CN112698500A - 高分辨率定焦镜头及相机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分辨率定焦镜头及相机，其中高分辨率定焦镜头包括机械装置以及安装在机械装置内部的光学***，光学***从像方到物方依次设置有前透镜组、中透镜组、光阑以及后调焦组；前透镜组包括具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜以及具有负光焦度的第三透镜；中透镜组包括具有正光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜；后调焦组包括具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜、具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜以及具有正光焦度的第十一透镜；采用本发明高分辨率定焦镜头有利于匹配更大靶面和更高分辨率的相机。

Description

高分辨率定焦镜头及相机
技术领域
本发明涉及一种镜头技术领域，尤其涉及一种高分辨率定焦镜头及相机。
背景技术
随着工业自动化的发展，工业镜头被广泛地应用于机器视觉检测领域，例如工件测量判断、缺陷检测、食品包装、智能物流、医学判断等等。目前，市面上大部分的工业镜头仅能匹配2/3英寸靶面、500万像素以及1.1英寸靶面、1200万像素这两种规格的相机，而随着检测精度要求的不断提高和高分辨率相机的广泛应用，对于能够匹配更大靶面和更高分辨率相机的工业镜头的需求越来越大，所以需要一种能够满足上述需求的性能优秀的高分辨率定焦镜头。
发明内容
本发明的目的是提供一种高分辨率定焦镜头，有利于匹配更大靶面和更高分辨率的相机。
本发明的另一目的是提供一种相机，有利于实现更大靶面和更高分辨率。
为了实现上述目的，本发明公开了一种高分辨率定焦镜头，其包括机械装置以及安装在机械装置内部的光学***，光学***从物方到像方依次设置有前透镜组、中透镜组、光阑以及后调焦组；
前透镜组包括具有正光焦度及弯月结构的第一透镜，具有负光焦度及弯月结构的第二透镜以及具有负光焦度及双凹结构的第三透镜，第一透镜、第二透镜和第三透镜从物方至像方依次排列；
中透镜组包括具有正光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜，第四透镜和第五透镜从物方至像方依次排列；
后调焦组包括具有正光焦度的第六透镜，具有负光焦度及双凹结构的第七透镜，具有正光焦度及双凸结构的第八透镜，具有正光焦度及弯月结构的第九透镜，具有负光焦度及弯月结构的第十透镜，具有正光焦度及双凸结构的第十一透镜，其中，第七透镜和第八透镜组成第一胶合透镜，第九透镜和第十透镜组成第二胶合透镜；第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜从物方至像方依次排列。
较佳地，光学***的焦距为f；前透镜组的组合焦距为fS1，fS1和f的比值满足关系式：0.8<|fS1/f|<1.8；中透镜组的组合焦距为fS2，fS2和f的比值满足关系式：1<|fS2/f|<2；后调焦组的组合焦距为fS3，fS3和f的比值满足关系式：1.25<|fS3/f|<2.25。
较佳地，第一透镜的焦距为fG1，fG1和fS1的比值满足关系式：3<|fG1/fS1|<4.5；第二透镜的焦距为fG2，fG2和fS1的比值满足关系式：1<|fG2/fS1|<2.5；第三透镜的焦距为fG3，fG3和fS1的比值满足关系式：0.8<|fG3/fS1|<1.8。
较佳地，第六透镜的焦距为fG6，fG6和fS3的比值满足关系式：1<|fG6/fS3|<2；第七透镜的焦距为fG7，fG7和fS3的比值满足关系式：0.2<|fG7/fS3|<0.6；第八透镜的焦距为fG8，fG8和fS3的比值满足关系式：0.5<|fG8/fS3|<1；第九透镜的焦距为fG9，fG9和fS3的比值满足关系式：0.4<|fG9/fS3|<0.9；第十透镜的焦距为fG10，fG10和fS3的比值满足关系式：0.4<|fG10/fS3|<0.9；第十一透镜的焦距为fG11，fG11和fS3的比值满足关系式：0.8<|fG11/fS3|<1.8。
较佳地，第四透镜为弯月透镜、胶合透镜或***透镜。
较佳地，第五透镜设置为弯月透镜、胶合透镜或***透镜。
较佳地，光学***的半像高y’与光学***的焦距f的比值满足关系式:|y’/f|<0.75。
为了实现上述另一目的，本发明公开了一种相机，包括如上的高分辨率定焦镜头。
与现有技术相比，本发明高分辨率定焦镜头的前透镜组的结构形式对光学***的畸变有较好的校正作用，而中透镜组的结构则能较好地校正光学***的场曲，后调焦组作为浮动对焦组，使得本发明在远近距离成像时能够清晰成像。借由上述镜头结构的设置，本发明高分辨率定焦镜头有利于匹配更大靶面和更高分辨率的相机。
附图说明
图1为本发明实施例1中光学***的结构示意图。
图2为本发明实施例1中光学***的MTF图。
图3为本发明实施例1中光学***的畸变图。
图4为本发明实施例2中光学***的结构示意图。
图5为本发明实施例2中光学***的MTF图。
图6为本发明实施例2中光学***的畸变图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
如图1和图4所示，本发明公开了一种高分辨率定焦镜头，包括机械装置以及安装在机械装置内部的光学***，光学***从像方到物方依次设置有前透镜组S1、中透镜组S2、光阑以及后调焦组S3。
前透镜组S1包括具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1，具有负光焦度及弯月结构的第二透镜G2以及具有负光焦度及双凹结构的第三透镜G3。前透镜组S1的结构形式使得光学***的畸变能够得到较好的校正。
中透镜组S2包括具有正光焦度的第四透镜G4，具有正光焦度的第五透镜G5。中透镜组S2的结构形式使得光学***的场曲能够得到较好的校正。
后调焦组S3包括具有正光焦度的第六透镜G6，具有负光焦度及双凹结构的第七透镜G7，具有正光焦度及双凸结构的第八透镜G8，具有正光焦度及弯月结构的第九透镜G9，具有负光焦度及弯月结构的第十透镜G10，具有正光焦度及双凸结构的第十一透镜G11，其中，第七透镜G7和第八透镜G8组成第一胶合透镜U1，第九透镜G9和第十透镜G10组成第二胶合透镜U2。后调焦组S3用于远距离和近距离成像时浮动对焦，能够使得本发明高分辨率镜头于远近距离成像时都能具备较好的性能，成像更清晰。
借由上述镜头结构的设置，本发明高分辨率定焦镜头有利于匹配更大靶面和更高分辨率的相机。
具体地，光学***的焦距为f；前透镜组的组合焦距为fS1，fS1和f的比值满足关系式：0.8<|fS1/f|<1.8。中透镜组的组合焦距为fS2，fS2和f的比值满足关系式：1<|fS2/f|<2。后调焦组的组合焦距为fS3，fS3和f的比值满足关系式：1.25<|fS3/f|<2.25。
更具体地，第一透镜的焦距为fG1，fG1和fS1的比值满足关系式：3<|fG1/fS1|<4.5。第二透镜的焦距为fG2，fG2和fS1的比值满足关系式：1<|fG2/fS1|<2.5。第三透镜的焦距为fG3，fG3和fS1的比值满足关系式：0.8<|fG3/fS1|<1.8。
更具体地，第六透镜的焦距为fG6，fG6和fS3的比值满足关系式：1<|fG6/fS3|<2。第七透镜的焦距为fG7，fG7和fS3的比值满足关系式：0.2<|fG7/fS3|<0.6。第八透镜的焦距为fG8，fG8和fS3的比值满足关系式：0.5<|fG8/fS3|<1。第九透镜的焦距为fG9，fG9和fS3的比值满足关系式：0.4<|fG9/fS3|<0.9。第十透镜的焦距为fG10，fG10和fS3的比值满足关系式：0.4<|fG10/fS3|<0.9。第十一透镜的焦距为fG11，fG11和fS3的比值满足关系式：0.8<|fG11/fS3|<1.8。
在图1的具体示例中，第四透镜为弯月结构；在图4的具体示例中，第四透镜为胶合透镜；另外，第四透镜也可以为***透镜。发明对第四透镜的具体形式不作限制。胶合透镜不仅能够校正光学***的场曲，而且能够起到平衡色差的作用。
在图1和图4的具体示例中，第五透镜为弯月结构，但不限于此，比如，第五透镜还可以为胶合透镜或者***透镜。
具体地，光学***的半像高y’与光学***的焦距f的比值满足关系式:|y’/f|<0.75。
参考图1至图3，在图1的具体示例中，光学***的具体数据如下：
表面 半径(mm) 厚度(mm) 折射率
G1前表面 29.38 7.34 1.85
G1后表面 70.85 0.10
G2前表面 19.52 1.20 1.90
G2后表面 11.06 6.46
G3前表面 -194.00 1.20 1.90
G3后表面 15.36 16.20
G4前表面 119.55 3.07 1.65
G4后表面 -25.09 0.10
G5前表面 14.80 5.41 1.90
G5后表面 18.76 5.07
光阑 平面 (可变)
G6前表面 -79.11 1.50 1.75
G6后表面 -19.35 1.81
U1前表面 -10.43 1.20 1.85
第一胶合面 23.06 2.75 1.75
U1后表面 -17.62 0.10
U2前表面 -261.77 4.17 1.75
第二胶合面 -8.45 1.20 1.85
U2后表面 -40.07 1.39
G11前表面 30.41 3.29 1.90
G11后表面 -86.53 (可变)
像面 平面
上表中，第六透镜G6为弯月结构，第七透镜G7和第八透镜G8组成的第一胶合透镜U1的胶合面为第一胶合面，第九透镜G9和第十透镜G10组成的第二胶合透镜U2的胶合面为第二胶合面。
参考图1，由上述表格可得，在焦距f为12mm时，前透镜组S1的组合焦距fS1为-14.60mm，满足关系式：0.8<(|fS1/f|＝1.22)<1.8；中透镜组S2的组合焦距fS2为17.65mm，满足关系式：1<(|fS2/f|＝1.47)<2；后调焦组S3的组合焦距fS3为22.62mm，满足关系式：1.25<(|fS3/f|＝1.88)<2.25。
继续参考图1，由上述表格可得，前透镜组S1的第一透镜G1的焦距fG1为54.29mm，满足关系式：3<(|fG1/fS1|＝3.72)<4.5；第二透镜G2的焦距fG2为-30.23mm，满足关系式：1<(|fG2/fS1|＝2.07)<2.5；第三透镜G3的焦距fG3为-15.59mm，满足关系式：0.8<(|fG3/fS1|＝1.07)<1.8。
继续参考图1，由上述表格可得，后调焦组S3的第六透镜G6的焦距fG6为33.65mm，满足关系式：1<(|fG6/fS3|＝1.49)<2；第七透镜G7的焦距fG7为-8.23mm，满足关系式：0.2<(|fG7/fS3|＝0.36)<0.6；第八透镜G8的焦距fG8为13.65mm，满足关系式：0.5<(|fG8/fS3|＝0.60)<1；第九透镜G9的焦距fG9为11.51mm，满足关系式：0.4<(|fG9/fS3|＝0.51)<0.9；第十透镜G10的焦距fG10为-12.74mm，满足关系式：0.4<(|fG10/fS3|＝0.56)<0.9；第十一透镜G11的焦距fG11为25.06mm，满足关系式：0.8<(|fG11/fS3|＝1.11)<1.8。
参考图2，图2为图1示例中的光学***的MTF图，光学***最高分辨率可达200lp/mm，全视场在200lp/mm的MTF值>0.25。
参考图3，图3为图1示例中的光学***的畸变图，光学***全视场范围最大光学畸变低于1％，且为负畸变。
参考图4至图6，图4中具体示例的光学***的具体数据如下：
Figure BDA0002894711620000061
Figure BDA0002894711620000071
上表中，G4胶合面为采用胶合形式的第四透镜G4的胶合面，第六透镜G6为弯月结构，第七透镜G7和第八透镜G8组成的第一胶合透镜U1的胶合面为第一胶合面，第九透镜G9和第十透镜G10组成的第二胶合透镜U2的胶合面为第二胶合面。
参考图4，由上述表格可得，在焦距f为12mm时，前透镜组S1的组合焦距fS1为-15.55mm，满足关系式：0.8<(|fS1/f|＝1.29)<1.8；中透镜组S2的组合焦距fS2为17.45mm，满足关系式：1<(|fS2/f|＝1.45)<2；后调焦组S3的组合焦距fS3为20.63mm，满足关系式：1.25<(|fS3/f|＝1.72)<2.25。
继续参考图4，由上述表格可得，前透镜组S1的第一透镜G1的焦距fG1为56.30mm，满足关系式：3<(|fG1/fS1|＝3.62)<4.5；第二透镜G2的焦距fG2为-26.66mm，满足关系式：1<(|fG2/fS1|＝1.71)<2.5；第三透镜G3的焦距fG3为-20.09mm，满足关系式：0.8<(|fG3/fS1|＝1.29)<1.8。
继续参考图4，由上述表格可得，后调焦组S3的第六透镜G6的焦距fG6＝29.79mm，满足关系式：1<(|fG6/fS3|＝1.44)<2；第七透镜G7的焦距fG7为-8.28mm，满足关系式：0.2<(|fG7/fS3|＝0.40)<0.6；第八透镜G8的焦距fG8为16.08mm，满足关系式：0.5<(|fG8/fS3|＝0.78)<1；第九透镜G9的焦距fG9为11.95mm，满足关系式：0.4<(|fG9/fS3|＝0.58)<0.9；第十透镜G10的焦距fG10为-13.03mm，满足关系式：0.4<(|fG10/fS3|＝0.63)<0.9；第十一透镜G11的焦距fG11为19.55mm，满足关系式：0.8<(|fG11/fS3|＝0.95)<1.8。
参考图5，图5为图4的具体示例中的光学***的MTF图，光学***最高分辨率可达200lp/mm，全视场在200lp/mm的MTF值>0.25。
参考图6，图6为图4的具体示例中的光学***的畸变图，光学***全视场范围最大光学畸变低于1％，且为负畸变。
综上，通过上述结构实现了焦距f为12mm的高分辨率定焦镜头的光学***，最大光圈为F2.8，半像高y’为8.8mm，最大成像面为φ17.6mm，可匹配2.5μm像元芯片、最大靶面尺寸为1.1英寸以及像素达到2000万像素的相机，且最高分辨率可达200lp/mm，全视场在200lp/mm的MTF值>0.25，全视场最大光学畸变低于1％，使得本发明高分辨率定焦镜头具备高分辨率、低畸变以及远近距离成像清晰等良好的成像性能。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种高分辨率定焦镜头，其特征在于：包括机械装置以及安装在所述机械装置内部的光学***，所述光学***从物方到像方依次设置有前透镜组、中透镜组、光阑以及后调焦组；
所述前透镜组包括具有正光焦度及弯月结构的第一透镜，具有负光焦度及弯月结构的第二透镜以及具有负光焦度及双凹结构的第三透镜，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜从物方至像方依次排列；
所述中透镜组包括具有正光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜，所述第四透镜和第五透镜从物方至像方依次排列；
所述后调焦组包括具有正光焦度的第六透镜，具有负光焦度及双凹结构的第七透镜，具有正光焦度及双凸结构的第八透镜，具有正光焦度及弯月结构的第九透镜，具有负光焦度及弯月结构的第十透镜，具有正光焦度及双凸结构的第十一透镜，其中，所述第七透镜和所述第八透镜组成第一胶合透镜，所述第九透镜和所述第十透镜组成第二胶合透镜；所述第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜从物方至像方依次排列。
2.根据权利要求1所述的高分辨率定焦镜头，其特征在于：所述光学***的焦距为f；
所述前透镜组的组合焦距为fS1，fS1和f的比值满足关系式：0.8<|fS1/f|<1.8；
所述中透镜组的组合焦距为fS2，fS2和f的比值满足关系式：1<|fS2/f|<2；
所述后调焦组的组合焦距为fS3，fS3和f的比值满足关系式：1.25<|fS3/f|<2.25。
3.根据权利要求2所述的高分辨率定焦镜头，其特征在于：
所述第一透镜的焦距为fG1，fG1和fS1的比值满足关系式：3<|fG1/fS1|<4.5；
所述第二透镜的焦距为fG2，fG2和fS1的比值满足关系式：1<|fG2/fS1|<2.5；
所述第三透镜的焦距为fG3，fG3和fS1的比值满足关系式：0.8<|fG3/fS1|<1.8。
4.根据权利要求2所述的高分辨率定焦镜头，其特征在于：
所述第六透镜的焦距为fG6，fG6和fS3的比值满足关系式：1<|fG6/fS3|<2；
所述第七透镜的焦距为fG7，fG7和fS3的比值满足关系式：0.2<|fG7/fS3|<0.6；
所述第八透镜的焦距为fG8，fG8和fS3的比值满足关系式：0.5<|fG8/fS3|<1；
所述第九透镜的焦距为fG9，fG9和fS3的比值满足关系式：0.4<|fG9/fS3|<0.9；
所述第十透镜的焦距为fG10，fG10和fS3的比值满足关系式：0.4<|fG10/fS3|<0.9；
所述第十一透镜的焦距为fG11，fG11和fS3的比值满足关系式：0.8<|fG11/fS3|<1.8。
5.根据权利要求1所述的高分辨率定焦镜头，其特征在于：所述第四透镜为弯月透镜、胶合透镜或***透镜。
6.根据权利要求1所述的高分辨率定焦镜头，其特征在于：所述第五透镜设置为弯月透镜、胶合透镜或***透镜。
7.根据权利要求1所述的高分辨率定焦镜头，其特征在于：所述光学***的半像高y’与所述光学***的焦距f的比值满足关系式:|y’/f|<0.75。
8.一种相机，其特征在于：包括如权利要求1至7任一项所述高分辨率定焦镜头。
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