CN114089504B - 一种曲面成像镜头及相机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曲面成像镜头及相机，所述镜头包括前组(S1)、光阑(T)和后组(S2)；其中，所述前组(S1)、光阑(T)、后组(S2)从物面侧至像面侧依次设置；所述前组(S1)和所述后组(S2)均具有正光焦度；所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述后组的焦距为fS2，所述fS1、fS2分别与所述f满足以下关系式：0.50<|fS1/f|<1.00，3.60<|fS2/f|<4.80。本发明提供的一种曲面成像镜头及相机，通过前组、光阑和后组这些光学元件的相互配合，能使视野范围内的曲面物体清晰成像，解决了传统的曲面成像时中间和边缘不能同时清晰对焦的问题，具有较好的成像性能。

Description

一种曲面成像镜头及相机
技术领域
本发明涉及机器视觉检测技术领域，尤其涉及一种曲面成像镜头及相机。
背景技术
在大批量的加工生产中，人工视觉检测不仅效率低下、精度不高，而且检测结果的可靠性容易受人为因素干扰，从而直接导致产品性能品质的不稳定，于是，伴随着加工制造业的升级转型，机器视觉检测正逐步替代人工视觉检测。
近年来，随着消费类电子产品的不断发展，人们对传统的机器视觉检测提出了新的需求。传统的机器视觉的镜头成像均是将一个平面物体成像在成像传感器上，对于一些曲面面型的检测工件，例如手机曲面中框、手机曲面屏、手表中框等曲面产品的检测，由于曲面工件的待检测面不在一个平面上，因此现有技术需要在检测精度及景深上做出平衡，然而事实上，即便大幅度降低检测精度要求，仍然也无法满足对曲面面型的大景深检测。
因此，亟待研究出一种能够对曲面物体成像的镜头产品。
以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。
发明内容
本发明提供一种曲面成像镜头及相机，以解决现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种曲面成像镜头，所述镜头包括前组S1、光阑T和后组S2；其中，
所述前组S1、光阑T、后组S2从物面侧至像面侧依次设置；
所述前组S1和所述后组S2均具有正光焦度；
所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述后组的焦距为fS2，所述fS1、fS2分别与所述f满足以下关系式：
0.50<|fS1/f|<1.00，3.60<|fS2/f|<4.80。
进一步地，所述曲面成像镜头中，所述前组S1包括第一透镜G1、第二透镜G2和第三透镜G3；
所述第一透镜G1具有正光焦度及弯月结构，所述第二透镜G2具有负光焦度及双凹结构，所述第三透镜G3具有正光焦度及双凸结构；
所述第二透镜G2和所述第三透镜G3胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1。
进一步地，所述曲面成像镜头中，所述后组S2包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9；
所述第四透镜G4、第九透镜G9均具有正光焦度及双凸结构，所述第五透镜G5具有负光焦度及双凹结构，所述第六透镜G6、第八透镜G8均具有负光焦度及弯月结构；所述第七透镜G7具有正光焦度及弯月结构；
所述第四透镜G4和所述第五透镜G5胶合成具有负光焦度的第二胶合透镜组U2；
所述第六透镜G6和所述第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3。
进一步地，所述曲面成像镜头中，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第九透镜G9后表面顶点的距离L与所述f满足以下关系式：
|L/f|>1.2。
进一步地，所述曲面成像镜头中，所述第九透镜G9后表面顶点到像面的光学后截距BFL与所述f满足以下关系式：
|BFL/f|＜0.45。
进一步地，所述曲面成像镜头中，所述镜头的半像高y’与所述f满足以下关系式：
|y’/f|＜0.30。
进一步地，所述曲面成像镜头中，所述第一透镜G1的焦距为fG1，所述fG1与所述f满足以下关系式：
0.50＜|fG1/f|＜0.75；
所述第一胶合透镜组U1的焦距为fU1，所述fU1与所述f满足以下关系式：
11.00＜|fU1/f|＜14.00；
所述第二胶合透镜组U2的焦距为fU2，所述fU2与所述f满足以下关系式：
0.35＜|fU2/f|＜0.80；
所述第三胶合透镜组U3的焦距为fU3，所述fU3与所述f满足以下关系式：
1.35＜|fU3/f|＜1.60；
所述第八透镜G8的焦距为fG8，所述fG8与所述f满足以下关系式：
0.25＜|fG8/f|＜0.50；
所述第九透镜G9的焦距为fG9，所述fG9与所述f满足以下关系式：
0.25＜|fG9/f|＜0.50。
进一步地，所述曲面成像镜头中，所述第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9均为球面镜。
第二方面，本发明实施例提供一种相机，包括如上述第一方面所述的曲面成像镜头。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例提供的一种曲面成像镜头及相机，通过前组、光阑和后组这些光学元件的相互配合，能使视野范围内的曲面物体清晰成像，解决了传统的曲面成像时中间和边缘不能同时清晰对焦的问题，具有较好的成像性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的曲面成像镜头的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的曲面成像镜头的光路图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，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，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
有鉴于上述现有的远心镜头存在的缺陷，本申请人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得远心镜头更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
请参考图1-2，本发明实施例提供一种曲面成像镜头，所述镜头包括前组S1、光阑T和后组S2；其中，
所述前组S1、光阑T、后组S2从物面侧至像面侧依次设置；
所述前组S1和所述后组S2均具有正光焦度；
所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述后组的焦距为fS2，所述fS1、fS2分别与所述f满足以下关系式：
0.50<|fS1/f|<1.00，3.60<|fS2/f|<4.80。
需要说明的是，本实施例通过前组、光阑和后组这些光学元件的相互配合，放大倍率为1.5倍，最大成像面为φ14.5mm，可匹配2K7μm的线扫相机，能测量曲面R值为5.25mm的物体，视野可达到9mm，从而能使视野范围内的曲面物体清晰成像。
在本实施例中，所述前组S1包括第一透镜G1、第二透镜G2和第三透镜G3；
所述第一透镜G1具有正光焦度及弯月结构，所述第二透镜G2具有负光焦度及双凹结构，所述第三透镜G3具有正光焦度及双凸结构；
所述第二透镜G2和所述第三透镜G3胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1。
所述后组S2包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9；
所述第四透镜G4、第九透镜G9均具有正光焦度及双凸结构，所述第五透镜G5具有负光焦度及双凹结构，所述第六透镜G6、第八透镜G8均具有负光焦度及弯月结构；所述第七透镜G7具有正光焦度及弯月结构；
所述第四透镜G4和所述第五透镜G5胶合成具有负光焦度的第二胶合透镜组U2；
所述第六透镜G6和所述第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3。
优选地，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第九透镜G9后表面顶点的距离L与所述f满足以下关系式：
|L/f|>1.2。
在本实施例中，所述第九透镜G9后表面顶点到像面的光学后截距BFL与所述f满足以下关系式：
|BFL/f|＜0.45。
优选地，所述镜头的半像高y’与所述f满足以下关系式：
|y’/f|＜0.30。
在本实施例中，所述第一透镜G1的焦距为fG1，所述fG1与所述f满足以下关系式：
0.50＜|fG1/f|＜0.75；
所述第一胶合透镜组U1的焦距为fU1，所述fU1与所述f满足以下关系式：
11.00＜|fU1/f|＜14.00；
所述第二胶合透镜组U2的焦距为fU2，所述fU2与所述f满足以下关系式：
0.35＜|fU2/f|＜0.80；
所述第三胶合透镜组U3的焦距为fU3，所述fU3与所述f满足以下关系式：
1.35＜|fU3/f|＜1.60；
所述第八透镜G8的焦距为fG8，所述fG8与所述f满足以下关系式：
0.25＜|fG8/f|＜0.50；
所述第九透镜G9的焦距为fG9，所述fG9与所述f满足以下关系式：
0.25＜|fG9/f|＜0.50。
优选地，所述第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9均为球面镜。
在本实施例中，所述镜头中的各光学元件的具体数据比如可以如下表1所示：
Figure BDA0003375686960000071
/>
Figure BDA0003375686960000081
在本实例中，所述镜头的焦距，即所述f可以为45mm，所述前组S1的焦距fS1可以为35.2mm，所述后组S2的焦距fS2可以为195.0mm，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第九透镜G9的后表面顶点的距离L可以为65.2mm，光学后截距BFL可以为14.7mm，半像高y’可以为7.3mm，所述第一透镜G1的焦距fG1可以为29.0mm，所述第一胶合透镜组的焦距fU1可以为-571.5mm，所述第二胶合透镜组的焦距fU2可以为-23.7mm，所述第三胶合透镜组的焦距fU3可以为68.0mm，所述第八透镜G8的焦距fG8可以为-17.0mm，所述第九透镜G9的焦距fG9可以为16.5mm；
那么，各个关系式则为：
|fS1/f|＝0.78；|fS2/f|＝4.33；|L/f|＝1.45；|BFL/f|＝0.33；
|y’/f|＝0.16；|fG1/f|＝0.64；|fU1/f|＝12.70；|fU2/f|＝0.53；
|fU3/f|＝1.51；|fG8/f|＝0.38；|fG9/f|＝0.37
尽管本文中较多的使用了前组、光阑，后组等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本发明实施例提供的一种曲面成像镜头，通过前组、光阑和后组这些光学元件的相互配合，能使视野范围内的曲面物体清晰成像，解决了传统的曲面成像时中间和边缘不能同时清晰对焦的问题，具有较好的成像性能。
实施例二
本发明实施例二提供一种相机，该相机包括如上述实施例一所述的曲面成像镜头。
本发明实施例提供的一种相机，通过前组、光阑和后组这些光学元件的相互配合，能使视野范围内的曲面物体清晰成像，解决了传统的曲面成像时中间和边缘不能同时清晰对焦的问题，具有较好的成像性能。
至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。
当元件或者层称为是“在……上”、“与……接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在……上”、“与……直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。
空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在……的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在……的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。

Claims (7)

1.一种曲面成像镜头，其特征在于，所述镜头包括前组(S1)、光阑(T)和后组(S2)；其中，
所述前组(S1)、光阑(T)、后组(S2)从物面侧至像面侧依次设置；
所述前组(S1)和所述后组(S2)均具有正光焦度；
所述镜头的焦距为f，所述前组的焦距为fS1，所述后组的焦距为fS2，所述fS1、fS2分别与所述f满足以下关系式：
0.50<|fS1/f|<1.00，3.60<|fS2/f|<4.80；
所述前组(S1)包括第一透镜(G1)、第二透镜(G2)和第三透镜(G3)；
所述第一透镜(G1)具有正光焦度及弯月结构，所述第二透镜(G2)具有负光焦度及双凹结构，所述第三透镜(G3)具有正光焦度及双凸结构；
所述第二透镜(G2)和所述第三透镜(G3)胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜组(U1)；
所述后组(S2)包括第四透镜(G4)、第五透镜(G5)、第六透镜(G6)、第七透镜(G7)、第八透镜(G8)和第九透镜(G9)；
所述第四透镜(G4)、第九透镜(G9)均具有正光焦度及双凸结构，所述第五透镜(G5)具有负光焦度及双凹结构，所述第六透镜(G6)、第八透镜(G8)均具有负光焦度及弯月结构；所述第七透镜(G7)具有正光焦度及弯月结构；
所述第四透镜(G4)和所述第五透镜(G5)胶合成具有负光焦度的第二胶合透镜组(U2)；
所述第六透镜(G6)和所述第七透镜(G7)胶合成具有正光焦度的第三胶合透镜组(U3)。
2.根据权利要求1所述的曲面成像镜头，其特征在于，所述第一透镜(G1)的前表面顶点到所述第九透镜(G9)后表面顶点的距离L与所述f满足以下关系式：
|L/f|>1.2。
3.根据权利要求2所述的曲面成像镜头，其特征在于，所述第九透镜(G9)后表面顶点到像面的光学后截距BFL与所述f满足以下关系式：
|BFL/f|＜0.45。
4.根据权利要求3所述的曲面成像镜头，其特征在于，所述镜头的半像高y’与所述f满足以下关系式：
|y’/f|＜0.30。
5.根据权利要求4所述的曲面成像镜头，其特征在于，所述第一透镜(G1)的焦距为fG1，所述fG1与所述f满足以下关系式：
0.50＜|fG1/f|＜0.75；
所述第一胶合透镜组(U1)的焦距为fU1，所述fU1与所述f满足以下关系式：
11.00＜|fU1/f|＜14.00；
所述第二胶合透镜组(U2)的焦距为fU2，所述fU2与所述f满足以下关系式：
0.35＜|fU2/f|＜0.80；
所述第三胶合透镜组(U3)的焦距为fU3，所述fU3与所述f满足以下关系式：
1.35＜|fU3/f|＜1.60；
所述第八透镜(G8)的焦距为fG8，所述fG8与所述f满足以下关系式：
0.25＜|fG8/f|＜0.50；
所述第九透镜(G9)的焦距为fG9，所述fG9与所述f满足以下关系式：
0.25＜|fG9/f|＜0.50。
6.根据权利要求5所述的曲面成像镜头，其特征在于，所述第一透镜(G1)、第二透镜(G2)、第三透镜(G3)、第四透镜(G4)、第五透镜(G5)、第六透镜(G6)、第七透镜(G7)、第八透镜(G8)和第九透镜(G9)均为球面镜。
7.一种相机，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的曲面成像镜头。
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