CN204188874U - 一种变倍远心镜头 - Google Patents

Abstract

一种变倍远心镜头，涉及光学技术。从物面起到像面依次包括：具有正折射率光焦度的第一透镜组、具有正折射率光焦度的第二透镜组、具有负折射率光焦度的第三透镜组、具有正折射率光焦度的第四透镜组以及具有正折射率光焦度的第五透镜组；其中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组为固定组，第二透镜组和第四透镜组为移动组，当变倍远心镜头从低倍向高倍变倍时，第二透镜组向第一透镜组靠近，第四透镜组向第三透镜组靠近。在变倍过程中，光阑位置也在独立调整变动。具有高变倍比，物方分辨率最高达4.7μm；在变倍过程中共轭距保持不变，各变倍位置均采用物方远心设计，保证测量数据的准确性以及不同景深位置时测量数据的重复性；TV畸变小于0.05%。

Description

一种变倍远心镜头

技术领域

本实用新型涉及光学技术，尤指一种变倍远心镜头，其共轭距固定不变，物方远心，适用于精密影像测量。

背景技术

电子等精密制造业领域广泛使用光学成像镜头检测产品质量。随着精密制造业的品质要求越来越高，精密检测行业呈现如下趋势：1、产品检测从抽检转向全检；2、离线检测转向在线检测；3、检测精度由0.01mm级别转向微米级；4、半自动测量转向一键自动测量。这就要求所使用的检测设备必须具有高效率，高准确性以及操作的方便性，势必对检测设备所使用的光学成像镜头要求变得极高。

现有技术中，用于产品测量的镜头主要有以下三类： 

其一，定倍的远心镜头，可以实现大视野检测，检测精度上也可以得到保证。但是当使用同一个测量系统进行测量不同大小物体的时候，就会出现问题，比如说测量一个比较小的物体，用户希望使用比较大的倍数来检测（大倍数对应较小的检测范围，同时精度会得到更好的保证），反之测量比较大的物体时又需要使用小倍数来检测（小倍数对应较大的检测范围，精度较大倍数差些，但还是可以保证）。但因为测量系统本身是不能变换倍数的，所以给用户带来了很大的不便。

其二，连续变倍镜头，镜头的检测视野较小，而且因为其光学系统并不是真正的远心系统，会造成被测物体在镜头景深范围内的不同位置测量时，测量值互相之间出现偏差；同时在同一个位置测量时测量值与标准值也很会存在偏差，使得检测精度受到很大的影响，不能达到微米级；

其三，几个倍数组合的远心镜头，可以变倍到固定的几个倍数，但是不能实现连续变倍，在某些程度上解决了以上两个类型镜头所遇到的问题，但是倍数非常有限，一般不超过4个固定倍数，在使用上还是面临很大的局限和不便。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是克服现有的定倍远心镜头不能变换倍数、连续变倍镜头检测视野较小、以及几个倍数组合的远心镜头倍数变化非常有限的不足，推出一种变倍远心镜头。该镜头：1、共轭距固定不变、工作距离不因倍数的改变而改变；2、物方远心设计，从根本上解决在景深范围内出现测量偏差的问题；3、实现连续变倍，用户在使用时可以在最大和最小倍数间随意选择最合适的倍数，同时满足最合适的检测视野。

为此，本实用新型一种变倍远心镜头采用下述技术方案：

一种变倍远心镜头，从物面起到像面依次包括：具有正折射率光焦度的第一透镜组、具有正折射率光焦度的第二透镜组、具有负折射率光焦度的第三透镜组、具有正折射率光焦度的第四透镜组以及具有正折射率光焦度的第五透镜组；其中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组为固定设置，第二透镜组和第四透镜组为移动组，当变倍远心镜头从低倍向高倍变倍时，第二透镜组向第一透镜组靠近，第四透镜组向第三透镜组靠近；当所述变倍远心镜头从高倍向低倍变倍时，第二透镜组向第三透镜组靠近，第四透镜组向第五透镜组靠近。

对上述技术方案进行进一步阐述：

   上述的一种变倍远心镜头，还符合以下任意一条件式，或以下任意两条件式，或同时符合以下三条件式：

式一，0.2<D0/F1<0.5    

式二，1<D22/F22<5     

式三，1<|L4|/|L2|<4      

其中D0为物面到第一透镜组的第一透镜顶点的距离，F1为第一透镜组的焦距，|L2|、|L4|分别为第二透镜组、第四透镜组从低倍到高倍的最大移动量的绝对值，D22为第二透镜组的第一透镜靠近物面的一侧在各变倍位置到像面的距离， F22为第二透镜组至第五透镜组在各变倍位置的组合焦距。

第一透镜组包括从物面起至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜，第一透镜为一双凸透镜，第二透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第三透镜为双凸透镜，第四透镜为双凹透镜，第三透镜靠近像面一侧的表面之曲率半径与第四透镜靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第三透镜与第四透镜胶合在一起构成胶合透镜。

第二透镜组包括从物面起至像面依次排列的第五透镜、第六透镜及第七透镜，第五透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第六透镜为双凸透镜，第七透镜为双凸透镜，第五透镜靠近像面一侧的表面之曲率半径与第六透镜靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第五透镜与第六透镜胶合在一起构成胶合透镜。

第三透镜组包括从物面起至像面依次排列的第八透镜、第九透镜及第十透镜，第八透镜为双凹透镜，第九透镜为一双凹透镜，第十透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第九透镜靠近像面一侧的表面之曲率半径与第十透镜靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第九透镜与第十透镜胶合在一起构成胶合透镜。

第四透镜组包括从物面起至像面依次排列的第十一透镜、第十二透镜及第十三透镜，第十一透镜为一双凸透镜，第十二透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第十三透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第十二透镜靠近像面一侧的表面之曲率半径与第十三透镜靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第十二透镜与第十三透镜胶合在一起构成胶合透镜。

第五透镜组包括从物面起至像面依次排列的第十四透镜、第十五透镜及第十六透镜，第十四透镜为凸面朝向像面的凹凸透镜，第十五透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第十六透镜为双凸透镜。

   该变倍远心镜头的光阑位于第三透镜组与第四透镜组之间，在变倍过程中，光阑位置也在独立调整变动。

本实用新型的工作机理是，从功能上讲，第二透镜组和第四透镜组为变倍群组，第五透镜组为变倍补偿及后焦调整群组。由于第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组固定设置，第二透镜组和第四透镜组为移动组，当第二透镜组向第一透镜组靠近，第四透镜组向第三透镜组靠近，便能实现变倍远心镜头从低倍向高倍之变倍；当第二透镜组向第三透镜组靠近，第四透镜组向第五透镜组靠近，便能实现从高倍向低倍之变倍。为了降低各变倍位置系统的远心度及畸变，系统将光阑的各变倍位置为可变的。

在整个变焦过程中，物面到像面的距离始终不变，第一透镜靠近物面一侧的表面到物面的距离不变，第十六透镜靠近像面一侧的表面到像面的距离不变。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

其一，具有高变倍比，变倍从0.2X至2X；

其二，在变倍过程中共轭距保持不变，在不同倍率位置无需调整物距或像距就能连续清晰成像；

其三，各变倍位置均采用物方远心设计，保证测量数据的准确性以及

不同景深位置时测量数据的重复性；

其四，小于0.05%的超小TV畸变，真实还原被测物体的形状；

其五，画面成像照度均匀；

其六，最高达12mm的测量景深，满足用户测量不同高度物体或者异形物体的需要；

其七，1inch大靶面设计；

其八，超高分辨率设计，物方分辨率最高达4.7μm。

附图说明

图1为本实用新型透镜组合截面示意图；

图2为本实用新型透镜组合及从低倍到高倍变化时各透镜的移动轨迹图；

图3为本实用新型在低倍端的成像光学模拟球差数据图；

图4为本实用新型在低倍端的成像光学模拟场曲数据图；

图5为本实用新型在低倍端的成像光学模拟畸变数据图；

图6为本实用新型在高倍端的成像光学模拟球差数据图；

图7为本实用新型在高倍端的成像光学模拟场曲数据图；

图8为本实用新型在高倍端的成像光学模拟畸变数据图。

图中： G1、第一透镜组；G2、第二透镜组；G3、第三透镜组；G4、第四透镜组； G5、第五透镜组；OP、物面；S、光阑；IP、像面；1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、第六透镜；7、第七透镜；8、第八透镜；9、第九透镜；10、第十透镜；11、第十一透镜；12、第十二透镜；13、第十三透镜；14、第十四透镜；15、第十五透镜；16、第十六透镜。

具体实施方式

下面结合附图介绍本实用新型的具体实施方式。

如图1及图2所示，一种变倍远心镜头，从物面OP起到像面IP依次包括：具有正折射率光焦度的第一透镜组G1、具有正折射率光焦度的第二透镜组G2、具有负折射率光焦度的第三透镜组G3、具有正折射率光焦度的第四透镜组G4以及具有正折射率光焦度的第五透镜组G5；其中，第一透镜组G1、第三透镜组G3和第五透镜组G5为固定设置，第二透镜组G2和第四透镜组G4为移动组，当变倍远心镜头从低倍向高倍变倍时，第二透镜组G2向第一透镜组G1靠近，第四透镜组G4向第三透镜组G3靠近；当所述变倍远心镜头从高倍向低倍变倍时，第二透镜组G2向第三透镜组G3靠近，第四透镜组G4向第五透镜组G5靠近。

   上述的一种变倍远心镜头，还符合以下任意一条件式，或以下任意两条件式，或同时符合以下三条件式：

式一，0.2<D0/F1<0.5    

式二，1<D22/F22<5     

式三，1<|L4|/|L2|<4      

其中D0为物面OP到第一透镜组G1的第一透镜1顶点的距离，F1为第一透镜组G1的焦距，|L2|、|L4|分别为第二透镜组G2、第四透镜组G4从低倍到高倍的最大移动量的绝对值，D22为第二透镜组G2的第一透镜5靠近物面OP的一侧在各变倍位置到像面IP的距离， F22为第二透镜组G2至第五透镜组G5在各变倍位置的组合焦距。

第一透镜组G1包括从物面OP起至像面IP依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3及第四透镜4，第一透镜1为一双凸透镜，第二透镜2为凸面朝向物面的凸凹透镜，第三透镜3为双凸透镜，第四透镜4为双凹透镜，第三透镜3靠近像面一侧的表面之曲率半径与第四透镜4靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第三透镜3与第四透镜4胶合在一起构成胶合透镜。

第二透镜组G2包括从物面OP起至像面IP依次排列的第五透镜5、第六透镜6及第七透镜7，第五透镜5为凸面朝向物面的凸凹透镜，第六透镜6为双凸透镜，第七透镜7为双凸透镜，第五透镜5靠近像面一侧的表面之曲率半径与第六透镜6靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第五透镜5与第六透镜6胶合在一起构成胶合透镜。

第三透镜组G3包括从物面OP起至像面IP依次排列的第八透镜8、第九透镜9及第十透镜10，第八透镜8为双凹透镜，第九透镜9为一双凹透镜，第十透镜10为凸面朝向物面的凸凹透镜，第九透镜9靠近像面IP一侧的表面之曲率半径与第十透镜10靠近物面OP一侧的表面之曲率半径相同，第九透镜与第十透镜胶合在一起构成胶合透镜。

第四透镜组G4包括从物面OP起至像面IP依次排列的第十一透镜11、第十二透镜12及第十三透镜13，第十一透镜11为一双凸透镜，第十二透镜12为凸面朝向物面的凸凹透镜，第十三透镜13为凸面朝向物面的凸凹透镜，第十二透镜12靠近像面一侧的表面之曲率半径与第十三透镜13靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第十二透镜12与第十三透镜13胶合在一起构成胶合透镜。

第五透镜组G5包括从物面0P起至像面IP依次排列的第十四透镜14、第十五透镜15及第十六透镜16，第十四透镜14为凸面朝向像面的凹凸透镜，第十五透镜15为凸面朝向物面的凸凹透镜，第十六透镜16为双凸透镜。

   该变倍远心镜头的光阑S位于第三透镜组G3与第四透镜组G4之间，在变倍过程中，光阑S位置也在独立调整变动。

在工作中，第二透镜组G2和第四透镜组G4为变倍群组，第五透镜组G5为变倍补偿及后焦调整群组。由于第一透镜组G1、第三透镜组G3和第五透镜组G5固定设置，第二透镜组G2和第四透镜组G4为移动组，当第二透镜组G2向第一透镜组G1靠近，第四透镜组G4向第三透镜组G3靠近，便能实现变倍远心镜头从低倍向高倍之变倍；当第二透镜组G2向第三透镜组G3靠近，第四透镜组G4向第五透镜组G5靠近，便能实现从高倍向低倍之变倍。为了降低各变倍位置系统的远心度及畸变，系统将光阑S的各变倍位置为可变的。

图3、4、5分别为本实用新型在低倍端的球面像差、场曲及畸变之模拟数据。图6、7、8分别为本实用新型在高倍端的球面像差、场曲及畸变之模拟数据。从中可知，本实用新型品质优良，尤其是畸变很小。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种变倍远心镜头，其特征在于：从物面起到像面依次包括：具有正折射率光焦度的第一透镜组、具有正折射率光焦度的第二透镜组、具有负折射率光焦度的第三透镜组、具有正折射率光焦度的第四透镜组以及具有正折射率光焦度的第五透镜组；其中，第一透镜组、第三透镜组和第五透镜组为固定设置，第二透镜组和第四透镜组为移动组，当变倍远心镜头从低倍向高倍变倍时，第二透镜组向第一透镜组靠近，第四透镜组向第三透镜组靠近；当所述变倍远心镜头从高倍向低倍变倍时，第二透镜组向第三透镜组靠近，第四透镜组向第五透镜组靠近。

2.根据权利要求1所述的一种变倍远心镜头，其特征在于，还符合以下任意一条件式：

式一，0.2<D0/F1<0.5    

式二，1<D22/F22<5     

式三，1<|L4|/|L2|<4      

其中D0为物面到第一透镜组的第一透镜顶点的距离，F1为第一透镜组的焦距，|L2|、|L4|分别为第二透镜组、第四透镜组从低倍到高倍的最大移动量的绝对值，D22为第二透镜组的第一透镜靠近物面的一侧在各变倍位置到像面的距离， F22为第二透镜组至第五透镜组在各变倍位置的组合焦距。

3.根据权利要求1所述的一种变倍远心镜头，其特征在于，还符合以下任意两条件式：

式一，0.2<D0/F1<0.5    

式二，1<D22/F22<5     

式三，1<|L4|/|L2|<4      

其中D0为物面到第一透镜组的第一透镜顶点的距离，F1为第一透镜组的焦距，|L2|、|L4|分别为第二透镜组、第四透镜组从低倍到高倍的最大移动量的绝对值，D22为第二透镜组的第一透镜靠近物面的一侧在各变倍位置到像面的距离， F22为第二透镜组至第五透镜组在各变倍位置的组合焦距。

4.根据权利要求1所述的一种变倍远心镜头，其特征在于，还符合以下三条件式：

式一，0.2<D0/F1<0.5    

式二，1<D22/F22<5     

式三，1<|L4|/|L2|<4      

其中D0为物面到第一透镜组的第一透镜顶点的距离，F1为第一透镜组的焦距，|L2|、|L4|分别为第二透镜组、第四透镜组从低倍到高倍的最大移动量的绝对值，D22为第二透镜组的第一透镜靠近物面的一侧在各变倍位置到像面的距离， F22为第二透镜组至第五透镜组在各变倍位置的组合焦距。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种变倍远心镜头，其特征在于：第一透镜组包括从物面起至像面依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜，第一透镜为一双凸透镜，第二透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第三透镜为双凸透镜，第四透镜为双凹透镜，第三透镜靠近像面一侧的表面之曲率半径与第四透镜靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第三透镜与第四透镜胶合在一起构成胶合透镜。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种变倍远心镜头，其特征在于：第二透镜组包括从物面起至像面依次排列的第五透镜、第六透镜及第七透镜，第五透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第六透镜为双凸透镜，第七透镜为双凸透镜，第五透镜靠近像面一侧的表面之曲率半径与第六透镜靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第五透镜与第六透镜胶合在一起构成胶合透镜。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种变倍远心镜头，其特征在于：第三透镜组包括从物面起至像面依次排列的第八透镜、第九透镜及第十透镜，第八透镜为双凹透镜，第九透镜为一双凹透镜，第十透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第九透镜靠近像面一侧的表面之曲率半径与第十透镜靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第九透镜与第十透镜胶合在一起构成胶合透镜。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种变倍远心镜头，其特征在于：第四透镜组包括从物面起至像面依次排列的第十一透镜、第十二透镜及第十三透镜，第十一透镜为一双凸透镜，第十二透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第十三透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第十二透镜靠近像面一侧的表面之曲率半径与第十三透镜靠近物面一侧的表面之曲率半径相同，第十二透镜与第十三透镜胶合在一起构成胶合透镜。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种变倍远心镜头，其特征在于：第五透镜组包括从物面起至像面依次排列的第十四透镜、第十五透镜及第十六透镜，第十四透镜为凸面朝向像面的凹凸透镜，第十五透镜为凸面朝向物面的凸凹透镜，第十六透镜为双凸透镜。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的一种变倍远心镜头，其特征在于：该变倍远心镜头的光阑位于第三透镜组与第四透镜组之间，在变倍过程中，光阑位置也在独立调整变动。