CN219435130U - 一种远心光学系统、镜头模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种远心光学系统、镜头模组及电子设备，具有光焦度的透镜的数量为10片，远心光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包括，具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、光阑、具有负光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜和具有正光焦度的第十透镜。通过合理设置远心光学系统中透镜的数量、位置和光焦度，能够得到双远心光学系统，改善视差问题，能够实现大光圈、超低畸变、高远心度和高解析力的效果，并且无明显紫边与色散，还能兼容主流的传感器，可兼容C接口，具有良好的光学性能，提高检测精度。

Description

一种远心光学系统、镜头模组及电子设备

技术领域

本申请涉及机器视觉技术领域，特别涉及一种远心光学系统、镜头模组及电子设备。

背景技术

随着人工智能(Artificial Intelligence，AI)的发展，图像识别、缺陷检测等机器视觉领域也发生了巨大的变化，实现机器视觉的首要步骤是要捕获图像，这就需要通过镜头来实现。市场上镜头种类众多，每种镜头都有自身的特点，比如扫码类镜头通常光圈小，景深较大，后焦多为固定，适用于相对较小的工作物距；安防监控类镜头通常光圈大，视场角大，对分辨率要求不高，适用于较远的工作物距；机器视觉镜头的工作物距多为有限距，且工作物距是可变的。

上述镜头都有一个共同点：因为存在视场角，所以不同物距的物体会存在视差，视差是指同一个镜头对同一个物体在不同物距成像时，物体在镜头上呈现出来的大小不一样的现象，这对于一些精密零件测量、电子元器件的测量、玻璃制品与医药零件测量等应用场景来说，消除因位置导致的视差是非常重要的，常规的镜头存在因视场角引起的视差问题，同时畸变相对较大，难以满足一些检测场景。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种远心光学系统、镜头模组及电子设备，能够改善视差问题，实现大光圈、超低畸变、高远心度和高解析力的效果。其具体方案如下：

一方面，本申请提供了一种远心光学系统，所述远心光学系统中具有光焦度的透镜的数量为10片，所述远心光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包括：

具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、光阑、具有负光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜和具有正光焦度的第十透镜。

又一方面，本申请实施例还提供了一种镜头模组，包括感光元件以及所述的远心光学系统，所述感光元件设置在所述远心光学系统的像侧。

又一方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括所述的镜头模组。

本申请实施例提供了一种远心光学系统、镜头模组及电子设备，远心光学系统中具有光焦度的透镜的数量为10片，远心光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包括，具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、光阑、具有负光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜和具有正光焦度的第十透镜。可见，在本申请实施例中，通过合理设置远心光学系统中透镜的数量、位置和光焦度，能够得到双远心光学系统，改善视差问题，能够实现大光圈、超低畸变、高远心度和高解析力的效果，并且无明显紫边与色散，还能兼容主流的传感器，可兼容C接口，具有良好的光学性能，提高检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种远心光学系统的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种MTF曲线示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种物方远心度曲线示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种像方远心度曲线示意图；

图5示出了本申请实施例提供的一种畸变曲线示意图；

图6示出了本申请实施例提供的一种色差曲线示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术中的描述，对于一些精密零件测量、电子元器件的测量、玻璃制品与医药零件测量等应用场景来说，消除因位置导致的“视差”是非常重要的，常规的镜头存在因视场角引起的“视差问题”，同时畸变相对较大，难以满足一些检测场景。

基于以上技术问题，本申请实施例提供了一种远心光学系统、镜头模组及电子设备，远心光学系统中具有光焦度的透镜的数量为10片，远心光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包括，具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、光阑、具有负光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜和具有正光焦度的第十透镜。可见，在本申请实施例中，通过合理设置远心光学系统中透镜的数量、位置和光焦度，能够得到双远心光学系统，改善视差问题，能够实现大光圈、超低畸变、高远心度和高解析力的效果，并且无明显紫边与色散，还能兼容主流的传感器，可兼容C接口，具有良好的光学性能，提高检测精度。

为了便于理解，下面结合附图对本申请实施例提供的一种远心光学系统、镜头模组及电子设备进行详细的说明。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种远心光学系统的结构示意图，远心光学系统中具有光焦度的透镜的数量为10片，远心光学系统沿光轴102由物侧至像侧依次包括第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑101、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和第十透镜L10。

在本申请实施例中，光阑101两侧分别设置有4个透镜和6个透镜，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3均具有正光焦度，第四透镜L4具有负光焦度，第五透镜L5也具有负光焦度，第六透镜L6和第七透镜L7具有正光焦度，第八透镜L8具有负光焦度，第九透镜L9和第十透镜L10具有正光焦度。其中，10个透镜可以同轴设置，远心光学系统中各透镜共同的轴线即为远心光学系统的光轴102。

具体地，远心光学系统还可以包括成像面IMG，成像面IMG位于第十透镜L10的像侧，光线经过第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、光阑101、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9和第十透镜L10后，可以入射到成像面IMG进行成像。

具体地，参考图2所示，为本申请实施例提供的一种MTF曲线示意图，MTF为调制传递函数(Modulation Transfer Function)，用来表征分辨率的高低，MTF越高，分辨率越高，横坐标表示视场中心到边缘的距离，纵坐标为光的对比度(Modulation，M)，Modulation为光的最亮度减去光的最暗度与光的最亮度加上光的最暗度的比值。在100lp/mm时，全视场的MTF>56％，表示远心光学系统的解析力较好，分辨率较高。

具体地，参考图3所示，为本申请实施例提供的一种物方远心度曲线示意图，其中，曲线表示为主光线，由图可知物方的远心度小于0.05度，远心度较高。参考图4所示，为本申请实施例提供的一种像方远心度曲线示意图，位于中间位置的曲线表示主光线的入射角，由图可知像方远心度小于0.05度，远心度较高。远心度越高表示进入远心光学系统的入射光越平行，从远心光学系统出射的光越平行，能够实现双远心光路，改善视差问题。

具体地，参考图5所示，为本申请实施例提供的一种畸变曲线示意图，横坐标表示畸变(distortion)，纵坐标表示在成像面IMG的不同位置，由图可知，全视场的畸变小于0.02％，属于超低畸变。

具体地，参考图6所示，为本申请实施例提供的一种色差曲线示意图，横坐标表示色差(lateral colour)，纵坐标表示成像面IMG的不同位置，曲线1表示光波长为650nm，曲线2表示光波长为610nm，曲线3表示光波长为555nm，曲线4表示光波长为510nm，曲线5表示光波长为470nm，由图可知，最大色差大小为2um左右，在一个像素大小内，色差较小，图像质量较好。

这样，通过合理设置远心光学系统中透镜的数量、位置和光焦度，能够得到双远心光学系统，双远心光学系统的光路是平行的，即光线是平行进平行出，消除了因视场角产生的“视差”问题，能够实现大光圈、超低畸变、高远心度和高解析力的效果，并且无明显紫边与色散，还能兼容主流的传感器，可兼容C接口，具有良好的光学性能，提高检测精度。其中，C接口是一种标准的工业镜头接口，法兰面到像面的距离固定，因此不同光学参数的C接口镜头都可以在C接口的相机上使用。

在实际应用时，可以将远心光学系统应用于机器视觉领域，用机器代替人眼来做测量和判断，将目标聚集在图像传感器(image sensor)的光敏面上即成像面，通过远心镜头将被摄取目标转换成图像信号，传输给后台系统，系统进行分析判断输出指令，进而控制现场的设备动作。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，以及用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高的大批量工业生产过程中，能够检测产品缺陷、监控生产线、分拣和识别元件，实现生产自动化，提高生产效率与质量，消除误差并降低成本。

在本申请实施例中，每个透镜均具有朝向物侧的物侧面以及朝向像侧的像侧面，第一透镜L1的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第二透镜L2的物侧面为凸面，像侧面为凹面；第三透镜L3的物侧面为凸面，像侧面为凸面；第四透镜L4的物侧面为凹面，像侧面为凸面；第五透镜L5的物侧面为凹面，像侧面为凸面；第六透镜L6的物侧面为凹面，像侧面为凹面；第七透镜L7的物侧面为凹面，像侧面为凹面；第八透镜L8的物侧面为凹面，像侧面为凹面；第九透镜L9的物侧面为凹面，像侧面为凹面；第十透镜L10的物侧面为凸面，像侧面为凹面。

在本申请实施例中，远心光学系统的镜头总长(Total Track Length，TTL)可以为210mm，TTL是指第一透镜L1的物侧面到成像面IMG的距离，像方光圈数(F)可以为2.8，F数越小，则光圈越大，光学后焦(FBL)可以为58.8mm，FBL为远心光学系统第十透镜L10至成像面IMG的长度。靶面大小可以为1.1”(英寸)，靶面尺寸通常指的是相机传感器对角线尺寸，设计物距可以为180mm，放大倍率为可以0.39X。

在一种可能的实现方式中，参考表1所示，为远心光学系统的各种参数，由物面至成像面的各元件依次按照表1从上至下的各元件的顺序排列，对于第一透镜L1而言，表面编号2表示第一透镜L1的物侧面，表面编号3表示第一透镜L1的像侧面，依次类推，对于第五透镜L5而言，表面编号11表示第五透镜L5的物侧面，表面编号12表示第五透镜L5的像侧面，对于第十透镜L10而言，表面编号21表示第十透镜L10的物侧面，表面编号22表示第十透镜L10的像侧面。

其中，Y半径为表面编号对应的物侧面或像侧面于光轴的曲率半径，厚度表示该表面编号对应的表面至下一个表面编号对应的表面之间的距离，对于第一透镜L1而言，表面编号2对应的厚度表示第一透镜L1的物侧面至第一透镜L1的像侧面之间的距离，即第一透镜L1的厚度，表面编号3对应的厚度表示第一透镜L1的像侧面至第二透镜L2的物侧面之间的距离，即第一透镜L1和第二透镜L2之间的空气间隔，表1中还提供了各个透镜的折射率、阿贝数和焦距。

表1

在本申请实施例中，第一透镜L1的焦距可以为135.2712mm，第二透镜L2的焦距可以为285.8139mm，第三透镜L3的焦距可以为149.8236mm，第四透镜L4的焦距可以为-116.0050mm，第五透镜L5的焦距可以为-17.0661mm，第六透镜L6的焦距可以为53.3171mm，第七透镜L7的焦距可以为59.7010mm，第八透镜L8的焦距可以为-85.3115mm，第九透镜L9的焦距可以为78.0528mm，第十透镜L10的焦距可以为93.3624mm。

在本申请实施例中，第一透镜L1的折射率可以为1.50446，第二透镜L2的折射率可以为1.52442，第三透镜L3的折射率可以为1.49881，第四透镜L4的折射率可以为1.64517，第五透镜L5的折射率可以为1.70504，第六透镜L6的折射率可以为1.51189，第七透镜L7的折射率可以为1.55280，第八透镜L8的折射率可以为1.57599，第九透镜L9的折射率可以为1.56070，第十透镜L10的折射率可以为1.49700。

在本申请实施例中，第一透镜L1的阿贝数可以为71.51，第二透镜L2的阿贝数可以为62.17，第三透镜L3的阿贝数可以为78.88，第四透镜L4的阿贝数可以为35.17，第五透镜L5的阿贝数可以为28.44，第六透镜L6的阿贝数可以为68.30，第七透镜L7的阿贝数可以为51.64，第八透镜L8的阿贝数可以为36.46，第九透镜L9的阿贝数可以为49.36，第十透镜L10的阿贝数可以为81.60。

在本申请实施例中，光阑101的直径可以为7.76mm，光阑101对应的厚度，即光阑101与第五透镜L5的物侧面之间的距离为7.0592mm。

在本申请实施例中，远心光学系统还可以包括滤光片103，滤光片103设置在远心光学系统的像侧，比如可以位于第十透镜L10和成像面IMG之间，滤光片103可以对光线进行过滤，比如将紫外光和红外光过滤，使可见光通过，提高成像质量。在表1中，表面编号23表示为滤光片103的物侧面，表示编号24表示为滤光片103的像侧面，滤光片103的厚度为2mm，滤光片103与成像面IMG之间的距离为18mm。

在实际应用时，10个透镜的材质可以为玻璃材质，能够使远心光学系统具有优良的光学性能及较高的耐温特性。

本申请实施例提供了一种远心光学系统，远心光学系统中具有光焦度的透镜的数量为10片，远心光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包括，具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、光阑、具有负光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜和具有正光焦度的第十透镜。可见，在本申请实施例中，通过合理设置远心光学系统中透镜的数量、位置和光焦度，能够得到双远心光学系统，改善视差问题，能够实现大光圈、超低畸变、高远心度和高解析力的效果，并且无明显紫边与色散，还能兼容主流的传感器，可兼容C接口，具有良好的光学性能，提高检测精度。

本申请实施例还提供一种镜头模组，包括感光元件(图像传感器)以及远心光学系统，感光元件设置在远心光学系统的像侧，感光元件的感光面可以作为成像面IMG，具体地，感光元件可以为电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体器件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor，CMOS Sensor)。该镜头模组能够实现大光圈、超低畸变、高远心度和高解析力的效果，并且无明显紫边与色散，还能兼容主流的传感器，可兼容C接口，具有良好的光学性能，提高检测精度。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括镜头模组，电子设备可以为应用了机器视觉技术的人工智能设备，例如智能加工设备、检测机台等，镜头模组可以作为电子设备的机器视觉镜头，用于获取被摄物的图像，以便对被摄物进行图像识别、缺陷检测等，该电子设备能够实现大光圈、超低畸变、高远心度和高解析力的效果，并且无明显紫边与色散，还能兼容主流的传感器，可兼容C接口，具有良好的光学性能，提高检测精度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种远心光学系统，其特征在于，所述远心光学系统中具有光焦度的透镜的数量为10片，所述远心光学系统沿光轴由物侧至像侧依次包括：

具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜、具有负光焦度的第四透镜、光阑、具有负光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜和具有正光焦度的第十透镜。

2.根据权利要求1所述的远心光学系统，其特征在于，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；所述第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；所述第六透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；所述第七透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；所述第八透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；所述第九透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；所述第十透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面。

3.根据权利要求1所述的远心光学系统，其特征在于，所述远心光学系统的镜头总长为210mm，像方光圈数为2.8，光学后焦为58.8mm。

4.根据权利要求1所述的远心光学系统，其特征在于，所述第一透镜的焦距为135.2712mm，所述第二透镜的焦距为285.8139mm，所述第三透镜的焦距为149.8236mm，所述第四透镜的焦距为-116.0050mm，所述第五透镜的焦距为-17.0661mm，所述第六透镜的焦距为53.3171mm，所述第七透镜的焦距为59.7010mm，所述第八透镜的焦距为-85.3115mm，所述第九透镜的焦距为78.0528mm，所述第十透镜的焦距为93.3624mm。

5.根据权利要求1所述的远心光学系统，其特征在于，所述第一透镜的折射率为1.50446，所述第二透镜的折射率为1.52442，所述第三透镜的折射率为1.49881，所述第四透镜的折射率为1.64517，所述第五透镜的折射率为1.70504，所述第六透镜的折射率为1.51189，所述第七透镜的折射率为1.55280，所述第八透镜的折射率为1.57599，所述第九透镜的折射率为1.56070，所述第十透镜的折射率为1.49700。

6.根据权利要求1所述的远心光学系统，其特征在于，所述第一透镜的阿贝数为71.51，所述第二透镜的阿贝数为62.17，所述第三透镜的阿贝数为78.88，所述第四透镜的阿贝数为35.17，所述第五透镜的阿贝数为28.44，所述第六透镜的阿贝数为68.30，所述第七透镜的阿贝数为51.64，所述第八透镜的阿贝数为36.46，所述第九透镜的阿贝数为49.36，所述第十透镜的阿贝数为81.60。

7.根据权利要求1所述的远心光学系统，其特征在于，所述光阑的直径为7.76mm，所述光阑与所述第五透镜之间距离为7.0592mm。

8.根据权利要求1所述的远心光学系统，其特征在于，所述远心光学系统还包括滤光片，所述滤光片设置在所述远心光学系统的像侧。

9.一种镜头模组，其特征在于，包括感光元件以及权利要求1-8任意一项所述的远心光学系统，所述感光元件设置在所述远心光学系统的像侧。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的镜头模组。