CN113467053B - 一种大靶面fa镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大靶面FA镜头，属于光学设计技术领域，其特征在于，沿着光路依次包括七片球面透镜；接收入射光的第一片透镜，第一片透镜为凹凸透镜，具有正光焦度；由第二片透镜和第三片透镜胶合而成的第一胶合组，具有负光焦度，其中：第二片透镜是平凸透镜，第三片透镜是平凹透镜；孔径光阑；由第四片透镜和第五片透镜胶合而成的第二胶合组，具有负光焦度，其中：第四片透镜是凹透镜，第五片透镜是凸透镜；第六片透镜，所述第六片透镜是平凸透镜，具有正光焦度；第七片透镜，所述第七片透镜为凹凸透镜，具有正光焦度。本发明在增大FA镜头的靶面的同时，保证FA镜头的分辨率，尽可能降低FA镜头的畸变等像差，尽可能的减小镜头体积。

Description

一种大靶面FA镜头

技术领域

本发明属于光学设计技术领域，具体涉及一种大靶面FA镜头。

背景技术

随着工业自动化的快速发展，工业镜头广泛应用于质量检测、生产制造等行业，减少或消除由人为操作带来的误差，提高测量精度和速度。而检测水平的提高和广泛应用，对机器视觉镜头体积、畸变等提出更高的要求。此外，随着芯片技术的提高，芯片尺寸越来越大，像元尺寸越来越小，只有镜头靶面越来越大，解析度越来越高，才能充分发挥芯片的优势。而传统机器视觉镜头的靶面、支持的分辨率已无法满足最新的市场要求。

随着相机芯片技术的提高，大靶面相机越来越多，而目前工业镜头还以小靶面为主，现有的FA镜头设计以1/1.8靶面、2/3靶面、1英寸靶面最为常见。而工业自动化的发展，对镜头的分辨率、体积、畸变都提出了新的要求。随着芯片技术的提高，大尺寸芯片必将越来越普及，镜头靶面尺寸也将会随之增大。而随着镜头视场角的增大，镜头设计过程中，各初级像差和高级像差越难控制。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种大靶面FA镜头，在增大FA镜头的靶面的同时，保证FA镜头的分辨率，尽可能降低FA镜头的畸变等像差，尽可能的减小镜头体积。

本发明的目的是提供一种大靶面FA镜头，沿着光路依次包括七片透镜；具体包括：

接收入射光的第一片透镜，所述第一片透镜为凹凸透镜，具有正光焦度；

由第二片透镜和第三片透镜胶合而成的第一胶合组，具有负光焦度，其中：第二片透镜是平凸透镜，第三片透镜是平凹透镜；

孔径光阑；

由第四片透镜和第五片透镜胶合而成的第二胶合组，具有负光焦度，其中：第四片透镜是凹透镜，第五片透镜是凸透镜；

第六片透镜，所述第六片透镜是平凸透镜，具有正光焦度；

第七片透镜，所述第七片透镜为凹凸透镜，具有正光焦度。

优选地，所述第二片透镜和第三片透镜中点涂油光敏胶。

优选地，所述第四片透镜和第五片透镜中点涂油光敏胶。

优选地，所述第一片透镜的入光面曲率半径为25.626±5％，出光面的曲率半径为62.141±5％；所述第二片透镜的入光面曲率半径为16.045±5％，出光面的曲率半径为无穷大；所述第三片透镜的入光面为平面，出光面的曲率半径为10.570±5％；所述第四片透镜的入光面曲率半径为-10.989±5％，出光面的曲率半径为63.272±5％；所述第五片透镜的入光面曲率半径为63.272±5％，出光面的曲率半径为-16.064±5％；所述第六片透镜的入光面为平面，出光面的曲率半径为-39.246±5％；所述第七片透镜的入光面曲率半径为49.427±5％，出光面的曲率半径为119.693±5％，单位均为毫米。

优选地，所述第一片透镜的中心厚度为4±5％；所述第二片透镜的中心厚度为7±5％；所述第三片透镜的中心厚度为3±5％；所述第四片透镜的中心厚度为3±5％；所述第五片透镜的中心厚度为6±5％；所述第六片透镜的中心厚度为5±5％；所述第七片透镜的中心厚度为3±5％，单位均为毫米。

优选地，所述第一片透镜和第二片透镜的空气间隔在光轴上的距离为2±5％；所述第三片透镜和光阑的空气间隔在光轴上的距离为6±5％；光阑和第四片透镜的空气间隔在光轴上的距离为8±5％；所述第五片透镜和第六片透镜的空气间隔在光轴上的距离为2±5％；所述第六片透镜和第七片透镜的空气间隔在光轴上的距离为1.5±5％，单位均为毫米。

优选地，所述第一片透镜的折射率和阿贝数分别为1.66、36.5±5％；所述第二片透镜的折射率和阿贝数为1.71、53.83±5％；所述第三片透镜的折射率和阿贝数为1.65、33.8±5％；所述第四片透镜的折射率和阿贝数为1.67、33.8±5％；所述第五片透镜的折射率和阿贝数为1.75、57.8±5％；所述第六片透镜的折射率和阿贝数为1.75、57±5％；所述第七片透镜的折射率和阿贝数为1.71、54±5％。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的技术方案由七片球面透镜组成，由第六片透镜和第七片透镜起放大作用，使所有透镜直径较小，结构紧凑，不仅降低了生产成本，且镜头本身体积更小，更加符合市场要求；且光学***经过第六片透镜和第七片透镜的放大后，成像面稍大于4/3靶面面阵相机CCD尺寸，满足市面上大部分面阵相机。本发明采用两个双胶透镜组：第一胶合组和第二胶合组，可以相互抵消由透镜本身属性造成的畸变和色差；光学***具有高解析力，可用于3.3μm像元相机。

附图说明

图1为本发明优选实施例的光路图；

图2为本发明优选实施例的光学弥散斑图；

图3为本发明优选实施例的调制函数MTF图；

图4为本发明优选实施例的场曲和像散图；

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

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。基于本发明中的技术方案，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，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

请参阅图1。

一种大靶面FA镜头，在增大FA镜头的靶面的同时，保证镜头的分辨率及畸变等各项像差；其焦距为35mm。主要由七片球面透镜组成，沿光线由左向右入射，依次通过透镜如下：第一片透镜G1为凹凸透镜，具有正光焦度，使后面小镜片可顺利接收进入光学***的光；第二片透镜G2和第三片透镜G3是平凸透镜和平凹透镜双胶合作为第一胶合组U1，具有负光焦度；中间放置孔径光阑1；第四片透镜G4和第五片透镜G5是凹透镜和凸透镜双胶合作为第二胶合组U2，具有负光焦度，两个胶合组能够很好的平衡***产生的色差和畸变；后两片透镜的主要作用是放大，第六片透镜G6是平凸透镜，具有正光焦度；第七片透镜G7为凹凸透镜，具有正光焦度；

第一胶合组由第二片平凸透镜和第三片平凹透镜通过光学胶水粘合，且光学胶水不会影响成像。

第二胶合组也通过同样的光学胶水将第四五片透镜粘合。整个光学***在光阑左右两端大致呈对称结构，在极大程度上减少了由透镜引起的光学畸变。

第一胶合组与第二胶合组的透镜均由两片透镜组组成，且两片透镜的焦点在同一条直线上。

第一胶合组与第二胶合组中的凸透镜与凹透镜是同轴的。

第一胶合组与第二胶合组中的凸透镜中点与凹透镜中点涂油光敏胶。

对于组成光路的各透镜做进一步说明：第一片透镜的入光面曲率半径为25.626±5％，出光面的曲率半径为62.141±5％；第二片透镜的入光面曲率半径为16.045±5％，出光面为平面，即曲率半径为无穷大；第三片透镜的入光面的曲率半径为无穷大，出光面的曲率半径为10.570±5％；第四片透镜的入光面的曲率半径为-10.989±5％，出光面的曲率半径为63.272±5％；第五片透镜的入光面的曲率半径为63.272±5％，出光面的曲率半径为-16.064±5％；第六片透镜入光面的曲率半径为1无穷大，出光面的曲率半径为-39.246±5％；第七片透镜的入光面的曲率半径为49.427±5％，出光面的曲率半径为119.693±5％.其单位均为毫米。

组成光路的各透镜的中心厚度：第一片透镜的中心厚度为4±5％；第二片透镜的中心厚度为7±5％；第三片透镜的中心厚度为3±5％；第四片透镜的中心厚度为3±5％；第五片透镜的中心厚度为6±5％；第六片透镜的中心厚度为5±5％；第七片透镜的中心厚度为3±5％。其单位均为毫米。

物体与第一片透镜的空气间隔在光轴上的距离为20-无穷远；第一片透镜和第二片透镜的空气间隔在光轴上的距离为2±5％；第二片透镜和第三片透镜为双胶合，没有间隔；第三片透镜和光阑的空气间隔在光轴上的距离为6±5％；光阑和第四片透镜的空气间隔在光轴上的距离为8±5％；第四片透镜和第五片透镜为双胶合，没有间隔；第五片透镜和第六片透镜的空气间隔在光轴上的距离为2±5％；第六片透镜和第七片透镜的空气间隔在光轴上的距离为1.5±5％。其单位均为毫米。

组成FA镜头光路的各透镜的折射率和阿贝数：第一片透镜的折射率和阿贝数分别为1.66、36.5±5％；第二片透镜的折射率和阿贝数分别为1.71、53.83±5％；第三片透镜的折射率和阿贝数分别为1.65、33.8±5％；第四片透镜的折射率和阿贝数分别为1.67、33.8±5％；第五片透镜的折射率和阿贝数分别为1.75、57.8±5％；第六片透镜的折射率和阿贝数分别为1.75、57±5％；第七片透镜的折射率和阿贝数分别为1.71、54±5％。

上述FA镜头焦距为35mm，入瞳直径为25mm，工作距离为0.2m-无限远，工作波段为450nm-700nm。

请参阅图2，由光学弥散斑图可知：其中OBJ为物方视场，IMA为像方视场，单位都是毫米。RMS RADIUS表示弥散斑的均方根半径，GEO RADIUS表示艾里斑半径，单位都是微米。如图所示，中心视场时，艾里斑半径为1.608μm，均方根半径为0.0.742μm；边缘视场时，艾里斑半径为3.491μm，均方根半径为1.413μm，轴上和轴外点能量集中度和象差矫正都非常好，达到了理想分辨率。

请参阅图3，由调制传递函数MTF图可知：横坐标为空间分辨率，单位为线对/毫米，纵坐标为对比度，值域为0-1，不同视场下MTF有子午和弧矢两个分量。如图所示，整个MTF曲线紧凑，可以看出镜头有很高的对比度和分辨率。

请参阅图4，由场曲和像散图可知：纵坐标为视场，横坐标单位为微米。

由畸变图可知：纵坐标为视场，横坐标为畸变值。如图可知，镜头在全视场内畸变值小于0.0086％，镜头拥有极低的畸变值。

综上所述：本发明设计的FA镜头拥有较大的靶面，较高的分辨率，极低的畸变率，较小的体积。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种大靶面FA镜头，其特征在于，沿着光路依次包括七片球面透镜；具体包括：

接收入射光的第一片透镜，所述第一片透镜为凹凸透镜，具有正光焦度；

由第二片透镜和第三片透镜胶合而成的第一胶合组，具有负光焦度，其中：第二片透镜是平凸透镜，第三片透镜是平凹透镜；

孔径光阑；

由第四片透镜和第五片透镜胶合而成的第二胶合组，具有负光焦度，其中：第四片透镜是凹透镜，第五片透镜是凸透镜；

第六片透镜，所述第六片透镜是平凸透镜，具有正光焦度；

第七片透镜，所述第七片透镜为凹凸透镜，具有正光焦度；其中：

所述第一片透镜的入光面曲率半径为25.626±5％，出光面的曲率半径为62.141±5％；所述第二片透镜的入光面曲率半径为16.045±5％，出光面的曲率半径为无穷大；所述第三片透镜的入光面为平面，出光面的曲率半径为10.570±5％；所述第四片透镜的入光面曲率半径为-10.989±5％，出光面的曲率半径为63.272±5％；所述第五片透镜的入光面曲率半径为63.272±5％，出光面的曲率半径为-16.064±5％；所述第六片透镜的入光面为平面，出光面的曲率半径为-39.246±5％；所述第七片透镜的入光面曲率半径为49.427±5％，出光面的曲率半径为119.693±5％，单位均为毫米；

所述第一片透镜的中心厚度为4±5％；所述第二片透镜的中心厚度为7±5％；所述第三片透镜的中心厚度为3±5％；所述第四片透镜的中心厚度为3±5％；所述第五片透镜的中心厚度为6±5％；所述第六片透镜的中心厚度为5±5％；所述第七片透镜的中心厚度为3±5％，单位均为毫米；

所述第一片透镜和第二片透镜的空气间隔在光轴上的距离为2±5％；所述第三片透镜和光阑的空气间隔在光轴上的距离为6±5％；光阑和第四片透镜的空气间隔在光轴上的距离为8±5％；所述第五片透镜和第六片透镜的空气间隔在光轴上的距离为2±5％；所述第六片透镜和第七片透镜的空气间隔在光轴上的距离为1.5±5％，单位均为毫米；

所述第一片透镜的折射率和阿贝数分别为1.66、36.5±5％；所述第二片透镜的折射率和阿贝数为1.71、53.83±5％；所述第三片透镜的折射率和阿贝数为1.65、33.8±5％；所述第四片透镜的折射率和阿贝数为1.67、33.8±5％；所述第五片透镜的折射率和阿贝数为1.75、57.8±5％；所述第六片透镜的折射率和阿贝数为1.75、57±5％；所述第七片透镜的折射率和阿贝数为1.71、54±5％。

2.根据权利要求1所述的大靶面FA镜头，其特征在于，所述第二片透镜和第三片透镜中点涂油光敏胶。

3.根据权利 要求1所述的大靶面FA镜头，其特征在于，所述第四片透镜和第五片透镜中点涂油光敏胶。

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