一透镜的表面的半径范围为36.431mm～36.451mm，所述第六透镜靠近所述第四透镜的表面的半径范围为57.221mm～57.241mm，所述第六透镜远离所述第四透镜的表面的半径范围为﹣35.386mm～﹣35.406mm。
由上述描述可知，经过反复试验，把最前面的第五透镜设置为弯月透镜，可提高场曲校正效果，第五透镜靠近第一透镜的表面半径为无穷大。
请参照图1，本发明的实施例一为：一种用于有限共轭距成像的紫外镜头，包括第一透镜组1、第二透镜组2和光阑3；成像系统的光圈值为F#5.6，成像尺寸为1.2英寸(19.2mm)，系统的焦距为50mm，系统的工作波长为254nm～365nm；
所述第一透镜组1和第二透镜组2对称设置在所述光阑3的相对两侧；
所述第一透镜组1远离所述光阑3的端面为凸面，所述第一透镜组1靠近所述光阑3的端面为凹面，所述第二透镜组2远离所述光阑3的端面为凸面，所述第二透镜组2靠近所述光阑3的端面为凹面。
所述第一透镜组1包括第一透镜11和第二透镜12，所述第一透镜11位于所述第二透镜12远离所述光阑3的一侧，所述第二透镜组2包括第三透镜21和第四透镜22，所述第四透镜22位于所述第三透镜21远离所述光阑3的一侧，所述第一透镜11和第四透镜22均为凸镜，所述第二透镜12和第三透镜21均为凹镜。所述第一透镜11和第四透镜22均为双凸透镜，所述第二透镜12和第三透镜21均为双凹透镜。所述第一透镜11远离所述第二透镜12的表面的半径范围为11.106mm～11.126mm，所述第一透镜11靠近所述第二透镜12的表面的半径范围为﹣33.922mm～﹣33.942mm，所述第二透镜12靠近所述第一透镜11的表面的半径范围为﹣39.458mm～﹣39.478mm，所述第二透镜12远离所述第一透镜11的表面的半径范围为8.467mm～8.487mm。所述第一透镜11和第四透镜22的厚度范围均为3.963mm～3.983mm，所述第二透镜12和第三透镜21的厚度范围均为1.563mm～1.583mm。所述第一透镜11和第二透镜12之间的间距范围为0.194mm～0.214mm，所述第二透镜12和光阑3之间的间距范围为2.390mm～2.410mm，所述第三透镜21和光阑3之间的间距范围为2.390mm～2.410mm，所述第三透镜21和第四透镜22之间的间距范围为0.082mm～0.102mm。还包括第五透镜4和第六透镜5，所述第五透镜4设置在所述第一透镜11远离所述第二透镜12的一侧，所述第五透镜4为平凸透镜，所述第六透镜5设置在所述第四透镜22远离所述第三透镜21的一侧，所述第六透镜5为双凸透镜。所述第一透镜11、第四透镜22、第五透镜4和第六透镜5的材质均为氟化钙，所述第二透镜12和第三透镜21的材质均为熔融石英。所述第五透镜4的厚度范围为5.992mm～6.012mm，所述第五透镜4和第一透镜11之间的间距范围为0.996mm～1.016mm，所述第六透镜5的厚度范围为2.006mm～2.026mm，所述第六透镜5和第四透镜22之间的间距范围为0.089mm～0.109mm，所述第六透镜5和成像面6之间的间距范围为39.215mm～60.080mm。所述第五透镜4远离所述第一透镜11的表面的半径范围为36.431mm～36.451mm，所述第六透镜5靠近所述第四透镜22的表面的半径范围为57.221mm～57.241mm，所述第六透镜5远离所述第四透镜22的表面的半径范围为﹣35.386mm～﹣35.406mm。
经过实验测试，本实施例提供的紫外镜头的全视场和工作距离的弥散斑半径合理，成像质量好、分辨率高，像差校正效果好，图像畸变小、检测精度高，色差校正良好。
综上所述，本发明提供的用于有限共轭距成像的紫外镜头，将第一透镜组和第二透镜组对称布置在所述光阑的两侧，并将第一透镜组远离光阑的端面设计为凸面，第一透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，第二透镜组远离光阑的端面设计为凸面，第二透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，这种镜头的工作距离从15mm到无穷远，并可针对150mm～5000mm之间的距离进行像差校正，消除了近距离对焦引入的轴外像差对图像边缘的影响，符合绝大部分紫外成像应用的场景，成像质量高，特别是刑侦和机器视觉检测领域，在实际使用中拥有良好的表现。从物方到像方依次布置第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜，采用凸-凹-凹-凸的透镜组合形式，在对称成像的基础上可实现近距离成像对像差影响较大的轴外像差的校正，提高成像质量。通过对透镜组型式的优化，采用了双凸-双凹-双凹-双凸的透镜组合形式，把光阑设置在两组双凹透镜中间，有助于校正轴外的慧差，并对校正场曲也产生了积极效果。经过反复试验优化，采用本方案的透镜组半径设计可同时对轴外慧差及场曲进行校正，降低对像差的影响，保证在微距成像应用时的成像质量。经过实验论证可知，透镜的厚度过大或过小均无法满足有限距离应用时的成像质量要求，因此将透镜厚度设计在上述范围内，以保证有限距离成像质量。试验中，在工作距离为150mm—5000mm的区间内取了多个优化点，根据像差和距离变化的关系，确定了上述透镜组的厚度和间距参数，使得镜头的成像质量大幅度提高。遵循光线在透镜上的入射角尽量小原则，试验中在4片透镜的前后各增加1片曲率较小的凸镜来分摊光焦度。选用石英和氟化钙作为本镜头的材料，并根据消色差的基本原理，正透镜选用色散系数较大的氟化钙，负透镜选用色散系数较小的石英，有助于保证成像质量。经过取多个优化点进行试验和分析后得出，当前、后透镜的厚度及对应与透镜组的间距在上述范围内时，在有限距离成像时的质量最高。经过反复试验，把最前面的第五透镜设置为弯月透镜，可提高场曲校正效果，第五透镜靠近第一透镜的表面半径为无穷大。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，包括第一透镜组、第二透镜组和光阑；
所述第一透镜组和第二透镜组对称设置在所述光阑的相对两侧；
所述第一透镜组远离所述光阑的端面为凸面，所述第一透镜组靠近所述光阑的端面为凹面，所述第二透镜组远离所述光阑的端面为凸面，所述第二透镜组靠近所述光阑的端面为凹面。
2.根据权利要求1所述的用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜远离所述光阑的一侧，所述第二透镜组包括第三透镜和第四透镜，所述第四透镜位于所述第三透镜远离所述光阑的一侧，所述第一透镜和第四透镜均为凸镜，所述第二透镜和第三透镜均为凹镜。
3.根据权利要求2所述的用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，所述第一透镜和第四透镜均为双凸透镜，所述第二透镜和第三透镜均为双凹透镜。
4.根据权利要求3所述的用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，所述第一透镜远离所述第二透镜的表面的半径范围为11.106mm～11.126mm，所述第一透镜靠近所述第二透镜的表面的半径范围为﹣33.922mm～﹣33.942mm，所述第二透镜靠近所述第一透镜的表面的半径范围为﹣39.458mm～﹣39.478mm，所述第二透镜远离所述第一透镜的表面的半径范围为8.467mm～8.487mm。
5.根据权利要求2所述的用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，所述第一透镜和第四透镜的厚度范围均为3.963mm～3.983mm，所述第二透镜和第三透镜的厚度范围均为1.563mm～1.583mm。
6.根据权利要求2所述的用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜之间的间距范围为0.194mm～0.214mm，所述第二透镜和光阑之间的间距范围为2.390mm～2.410mm，所述第三透镜和光阑之间的间距范围为2.390mm～2.410mm，所述第三透镜和第四透镜之间的间距范围为0.082mm～0.102mm。
7.根据权利要求2所述的用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，还包括第五透镜和第六透镜，所述第五透镜设置在所述第一透镜远离所述第二透镜的一侧，所述第五透镜为平凸透镜，所述第六透镜设置在所述第四透镜远离所述第三透镜的一侧，所述第六透镜为双凸透镜。
8.根据权利要求7所述的用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，所述第一透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的材质均为氟化钙，所述第二透镜和第三透镜的材质均为熔融石英。
9.根据权利要求7所述的用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，所述第五透镜的厚度范围为5.992mm～6.012mm，所述第五透镜和第一透镜之间的间距范围为0.996mm～1.016mm，所述第六透镜的厚度范围为2.006mm～2.026mm，所述第六透镜和第四透镜之间的间距范围为0.089mm～0.109mm，所述第六透镜和成像面之间的间距范围为39.215mm～60.080mm。
10.根据权利要求7所述的用于有限共轭距成像的紫外镜头，其特征在于，所述第五透镜远离所述第一透镜的表面的半径范围为36.431mm～36.451mm，所述第六透镜靠近所述第四透镜的表面的半径范围为57.221mm～57.241mm，所述第六透镜远离所述第四透镜的表面的半径范围为﹣35.386mm～﹣35.406mm。
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| JPH09304696A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-11-28 | Ricoh Co Ltd | 読取レンズ |
| JPH10307254A (ja) * | 1997-03-05 | 1998-11-17 | Ricoh Co Ltd | 原稿読取用レンズ |
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-
2021
- 2021-08-11 CN CN202110916640.7A patent/CN113589497B/zh active Active
Patent Citations (7)
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