CN217587740U - 一种工业光学镜头 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种工业光学镜头，包括沿光轴从物方至像方依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜与第八透镜；所述第七透镜为正光焦度玻璃球面镜片，第七透镜的物面侧为平面，第七透镜的像面侧为凸面。通过改进透镜镜片数量以及各个镜片的组成，来提高光学镜头的解像力和相对照度。

Description

一种工业光学镜头

技术领域

本申请涉及光学成像技术领域，尤其是涉及一种工业光学镜头。

背景技术

在工业监控领域、以及用于识别或者检测产品的外观及者尺寸等机器视觉应用场景，光学镜头是其中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。但是由于机器视觉产品的日益发展，对镜头的解像力、相对照度等性能提出了更高的要求。

中国专利申请《一种工业光学镜头》，申请号：CN202122090608.6，公开了包括从物放至像方依次设置的第一透镜群组、光阑、第二透镜群组和IR滤光片，第一透镜群组包括从物放至像方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，第二透镜群组包括从物放至像方依次设置的第五透镜、第六透镜和第七透镜；第三透镜和第四透镜组成第一双胶合镜片组，第五透镜和第六透镜组成第二双胶合镜片组，第一双胶合镜片组焦距值介于-50mm到-20mm之间；第二双胶合镜片组焦距值介于20mm到50mm之间。本实用新型由七枚球面玻璃镜片构成，并且第三透镜和第四透镜组成第一双胶合镜片组，第五透镜和第六透镜组成第二双胶合镜片组，可实现低畸变，在各物距均具有高解像力和较高的相对照度，成像清晰。

本申请的发明人提出一种新的光学镜头，区别于上述结构的光学镜头，并具有高解像力、高相对照度，生产成本低。

实用新型内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种工业光学镜头，通过改进透镜镜片数量以及各个镜片的组成，来提高光学镜头的解像力和相对照度。

本申请采用的技术方案为：一种工业光学镜头，包括沿光轴从物方至像方依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜与第八透镜；所述第七透镜为正光焦度玻璃球面镜片，第七透镜的物面侧为平面，第七透镜的像面侧为凸面。

与现有技术相比，本申请的优点在于，本申请的光学镜头总共由8枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单；采用不同透镜相互组合及其合理分配光焦度实现了达到精度较高的特点，适用于工业监控领域、以及机器视觉应用场景。

其中第七透镜为正光焦度玻璃球面镜片，高低温不离焦，在高低温环境下仍然能保持其优良性能。第七透镜的物面侧为平面，第七透镜的像面侧为凸面。通过优化设置透镜形状，合理分配光焦度，能够实现高清成像；并在各物距均具有高解像力和较高的相对照度，可对0.1m至无穷远成像清晰，光学畸变在±1％以内。

在本申请的一些实施例中，所述第七透镜焦距值F7满足下列关系：25≥F7≥10；所述第七透镜的光折射率Nd7满足下列关系：1.9≥Nd7≥1.7；第七透镜的阿贝常数Vd7满足下列关系：45≥Vd7≥30。

在本申请的一些实施例中，所述第一透镜为物面侧为凸面，第一透镜的像面侧为凹面；第一透镜为负光焦度球面玻璃镜片。

优选的，所述第一透镜焦距值F1满足下列关系：-30≥F1≥-50；

所述第一透镜光折射率Nd1满足下列关系：1.85≥Nd1≥1.65；第一透镜的阿贝常数Vd1满足下列关系：35≥Vd1≥20；

在本申请的一些实施例中，所述第二透镜的物面侧为凸面，第二透镜的像面侧为凹面；第二透镜为负光焦度的球面玻璃镜片。

优选的，所述第二透镜焦距值F2满足下列关系：-20≥F2≥-40；

所述第二透镜光折射率Nd2满足下列关系：1.85≥Nd2≥1.65；第二透镜的阿贝常数Vd2满足下列关系：40≥Vd2≥25；

在本申请的一些实施例中，所述第三透镜的物面侧、像面侧均为凸面；第三透镜为正光焦度的球面玻璃镜片。

优选的，所述第三透镜焦距值F3满足下列关系：40≥F3≥10。

所述第三透镜光折射率Nd3满足下列关系：1.7≥Nd3≥1.5；第三透镜的阿贝常数Vd3满足下列关系：60≥Vd3≥40。

在本申请的一些实施例中，所述第四透镜的物面侧为凸面；第四透镜的像面侧为凹面；第四透镜为负光焦度玻璃球面镜片。

所述第四透镜焦距值F4满足下列关系：-500≥F4≥-1000；

所述第四透镜光折射率Nd4满足下列关系：1.95≥Nd4≥1.75；第四透镜的阿贝常数Vd4满足下列关系：35≥Vd4≥20。

在本申请的一些实施例中，所述第五透镜、第六透镜组合成镜片组。第五透镜的物面侧为凹面，第五透镜的像面侧为凹面，所述第五透镜为负光焦度玻璃球面镜片；所以的第六透镜的物面侧为凸面，第六透镜的像面侧为凸面，第六透镜为正光焦度玻璃球面镜片。

优选的，所述第五透镜焦距值F5满足下列关系：-5≥F5≥-15；所述第六透镜焦距值F6满足下列关系：25≥F6≥10；所述第五透镜与第六透镜组成的镜片组的焦距值F5&F6满足下列关系：10≥F5&F6≥-40；

更优选的，所述第五透镜的光折射率Nd5满足下列关系：1.9≥Nd5≥1.7；第五透镜的阿贝常数Vd5满足下列关系：35≥Vd5≥20。

所述第六透镜的光折射率Nd6满足下列关系：1.7≥Nd6≥1.5；第六透镜的阿贝常数Vd6满足下列关系：70≥Vd6≥55。

镜片组的应用，有效减小了系统色差，且使得光学系统整体结构紧凑，满足小型化要求，同时降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。因若离散的镜片位于光线转折处，容易因加工/组立误差造成敏感，所以镜片组的设置有效降低了敏感度。

第六透镜和第五透镜组合而形成的焦距可以良好地提高光学镜头的解像力。采用该结构，通过各个透镜的光折射率以及配合对应的阿贝常数，可以进一步使得光学镜头具有较小的色差，从而具备良好的解像力，并且有效地控制了光学镜头中鬼像的发生。

在本申请的一些实施例中，所述第八透镜物面侧为凸面；第八透镜的像面侧为凹面；第八透镜为正光焦度玻璃球面镜片。

所述第八透镜焦距值F8满足下列关系：50≥F8≥20；

所述第八透镜光折射率Nd8满足下列关系：1.9≥Nd8≥1.7；第一透镜的阿贝常数Vd8满足下列关系：55≥Vd8≥40。

在本申请的一些实施例中，光学镜头中光学总长TTL与最大成像面圆直径D满足下列关系：TTL/D<5；光学镜头中的最大成像面圆直径D与镜头焦距EFL满足下列关系：D/EFL<1.73。具体的说，TTL是镜片顶点到像面距离，D是芯片对角线尺寸，EFL为镜头焦距。

在本申请中，进一步限定了TTL的长度的阈值。本申请适合产品体积较小的光学镜头，采用本申请中的光学构架来实现高解像力、小畸变、高相对照度。对于体积更大的光学镜头，因其体积受到的限制小，可采用其他更有优势的光学架构实现。

光学镜头的镜头的F数满足：FNO>1.6。

本申请镜头总共由8枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单；采用不同透镜相互组合及其合理分配光焦度实现了达到精度较高的特点，适用于高生产效率的光刻机可形成高像素影像，镜头通过合理的搭配，达到小畸变、高通光效率的特点。

在本申请的一些实施例中，成像面排列在第八透镜后，也就是说，沿光轴从物方至像方依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜与成像面。以光栏为分隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜构成了前透镜组；第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜构成了后透镜组。

附图说明

以下将结合附图和优选实施例来对本申请进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本申请范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1为本申请的光学结构示意图；

图2为本申请的相对照度曲线；

图3为本申请的MTF(调制传递函数)曲线；

图4为本申请的场区和畸变。

其中，附图标记具体说明如下：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、光阑；6、第五透镜；7、第六透镜；8、第七透镜；9、第八透镜；10、滤光片；11、光轴；12、像面；L1、前透镜组；L2、后透镜组。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请作详细的说明。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

一种工业光学镜头，实施例一如图1所示：包括沿光轴从物方至像方依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜与第八透镜；所述第七透镜为正光焦度玻璃球面镜片，第七透镜的物面侧为平面，第七透镜的像面侧为凸面。

本申请的光学镜头总共由8枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单；采用不同透镜相互组合及其合理分配光焦度实现了达到精度较高的特点，适用于工业监控领域、以及机器视觉应用场景。其中第七透镜为正光焦度玻璃球面镜片，高低温不离焦，在-40℃～85℃的高低温环境下仍然能保持其优良性能。第七透镜的物面侧为平面，第七透镜的像面侧为凸面。通过优化设置透镜形状，合理分配光焦度，能够实现高清成像；并在各物距均具有高解像力和较高的相对照度，可对0.1m至无穷远成像清晰，光学畸变在±1％以内。

实施例二：如图1至图4所示，所述第一透镜为物面侧为凸面，第一透镜的像面侧为凹面；第一透镜为负光焦度球面玻璃镜片。所述第二透镜的物面侧为凸面，第二透镜的像面侧为凹面；第二透镜为负光焦度的球面玻璃镜片。所述第三透镜的物面侧、像面侧均为凸面；第三透镜为正光焦度的球面玻璃镜片。所述第四透镜的物面侧为凸面；第四透镜的像面侧为凹面；第四透镜为负光焦度玻璃球面镜片。

所述第五透镜、第六透镜组合成镜片组。第五透镜的物面侧为凹面，第五透镜的像面侧为凹面，所述第五透镜为负光焦度玻璃球面镜片；所以的第六透镜的物面侧为凸面，第六透镜的像面侧为凸面，第六透镜为正光焦度玻璃球面镜片。镜片组的应用，有效减小了系统色差，且使得光学系统整体结构紧凑，满足小型化要求，同时降低镜片单元因在组立过程中产生的倾斜/偏芯等公差敏感度问题。因若离散的镜片位于光线转折处，容易因加工/组立误差造成敏感，所以镜片组的设置有效降低了敏感度。

所述第七透镜为正光焦度玻璃球面镜片，第七透镜的物面侧为平面，第七透镜的像面侧为凸面。所述第八透镜物面侧为凸面；第八透镜的像面侧为凹面；第八透镜为正光焦度玻璃球面镜片。

具体的，所述第一透镜焦距值F1满足下列关系：-30≥F1≥-50；

所述第二透镜焦距值F2满足下列关系：-20≥F2≥-40；

所述第三透镜焦距值F3满足下列关系：40≥F3≥10。

所述第四透镜焦距值F4满足下列关系：-500≥F4≥-1000；

所述第五透镜焦距值F5满足下列关系：-5≥F5≥-15；

所述第六透镜焦距值F6满足下列关系：25≥F6≥10；

所述第五透镜与第六透镜组成的镜片组的焦距值F5&F6满足下列关系：10≥F5&F6≥-40；

所述第七透镜焦距值F7满足下列关系：25≥F7≥10；

所述第八透镜焦距值F8满足下列关系：50≥F8≥20。

更具体的，所述第一透镜光折射率Nd1满足下列关系：1.85≥Nd1≥1.65；第一透镜的阿贝常数Vd1满足下列关系：35≥Vd1≥20；

所述第二透镜光折射率Nd2满足下列关系：1.85≥Nd2≥1.65；第二透镜的阿贝常数Vd2满足下列关系：40≥Vd2≥25；

所述第三透镜光折射率Nd3满足下列关系：1.7≥Nd3≥1.5；第三透镜的阿贝常数Vd3满足下列关系：60≥Vd3≥40；

所述第四透镜光折射率Nd4满足下列关系：1.95≥Nd4≥1.75；第四透镜的阿贝常数Vd4满足下列关系：35≥Vd4≥20。

所述第五透镜的光折射率Nd5满足下列关系：1.9≥Nd5≥1.7；第五透镜的阿贝常数Vd5满足下列关系：35≥Vd5≥20。

所述第六透镜的光折射率Nd6满足下列关系：1.7≥Nd6≥1.5；第六透镜的阿贝常数Vd6满足下列关系：70≥Vd6≥55。

所述第七透镜的光折射率Nd7满足下列关系：1.9≥Nd7≥1.7；第七透镜的阿贝常数Vd7满足下列关系：45≥Vd7≥30。

所述第八透镜光折射率Nd8满足下列关系：1.9≥Nd8≥1.7；第一透镜的阿贝常数Vd8满足下列关系：55≥Vd8≥40。

第六透镜和第五透镜组合而形成的焦距可以良好地提高光学镜头的解像力。采用该结构，通过各个透镜的光折射率以及配合对应的阿贝常数，可以进一步使得光学镜头具有较小的色差，从而具备良好的解像力，并且有效地控制了光学镜头中鬼像的发生。

光学镜头中光学总长TTL与最大成像面圆直径D满足下列关系：TTL/D<5；光学镜头中的最大成像面圆直径D与镜头焦距EFL满足下列关系：D/EFL<1.73。具体的说，TTL是镜片顶点到像面距离，D是芯片对角线尺寸，EFL为镜头焦距。

在本申请中，进一步限定了TTL的长度的阈值。本申请适合产品体积较小的光学镜头，采用本申请中的光学构架来实现高解像力、小畸变、高相对照度。对于体积更大的光学镜头，因其体积受到的限制小，可采用其他更有优势的光学架构实现。

光学镜头的镜头的F数满足：FNO>1.6。

本申请镜头总共由8枚透镜构成，透镜枚数少，结构简单；采用不同透镜相互组合及其合理分配光焦度实现了达到精度较高的特点，适用于高生产效率的光刻机可形成高像素影像，镜头通过合理的搭配，达到小畸变、高通光效率的特点。

成像面排列在第八透镜后，也就是说，沿光轴从物方至像方依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜与成像面。以光栏为分隔，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜构成了前透镜组；第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜构成了后透镜组。

以上对本申请进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种工业光学镜头，其特征在于包括沿光轴从物方至像方依次设置的：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜与第八透镜；所述第七透镜为正光焦度玻璃球面镜片，第七透镜的物面侧为平面，第七透镜的像面侧为凸面。

2.根据权利要求1所述的一种工业光学镜头，其特征在于所述第七透镜焦距值F7满足下列关系：25≥F7≥10；所述第七透镜的光折射率Nd7满足下列关系：1.9≥Nd7≥1.7；第七透镜的阿贝常数Vd7满足下列关系：45≥Vd7≥30。

3.根据权利要求1所述的一种工业光学镜头，其特征在于所述第五透镜、第六透镜组合成镜片组；第五透镜的物面侧为凹面，第五透镜的像面侧为凹面，所述第五透镜为负光焦度玻璃球面镜片；所以的第六透镜的物面侧为凸面，第六透镜的像面侧为凸面，第六透镜为正光焦度玻璃球面镜片。

4.根据权利要求3所述的一种工业光学镜头，其特征在于所述第五透镜焦距值F5满足下列关系：-5≥F5≥-15；所述第六透镜焦距值F6满足下列关系：25≥F6≥10；所述第五透镜与第六透镜组成的镜片组的焦距值F5&F6满足下列关系：10≥F5&F6≥-40。

5.根据权利要求1或3所述的一种工业光学镜头，其特征在于所述第五透镜的光折射率Nd5满足下列关系：1.9≥Nd5≥1.7；第五透镜的阿贝常数Vd5满足下列关系：35≥Vd5≥20；所述第六透镜的光折射率Nd6满足下列关系：1.7≥Nd6≥1.5；第六透镜的阿贝常数Vd6满足下列关系：70≥Vd6≥55。

6.根据权利要求1所述的一种工业光学镜头，其特征在于所述第三透镜的物面侧、像面侧均为凸面；第三透镜为正光焦度的球面玻璃镜片。

7.根据权利要求1或6所述的一种工业光学镜头，其特征在于所述第三透镜焦距值F3满足下列关系：40≥F3≥10；所述第三透镜光折射率Nd3满足下列关系：1.7≥Nd3≥1.5；第三透镜的阿贝常数Vd3满足下列关系：60≥Vd3≥40。

8.根据权利要求1所述的一种工业光学镜头，其特征在于所述第四透镜的物面侧为凸面；第四透镜的像面侧为凹面；第四透镜为负光焦度玻璃球面镜片。

9.根据权利要求1或8所述的一种工业光学镜头，其特征在于所述第四透镜焦距值F4满足下列关系：-500≥F4≥-1000；所述第四透镜光折射率Nd4满足下列关系：1.95≥Nd4≥1.75；第四透镜的阿贝常数Vd4满足下列关系：35≥Vd4≥20。

10.根据权利要求1所述的一种工业光学镜头，其特征在于光学镜头中光学总长TTL与最大成像面圆直径D满足下列关系：TTL/D<5；光学镜头中的最大成像面圆直径D与镜头焦距EFL满足下列关系：D/EFL<1.73。

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