CN111190269A - 一种高解析度工业镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明属于镜头技术领域，具体涉及一种高解析度工业镜头，包括机械装置及安装于机械装置内部的光学模组，光学模组由物方到像方依次设置第一透镜组S1、第二透镜组S2、光阑和第三透镜组S3，光学模组的焦距f，第一透镜组S1的焦距为fs1，第二透镜组S2的焦距为fs2，第三透镜组S3的焦距为fs3，2.5＜|fs1/f|＜3.5；2.0＜|fs2/f|＜3.0；0.5＜|fs3/f|＜1.0。本发明实现了焦距为16mm的高解析度工业镜头的光学模组，像方F数为2.8，最大成像面为φ9mm，最高分辨率可达230lp/mm，全视场最大光学畸变低于0.25％。

Description

一种高解析度工业镜头
技术领域
本发明属于工业镜头技术领域，具体涉及一种高解析度工业镜头。
背景技术
在工业4.0的带动下工业镜头也在不断发展进步。然而随着应用需求不断提高，对工业镜头的要求也越来越高。尤其是在一些触摸屏电路定位监控、玻璃划伤检测、食品色选等应用中，对工业镜头的光学畸变、分辨率等要求越来越高；与此同时，与镜头匹配的相机芯片的像元趋向小型化，小像元高像素芯片不断涌现。
目前，市面上的机器视觉镜头，如专利号为“201611170973.5”的专利，该镜头的分辨率为150lp/mm，像素500万，无法满足更高解析度的需求；又如专利号为“201711003199.3”的专利，该镜头的像素大于1000万，但是畸变仅仅是<0.5％，同样无法满足现有需求；再如专利号为“201721339764.9”的专利，该镜头的分辨率也是150lp/mm。
另外，国内现有的工业镜头普遍是针对大像元芯片设计，小靶面高像素的工业镜头少。因此对于小像元高像素、低畸变的工业镜头的研发就更为迫切。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，研发具有较高的分辨率的工业镜头，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm像元芯片；低畸变、具有良好的色差矫正能力的高解析度工业镜头光学模组。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高解析度工业镜头，包括机械装置及安装于所述机械装置内部的光学模组，所述光学模组由物方到像方依次设置第一透镜组S1、第二透镜组S2、光阑和第三透镜组S3；
所述第一透镜组S1包括具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及双凸结构的第二透镜G2；
所述第二透镜组S2包括具有正光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及弯月结构的第四透镜G4；
所述第三透镜组S3包括具有负光焦度及双凹结构的第五透镜G5、具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6、具有正光焦度及弯月结构的第七透镜G7、具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8；
所述第三透镜G3与所述第四透镜G4胶合组成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第五透镜G5与所述第六透镜G6胶合组成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2；
所述光学模组的焦距f，所述第一透镜组S1的焦距为fs1，所述第二透镜组S2的焦距为fs2，所述第三透镜组S3的焦距为fs3，fs1和f的比值满足关系式：2.5＜|fs1/f|＜3.5；fs2和f的比值满足关系式：2.0＜|fs2/f|＜3.0；fs3和f的比值满足关系式：0.5＜|fs3/f|＜1.0；。
作为本发明所述的高解析度工业镜头的一种改进，所述第一透镜G1靠近所述物方表面的顶点到所述第八透镜G8靠近所述像方表面的顶点之间的距离L与所述光学模组的焦距f，满足关系式：1.2＜|L/f|。
作为本发明所述的高解析度工业镜头的一种改进，所述光学模组的第八透镜G8到像面的距离即光学后截距BFL与所述光学模组的焦距f，满足关系式：|BFL/f|＜1.2。
作为本发明所述的高解析度工业镜头的一种改进，所述光学模组的半像高y’与所述光学模组的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.30。
作为本发明所述的高解析度工业镜头的一种改进，所述第一透镜G1的折射率为n1，1.85＜n1＜1.95，所述第二透镜G2的折射率为n2，1.75＜n2＜1.90。所述第一透镜组S1属于正负光焦度分离结构，能有效地减小场曲对像质的影响。
作为本发明所述的高解析度工业镜头的一种改进，所述第三透镜G3的焦距为fG3，所述第四透镜G4的焦距为fG4，fG3和fs2的比值满足关系式：0.6＜|fG3/fs2|＜0.90，fG4和fs2的比值满足关系式：0.20＜|fG4/fs2|＜0.45。
作为本发明所述的高解析度工业镜头的一种改进，所述第二胶合透镜组U2的焦距为fu2，fu2和fs3的比值满足关系式：27.0＜|fu2/fs3|＜30.0，所述第五透镜的折射率为n5，所述第六透镜的折射率为n6，1.75＜n5＜1.85，1.40＜n6＜1.55。
作为本发明所述的高解析度工业镜头的一种改进，所述第七透镜G7的折射率为n7，所述第八透镜G8的折射率为n8，1.65＜n7、n8＜1.80。
作为本发明所述的高解析度工业镜头的一种改进，所述的各个透镜均为球面镜。
作为本发明所述的高解析度工业镜头的一种改进，所述光阑孔径为圆孔，所述光阑的光圈在F2.8～F16范围内可调
本发明的有益效果在于：通过上述结构实现了焦距为16mm的高解析度工业镜头的光学模组，像方F数为2.8，最大成像面为φ9mm，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm像元芯片，对应的1/1.8″芯片时，全视场最大光学畸变低于0.25％；采用整组对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例的镜头光学模组图示；
图2为实施例的镜头光学模组光学畸变曲线图；
图中：1-光阑；2-像面；G1-第一透镜；G2-第二透镜；G3-第三透镜；G4-第四透镜；G5-第五透镜；G6-第六透镜；G7-第七透镜；G8-第八透镜；U1-第一胶合透镜组；U2-第二胶合透镜组，S1-第一透镜组，S2-第二透镜组，S3-第三透镜组。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本实施例提供一种高解析度工业镜头，包括机械装置及安装于机械装置内部的光学模组，光学模组由物方到像方依次设置第一透镜组S1、第二透镜组S2、光阑1和第三透镜组S3；
第一透镜组S1包括具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及双凸结构的第二透镜G2；
第二透镜组S2包括具有正光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及弯月结构的第四透镜G4；
第三透镜组S3包括具有负光焦度及双凹结构的第五透镜G5、具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6、具有正光焦度及弯月结构的第七透镜G7、具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8；
第三透镜G3与第四透镜G4胶合组成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1，第五透镜G5与第六透镜G6胶合组成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2；
光学模组的焦距f，第一透镜组S1的焦距为fs1，第二透镜组S2的焦距为fs2，第三透镜组S3的焦距为fs3，fs1和f的比值满足关系式：2.5＜|f s1/f|＜3.5；fs2和f的比值满足关系式：2.0＜|fs2/f|＜3.0；fs3和f的比值满足关系式：0.5＜|fs3/f|＜1.0；。
进一步地，第一透镜G1靠近物方表面的顶点到第八透镜G8靠近像方表面的顶点之间的距离L与光学模组的焦距f，满足关系式：1.2＜|L/f|。
进一步地，光学模组的第八透镜G8到像面2的距离即光学后截距BFL与光学模组的焦距f，满足关系式：|BFL/f|＜1.2。
进一步地，光学模组的半像高y’与光学模组的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.30。
进一步地，第一透镜G1的折射率为n1，1.85＜n1＜1.95；第二透镜G2的折射率为n2，1.75＜n2＜1.90。第一透镜组S1属于正负光焦度分离结构，能有效地减小场曲对像质的影响。
进一步地，第三透镜G3的焦距为fG3，第四透镜G4的焦距为fG4，fG3和fs2的比值满足关系式：0.6＜|fG3/fs2|＜0.90，fG4和fs2的比值满足关系式：0.20＜|fG4/fs2|＜0.45。
进一步地，第二胶合透镜组U2的焦距为fu2，fu2和fs3的比值满足关系式：27.0＜|fu2/fs3|＜30.0，第五透镜的折射率为n5，第六透镜的折射率为n6，1.75＜n5＜1.85，1.40＜n6＜1.55。
进一步地，第七透镜G7的折射率为n7，第八透镜G8的折射率为n8，1.65＜n7、n8＜1.80。
进一步地，各个透镜均为球面镜。
进一步地，光阑1孔径为圆孔，光阑1的光圈在F2.8～F16范围内可调。
具体光学模组数据如下：
Figure BDA0002402629200000061
Figure BDA0002402629200000071
在本实施例中，光学模组的焦距f为16mm，最大光圈为F#＝2.8，
第一透镜组S1的焦距fS1＝48.2mm，第二透镜组S2的焦距fS2＝-36.3mm，第三透镜组S3的焦距fS3＝11.7mm，第一透镜G1的前表面顶点到第八透镜G8的后表面顶点的距离L＝34.8mm，光学后截距BFL＝13.5mm，半像高y’＝4.5mm，第三透镜G3的焦距fG3＝27.4mm，第四透镜G4的焦距fG4＝-12.1mm，第二胶合透镜组的焦距fU2＝339.8mm。
各个关系式：|fS1/f|＝3.01；|fS2/f|＝2.26；|fS3/f|＝0.73；
|L/f|＝2.17；|BFL/f|＝0.84；|y’/f|＝0.28；|fG3/fS2|＝0.75；
|fG4/fS2|＝0.33；|fU2/fS3|＝29.04。
满足关系式：
2.5<|fS1/f|<3.5；2.0<|fS2/f|<3.0；0.5<|fS3/f|<1.0；
|L/f|>1.2；|BFL/f|＜1.2；|y’/f|＜0.35；0.6＜|fG3/fS2|＜0.90；
0.20＜|fG4/fS2|＜0.45；27.0＜|fU2/fS3|＜30.0。
图2所示为本实施例的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.25％；
通过上述结构实现了焦距为16mm的高解析度工业镜头的光学模组，像方F数为2.8，最大成像面为φ9mm，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm像元芯片，对应的1/1.8″芯片时，其像素可达到500万像素，全视场最大光学畸变低于0.25％；采用整组对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高解析度工业镜头，其特征在于：包括机械装置及安装于所述机械装置内部的光学模组，所述光学模组由物方到像方依次设置第一透镜组S1、第二透镜组S2、光阑(1)和第三透镜组S3；
所述第一透镜组S1包括具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及双凸结构的第二透镜G2；
所述第二透镜组S2包括具有正光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及弯月结构的第四透镜G4；
所述第三透镜组S3包括具有负光焦度及双凹结构的第五透镜G5、具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6、具有正光焦度及弯月结构的第七透镜G7、具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8；
所述第三透镜G3与所述第四透镜G4胶合组成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第五透镜G5与所述第六透镜G6胶合组成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2；
所述光学模组的焦距f，所述第一透镜组S1的焦距为fs1，所述第二透镜组S2的焦距为fs2，所述第三透镜组S3的焦距为fs3，fs1和f的比值满足关系式：2.5＜|fs1/f|＜3.5；fs2和f的比值满足关系式：2.0＜|fs2/f|＜3.0；fs3和f的比值满足关系式：0.5＜|fs3/f|＜1.0。
2.根据权利要求1所述的高解析度工业镜头，其特征在于：所述第一透镜G1靠近所述物方表面的顶点到所述第八透镜G8靠近所述像方表面的顶点之间的距离L与所述光学模组的焦距f，满足关系式：1.2＜|L/f|。
3.根据权利要求1所述的高解析度工业镜头，其特征在于：所述光学模组的第八透镜G8到像面(2)的距离即光学后截距BFL与所述光学模组的焦距f，满足关系式：|BFL/f|＜1.2。
4.根据权利要求1所述的高解析度工业镜头，其特征在于：所述光学模组的半像高y’与所述光学模组的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.30。
5.根据权利要求1所述的高解析度工业镜头，其特征在于：所述第一透镜G1的折射率为n1，1.85＜n1＜1.95；所述第二透镜G2的折射率为n2，1.75＜n2＜1.90。
6.根据权利要求1所述的高解析度工业镜头，其特征在于：所述第三透镜G3的焦距为fG3，所述第四透镜G4的焦距为fG4，fG3和fs2的比值满足关系式：0.6＜|fG3/fs2|＜0.90，fG4和fs2的比值满足关系式：0.20＜|fG4/fs2|＜0.45。
7.根据权利要求1所述的高解析度工业镜头，其特征在于：所述第二胶合透镜组U2的焦距为fu2，fu2和fs3的比值满足关系式：27.0＜|fu2/fs3|＜30.0，所述第五透镜的折射率为n5，所述第六透镜的折射率为n6，1.75＜n5＜1.85，1.40＜n6＜1.55。
8.根据权利要求1所述的高解析度工业镜头，其特征在于：所述第七透镜G7的折射率为n7，所述第八透镜G8的折射率为n8，1.65＜n7、n8＜1.80。
9.根据权利要求1所述的高解析度工业镜头，其特征在于：所述的各个透镜均为球面镜。
10.根据权利要求1所述的高解析度工业镜头，其特征在于：所述光阑(1)孔径为圆孔，所述光阑(1)的光圈在F2.8～F16范围内可调。
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