CN107884916B

CN107884916B - 一种定焦双侧远心光学镜头

Info

Publication number: CN107884916B
Application number: CN201711302499.1A
Authority: CN
Inventors: 李俊攀; 张荣曜; 郑育亮; 冯科
Original assignee: Fujian Forecam Optics Co Ltd
Current assignee: Fujian Forecam Optics Co Ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: CN107884916A

Abstract

本发明涉及一种定焦双侧远心光学镜头，所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度的前组A、光阑C、负光焦度的后组B，所述前组A包括依次设置的双凸正透镜A1、弯月正透镜A2、双凹负透镜A3及弯月正透镜A4构成的胶合组；所述后组B包括依次设置的双凹负透镜B1、双凸正透镜B2、弯月正透镜B3及弯月负透镜B4构成的胶合组，结构简单。

Description

一种定焦双侧远心光学镜头

技术领域

本发明涉及一种定焦双侧远心光学镜头。

背景技术

现有市场已有多种双侧远心镜头应用于工业检测领域，但许多双侧远心镜头的检测效果仍然不够理想，许多镜头仍然存在较大的边缘畸变，且远心度较大、体积笨重等问题。因此，提出一款具有体积较小且具备高分辨率、高检测精度、宽景深的双侧远心镜头是有意义的。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种结构简单的定焦双侧远心光学镜头。

本发明的技术方案是，一种定焦双侧远心光学镜头，所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度的前组A、光阑C、负光焦度的后组B，所述前组A包括依次设置的双凸正透镜A1、弯月正透镜A2、双凹负透镜A3及弯月正透镜A4构成的胶合组；所述后组B包括依次设置的双凹负透镜B1、双凸正透镜B2、弯月正透镜B3及弯月负透镜B4构成的胶合组。

进一步的，所述镜头前组A的弯月正透镜A2凹面弯向光阑侧；所述镜头前组A的双凹负透镜A3及弯月正透镜A4构成胶合片，其胶合面弯向光阑侧；所述镜头前组A弯月正透镜A4凹面弯向光阑侧；所述镜头后组B的双凸正透镜B2凹面弯向光阑侧；所述镜头后组B的弯月正透镜B3及弯月负透镜B4构成胶合片，其胶合面弯向光阑侧；所述镜头后组B的弯月正透镜B3凹面弯向光阑侧；所述镜头后组B的弯月负透镜B4凹面弯向光阑侧。

进一步的，所述镜头前组A的双凸正透镜A1采用的材料为火石玻璃；弯月正透镜A2采用的材料为冕牌玻璃；弯月正透镜A4采用的材料为火石玻璃；双凹负透镜A3采用的材料为火石玻璃；所述镜头后组B的双凸正透镜B2采用的材料为火石玻璃；弯月正透镜B3采用的材料为火石玻璃；双凹负透镜B1采用的材料为火石玻璃；弯月负透镜B4采用的材料为火石玻璃。

进一步的，所述镜头双凸正透镜A1到弯月正透镜A2之间的空气间隙为1.8mm,弯月正透镜A2到双凹负透镜A3的空气间隙为1mm，弯月正透镜A4到光阑C的空气间隙为27.2mm，光阑C到双凹负透镜B1的空气间隙为6.1mm，双凹负透镜B1到双凸正透镜B2的空气间隙为8.5mm，双凸正透镜B2到弯月正透镜B3的空气间距为29.5mm。

进一步的，镜头前组A与后组B之间的空气间隙为33.3mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单、体积较小，具备良好的加工性能，在近距离下同样具备优异的成像性能；其远心度小且具有固定的放大倍率，在一定物距范围内可使图像的放大倍率保持一致，极小的畸变使得图像失真度大大降低，使其检测精度进一步提升，可充分应用于未来的工业检测领域当中。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本发明实施例的光学***图。

图2为本发明实施例在30线对处调制传递函数曲线图；

图3为本发明实施例在50线对处调制传递函数曲线图；

图4为本发明实施例在80线对处调制传递函数曲线图；

图5为本发明实施例的场曲和畸变图；

图6为本发明实施例的RayFan图；

图7为本发明实施例的照度图。

图中：

A前组A、C光阑C 、B后组B、A1双凸正透镜A1、A2弯月正透镜A2、A3双凹负透镜A3 、A4弯月正透镜A4、B1双凹负透镜B1、B2双凸正透镜B2、B3弯月正透镜B3 、B4弯月负透镜B4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1～7所示，一种定焦双侧远心光学镜头，所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度的前组A、光阑C、负光焦度的后组B，所述前组A包括依次设置的双凸正透镜A1、弯月正透镜A2、双凹负透镜A3及弯月正透镜A4构成的胶合组；所述后组B包括依次设置的双凹负透镜B1、双凸正透镜B2、弯月正透镜B3及弯月负透镜B4构成的胶合组。

在本实施例中，所述镜头前组A的弯月正透镜A2凹面弯向光阑侧；所述镜头前组A的双凹负透镜A3及弯月正透镜A4构成胶合片，其胶合面弯向光阑侧；所述镜头前组A弯月正透镜A4凹面弯向光阑侧；所述镜头后组B的双凸正透镜B2凹面弯向光阑侧；所述镜头后组B的弯月正透镜B3及弯月负透镜B4构成胶合片，其胶合面弯向光阑侧；所述镜头后组B的弯月正透镜B3凹面弯向光阑侧；所述镜头后组B的弯月负透镜B4凹面弯向光阑侧。

在本实施例中，所述镜头前组A的双凸正透镜A1采用的材料为火石玻璃；弯月正透镜A2采用的材料为冕牌玻璃；弯月正透镜A4采用的材料为火石玻璃；双凹负透镜A3采用的材料为火石玻璃；所述镜头后组B的双凸正透镜B2采用的材料为火石玻璃；弯月正透镜B3采用的材料为火石玻璃；双凹负透镜B1采用的材料为火石玻璃；弯月负透镜B4采用的材料为火石玻璃。

在本实施例中，所述镜头双凸正透镜A1到弯月正透镜A2之间的空气间隙为1.8mm,弯月正透镜A2到双凹负透镜A3的空气间隙为1mm，弯月正透镜A4到光阑C的空气间隙为27.2mm，光阑C到双凹负透镜B1的空气间隙为6.1mm，双凹负透镜B1到双凸正透镜B2的空气间隙为8.5mm，双凸正透镜B2到弯月正透镜B3的空气间距为29.5mm。

在本实施例中，镜头前组A与后组B之间的空气间隙为33.3mm。

在本实施例中，由上述镜片组构成的光学***达到了如下的光学指标：

数值孔径NA=0.05；

光学后焦≥22.9mm；

工作距离Work Distance=111mm；

放大倍率Magnification=1.0；

光学畸变Optical Distortion≤-0.006%；

物方远心度Object Size Telecentricity≤0.015；

像方远心度Image Size Telecentricity≤0.025；

光学总长TTL≤139mm；

相对照度≥99.5% （φ11mm）；

成像面尺寸Image Size=φ11mm；

在本实施例中，所述双侧远心镜头具有如下特征：设焦距为f，从物面至像面的光学镜片焦距依次为f1至f8；二者有如下特征：f1/f=0.01；f2/f=0.025；f3/f=-0.005；f4/f=0.006；f5/f=-0.004；f6/f=0.01；f7/f=0.008；f8/f=-0.01。

在本实施例中，各镜片的参数如下表所示：

在本实施例中，由上述双侧远心镜头性能指标可知，该双侧远心镜头光学畸变Optical Distortion≤-0.006%，该发明方案远小于目前市面上同物距和同倍率下的畸变数值，有效降低了图像边缘失真度，使检测精度得到了进一步提高；由上述双侧远心镜头性能指标可知，该双侧远心镜头的物方远心度Object Size Telecentricity≤0.015，说明该镜头物方主光线充分平行于光轴，并汇聚于物方无穷远处。因此，在景深范围内，无论物距如何变化，其像空间与物空间的比例恒为定值，为镜头提供了良好的消除视觉差异的能力。该双侧远心镜头的像方远心度Image Size Telecentricity≤0.025，说明该镜头的像方主光线充分平行于光轴，其汇聚中心位于像方无穷远。因此，该镜头将不会存在偏色等问题，同时可以保证芯片受光面积的均匀性，使像面照度更加均匀。由上述镜头性能指标参数可知其光学总长TTL≤139mm，相较于市面上的双侧远心镜头，该镜头的长度小，体积小，重量轻，提高了此镜头在不同检测领域的受用率。由上述镜头性能指标参数有：相对照度≥99.5% （φ11mm），成像面尺寸Image Size=φ11mm，在最大像面φ11mm处的相对照度接近百分百，为检测过程提供了良好的照度条件，使用适当的光源可使像面亮度进一步提高。由镜头参数表可知镜头前组最大半口径仅为11.8mm，后组最大半口径仅为7.85mm，较小的镜片外径尺寸使得镜头外壁结构尺寸减小，使镜头更易于加工组装，让镜头显得更加小巧轻便。

在本实施例中，由图1可知所述双侧远心镜头由八片球面透镜构成，前组采用四片正光焦度镜组，后组则采用四片负光焦度组合实现光焦度的平衡，相近的光焦度使的像方、物方主光线平行于光轴，实现其对应的远心功能。所述镜头前组A的双凸正透镜A1使用镧系材料可以减小该片球差的基础上兼顾色差的校正。弯月正透镜A2采用冕牌材料能有效降低该片色差，弯月正透镜A2的凹面及双凹负透镜A3和弯月正透镜A4 构成的胶合片的胶合面均弯向光阑一侧，能有效减少球差的引入。所述镜头后组B的双凹负透镜B1采用火石材料，使该片球差减小。同样地，镜头后组B的胶合片B3、B4的胶合面弯向光阑，使后组B的倾斜于光轴的光束像差减小，B3、B4可根据不同的折射率匹配达到校正球差的效果。小视场下亦可确保像散场曲得到良好校正，通过材料优化及敏感片焦距改良使镜头在高低温环境下可以正常使用，合理的光焦度分配降低了镜头整体敏感度，提高了此款双侧远心镜头的生产力。

在本实施例中，由图2可以看出该双侧远心镜头在30线对处调制传递函数值接近0.8，由图3可知其在50线对处传函值为0.6，由图4可知其在80线对处传函值为0.4，其中T、S分别对应子午传函值及弧矢传函值，其上数值代表所对应像面大小。由图2、3、4可知其传函均接近衍射极限，因此该镜头具有景深大、且检测分辨效果佳的优势。

在本实施例中，由图5可知该双侧远心镜头畸变在-0.006%之内，且各视场及各波长畸变都处在一个均匀的水平。图6为该镜头RayFan图，从图中可知该镜头球差及其余像差均处于较低水平，镜头成像质量良好。图7为该镜头照度图，由图可知该镜头的照度在芯片各个位置上均匀分布，确保了检测画面的亮度均匀性。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种定焦双侧远心光学镜头，其特征在于：所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度的前组A、光阑C、负光焦度的后组B，所述前组A由依次设置的双凸正透镜A1、弯月正透镜A2、双凹负透镜A3及弯月正透镜A4构成的胶合组组成；所述后组B由依次设置的双凹负透镜B1、双凸正透镜B2、弯月正透镜B3及弯月负透镜B4构成的胶合组组成；所述镜头前组A的弯月正透镜A2凹面弯向光阑侧；所述镜头前组A的双凹负透镜A3及弯月正透镜A4构成胶合片，其胶合面弯向光阑侧；所述镜头前组A弯月正透镜A4凹面弯向光阑侧；所述镜头后组B的弯月正透镜B3及弯月负透镜B4构成胶合片，其胶合面弯向光阑侧；所述镜头后组B的弯月正透镜B3凹面弯向光阑侧；所述镜头后组B的弯月负透镜B4凹面弯向光阑侧；所述镜头前组A的双凸正透镜A1采用的材料为火石玻璃；弯月正透镜A2采用的材料为冕牌玻璃；弯月正透镜A4采用的材料为火石玻璃；双凹负透镜A3采用的材料为火石玻璃；所述镜头后组B的双凸正透镜B2采用的材料为火石玻璃；弯月正透镜B3采用的材料为火石玻璃；双凹负透镜B1采用的材料为火石玻璃；弯月负透镜B4采用的材料为火石玻璃；所述镜头双凸正透镜A1到弯月正透镜A2之间的空气间隙为1.8mm,弯月正透镜A2到双凹负透镜A3的空气间隙为1mm，弯月正透镜A4到光阑C的空气间隙为27.2mm，光阑C到双凹负透镜B1的空气间隙为6.1mm，双凹负透镜B1到双凸正透镜B2的空气间隙为8.5mm，双凸正透镜B2到弯月正透镜B3的空气间距为29.5mm；镜头前组A与后组B之间的空气间隙为33.3mm。