CN119596508B

CN119596508B - 一种工业镜头和光学设备

Info

Publication number: CN119596508B
Application number: CN202411760948.7A
Authority: CN
Inventors: 孙毅; 李忆; 陈龙辉; 李瑞敏; 吴刘森
Original assignee: Suzhou Lightins Optical Co ltd
Current assignee: Suzhou Lightins Optical Co ltd
Priority date: 2024-12-03
Filing date: 2024-12-03
Publication date: 2025-07-22
Anticipated expiration: 2044-12-03
Also published as: CN119596508A

Abstract

本申请公开了一种工业镜头和光学设备，其中，一种工业镜头包括依次共轴设置的第一镜头组、光阑以及第二镜头组，所述第一镜头组包括沿光轴从物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第四透镜具有正光焦度，所述第三透镜具有负光焦度；所述第二镜头组包括沿光轴从物方到像方依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜，所述第五透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜具有正光焦度，所述第六透镜具有负光焦度；工业镜头满足以下关系式，4.3≤FOV/CRA≤5.6；13≤(f_u1+f_u2)/IH≤26；FOV/(D*TTL)≥0.025；其中，FOV为所述工业镜头的最大视场角，CRA为所述工业镜头的主光线入射角，f_u1为所述工业镜头中所述第一镜头组的有效焦距，f_u2为所述工业镜头中所述第二镜头组的有效焦距，IH为所述工业镜头最大像面高度，D为所述工业镜头的头部口径尺寸，TTL为所述工业镜头的光学总长。本申请实现了一种大像面、低畸变、低色差、解析力高的小型化工业镜头。

Description

一种工业镜头和光学设备

技术领域

本申请涉及工业镜头设计领域，尤其是涉及一种工业镜头和光学设备。

背景技术

工业镜头作为工业自动化系统的核心组成部分之一，是获取图像数据的最前端构件，对获取信息的准确与否起着决定性作用，在机器视觉系统中扮演着至关重要的角色。鉴于工业要求的特殊性，工业镜头往往需要具备比普通镜头更高的性能，特别是在成像质量、体积大小等方面。高精度、高分辨率的工业镜头能够帮助工业设备更好地完成复杂任务，提升产品的质量和生产效率，进而实现智能制造的目标。目前市场上虽然已有一些高性能的工业镜头，但在实际应用中仍然存在诸多不足之处。

现有的工业镜头设计方案通常注重某一方面的性能提升，例如成像分辨率或者体积小型化，但难以兼顾诸多方面的需求，尽管能够提供较大的成像靶面，但由于结构设计的局限性，普遍存在成像畸变和体积较大的问题，导致镜头在高精度要求的应用场景下难以满足实际需求，限制了工业自动化的进一步提升和发展。

针对以上需求，现有工业镜头仍存在一定的不足和缺陷，尤其无法保证优良画质的同时确保整个工业镜头具有更大的成像靶面以及良好的便携性。因此，如何在保证成像质量的同时，实现工业镜头的小型化、大靶面和低畸变成为本领域亟待解决的关键问题。

发明内容

为了实现大像面、低畸变、小型化的镜头需求，满足工业镜头的高精度、高分辨率，工业自动化的进一步提升，本申请提供了一种工业镜头和光学设备。

第一方面，本申请所提供的一种工业镜头，采用如下所述的技术方案：

一种工业镜头，包括依次共轴设置的第一镜头组、光阑以及第二镜头组，所述第一镜头组包括沿光轴从物方到像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第四透镜具有正光焦度，所述第三透镜具有负光焦度；

所述第二镜头组包括沿光轴从物方到像方依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜以及第八透镜，所述第五透镜、所述第七透镜以及所述第八透镜具有正光焦度，所述第六透镜具有负光焦度；

工业镜头满足以下关系式，

4.3≤FOV/CRA≤5.6；

13≤(f_u1+f_u2)/IH≤26；

FOV/(D*TTL)≥0.025；

其中，FOV为所述工业镜头的最大视场角，CRA为所述工业镜头的主光线入射角，f_u1为所述工业镜头中所述第一镜头组的有效焦距，f_u2为所述工业镜头中所述第二镜头组的有效焦距，IH为所述工业镜头最大像面高度，D为所述工业镜头的头部口径尺寸，TTL为所述工业镜头的光学总长。

通过采用上述技术方案，控制工业镜头的最大视场角和主光线入射角之间的关系，合理分配工业镜头组中各镜片的位置，保证工业镜头的最小畸变；通过合理分配第一镜头组和第二镜头组的光焦度，实现工业镜头大靶面成像的需求；通过控制工业镜头的最大视场角、头部口径尺寸以及光学总长三者之间的关系，实现工业镜头的小型化。

优选地，所述第一透镜和所述第二透镜为凸向物方的弯月正透镜，所述第三透镜为双凹负透镜，所述第四透镜为双凸正透镜，所述第五透镜为平凸正透镜，所述第六透镜为双凹负透镜，所述第七透镜为凸向像方的弯月正透镜，所述第八透镜为双凸正透镜。

优选地，所述第一透镜为双凸正透镜，所述第二透镜为凸向物方的弯月正透镜，所述第三透镜为双凹负透镜，所述第四透镜为双凸正透镜，所述第五透镜为凸向像方的弯月正透镜，所述第六透镜为双凹负透镜，所述第七透镜为凸向像方的弯月正透镜，所述第八透镜为双凸正透镜。

优选地，所述第一透镜为双凸正透镜，所述第二透镜为凸向物方的弯月正透镜，所述第三透镜为双凹负透镜，所述第四透镜为双凸正透镜，所述第五透镜为双凸正透镜，所述第六透镜为双凹负透镜，所述第七透镜为凸向像方的弯月正透镜，所述第八透镜为双凸正透镜。

通过采用上述技术方案，给出了工业镜头中各镜片的三种能够实施的镜片形状，为本方案的具体实施提供了依据。

优选地，所述工业镜头还满足以下关系式，

|f_u1/f|≤8.1；

|f_u2/f|≥0.86；

其中f为所述工业镜头的有效焦距。

通过采用上述技术方案，合理分配第一镜头组、第二镜头组的光焦度分别与整镜头光焦度的占比，实现了高解析力的需求，保证了成像的清晰度。

优选地，所述第五透镜和所述第六透镜为双胶合镜片，且为玻璃镜片。

通过采用上述技术方案，使用胶合透镜修正光学镜头的像差，消除了或平衡镜头产生的色差，减小了公差敏感度，提升了光学成像镜头成像解析度；且玻璃镜片可以有效地提高镜头组的稳定性和耐久性。

优选地，所述工业镜头还满足以下关系式，

35≤|VD₅-VD₆|≤43，

其中VD₅为所述第五透镜的阿贝数，VD₆为所述第六透镜的阿贝数。

通过采用上述技术方案，合理地选择组成胶合透镜的第五透镜和第六透镜的阿贝数，能够有效减小光学系统的色差。

优选地，所述工业镜头还满足以下关系式，

Nd₄≥1.8，

其中Nd₄为所述工业镜头中第四透镜的镜片材质在夫琅禾费谱线的折射率。

通过采用上述技术方案，控制第四透镜的折射率，有助于实现工业镜头的小型化。

优选地，所述工业镜头还满足以下关系式，

Nd₅≤1.7；

VD₅≥63；

其中Nd₅为所述工业镜头中第五透镜的镜片材质在夫琅禾费谱线的折射率，VD₅为所述第五透镜的阿贝数。

通过采用上述技术方案，使用对热漂友好的玻璃作为第五透镜的材质，能够有效地提高镜头组的稳定性。

第二方面，本申请所提供的一种光学设备，采用如下所述的技术方案：

一种光学设备，包括上述任一项所述的工业镜头。

综上所述，本申请至少包括如下有益效果：

(1)本申请通过控制最大视场角和主光线入射角，合理分配工业镜头中各镜片的位置，在实现低畸变的需求的同时，保持了镜头的光学性能。

(2)本申请通过在成像系统中引入胶合透镜，同时控制胶合透镜的阿贝数，实现了对光学性能的优化，降低了成像的色差、提高了成像解析度，并且保证了镜头的稳定性。

(3)本申请将工业镜头分成第一镜头组和第二镜头组，通过合理分配二者的光焦度，能够实现光学系统的大靶面成像，同时保持成像的清晰度。

(4)本申请通过控制工业镜头的最大视场角、头部口径尺寸以及光学总长三者之间的关系，实现了工业镜头的小型化。

附图说明

图1是本申请实施例一种工业镜头的镜片构型图；

图2是本申请实施例1的光路示意图；

图3是本申请实施例1的调制传递函数图；

图4是本申请实施例1的场曲/F-Tan(θ)畸变示意图；

图5是本申请实施例1的垂轴色差示意图；

图6是本申请实施例1的轴向像差曲线图；

图7是本申请实施例2的光路示意图；

图8是本申请实施例2的调制传递函数图；

图9是本申请实施例2的场曲/F-Tan(θ)畸变示意图；

图10是本申请实施例2的垂轴色差示意图；

图11是本申请实施例2的轴向像差曲线图；

图12是本申请实施例3的光路示意图；

图13是本申请实施例3的调制传递函数图；

图14是本申请实施例3的场曲/F-Tan(θ)畸变示意图；

图15是本申请实施例3的垂轴色差示意图；

图16是本申请实施例3的轴向像差曲线图。

附图标记说明：

1、第一镜头组；2、光阑；3、第二镜头组；4、第一透镜；5、第二透镜；6、第三透镜；7、第四透镜；8、第五透镜；9、第六透镜；10、第七透镜；11、第八透镜；12、成像面。

具体实施方式

本申请提供了一种工业镜头和光学设备，为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施方式作进一步地详细说明。

下面将结合说明书附图，对本申请一些实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本发明的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜。

本申请提出一种工业镜头，如图1所示，包括依次共轴设置的第一镜头组1、光阑2、第二镜头组3以及成像面12，第一镜头组1包括沿光轴从物方到像方依次设置的第一透镜4、第二透镜5、第三透镜6以及第四透镜7，第一透镜4、第二透镜5以及第四透镜7具有正光焦度，第三透镜6具有负光焦度；

第二镜头组3包括沿光轴从物方到像方依次设置的第五透镜8、第六透镜9、第七透镜10以及第八透镜11，第五透镜8、第七透镜10以及第八透镜11具有正光焦度，第六透镜9具有负光焦度；

工业镜头满足以下关系式，

4.3≤FOV/CRA≤5.6；

13≤(f_u1+f_u2)/IH≤26；

FOV/(D*TTL)≥0.025；

其中，FOV为工业镜头的最大视场角，CRA为工业镜头的主光线入射角，f_u1为工业镜头中第一镜头组1的有效焦距，f_u2为工业镜头中第二镜头组3的有效焦距，IH为工业镜头最大像面高度，D为工业镜头的头部口径尺寸，TTL为工业镜头的光学总长，即第一透镜4物侧面的中心到成像面12的距离。

在本申请的一些实施例中，将整个工业镜头按照从物到像的方位分为前后两个镜头组，靠近物方的前镜头组为第一镜头组1，靠近像方的后镜头组为第二镜头组3，两个镜头组之间用光阑2(即ST0)分隔开，光阑2通过限制光束的传播范围和方向来控制成像质量和光学系统的性能，而合理分配前镜头组和后镜头组的光焦度，能够实现光学系统的大靶面成像。

通过上述的关系式，能够使工业镜头在大靶面成像的同时保证成像的清晰度，同时还能够使工业镜头趋于小型化。

在本申请的实施例中，第一镜头组1的光焦度f_u1、第二镜头组3的光焦度f_u2分别与整个工业镜头的有效焦距f满足以下关系：

|f_u1/f|≤8.1；

|f_u2/f|≥0.86。

通过上述的占比约束，实现了工业镜头对于高解析力的需求，保证了成像的清晰度。

在本申请的实施例中，第五透镜8和第六透镜9为双胶合镜片，且为玻璃镜片。胶合的镜片能够修正镜头的像差、平衡镜头产生的色差，提高成像解析度，而采用玻璃材质可以有效地提高镜头组的稳定性和耐久性。

在本申请的实施例中，双胶合透镜第五透镜8的阿贝数VD₅和第六透镜9的阿贝数VD₆之间满足以下关系：

35≤|VD₅-VD₆|≤43，

控制胶合镜片的阿贝数在上述的范围之内，能够有效减小光学系统的色差。

在本申请的实施例中，胶合透镜第五透镜8的折射率Nd₅和第五透镜8的阿贝数VD₅之间满足以下关系：

Nd₅≤1.7；

VD₅≥63；

控制第五透镜8的阿贝数进一步提升成像的清晰度。且对第五透镜8使用对热漂友好的玻璃，能够有效地提高镜头组的稳定性。

在本申请的实施例中，第四透镜7在夫琅禾费谱线的折射率Nd₄还满足以下关系式，Nd₄≥1.8，

可以采用高折射率的材料，控制第四透镜的折射率，有助于实现工业镜头的小型化。

在本申请的实施例中，工业镜头沿光轴从物方到像方依次设置有第一透镜4、第二透镜5、第三透镜6、第四透镜7、光阑2、第五透镜8、第六透镜9、第七透镜10、第八透镜11以及成像面12。

其中，第一透镜4具有正光焦度，其弯曲形状，有利于工业镜头获取大角度的光线；第二透镜5具有正光焦度，可将第一透镜4收集的光线进行压缩，使光线平稳过渡至后方的光学系统，有利于画面亮度更加均匀；

第三透镜6具有负光焦度，可将第二透镜5收集的光线进行发散，使光线平稳过渡至后方光学系统，合理控制了光焦度；

第四透镜7具有正光焦度，可将第三透镜6收集的光线进行聚焦，使得光线更加均匀地照射到目标区域；

且第四透镜7通过合理控制光焦度，能够使TTL≤59.53mm，以满足小型化需求；

光阑2放置在第四透镜7与第五透镜8之间，通过限制光束的传播范围和方向来控制成像质量和光学系统的性能；

第五透镜8和第六透镜9是双胶合镜片，用以消除或平衡镜头产生的色差和畸变，减小公差敏感度；

其中第五透镜8具有正光焦度，第六透镜9具有负光焦度，且二者均为玻璃镜片，可以有效地提高镜头组的稳定性和耐久性。

第七透镜10具有正光焦度，可将胶合透镜收集的光线进行聚焦，并对像差进行校正，优化镜头组的成像性能。

第八透镜11具有正光焦度，可将第七透镜10收集的光线进行聚焦，有利于镜头的场区矫正，优化镜头组的成像性能。

以下给出了三个不同的符合上述方案的工业镜头的实施例作为本申请的具体实施方式。

实施例1：

本实施例提供一种工业镜头，如图2所示，在实施例1中，第一透镜4和第二透镜5为凸向物方的弯月正透镜，第三透镜6为双凹负透镜，第四透镜7为双凸正透镜，第五透镜8为平凸正透镜，第六透镜9为双凹负透镜，第七透镜10为凸向像方的弯月正透镜，第八透镜11为双凸正透镜。

基于上述实施例1提供的工业镜头的结构，在工业镜头包括依次共轴排列的凸向物方的弯月正透镜、凸向物方的弯月正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜、光阑2、平凸正透镜、双凹负透镜、凸向像方的弯月正透镜、双凸正透镜以及成像面12，表1展示了该工业镜头的多个镜片的各项参数。

表1：

结合图1和图2所示，第一透镜4即弯月正透镜的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面；

第二透镜5即弯月正透镜的物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面；

第三透镜6即双凹负透镜的物侧面S5为凹面，像侧面S6为凹面；

第四透镜7即双凸正透镜的物侧面S7为凸面，像侧面S8为凸面；

第五透镜8即平凸正透镜的物侧面S10为平面，像侧面S11为凸面；

第六透镜9即双凹负透镜的物侧面S11为凹面，像侧面S12为凹面；

第五透镜8和第六透镜9为胶合透镜，共用S11，因此S11相对于第五透镜8为凸面，相对于第六透镜9为凹面；

第七透镜10即弯月正透镜的物侧面S13为凹面，像侧面S14为凸面；

第八透镜11即双凸正透镜的物侧面S15为凸面，像侧面S16为凸面；

IMA为成像面。

在本实施例1中，工业镜头的各参数如表2所示。

表2：

由上表2可知，在本实施例1中，工业镜头的最大视场角FOV和工业镜头的主光线入射角CRA之间的关系：FOV/CRA＝4.3886，满足关系式4.3≤FOV/CRA≤5.6；

第一镜头组1的有效焦距f_u1、第二镜头组3的有效焦距f_u2、最大像面高度IH三者之间的关系：(f_u1+f_u2)/IH＝13.0632，满足关系式13≤(f_u1+f_u2)/IH≤26；

最大视场角FOV、头部口径尺寸D、工业镜头的光学总长三者之间的关系：TTLFOV/(D*TTL)＝0.0299，满足关系式FOV/(D*TTL)≥0.025；

第一镜头组1的光焦度f_u1、与整个工业镜头的有效焦距f之间的关系：|f_u1/f|＝3.5230，满足关系式|f_u1/f|≤8.1；

第二镜头组3的光焦度f_u2、与整个工业镜头的有效焦距f之间的关系：|f_u2/f|＝1.1793，满足关系式|f_u2/f|≥0.86；

第五透镜8的阿贝数VD₅和第六透镜9的阿贝数VD₆之间的关系：|VD₅-VD₆|＝42.6579，满足关系式35≤|VD₅-VD₆|≤43；

第五透镜8的折射率Nd₅为1.4875，满足Nd₅≤1.7；

第五透镜8的阿贝数VD₅为70.4196，满足VD₅≥63；

第四透镜7的折射率Nd₄为1.8348，Nd₄≥1.8。

本实施例1的调制传递函数(Modulation TransferFunction，MTF)图如图3所示，以像场中心到像场边缘的距离为横坐标，反映了镜头边缘的成像素质，可以看到该工业镜头从中心到边缘视场的成像质量都很均匀，即整个图像都非常清晰，成像的清晰度得到保证。

将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S(Sagittal)曲线，而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为T(Meridional)曲线。图3中有多组以像场中心到像场边缘MTF变化曲线，反映出本工业镜头具有较高解像力。

本实施例1的场曲/F-Tan(θ)畸变示意图如图4所示，左边部分为场曲示意图，其中横坐标表示场曲大小，单位为mm，纵坐标表示像高，图中子午场曲值和弧矢场曲值均控制在±0.1mm以内，说明工业镜头的场曲得到了良好的矫正；右边部分为畸变示意图，其中横坐标表示畸变大小，单位为百分比，纵坐标表示像高，从图中可以看出，F-Tan(θ)畸变值控制在-1％以内，说明工业镜头的畸变得到了良好的矫正。

本实施例1的垂轴色差示意图如图5所示，图5中横坐标表示垂直色差的大小，单位为um，纵坐标表示像高，其表示各波长在成像面上不同像高处的色差，横轴表示偏移量，单位为μm，纵轴表示物高，单位为mm。从图5中可以看出，最短波长与最长波长的垂轴色差控制在±2.5μm以内，说明工业镜头能够较好地矫正边缘视场的色差。

本实施例1的轴向像差曲线图如图6所示，其表示各波长在成像面处光轴上的像差，横轴表示偏移量，单位为mm，纵轴表示归一化光瞳半径。从图6中可以看出，最短波长与最长波长的轴向像差控制在±0.06mm以内，说明工业镜头的轴向像差得到了良好的矫正。

由图3-图6可以看出，本工业镜头低畸变、低色差、解析力高，可以实现较优的成像效果。

实施例2：

本实施例提供一种工业镜头，如图7所示，在实施例2中，第一透镜4为双凸正透镜，第二透镜5为凸向物方的弯月正透镜，第三透镜6为双凹负透镜，第四透镜7为双凸正透镜，第五透镜8为凸向像方的弯月正透镜，第六透镜9为双凹负透镜，第七透镜10为凸向像方的弯月正透镜，第八透镜11为双凸正透镜。

基于上述实施例2提供的工业镜头的结构，在工业镜头包括依次共轴排列的双凸正透镜、凸向物方的弯月正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜、光阑2、凸向像方的弯月正透镜、双凹负透镜、凸向像方的弯月正透镜、双凸正透镜以及成像面12，表3展示了该工业镜头的多个镜片的各项参数。

表3：

结合图1和图7所示，第一透镜4即双凸正透镜的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凸面；

第五透镜8即弯月正透镜的物侧面S10为凹面，像侧面S11为凸面；

IMA为成像面。

在本实施例2中，工业镜头的各参数如表4所示。

表4：

由上表4可知，在本实施例2中，工业镜头的最大视场角FOV和工业镜头的主光线入射角CRA之间的关系：FOV/CRA＝4.7531，满足关系式4.3≤FOV/CRA≤5.6；

第一镜头组1的有效焦距f_u1、第二镜头组3的有效焦距f_u2、最大像面高度IH三者之间的关系：(f_u1+f_u2)/IH＝13.4891，满足关系式13≤(f_u1+f_u2)/IH≤26；

最大视场角FOV、头部口径尺寸D、工业镜头的光学总长三者之间的关系：TTLFOV/(D*TTL)＝0.0278，满足关系式FOV/(D*TTL)≥0.025；

第一镜头组1的光焦度f_u1、与整个工业镜头的有效焦距f之间的关系：|f_u1/f|＝3.6332，满足关系式|f_u1/f|≤8.1；

第二镜头组3的光焦度f_u2、与整个工业镜头的有效焦距f之间的关系：|f_u2/f|＝1.0094，满足关系式|f_u2/f|≥0.86；

第五透镜8的折射率Nd₅为1.4875，满足Nd₅≤1.7；

第五透镜8的阿贝数VD₅为70.4196，满足VD₅≥63；

第四透镜7的折射率Nd₄为1.8348，Nd₄≥1.8。

本实施例2的调制传递函数图如图8所示，以像场中心到像场边缘的距离为横坐标，反映了镜头边缘的成像素质，可以看到该工业镜头从中心到边缘视场的成像质量都很均匀，即整个图像都非常清晰，成像的清晰度得到保证。

将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S曲线，而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为T曲线。图8中有多组以像场中心到像场边缘MTF变化曲线，反映出本工业镜头具有较高解像力。

本实施例2的场曲/F-Tan(θ)畸变示意图如图9所示，左边部分为场曲示意图，其中横坐标表示场曲大小，单位为mm，纵坐标表示像高，图中子午场曲值和弧矢场曲值均控制在±0.1mm以内，说明工业镜头的场曲得到了良好的矫正；右边部分为畸变示意图，其中横坐标表示畸变大小，单位为百分比，纵坐标表示像高，从图9中可以看出，F-Tan(θ)畸变值控制在-1.2％以内，说明工业镜头的畸变得到了良好的矫正。

本实施例2的垂轴色差示意图如图10所示，图10中横坐标表示垂直色差的大小，单位为um，纵坐标表示像高，其表示各波长在成像面上不同像高处的色差，横轴表示偏移量，单位为μm，纵轴表示物高，单位为mm。从图10中可以看出，最短波长与最长波长的垂轴色差控制在±2μm以内，说明工业镜头能够较好地矫正边缘视场的色差。

本实施例2的轴向像差曲线图如图11所示，其表示各波长在成像面处光轴上的像差，横轴表示偏移量，单位为mm，纵轴表示归一化光瞳半径。从图11中可以看出，最短波长与最长波长的轴向像差控制在±0.05mm以内，说明工业镜头的轴向像差得到了良好的矫正。

由图8-图11可以看出，本工业镜头低畸变、低色差、解析力高，可以实现较优的成像效果。

实施例3：

本实施例提供一种工业镜头，如图12所示，在实施例3中，第一透镜4为双凸正透镜，第二透镜5为凸向物方的弯月正透镜，第三透镜6为双凹负透镜，第四透镜7为双凸正透镜，第五透镜8为双凸正透镜，第六透镜9为双凹负透镜，第七透镜10为凸向像方的弯月正透镜，第八透镜11为双凸正透镜。

基于上述实施例3提供的工业镜头的结构，在工业镜头包括依次共轴排列的双凸正透镜、凸向物方的弯月正透镜、双凹负透镜、双凸正透镜、光阑2、双凸正透镜、双凹负透镜、凸向像方的弯月正透镜、双凸正透镜以及成像面12，表5展示了该工业镜头的多个镜片的各项参数。

表5：

结合图1和图12所示，第一透镜4即双凸正透镜的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凸面；第二透镜5即弯月正透镜的物侧面S3为凸面，像侧面S4为凹面；

第五透镜8即双凸正透镜的物侧面S10为凸面，像侧面S11为凸面；

IMA为成像面。

在本实施例3中，工业镜头的各参数如表6所示。

表6：

FOV	38.0000
		CRA	6.9048
f_u1	131.1678
		f_u2	14.1606
f	16.3764
		D	24.9130
TTL	55.9775
		IH	5.5970
Nd₄	1.8348
		Nd₅	1.6180
VD₅	63.4058
		VD₆	27.7617

由上表6可知，在本实施例3中，工业镜头的最大视场角FOV和工业镜头的主光线入射角CRA之间的关系：FOV/CRA＝5.5034，满足关系式4.3≤FOV/CRA≤5.6；

第一镜头组1的有效焦距f_u1、第二镜头组3的有效焦距f_u2、最大像面高度IH三者之间的关系：(f_u1+f_u2)/IH＝25.9654，满足关系式13≤(f_u1+f_u2)/IH≤26；

最大视场角FOV、头部口径尺寸D、工业镜头的光学总长三者之间的关系：TTLFOV/(D*TTL)＝0.0272，满足关系式FOV/(D*TTL)≥0.025；

第一镜头组1的光焦度f_u1、与整个工业镜头的有效焦距f之间的关系：|f_u1/f|＝8.0096，满足关系式|f_u1/f|≤8.1；

第二镜头组3的光焦度f_u2、与整个工业镜头的有效焦距f之间的关系：|f_u2/f|＝0.8647，满足关系式|f_u2/f|≥0.86；

第五透镜8的阿贝数VD₅和第六透镜9的阿贝数VD₆之间的关系：|VD₅-VD₆|＝35.6441，满足关系式35≤|VD₅-VD₆|≤43；

第五透镜8的折射率Nd₅为1.6180，满足Nd₅≤1.7；

第五透镜8的阿贝数VD₅为63.4058，满足VD₅≥63；

第四透镜7的折射率Nd₄为1.8348，Nd₄≥1.8。

本实施例3的调制传递函数图如图13所示，以像场中心到像场边缘的距离为横坐标，反映了镜头边缘的成像素质，可以看到该工业镜头从中心到边缘视场的成像质量都很均匀，即整个图像都非常清晰，成像的清晰度得到保证。

将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线，标为S曲线，而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线，标为T曲线。图13中有多组以像场中心到像场边缘MTF变化曲线，反映出本工业镜头具有较高解像力。

本实施例3的场曲/F-Tan(θ)畸变示意图如图14所示，左边部分为场曲示意图，其中横坐标表示场曲大小，单位为mm，纵坐标表示像高，图中子午场曲值和弧矢场曲值均控制在±0.1mm以内，说明工业镜头的场曲得到了良好的矫正；右边部分为畸变示意图，其中横坐标表示畸变大小，单位为百分比，纵坐标表示像高，从图14中可以看出，F-Tan(θ)畸变值控制在-1％以内，说明工业镜头的畸变得到了良好的矫正。

本实施例3的垂轴色差示意图如图15所示，图15中横坐标表示垂直色差的大小，单位为um，纵坐标表示像高，其表示各波长在成像面上不同像高处的色差，横轴表示偏移量，单位为μm，纵轴表示物高，单位为mm。从图15中可以看出，最短波长与最长波长的垂轴色差控制在±1.5μm以内，说明工业镜头能够较好地矫正边缘视场的色差。

本实施例3的轴向像差曲线图如图16所示，其表示各波长在成像面处光轴上的像差，横轴表示偏移量，单位为mm，纵轴表示归一化光瞳半径。从图16中可以看出，最短波长与最长波长的轴向像差控制在±0.07mm以内，说明工业镜头的轴向像差得到了良好的矫正。

由图13-图16可以看出，本工业镜头低畸变、低色差、解析力高，可以实现较优的成像效果。

本申请还提出一种光学设备，该光学设备包括前述任一实施例中的工业镜头，工业镜头的具体结构参照前述任一实施例。由于本申请提出的光学设备可应用前述所有实施例中的全部技术方案，因此至少具有前述技术方案带来的全部有益效果，在此不一一赘述。

以上仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种工业镜头，其特征在于：包括依次共轴设置的第一镜头组（1）、光阑（2）以及第二镜头组（3），所述第一镜头组（1）包括沿光轴从物方到像方依次设置的第一透镜（4）、第二透镜（5）、第三透镜（6）以及第四透镜（7），所述第一透镜（4）、所述第二透镜（5）以及所述第四透镜（7）具有正光焦度，所述第三透镜（6）具有负光焦度；

所述第二镜头组（3）包括沿光轴从物方到像方依次设置的第五透镜（8）、第六透镜（9）、第七透镜（10）以及第八透镜（11），所述第五透镜（8）、所述第七透镜（10）以及所述第八透镜（11）具有正光焦度，所述第六透镜（9）具有负光焦度；

工业镜头满足以下关系式，

3≤FOV/CRA≤5.6；

13≤(f_u1+f_u2)/IH≤26；

FOV/(D*TTL)≥0.025；

其中，FOV为所述工业镜头的最大视场角，CRA为所述工业镜头的主光线入射角，f_u1为所述工业镜头中所述第一镜头组（1）的有效焦距，f_u2为所述工业镜头中所述第二镜头组（3）的有效焦距，IH为所述工业镜头最大像面高度，D为所述工业镜头的头部口径尺寸，TTL为所述工业镜头的光学总长。

2.根据权利要求1所述的一种工业镜头，其特征在于：所述第一透镜（4）和所述第二透镜（5）为凸向物方的弯月正透镜，所述第三透镜（6）为双凹负透镜，所述第四透镜（7）为双凸正透镜，所述第五透镜（8）为平凸正透镜，所述第六透镜（9）为双凹负透镜，所述第七透镜（10）为凸向像方的弯月正透镜，所述第八透镜（11）为双凸正透镜。

3.根据权利要求1所述的一种工业镜头，其特征在于：所述第一透镜（4）为双凸正透镜，所述第二透镜（5）为凸向物方的弯月正透镜，所述第三透镜（6）为双凹负透镜，所述第四透镜（7）为双凸正透镜，所述第五透镜（8）为凸向像方的弯月正透镜，所述第六透镜（9）为双凹负透镜，所述第七透镜（10）为凸向像方的弯月正透镜，所述第八透镜（11）为双凸正透镜。

4.根据权利要求1所述的一种工业镜头，其特征在于：所述第一透镜（4）为双凸正透镜，所述第二透镜（5）为凸向物方的弯月正透镜，所述第三透镜（6）为双凹负透镜，所述第四透镜（7）为双凸正透镜，所述第五透镜（8）为双凸正透镜，所述第六透镜（9）为双凹负透镜，所述第七透镜（10）为凸向像方的弯月正透镜，所述第八透镜（11）为双凸正透镜。

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

|f_u1/f|≤8.1；

|f_u2/f|≥0.86；

其中f为所述工业镜头的有效焦距。

6.根据权利要求1任一项所述的一种工业镜头，其特征在于：所述第五透镜（8）和所述第六透镜（9）为双胶合镜片，且为玻璃镜片。

7.根据权利要求6所述的一种工业镜头，其特征在于：所述工业镜头还满足以下关系式，

35≤|VD₅-VD₆|≤43，

其中VD₅为所述第五透镜（8）的阿贝数，VD₆为所述第六透镜（9）的阿贝数。

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

Nd₄≥1.8，

其中Nd₄为所述工业镜头中第四透镜（7）的镜片材质在夫琅禾费谱线的折射率。

9.根据权利要求6所述的一种工业镜头，其特征在于：所述工业镜头还满足以下关系式，

Nd₅≤1.7；

VD₅≥63；

其中Nd₅为所述工业镜头中第五透镜（8）的镜片材质在夫琅禾费谱线的折射率，VD₅为所述第五透镜（8）的阿贝数。

10.一种光学设备，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的工业镜头。