CN111077602A

CN111077602A - 一种搭配液体镜头的4k镜头

Info

Publication number: CN111077602A
Application number: CN202010018710.2A
Authority: CN
Inventors: 郑毅; 池鸿洲
Original assignee: Xiamen Leading Optics Co Ltd
Current assignee: Xiamen Leading Optics Co Ltd
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2020-04-28

Abstract

本发明涉及一种搭配液体镜头的4K镜头，其从物侧至像侧沿一光轴依次包括液体镜头、光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，该第一透镜至第六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，该4K镜头在无液体镜头的条件下可独立成像，具有检测返修等大幅度简化、大的可用通光等优势。

Description

一种搭配液体镜头的4K镜头

技术领域

本发明涉及光学成像镜头领域，具体是涉及一种搭配液体镜头的4K镜头。

背景技术

光学镜头是机器视觉***中必不可少的部件。目前普通单焦镜头应用只能在固定物距下才能聚焦到最清晰的点，具有较大局限性。为实现可调物距改变聚焦位置，目前存在机械变焦的可变焦镜头和液体变焦的可变焦镜头，液体变焦的可变焦镜头也叫液体镜头，相对于机械变焦的可变焦镜头，液体镜头具有体积更小的优势。

但目前市场的液体镜头还至少存有以下几个问题：

1、液体镜头的主流通光远未达到应用所需理想通光值；

2、液体镜头分辨率水平较差，无法达到4K分辨率，导致大量像素损失；

3、液体镜头多采用现有镜头改造，采用光阑中置，在安装、返修过程存在困难；

4.液体镜头无驱动条件下，无法独立成像，检测存在困难；

5.液体镜头相对照度受限于液体镜头本身，相对照度差。

发明内容

本发明旨在提供一种搭配液体镜头的4K镜头，以至少解决上述问题的其一。

本发明使用表1列出的参数，但不局限于只使用这些参数：

表1参数表

参数	定义
		T1	第一透镜在光轴的中心厚度；
T2	第二透镜在光轴的中心厚度；
		T3	第三透镜在光轴的中心厚度；
T4	第四透镜在光轴的中心厚度；
		T5	第五透镜在光轴的中心厚度；
T6	第六透镜在光轴的中心厚度；
		G12	第一透镜到第二透镜在光轴上的空气间隙；
G23	第二透镜到第三透镜在光轴上的空气间隙；
		G34	第三透镜到第四透镜在光轴上的空气间隙；
G45	第四透镜到第五透镜在光轴上的空气间隙；
		G56	第五透镜到第六透镜在光轴上的空气间隙；
Gstop	光阑前后空气间隙总和；
		ALT	透镜组在光轴上的厚度总和；
ALG	***空气间隙之和；
		TTL	第一透镜到成像面在光轴上的距离。

具体方案如下：

一种搭配液体镜头的4K镜头，其从物侧至像侧沿一光轴依次包括液体镜头、光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，该第一透镜至第六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；其中，该第一透镜具正屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面或平面；该第二透镜具正屈光率，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面或平面；该第三透镜具负屈光率，该第三透镜的物侧面为凸面，该第三透镜的像侧面为凹面；该第四透镜具负屈光率，该第四透镜的物侧面为凹面，该第四透镜的像侧面为凹面；该第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面；该第六透镜具正屈光率，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凹面。且该4K镜头在无液体镜头的条件下可独立成像。

本发明提供的4K镜头与现有技术相比较至少具有以下其中之一的优点：

1、单镜头采用光阑前置设计，在无液体镜头条件下可独立成像，检测返修等大幅度简化。

2、在存在液体镜头条件下，实现最大可用通光，更换或移除液体镜头可获取更大通光。

3、分辨率可满足4K分辨率传感器使用，减少不必要的像素损失，牺牲少量相对照度条件下，可获取更大像面。

4、针对现有4K分辨率传感器，量产良率达到90％以上。

5、***针对可见光、近红外光及混合光设计，可兼顾多种使用环境。

附图说明

图1示出了4K镜头的光路图。

图2示出了实施例一中第一至第六透镜的光路图。

图3示出了实施例一中435nm～850nm光线的MTF图。

图4示出了实施例一中435nm～850nm光线的焦移曲线图。

图5示出了实施例一中的场曲和畸变图。

图6示出了实施例一中546nm光线的相对照度图。

图7示出了实施例一中435nm～850nm光线的色差图。

图8示出了实施例二中第一至第六透镜的光路图。

图9示出了实施例二中435nm～850nm光线的MTF图。

图10示出了实施例二中435nm～850nm光线的焦移曲线图。

图11示出了实施例二中的场曲和畸变图。

图12示出了实施例二中546nm光线的相对照度图。

图13示出了实施例三中第一至第六透镜的光路图。

图14示出了实施例三中435nm～850nm光线的MTF图。

图15示出了实施例三中435nm～850nm光线的焦移曲线图。

图16示出了实施例三中的场曲和畸变图。

图17示出了实施例三中546nm光线的相对照度图。

图18示出了实施例四中第一至第六透镜的光路图。

图19示出了实施例四中435nm～850nm光线的MTF图。

图20示出了实施例四中435nm～850nm光线的焦移曲线图。

图21示出了实施例四中的场曲和畸变图。

图22示出了实施例四中546nm光线的相对照度图。

图23示出了实施例五中第一至第六透镜的光路图。

图24示出了实施例五中435nm～850nm光线的MTF图。

图25示出了实施例五中435nm～850nm光线的焦移曲线图。

图26示出了实施例五中的场曲和畸变图。

图27示出了实施例五中546nm光线的相对照度图。

图28示出了实施例六中第一至第六透镜的光路图。

图29示出了实施例六中435nm～850nm光线的MTF图。

图30示出了实施例六中435nm～850nm光线的焦移曲线图。

图31示出了实施例六中的场曲和畸变图。

图32示出了实施例六中546nm光线的相对照度图。

图33示出了实施例一至实施例六中相关条件表达式的具体数值。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

在本说明书中所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(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 datasheet)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。

本发明提供了一种搭配液体镜头的4K镜头，其从物侧至像侧沿一光轴依次包括液体镜头、光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，该第一透镜至第六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。其中，

该第一透镜具正屈光率，该第一透镜的物侧面为凸面，该第一透镜的像侧面为凹面或平面；

该第二透镜具正屈光率，该第二透镜的物侧面为凸面，该第二透镜的像侧面为凹面或平面；

该第三透镜具负屈光率，该第三透镜的物侧面为凸面，该第三透镜的像侧面为凹面；

该第四透镜具负屈光率，该第四透镜的物侧面为凹面，该第四透镜的像侧面为凹面；

该第五透镜具正屈光率，该第五透镜的物侧面为凸面，该第五透镜的像侧面为凸面；

该第六透镜具正屈光率，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凹面。

该4K镜头在无液体镜头的条件下可独立成像。

在一些实施例中，该4K镜头采用前置光阑结构，第一至第六透镜划分为前后组，第一至第三透镜组成前镜片组，前镜片组采用两正一负三片弯月透镜，其中，第一透镜为正透镜，第二透镜为正透镜，第三透镜为负透镜。第一透镜对***预屈光，当***需求较低时，第一、第二透镜可合并为单一正透镜，第二、第三透镜可构成胶合镜片，以减少轴、面偏敏感度。

这里以及下文所说的两透镜合并为单一透镜是指两透镜由一单一的透镜所替代，单一的透镜具有与两透镜胶合成的胶合透镜相同的面型结构。例如第一、第二透镜合并为单一正透镜是由一单片透镜替代第一、二透镜，且该单片透镜的物侧面与第一透镜的物侧面相同，该单片透镜的像侧面与第二透镜的像侧面相同，该单片透镜在光轴上的中心厚度为第一、二透镜在光轴上的中心厚度之和。

在一些实施例中，在***需求较低时，第三透镜与第四透镜可合并为单一负透镜，以减少***镜片数量。

在第三透镜与第四透镜合并为单一负透镜后，第五透镜与第六透镜构成新的后镜片组，第五透镜保持双凸透镜，第六透镜保持弯月正透镜，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凹面，以矫正前后镜片组的像散量。

在一些实施例中，第一透镜与第二透镜可合并为一合成正透镜，第三透镜与第四透镜可合并为一合成负透镜，该合成正透镜和合成负透镜胶合，从而构成胶合镜片，且第五透镜与第六透镜构成新的后镜片组；其中，第五透镜保持双凸透镜，第六透镜保持弯月正透镜，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凹面，以矫正前后镜片组的像散量，降低***敏感度，并且在***孔径较小时，可在大幅降低***成本的同时提高生产良率。

在一些实施例中，第一透镜至第六透镜中，第一至第五透镜具有大致相同的折射率，且第一至第五透镜的折射率不大于第六透镜的折射率，即1.55≤nd1≈nd2≈nd3≈nd4≈nd5≤nd6≤2.1；其中，nd1、nd2、nd3、nd4、nd5、nd6分别为第一至第六透镜折射率，能够比较好地对该光学成像镜头的结构进行优化。

在一些实施例中，该4K镜头符合条件式：vd4＜vd5；其中，vd4、vd5分别为第四透镜、第五透镜色散系数，有利于更好地校正色差。

在一些实施例中，该4K镜头至少符合下列条件式的其一：

3.8mm<ALG<6.5mm；

10<ALT<12；

1.5<ALT/ALG<3.0；

TTL＜25；

以较好地对该光学成像镜头的成像进行优化。

实施例一

本具体实施例提供了一种搭配液体镜头的4K镜头，参考图1，其从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括液体镜头1、光阑2、第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6、第五透镜7和第六透镜8，该第一透镜3至第六透镜8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。其中，

该第一透镜3具正屈光率，该第一透镜3的物侧面为凸面，该第一透镜3的像侧面为凹面或平面；

该第二透镜4具正屈光率，该第二透镜4的物侧面为凸面，该第二透镜4的像侧面为凹面或平面；

该第三透镜5具负屈光率，该第三透镜5的物侧面为凸面，该第三透镜5的像侧面为凹面；

该第四透镜6具负屈光率，该第四透镜6的物侧面为凹面，该第四透镜6的像侧面为凹面；

该第五透镜7具正屈光率，该第五透镜7的物侧面为凸面，该第五透镜7的像侧面为凸面；

该第六透镜8具正屈光率，该第六透镜8的物侧面为凸面，该第六透镜8的像侧面为凹面。

参考图2，该4K镜头在无液体镜头1的条件下可在成像面9上独立成像。

本具体实施例中，第四、第五透镜胶合构成胶合镜片。

本具体实施例的详细光学数据如表2所示。

表2.实施例一的详细光学数据：

在本具体实施例中，液体镜头为optotune公司的EL-3-10液体镜头，但并不限定于此，可适配相近及更高规格液体镜头，其它相关条件表达式的数值请参考图33。

本具体实施例的435nm～850nm的MTF曲线图请参阅图3，从图中可以看出该款镜头全视场分辨率可达150lp/mm>0.2，图像均匀，符合4K镜头的要求。435nm～850nm的焦移曲线图请参阅图4，从图中可以看出该款镜头在435nm～850nm的光线下离焦量小。场曲及畸变图请参阅图5的(A)和(B)，可以看出畸变小，成像质量高。546nm相对照度图请参阅图6，可以看出相对照度较大，大于80％。色差请参阅图7，435nm～850nm光线的色差均在可接受范围内。

实施例二

本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数不同。

本具体实施例中，第四、第五透镜胶合构成胶合镜片。

本具体实施例的详细光学数据如表3所示。

表3.实施例二的详细光学数据：

本具体实施例的435nm～850nm的MTF曲线图请参阅图9，从图中可以看出该款镜头全视场分辨率可达150lp/mm>0.2，图像均匀，符合4K镜头的要求。435nm～850nm的焦移曲线图请参阅图10，从图中可以看出该款镜头在435nm～850nm的光线下离焦量小。场曲及畸变图请参阅图11的(A)和(B)，可以看出畸变小，成像质量高。546nm的相对照度图请参阅图12，可以看出相对照度较大，大于90％。

实施例三

本具体实施例中，第四、第五透镜胶合构成胶合镜片。

本具体实施例的详细光学数据如表4所示。

表4.实施例三的详细光学数据：

本具体实施例的435nm～850nm的MTF曲线图请参阅图14，从图中可以看出该款镜头全视场分辨率可达150lp/mm>0.3，图像均匀，符合4K镜头的要求。435nm～850nm的焦移曲线图请参阅图15，从图中可以看出该款镜头在435nm～850nm的光线下离焦量小。场曲及畸变图请参阅图16的(A)和(B)，可以看出畸变小，成像质量高。546nm的相对照度图请参阅图17，可以看出相对照度较大，大于80％。

实施例四

本具体实施例中，第四、第五透镜胶合构成胶合镜片。

本具体实施例的详细光学数据如表5所示。

表5.实施例四的详细光学数据：

本具体实施例的435nm～850nm的MTF曲线图请参阅图19，从图中可以看出该款镜头全视场分辨率可达150lp/mm>0.3，图像均匀，符合4K镜头的要求。435nm～850nm的焦移曲线图请参阅图20，从图中可以看出该款镜头在435nm～850nm的光线下离焦量小。场曲及畸变图请参阅图21的(A)和(B)，可以看出畸变小，成像质量高。546nm的相对照度图请参阅图22，可以看出相对照度较大，大于80％。

实施例五

本具体实施例中，第二、第三透镜胶合构成胶合镜片，第四、第五透镜胶合构成胶合镜片。

本具体实施例的详细光学数据如表6示。

表6实施例五的详细光学数据：

本具体实施例的435nm～850nm的MTF曲线图请参阅图24，从图中可以看出该款镜头全视场分辨率可达150lp/mm>0.3，图像均匀，符合4K镜头的要求。435nm～850nm的焦移曲线图请参阅图25，从图中可以看出该款镜头在435nm～850nm的光线下离焦量小。场曲及畸变图请参阅图26的(A)和(B)，可以看出畸变小，成像质量高。546nm的相对照度图请参阅图27，可以看出相对照度较大，大于80％。

实施例六

本实施例与实施例一的差别在于，本实施例中不具有液体镜头，且第一透镜与第二透镜合并为一合成正透镜，第三透镜与第四透镜合并为一合成负透镜，该合成正透镜和合成负透镜胶合，从而构成胶合镜片，且第五透镜与第六透镜构成新的后镜片组；其中，第五透镜保持双凸透镜，第六透镜保持弯月正透镜，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凹面。

本具体实施例的详细光学数据如表7示。

表7实施例六的详细光学数据：

在本具体实施例中，其它相关条件表达式的数值请参考图33。

本具体实施例的435nm～850nm的MTF曲线图请参阅图29，从图中可以看出该款镜头全视场分辨率可达150lp/mm>0.3，图像均匀，符合4K镜头的要求。435nm～850nm的焦移曲线图请参阅图30，从图中可以看出该款镜头在435nm～850nm的光线下离焦量小。场曲及畸变图请参阅图31的(A)和(B)，可以看出畸变小，成像质量高。546nm的相对照度图请参阅图32，可以看出相对照度较大，大于90％。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种搭配液体镜头的4K镜头，其从物侧至像侧沿一光轴依次包括液体镜头、光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，该第一透镜至第六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；其中，

该第六透镜具正屈光率，该第六透镜的物侧面为凸面，该第六透镜的像侧面为凹面；

且该4K镜头在无液体镜头的条件下可独立成像。

2.根据权利要求1所述的4K镜头，其特征在于：所述第一、第二透镜合并为具有正屈光率的单一镜片，第二、第三透镜为胶合镜片。

3.根据权利要求1所述的4K镜头，其特征在于：所述第三、第四透镜合并为具有负屈光率的单一镜片。

4.根据权利要求1所述的4K镜头，其特征在于：所述第一、第二透镜合并为一具有正屈光率的一单一镜片，该单一镜片定义为合成正透镜，第三、第四透镜合并为一具有负屈光率的另一单一镜片，该另一单一镜片定义为合成负透镜，该合成正透镜和合成负透镜胶合而构成胶合镜片。

5.根据权利要求1所述的4K镜头，其特征在于，符合下列条件式：1.55≤nd1≈nd2≈nd3≈nd4≈nd5≤nd6≤2.1，其中nd1、nd2、nd3、nd4、nd5、nd6分别为第一至第六透镜折射率。

6.根据权利要求1所述的4K镜头，其特征在于，符合下列条件式：vd4＜vd5；其中vd4、vd5分别为第四透镜和第五透镜色散系数。

7.根据权利要求1所述的4K镜头，其特征在于，符合下列条件式：3.8mm<ALG<6.5mm；其中ALG为空气间隙之和。

8.根据权利要求1所述的4K镜头，其特征在于，符合下列条件式：10mm<ALT<12mm；其中ALT为第一至第六透镜在光轴上的厚度总和。

9.根据权利要求1所述的4K镜头，其特征在于，符合下列条件式：1.5<ALT/ALG<3.0；其中ALG为空气间隙之和，ALT为第一至第六透镜在光轴上的厚度总和。

10.根据权利要求1所述的4K镜头，其特征在于，符合下列条件式：TTL＜25mm；其中，第一透镜到成像面在光轴上的距离。