CN114442270B - 一种零畸变光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种零畸变光学镜头，光学镜头包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、光阑、第六透镜L6、第七透镜L7、滤光片和保护玻璃，所述第一透镜L1为弯月正透镜，第二透镜L2为弯月负透镜，第三透镜L3为弯月正透镜，第四透镜L4为双凹负透镜，第五透镜L5为弯月正透镜，第六透镜L6为弯月负透镜，第七透镜L7为双凸正透镜，该光学镜头光学性能更加稳定，同时结构更简单，公差敏感度更低，易于装配，成本更低，更适合大规模高良率生产。

Description

一种零畸变光学镜头
技术领域
本发明涉及一种零畸变光学镜头。
背景技术
工业镜头是机器视觉系统的核心，是通过捕捉目标位置、外观等特征来代替人眼进行光学测量，从而为后续的图像识别等操作奠定基础的光学系统。然而，现有的工业镜头通常难以同时达成高像素、低畸变的要求，严重限制了机器对周边环境及目标的感知与探测。因此，当前市面上亟需一种像质高、畸变低的光学镜头以突破当前机器视觉系统的研发与应用瓶颈。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是工业镜头难以同时达成高像素、低畸变的要求，限制了机器对周边环境及目标的感知与探测。
本发明的具体实施方案是：一种零畸变光学镜头，光学镜头由沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、光阑、第六透镜L6、第七透镜L7、滤光片和保护玻璃构成，所述第一透镜L1为弯月正透镜，第二透镜L2为弯月负透镜，第三透镜L3为弯月正透镜，第四透镜L4为双凹负透镜，第五透镜L5为弯月正透镜，第六透镜L6为弯月负透镜，第七透镜L7为双凸正透镜。
进一步的，所述光学镜头的第二透镜L2与第三镜头L3、第四透镜L4与第五透镜L5相互胶合双胶合透镜。
进一步的，所述第一透镜L1与第二透镜L2之间的空气间隔为0.1~0.7mm，所述第三透镜L3与第四透镜L4之间的空气间隔为7.0~8.0mm，所述第五透镜L5与光阑之间的空气间隔为1.0~3.0mm，所述光阑与第六透镜L6之间的空气间隔为6.0~7.0mm，所述第六透镜L6与第七透镜L7之间的空气间隔为4.5~5.5mm。
进一步的，所述光学镜头的焦距为f，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例：0.5<f1/f<1.0，-1.0<f2/f<-0.1，0.1<f3/f<0.7，-0.5<f4/f<0.5，0.1<f5/f<1.0，-1.0<f6/f<-0.1，0.1<f7/f<0.9。
进一步的，所述的第一透镜L1满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；所述的第二透镜L2满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤50.0；所述的第三透镜L3满足关系式：Nd≥1.4，Vd≥50.0；所述的第四透镜L4满足关系式：Nd≥1.7，Vd≤50.0；所述的第五透镜L5满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤50.0；所述的第六透镜L6满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤40.0；所述的第七透镜L7满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
进一步的，所述光学镜头的工作波长覆盖了可见光与近红外波段。
进一步的，所述光学镜头的光学总长度TTL与所述光学镜头的焦距f之间满足：TTL/f≤1.0。
进一步的，所述光学镜头的F数<4.30。
进一步的，光学镜头的各个透镜为球面设计，光学镜头的各个透镜由玻璃材质制成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）采用7G的全玻结构设计，光学性能更加稳定，同时结构更简单，公差敏感度更低，易于装配，成本更低，更适合大规模高良率生产；
（2）像质极佳，在全视场范围内获得了接近零畸变的成像质量。同时，通过合理的玻璃材料搭配以及镜片光焦度分配，整个光学镜头的轴向色差与横向色差得到了很好地校正，合理的面型设计也使得整个光学镜头的高级像差得到有效校正，同时每个镜面的光线入射角小，进一步降低了公差敏感度；
（3）工作波长覆盖了可见光与近红外波段，能够更好地应对暗光、黑夜等复杂照明条件；
（4）所有光学表面均采用球面设计，极大地降低了成产与装配成本。
附图说明
图1是本发明实施例的光学结构示意图；
图2是本发明实施例的轴向色差图；
图3是本发明实施例的垂轴色差图；
图4是本发明实施例场曲畸变图；
图中： 1-第一透镜L1； 2-第二透镜L2； 3-第三透镜L3； 4-第四透镜L4； 5-第五透镜L5；STO-光阑； 6-第六透镜L6； 7-第七透镜L7， 8-滤光片L8； 9-保护玻璃L9；IMG-成像面。
具体实施方式
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。
如图1～2所示，如图1所示，本发明一种光学镜头，所述光学镜头包括沿光线入射光路自左向右依次设置的第一弯月正透镜L1，第二弯月负透镜L2，第三弯月正透镜L3，第四双凹负透镜L4，第五弯月正透镜L5，第六弯月负透镜L6，第七双凸正透镜L7，均由玻璃材料制成。
本实施例中，所述第一透镜L1为弯月正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
本实施例中，所述第二透镜L2为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
本实施例中，所述第三透镜L3为弯月正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
本实施例中，所述第四透镜L4为双凹负透镜，其物侧面和像侧面均为凹面。
本实施例中，所述第五透镜L5为弯月正透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
本实施例中，所述第六透镜L6为弯月负透镜，其物侧面为凸面，像侧面为凹面。
本实施例中，所述第七透镜L7为双凸正透镜，其物侧面和像侧面均为凸面。
本实施例中，所述光学镜头的第二透镜L2与第三镜头L3、第四透镜L4与第五透镜L5相互胶合双胶合透镜。
本实施例中，所述第一透镜L1与第二透镜L2之间的空气间隔为0.1~0.7mm，所述第三透镜L3与第四透镜L4之间的空气间隔为7.0~8.0mm，所述第五透镜L5与光阑之间的空气间隔为1.0~3.0mm，所述光阑与第六透镜L6之间的空气间隔为6.0~7.0mm，所述第六透镜L6与第七透镜L7之间的空气间隔为4.5~5.5mm。
本实施例中，所述光学镜头的焦距为f，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例：0.5<f1/f<1.0，-1.0<f2/f<-0.1，0.1<f3/f<0.7，-0.5<f4/f<0.5，0.1<f5/f<1.0，-1.0<f6/f<-0.1，0.1<f7/f<0.9。
本实施例中，所述的第一透镜L1满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；所述的第二透镜L2满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤50.0；所述的第三透镜L3满足关系式：Nd≥1.4，Vd≥50.0；所述的第四透镜L4满足关系式：Nd≥1.7，Vd≤50.0；所述的第五透镜L5满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤50.0；所述的第六透镜L6满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤40.0；所述的第七透镜L7满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
本实施例中，所属光学镜头中所有透镜均为球面设计。
本实施例中，所述光学镜头的工作波长覆盖了可见光与近红外波段。
本实施例中，所述光学镜头的光学总长度TTL与所述光学镜头的焦距F之间满足：TTL/F≤1.0。
本实施例中，所述第七透镜L7的后侧设有滤光片L8，所述滤光片的后侧设有保护玻璃L9。
表1示出了实施例1的光学镜头的各透镜自左向右两侧的曲率半径R、厚度d、折射率Nd以及阿贝数Vd。
Figure SMS_1
表1具体镜片参数表
表2示出了实施例1的光学镜头的光学后焦随物距的变化。
物方截距/mm INFINITY 10000 3000
光学后焦/mm 28.72 29.284 30.64
表2 光学后焦随物距变化表
本实施例中，此光学镜头实现的技术指标如下：
（1）焦距：EFFL=75.14mm；（2）光圈F=4.3；（3）视场角：2w≥7.0°；（4）成像圆直径大于φ9mm；（5）工作波段：可见光及近红外；（6）光学总长TTL≤75.7mm，光学后截距BFL≥28.7mm.
由图2及图3可以看出，该光学镜头在可见光及近红外波段的最大轴向色差＜0.035mm；在可见光波段的最大垂轴色差＜1um，近红外波段的最大垂轴色差＜4um，可见本发明的垂轴色差及轴向色差得到了良好的校正。从图4可以看出，当物方截距为3m时，系统最大畸变仅为0.019%，表明本发明的成像质量极高，足以满足科研及工业生产需求。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种零畸变光学镜头，其特征在于：光学镜头由沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、光阑、第六透镜L6、第七透镜L7、滤光片和保护玻璃构成，所述第一透镜L1为弯月正透镜，第二透镜L2为弯月负透镜，第三透镜L3为弯月正透镜，第四透镜L4为双凹负透镜，第五透镜L5为弯月正透镜，第六透镜L6为弯月负透镜，第七透镜L7为双凸正透镜；
所述光学镜头的第二透镜L2与第三透镜L3、第四透镜L4与第五透镜L5相互胶合双胶合透镜；
所述第一透镜L1与第二透镜L2之间的空气间隔为0.1~0.7mm，所述第三透镜L3与第四透镜L4之间的空气间隔为7.0~8.0mm，所述第五透镜L5与光阑之间的空气间隔为1.0~3.0mm，所述光阑与第六透镜L6之间的空气间隔为6.0~7.0mm，所述第六透镜L6与第七透镜L7之间的空气间隔为4.5~5.5mm；
所述光学镜头的焦距为f，所述第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7的焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7，其中f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例：0.5< f1/f<1.0，-1.0< f2/f<-0.1，0.1< f3/f<0.7，-0.5< f4/f<0.5，0.1< f5/f<1.0，-1.0< f6/f<-0.1，0.1< f7/f<0.9。
2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述的第一透镜L1满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50.0；所述的第二透镜L2满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤50.0；所述的第三透镜L3满足关系式：Nd≥1.4，Vd≥50.0；所述的第四透镜L4满足关系式：Nd≥1.7，Vd≤50.0；所述的第五透镜L5满足关系式：Nd≥1.5，Vd≤50.0；所述的第六透镜L6满足关系式：Nd≥1.6，Vd≤40.0；所述的第七透镜L7满足关系式：Nd≥1.5，Vd≥50；其中Nd为折射率，Vd为阿贝常数。
3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述光学镜头的工作波长覆盖了可见光与近红外波段。
4.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述光学镜头的光学总长度TTL与所述光学镜头的焦距f之间满足：TTL/f≤1.0。
5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述光学镜头的F数<4.30。
6.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于：光学镜头的各个透镜为球面设计，光学镜头的各个透镜由玻璃材质制成。
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