CN216526495U - 一种含液体镜头的可调焦扫描镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种含液体镜头的可调焦扫描镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、液体镜头、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜，所述第一透镜具负屈光度，所述第二透镜具负屈光度，所述第三透镜具正屈光度，所述第四透镜具负屈光度，所述第五透镜具负屈光度，所述第六透镜具正屈光度，所述第七透镜具负屈光度，所述第八透镜具正屈光度。本实用新型含液体镜头的可调焦扫描镜头通过内部设置液体镜头，从而实现5.0m‑0.1m全物距段4K成像；3G5P设计，同时合理设置透镜的光焦度和厚度，高低温不失焦；同时能有效降低镜头的整体质量，且光学制造公差优良，光学指标一致性能得到保证。

Description

一种含液体镜头的可调焦扫描镜头

技术领域

本实用新型涉及光学镜头技术领域，具体而言，涉及一种含液体镜头的可调焦扫描镜头。

背景技术

随着机器视觉行业的快速发展，扫描、识别、扫码镜头得到越来越广泛的应用。扫描镜头在不同使用场景其所需要的物距、景深都不一样，现有的扫描镜头大多为大景深定焦镜头或电动变焦镜头，成本高昂，且特殊化定制费用极高。

现有的可调焦扫描镜头普遍存在以下缺陷：通常采用镜片浮动对焦或外部机械结构调焦方式，机械结构复杂，可靠性低；多采用全玻璃球面设计，玻璃球面冷加工工艺公差范围大，镜头的像质、畸变等指标一致性很难保证；当用在恶劣环境中时，使用全玻结构的机器视觉扫描镜头，机械结构易出现失焦、镜片破裂等现象，影响使用。

鉴于此，本申请发明人发明了一种含液体镜头的可调焦扫描镜头。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种在5.0m-0.1m全物距段均可4K成像、结构紧凑、高低温不失焦的含液体镜头的可调焦扫描镜头。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种含液体镜头的可调焦扫描镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、液体镜头、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜，所述第一透镜至第八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；

所述第一透镜具负屈光度，且第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜具负屈光度，且第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第三透镜具正屈光度，且第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第四透镜具负屈光度，且第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第五透镜具负屈光度，且第五透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第六透镜具正屈光度，且第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第七透镜具负屈光度，且第七透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第八透镜具正屈光度，且第八透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。

进一步地，所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第七透镜、第八透镜均为高阶偶次非球面透镜，所述第一透镜、第五透镜、第六透镜均为玻璃球面透镜。

进一步地，所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第七透镜、第八透镜均满足：0.5<|ET/CT|<1.8，其中，ET为透镜的边缘厚度，CT为透镜的中心厚度。

进一步地，所述第五透镜的像侧面与所述第六透镜的物侧面相互胶合，且所述第五透镜与第六透镜的色散系数的差值大于50。

进一步地，该镜头的最大通光F/NO＝2.4。

进一步地，该镜头的光学总长TTL满足：TTL<35mm。

采用上述技术方案后，本实用新型具有如下优点：

本实用新型含液体镜头的可调焦扫描镜头通过内部设置液体镜头，在不同物距下，液体镜头中高折射率液体表面的曲率发生对应变化，实现光程补偿，从而实现5.0m-0.1m全物距段4K成像；3G5P设计，同时合理设置透镜的光焦度和厚度，使镜头在-20℃-60℃环境中使用，画面清晰不失焦；同时能有效降低镜头的整体质量，且光学制造公差优良，光学指标一致性能得到保证。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的光路图；

图2为本实用新型实施例1中物距1000mm处镜头的MTF曲线图；

图3为本实用新型实施例1中物距5000mm处镜头的MTF曲线图；

图4为本实用新型实施例1中物距100mm处镜头的MTF曲线图；

图5为本实用新型实施例1中物距100mm处镜头的离焦曲线图；

图6为本实用新型实施例1中镜头在可见光下的垂轴色差曲线图；

图7为本实用新型实施例1中镜头在可见光下的轴向色差曲线图；

图8为本实用新型实施例2的光路图；

图9为本实用新型实施例2中物距1000mm处镜头的MTF曲线图；

图10为本实用新型实施例2中物距5000mm处镜头的MTF曲线图；

图11为本实用新型实施例2中物距100mm处镜头的MTF曲线图；

图12为本实用新型实施例2中物距100mm处镜头的离焦曲线图；

图13为本实用新型实施例2中镜头在可见光下的垂轴色差曲线图；

图14为本实用新型实施例2中镜头在可见光下的轴向色差曲线图；

图15为本实用新型实施例3的光路图；

图16为本实用新型实施例3中物距1000mm处镜头的MTF曲线图；

图17为本实用新型实施例3中物距5000mm处镜头的MTF曲线图；

图18为本实用新型实施例3中物距100mm处镜头的MTF曲线图；

图19为本实用新型实施例3中物距100mm处镜头的离焦曲线图；

图20为本实用新型实施例3中镜头在可见光下的垂轴色差曲线图；

图21为本实用新型实施例3中镜头在可见光下的轴向色差曲线图。

附图标记说明：

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、液体镜头；10、光阑；11、保护玻璃。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

这里所说的「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含液体镜头9的可调焦扫描镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜1、第二透镜2、液体镜头9、第三透镜3、第四透镜4、光阑10、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8，所述第一透镜1至第八透镜8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；

所述第一透镜1具负屈光度，且第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜2具负屈光度，且第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第三透镜3具正屈光度，且第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第四透镜4具负屈光度，且第四透镜4的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第五透镜5具负屈光度，且第五透镜5的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第六透镜6具正屈光度，且第六透镜6的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第七透镜7具负屈光度，且第七透镜7的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第八透镜8具正屈光度，且第八透镜8的物侧面为凸面，像侧面为凹面。

其中，所述液体镜头9为Optotune的EL 12-30型号液体透镜，液体镜头9的设置，使得在不同物距下，液体镜头9中高折射率液体表面的曲率会发生对应变化，从而实现光程补偿，实现了从5.0m-0.1m大物距范围调焦的扫描镜头，且全物距段均4K成像。

所述第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第七透镜7、第八透镜8均为高阶偶次非球面透镜，所述第一透镜1、第五透镜5、第六透镜6均为玻璃球面透镜。合理设置塑料透镜，使该镜头在-20℃-60℃环境中使用时，画面清晰不失焦；且使用多片塑料高阶非球面透镜，能有效降低镜头的整体质量，应用于一些特殊识别场合；多片塑料透镜配合合理的光路设计，使得光路尽可能顺滑，光学制造公差优良，光学指标一致性能得到保证。

其中，所述的高阶偶次非球面透镜，即所述第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第七透镜7、第八透镜8均满足：0.5<|ET/CT|<1.8，其中，ET为透镜的边缘厚度，CT为透镜的中心厚度。满足性能要求的同时，降低了透镜工艺难度，具有良好的可加工性。

所述第五透镜5的像侧面与所述第六透镜6的物侧面相互胶合，且所述第五透镜5与第六透镜6的色散系数的差值大于50。如此可有效矫正系统色差。

该镜头采用液体镜头9前置设计(光阑10前)，采用1/2.8”大像面设计，最大通光F/NO＝2.4，最大限度的提升镜头画面边缘相对照度，使镜头可用于不同亮度的环境。

该镜头设计焦距约为3.32mm，光学畸变小于2％，最大FOV在90°左右，光学总长小于35mm，结构紧凑。

基于几何光学原理，近物距时，轴外宽光束像差呈级数增加，此时如果像差矫正不足，易出现场曲等现象。该镜头针对近物距0.1m处的轴外高级像差进行了优化设计，场曲矫正良好，具体见实施例中的离焦曲线图。

该镜头采用复消色差设计，对435nm和546nm进行复消色差设计，且全孔径轴上色差小于2.5um，确保镜头在5m-0.1m物距段使用时，不会出现蓝紫边色差等现象，具体见实施例中的垂轴色差曲线图和轴向色差曲线图。

下面将以具体实施例对本实用新型含液体镜头的可调焦扫描镜头进行详细说明。

实施例1

参照图1所示，本实用新型公开了一种含液体镜头9的可调焦扫描镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜1、第二透镜2、液体镜头9、第三透镜3、第四透镜4、光阑10、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8，所述第一透镜1至第八透镜8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；

所述第一透镜1具负屈光度，且第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜2具负屈光度，且第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第三透镜3具正屈光度，且第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第四透镜4具负屈光度，且第四透镜4的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第五透镜5具负屈光度，且第五透镜5的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第六透镜6具正屈光度，且第六透镜6的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第七透镜7具负屈光度，且第七透镜7的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第八透镜8具正屈光度，且第八透镜8的物侧面为凸面，像侧面为凹面。

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1的详细光学数据

表1-1中的变量参数详细数据如表1-2所示。

表1-2表1-1中的变量参数详细数据

物距(mm)	S1	5000	1000	100
					表面半径值	C1	-2631.58	INFINITY	251.26

本实施例中，本实施例中，所述第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第七透镜7、第八透镜8均为高阶偶次非球面透镜，所述第一透镜1、第五透镜5、第六透镜6均为玻璃球面透镜。且所有非球面透镜其两面均为非球面。非球面透镜表面曲线的方程式表示如下：

其中，

z：非球面之深度(非球面上距离光轴为y的点，与相切于非球面光轴上顶点之切面，两者间的垂直距离)；

c：非球面顶点之曲率(the vertex curvature)；

K：锥面系数(Conic Constant)；

径向距离(radial distance)；

r_n：归一化半径(normalization radius(NRADIUS))；

u：r/r_n；

a_m：第m阶Q^con系数(is the m^thQ^con coefficient)；

Q_m ^con：第m阶Q^con多项式(the m^thQ^con polynomial)。

本实施例中的非球面数据如表1-3所示。

表1-3实施例1的非球面数据

面序号

K

A4

A6

A8

A10

A12

3

-3.37

1.01E-03

-1.16E-04

2.97E-06

2.55E-08

-1.56E-09

4

-3.10

4.45E-03

-3.81E-04

1.09E-05

3.22E-07

-1.88E-08

14

1.55

4.59E-04

-1.18E-06

8.54E-07

3.63E-07

-9.99E-09

15

1.48

1.52E-03

1.06E-04

-8.72E-06

1.33E-06

-5.57E-08

16

1.62

-1.73E-03

8.32E-05

-1.18E-05

1.66E-06

-1.22E-07

17

-50.00

1.37E-02

-7.56E-03

3.07E-03

-7.68E-04

8.34E-05

22

5.76

-1.12E-02

2.16E-03

-1.70E-04

1.10E-05

-1.28E-19

23

-40.74

-2.93E-02

4.38E-03

-3.18E-04

1.71E-05

9.20E-19

24

-5.16

-7.10E-03

-1.50E-03

2.25E-04

-7.36E-06

1.29E-17

25

41.87

5.64E-04

-2.24E-03

2.08E-04

-6.52E-06

3.41E-19

本实施例中，物距1000mm处、物距5000mm处、物距100mm处镜头在可见光下的MTF曲线图请分别参阅图2、图3、图4，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达200lp/mm时，MTF值均大于0.1，实现了从5.0m物距至0.1m物距的全物距段的4K分辨率成像。

物距100mm处镜头在可见光下的离焦曲线图请参阅图5，从图中可以看出，该镜头在可见光下各个视场离焦曲线比较集中，离焦量小，场曲矫正良好。

镜头在可见光下的垂轴色差曲线图请参阅图6，从图中可以看出，色差均小于2.5um，色差小，具有较高的图像色彩还原性。

镜头在可见光下的轴向色差曲线图请参阅图7，从图中可以看出，轴向色差小于±0.02mm，对色彩的还原好、色彩的色差小，蓝紫边现象不明显。

实施例2

如图8所示，本实施例与实施例1相比，主要在于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2的详细光学数据

表2-1中的变量参数详细数据如表2-2所示。

表2-2表2-1中的变量参数详细数据

物距(mm)	S1	5000	1000	100
					表面半径值	C1	-3056.23	INFINITY	228.73

本实施例中，本实施例中，所述第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第七透镜7、第八透镜8均为高阶偶次非球面透镜，所述第一透镜1、第五透镜5、第六透镜6均为玻璃球面透镜。且所有非球面透镜其两面均为非球面。

本实施例中的非球面数据如表2-3所示。

表2-3实施例2的非球面数据

面序号

K

A4

A6

A8

A10

A12

3

-30.20

1.43E-03

-1.45E-04

4.21E-06

-1.81E-09

-1.32E-09

4

-3.65

5.55E-03

-4.97E-04

1.77E-05

9.36E-08

-1.52E-08

14

2.76

8.77E-04

1.16E-06

-1.28E-06

4.24E-07

-1.17E-08

15

0.37

2.19E-03

-4.06E-05

5.40E-06

2.70E-07

-1.79E-08

16

3.19

-1.58E-03

-3.29E-05

-3.01E-06

1.58E-06

-1.23E-07

17

-30.47

1.73E-02

-8.92E-03

3.42E-03

-8.07E-04

8.35E-05

22

-1.84

-1.25E-02

2.22E-03

-1.03E-05

-1.68E-06

1.51E-08

23

-3.63

-2.47E-02

3.83E-03

-2.08E-04

1.82E-05

-3.58E-09

24

-8.66

-1.39E-03

-2.21E-03

3.06E-04

-1.16E-05

-3.72E-10

25

60.14

-5.43E-04

-1.68E-03

1.76E-04

-5.73E-06

8.30E-10

本实施例中，物距1000mm处、物距5000mm处、物距100mm处镜头在可见光下的MTF曲线图请分别参阅图9、图10、图11，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达200lp/mm时，MTF值均大于0.1，实现了从5.0m物距至0.1m物距的全物距段的4K分辨率成像。

物距100mm处镜头在可见光下的离焦曲线图请参阅图12，从图中可以看出，该镜头在可见光下各个视场离焦曲线比较集中，离焦量小，场曲矫正良好。

镜头在可见光下的垂轴色差曲线图请参阅图13，从图中可以看出，色差均小于2.5um，色差小，具有较高的图像色彩还原性。

镜头在可见光下的轴向色差曲线图请参阅图14，从图中可以看出，轴向色差小于±0.02mm，对色彩的还原好、色彩的色差小，蓝紫边现象不明显。

实施例3

如图15所示，本实施例与实施例1相比，主要在于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3-1所示。

表3-1实施例3的详细光学数据

表3-1中的变量参数详细数据如表2-2所示。

表3-2表3-1中的变量参数详细数据

物距(mm)	S1	5000	1000	100
					表面半径值	C1	-2370.01	INFINITY	237.00

本实施例中，本实施例中，所述第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第七透镜7、第八透镜8均为高阶偶次非球面透镜，所述第一透镜1、第五透镜5、第六透镜6均为玻璃球面透镜。且所有非球面透镜其两面均为非球面。

本实施例中的非球面数据如表3-3所示。

表3-3实施例3的非球面数据

本实施例中，物距1000mm处、物距5000mm处、物距100mm处镜头在可见光下的MTF曲线图请分别参阅图16、图17、图18，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达200lp/mm时，MTF值均大于0.1，实现了从5.0m物距至0.1m物距的全物距段的4K分辨率成像。

物距100mm处镜头在可见光下的离焦曲线图请参阅图19，从图中可以看出，该镜头在可见光下各个视场离焦曲线比较集中，离焦量小，场曲矫正良好。

镜头在可见光下的垂轴色差曲线图请参阅图20，从图中可以看出，色差均小于2.5um，色差小，具有较高的图像色彩还原性。

镜头在可见光下的轴向色差曲线图请参阅图21，从图中可以看出，轴向色差小于±0.02mm，对色彩的还原好、色彩的色差小，蓝紫边现象不明显。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种含液体镜头的可调焦扫描镜头，其特征在于：包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、液体镜头、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜，所述第一透镜至第八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；

所述第一透镜具负屈光度，且第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第二透镜具负屈光度，且第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第三透镜具正屈光度，且第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第四透镜具负屈光度，且第四透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第五透镜具负屈光度，且第五透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第六透镜具正屈光度，且第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述第七透镜具负屈光度，且第七透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述第八透镜具正屈光度，且第八透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。

2.如权利要求1所述的一种含液体镜头的可调焦扫描镜头，其特征在于：所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第七透镜、第八透镜均为高阶偶次非球面透镜，所述第一透镜、第五透镜、第六透镜均为玻璃球面透镜。

3.如权利要求2所述的一种含液体镜头的可调焦扫描镜头，其特征在于：所述第二透镜、第三透镜、第四透镜、第七透镜、第八透镜均满足：0.5<|ET/CT|<1.8，其中，ET为透镜的边缘厚度，CT为透镜的中心厚度。

4.如权利要求1所述的一种含液体镜头的可调焦扫描镜头，其特征在于：所述第五透镜的像侧面与所述第六透镜的物侧面相互胶合，且所述第五透镜与第六透镜的色散系数的差值大于50。

5.如权利要求1所述的一种含液体镜头的可调焦扫描镜头，其特征在于：该镜头的最大通光F/NO＝2.4。

6.如权利要求1所述的一种含液体镜头的可调焦扫描镜头，其特征在于：该镜头的光学总长TTL满足：TTL<35mm。

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