CN113866965A - 一种高精度大景深的斜像远心镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种高精度大景深的斜像远心镜头。该斜像远心镜头包括从物侧至像侧依次排列的物镜组、液态镜头模组、光阑和目镜组；斜像远心镜头具有待测倾斜物面和倾斜像面，待测倾斜物面的延长面、倾斜像面的延长面与斜像远心镜头垂直于光轴的镜头平面相交于同一直线；物镜组和目镜组均包括至少三个透镜，物镜组和目镜组为正光焦度，液态镜头模组可通过改变电流或电压改变其中液态透镜的曲率，以调节斜像远心镜头的屈光度。本发明实施例解决了现有机器视觉镜头倾斜拍摄时景深小以及镜头机械移动系统复杂、响应时间长的问题，实现了对倾斜物体的全视场清晰成像和垂直于倾斜面的高精度大景深测量，降低了系统的机械复杂度，缩短了响应时间。

Description

一种高精度大景深的斜像远心镜头

技术领域

本发明实施例涉及光学镜头技术领域，尤其涉及一种高精度大景深的斜像远心镜头。

背景技术

随着全球工业化进程的逐步加快，机器视觉领域对工业镜头的要求也越来越高。在某些特定应用场景中，由于视野遮挡或空间受限需要镜头倾斜拍摄时，使用普通镜头会因为受到近大远小的成像规律和景深限制的影响，导致成像的变形以及视野范围内的部分失焦现象，而基于沙姆定律的斜像镜头可以解决镜头倾斜拍摄时出现的以上问题。

但更进一步地，如果在垂直于倾斜面的方向上有较大的景深需求，斜像镜头也无法满足。简单地，可以让斜像镜头或被测物沿垂直于倾斜面的方向进行机械移动，以实现景深的覆盖。但机械移动方法的缺陷如下：1.增加了系统的复杂度，对机构设计要求较高；2.系统响应时间较长，无法做到快速测量。

发明内容

本发明提供一种高精度大景深的斜像远心镜头，以实现对倾斜物体的全视场清晰成像和垂直于倾斜面的高精度大景深测量，降低系统的机械复杂度，缩短响应时间。

本发明实施例提供了一种高精度大景深的斜像远心镜头，包括从物侧至像侧依次排列的物镜组、液态镜头模组、光阑和目镜组；

所述斜像远心镜头具有待测倾斜物面和倾斜像面，所述待测倾斜物面的延长面、所述倾斜像面的延长面与所述斜像远心镜头垂直于光轴的镜头平面相交于同一直线；

所述物镜组和所述目镜组均包括至少三个透镜，所述物镜组和所述目镜组为正光焦度，所述液态镜头模组可通过改变电流或电压改变其中液态透镜的曲率，以调节所述斜像远心镜头的屈光度。

可选地，所述液态镜头模组包括从物侧至像侧依次排列的前端外壳、前端保护玻璃、液态透镜、后端保护玻璃和后端外壳。

可选地，所述物镜组包括从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；所述目镜组包括从物侧至像侧依次排列第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为正光焦度，所述第四透镜和所述第五透镜为负光焦度。

进一步地，所述第一透镜至所述第七透镜的焦距分别与所述物镜组或所述目镜组的焦距之间的关系如下：

2.602≤f₁/f₀≤3.180；

2.021≤f₂/f₀≤2.471；

0.919≤f₃/f₀≤1.123；

-0.218≤f₄/f₀≤-0.178；

-1.356≤f₅/f_E≤-1.110；

0.659≤f₆/f_E≤0.805；

1.346≤f₇/f_E≤1.645；

其中，f₀为所述物镜组的整体焦距，f_E为所述目镜组的整体焦距，f₁为所述第一透镜的焦距，f₂为所述第二透镜的焦距，f₃为所述第三透镜的焦距，f₄为所述第四透镜的焦距，f₅为所述第五透镜的焦距，f₆为所述第六透镜的焦距，f₇为所述第七透镜的焦距。

进一步地，所述第一透镜至所述第七透镜的折射率和阿贝数满足如下条件：

1.602≤Nd₁≤1.634，62.772≤Vd₁≤64.040；

1.598≤Nd₂≤1.630，54.592≤Vd₂≤55.694；

1.700≤Nd₃≤1.734，29.215≤Vd₃≤29.805；

1.711≤Nd₄≤1.745，28.028≤Vd₄≤28.494；

1.767≤Nd₅≤1.803，25.463≤Vd₅≤25.977；

1.634≤Nd₆≤1.668，55.345≤Vd₆≤56.463；

1.598≤Nd₇≤1.630，39.599≤Vd₇≤40.399；

其中，Nd₁和Vd₁为所述第一透镜的折射率和阿贝数，Nd₂和Vd₂为所述第二透镜的折射率和阿贝数，Nd₃和Vd₃为所述第三透镜的折射率和阿贝数，Nd₄和Vd₄为所述第四透镜的折射率和阿贝数，Nd₅和Vd₅为所述第五透镜的折射率和阿贝数，Nd₆和Vd₆为所述第六透镜的折射率和阿贝数，Nd₇和Vd₇为所述第七透镜的折射率和阿贝数。

可选地，所述物镜组包括从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述目镜组包括从物侧至像侧依次排列第四透镜、第五透镜和第六透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为正光焦度，所述第三透镜和所述第四透镜为负光焦度。

进一步地，所述第一透镜至所述第六透镜的焦距分别与所述物镜组或所述目镜组的焦距之间的关系如下：

1.086≤f₁/f₀≤1.328；

0.657≤f₂/f₀≤0.803；

-0.782≤f₃/f₀≤-0.640；

-0.406≤f₄/f_E≤-0.332；

0.771≤f₅/f_E≤0.943；

0.745≤f₆/f_E≤0.911；

其中，f₀为所述物镜组的整体焦距，f_E为所述目镜组的整体焦距，f₁为所述第一透镜的焦距，f₂为所述第二透镜的焦距，f₃为所述第三透镜的焦距，f₄为所述第四透镜的焦距，f₅为所述第五透镜的焦距，f₆为所述第六透镜的焦距。

进一步地，所述第一透镜至所述第六透镜的折射率和阿贝数满足如下条件：

1.653≤Nd₁≤1.687，51.241≤Vd₁≤52.277；

1.597≤Nd₂≤1.629，60.008≤Vd₂≤61.220；

1.787≤Nd₃≤1.823，25.222≤Vd₃≤25.732；

1.682≤Nd₄≤1.716，29.752≤Vd₄≤30.354；

1.764≤Nd₅≤1.800，36.724≤Vd₅≤37.466；

1.607≤Nd₆≤1.639，57.572≤Vd₆≤58.736；

其中，Nd₁和Vd₁为所述第一透镜的折射率和阿贝数，Nd₂和Vd₂为所述第二透镜的折射率和阿贝数，Nd₃和Vd₃为所述第三透镜的折射率和阿贝数，Nd₄和Vd₄为所述第四透镜的折射率和阿贝数，Nd₅和Vd₅为所述第五透镜的折射率和阿贝数，Nd₆和Vd₆为所述第六透镜的折射率和阿贝数。

可选地，所述物镜组包括从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述目镜组包括从物侧至像侧依次排列第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为正光焦度，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为负光焦度。

进一步地，所述第一透镜至所述第七透镜的焦距分别与所述物镜组或所述目镜组的焦距之间的关系如下：

1.121≤f₁/f0≤1.371；

0.427≤f₂/f0≤0.521；

-0.464≤f₃/f₀≤-0.380；

-0.743≤f₄/f_E≤-0.608；

-1.726≤f₅/f_E≤-1.412；

0.684≤f₆/f_E≤0.836；

1.335≤f₇/f_E≤1.631；

其中，f₀为所述物镜组的整体焦距，f_E为所述目镜组的整体焦距，f₁为所述第一透镜的焦距，f₂为所述第二透镜的焦距，f₃为所述第三透镜的焦距，f₄为所述第四透镜的焦距，f₅为所述第五透镜的焦距，f₆为所述第六透镜的焦距，f₇为所述第七透镜的焦距。

进一步地，所述第一透镜至所述第七透镜的折射率和阿贝数满足如下条件：

1.653≤Nd₁≤1.687，51.241≤Vd₁≤52.277

1.700≤Nd₂≤1.734，47.441≤Vd₂≤48.399

1.767≤Nd₃≤1.803，25.463≤Vd₃≤25.977

1.580≤Nd₄≤1.612，38.836≤Vd₄≤39.620

1.598≤Nd₅≤1.630，39.599≤Vd₅≤40.399

1.634≤Nd₆≤1.668，55.345≤Vd₆≤56.463

1.683≤Nd₇≤1.717，47.629≤Vd₇≤48.591

其中，Nd₁和Vd₁为所述第一透镜的折射率和阿贝数，Nd₂和Vd₂为所述第二透镜的折射率和阿贝数，Nd₃和Vd₃为所述第三透镜的折射率和阿贝数，Nd₄和Vd₄为所述第四透镜的折射率和阿贝数，Nd₅和Vd₅为所述第五透镜的折射率和阿贝数，Nd₆和Vd₆为所述第六透镜的折射率和阿贝数，Nd₇和Vd₇为所述第七透镜的折射率和阿贝数。

本发明实施例中，通过设置物镜组、液态镜头模组、光阑和目镜组，并且将待测倾斜物面的延长面、倾斜像面的延长面与斜像远心镜头垂直于光轴的镜头平面相交于同一直线，有机地将沙姆定律、液态镜头和远心镜头技术结合，完成了种高精度大景深的斜像远心镜头光学设计。本发明实施例可以解决现有机器视觉镜头倾斜拍摄时景深小以及镜头机械移动系统复杂、响应时间长的问题，不仅可以实现对倾斜物体的全视场清晰成像，也可以实现垂直于倾斜面的高精度大景深测量，同时不会增加系统的机械复杂度，响应时间也较短，可满足快速测量的需求。此外，本发明实施例的斜像远心镜头，在满足高分辨率设计的同时，也保证了镜头结构的简洁性，在保持普通远心镜头低远心度(<0.1°)和低畸变(<0.1％)的同时，实现20mm以上的景深范围，并且可使得待测倾斜物体表面相对镜头光轴夹角最大可达45°。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种高精度大景深的斜像远心镜头的结构示意图；

图2是沙姆定律光路原理图；

图3是本发明实施例提供的斜像远心镜头中液态镜头模组的结构示意图；

图4是图3所示液态镜头模组三种屈光度状态的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种高精度大景深的斜像远心镜头的结构示意图；

图6是图5所示0.14倍的斜像远心镜头三种屈光度状态的结构示意图；

图7a和图7b分别是图5所示0.14倍的斜像远心镜头屈光度为-2dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图；

图8a和图8b分别是图5所示0.14倍的斜像远心镜头屈光度为0dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图；

图9a和图9b分别是图5所示0.14倍的斜像远心镜头屈光度为+3dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图；

图10是本发明实施例提供的又一种高精度大景深的斜像远心镜头的结构示意图；

图11是图10所示0.5倍的斜像远心镜头三种屈光度状态的结构示意图；

图12a和图12b分别是图10所示0.5倍的斜像远心镜头屈光度为-2dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图；

图13a和图13b分别是图10所示0.5倍的斜像远心镜头屈光度为0dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图；

图14a和图14b分别是图10所示0.5倍的斜像远心镜头屈光度为+3dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图；

图15是本发明实施例提供的又一种高精度大景深的斜像远心镜头的结构示意图；

图16是图15所示0.75倍的斜像远心镜头三种屈光度状态的结构示意图；

图17a和图17b分别是图15所示0.75倍的斜像远心镜头屈光度为-2dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图；

图18a和图18b分别是图15所示0.75倍的斜像远心镜头屈光度为0dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图；

图19a和图19b分别是图15所示0.75倍的斜像远心镜头屈光度为+3dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。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结构。

图1是本发明实施例提供的一种高精度大景深的斜像远心镜头的结构示意图，参考图1，该斜像远心镜头包括从物侧至像侧依次排列的物镜组100、液态镜头模组200、光阑300和目镜组400；斜像远心镜头具有待测倾斜物面500和倾斜像面600，待测倾斜物面500的延长面、倾斜像面600的延长面与斜像远心镜头垂直于光轴的镜头平面相交于同一直线；物镜组100和目镜组400均包括至少三个透镜(图中未示出)，物镜组100和目镜组400为正光焦度，液态镜头模组200可通过改变电流或电压改变其中液态透镜的曲率，以调节斜像远心镜头的屈光度。

首先，可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜或镜组，也可以适用于表征多个透镜共同组成的系统(即组群或镜组)。

本发明实施例中采用液态镜头模组200作为一个透镜组件，利用液态镜头模组200可以适当调节该透镜组件的光焦度，从而调节整体镜头的屈光度，满足高精度大景深的成像需求。同时，设置正光焦度的物镜组100和目镜组400负责对光线进行适当汇聚，可以对像差进行适当校正，保证清晰成像。

此外，本发明实施例的斜像远心镜头，实质上是根据沙姆定律设计的斜像镜头。图2是沙姆定律光路原理图，其中，连接待测物点A和B的直线1是倾斜物面与纸面的交线，直线3是镜头平面与纸面的交线，连接像点A’和B’的直线4是倾斜像面与纸面的交线。根据图2可知，当直线1和3确定后，调节直线4使得三条直线在纸面内相交于一点C，此时系统就满足了沙姆定律，该光学系统可同时对沿光轴方向上距离较大的物点A和B成像，并且不会降低系统分辨率，也不会减少系统进光量。本发明实施例的斜像远心镜头垂直光轴的镜头平面与物平面、像平面的延长面相较于一条直线，此时符合沙姆定律，即可得到全面清晰的图像，满足倾斜角度下清晰成像的需求。

图3是本发明实施例提供的斜像远心镜头中液态镜头模组的结构示意图，参考图3，具体地，本发明实施例中的液态镜头模组包括从物侧至像侧依次排列的前端外壳20、前端保护玻璃21、液态透镜22、后端保护玻璃23和后端外壳24。图4是图3所示液态镜头模组三种屈光度状态的结构示意图，参考图3和图4，该液态镜头模组通过调节液态透镜22两端的电流或电压，可以改变液态透镜22中油水相交面薄膜的亲水性，使得薄膜发生形变，从而调节液态透镜22曲率，进而改变其屈光度，最终达到调节镜头焦距的目的，从而配合物镜组和目镜组实现不同景深的清晰成像。此外，由于液态镜头模组的响应时间很短(约25ms)，所以可以实现快速对焦。

本发明实施例中，通过设置物镜组、液态镜头模组、光阑和目镜组，并且将待测倾斜物面的延长面、倾斜像面的延长面与斜像远心镜头垂直于光轴的镜头平面相交于同一直线，有机地将沙姆定律、液态镜头和远心镜头技术结合，完成了种高精度大景深的斜像远心镜头光学设计。本发明实施例可以解决现有机器视觉镜头倾斜拍摄时景深小以及镜头机械移动系统复杂、响应时间长的问题，不仅可以实现对倾斜物体的全视场清晰成像，也可以实现垂直于倾斜面的高精度大景深测量，同时不会增加系统的机械复杂度，响应时间也较短，可满足快速测量的需求。此外，本发明实施例的斜像远心镜头，在满足高分辨率设计的同时，也保证了镜头结构的简洁性，在保持普通远心镜头低远心度(<0.1°)和低畸变(<0.1％)的同时，实现20mm以上的景深范围，并且可使得待测倾斜物体表面相对镜头光轴夹角最大可达45°。

图5是本发明实施例提供的另一种高精度大景深的斜像远心镜头的结构示意图，参考图5，可选地，物镜组100包括从物侧至像侧依次排列的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14；目镜组400包括从物侧至像侧依次排列的第五透镜15、第六透镜1616和第七透镜17；第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13、第六透镜16和第七透镜17为正光焦度，第四透镜14和第五透镜15为负光焦度。

图6是图5所示0.14倍的斜像远心镜头三种屈光度状态的结构示意图，参考图6，对比可知，在不同的液态镜头模组屈光度下，整个斜像远心镜头也呈现不同的屈光度，从而可以调节该斜像远心镜头的成像面，实现不同景深的调节。

在该实施例中，进一步可选地，可设置第一透镜11至第七透镜17的焦距分别与物镜组100或目镜组400的焦距之间的关系如下：

2.602≤f₁/f₀≤3.180；

2.021≤f₂/f₀≤2.471；

0.919≤f₃/f₀≤1.123；

-0.218≤f₄/f₀≤-0.178；

-1.356≤f₅/f_E≤-1.110；

0.659≤f₆/f_E≤0.805；

1.346≤f₇/f_E≤1.645；

其中，f₀为物镜组的整体焦距，f_E为目镜组的整体焦距，f₁为第一透镜11的焦距，f₂为第二透镜12的焦距，f₃为第三透镜13的焦距，f₄为第四透镜14的焦距，f₅为第五透镜15的焦距，f₆为第六透镜16的焦距，f₇为第七透镜17的焦距。

进一步地，还可选第一透镜11至第七透镜17的折射率和阿贝数满足如下条件：

1.602≤Nd₁≤1.634，62.772≤Vd₁≤64.040；

1.598≤Nd₂≤1.630，54.592≤Vd₂≤55.694；

1.700≤Nd₃≤1.734，29.215≤Vd₃≤29.805；

1.711≤Nd₄≤1.745，28.028≤Vd₄≤28.494；

1.767≤Nd₅≤1.803，25.463≤Vd₅≤25.977；

1.634≤Nd₆≤1.668，55.345≤Vd₆≤56.463；

1.598≤Nd₇≤1.630，39.599≤Vd₇≤40.399；

其中，Nd₁和Vd₁为第一透镜11的折射率和阿贝数，Nd₂和Vd₂为第二透镜12的折射率和阿贝数，Nd₃和Vd₃为第三透镜13的折射率和阿贝数，Nd₄和Vd₄为第四透镜14的折射率和阿贝数，Nd₅和Vd₅为第五透镜15的折射率和阿贝数，Nd₆和Vd₆为第六透镜16的折射率和阿贝数，Nd₇和Vd₇为第七透镜17的折射率和阿贝数。

在一具体实施例中，如图5所示镜头结构和光路，在不同屈光度下该斜像远心镜头中的液态镜头模组设计值如下表1-3所示。

表1为图5所示斜像远心镜头屈光度为-2dpt时液态镜头模组的光学设计参数。

表2为图5所示斜像远心镜头屈光度为0dpt时液态镜头模组的光学设计参数。

表3为图5所示斜像远心镜头屈光度为+3dpt时液态镜头模组的光学设计参数。

基于上述液态镜头模组的调节，该具体实施例中的斜像远心镜头，可实现镜头放大倍率为0.14，F数为5.0，工作距离为115mm，可匹配的相机最大芯片尺寸为2/3英寸，第一透镜前表面最前端到像面的距离为189.0mm，物平面与光轴最大夹角为45°，对应的像平面与光轴夹角为7.7°，光学设计参数见表4。

表4为图5所示斜像远心镜头中各透镜的光学设计参数。

上表4中的表面9为液态镜头模块，当其屈光度在-2dpt到+3dpt之间变化时，可实现整体镜头工作距离从144.0mm到75.5mm调节，光路示意图如图6所示。

图7a和图7b分别是图5所示0.14倍的斜像远心镜头屈光度为-2dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图，图8a和图8b分别是图5所示0.14倍的斜像远心镜头屈光度为0dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图，图9a和图9b分别是图5所示0.14倍的斜像远心镜头屈光度为+3dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图。根据上述图7-图9所示斜像远心镜头在不同液态镜头屈光度下的整体镜头MTF曲线图、场曲和畸变可以看出，不同屈光度下的整体镜头成像质量优良，最大畸变均小于0.05％，满足工业远心镜头设计指标要求。

图10是本发明实施例提供的又一种高精度大景深的斜像远心镜头的结构示意图，参考图10，可选地，物镜组包括从物侧至像侧依次排列的第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13；目镜组包括从物侧至像侧依次排列第四透镜14、第五透镜15和第六透镜16；第一透镜11、第二透镜12、第五透镜15和第六透镜16为正光焦度，第三透镜13和第四透镜14为负光焦度。

图11是图10所示0.5倍的斜像远心镜头三种屈光度状态的结构示意图，参考图11，对比可知，在不同的液态镜头模组屈光度下，整个斜像远心镜头也呈现不同的屈光度，从而可以调节该斜像远心镜头的成像面，实现不同景深的调节。

在该实施例中，进一步可选地，可设置第一透镜11至第六透镜16的焦距分别与物镜组或目镜组的焦距之间的关系如下：

1.086≤f₁/f₀≤1.328；

0.657≤f₂/f₀≤0.803；

-0.782≤f₃/f₀≤-0.640；

-0.406≤f₄/f_E≤-0.332；

0.771≤f₅/f_E≤0.943；

0.745≤f₆/f_E≤0.911；

其中，f₀为物镜组的整体焦距，f_E为目镜组的整体焦距，f₁为第一透镜11的焦距，f₂为第二透镜12的焦距，f₃为第三透镜13的焦距，f₄为第四透镜14的焦距，f₅为第五透镜15的焦距，f₆为第六透镜16的焦距。

进一步地，还可选第一透镜11至第六透镜16的折射率和阿贝数满足如下条件：

1.653≤Nd₁≤1.687，51.241≤Vd₁≤52.277；

1.597≤Nd₂≤1.629，60.008≤Vd₂≤61.220；

1.787≤Nd₃≤1.823，25.222≤Vd₃≤25.732；

1.682≤Nd₄≤1.716，29.752≤Vd₄≤30.354；

1.764≤Nd₅≤1.800，36.724≤Vd₅≤37.466；

1.607≤Nd₆≤1.639，57.572≤Vd₆≤58.736；

其中，Nd₁和Vd₁为第一透镜11的折射率和阿贝数，Nd₂和Vd₂为第二透镜12的折射率和阿贝数，Nd₃和Vd₃为第三透镜13的折射率和阿贝数，Nd₄和Vd₄为第四透镜14的折射率和阿贝数，Nd₅和Vd₅为第五透镜15的折射率和阿贝数，Nd₆和Vd₆为第六透镜16的折射率和阿贝数。

在一具体实施例中，如图10所示镜头结构和光路，在液态镜头模组的屈光度调节下，该斜像远心镜头中可实现镜头放大倍率为0.5，F数为7.2，工作距离为110mm，可匹配的相机最大芯片尺寸为1英寸，第一透镜前表面最前端到像面的距离为150.6mm，物平面与光轴最大夹角为45°，对应的像平面与光轴夹角为26.3°，光学设计参数见表5。

表5为图10所示斜像远心镜头中各透镜的光学设计参数。

上表5中的表面7为液态镜头模块，当其屈光度在-2dpt到+3dpt之间变化时，可实现整体镜头工作距离从124.3mm到98.5mm调节，光路示意图如图11所示。

图12a和图12b分别是图10所示0.5倍的斜像远心镜头屈光度为-2dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图，图13a和图13b分别是图10所示0.5倍的斜像远心镜头屈光度为0dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图，图14a和图14b分别是图10所示0.5倍的斜像远心镜头屈光度为+3dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图。根据上述图12-图14所示斜像远心镜头在不同液态镜头屈光度下的整体镜头MTF曲线图和场曲/畸变图可以看出，不同屈光度下的整体镜头成像质量优良，最大畸变均小于0.05％，满足工业远心镜头设计指标要求。

图15是本发明实施例提供的又一种高精度大景深的斜像远心镜头的结构示意图，参考图15，可选地，物镜组包括从物侧至像侧依次排列的第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13；目镜组包括从物侧至像侧依次排列第四透镜14、第五透镜15、第六透镜16和第七透镜17；第一透镜11、第二透镜12、第六透镜16和第七透镜17为正光焦度，第三透镜13、第四透镜14和第五透镜15为负光焦度。

图16是图15所示0.75倍的斜像远心镜头三种屈光度状态的结构示意图，参考图16，对比可知，在不同的液态镜头模组屈光度下，整个斜像远心镜头也呈现不同的屈光度，从而可以调节该斜像远心镜头的成像面，实现不同景深的调节。

在该实施例中，进一步可选地，可设置第一透镜11至第七透镜17的焦距分别与物镜组或目镜组的焦距之间的关系如下：

1.121≤f₁/f0≤1.371；

0.427≤f₂/f0≤0.521；

-0.464≤f₃/f₀≤-0.380；

-0.743≤f₄/f_E≤-0.608；

-1.726≤f₅/f_E≤-1.412；

0.684≤f₆/f_E≤0.836；

1.335≤f₇/f_E≤1.631；

其中，f₀为物镜组的整体焦距，f_E为目镜组的整体焦距，f₁为第一透镜11的焦距，f₂为第二透镜12的焦距，f₃为第三透镜13的焦距，f₄为第四透镜14的焦距，f₅为第五透镜15的焦距，f₆为第六透镜16的焦距，f₇为第七透镜17的焦距。

进一步地，还可选第一透镜11至第七透镜17的折射率和阿贝数满足如下条件：

1.653≤Nd₁≤1.687，51.241≤Vd₁≤52.277；

1.700≤Nd₂≤1.734，47.441≤Vd₂≤48.399；

1.767≤Nd₃≤1.803，25.463≤Vd₃≤25.977；

1.580≤Nd₄≤1.612，38.836≤Vd₄≤39.620；

1.598≤Nd₅≤1.630，39.599≤Vd₅≤40.399；

1.634≤Nd₆≤1.668，55.345≤Vd₆≤56.463；

1.683≤Nd₇≤1.717，47.629≤Vd₇≤48.591；

其中，Nd₁和Vd₁为第一透镜11的折射率和阿贝数，Nd₂和Vd₂为第二透镜12的折射率和阿贝数，Nd₃和Vd₃为第三透镜13的折射率和阿贝数，Nd₄和Vd₄为第四透镜14的折射率和阿贝数，Nd₅和Vd₅为第五透镜15的折射率和阿贝数，Nd₆和Vd₆为第六透镜16的折射率和阿贝数，Nd₇和Vd₇为第七透镜17的折射率和阿贝数。

在一具体实施例中，如图15所示镜头结构和光路，在液态镜头模组的屈光度调节下，该斜像远心镜头中可实现镜头放大倍率为0.75，F数为6.0，工作距离为115mm，可匹配的相机最大芯片尺寸为2/3英寸，第一透镜前表面最前端到像面的距离为204.8mm，物平面与光轴最大夹角为45°，对应的像平面与光轴夹角为33.9°，光学设计参数见表6。

表6为图15所示斜像远心镜头中各透镜的光学设计参数。

上表6中的表面7为液态镜头模块，当其屈光度在-2dpt到+3dpt之间变化时，可实现整体镜头工作距离从133.8mm到102.6mm调节，光路示意图如图16所示。

图17a和图17b分别是图15所示0.75倍的斜像远心镜头屈光度为-2dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图，图18a和图18b分别是图15所示0.75倍的斜像远心镜头屈光度为0dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图，图19a和图19b分别是图15所示0.75倍的斜像远心镜头屈光度为+3dpt时MTF曲线图和场曲/畸变图。根据上述图17-图19所示斜像远心镜头在不同液态镜头屈光度下的整体镜头MTF曲线图和场曲/畸变图可以看出，不同屈光度下的整体镜头成像质量优良，最大畸变均小于0.05％，满足工业远心镜头设计指标要求。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种高精度大景深的斜像远心镜头，其特征在于，包括从物侧至像侧依次排列的物镜组、液态镜头模组、光阑和目镜组；

所述斜像远心镜头具有待测倾斜物面和倾斜像面，所述待测倾斜物面的延长面、所述倾斜像面的延长面与所述斜像远心镜头垂直于光轴的镜头平面相交于同一直线；

所述物镜组和所述目镜组均包括至少三个透镜，所述物镜组和所述目镜组为正光焦度，所述液态镜头模组可通过改变电流或电压改变其中液态透镜的曲率，以调节所述斜像远心镜头的屈光度。

2.根据权利要求1所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述液态镜头模组包括从物侧至像侧依次排列的前端外壳、前端保护玻璃、液态透镜、后端保护玻璃和后端外壳。

3.根据权利要求1所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述物镜组包括从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；所述目镜组包括从物侧至像侧依次排列第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为正光焦度，所述第四透镜和所述第五透镜为负光焦度。

4.根据权利要求3所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第七透镜的焦距分别与所述物镜组或所述目镜组的焦距之间的关系如下：

2.602≤f₁/f₀≤3.180；

2.021≤f₂/f₀≤2.471；

0.919≤f₃/f₀≤1.123；

-0.218≤f₄/f₀≤-0.178；

-1.356≤f₅/f_E≤-1.110；

0.659≤f₆/f_E≤0.805；

1.346≤f₇/f_E≤1.645；

其中，f₀为所述物镜组的整体焦距，f_E为所述目镜组的整体焦距，f₁为所述第一透镜的焦距，f₂为所述第二透镜的焦距，f₃为所述第三透镜的焦距，f₄为所述第四透镜的焦距，f₅为所述第五透镜的焦距，f₆为所述第六透镜的焦距，f₇为所述第七透镜的焦距。

5.根据权利要求3所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第七透镜的折射率和阿贝数满足如下条件：

1.602≤Nd₁≤1.634，62.772≤Vd₁≤64.040；

1.598≤Nd₂≤1.630，54.592≤Vd₂≤55.694；

1.700≤Nd₃≤1.734，29.215≤Vd₃≤29.805；

1.711≤Nd₄≤1.745，28.028≤Vd₄≤28.494；

1.767≤Nd₅≤1.803，25.463≤Vd₅≤25.977；

1.634≤Nd₆≤1.668，55.345≤Vd₆≤56.463；

1.598≤Nd₇≤1.630，39.599≤Vd₇≤40.399；

其中，Nd₁和Vd₁为所述第一透镜的折射率和阿贝数，Nd₂和Vd₂为所述第二透镜的折射率和阿贝数，Nd₃和Vd₃为所述第三透镜的折射率和阿贝数，Nd₄和Vd₄为所述第四透镜的折射率和阿贝数，Nd₅和Vd₅为所述第五透镜的折射率和阿贝数，Nd₆和Vd₆为所述第六透镜的折射率和阿贝数，Nd₇和Vd₇为所述第七透镜的折射率和阿贝数。

6.根据权利要求1所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述物镜组包括从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述目镜组包括从物侧至像侧依次排列第四透镜、第五透镜和第六透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第五透镜和所述第六透镜为正光焦度，所述第三透镜和所述第四透镜为负光焦度。

7.根据权利要求6所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第六透镜的焦距分别与所述物镜组或所述目镜组的焦距之间的关系如下：

1.086≤f₁/f₀≤1.328；

0.657≤f₂/f₀≤0.803；

-0.782≤f₃/f₀≤-0.640；

-0.406≤f₄/f_E≤-0.332；

0.771≤f₅/f_E≤0.943；

0.745≤f₆/f_E≤0.911；

其中，f₀为所述物镜组的整体焦距，f_E为所述目镜组的整体焦距，f₁为所述第一透镜的焦距，f₂为所述第二透镜的焦距，f₃为所述第三透镜的焦距，f₄为所述第四透镜的焦距，f₅为所述第五透镜的焦距，f₆为所述第六透镜的焦距。

8.根据权利要求6所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第六透镜的折射率和阿贝数满足如下条件：

1.653≤Nd₁≤1.687，51.241≤Vd₁≤52.277；

1.597≤Nd₂≤1.629，60.008≤Vd₂≤61.220；

1.787≤Nd₃≤1.823，25.222≤Vd₃≤25.732；

1.682≤Nd₄≤1.716，29.752≤Vd₄≤30.354；

1.764≤Nd₅≤1.800，36.724≤Vd₅≤37.466；

1.607≤Nd₆≤1.639，57.572≤Vd₆≤58.736；

其中，Nd₁和Vd₁为所述第一透镜的折射率和阿贝数，Nd₂和Vd₂为所述第二透镜的折射率和阿贝数，Nd₃和Vd₃为所述第三透镜的折射率和阿贝数，Nd₄和Vd₄为所述第四透镜的折射率和阿贝数，Nd₅和Vd₅为所述第五透镜的折射率和阿贝数，Nd₆和Vd₆为所述第六透镜的折射率和阿贝数。

9.根据权利要求1所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述物镜组包括从物侧至像侧依次排列的第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述目镜组包括从物侧至像侧依次排列第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第六透镜和所述第七透镜为正光焦度，所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜为负光焦度。

10.根据权利要求9所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第七透镜的焦距分别与所述物镜组或所述目镜组的焦距之间的关系如下：

1.121≤f₁/f0≤1.371；

0.427≤f₂/f0≤0.521；

-0.464≤f₃/f₀≤-0.380；

-0.743≤f₄/f_E≤-0.608；

-1.726≤f₅/f_E≤-1.412；

0.684≤f₆/f_E≤0.836；

1.335≤f₇/f_E≤1.631；

其中，f₀为所述物镜组的整体焦距，f_E为所述目镜组的整体焦距，f₁为所述第一透镜的焦距，f₂为所述第二透镜的焦距，f₃为所述第三透镜的焦距，f₄为所述第四透镜的焦距，f₅为所述第五透镜的焦距，f₆为所述第六透镜的焦距，f₇为所述第七透镜的焦距。

11.根据权利要求9所述的斜像远心镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第七透镜的折射率和阿贝数满足如下条件：

1.653≤Nd₁≤1.687，51.241≤Vd₁≤52.277；

1.700≤Nd₂≤1.734，47.441≤Vd₂≤48.399；

1.767≤Nd₃≤1.803，25.463≤Vd₃≤25.977；

1.580≤Nd₄≤1.612，38.836≤Vd₄≤39.620；

1.598≤Nd₅≤1.630，39.599≤Vd₅≤40.399；

1.634≤Nd₆≤1.668，55.345≤Vd₆≤56.463；

1.683≤Nd₇≤1.717，47.629≤Vd₇≤48.591；

其中，Nd₁和Vd₁为所述第一透镜的折射率和阿贝数，Nd₂和Vd₂为所述第二透镜的折射率和阿贝数，Nd₃和Vd₃为所述第三透镜的折射率和阿贝数，Nd₄和Vd₄为所述第四透镜的折射率和阿贝数，Nd₅和Vd₅为所述第五透镜的折射率和阿贝数，Nd₆和Vd₆为所述第六透镜的折射率和阿贝数，Nd₇和Vd₇为所述第七透镜的折射率和阿贝数。

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