CN208689245U - 短工作距离远心镜头 - Google Patents

Abstract

一种短工作距离远心镜头，从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群、具有正光焦度的第二镜片群、异形折返棱镜、光阑、具有正光焦度的第三镜片群、具有正光焦度的第四镜片群和带有光学传感器的成像面。本实用新型远心镜头具有高达8M像素的成像能力，能够清晰成像；同时满足物方、像方双远心，且物方远心度和像方远心度均可以满足一般远心镜头的标准并具备极高的远心度水平；通过特殊的折返棱镜组合，能够显著减小同轴光源所形成的中心亮斑的情况，避免光源产生的光晕所带来的成像问题；针对435nm～656nm波长范围内的光线均能清晰优异成像，无明显紫边与色散，像质清晰明亮。

Description

短工作距离远心镜头

技术领域

本实用新型涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种工作距离为100mm的远心镜头。

背景技术

远心镜头主要是为纠正传统工业镜头的视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不变，这是对被测物不在同一物面上的情况非常重要的应用。现有技术中，远心镜头主要分为物方远心和像方远心，而双远心镜头则包含了两种远心光路共同的优势，因此设计难度更大，此类镜头往往物方、像方的远心度无法同时满足高水准，且像素分辨率低，工作距离长从而导致镜头整体体积较大。此外，传统远心镜头的棱镜设计导致光源会在像面中心形成亮斑，干扰了镜头的成像质量。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种短工作距离远心镜头，兼具物方远心和像方远心的优点，同时还具有远心度高、8M高分辨率、工作距离短、无中心亮斑的优点。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群、具有正光焦度的第二镜片群、异形折返棱镜、光阑、具有正光焦度的第三镜片群、具有正光焦度的第四镜片群和带有光学传感器的成像面。

所述的第一镜片群依次包括：具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二胶合透镜、具有负光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四胶合透镜，其中：第二胶合透镜的胶合面的凹面朝向物方，第四胶合透镜的胶合面的凹面朝向物方。

所述的第一镜片群中优选将第三透镜设为胶合透镜以进一步减小光学系统的球差。

所述的第二镜片群依次包括：具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有正光焦度的第七透镜。

所述的异形折返棱镜包括：三枚胶合三棱柱，将物方设为前方有效减轻鬼影和光晕。

所述的第三镜片群为以下任意一种结构：

①依次包括：具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九胶合透镜和具有负光焦度的第十透镜，其中：第九胶合透镜的胶合面的凹面朝向像方。

②依次包括：一枚三胶合透镜和具有负光焦度的第十透镜，从而进一步减小光学系统的像散、像面弯曲和光学畸变。

所述的第四镜片群依次包括：具有负光焦度的第十一透镜和具有正光焦度的第十二胶合透镜，其中：第十二胶合透镜的胶合面的凹面朝向像方。

所述的第一镜片群、第二镜片群、第三镜片群、第四镜片群的焦距与镜头整体焦距的比值的绝对值依次为(2.5,6.5)、(0.2,0.5)、(1,1.8)、(0.4,0.7)以增加镜头的远心度。

所述的镜头的边缘视场的主光线与成像面的入射角小于10°以保证周边视场的光亮比。

所述的第一透镜的前表面的入射主光线与光轴的夹角小于0.03°以确定物方远心程度；所述的第十二胶合透镜的后表面的出射主光线与光轴的夹角小于0.03°以确定像方远心程度。

所述的第二胶合透镜的第一前镜片与第二后镜片的折射率为的比值为(0.8,1.1)，第一前镜片和第一后镜片的阿贝数的差值的绝对值为(0,10)，第一前镜片的焦距与第二胶合透镜的焦距的比值与第一后镜片的焦距与第二胶合透镜的焦距的比值的差的绝对值为(0.2,0.5)。

所述的第十二胶合透镜的第四前镜片与第四后镜片的折射率的比值为(0.8,1)，第四前镜片与第四后镜片的阿贝数的差值的绝对值为(0,25)，第四前表面的直径与前表面的曲率半径的比值与第四后表面的直径与第四后表面的曲率半径的比值的和的绝对值为(0.3,0.5)。

技术效果

与现有技术相比，本实用新型远心镜头具有高达8M像素的成像能力，能够清晰成像；同时满足物方、像方双远心，且物方远心度和像方远心度均可以满足一般远心镜头的标准并具备极高的远心度水平；通过特殊的折返棱镜组合，能够显著减小同轴光源所形成的中心亮斑的情况，避免光源产生的光晕所带来的成像问题；针对435nm～656nm波长范围内的光线均能清晰优异成像，无明显紫边与色散，像质清晰明亮；保证周边视场的光亮比，使得镜头成像画面亮度更均匀，周边无暗角；镜头的工作距离为100mm，从物面到像面距离小于220mm，保证了放大倍率和成像质量，同时做到了整体结构紧凑，缩小了镜头的工作空间，更符合市场对于小型化的需求。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1关于d光(587.56nm)的球差、场曲、畸变图；

图3为实施例2的结构示意图；

图4为实施例2关于d光(587.56nm)的球差、场曲、畸变图；

图5为实施例3的结构示意图；

图6为实施例3关于d光(587.56nm)的球差、场曲、畸变图；

图7为实施例使用的特定折返棱镜的光路图；

图8为普通折返棱镜后照明的光路图；

图9为特定折返棱镜后光源实拍测试图；

图10为普通折返棱镜后光源实拍测试图；

图中：第一镜片群G1、第二镜片群G2、异形折返棱镜LL、光阑STP、第三镜片群G3、第四镜片群G4、成像面IMG、第一透镜L1、第二胶合透镜L2、第三透镜L3、第四胶合透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九胶合透镜L9、第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二胶合透镜L12、第一前透镜L21、第一后透镜L22、第二前透镜L41、第二后透镜L42、第三前透镜L91、第三后透镜L92、第四前透镜L121、第四后透镜L122、第五前透镜L31、第五后透镜L32。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群G1、具有正光焦度的第二镜片群G2、异形折返棱镜LL、光阑STP、具有正光焦度的第三镜片群G3、具有正光焦度的第四镜片群G4和带有光学传感器的成像面IMG。

所述的第一镜片群G1依次包括：具有正光焦度的第一透镜L1、具有负光焦度的第二胶合透镜L2、具有负光焦度的第三透镜L3和具有负光焦度的第四胶合透镜L4，其中：第二胶合透镜L2的胶合面的凹面朝向物方，第四胶合透镜L4的胶合面的凹面朝向物方。

所述的第二镜片群G2依次包括：具有正光焦度的第五透镜L5、具有负光焦度的第六透镜L6和具有正光焦度的第七透镜L7。

所述的异形折返棱镜LL包括：三枚胶合三棱柱，将物方设为前方有效减轻鬼影和光晕。

所述的第三镜片群G3依次包括：具有负光焦度的第八透镜L8、具有正光焦度的第九胶合透镜L9和具有负光焦度的第十透镜L10，其中：第九胶合透镜L9的胶合面的凹面朝向像方。

所述的第四镜片群G4依次包括：具有负光焦度的第十一透镜L11和具有正光焦度的第十二胶合透镜L12，其中：第十二胶合透镜L12的胶合面的凹面朝向像方。

本实施例的有效焦距为88mm，物像距离为220mm.

表1本实施例镜头结构参数

其中第二胶合透镜L2的第一前透镜L21的第二表面为第一后透镜L22的第一表面，第四胶合透镜L4的第二前透镜L41的第二表面为第二后透镜L42的第一表面，第九胶合透镜L9的第三前透镜L91的第二表面为第三后透镜L92的第一表面，第十二胶合透镜L12的第四前透镜L121的第二表面为第四后透镜L122的第一表面。

所述的第一镜片群G1、第二镜片群G2、第三镜片群G3、第四镜片群G4的焦距与镜头整体焦距的比值的绝对值依次为6.29、0.42、1.73、0.63以增加镜头的远心度。

所述的镜头的边缘视场的主光线与成像面IMG的入射角α＝8°以保证周边视场的光亮比。

所述的第一透镜L1的前表面的入射主光线与光轴的夹角θs1＝0.03°以确定物方远心程度；所述的第十二胶合透镜L12的后表面的出射主光线与光轴的夹角θsi＝0.03°以确定像方远心程度。

所述的第二胶合透镜L2的第一前镜片L21与第二后镜片L22的折射率为的比值为Nd21/Nd22＝1.07，第一前镜片L21和第一后镜片L22的阿贝数的差值的绝对值为|Vd21-Vd22|＝2.4，第一前镜片L21的焦距与第二胶合透镜L2的焦距的比值与第一后镜片L22的焦距与第二胶合透镜L2的焦距的比值的差的绝对值为|(f21/f2)-(f22/f2)|＝0.47，综上约束了第二胶合透镜L2的材料与焦距比值，高低阿贝数的镜片材料配合焦距的比值，有效降低镜头的光学畸变和倍率色差。

所述的第十二胶合透镜L12的第四前镜片L121与第四后镜片L122的折射率的比值为Nd121/Nd122＝0.88，第四前镜片L121与第四后镜片L122的阿贝数的差值的绝对值为|Vd121-Vd122|＝3.5，第四前表面的直径与前表面的曲率半径的比值与第四后表面的直径与第四后表面的曲率半径的比值的和的绝对值为|((Φs121)/(Rs121)+(Φs123)/(Rs123))|＝0.38，综上约束了第十二胶合透镜L12的面型与材料，高低阿贝数组合的胶合镜片组材料配合胶合透镜组的凹凸形状，降低了镜头的慧差与位置色差。

如图2所示，本实施例的光学畸变远小于1％，任何倍率下均能保证镜头成像均匀，增加了成像结果的精密性和可预测性，满足工业镜头的需求。

实施例2

如图3所示，与实施例1相比，本实施例的第三透镜L3为胶合透镜以进一步减小光学系统的球差。

本实施例的有效焦距为100mm，物像距离为220mm.

表2本实施例镜头结构参数

其中第二胶合透镜L2的第一前透镜L21的第二表面为第一后透镜L22的第一表面，第三透镜L3的第五前透镜L31的第二表面为第五后透镜L32的第一表面，第四胶合透镜L4的第二前透镜L41的第二表面为第二后透镜L42的第一表面，第九胶合透镜L9的第三前透镜L91的第二表面为第三后透镜L92的第一表面，第十二胶合透镜L12的第四前透镜L121的第二表面为第四后透镜L122的第一表面。

所述的第一镜片群G1、第二镜片群G2、第三镜片群G3、第四镜片群G4的焦距与镜头整体焦距的比值的绝对值依次为3.13、0.39、1.74、0.51以增加镜头的远心度。

所述的镜头的边缘视场的主光线与成像面IMG的入射角α＝9°以保证周边视场的光亮比。

所述的第一透镜L1的前表面的入射主光线与光轴的夹角θs1＝0.03°以确定物方远心程度；所述的第十二胶合透镜L12的后表面的出射主光线与光轴的夹角θsi＝0.03°以确定像方远心程度。

所述的第二胶合透镜L2的第一前镜片L21与第二后镜片L22的折射率为的比值为Nd21/Nd22＝0.94，第一前镜片L21和第一后镜片L22的阿贝数的差值的绝对值为|Vd21-Vd22|＝0，第一前镜片L21的焦距与第二胶合透镜L2的焦距的比值与第一后镜片L22的焦距与第二胶合透镜L2的焦距的比值的差的绝对值为|(f21/f2)-(f22/f2)|＝0.39，综上约束了第二胶合透镜L2的材料与焦距比值，高低阿贝数的镜片材料配合焦距的比值，有效降低镜头的光学畸变和倍率色差。

所述的第十二胶合透镜L12的第四前镜片L121与第四后镜片L122的折射率的比值为Nd121/Nd122＝0.92，第四前镜片L121与第四后镜片L122的阿贝数的差值的绝对值为|Vd121-Vd122|＝5.3，第四前表面的直径与前表面的曲率半径的比值与第四后表面的直径与第四后表面的曲率半径的比值的和的绝对值为|((Φs121)/(Rs121)+(Φs123)/(Rs123))|＝0.35，综上约束了第十二胶合透镜L12的面型与材料，高低阿贝数组合的胶合镜片组材料配合胶合透镜组的凹凸形状，降低了镜头的慧差与位置色差。

如图4所示，本实施例的光学畸变远小于0.7％，任何倍率下均能保证镜头成像均匀，增加了成像结果的精密性和可预测性，满足工业镜头的需求。

实施例3

如图5所示，与实施例1相比，本实施例的第八透镜L8与第九胶合透镜L9胶合形成三胶合透镜以进一步减小光学系统的像散、像面弯曲和光学畸变。

本实施例的有效焦距为98mm，物像距离为216mm.

表3本实施例镜头结构参数

其中第二胶合透镜L2的第一前透镜L21的第二表面为第一后透镜L22的第一表面，第四胶合透镜L4的第二前透镜L41的第二表面为第二后透镜L42的第一表面，第八透镜L8的第二表面为第九胶合透镜L9的第三前透镜L91第一表面，第九胶合透镜L9的第三前透镜L91的第二表面为第三后透镜L92的第一表面，第十二胶合透镜L12的第四前透镜L121的第二表面为第四后透镜L122的第一表面。

所述的第一镜片群G1、第二镜片群G2、第三镜片群G3、第四镜片群G4的焦距与镜头整体焦距的比值的绝对值依次为2.65、0.42、1.04、0.48以增加镜头的远心度。

所述的镜头的边缘视场的主光线与成像面IMG的入射角α＝10°以保证周边视场的光亮比。

所述的第一透镜L1的前表面的入射主光线与光轴的夹角θs1＝0.03°以确定物方远心程度；所述的第十二胶合透镜L12的后表面的出射主光线与光轴的夹角θsi＝0.03°以确定像方远心程度。

所述的第二胶合透镜L2的第一前镜片L21与第二后镜片L22的折射率为的比值为Nd21/Nd22＝0.85，第一前镜片L21和第一后镜片L22的阿贝数的差值的绝对值为|Vd21-Vd22|＝7.8，第一前镜片L21的焦距与第二胶合透镜L2的焦距的比值与第一后镜片L22的焦距与第二胶合透镜L2的焦距的比值的差的绝对值为|(f21/f2)-(f22/f2)|＝0.27，综上约束了第二胶合透镜L2的材料与焦距比值，高低阿贝数的镜片材料配合焦距的比值，有效降低镜头的光学畸变和倍率色差。

所述的第十二胶合透镜L12的第四前镜片L121与第四后镜片L122的折射率的比值为Nd121/Nd122＝0.91，第四前镜片L121与第四后镜片L122的阿贝数的差值的绝对值为|Vd121-Vd122|＝22.7，第四前表面的直径与前表面的曲率半径的比值与第四后表面的直径与第四后表面的曲率半径的比值的和的绝对值为|((Φs121)/(Rs121)+(Φs123)/(Rs123))|＝0.41，综上约束了第十二胶合透镜L12的面型与材料，高低阿贝数组合的胶合镜片组材料配合胶合透镜组的凹凸形状，降低了镜头的慧差与位置色差。

如图6所示，本实施例的光学畸变远小于0.6％，任何倍率下均能保证镜头成像均匀，增加了成像结果的精密性和可预测性，满足工业镜头的需求。

如图7所示，特定折返棱镜LL，由三枚三角棱柱胶合而成，以物面为前方，圆形光源从棱镜上方照射进入系统，通过半透半反镜，一半的光线从后向前依次穿过棱镜前方的镜片群组，照射到物方后，再经过远心镜头成像到像面上；另一半的光线向下通过棱镜，经过四次反射后穿过棱镜后方的镜片群租成为鬼影。因为鬼影成像前反射了四次，能量衰减为原始光源能量的1/32，可以明显降低中心亮斑强度，减轻鬼影和光晕。

如图8所示，普通两个三角棱柱胶合成的正方体棱镜，圆形光源从棱镜上方照射进入系统，通过半透半反镜，一半的光线从后向前穿过依次穿过棱镜前方的镜片群组，照射到物方后，再经过远心镜头成像到像面上；另一半的光线向下通过棱镜，经过两次反射后穿过棱镜后方的镜片群租成为鬼影。因为鬼影成像前只反射了两次，能量仅衰减为原始光源能量的1/8，中心亮斑强度大，有明显的鬼影和光晕。

如图9所示，在使用特定折返棱镜LL后，即使在点光源位于棱镜上方1.5cm位置的情况下拍摄，光源实拍测试中心亮斑情况依旧可以明显改善，说明本实用新型通过特殊的折返棱镜LL组合，能够显著减小同轴光源所形成的中心亮斑的情况，避免光源产生的光晕所带来的成像问题。如图10所示，中心亮斑十分明显。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。

Claims (9)

1.一种短工作距离远心镜头，其特征在于，从物侧到像侧依次包括：具有正光焦度的第一镜片群、具有正光焦度的第二镜片群、异形折返棱镜、光阑、具有正光焦度的第三镜片群、具有正光焦度的第四镜片群和带有光学传感器的成像面，该异形折返棱镜包括：三枚胶合三棱柱。

2.根据权利要求1所述的短工作距离远心镜头，其特征是，所述的第一镜片群依次包括：具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二胶合透镜、具有负光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四胶合透镜，其中：第二胶合透镜的胶合面的凹面朝向物方，第四胶合透镜的胶合面的凹面朝向物方。

3.根据权利要求2所述的短工作距离远心镜头，其特征是，所述的第一镜片群中将第三透镜设为胶合透镜以进一步减小光学系统的球差。

4.根据权利要求1所述的短工作距离远心镜头，其特征是，所述的第三镜片群依次包括：具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九胶合透镜和具有负光焦度的第十透镜，其中：第九胶合透镜的胶合面的凹面朝向像方。

5.根据权利要求1所述的短工作距离远心镜头，其特征是，所述的第三镜片群依次包括：一枚三胶合透镜和具有负光焦度的第十透镜，从而进一步减小光学系统的像散、像面弯曲和光学畸变。

6.根据权利要求1所述的短工作距离远心镜头，其特征是，所述的第二镜片群依次包括：具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有正光焦度的第七透镜；所述的第四镜片群依次包括：具有负光焦度的第十一透镜和具有正光焦度的第十二胶合透镜，其中：第十二胶合透镜的胶合面的凹面朝向像方。

7.根据权利要求1所述的短工作距离远心镜头，其特征是，所述的第一镜片群、第二镜片群、第三镜片群、第四镜片群的焦距与镜头整体焦距的比值的绝对值依次为(2.5,6.5)、(0.2,0.5)、(1,1.8)、(0.4,0.7)以增加镜头的远心度。

8.根据权利要求1所述的短工作距离远心镜头，其特征是，所述的镜头的边缘视场的主光线与成像面的入射角小于10°以保证周边视场的光亮比。

9.根据权利要求6所述的短工作距离远心镜头，其特征是，所述的第一透镜的前表面的入射主光线与光轴的夹角小于0.03°以确定物方远心程度；所述的第十二胶合透镜的后表面的出射主光线与光轴的夹角小于0.03°以确定像方远心程度。