CN116679413A

CN116679413A - 一种工业镜头

Info

Publication number: CN116679413A
Application number: CN202310572721.9A
Authority: CN
Inventors: 吴沛林; 吴帅; 李四清; 白振
Original assignee: Hunan Chiopt Optical Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Chiopt Optical Technology Co ltd
Priority date: 2023-05-19
Filing date: 2023-05-19
Publication date: 2023-09-01

Abstract

本发明公开了一种工业镜头，包括自物侧到像侧依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜；工业镜头采样内对焦结构，内对焦结构用于同时调节光阑前间隔及光学后焦,光阑前间隔为所述第四透镜与所述光阑的间隔，所述光学后焦为所述第十透镜与像面之间的间隔。本技术方案采用正负透镜交替布局的十片透镜组合，对各光学镜片的光焦度、形状、材料进行合理的搭配和组合，通过放弃整组对焦而更改成内部对焦的方式，在满足特定共轭距下工作的同时，微调镜头内部参数，实现了同一个镜头能够支持≤1.5x的倍率范围，并在该范围的任意倍率处均具备高清像质。

Description

一种工业镜头

技术领域

本发明涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种工业镜头。

背景技术

伴随着用户对拍摄的质量要求越来越高，高质量的成像镜头是整个行业的发展趋势，工业镜头不同焦距的需求增加，对于内部参数如焦距为55mm，相对孔径D:f＝1:4，最大支持像面为φ64mm的镜头，行业内有类似参数的镜头一般搭配线阵相机使用，但是由于这种镜头一般采用的是整组对焦技术，再加上相对孔径及所需支持的靶面的限制，现有的这类镜头支持的倍率范围并不宽，即同一个镜头最多支持≤0.3x以下的倍率(通过只调节镜头共轭距来实现)，已经不能满足市场对于款倍率的需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种工业镜头，可实现焦焦距为55mm条件下高成像质量且能够覆盖大范围的倍率使用需求。

根据本发明实施例的一种工业镜头，包括自物侧到像侧依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜；

所述第一透镜为弯月型正光焦度透镜，凸面朝向物面；所述第二透镜为弯月型负光焦度透镜，凸面朝向物面；所述第三透镜为弯月型正光焦度透镜，凸面朝向物面；所述第四透镜为弯月型负光焦度透镜，凸面朝向物面；所述第五透镜为双凸型正光焦度透镜；所述第六透镜为弯月型负光焦度透镜，凸面朝向像侧；所述第七透镜为双凸型正光焦度透镜，第八透镜为双凹型负光焦度透镜，所述第九透镜为双凸型正光焦度透镜，所述第十透镜为双凹型负光焦度透镜；

所述工业镜头采样内对焦结构，所述内对焦结构用于同时调节光阑前间隔及光学后焦,所述光阑前间隔为所述第四透镜与所述光阑的间隔，所述光学后焦为所述第十透镜与像面之间的间隔。

根据本发明实施例的一种工业镜头，至少具有如下有益效果：

本技术方案采用正负透镜交替布局的十片透镜组合，对各光学镜片的光焦度、形状、材料进行合理的搭配和组合，通过放弃整组对焦而更改成内部对焦的方式，在满足特定共轭距下工作的同时，微调镜头内部参数，实现了同一个镜头能够支持≤1.5x的倍率范围，并在该范围的任意倍率处均具备高清像质。

根据本发明的一些实施例，所述工业镜头满足以下关系式：

Nd₁≥1.95；Nd₂≤1.62；

Nd₃≥1.8；Nd₄≥1.8；

Nd₅≤1.5；Nd₆≥1.9；

Nd₇≥1.8；Nd₈≤1.5；

Nd₉≥1.8；Nd₁₀≤1.62；

其中，Nd₁为第一透镜的折射率，Nd₂为第二透镜的折射率，Nd₃为第三透镜的折射率，Nd₄为第四透镜的折射率，Nd₅为第五透镜的折射率，Nd₆为第六透镜的折射率，Nd₇为第七透镜的折射率，Nd₈为第八透镜的折射率，Nd₉为第九透镜的折射率，Nd₁₀为第十透镜的折射率。

根据本发明的一些实施例，所述工业镜头满足以下关系式：

Vd₁≤26；Vd₂≤50；

Vd₃≥40；Vd₄≤26；

Vd₅≥80；Vd₆≤35；

Vd₇≥40；Vd₈≥70；

Vd₉≥40；Vd₁₀≤50；

其中，Vd₁为第一透镜的色散系数，Vd₂为第二透镜的色散系数，Vd₃为第三透镜的色散系数，Vd₄为第四透镜的色散系数，Vd₅为第五透镜的色散系数，Vd₆为第六透镜的色散系数，Vd₇为第七透镜的色散系数，Vd₈为第八透镜的色散系数，Vd₉为第九透镜的色散系数，Vd₁₀为第十透镜的色散系数。

根据本发明的一些实施例，所述第三透镜与所述第四透镜为胶合透镜组。

根据本发明的一些实施例，所述第五透镜与所述第六透镜为胶合透镜组。

根据本发明的一些实施例，所述工业镜头的相对孔径D/f小于等于1/N，N为大于等于4的正整数。

根据本发明的一些实施例，所述工业镜头的焦距为55mm。

根据本发明的一些实施例，所述工业镜头的倍率≤1.5x。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明一种实施例的工业镜头结构示意图；

图2为本发明一种实施例的工业镜头倍率为1.5倍时MTF曲线图；

图3为本发明一种实施例的工业镜头倍率为1.5倍时光学畸变图；

图4为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.867倍时MTF曲线图；

图5为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.867倍时光学畸变图；

图6为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.3倍时MTF曲线图；

图7为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.3倍时光学畸变图；

图8为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.064倍时MTF曲线图；

图9为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.064倍时光学畸变图；

图10为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.00001倍时MTF曲线图；

图11为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.00001倍时光学畸变图。

附图标号：

光圈STO、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、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

针对现有镜头一般采用的是整组对焦技术，再加上相对孔径及所需支持的靶面的限制，现有的这类镜头支持的倍率范围并不宽的问题，特采用具体方案如下：

参照图1所示，为本发明实施例的一种工业镜头，包括自物侧到像侧依次设置的：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑STO、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10，可以理解的是，本实施例的镜头仅公开决定成像效果的透镜，未包括镜筒等安装结构。

上述透镜中，第一透镜L1为弯月型正光焦度透镜，凸面朝向物面；第二透镜L2为弯月型负光焦度透镜，凸面朝向物面；第三透镜L3为弯月型正光焦度透镜，凸面朝向物面；第四透镜L4为弯月型负光焦度透镜，凸面朝向物面；第五透镜L5为双凸型正光焦度透镜；第六透镜L6为弯月型负光焦度透镜，凸面朝向像侧；第七透镜L7为双凸型正光焦度透镜，第八透镜L8为双凹型负光焦度透镜，第九透镜L9为双凸型正光焦度透镜，第十透镜L10为双凹型负光焦度透镜；其中，以光阑STO为分界线，光阑前面的第一透镜L1和第二透镜L2以及第三透镜L3和第四透镜L4主要起到降低入射光线的作用，这些元件产生的轴外像差已经大部分相互抵消，只残余部分的轴外像差，但是残留了较大的正畸变，这种正畸变主要由第一透镜L1和第四透镜L4提供，这种像差校正策略符合轴外像差的校正原则，即尽可能的在像差萌芽的地方就消除它。而后组中，第五透镜L5和第六透镜L6组成的胶合镜提供了未校正的负畸变，球差，彗差和位置色差，这些像差将与后续4个透镜以及光阑前组共同产生的轴上或轴外像差进行抵消，以达到各个共轭距上的像差平衡目标，满足实际镜头使用的光学标准。

工业镜头采样内对焦结构，内对焦结构用于同时调节光阑前间隔K及光学后焦BFL,光阑前间隔K为第四透镜L4与光阑STO的间隔，光学后焦BFL为第十透镜L10与像面之间的间隔。

本技术方案采用正负透镜交替布局的十片透镜组合，正负透镜的交替布局实行的是petzval光学结构的复杂化，主要应对工业镜头领域的低畸变要求，Petzval复杂化结构是一种失对称结构，所以需要正负透镜搭配来达成低畸变的目标。此外，通过对各光学镜片的光焦度、形状、材料进行合理的搭配和组合，通过放弃整组对焦而更改成内部对焦的方式，在满足特定共轭距下工作的同时，微调镜头内部参数，实现了同一个镜头能够支持≤1.5x的倍率范围，并在该范围的任意倍率处均具备高清像质。

在本发明的一些实施例中，工业镜头满足以下关系式：

Nd₁≥1.95；Nd₂≤1.62；

Nd₃≥1.8；Nd₄≥1.8；

Nd₅≤1.5；Nd₆≥1.9；

Nd₇≥1.8；Nd₈≤1.5；

Nd₉≥1.8；Nd₁₀≤1.62；

其中，Nd₁为第一透镜L1的折射率，Nd₂为第二透镜L2的折射率，Nd₃为第三透镜L3的折射率，Nd₄为第四透镜L4的折射率，Nd₅为第五透镜L5的折射率，Nd₆为第六透镜L6的折射率，Nd₇为第七透镜L7的折射率，Nd₈为第八透镜L8的折射率，Nd₉为第九透镜L9的折射率，Nd₁₀为第十透镜L10的折射率。

满足上述折射率关系的透镜组合结构，有利于实现光焦度的合理分配，能较好的平衡球差、彗差、场曲，从而提高光学系统解像能力，获得高清图像；前组的多个透镜均使用折射率相对较高的玻璃材料，减少透镜表面弯曲程度，第一透镜L1使用高折射率材料，快速降低光线高度，同时保持比较合适的形状，形成较小的场曲和球差，且易于加工；

在本发明的一些实施例中，工业镜头满足以下关系式：

Vd₁≤26；Vd₂≤50；

Vd₃≥40；Vd₄≤26；

Vd₅≥80；Vd₆≤35；

Vd₇≥40；Vd₈≥70；

Vd₉≥40；Vd₁₀≤50；

其中，Vd₁为第一透镜L1的色散系数，Vd₂为第二透镜L2的色散系数，Vd₃为第三透镜L3的色散系数，Vd₄为第四透镜L4的色散系数，Vd₅为第五透镜L5的色散系数，Vd₆为第六透镜L6的色散系数，Vd₇为第七透镜L7的色散系数，Vd₈为第八透镜L8的色散系数，Vd₉为第九透镜L9的色散系数，Vd₁₀为第十透镜L10的色散系数。

可以看出，第三透镜L3、第六透镜L6、第七透镜L7和第九透镜L9均使用的是超低色散玻璃材料，有利于色差的校正。

在本发明的一些实施例中，第三透镜L3与第四透镜L4为胶合透镜组，在本发明的一些实施例中，第五透镜L5与第六透镜L6为胶合透镜组。整个系统中使用了2个粘合透镜组，对前两个粘合透镜组而言，高低色散材料互相搭配，校正系统色差，提高镜头解像能力，第三个粘合透镜的两个镜片色散系数接近，折射率相差较大，这种组合在一定程度上能校正系统球差和场曲，进一步提升解像能力。

在本发明的一些实施例中，工业镜头的相对孔径D/f小于等于1/N，N为大于等于4的正整数，本实施例中，相对孔径D/f＝1/4，仅作为其中一个实施例，而非唯一限制，需要指出的是，对于较小的相对孔径如1/5、1/6、1/7，也在保护范围内。

在本发明的一些实施例中，工业镜头的焦距为55mm，工业镜头的倍率≤1.5x，镜头的倍率范围：0＜倍率≤1.5。对应的最远工作距离为无穷远，最近工作距离为72.4mm。

在本发明的一些实施例中，具体的镜头参数如下表所示：

表1

进一步，图2至图9为本实施例工业镜头的光学性能图，图2为本发明一种实施例的工业镜头倍率为1.5倍时MTF曲线图，可以看出，该系统在支持φ64mm大小的靶面的全视场的像质非常均衡，在平衡各个共轭距的像差基础上，该倍率的全视场像质能够支持到40lp/mm的MTF值＞0.1，满足行业内对于这种超大靶面的像质使用要求的，并且轴上和轴外的MTF曲线趋势基本一致。

图4为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.867倍时MTF曲线图，可以看出，该系统在支持φ64mm大小的靶面的全视场的像质非常均衡，在平衡各个共轭距的像差基础上，该倍率的全视场像质能够支持到100lp/mm的MTF值＞0.1，满足行业内对于这种超大靶面的高清像质使用需求，并且轴上和轴外的MTF曲线趋势基本一致。

图6为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.3倍时MTF曲线图，可以看出，该系统在支持φ64mm大小的靶面的全视场的像质非常均衡，在平衡各个共轭距的像差基础上，该倍率的全视场像质能够支持到100lp/mm的MTF值＞0.25，满足行业内对于这种超大靶面的高清像质使用需求，并且轴上和轴外的MTF曲线趋势基本一致。

图8为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.064倍时MTF曲线图，可以看出，该系统在支持φ64mm大小的靶面的全视场的像质非常均衡，在平衡各个共轭距的像差基础上，该倍率的全视场像质能够支持到100lp/mm的MTF值＞0.3，满足行业内对于这种超大靶面的高清像质使用需求，并且轴上和轴外的MTF曲线趋势基本一致。

图10为本发明一种实施例的工业镜头倍率为0.00001倍时MTF曲线图，可以看出，该系统在支持φ64mm大小的靶面的全视场的像质非常均衡，在平衡各个共轭距的像差基础上，该倍率的全视场像质能够支持到100lp/mm的MTF值＞0.2，满足行业内对于这种超大靶面的高清像质使用需求，并且轴上和轴外的MTF曲线趋势基本一致。

如图3、图5、图7、图9、图11所述，分别为本发明实施例的工业镜头倍率为1.5倍时、0.867倍时、0.3倍时、0.064倍时、0.00001倍时的光学畸变图，在图示这些倍率中，全视场最大光学畸变由-0.12％变化值0.5％，即从最近工作距至最远工作距畸变量都非常小，能保证成像画面的真实性，满足工业镜头的超低畸变要求。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种工业镜头，其特征在于，包括自物侧到像侧依次设置的：第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、光阑(STO)、第五透镜(L5)、第六透镜(L6)、第七透镜(L7)、第八透镜(L8)、第九透镜(L9)、第十透镜(L10)；

所述第一透镜(L1)为弯月型正光焦度透镜，凸面朝向物面；所述第二透镜(L2)为弯月型负光焦度透镜，凸面朝向物面；所述第三透镜(L3)为弯月型正光焦度透镜，凸面朝向物面；所述第四透镜(L4)为弯月型负光焦度透镜，凸面朝向物面；所述第五透镜(L5)为双凸型正光焦度透镜；所述第六透镜(L6)为弯月型负光焦度透镜，凸面朝向像侧；所述第七透镜(L7)为双凸型正光焦度透镜，第八透镜(L8)为双凹型负光焦度透镜，所述第九透镜(L9)为双凸型正光焦度透镜，所述第十透镜(L10)为双凹型负光焦度透镜；

所述工业镜头采样内对焦结构，所述内对焦结构用于同时调节光阑前间隔及光学后焦,所述光阑前间隔为所述第四透镜(L4)与所述光阑(STO)的间隔，所述光学后焦为所述第十透镜(L10)与像面之间的间隔。

2.根据权利要求1所述的一种工业镜头，其特征在于：所述工业镜头满足以下关系式：

Nd₁≥1.95；Nd₂≤1.62；

Nd₃≥1.8；Nd₄≥1.8；

Nd₅≤1.5；Nd₆≥1.9；

Nd₇≥1.8；Nd₈≤1.5；

Nd₉≥1.8；Nd₁₀≤1.62；

其中，Nd₁为第一透镜(L1)的折射率，Nd₂为第二透镜(L2)的折射率，Nd₃为第三透镜(L3)的折射率，Nd₄为第四透镜(L4)的折射率，Nd₅为第五透镜(L5)的折射率，Nd₆为第六透镜(L6)的折射率，Nd₇为第七透镜(L7)的折射率，Nd₈为第八透镜(L8)的折射率，Nd₉为第九透镜(L9)的折射率，Nd₁₀为第十透镜(L10)的折射率。

3.根据权利要求1所述的一种工业镜头，其特征在于：所述工业镜头满足以下关系式：

Vd₁≤26；Vd₂≤50；

Vd₃≥40；Vd₄≤26；

Vd₅≥80；Vd₆≤35；

Vd₇≥40；Vd₈≥70；

Vd₉≥40；Vd₁₀≤50；

其中，Vd₁为第一透镜(L1)的色散系数，Vd₂为第二透镜(L2)的色散系数，Vd₃为第三透镜(L3)的色散系数，Vd₄为第四透镜(L4)的色散系数，Vd₅为第五透镜(L5)的色散系数，Vd₆为第六透镜(L6)的色散系数，Vd₇为第七透镜(L7)的色散系数，Vd₈为第八透镜(L8)的色散系数，Vd₉为第九透镜(L9)的色散系数，Vd₁₀为第十透镜(L10)的色散系数。

4.根据权利要求1所述的一种工业镜头，其特征在于：所述第三透镜(L3)与所述第四透镜(L4)为胶合透镜组。

5.根据权利要求1所述的一种工业镜头，其特征在于：所述第五透镜(L5)与所述第六透镜(L6)为胶合透镜组。

6.根据权利要求1所述的一种工业镜头，其特征在于：所述工业镜头的相对孔径D/f小于等于1/N，N为大于等于4的正整数。

7.根据权利要求1所述的一种工业镜头，其特征在于：所述工业镜头的焦距为55mm。

8.根据权利要求1或7所述的一种工业镜头，其特征在于：所述工业镜头的倍率≤1.5x。