CN220367466U - 一种可调焦扫描镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及镜头技术领域，特别是涉及一种可调焦扫描镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、液体镜头模组、第三透镜、第四透镜和第五透镜；该第一透镜具有正屈光度，为凹凸透镜；该第二透镜具有正屈光度，为凸凹透镜；该第三透镜具有负屈光度，为凹凹透镜；该第四透镜具有正屈光度，为凹凸透镜；该第五透镜具有正屈光度，为凸凹透镜。本实用新型采用五片透镜和一液体镜头模组，并通过对各个透镜进行相应设计，具有物距范围大，调焦噪声小，镜片数量少，镜头体积小，成本低，性能高的优点，且液体镜头模组中置设置，通光较大，可最大限度地提升镜头画面边缘相对照度，支持不同亮度情况下的识别环境。
Description
技术领域
本实用新型涉及镜头技术领域，特别是涉及一种可调焦扫描镜头。
背景技术
得益于机器视觉行业的长足发展，需要用到很多的扫描、识别、扫码镜头，为满足使用需求，大多使用能工作于不同物距、景深的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。
目前应用于工业检测的镜头，则大多采用单焦镜头，近物距使用，在不同物距下，镜头的后焦会产生偏移，造成成像质量下降，所以同一个镜头不能同时工作于多个不同物距；要解决这个问题，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。
实用新型内容
为解决上述问题中的至少一个问题，本实用新型提供一种可调焦扫描镜头。
具体地，本实用新型的技术方案是：
一种可调焦扫描镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、液体镜头模组、第三透镜、第四透镜和第五透镜；第一透镜至第五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；液体镜头模组在不同物距下，其中的液体层表面具有不同的曲率半径，实现不同物距的光程补偿；
该第一透镜具有正屈光度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；
该第二透镜具有正屈光度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
该第三透镜具有负屈光度，物侧面为凹面，像侧面为凹面；
该第四透镜具有正屈光度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；
该第五透镜具有正屈光度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
该可调焦扫描镜头具有屈光度的透镜只有上述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。
优选地，所述可调焦扫描镜头还包括光阑，光阑位于液体镜头模组与第三透镜之间。
优选地，所述第一透镜至第五透镜均为玻璃球面透镜。
优选地，所述可调焦扫描镜头满足：9.30＜f1/f＜14.00，1.20＜f2/f＜1.25，0.32＜|f3/f|＜0.37，0.48＜f4/f＜0.55，1.75＜f5/f＜1.95，其中，f为所述可调焦扫描镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距。
优选地，所述可调焦扫描镜头满足：TTL＜20.35mm，TTL为所述可调焦扫描镜头的光学总长。
本实用新型的有益技术效果：
本实用新型采用五片透镜和一液体镜头模组，并通过对各个透镜进行相应设计，具有物距范围大，调焦噪声小，镜片数量少，镜头体积小，成本低，性能高的优点，且液体镜头模组中置设置，通光较大，可最大限度地提升镜头画面边缘相对照度，支持不同亮度情况下的识别环境。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图；
图2为实施例一100mm物距处的MTF曲线图；
图3为实施例一50mm物距处的MTF曲线图；
图4为实施例一300mm物距处的MTF曲线图；
图5为实施例一100mm物距处的纵向色差曲线图；
图6为实施例一的场曲及畸变图；
图7为实施例一的相对照度图；
图8为实施例二的结构示意图；
图9为实施例二100mm物距处的MTF曲线图；
图10为实施例二50mm物距处的MTF曲线图；
图11为实施例二300mm物距处的MTF曲线图；
图12为实施例二100mm物距处的纵向色差曲线图；
图13为实施例二的场曲及畸变图；
图14为实施例二的相对照度图；
图15为实施例三的结构示意图；
图16为实施例三100mm物距处的MTF曲线图；
图17为实施例三50mm物距处的MTF曲线图；
图18为实施例三300mm物距处的MTF曲线图；
图19为实施例三100mm物距处的纵向色差曲线图；
图20为实施例三的场曲及畸变图；
图21为实施例三的相对照度图；
图22为实施例四的结构示意图；
图23为实施例四100mm物距处的MTF曲线图；
图24为实施例四50mm物距处的MTF曲线图；
图25为实施例四300mm物距处的MTF曲线图；
图26为实施例四100mm物距处的纵向色差曲线图；
图27为实施例四的场曲及畸变图；
图28为实施例四的相对照度图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
所说的「一透镜具有正屈光度(或负屈光度)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光度为正(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。
本公开提供一种可调焦扫描镜头，该可调焦扫描镜头从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、液体镜头模组、第三透镜、第四透镜和第五透镜；第一透镜至第五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。
液体镜头模组在不同物距下，其中的液体层表面具有不同的曲率半径，实现不同物距的光程补偿；具体可以从市面上现有的液体镜头模组中选用，例如康宁公司的A-25H0型号液体镜头模组。
该第一透镜具有正屈光度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；该第二透镜具有正屈光度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；该第三透镜具有负屈光度，物侧面为凹面，像侧面为凹面；该第四透镜具有正屈光度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；该第五透镜具有正屈光度，物侧面为凸面，像侧面为凹面。该可调焦扫描镜头具有屈光度的透镜只有上述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。
该可调焦扫描镜头采用五片透镜和一液体镜头模组，并通过对各个透镜进行相应设计，具有物距范围大，调焦噪声小，镜片数量少，镜头体积小，成本低，性能高的优点，且液体镜头模组中置设置，通光较大，可最大限度地提升镜头画面边缘相对照度，支持不同亮度情况下的识别环境。此外，五片透镜采用前二后三的结构，可大大降低前组以及后组的轴偏敏感度，提高组装良率。
优选地，该可调焦扫描镜头还包括光阑，光阑位于液体镜头模组后，第三透镜前，进一步提升镜头整体性能。
优选地，第一透镜至第五透镜均为玻璃球面透镜，搭配康宁公司的A-25H0型号液体镜头模组，可实现50mm-300mm全物距段高清成像。
优选地，该可调焦扫描镜头满足：9.30＜f1/f＜14.00，1.20＜f2/f＜1.25，0.32＜|f3/f|＜0.37，0.48＜f4/f＜0.55，1.75＜f5/f＜1.95，其中，f为该可调焦扫描镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距；合理分配光焦度，提高镜头性能，若超出以上范围，会导致镜头敏感度变高，良率降低。
优选地，该可调焦扫描镜头采用1/3”像面设计，光学总长TTL小于20.35mm，结构紧凑，实用性好。
下面以具体实施例来对本实用新型的可调焦扫描镜头进行详细说明。
实施例一：
如图1所示，一种可调焦扫描镜头，从物侧A1至像侧A2沿光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、液体镜头模组6、第三透镜3、光阑7、第四透镜4、第五透镜5、保护玻璃8和成像面9；该第一透镜1具有正屈光度，物侧面11为凹面，像侧面12为凸面；该第二透镜2具有正屈光度，物侧面21为凸面，像侧面22为凹面；该第三透镜3具有负屈光度，物侧面31为凹面，像侧面32为凹面；该第四透镜4具有正屈光度，物侧面41为凹面，像侧面42为凸面；该第五透镜5具有正屈光度，物侧面51为凸面，像侧面52为凹面；该保护玻璃8的物侧面81和像侧面82均为平面。
本具体实施例中，液体镜头模组6采用康宁公司的A-25H0型号液体镜头模组，但并不限于此，在一些实施例中，液体镜头模组6也可以采用现有的其它液体镜头模组来实现。
本具体实施例的详细光学数据如表1所示。
表1实施例一的详细光学数据
在可见光470nm-650nm下，本具体实施例100mm物距处的MTF曲线图详见图2，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.4，解析度高；50mm物距处的MTF曲线图详见图3，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.18，可支持近物距使用；300mm物距处的MTF曲线图详见图4，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.18，可支持远物距使用，图2至4表明该镜头可支持在50mm到300mm物距下高清成像。
纵向色差曲线图详见图5，可以看出色差在0.5μm以内，表明了该镜头的垂轴色差矫正好，色彩还原度高。场曲及畸变图详见图6的(A)和(B)，可以看出光学畸变小于0.02％，表明该镜头边缘形变量小，画面清晰不变形。相对照度图详见图7，可以看出该镜头的边缘相对照度均大于90％，中心与周边照度均匀，画面亮度高。
本具体实施例中，该可调焦扫描镜头的焦距f＝12mm，光圈FNO＝4.0，光学总长TTL＝20.20mm，主光角CRA＝12°。
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
实施例二：
如图8所示，本实施例与实施例一面形和屈光度相同，只是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所示。
表2实施例二的详细光学数据
在可见光470nm-650nm下，本具体实施例100mm物距处的MTF曲线图详见图9，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.4，解析度高；50mm物距处的MTF曲线图详见图10，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.18，可支持近物距使用；300mm物距处的MTF曲线图详见图11，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.18，可支持远物距使用，图9至11表明该镜头可支持在50mm到300mm物距下高清成像。
纵向色差曲线图详见图12，可以看出色差在0.5μm以内，表明了该镜头的垂轴色差矫正好，色彩还原度高。场曲及畸变图详见图13的(A)和(B)，可以看出光学畸变小于0.02％，表明该镜头边缘形变量小，画面清晰不变形。相对照度图详见图14，可以看出该镜头的边缘相对照度均大于90％，中心与周边照度均匀，画面亮度高。
本具体实施例中，该可调焦扫描镜头的焦距f＝12mm，光圈FNO＝4.0，光学总长TTL＝20.25mm，主光角CRA＝12°。
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
实施例三：
如图15所示，本实施例与实施例一面形和屈光度相同，只是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所示。
表3实施例三的详细光学数据
在可见光470nm-650nm下，本具体实施例100mm物距处的MTF曲线图详见图16，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.4，解析度高；50mm物距处的MTF曲线图详见图17，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.18，可支持近物距使用；300mm物距处的MTF曲线图详见图18，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.18，可支持远物距使用，图16至18表明该镜头可支持在50mm到300mm物距下高清成像。
纵向色差曲线图详见图19，可以看出色差在0.5μm以内，表明了该镜头的垂轴色差矫正好，色彩还原度高。场曲及畸变图详见图20的(A)和(B)，可以看出光学畸变小于0.2％，表明该镜头边缘形变量小，画面清晰不变形。相对照度图详见图21，可以看出该镜头的边缘相对照度均大于90％，中心与周边照度均匀，画面亮度高。
本具体实施例中，该可调焦扫描镜头的焦距f＝12mm，光圈FNO＝4.0，光学总长TTL＝20.3mm，主光角CRA＝12°。
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
实施例四：
如图22所示，本实施例与实施例一面形和屈光度相同，只是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4所示。
表4实施例四的详细光学数据
在可见光470nm-650nm下，本具体实施例100mm物距处的MTF曲线图详见图23，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.4，解析度高；50mm物距处的MTF曲线图详见图24，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.18，可支持近物距使用；300mm物距处的MTF曲线图详见图25，可以看出镜头的MTF数值在145lp/mm时均大于0.18，可支持远物距使用，图23至25表明该镜头可支持在50mm到300mm物距下高清成像。
纵向色差曲线图详见图26，可以看出色差在1μm以内，表明了该镜头的垂轴色差矫正好，色彩还原度高。场曲及畸变图详见图27的(A)和(B)，可以看出光学畸变小于0.2％，表明该镜头边缘形变量小，画面清晰不变形。相对照度图详见图28，可以看出该镜头的边缘相对照度均大于90％，中心与周边照度均匀，画面亮度高。
本具体实施例中，该可调焦扫描镜头的焦距f＝12mm，光圈FNO＝4.0，光学总长TTL＝20.33mm，主光角CRA＝12°。
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表5。
表5本实用新型四个实施例的相关重要参数的数值
| 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | |
| f | 12.00 | 12.00 | 12.00 | 12.00 |
| f1/f | 9.30 | 9.31 | 13.57 | 12.45 |
| f2/f | 1.22 | 1.21 | 1.21 | 1.23 |
| |f3/f| | 0.35 | 0.35 | 0.35 | 0.34 |
| f4/f | 0.53 | 0.54 | 0.51 | 0.50 |
| f5/f | 1.79 | 1.81 | 1.91 | 1.91 |
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的限制。应当指出，本领域的技术人员在阅读完本说明书后，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可调焦扫描镜头，其特征在于：从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、液体镜头模组、第三透镜、第四透镜和第五透镜；第一透镜至第五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；液体镜头模组在不同物距下，其中的液体层表面具有不同的曲率半径，实现不同物距的光程补偿；
该第一透镜具有正屈光度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；
该第二透镜具有正屈光度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
该第三透镜具有负屈光度，物侧面为凹面，像侧面为凹面；
该第四透镜具有正屈光度，物侧面为凹面，像侧面为凸面；
该第五透镜具有正屈光度，物侧面为凸面，像侧面为凹面；
该可调焦扫描镜头具有屈光度的透镜只有上述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。
2.如权利要求1所述的可调焦扫描镜头，其特征在于：所述可调焦扫描镜头还包括光阑，光阑位于液体镜头模组与第三透镜之间。
3.如权利要求1所述的可调焦扫描镜头，其特征在于：所述第一透镜至第五透镜均为玻璃球面透镜。
4.如权利要求1所述的可调焦扫描镜头，其特征在于，所述可调焦扫描镜头满足：9.30＜f1/f＜14.00，1.20＜f2/f＜1.25，0.32＜|f3/f|＜0.37，0.48＜f4/f＜0.55，1.75＜f5/f＜1.95，其中，f为所述可调焦扫描镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f5为第五透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的可调焦扫描镜头，其特征在于，所述可调焦扫描镜头满足：TTL＜20.35mm，TTL为所述可调焦扫描镜头的光学总长。
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