CN117687175A - 一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头，光学系统包括沿入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜至第七透镜、光阑、第八透镜至第十二透镜；第一透镜为弯月玻璃球面透镜，第二透镜为双凸玻璃球面透镜，第三透镜为弯月玻璃球面透镜，第四透镜为弯月玻璃球面透镜，第五透镜为弯月玻璃球面透镜，第六透镜为双凹玻璃球面透镜，第七透镜为双凸玻璃球面透镜，第八透镜为弯月玻璃球面透镜，第九透镜为双凸玻璃球面透镜，第十透镜为弯月玻璃球面透镜，第十一透镜为弯月玻璃球面透镜，第十二透镜为弯月玻璃球面透镜，第三透镜与第四透镜胶合，第六透镜与第七透镜胶合，第八透镜与第九透镜胶合，第十透镜与第十一透镜胶合。

Description

一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头

技术领域

本发明涉及工业镜头技术领域，尤其涉及一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头。

背景技术

近年来随着自动化产业的发展，机器视觉取得了飞速的增长，工业镜头的应用领域越来越广泛，市场上对镜头的像质要求也越来越高，通常要求具有高清的解像能力、较小的图像失真，同时要在不同工作物距下均具有良好的成像效果。然而现在市面上多数定焦工业镜头只有百万像素，少有千万像素级别的；多数镜头的焦距f大于2.0，孔径较小，色差较大，其画面亮度不够，靶面也不够大，结构较为复杂，无法实现轻便型定焦工业镜头的问题；并且，在不同的工作物距下，其成像效果差别较大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头，镜头的光学系统包括沿入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、光阑、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜；

所述第一透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第二透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第三透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第四透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第五透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第六透镜为双凹玻璃球面透镜，所述第七透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第八透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第九透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第十透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第十一透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第十二透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第三透镜与所述第四透镜胶合组成第一胶合透镜，所述第六透镜与所述第七透镜胶合组成第二胶合透镜，所述第八透镜与所述第九透镜胶合组成第三胶合透镜，所述第十透镜与所述第十一透镜胶合组成第四胶合透镜。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

(1)通过使用4组胶合透镜组消色差，使得镜头结构紧凑。

(2)通过使用前组7片后组5片的镜片组合，正负光焦度匹配，结构简单、合理，解决了现有技术中定焦工业镜头清晰度不足、孔径较小、靶面不大，同时结构复杂，无法实现轻便型定焦工业镜头的问题。

附图说明

图1为本发明的一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头的镜头光路结构示意图；

图2为本发明的一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头在工作物距350mm下的MTF曲线图，其中X轴为MTF曲线的空间频率，单位lp/mm，Y轴为MTF曲线的调制传递函数值；

图3为本发明的一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头在工作物距350mm下的Field Curv/Dist曲线图；

附图标记说明：

A-1、第一透镜；A-2、第二透镜；A-3、第三透镜；A-4、第四透镜；A-5、第五透镜；A-6、第六透镜；A-7、第七透镜；STO、光阑；B-8、第八透镜；B-9、第九透镜；B-10、第十透镜；B-11、第十一透镜；B-12、第十二透镜；IMA、像面。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

请参照图1至图3所示，一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头，镜头的光学系统包括沿入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、光阑、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜；

所述第一透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第二透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第三透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第四透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第五透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第六透镜为双凹玻璃球面透镜，所述第七透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第八透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第九透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第十透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第十一透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第十二透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第三透镜与所述第四透镜胶合组成第一胶合透镜，所述第六透镜与所述第七透镜胶合组成第二胶合透镜，所述第八透镜与所述第九透镜胶合组成第三胶合透镜，所述第十透镜与所述第十一透镜胶合组成第四胶合透镜。

从上述描述可知，通过使用4组胶合透镜组消色差，使得镜头结构紧凑。通过使用前组7片后组5片的镜片组合，正负光焦度匹配，结构简单、合理，解决了现有技术中定焦工业镜头清晰度不足、孔径较小、靶面不大，同时结构复杂，无法实现轻便型定焦工业镜头的问题。

进一步地，所述第一透镜与所述第二透镜的空气间隔为17.26mm，所述第二透镜与所述第三透镜的空气间隔为0.1mm,所述第四透镜与所述第五透镜的空气间隔为0.768mm，所述第五透镜与所述第六透镜的空气间隔为1.657mm，所述第七透镜与所述第八透镜的空气间隔为4mm，所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔可调节，所述第十一透镜与所述第十二透镜的空气间隔为0.878mm。

从上述描述可知，通过以上镜片组成的光学系统，光路总长较短，使得镜头的结构紧凑。

进一步地，当工作物距发生变化时，镜头通过调整所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔进行对焦，当工作物距为200mm时，所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔为4.6mm；当工作物距为350mm时，所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔为2.835mm；当工作物距为无穷远时，所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔为0.418mm。

从上述描述可知，基于第九透镜与第十透镜采用浮动对焦技术，对比常规的调后焦，能从近及远的距离上大幅降低色差，在不同工作物距下均能得到较好的像质。

进一步地，设定镜头的光学系统焦距为f，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜的系统焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9、f10、f11、f12，其中镜头的光学系统焦距f满足以下条件：-81mm<f₁<-80mm；42mm<f₂<43mm；20.5mm<f₃<21.5mm；-37mm<f₄<-36mm；-27mm<f₅<-26mm；-46.5<f₆<-45.5mm；38mm<f₇<39mm；67mm<f₈<68mm；95.5mm<f₉<96.5mm；36mm<f₁₀<37mm；-24mm<f₁₁<-23mm；75mm<f₁₂<76mm。

从上述描述可知，通过对光学系统的焦距按照以上比例进行合理分配，使成像系统球差和场曲同时小，保证轴心和离轴视场像质。而且，能够使光学系统在400～700nm的波长范围的像差得到合理的校正和平衡。另外，镜头的光学后焦大，可与多种接口的摄像机配合使用。

实施例一

请参照图1至图3所示，一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头，镜头的光学系统包括沿入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜A-1、第二透镜A-2、第三透镜A-3、第四透镜A-4、第五透镜A-5、第六透镜A-6、第七透镜A-7、光阑STO、第八透镜B-8、第九透镜B-9、第十透镜B-10、第十一透镜B-11和第十二透镜B12；

所述第一透镜A-1为弯月玻璃球面透镜，所述第二透镜A-2为双凸玻璃球面透镜，所述第三透镜A-3为弯月玻璃球面透镜，所述第四透镜A-4为弯月玻璃球面透镜，所述第五透镜A-5为弯月玻璃球面透镜，所述第六透镜A-6为双凹玻璃球面透镜，所述第七透镜A-7为双凸玻璃球面透镜，所述第八透镜B-8为弯月玻璃球面透镜，所述第九透镜B-9为双凸玻璃球面透镜，所述第十透镜B-10为弯月玻璃球面透镜，所述第十一透镜B-11为弯月玻璃球面透镜，所述第十二透镜B12为弯月玻璃球面透镜，所述第三透镜A-3与所述第四透镜A-4胶合组成第一胶合透镜，所述第六透镜A-6与所述第七透镜A-7胶合组成第二胶合透镜，所述第八透镜B-8与所述第九透镜B-9胶合组成第三胶合透镜，所述第十透镜B-10与所述第十一透镜B-11胶合组成第四胶合透镜。

在本实施例中，所述第一透镜A-1与所述第二透镜A-2的空气间隔为17.26mm，所述第二透镜A-2与所述第三透镜A-3的空气间隔为0.1mm,所述第四透镜A-4与所述第五透镜A-5的空气间隔为0.768mm，所述第五透镜A-5与所述第六透镜A-6的空气间隔为1.657mm，所述第七透镜A-7与所述第八透镜B-8的空气间隔为4mm，所述第九透镜B-9与所述第十透镜B-10的空气间隔可调节，所述第十一透镜B-11与所述第十二透镜B12的空气间隔为0.878mm。

在本实施例中，当工作物距发生变化时，镜头通过调整所述第九透镜B-9与所述第十透镜B-10的空气间隔进行对焦，当工作物距为200mm时，所述第九透镜B-9与所述第十透镜B-10的空气间隔为4.6mm；当工作物距为350mm时，所述第九透镜B-9与所述第十透镜B-10的空气间隔为2.835mm；当工作物距为无穷远时，所述第九透镜B-9与所述第十透镜B-10的空气间隔为0.418mm。

在本实施例中，设定镜头的光学系统焦距为f，第一透镜A-1、第二透镜A-2、第三透镜A-3、第四透镜A-4、第五透镜A-5、第六透镜A-6、第七透镜A-7、第八透镜B-8、第九透镜B-9、第十透镜B-10、第十一透镜B-11和第十二透镜B12的系统焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9、f10、f11、f12，其中镜头的光学系统焦距f满足以下条件：-81mm<f₁<-80mm；42mm<f₂<43mm；20.5mm<f₃<21.5mm；-37mm<f₄<-36mm；-27mm<f₅<-26mm；-46.5<f₆<-45.5mm；38mm<f₇<39mm；67mm<f₈<68mm；95.5mm<f₉<96.5mm；36mm<f₁₀<37mm；-24mm<f₁₁<-23mm；75mm<f₁₂<76mm。

在本实施例中，各镜片的参数如下表所示：

本实施例提供的光学系统的技术指标如下：

(1)焦距：f＝25mm；

(2)相对孔径：D/f＝1:2.0；

(3)视场角：2w≥35.3°；

(4)畸变：<0.25％；

(5)靶面：1.1"CCD(对角线17.6mm)；

(6)分辨率：可与1200万像素高分辨率CCD工业相机适配；

(7)光路总长∑≤85mm，光学后截距L’≥13.71mm；

(8)适用谱线范围：400nm～700nm。

综上所述，本发明提供的一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头，具有高分辨率、大孔径、大靶面的特点，并且结构紧凑，采用浮动对焦技术，能从近及远的距离上大幅降低色差，在不同工作物距下均能得到较好的像质，畸变低，所得到的图像失真小。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种大孔径、大靶面高清定焦工业镜头，其特征在于，镜头的光学系统包括沿入射光路自前向后依次间隔设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、光阑、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜；

所述第一透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第二透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第三透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第四透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第五透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第六透镜为双凹玻璃球面透镜，所述第七透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第八透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第九透镜为双凸玻璃球面透镜，所述第十透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第十一透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第十二透镜为弯月玻璃球面透镜，所述第三透镜与所述第四透镜胶合组成第一胶合透镜，所述第六透镜与所述第七透镜胶合组成第二胶合透镜，所述第八透镜与所述第九透镜胶合组成第三胶合透镜，所述第十透镜与所述第十一透镜胶合组成第四胶合透镜。

2.根据权利要求1所述的大孔径、大靶面高清定焦工业镜头，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜的空气间隔为17.26mm，所述第二透镜与所述第三透镜的空气间隔为0.1mm,所述第四透镜与所述第五透镜的空气间隔为0.768mm，所述第五透镜与所述第六透镜的空气间隔为1.657mm，所述第七透镜与所述第八透镜的空气间隔为4mm，所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔可调节，所述第十一透镜与所述第十二透镜的空气间隔为0.878mm。

3.根据权利要求2所述的大孔径、大靶面高清定焦工业镜头，其特征在于，当工作物距发生变化时，镜头通过调整所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔进行对焦，当工作物距为200mm时，所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔为4.6mm；当工作物距为350mm时，所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔为2.835mm；当工作物距为无穷远时，所述第九透镜与所述第十透镜的空气间隔为0.418mm。

4.根据权利要求1所述的大孔径、大靶面高清定焦工业镜头，其特征在于，设定镜头的光学系统焦距为f，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜和第十二透镜的系统焦距分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9、f10、f11、f12，其中镜头的光学系统焦距f满足以下条件：-81mm<f₁<-80mm；42mm<f₂<43mm；20.5mm<f₃<21.5mm；-37mm<f₄<-36mm；-27mm<f₅<-26mm；-46.5<f₆<-45.5mm；38mm<f₇<39mm；67mm<f₈<68mm；95.5mm<f₉<96.5mm；36mm<f₁₀<37mm；-24mm<f₁₁<-23mm；75mm<f₁₂<76mm。