CN212160215U - 一种大像面高分辨率的光学成像镜头 - Google Patents

一种大像面高分辨率的光学成像镜头 Download PDF

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刘青天
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Abstract

本实用新型涉及镜头技术领域。本实用新型公开了一种大像面高分辨率的光学成像镜头,从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十透镜;第一透镜为具正屈光率的凸凹透镜;第二透镜和第三透镜均为具负屈光率的凸凹透镜;第四透镜具正屈光率且物侧面为凸,第五透镜和第十透镜均具负屈光率且物侧面为凹,第六透镜具正屈光率且像侧面为凸,第六透镜的折射率温度系数为负值,第七透镜具负屈光率且像侧面为凹,第八透镜和第九透镜均为正屈光率的凸凸透镜。本实用新型具有总长短,小型化,分辨率高,成像质量高,像面大,高低温不失焦的优点。

Description

一种大像面高分辨率的光学成像镜头
技术领域
本实用新型属于镜头技术领域,具体地涉及一种大像面高分辨率的光学成像镜头。
背景技术
随着科学技术的不断进步和社会的不断发展,近年来,光学成像镜头也得到了迅猛发展,光学成像镜头被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、机器视觉等各个领域,因此,对于光学成像镜头的要求也越来越高。
在机器视觉系统中,光学成像镜头的性能好坏很关键,会影响整个系统的可行性和可靠性。但目前应用于机器视觉系统的光学成像镜头还存在许多不足,如像面较小,适配不了大像面的工业传感器;对传函管控不好,分辨率低,无法满足高画素的工业相机的需求;设计时未考虑无热化,高低温工作环境下,容易失焦;为满足高分辨率,镜片多且复杂,导致光学总长较长、笨重等,已无法满足机器视觉系统日益提高的要求,急需进行改进。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种大像面高分辨率的光学成像镜头用以解决上述存在的技术问题。
为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案为:一种大像面高分辨率的光学成像镜头,从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十透镜;第一透镜至第十透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面;
第一透镜具正屈光率,第一透镜的物侧面为凸面,第一透镜的像侧面为凹面;
第二透镜具负屈光率,第二透镜的物侧面为凸面,第二透镜的像侧面为凹面;
第三透镜具负屈光率,第三透镜的物侧面为凸面,第三透镜的像侧面为凹面;
第四透镜具正屈光率,第四透镜的物侧面为凸面;
第五透镜具负屈光率,第五透镜的物侧面为凹面;
第六透镜具正屈光率,第六透镜的像侧面为凸面,第六透镜的折射率温度系数为负值;
第七透镜具负屈光率,第七透镜的像侧面为凹面;
第八透镜具正屈光率,第八透镜的物侧面为凸面,第八透镜的像侧面为凸面;
第九透镜具正屈光率,第九透镜的物侧面为凸面,第九透镜的像侧面为凸面;
第十透镜具负屈光率,第十透镜的物侧面为凹面;
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第十透镜。
进一步的,该光学成像镜头还满足:BFL/TTL≥0.15,其中,BFL为第十透镜的像侧面的中心至成像面在光轴上的距离,TTL为第一透镜的物侧面的中心至成像面在光轴上的距离。
进一步的,该光学成像镜头还满足:TTL/h/FOV≤0.15,其中,TTL为第一透镜的物侧面的中心至成像面在光轴上的距离,h为该光学成像镜头的像高,FOV为该光学成像镜头的视场角。
进一步的,该光学成像镜头还满足:R21<12mm,其中,R21为第二透镜的物侧面的曲率半径。
进一步的,该光学成像镜头还满足:d22/TTL≤0.3,其中,d22为第二透镜的像侧面的镜片口径,TTL为第一透镜的物侧面的中心至成像面在光轴上的距离。
进一步的,该光学成像镜头还满足:1≤∣f2/f∣≤5,其中,f2为第二透镜的焦距,f为该光学成像镜头的焦距。
进一步的,该光学成像镜头还满足:1≤∣f4/f8∣≤4,其中,f4为第四透镜的焦距,f8为第八透镜的焦距。
进一步的,该光学成像镜头还满足:nd4>1.7,其中,nd4为第四透镜的折射率。
进一步的,第五透镜与第六透镜相互胶合,第九透镜与第十透镜相互胶合。
进一步的,该光学成像镜头还满足:0.5mm<T3<1.5mm,T4<3mm及T8<3mm,其中,T3为第三透镜在光轴上的厚度,T4为第四透镜在光轴上的厚度,T8为第八透镜在光轴上的厚度。
本实用新型的有益技术效果:
本实用新型采用十片透镜,并通过对各个透镜进行相应设计,具有分辨率高,对比度高,细节还原度高;像面大,能匹配大像面工业传感器;常温对焦,高低温不失焦;光学总长短,小型化的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一的结构示意图;
图2为本实用新型实施例一在常温25℃下的红外840-860nm的MTF图;
图3为本实用新型实施例一在高温85℃下的红外840-860nm的MTF图;
图4为本实用新型实施例一在低温-40℃下的红外840-860nm的MTF图;
图5为本实用新型实施例一的场曲和畸变图示意图;
图6为本实用新型实施例二的结构示意图;
图7为本实用新型实施例二在常温25℃下的红外840-860nm的MTF图;
图8为本实用新型实施例二在高温85℃下的红外840-860nm的MTF图;
图9为本实用新型实施例二在低温-40℃下的红外840-860nm的MTF图;
图10为本实用新型实施例二的场曲和畸变图示意图;
图11为本实用新型实施例三的结构示意图;
图12为本实用新型实施例三在常温25℃下的红外840-860nm的MTF图;
图13为本实用新型实施例三在高温85℃下的红外840-860nm的MTF图;
图14为本实用新型实施例三在低温-40℃下的红外840-860nm的MTF图;
图15为本实用新型实施例三的场曲和畸变图示意图;
图16为本实用新型实施例四的结构示意图;
图17为本实用新型实施例四在常温25℃下的红外840-860nm的MTF图;
图18为本实用新型实施例四在高温85℃下的红外840-860nm的MTF图;
图19为本实用新型实施例四在低温-40℃下的红外840-860nm的MTF图;
图20为本实用新型实施例四的场曲和畸变图示意图;
具体实施方式
为进一步说明各实施例,本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」,是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式,即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中,例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说,当R值为正时,判定为物侧面为凸面;当R值为负时,判定物侧面为凹面。反之,以像侧面来说,当R值为正时,判定像侧面为凹面;当R值为负时,判定像侧面为凸面。
本实用新型公开了一种大像面高分辨率的光学成像镜头,从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十透镜;第一透镜至第十透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜具正屈光率,第一透镜的物侧面为凸面,第一透镜的像侧面为凹面。
第二透镜具负屈光率,第二透镜的物侧面为凸面,第二透镜的像侧面为凹面。
第三透镜具负屈光率,第三透镜的物侧面为凸面,第三透镜的像侧面为凹面。
第四透镜具正屈光率,第四透镜的物侧面为凸面。
第五透镜具负屈光率,第五透镜的物侧面为凹面。
第六透镜具正屈光率,第六透镜的像侧面为凸面,第六透镜的折射率温度系数为负值,矫正光学成像镜头温漂,实现高低温不失焦。
第七透镜具负屈光率,第七透镜的像侧面为凹面。
第八透镜具正屈光率,第八透镜的物侧面为凸面,第八透镜的像侧面为凸面。
第九透镜具正屈光率,第九透镜的物侧面为凸面,第九透镜的像侧面为凸面。
第十透镜具负屈光率,第十透镜的物侧面为凹面。
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第十透镜。
本实用新型采用十片透镜,并通过对各个透镜进行相应设计,具有分辨率高,对比度高,细节还原度高;像面大,能匹配大像面工业传感器;常温对焦,高低温不失焦;光学总长短,小型化的优点。
优选的,该光学成像镜头还满足:BFL/TTL≥0.15,其中,BFL为第十透镜的像侧面的中心至成像面在光轴上的距离,TTL为第一透镜的物侧面的中心至成像面在光轴上的距离,控制该光学成像镜头的光学后焦,有利于减小光学成像镜头的整体重量与成本,有利于减小该光学成像镜头的CRA(主光线倾斜角),提升解像力。
优选的,该光学成像镜头还满足:TTL/h/FOV≤0.15,其中,h为该光学成像镜头的像高,FOV为该光学成像镜头的视场角,有利于减小该光学成像镜头的总长。
优选的,该光学成像镜头还满足:R21<12mm,其中,R21为第二透镜的物侧面的曲率半径,进一步控制畸变,提升像质。
优选的,该光学成像镜头还满足:d22/TTL≤0.3,其中,d22为第二透镜的像侧面的镜片口径,快速收集光线,减小该光学成像镜头的总长和外径尺寸。
优选的,该光学成像镜头还满足:1≤∣f2/f∣≤5,其中,f2为第二透镜的焦距,f为该光学成像镜头的焦距,合理分配光焦度,进一步提升像质。
优选的,该光学成像镜头还满足:1≤∣f4/f8∣≤4,其中,f4为第四透镜的焦距,f8为第八透镜的焦距,合理分配光焦度,进一步提升像质。
优选的,该光学成像镜头还满足:nd4>1.7,其中,nd4为第四透镜的折射率,进一步提升解像能力。
优选的,第五透镜与第六透镜相互胶合,第九透镜与第十透镜相互胶合,有利于缩短该光学成像镜头的总长,且便于镜头组装。
优选的,该光学成像镜头还满足:0.5mm<T3<1.5mm,T4<3mm及T8<3mm,其中,T3为第三透镜在光轴上的厚度,T4为第四透镜在光轴上的厚度,T8为第八透镜在光轴上的厚度,进一步控制该光学成像镜头的总长。
下面将以具体实施例来对本实用新型的大像面高分辨率的光学成像镜头进行详细说明。
实施例一
如图1所示,一种大像面高分辨率的光学成像镜头,从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、光阑(图中未示出)、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜100、滤光片110、保护片120和成像面130;该第一透镜1至第十透镜100各自包括一朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜1具正屈光率,第一透镜1的物侧面11为凸面,第一透镜1的像侧面12为凹面。
第二透镜2具负屈光率,第二透镜2的物侧面21为凸面,第二透镜2的像侧面22为凹面。
第三透镜3具负屈光率,第三透镜3的物侧面31为凸面,第三透镜3的像侧面32为凹面。
第四透镜4具正屈光率,第四透镜4的物侧面41为凸面,第四透镜4的像侧面42为平面,便于光阑的承靠,易于组装,但并不限于此,在其它实施例中,第四透镜4的像侧面42也可以是凹面或凸面。
第五透镜5具负屈光率,第五透镜5的物侧面51为凹面,第五透镜5的像侧面52为凹面,但并不限于此,在其它实施例中,第五透镜5的像侧面52也可以是平面或凸面。
第六透镜6具正屈光率,第六透镜6的物侧面61为凸面,当然,在其它实施例中,第六透镜6的物侧面61也可以是平面或凹面,第六透镜6的像侧面62为凸面,第六透镜6的折射率温度系数为负值。
第七透镜7具负屈光率,第七透镜7的物侧面71为凹面,但并不限于此,第七透镜7的像侧面72为凹面。
第八透镜8具正屈光率,第八透镜8的物侧面81为凸面,第八透镜8的像侧面82为凸面。
第九透镜9具正屈光率,第九透镜9的物侧面91为凸面,第九透镜9的像侧面92为凸面。
第十透镜100具负屈光率,第十透镜100的物侧面101为凹面,第十透镜100的像侧面102为凹面,但并不限于此。
本具体实施例中,光阑设置在第四透镜4与第五透镜5之间,更好地提升该光学成像镜头的整体性能,但并不限于此,在其它实施例中,光阑也可以设置在其它合适位置。
本具体实施例中,光阑承靠在第四透镜4的像侧面42上,更便于组装。
本具体实施例中,第五透镜5和第六透镜6相互胶合,第九透镜9和第十透镜100相互胶合。
本具体实施例中,第一透镜1至第十透镜10均采用玻璃材料制成,但并不限于此,在其它实施例中,也可以采用塑料等材料制成。
本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。
表1-1 实施例一的详细光学数据
Figure BDA0002560124110000061
Figure BDA0002560124110000071
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图2-4,可以看出分辨率高,且常温对焦,高低温不失焦,能保证画面清晰;场曲及畸变图请参阅图5的(A)和(B),可以看出场曲和畸变小,成像质量好。
本具体实施例中,该光学成像镜头的焦距f=9.8mm;视场角FOV=30°;光圈值FNO=2.4;像面直径Φ=11.2mm;第一透镜1的物侧面11的中心至成像面130在光轴I上的距离TTL=32.4mm。
实施例二
如图6所示,本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同,仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。
表2-1 实施例二的详细光学数据
Figure BDA0002560124110000072
Figure BDA0002560124110000081
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图7-9,可以看出分辨率高,且常温对焦,高低温不失焦,能保证画面清晰;场曲及畸变图请参阅图10的(A)和(B),可以看出场曲和畸变小,成像质量好。
本具体实施例中,该光学成像镜头的焦距f=9.9mm;视场角FOV=30°;光圈值FNO=2.4;像面直径Φ=11.2mm;第一透镜1的物侧面11至成像面130的中心在光轴I上的距离TTL=32.48mm。
实施例三
如图11所示,本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同,仅第五透镜5的像侧面52为凸面,第六透镜6的物侧面61为凹面,第七透镜7的物侧面71为凸面,第十透镜100的像侧面102为凸面,此外各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。
表3-1 实施例三的详细光学数据
Figure BDA0002560124110000082
Figure BDA0002560124110000091
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图12-14,可以看出分辨率高,且常温对焦,高低温不失焦,能保证画面清晰;场曲及畸变图请参阅图15的(A)和(B),可以看出场曲和畸变小,成像质量好。
本具体实施例中,该光学成像镜头的焦距f=9.6mm;视场角FOV=30°;光圈值FNO=2.4;像面直径Φ=11.4mm;第一透镜1的物侧面11至成像面130的中心在光轴I上的距离TTL=32.98mm。
实施例四
如图16所示,本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同,仅第十透镜100的像侧面102为平面,此外各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表4-1所示。
表4-1 实施例四的详细光学数据
Figure BDA0002560124110000092
Figure BDA0002560124110000101
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
本具体实施例的MTF传递函数曲线图详见图17-19,可以看出分辨率高,且常温对焦,高低温不失焦,能保证画面清晰;场曲及畸变图请参阅图20的(A)和(B),可以看出场曲和畸变小,成像质量好。
本具体实施例中,该光学成像镜头的焦距f=9.7mm;视场角FOV=30°;光圈值FNO=2.4;像面直径Φ=11.7mm;第一透镜1的物侧面11的中心至成像面130在光轴I上的距离TTL=32.99mm。
本实用新型适用于红外成像。
表5 本实用新型四个实施例的相关重要参数的数值
第一实施例 第二实施例 第三实施例 第四实施例
BFL 9.25 9.27 9.15 9.26
TTL 32.4 32.48 32.98 32.99
h 11.2 11.2 11.4 11.2
FOV 30 30 30 30
BFL/TTL 0.29 0.29 0.28 0.28
TTL/h/FOV 0.10 0.10 0.10 0.10
d22 5.2 5.3 5.6 5.2
d22/TTL 0.16 0.16 0.17 0.16
f2 -11.45 -10.89 -10.92 -12.30
f 9.8 9.9 9.6 9.7
∣f2/f∣ 1.17 1.10 1.14 1.27
f4 19.95 19.59 22.99 21.40
f8 16.12 15.35 15.38 14.07
∣f4/f8∣ 1.24 1.28 1.49 1.52
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化,均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于:从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜至第十透镜;第一透镜至第十透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面;
第一透镜具正屈光率,第一透镜的物侧面为凸面,第一透镜的像侧面为凹面;
第二透镜具负屈光率,第二透镜的物侧面为凸面,第二透镜的像侧面为凹面;
第三透镜具负屈光率,第三透镜的物侧面为凸面,第三透镜的像侧面为凹面;
第四透镜具正屈光率,第四透镜的物侧面为凸面;
第五透镜具负屈光率,第五透镜的物侧面为凹面;
第六透镜具正屈光率,第六透镜的像侧面为凸面,第六透镜的折射率温度系数为负值;
第七透镜具负屈光率,第七透镜的像侧面为凹面;
第八透镜具正屈光率,第八透镜的物侧面为凸面,第八透镜的像侧面为凸面;
第九透镜具正屈光率,第九透镜的物侧面为凸面,第九透镜的像侧面为凸面;
第十透镜具负屈光率,第十透镜的物侧面为凹面;
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述的第一透镜至第十透镜。
2.根据权利要求1所述的大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于,该光学成像镜头还满足:BFL/TTL≥0.15,其中,BFL为第十透镜的像侧面的中心至成像面在光轴上的距离,TTL为第一透镜的物侧面的中心至成像面在光轴上的距离。
3.根据权利要求1所述的大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于,该光学成像镜头还满足:TTL/h/FOV≤0.15,其中,TTL为第一透镜的物侧面的中心至成像面在光轴上的距离,h为该光学成像镜头的像高,FOV为该光学成像镜头的视场角。
4.根据权利要求1所述的大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于,该光学成像镜头还满足:R21<12mm,其中,R21为第二透镜的物侧面的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于,该光学成像镜头还满足:d22/TTL≤0.3,其中,d22为第二透镜的像侧面的镜片口径,TTL为第一透镜的物侧面的中心至成像面在光轴上的距离。
6.根据权利要求1所述的大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于,该光学成像镜头还满足:1≤∣f2/f∣≤5,其中,f2为第二透镜的焦距,f为该光学成像镜头的焦距。
7.根据权利要求1所述的大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于,该光学成像镜头还满足:1≤∣f4/f8∣≤4,其中,f4为第四透镜的焦距,f8为第八透镜的焦距。
8.根据权利要求1所述的大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于,该光学成像镜头还满足:nd4>1.7,其中,nd4为第四透镜的折射率。
9.根据权利要求1所述的大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于:第五透镜与第六透镜相互胶合,第九透镜与第十透镜相互胶合。
10.根据权利要求1所述的大像面高分辨率的光学成像镜头,其特征在于,该光学成像镜头还满足:0.5mm<T3<1.5mm,T4<3mm及T8<3mm,其中,T3为第三透镜在光轴上的厚度,T4为第四透镜在光轴上的厚度,T8为第八透镜在光轴上的厚度。
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