CN203838393U - 一种大像面高分辨率低畸变光学镜头 - Google Patents

一种大像面高分辨率低畸变光学镜头 Download PDF

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吴连平
江东明
陈艺敏
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Abstract

本实用新型涉及一种大像面高分辨率低畸变光学镜头，沿光线入射方向从左至右，光学系统由四个部分组成：第一透镜组、光阑、第二透镜组以及成像面，其中第一透镜组的光焦度为正，第二透镜组的光焦度为正。光学透镜采用球面设计，工艺性能好，材质成本低。产品可广泛应用于工业测量检测、智能交通等领域。

Description

一种大像面高分辨率低畸变光学镜头
技术领域
本实用新型涉及一种光学成像系统，尤其涉及一种大像面高分辨率低畸变光学镜头。此镜头可广泛运用于智能交通、工业检测、动作捕捉、光学成像等光机电一体化领域。
背景技术
随着现代光学技术的不断发展，在工业检测、智能交通等领域内，摄像机厂家为了得到更大的成像范围以及更高的成像分辨率，光学成像的芯片尺寸越做越大，常见的大尺寸成像元件有1／1.8″、2／3″、3／4″等。近年来，市面上更是出现了1／1″、4／3″。但如果光学镜头的设计成像面没有达到大芯片的尺寸，那么就会造成一定程度的暗角出现。当前市面上焦距f=12mm的光学镜头，成像面一般是2／3″和3／4″，能达到1／1″的产品较少，且价格也相对昂贵。
另一方面，在智能交通及工业检测方面所使用的光学镜头畸变要求都比较高，一般畸变要求都要求在3％以下。但目前市面上焦距为12mm，像面达到1／1″的光学镜头畸变都超过3％，难以符合这些场景的使用。
与此同时，用于工业检测、智能交通的光学镜头，现有的镜头像素一般都不高，只能达到200万、300万以及500万三种规格，能够达到再更高像素级别的镜头寥寥无几，而光学成像的发展方向之一恰恰就是更高像素、更加细微、更加清晰。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术中用于工业检测、智能交通的光学镜头像素不高、不够清晰的技术问题，提供一种高分辨率大像面低畸变光学镜头。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大像面高分辨率低畸变光学镜头，沿光线入射方向从左至右，光学系统由四个部分组成：第一透镜组、光阑、第二透镜组以及成像面，其中第一透镜组的光焦度为正，第二透镜组的光焦度为正。
第一透镜组沿光线入射方向从左至右依次包括六片透镜：双凸型透镜一、凸凹型透镜二、双凹型透镜三、凹凸型透镜四、双凸型透镜五和凸凹型透镜六；第二透镜组沿光线入射方向从左至右依次包括四片透镜：双凸型透镜七、双凸型透镜八、双凹型透镜九以及双凸型透镜十。
所述的双凸型透镜八和双凹型透镜九胶合成一组胶合件透镜。
双凸型透镜一的光焦度为正，凸凹型透镜二的光焦度为负，双凹型透镜三的光焦度为负，凹凸型透镜四的光焦度为正，双凸型透镜五的光焦度为正，凸凹型透镜六的光焦度为正，双凸型透镜七的光焦度为正，双凸型透镜八和双凹型透镜九组成胶合件透镜的光焦度为负以及双凸型透镜十的光焦度为负。
第一透镜组和第二透镜组的10片透镜，其曲率半径R1和R2、光学折射率N、阿贝系数Vd以及透镜厚度D沿光线入射方向依次满足：
透镜一：70<R1<90   -190＜R2＜-170  1.5＜N<1.7  50<Vd<70  5＜D<7
透镜二：30<R1<50   10＜R2＜20   1.5＜N<1.7  50<Vd<70  2<D<4
透镜三：-40<R1<-20  20＜R2＜40  1.7＜N<1.9  20<Vd<40  1<D<3
透镜四：-80＜R1<-60  -40＜R2<-30  1.7＜N<1.9  40<Vd<60  3＜D＜4
透镜五：-80<R1<-60  -50＜R2＜-30  1.7＜N<1.9  30<Vd<50  4＜D＜6
透镜六：20<R1<40   40＜R2＜60   1.6＜N<1.8  40<Vd<60  3＜D＜5
透镜七：30<R1<50   -70＜R2＜-50  1.5＜N<1.97  20<Vd<40  2<D<4
透镜八：10<R1<30  -30<R2<-10  1.4<N<1.6  50<Vd<70  2<D<4
透镜九：-30<R1<-10  10<R2<30  1.6<N<1.8  20<Vd<40  2<D<4
透镜十：20<R1<40  -200＜R2＜-180  1.6<N<1.8  40<Vd<60  1<D<3
透镜一与透镜二之间的间距为0.2mm，透镜二与透镜三之间的间距为8.2mm，透镜三与透镜四之间的间距为2.7mm，透镜四与透镜五之间的间距为2.92mm，透镜五与透镜六之间的间距为3.56mm，透镜六与光阑之间的间距为14mm，光阑与透镜七之间的间距为2.2mm，透镜七与胶合件透镜之间的间距为0.12mm，胶合件透镜与透镜十之间的间距为0.36mm。
本实用新型的有益效果是，本实用新型的光学透镜采用球面设计，工艺性能好，材质成本低。本实用新型在色差优化方面的设计方式是利用镜片的正负光焦度配合减少色差，同时使用一片厚镜片减少匹兹伐弯曲，本实用新型可广泛应用于工业测量检测、智能交通等领域。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型光学系统示意图；
图2是本实用新型机械结构示意图；
图3是本实用新型畸变曲线示意图；
图4为本实用新型的光学传递函数曲线示意图。
图中：1.第一透镜组，11.透镜一，12.透镜二，13.透镜三，14.透镜四，15.透镜五，16.透镜六，2.光阑，3.第二透镜组，31.透镜七，32.透镜八，33.透镜九，34.透镜十，4.成像面。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1和2所示，本实用新型的一种大像面高分辨率低畸变光学镜头，沿光线入射方向从左至右，光学系统由四个部分组成：第一透镜组1、光阑2、第二透镜组3以及成像面4，其中第一透镜组1的光焦度为正，第二透镜组3的光焦度为正。
第一透镜组1沿光线入射方向从左至右依次包括六片透镜：双凸型透镜一11、凸凹型透镜二12、双凹型透镜三13、凹凸型透镜四14、双凸型透镜五15和凸凹型透镜六16；第二透镜组3沿光线入射方向从左至右依次包括四片透镜：双凸型透镜七31、双凸型透镜八32、双凹型透镜九33以及双凸型透镜十34。
所述的双凸型透镜八32和双凹型透镜九33胶合成一组胶合件透镜。
双凸型透镜一11的光焦度为正，凸凹型透镜二12的光焦度为负，双凹型透镜三13的光焦度为负，凹凸型透镜四14的光焦度为正，双凸型透镜五15的光焦度为正，凸凹型透镜六16的光焦度为正，双凸型透镜七31的光焦度为正，双凸型透镜八32和双凹型透镜九33组成胶合件透镜的光焦度为负以及双凸型透镜十34的光焦度为负。
第一透镜组1和第二透镜组3的10片透镜，其曲率半径R1和R2、光学折射率N、阿贝系数Vd以及透镜厚度D沿光线入射方向依次满足：
透镜一：70<R1<90  -190＜R2＜-170  1.5＜N<1.7  50<Vd<70  5＜D<7
透镜二：30<R1<50  10＜R2＜20  1.5＜N<1.7  50<Vd<70  2<D<4
透镜三：-40<R1<-20  20＜R2＜40  1.7＜N<1.9  20＜Vd<40  1<D<3
透镜四：-80＜R1<-60  -40＜R2<-30  1.7＜N<1.9  40＜Vd<60  3＜D＜4
透镜五：-80<R1<-60  -50＜R2＜-30  1.7＜N<1.9  30<Vd<50  4＜D＜6
透镜六：20<R1<40  40＜R2＜60  1.6＜N<1.8  40<Vd<60  3＜D＜5
透镜七：30<R1<50  -70＜R2＜-50  1.5＜N<1.97  20＜Vd<40  2<D<4
透镜八：10<R1<30  -30＜R2＜-10  1.4＜N<1.6  50<Vd<70  2<D<4
透镜九：-30<R1<-10  10＜R2＜30  1.6＜N<1.8  20＜Vd<40  2<D<4
透镜十：20<R1<40  -200＜R2＜-180  1.6＜N<1.8  40<Vd<60  1<D<3
透镜一11与透镜二12之间的间距为0.2mm，透镜二12与透镜三13之间的间距为8.2mm，透镜三13与透镜四14之间的间距为2.7mm，透镜四14与透镜五15之间的间距为2.92mm，透镜五15与透镜六16之间的间距为3.56mm，透镜六16与光阑2之间的间距为14mm，光阑2与透镜七31之间的间距为2.2mm，透镜七31与胶合件透镜之间的间距为0.12mm，胶合件透镜与透镜十34之间的间距为0.36mm。
如图2所示，本实用新型所述的一种大像面高分辨率光学镜头，凸凹型透镜二12与双凹型透镜三13所组成的光学组件之间没有垫圈，使得两者的中心间隔为8.2mm，双凹型透镜三13与凹凸型透镜四14所组成的光学组件之间亦没有垫圈，使得两者的中心间隔为2.77mm，胶合件镜头(透镜八32和透镜九33组成)与双凸型透镜十34之间同样没有垫圈，使得两者之间的中心间隔为0.36mm。
如图2所示，本实用新型所述的一种大像面高分辨率光学镜头，以光阑2为界，可将该光学系统分为前后两组透镜，在装配过程中可从前后两个不同的方向进行组装，同时，两端各用压环旋紧，使得两组透镜的相对位置固定不变。
如图2所示，针对不同的物距，该机械结构可通过调节内部的传动功能，使得整组光学透镜在不旋转的情况下前后移动，即以直进直出的方式完成系统的聚焦功能，且最近的聚焦距离可达到0.2m。
对本实用新型的镜头进行测试，如图3所示，镜头畸变率在1.5％以内。如图4所示，镜头MTF在150lp／mm时达到0.3，满足5百万像素要求。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种大像面高分辨率低畸变光学镜头，其特征在于：沿光线入射方向从左至右，光学系统由四个部分组成：第一透镜组、光阑、第二透镜组以及成像面，其中第一透镜组的光焦度为正，第二透镜组的光焦度为正。 
2.根据权利要求1所述的一种大像面高分辨率低畸变光学镜头，其特征在于：第一透镜组沿光线入射方向从左至右依次包括六片透镜：双凸型透镜一、凸凹型透镜二、双凹型透镜三、凹凸型透镜四、双凸型透镜五和凸凹型透镜六；第二透镜组沿光线入射方向从左至右依次包括四片透镜：双凸型透镜七、双凸型透镜八、双凹型透镜九以及双凸型透镜十。 
3.根据权利要求书2所述的一种大像面高分辨率低畸变光学镜头，其特征在于：所述的双凸型透镜八和双凹型透镜九胶合成一组胶合件透镜。 
4.根据权利要求书3所述的一种大像面高分辨率低畸变光学镜头，其特征在于：双凸型透镜一的光焦度为正，凸凹型透镜二的光焦度为负，双凹型透镜三的光焦度为负，凹凸型透镜四的光焦度为正，双凸型透镜五的光焦度为正，凸凹型透镜六的光焦度为正，双凸型透镜七的光焦度为正，双凸型透镜八和双凹型透镜九组成胶合件透镜的光焦度为负以及双凸型透镜十的光焦度为负。 
5.根据权利要求书2所述的一种大像面高分辨率低畸变光学镜头，其特征在于：第一透镜组和第二透镜组的10片透镜，其曲率半径R1和R2、光学折射率N、阿贝系数Vd以及透镜厚度D沿光线入射方向依次满足： 
透镜一：70<R1<90  -190＜R2＜-170  1.5＜N<1.7  50<Vd<70  5<D<7 
透镜二：30<R1<50  10＜R2＜20  1.5＜N<1.7  50<Vd<70  2<D<4 
透镜三：-40<R1<-20  20＜R2＜40  1.7＜N<1.9  20<Vd<40  1<D<3 
透镜四：-80＜R1<-60  -40＜R2<-30  1.7＜N<1.9  40<Vd<60  3＜D＜4 
透镜五：-80<R1<-60  -50＜R2＜-30  1.7＜N<1.9  30<Vd<50  4<D<6 
透镜六：20<R1<40  40<R2<60  1.6<N<1.8  40<Vd<60  3<D<5 
透镜七：30<R1<50  -70<R2<-50  1.5<N<1.97  20<Vd<40  2<D<4 
透镜八：10<R1<30  -30<R2<-10  1.4<N<1.6  50<Vd<70  2<D<4 
透镜九：-30<R1<-10  10<R2<30  1.6<N<1.8  20<Vd<40  2<D<4 
透镜十：20<R1<40  -200＜R2＜-180  1.6<N<1.8  40<Vd<60  1<D<3。 
6.根据权利要求书2所述的一种大像面高分辨率低畸变光学镜头，其特征在于：透镜一与透镜二之间的间距为0.2mm，透镜二与透镜三之间的间距为8.2mm，透镜三与透镜四之间的间距为2.7mm，透镜四与透镜五之间的间距为2.92mm，透镜五与透镜六之间的间距为3.56mm，透镜六与光阑之间的间距为14mm，光阑与透镜七之间的间距为2.2mm，透镜七与胶合件透镜之间的间距为0.12mm，胶合件透镜与透镜十之间的间距为0.36mm。 
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