CN110196487B - 一种远心镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远心镜头，包括从物方到相方依次排列的具有正光焦度和双凸结构的第一透镜、具有正光焦度和弯月结构的第二透镜、胶合棱镜、具有正光焦度和弯月结构的第三透镜、具有正光焦度和双凸结构的第四透镜、具有负光焦度和双凹结构的第五透镜、光阑、具有正光焦度和双凸结构的第六镜片、具有负光焦度和双凹结构的第七镜片、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片和具有负光焦度和双凹结构的第九镜片，本发明通过相应的光学元件组合，达到了4倍的放大率，0.18数值孔径，物方工作距65mm，像方图像圆11mm的高分辨率，大视场，高亮度成像。

Description

一种远心镜头
技术领域
本发明涉及机器视觉远心镜头领域，具体为一种远心镜头。
背景技术
在ITO微区检测中，现行的检测用镜头多为物方远心镜头，其数值孔径多为0.112,0.14等，小的数值孔径导致镜头对物体反射光的收集能力较低，检测设备的相机曝光时间设置比较长，而且物方分辨率比较低，也就是物方数值孔径小，光源耦合效率低，图像亮度低，拍摄节奏慢。
例如申请号为:201910064847.9，名称为一种远心镜头，公开了包括由物端到像面依次设置的具有正光焦度和双凸结构的第一透镜G1、具有负光焦度和弯月结构的第二透镜G2、具有正光焦度和双凸结构的第三透镜G3、具有负光焦度和双凹结构的第四透镜G4、棱镜、具有正光焦度的第五透镜G5以及具有正光焦度和双凹结构的第六透镜G6，实现了在高放大倍率下依然具有较高的分辨率与较低的公差敏感度，在具备优良成像质量的同时，该镜头易于生产，但是还是没有解决现有镜头物方数值孔径偏小的问题，以及怎么解决镜头光源耦合效率低的问题和缩减相机曝光时间，提高机器视觉整机的检测效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种远心镜头，本发明通过相应的光学元件组合和材料的选择，以及光学元件和材料之间的优化设计，达到了4倍的放大率，0.18数值孔径，物方工作距65mm，像方图像圆11mm的高分辨率，大视场，高亮度成像，可以满足市场上的在ITO微区检测中的需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种远心镜头，包括从物方到相方依次排列的具有正光焦度和双凸结构的第一透镜、具有正光焦度和弯月结构的第二透镜、胶合棱镜、具有正光焦度和弯月结构的第三透镜、具有正光焦度和双凸结构的第四透镜、具有负光焦度和双凹结构的第五透镜、光阑、具有正光焦度和双凸结构的第六镜片、具有负光焦度和双凹结构的第七镜片、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片和具有负光焦度和双凹结构的第九镜片。
优选的，所述胶合棱镜包括胶合的第一棱镜和第二棱镜。
优选的，点光源接口位于胶合棱镜处。
优选的，物方工作距65mm时，像方图像为圆11mm的高分辨率。
优选的，所述具有正光焦度和弯月结构的第三透镜、具有正光焦度和双凸结构的第四透镜之间胶合在一起。
优选的，所述具有负光焦度和双凹结构的第七镜片、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片之间胶合在一起。
优选的，所述从物方到相方的依次排列的方式为同轴排列。
优选的，所述具有正光焦度和双凸结构的第一透镜、具有正光焦度和弯月结构的第二透镜、具有负光焦度和双凹结构的第五透镜、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片的折射率范围为1.5000-2.0000，阿贝数范围为25-58；所述第一棱镜和第二棱镜的折射率范围为1.5000-1.5530，阿贝数范围为60-70；所述具有正光焦度和弯月结构的第三透镜的折射率范围为1.6440-1.7700，阿贝数范围为25-50；所述具有正光焦度和双凸结构的第四透镜的折射率范围为1.5000-1.6440，阿贝数范围为58-65；所述具有正光焦度和双凸结构的第六镜片的折射率范围为1.482-1.497，阿贝数范围为68-72；所述具有负光焦度和双凹结构的第七镜片的折射率范围为1.5330-1.7700，阿贝数范围为25-65；所述具有负光焦度和双凹结构的第九镜片的折射率范围为1.5330-1.7700，阿贝数范围为25-65。
优选的，所述具有正光焦度和双凸结构的第一透镜、具有正光焦度和弯月结构的第二透镜、具有负光焦度和双凹结构的第五透镜、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片的折射率为1.755，阿贝数为27.54；所述第一棱镜和第二棱镜的折射率为1.516，阿贝数为64.1；所述具有正光焦度和弯月结构的第三透镜的折射率为1.728，阿贝数为28.31；所述具有正光焦度和双凸结构的第四透镜的折射率为1.603，阿贝数为60.63；所述具有正光焦度和双凸结构的第六镜片的折射率为1.487，阿贝数为70.42；所述具有负光焦度和双凹结构的第七镜片的折射率为1.613，阿贝数为60.61；所述具有负光焦度和双凹结构的第九镜片的折射率为1.621，阿贝数为60.34。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过光学元件组合和材料的选择，以及它们之间的优化设计，达到了4倍的放大率，0.18数值孔径，物方工作距65mm，像方图像圆11mm的高分辨率，大视场，高亮度成像，解决了现有镜头物方数值孔径偏小的问题，解决了现有镜头光源耦合效率低的问题，从而提高了图像亮度，缩减相机曝光时间，以及提高了机器视觉整机的检测效率。
附图说明
图1为本发明一种远心镜头的光路图；
图2为本发明一种远心镜头的场曲畸变曲线，表明该前置摄像镜头的畸变控制在了0.035％；
图3为本发明一种远心镜头的MTF曲线，该前置摄像头在166现对的MTF达到了0.4；
图4为本发明一种远心镜头的相对照度曲线，在全视场该镜头的相对照度大于0.995，可以保证采集的图片有比较好的亮度均匀性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-图4所示，本发明提供的一种实施例：一种远心镜头，包括从物方到相方依次排列的具有正光焦度和双凸结构的第一透镜1、具有正光焦度和弯月结构的第二透镜2、胶合棱镜，其中胶合棱镜包括胶合的第一棱镜3和第二棱镜4、具有正光焦度和弯月结构的第三透镜5、具有正光焦度和双凸结构的第四透镜6、具有负光焦度和双凹结构的第五透镜7、光阑8、具有正光焦度和双凸结构的第六镜片9、具有负光焦度和双凹结构的第七镜片10、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片11和具有负光焦度和双凹结构的第九镜片12。在本发明中，远心镜头的构成为11个球面镜和1组胶合棱镜的结构组成；本发明的镜头可以在数值孔径在0.06-0.18的物方数值孔径范围工作；沿光轴自左至右，本发明的镜片光焦度分配为正、正、正、正、负、正、负、正、负。
在本发明中，各个光学元件的参数如表1所示。
表1
Figure BDA0002097438230000051
Figure BDA0002097438230000061
参照表1所示，在本发明中采用了7种光学材料，其中第1,2,7,11镜片的光学材料相同，具体为：具有正光焦度和双凸结构的第一透镜、具有正光焦度和弯月结构的第二透镜、具有负光焦度和双凹结构的第五透镜、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片的折射率为1.755，阿贝数为27.54；第一棱镜和第二棱镜的折射率为1.516，阿贝数为64.1；具有正光焦度和弯月结构的第三透镜的折射率为1.728，阿贝数为28.31；具有正光焦度和双凸结构的第四透镜的折射率为1.603，阿贝数为60.63；具有正光焦度和双凸结构的第六镜片的折射率为1.487，阿贝数为70.42；具有负光焦度和双凹结构的第七镜片的折射率为1.613，阿贝数为60.61；具有负光焦度和双凹结构的第九镜片的折射率为1.621，阿贝数为60.34。
在本发明中，本发明的镜头物方数值孔径为0.18，TTL为227.1mm，放大倍率为4倍，像方像圆直径为11mm，点光源接口在棱镜端面。
在本发明一优选的实施例中，具有正光焦度和弯月结构的第三透镜、具有正光焦度和双凸结构的第四透镜之间胶合在一起，具有负光焦度和双凹结构的第七镜片、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片之间胶合在一起。
在本发明一优选的实施例中，从物方到相方的依次排列的方式为同轴排列。
在本发明中参照图2所示，为本发明镜头的场曲畸变曲线，表明该前置摄像镜头的畸变控制在了0.035％，图3为本发明镜头的MTF曲线，该前置摄像头在166现对的MTF达到了0.4，图4为该远心镜头的相对照度曲线，在全视场该镜头的相对照度大于0.995，可以保证采集的图片有比较好的亮度均匀性。本发明通过上述的光学元件组合和材料的选择，以及它们之间的优化设计，达到了4倍的放大率，0.18数值孔径，物方工作距65mm，像方图像圆11mm的高分辨率，大视场，高亮度成像，解决了现有镜头物方数值孔径偏小的问题，解决了现有镜头光源耦合效率低的问题，从而提高了图像亮度，缩减相机曝光时间，以及提高了机器视觉整机的检测效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种远心镜头，其特征在于：包括从物方到相方依次排列的具有正光焦度和双凸结构的第一透镜、具有正光焦度和弯月结构的第二透镜、胶合棱镜、具有正光焦度和弯月结构的第三透镜、具有正光焦度和双凸结构的第四透镜、具有负光焦度和双凹结构的第五透镜、光阑、具有正光焦度和双凸结构的第六镜片、具有负光焦度和双凹结构的第七镜片、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片和具有负光焦度和双凹结构的第九镜片，所述胶合棱镜包括胶合的第一棱镜和第二棱镜，所述具有正光焦度和双凸结构的第一透镜、具有正光焦度和弯月结构的第二透镜、具有负光焦度和双凹结构的第五透镜、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片的折射率范围为1.5000-2.0000，阿贝数范围为25-58；所述第一棱镜和第二棱镜的折射率范围为1.5000-1.5530，阿贝数范围为60-70；所述具有正光焦度和弯月结构的第三透镜的折射率范围为1.6440-1.7700，阿贝数范围为25-50；所述具有正光焦度和双凸结构的第四透镜的折射率范围为1.5000-1.6440，阿贝数范围为58-65；所述具有正光焦度和双凸结构的第六镜片的折射率范围为1.482-1.497，阿贝数范围为68-72；所述具有负光焦度和双凹结构的第七镜片的折射率范围为1.5330-1.7700，阿贝数范围为25-65；所述具有负光焦度和双凹结构的第九镜片的折射率范围为1.5330-1.7700，阿贝数范围为25-65。
2.根据权利要求1所述的一种远心镜头，其特征在于，点光源接口位于胶合棱镜处。
3.根据权利要求2所述的一种远心镜头，其特征在于：物方工作距65mm时，像方图像为圆11mm的高分辨率。
4.根据权利要求3所述的一种远心镜头，其特征在于：所述具有正光焦度和弯月结构的第三透镜、具有正光焦度和双凸结构的第四透镜之间胶合在一起。
5.根据权利要求4所述的一种远心镜头，其特征在于：所述具有负光焦度和双凹结构的第七镜片、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片之间胶合在一起。
6.根据权利要求5所述的一种远心镜头，其特征在于：所述从物方到相方的依次排列的方式为同轴排列。
7.根据权利要求6所述的一种远心镜头，其特征在于：所述具有正光焦度和双凸结构的第一透镜、具有正光焦度和弯月结构的第二透镜、具有负光焦度和双凹结构的第五透镜、具有正光焦度和双凸结构的第八镜片的折射率为1.755，阿贝数为27.54；所述第一棱镜和第二棱镜的折射率为1.516，阿贝数为64.1；所述具有正光焦度和弯月结构的第三透镜的折射率为1.728，阿贝数为28.31；所述具有正光焦度和双凸结构的第四透镜的折射率为1.603，阿贝数为60.63；所述具有正光焦度和双凸结构的第六镜片的折射率为1.487，阿贝数为70.42；所述具有负光焦度和双凹结构的第七镜片的折射率为1.613，阿贝数为60.61；所述具有负光焦度和双凹结构的第九镜片的折射率为1.621，阿贝数为60.34。
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