CN113900239A - 广角大面阵星光级光学变距检像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及广角大面阵星光级光学变距检像镜头,光学系统沿光线从左到右的入射方向依次设置有负光焦度的前组A、可变光阑C、正光焦度的后组B,前组A依次设有正弯月透镜A1、负弯月透镜A2、负弯月形透镜A3、负双凹透镜A4、的弯月透镜A5、负的弯月透镜A6、正双凸形透镜A7、正弯月透镜A8;光焦度为正的弯月形透镜A5和光焦度为负的弯月形透镜A6为密接胶合片;后组B依次设有正双凸形透镜B1、负双凹形透镜B2、正双凸形透镜B3、正双凸形透镜B4、负弯月形透镜B5、正平凸透镜B6;其中,正双凸形透镜B1与负双凹形透镜B2为密接胶合片;正双凸形透镜B4与负弯月形透镜B5为密接胶合片;该检像系统检测视野大,图像失真度小,可适用于多种复杂的检测环境中。
Description
技术领域
本发明涉及一种广角大面阵星光级光学变距检像镜头。
背景技术
机器视觉检测是一项综合技术,它除了模拟与数字视频技术和计算机软硬件技术之外,还包括图像处理和光学成像控制等。近年来,应用于机器视觉检测领域的光学检像镜头层出不穷,其被广泛的应用于生产制造、物流、及各学科研究领域,其镜头质量的好坏会直接影响到机器视觉系统的整体性能。
目前机器视觉检测系统大部分配备的仍然是小通光小视场的中长焦镜头,其对应相机像元较大,芯片感应尺寸较小,在对图像还原度越来越高的要求下,这类镜头不再适用于多样复杂的检测环境当中。例如,现有专利CN104360460A公布了一种8mm定焦机器视觉镜头;现有专利CN108563000A公布了一种超星光级高解像力定焦镜头,这类镜头视场角较小,其所适用的相机芯片感应尺寸较小,相同物距下检测视野大大减小,无法适用于近距离大视野检像工作。现有专利CN 107608051A公布了一种检测镜头,该镜头通光量较小且仅适用于2/3英寸芯片,无法在弱光环境下进行精细检像。
发明内容
鉴于现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是提供一种广角大面阵星光级光学变距检像镜头,不仅检测视野大,而且图像失真度小。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:所述镜头的光学系统沿光线从左到右的入射方向依次设置有负光焦度的前组A、可变光阑C、正光焦度的后组B, 所述前组A依次设有光焦度为正的弯月形透镜A1、光焦度为负的弯月形透镜A2、光焦度为负的弯月形透镜A3、光焦度为负的双凹形透镜A4、光焦度为正的弯月形透镜A5、光焦度为负的弯月形透镜A6、光焦度为正的双凸形透镜A7、光焦度为正的弯月形透镜A8;光焦度为正的弯月形透镜A5和光焦度为负的弯月形透镜A6为第一密接胶合片;所述后组B依次设有正光焦度的双凸形透镜B1、负光焦度的双凹形透镜B2、正光焦度的双凸形透镜B3、正光焦度的双凸形透镜B4、负光焦度的弯月形透镜B5、正光焦度的平凸透镜B6;其中,正光焦度的双凸形透镜B1与负光焦度的双凹形透镜B2为第二密接胶合片;正光焦度的双凸形透镜B4与负光焦度的弯月形透镜B5为第三密接胶合片;前组A和后组B之间设置有可变光阑C,其光圈可在不同使用环境中进行调节。
进一步的,所述前组A的光焦度为负,后组B的光焦度为正,负光焦度的前组A为固定组,正光焦度的后组B为聚焦组,通过左右移动聚焦组B以对不同物距及不同放大倍率下进行清晰聚焦,实现变距功能。
进一步的,所述第一密接胶合片的折射率为负,其胶合面背向光阑侧;第二密接胶合片的折射率为负,其胶合面弯向光阑侧,第三密接胶合片的折射率为负,其胶合面弯向光阑侧。
进一步的,所述第一密接胶合片的折射率之差小于0.1,其中正负透镜均为高折射率光学材料,具有优异的矫正轴上像差的能力,可降低星光级光学系统敏感度高的特性,降低光线在胶合片上的入射角和出射角,是星光级光学镜头能够实现的关键所在。
进一步的,所述第二密接胶合片的透镜折射率之差大于0.2;第三密接胶合片3的透镜折射率之差大于0.4,其中,密接胶合片的正透镜均为超低色散光学玻璃,具有较好的化学稳定性和良好的复消色差能力,同时对大孔径球差有一定的改善作用,是星光级光学系统像差矫正的关键材料。
进一步的,在广角镜头前端设置光焦度为正的弯月形透镜A1,可矫正广角镜头固有的图形边缘失真特性,可充分降低广角镜头的光学畸变,提高其检测精度。
进一步的,所述镜头的像面处设置有面阵相机,可进行光电信号转换,以实现物体检测功能。
进一步的,所述弯月形透镜A1到弯月形透镜A2的空气间距为0.1mm;所述弯月形透镜A2到弯月形透镜A3的空气距离为5.6mm;所述弯月形透镜A3到双凹形透镜A4的空气距离为5.55mm;所述双凹形透镜A4到弯月形透镜A5的空气距离为1.14mm;所述弯月形透镜A6到双凸形透镜A7的空气距离为0.1mm;所述双凸形透镜A7到弯月形透镜A8的空气距离为0.1mm;所述双凹形透镜B2到双凸形透镜B3的空气距离为1.39mm;所述双凸形透镜B3到双凸形透镜B4的空气距离为0.1mm;所述弯月形透镜B5到平凸透镜B6的空气距离为0.1mm。
进一步的,所述的前组A到可变光阑C的空气距离为11.16~11.59mm;所述可变光阑C到后组B的空气距离为3.02mm;所述后组平凸透镜B6到像面的空气距离为9.5~9.93。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1.选用多片球面玻璃组合形式矫正大通光系统轴上球差和视场外场曲,可最大化降低广角镜头的组装敏感度,节约装配成本。
2.前固定组A和后聚焦组B设置有负光焦度双凹负透镜A4和正光焦度平凸正透镜B6,其中,-2.8<f4/f<-2.7;可收敛广角光束,充分矫正大面阵系统的轴外场曲,后聚焦组B的正光焦度平凸正透镜B6对不同物距的场曲有改善作用,改善不同物距的解像力。
3.双凸正透镜B1和双凸正透镜B4均采用热膨胀性强的高阿贝材料,使该镜头在不同物距和不同温度时焦点固定不变,高温或低温环境下依旧可清晰检像。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的镜头光路示意图;
图2为本发明实施例的光学调制传递函数示意图;
图中,不同视场MTF值在150线对下均大于0.4,其中心视场与轴外视场曲线较为集中,保证了其成像的一致性和高清晰度的要求。
图3为本发明实施例的光学调制传递函数随视场变化图。
图中,随着视场从0至最大值,MTF数值变化平缓有序,可保证其周边视野至中心视野区均能实现高分辨率检像。
图中:A-前组A,A1-弯月形透镜A1,A2-弯月形透镜A2,A3-弯月形透镜A3,A4-双凹形透镜A4,A5-弯月形透镜A5,A6-弯月形透镜A6,A7-双凸形透镜A7,A8-弯月形透镜A8,B-后组B,B1-双凸形透镜B1,B2-双凹形透镜B2,B3-双凸形透镜B3,B4-双凸形透镜B4,B5-弯月形透镜B5,C-光阑C,1-第一密接胶合片,2-第二密接胶合片,3-第三密接胶合片。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图,作详细说明如下。
如图1~3所示,广角大面阵星光级光学变距检像镜头,其镜头的光学系统沿光线从左到右的入射方向依次设置有负光焦度的前组A、可变光阑C、正光焦度的后组B,前组为固定组,后组为聚焦组, 所述前组A依次设有光焦度为正的弯月形透镜A1、光焦度为负的弯月形透镜A2、光焦度为负的弯月形透镜A3、光焦度为负的双凹形透镜A4、光焦度为正的弯月形透镜A5、光焦度为负的弯月形透镜A6、光焦度为正的双凸形透镜A7、光焦度为正的弯月形透镜A8;光焦度为正的弯月形透镜A5和光焦度为负的弯月形透镜A6为第一密接胶合片1;所述后组B依次设有正光焦度的双凸形透镜B1、负光焦度的双凹形透镜B2、正光焦度的双凸形透镜B3、正光焦度的双凸形透镜B4、负光焦度的弯月形透镜B5、正光焦度的平凸透镜B6;其中,正光焦度的双凸形透镜B1与负光焦度的双凹形透镜B2为第二密接胶合片2;正光焦度的双凸形透镜B4与负光焦度的弯月形透镜B5为第三密接胶合片3;前组A和后组B之间设置有可变光阑C,其光圈可在不同使用环境中进行调节,该镜头选用后组聚焦的形式,加大了前组A和后组B之间的有效行程,可使广角大面阵的光线平缓通过前后组,使成像范围得以增加。
在本发明实施例中,所述前组A的光焦度为负,后组B的光焦度为正,负光焦度的前组A为固定组,正光焦度的后组B为聚焦组,通过左右移动聚焦组B以对不同物距及不同放大倍率下进行清晰聚焦,实现变距功能。
在本发明实施例中,所述第一密接胶合片的折射率为负,其胶合面背向光阑侧;第二密接胶合片的折射率为负,其胶合面弯向光阑侧,第三密接胶合片的折射率为负,其胶合面弯向光阑侧。
在本发明实施例中,所述第一密接胶合片的折射率之差小于0.1,其中正负透镜均为高折射率光学材料,具有优异的矫正轴上像差的能力,可降低星光级光学系统敏感度高的特性,降低光线在胶合片上的入射角和出射角,是星光级光学镜头能够实现的关键所在。
在本发明实施例中,所述第二密接胶合片的透镜折射率之差大于0.2;第三密接胶合片3的透镜折射率之差大于0.4,其中,密接胶合片的正透镜均为超低色散光学玻璃,具有较好的化学稳定性和良好的复消色差能力,同时对大孔径球差有一定的改善作用,是星光级光学系统像差矫正的关键材料。
在本发明实施例中,在广角镜头前端设置光焦度为正的弯月形透镜A1,可矫正广角镜头固有的图形边缘失真特性,可充分降低广角镜头的光学畸变,提高其检测精度。
在本发明实施例中,所述镜头的像面处设置有面阵相机,可进行光电信号转换,以实现物体检测功能。
在本发明实施例中,所述弯月形透镜A1到弯月形透镜A2的空气间距为0.1mm;所述弯月形透镜A2到弯月形透镜A3的空气距离为5.6mm;所述弯月形透镜A3到双凹形透镜A4的空气距离为5.55mm;所述双凹形透镜A4到弯月形透镜A5的空气距离为1.14mm;所述弯月形透镜A6到双凸形透镜A7的空气距离为0.1mm;所述双凸形透镜A7到弯月形透镜A8的空气距离为0.1mm;所述双凹形透镜B2到双凸形透镜B3的空气距离为1.39mm;所述双凸形透镜B3到双凸形透镜B4的空气距离为0.1mm;所述弯月形透镜B5到平凸透镜B6的空气距离为0.1mm。
在本发明实施例中,所述的前组A到可变光阑C的空气距离为11.16~11.59mm;所述可变光阑C到后组B的空气距离为3.02mm;所述后组平凸透镜B6到像面的空气距离为9.5~9.93。
在本发明实施例中,前组A的前部选用三枚负光焦度球面镜片,可有效降低大像面广角镜头光线的入射角度;后组B的所有胶合面均弯向光阑,能够充分矫正大通光系统的引入的球差以及高阶像差,同时降低轴上和轴外光线入射角,使光线走势平缓,有利于轴外像差敏感性控制。
在本发明实施例中,该广角大面阵星光级光学变距检像镜头具有如下特征:
1、所述的广角大面阵星光级光学变距检像镜头,设光学系统总焦距为f,其前固定组fa,后聚焦组fb;其中 3.7<fa/f<3.9;2.5<fb/f<2.65;-2.8<f4/f<-2.7,f4为负光焦度双凹负透镜A4的焦距。
2、所述广角大面阵星光级光学变距检像镜头,其最近工作距离为150mm,同时可兼顾无穷远端成像;其焦距为8mm,通光量F1.3;TV畸变≤3.5%.可适用于1.1英寸12MP或更高像素芯片。
该广角大面阵星光级光学变距检像镜头,系统前组负片对光束有收敛作用,同时能够矫正系统畸变和场曲;选用高折射率材料能够最大化降低光学镜头的敏感性,并矫正其球差和高阶像差,后组多选用胶合片,合理分配光焦度和控制面型朝向,可矫正大面阵场曲和像散,保证其不同视场下解析力的一致性,后组正片选用高膨胀系数材料确保其能够实现零温漂;该镜头通光量大,角度大且畸变小,成像质量优异,适用性广。
在本发明实施例中,各镜片的参数如下表所示:
本发明不局限于上述最佳实施方式,任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的广角大面阵星光级光学变距检像镜头。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.广角大面阵星光级光学变距检像镜头,其特征在于:所述镜头的光学系统沿光线从左到右的入射方向依次设置有负光焦度的前组A、可变光阑C、正光焦度的后组B, 所述前组A依次设有光焦度为正的弯月形透镜A1、光焦度为负的弯月形透镜A2、光焦度为负的弯月形透镜A3、光焦度为负的双凹形透镜A4、光焦度为正的弯月形透镜A5、光焦度为负的弯月形透镜A6、光焦度为正的双凸形透镜A7、光焦度为正的弯月形透镜A8;光焦度为正的弯月形透镜A5和光焦度为负的弯月形透镜A6为第一密接胶合片;所述后组B依次设有正光焦度的双凸形透镜B1、负光焦度的双凹形透镜B2、正光焦度的双凸形透镜B3、正光焦度的双凸形透镜B4、负光焦度的弯月形透镜B5、正光焦度的平凸透镜B6;其中,正光焦度的双凸形透镜B1与负光焦度的双凹形透镜B2为第二密接胶合片;正光焦度的双凸形透镜B4与负光焦度的弯月形透镜B5为第三密接胶合片;前组A和后组B之间设置有可变光阑C。
2.根据权利要求1所述的广角大面阵星光级光学变距检像镜头,其特征在于:负光焦度的前组A为固定组,正光焦度的后组B为聚焦组,通过左右移动聚焦组B以对不同物距及不同放大倍率下进行清晰聚焦,实现变距功能。
3.根据权利要求1所述的广角大面阵星光级光学变距检像镜头,其特征在于:所述第一密接胶合片的折射率为负,其胶合面背向光阑侧;第二密接胶合片的折射率为负,其胶合面弯向光阑侧,第三密接胶合片的折射率为负,其胶合面弯向光阑侧。
4.根据权利要求1所述的广角大面阵星光级光学变距检像镜头,其特征在于:所述第一密接胶合片的折射率之差小于0.1,其中正负透镜均为高折射率光学材料。
5.根据权利要求1所述的广角大面阵星光级光学变距检像镜头,其特征在于:所述第二密接胶合片的透镜折射率之差大于0.2;第三密接胶合片3的透镜折射率之差大于0.4。
6.根据权利要求1所述的广角大面阵星光级光学变距检像镜头,其特征在于:所述弯月形透镜A1到弯月形透镜A2的空气间距为0.1mm;所述弯月形透镜A2到弯月形透镜A3的空气距离为5.6mm;所述弯月形透镜A3到双凹形透镜A4的空气距离为5.55mm;所述双凹形透镜A4到弯月形透镜A5的空气距离为1.14mm;所述弯月形透镜A6到双凸形透镜A7的空气距离为0.1mm;所述双凸形透镜A7到弯月形透镜A8的空气距离为0.1mm;所述双凹形透镜B2到双凸形透镜B3的空气距离为1.39mm;所述双凸形透镜B3到双凸形透镜B4的空气距离为0.1mm;所述弯月形透镜B5到平凸透镜B6的空气距离为0.1mm。
7.根据权利要求1所述的广角大面阵星光级光学变距检像镜头,其特征在于:所述的前组A到可变光阑C的空气距离为11.16~11.59mm;所述可变光阑C到后组B的空气距离为3.02mm;所述后组平凸透镜B6到像面的空气距离为9.5~9.93。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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