CN113820828A - 一种高分辨定焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分辨定焦镜头，包括由物方到像方依次设置的前组、中组，光阑和后组；所述前组具有负光焦度；所述中组具有正光焦度；所述后组具有正光焦度；所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述中组的焦距为fS2，所述后组的焦距为fS3，所述f、所述fS1、所述fS2、所述fS3分别满足以下关系式：1.70<|fS1/f|<2.30，0.80<|fS2/f|<1.40，0.60<|fS3/f|<1.00。通过上述结构实现了焦距为28mm的高分辨率线扫工业镜头的光学系统，像方F数为4.0，最大成像面为φ30mm，其分辨率可达110lp/mm，即对应的最大成像芯片时，其像素可达到6K像素，全视场最大光学畸变低于0.45％；采用整组对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。

Description

一种高分辨定焦镜头
技术领域
本发明涉及机器视觉镜头技术领域，尤其涉及一种高分辨定焦镜头。
背景技术
在工业自动化的不断升级过程中，线扫工业镜头广泛地应用于各行各业，各种在线实时检测的需求日益突出。比如在线印刷检测、无纺布检测、料盘定位、光学膜瑕疵检测等应用方面，对镜头的分辨率要求越来越高，而在一些尺寸测量、针脚定位等应用方面，则不仅要求镜头分辨率要足够高，并且镜头的畸变也要足够小，否则将影响到整个测量系统的测量精度。
目前，国内现有的线扫工业镜头在分辨率和畸变方面的性能总存在不同程度的不足，因此，对于高分辨率低畸变线扫工业镜头光学系统的研发就更为迫切。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高分辨定焦镜头。
本发明提供一种高分辨定焦镜头，包括由物方到像方依次设置的前组、中组，光阑和后组；
所述前组具有负光焦度；所述中组具有正光焦度；所述后组具有正光焦度；
所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述中组的焦距为fS2，所述后组的焦距为fS3，所述f、所述fS1、所述fS2、所述fS3分别满足以下关系式：1.70<|fS1/f|<2.30，0.80<|fS2/f|<1.40，0.60<|fS3/f|<1.00。
进一步的，所述前组包括第一透镜,所述第一透镜具有负光焦度，所述第一透镜为弯月结构；
所述中组包括第二透镜、第三透镜和第四透镜；所述第二透镜和所述第三透镜均具有正光焦度，所述第四透镜具有负光焦度；所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜均为弯月结构；
所述后组包括第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，所述第五透镜和所述第七透镜具有正光焦度；所述第六透镜和所述第八透镜具有负光焦度；所述第五透镜为双凸结构；所述第六透镜为双凹结构；所述第七透镜和所述第八透镜均为弯月结构。
进一步的，所述第三透镜和所述第四透镜胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜组；所述第五透镜和所述第六透镜胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组。
进一步的，所述第一胶合透镜组的焦距为fU1，所述焦距fU1和所述镜头的焦距f的比值满足关系式：3.00＜|fU1/f|＜4.50；所述第二胶合透镜组的焦距为fU2，所述fU2和所述镜头的焦距f的比值满足以下关系式：1.80＜|fU2/f|＜2.20。
进一步的，所述第一透镜的外表面顶点到所述第八透镜外表面顶点的距离为L，其中，所述L与所述镜头的焦距f满足以下关系式：|L/f|>1.40。
进一步的，所述第二透镜的焦距为fG2，所述第七透镜的焦距为fG7，所述第八透镜的焦距为fG8，所述fG2、所述fG7、所述fG8分别满足关系式：0.95＜|fG2/f|＜1.20，1.10＜|fG7/f|＜1.40，1.60＜|fG8/f|＜2.00。
进一步的，所述镜头的光学后截距为BFL，其中，所述BFL与所述镜头的焦距f满足以下关系式：|BFL/f|＜0.85。
进一步的，所述镜头的半像高为y’，其中，所述y’与所述镜头的焦距f满足以下关系式：|y’/f|＜0.65。
进一步的，当物距发生变化时，所述第一透镜到所述第八透镜整组之间可相对运动。
进一步的，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜和所述第八透镜均为球面镜；所述光阑的透光孔为圆孔，所述光阑的光圈在F4.0～F16范围内可调
本发明的有益效果：本发明实施例提供一种高分辨定焦镜头，包括由物方到像方依次设置的前组、中组，光阑和后组；所述前组具有负光焦度；所述中组具有正光焦度；所述后组具有正光焦度；所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述中组的焦距为fS2，所述后组的焦距为fS3，所述f、所述fS1、所述fS2、所述fS3分别满足以下关系式：1.70<|fS1/f|<2.30，0.80<|fS2/f|<1.40，0.60<|fS3/f|<1.00。通过上述结构实现了焦距为28mm的高分辨率线扫工业镜头的光学系统，像方F数为4.0，最大成像面为φ30mm，其分辨率可达110lp/mm，即对应的最大成像芯片时，其像素可达到6K像素，全视场最大光学畸变低于0.45％；采用整组对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高分辨定焦镜头的结构示意图；
图2为本发明本实施例提供的一种高分辨定焦镜头的光学畸变曲线图。
图中：S1、前组；S2、中组；S3、后组；G1、第一透镜；G2、第二透镜；G3、第三透镜；G4、第四透镜；G5、第五透镜；G6、第六透镜；G7、第七透镜；G8、第八透镜；U1、第一胶合透镜组；U2、第二胶合透镜组。
具体实施方式
本发明实施例提供一种高分辨定焦镜头，用于实现镜头的高分辨率低畸变。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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。
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。
实施例：
请参考图1，图1为一种高分辨定焦镜头的结构示意图，如图1所示，一种高分辨定焦镜头，包括由物方到像方依次设置的前组S1、中组S2，后组S3和光阑；所述前组S1具有负光焦度；所述中组S2具有正光焦度；所述后组S3具有正光焦度；所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述中组的焦距为fS2，所述后组的焦距为fS3，所述f、所述fS1、所述fS2、所述fS3分别满足以下关系式：1.70<|fS1/f|<2.30，0.80<|fS2/f|<1.40，0.60<|fS3/f|<1.00。
具体的，如图1所示，高分辨定焦镜头，包括由物方到像方依次设置的前组S1、中组S2，光阑和后组S3；前组S1、中组S2，光阑和后组S3的轴心在同一条水平线上；所述前组S1具有负光焦度；所述中组S2具有正光焦度；所述后组S3具有正光焦度；所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述中组的焦距为fS2，所述后组的焦距为fS3，所述f、所述fS1、所述fS2、所述fS3分别满足以下关系式：1.70<|fS1/f|<2.30，0.80<|fS2/f|<1.40，0.60<|fS3/f|<1.00。
工作原理：通过上述结构实现了焦距为28mm的高分辨率线扫工业镜头的光学系统，像方F数为4.0，最大成像面为φ30mm，其分辨率可达110lp/mm，即对应的最大成像芯片时，其像素可达到6K像素，全视场最大光学畸变低于0.45％；采用整组对焦的方式，其通光孔径也可灵活调节。
优选地，如图1所示，所述前组S1包括第一透镜G1,所述第一透镜G1具有负光焦度，所述第一透镜G1为弯月结构；
所述中组S2包括第二透镜G2、第三透镜G3和第四透镜G4；所述第二透镜G2和所述第三透镜G3均具有正光焦度，所述第四透镜G4具有负光焦度；所述第二透镜G2、所述第三透镜G3和所述第四透镜G4均为弯月结构；
所述后组S3包括第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7和第八透镜G8，所述第五透镜G5和所述第七透镜G7具有正光焦度；所述第六透镜G6和所述第八透镜G8具有负光焦度；所述第五透镜G5为双凸结构；所述第六透镜G6为双凹结构；所述第七透镜G7和所述第八透镜G8均为弯月结构
优选地，如图1所示，所述第三透镜G3和所述第四透镜G4胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1；所述第五透镜G5和所述第六透镜G6胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2。
优选地，如图1所示，所述第一胶合透镜组U1的焦距为fU1，所述焦距fU1和所述镜头的焦距f的比值满足关系式：3.00＜|fU1/f|＜4.50；所述第二胶合透镜组U2的焦距为fU2，所述fU2和所述镜头的焦距f的比值满足以下关系式：1.80＜|fU2/f|＜2.20。
优选地，所述第一透镜G1的外表面顶点到所述第八透镜G8外表面顶点的距离为L，其中，所述L与所述镜头的焦距f满足以下关系式：|L/f|>1.40。
优选地，所述第二透镜G2的焦距为fG2，所述第七透镜G7的焦距为fG7，所述第八透镜G8的焦距为fG8，所述fG2、所述fG7、所述fG8分别满足关系式：0.95＜|fG2/f|＜1.20，1.10＜|fG7/f|＜1.40，1.60＜|fG8/f|＜2.00。
优选地，所述镜头的光学后截距为BFL，其中，所述BFL与所述镜头的焦距f满足以下关系式：|BFL/f|＜0.85。
优选地，所述镜头的半像高为y’，其中，所述半像高y’与所述镜头的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.65。
优选的，所述镜头的半像高为y’，其中，所述y’与所述镜头的焦距f满足以下关系式：|y’/f|＜0.65
具体的，当物距发生变化时，所述第一透镜G1到所述第八透镜G8整组前后移动，通过改变后焦距来调焦。
优选地，所述镜头的所述第一透镜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和所述第八透镜G8均为球面镜；所述光阑的透光孔为圆孔，所述光阑的光圈在F4.0～F16范围内可调。
在本实例中，镜头的数据如下：
Figure BDA0003296106490000051
Figure BDA0003296106490000061
在本实例中，镜头的焦距f为28mm，最大光圈为F#＝4.0，前组S1的焦距fS1＝-57.5mm，中组S2的焦距fS2＝33.5mm，后组S3的焦距fS3＝23.4mm，第一透镜G1的前表面顶点到第八透镜G8的后表面顶点的距离L＝46.5mm，光学后截距BFL＝21.6mm，半像高y’＝15.0mm，第一胶合透镜组U1的焦距fU1＝-110.4mm，第二胶合透镜组U2的焦距fU2＝57.3mm，第二透镜G2的焦距fG2＝32.0mm，第七透镜G7的焦距fG7＝35.0mm，第八透镜G8的焦距fG8＝-51.5mm。
各个关系式：|fS1/f|＝2.05；|fS2/f|＝1.20；|fS3/f|＝0.84；
|L/f|＝1.66；|BFL/f|＝0.77；|y’/f|＝0.54；|fU1/f|＝3.94；
|fU2/f|＝2.05；|fG2/f|＝1.14；|fG7/f|＝1.25；|fG8/f|＝1.84。
满足关系式：
1.70<|fS1/f|<2.30；0.80<|fS2/f|<1.40；0.60<|fS3/f|<1.00；
|L/f|>1.40；|BFL/f|＜0.85；|y’/f|＜0.65；
3.00＜|fU1/f|＜4.50；1.80＜|fU2/f|＜2.20；
0.95＜|fG2/f|＜1.20；1.10＜|fG7/f|＜1.40；
1.60＜|fG8/f|＜2.00。
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0.45％。
综上所述，本发明实施例提供一种高分辨定焦镜头，包括由物方到像方依次设置的前组、中组，光阑和后组；所述前组具有负光焦度；所述中组具有正光焦度；所述后组具有正光焦度；所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述中组的焦距为fS2，所述后组的焦距为fS3，所述f、所述fS1、所述fS2、所述fS3分别满足以下关系式：1.70<|fS1/f|<2.30，0.80<|fS2/f|<1.40，0.60<|fS3/f|<1.00。通过上述结构实现了焦距为28mm的高分辨率线扫工业镜头的光学系统，像方F数为4.0，最大成像面为φ30mm，其分辨率可达110lp/mm，即对应的最大成像芯片时，其像素可达到6K像素，全视场最大光学畸变低于0.45％；采用整组对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高分辨定焦镜头，其特征在于，包括由物方到像方依次设置的前组(S1)、中组(S2)，光阑和后组(S3)；
所述前组(S1)具有负光焦度；所述中组(S2)具有正光焦度；所述后组(S3)具有正光焦度；
所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述中组的焦距为fS2，所述后组的焦距为fS3，所述f、所述fS1、所述fS2、所述fS3分别满足以下关系式：1.70<|fS1/f|<2.30，0.80<|fS2/f|<1.40，0.60<|fS3/f|<1.00。
2.根据权利要求1所述的高分辨定焦镜头，其特征在于，所述前组(S1)包括第一透镜(G1),所述第一透镜(G1)具有负光焦度，所述第一透镜(G1)为弯月结构；
所述中组(S2)包括第二透镜(G2)、第三透镜(G3)和第四透镜(G4)；所述第二透镜(G2)和所述第三透镜(G3)均具有正光焦度，所述第四透镜(G4)具有负光焦度；所述第二透镜(G2)、所述第三透镜(G3)和所述第四透镜(G4)均为弯月结构；
所述后组(S3)包括第五透镜(G5)、第六透镜(G6)、第七透镜(G7)和第八透镜(G8)，所述第五透镜(G5)和所述第七透镜(G7)具有正光焦度；所述第六透镜(G6)和所述第八透镜(G8)具有负光焦度；所述第五透镜(G5)为双凸结构；所述第六透镜(G6)为双凹结构；所述第七透镜(G7)和所述第八透镜(G8)均为弯月结构。
3.根据权利要求2所述的高分辨定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜(G3)和所述第四透镜(G4)胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜组(U1)；所述第五透镜(G5)和所述第六透镜(G6)胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组(U2)。
4.根据权利要求3所述的高分辨定焦镜头，其特征在于，所述第一胶合透镜组(U1)的焦距为fU1，所述焦距fU1和所述镜头的焦距f的比值满足关系式：3.00＜|fU1/f|＜4.50；所述第二胶合透镜组(U2)的焦距为fU2，所述fU2和所述镜头的焦距f的比值满足以下关系式：1.80＜|fU2/f|＜2.20。
5.根据权利要求2所述的高分辨定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜(G1)的外表面顶点到所述第八透镜(G8)外表面顶点的距离为L，其中，所述L与所述镜头的焦距f满足以下关系式：|L/f|>1.40。
6.根据权利要求2所述的高分辨定焦镜头，其特征在于，所述第二透镜(G2)的焦距为fG2，所述第七透镜(G7)的焦距为fG7，所述第八透镜(G8)的焦距为fG8，所述fG2、所述fG7、所述fG8分别满足关系式：0.95＜|fG2/f|＜1.20，1.10＜|fG7/f|＜1.40，1.60＜|fG8/f|＜2.00。
7.根据权利要求1所述的高分辨定焦镜头，其特征在于，所述镜头的光学后截距为BFL，其中，所述BFL与所述镜头的焦距f满足以下关系式：|BFL/f|＜0.85。
8.根据权利要求1所述的高分辨定焦镜头，其特征在于，所述镜头的半像高为y’，其中，所述y’与所述镜头的焦距f满足以下关系式：|y’/f|＜0.65。
9.根据权利要求2所述的高分辨定焦镜头，其特征在于，当物距发生变化时，所述第一透镜(G1)到所述第八透镜(G8)整组之间可相对运动。
10.根据权利要求2所述的高分辨定焦镜头，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)和所述第八透镜(G8)均为球面镜；所述光阑的透光孔为圆孔，所述光阑的光圈在F4.0～F16范围内可调。
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