CN109884773B - 一种低畸变大靶面的镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于镜头技术领域，具体涉及一种低畸变大靶面的镜头，包括由物方到像依次设置的透镜G1～G9，其中，第三透镜G3和第四透镜G4、第五透镜G5和第六透镜G6、第七透镜G7和第八透镜G8分别胶合形成第一胶合透镜组U1、第二胶合透镜组U2、第三胶合透镜组U3，第一胶合透镜组U1、第二胶合透镜组U2和第三胶合透镜组U3与光学系统的焦距满足：0.8<|fU1/f|<2，1.5<|fU2/f|、|fU3/f|<4，本发明能使光学系统实现焦距为117mm的拍摄，而且最大成像面可达82mm，全视场光学畸变低于0.02％，既支持大靶面的拍摄环境又同时具备低畸变的特点，有效地满足了市场的需求。
Description
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体涉及一种低畸变大靶面的镜头。
背景技术
机器视觉系统的作用在于使用机器对目标件进行测量、判断和检测缺陷等，来减小或消除人为操作时的误判，提高测量精度和稳定性。镜头作为机器视觉的关键部件，对高质量图像影响甚大。在工业自动化的大背景下，机器视觉需求与日俱增，特别是在电子制造、测量检测、食品包装等众多需要高品质要求的行业中，对镜头的光学畸变，支持的靶面大小等要求越来越高。
目前，市面上的机器视觉镜头，如专利号为“CN 203838393 U”的专利，该专利镜头的分辨率仅为500万像素，像素太低，不能满足市场的需求；又如专利号为“CN201721862007.X”的专利，该专利镜头的有效焦距仅为8mm，镜头所成的像较小，不能满足长焦距的需要。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种低畸变大靶面的镜头，该镜头支持最大成像面φ82mm的拍摄，且全视场光学畸变低于0.02％，极大地满足了市场的需求。
为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：
一种低畸变大靶面的镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，所述光学系统包括由物方到像依次设置的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2；具有正光焦度、弯月结构的第三透镜G3；具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4；具有负光焦度、双凹结构的第五透镜G5；具有正光焦度、双凸结构的第六透镜G6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜G7；具有正光焦度、弯月结构的第八透镜G8和具有正光焦度、弯月结构的第九透镜G9，
其中，所述第三透镜G3和第四透镜G4胶合形成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第五透镜G5和第六透镜G6胶合形成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第七透镜G7和第八透镜G8胶合形成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3，
所述光学系统的焦距为f，所述第一胶合透镜组U1的焦距为fU1，所述第二胶合透镜组U2的焦距为fU2，所述第三胶合透镜组U3的焦距为fU3，它们分别满足关系式：0.8<|fU1/f|<2，1.5<|fU2/f|、|fU3/f|<4。
作为对本发明所述的低畸变大靶面的镜头的一种改进，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第七透镜G7的距离为L，其与光学系统的焦距f，满足关系式：|L/f|＜0.65。
作为对本发明所述的低畸变大靶面的镜头的一种改进，所述光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f，满足关系式：|BFL/f|>1.1。
作为对本发明所述的低畸变大靶面的镜头的一种改进，所述光学系统的半像高y’与光学系统的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.5。
作为对本发明所述的低畸变大靶面的镜头的一种改进，所述第一透镜G1的折射率为n1，其折射率满足关系式：1.4＜n1＜1.6。
作为对本发明所述的低畸变大靶面的镜头的一种改进，所述第二透镜G2的折射率为n2，其折射率n2满足关系式：1.75＜n2＜2.0。
作为对本发明所述的低畸变大靶面的镜头的一种改进，所述第三透镜G3的焦距为fG3，所述第四透镜G4的焦距为fG4，其焦距fG3和fG4的比值满足关系式：1＜|fG3/fG4|＜2。
作为对本发明所述的低畸变大靶面的镜头的一种改进，所述第五透镜G5的焦距为fG5，所述第六透镜G6的焦距为fG6，其焦距fG6和fG5的比值满足关系式：1＜|fG6/fG5|＜2。
作为对本发明所述的低畸变大靶面的镜头的一种改进，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，其折射率n7和n8分别满足关系式：1.5＜n7＜1.70；1.70＜n8＜2.0。
作为对本发明所述的低畸变大靶面的镜头的一种改进，所述第九透镜的焦距为fG9，其焦距fG9和f满足关系式：0.5＜|fG9/f|＜1.0。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过上述透镜G1～G9的配合以及将第三透镜G3和第四透镜G4、第五透镜G5和第六透镜、第七透镜G7和第八透镜G8分别胶合形成第一胶合透镜组U1、第二胶合透镜组U2、第三胶合透镜组U3，该透镜及透镜组的组合结构能使光学系统实现焦距为117mm的拍摄，而且最大成像面可达82mm，全视场光学畸变低于0.02％，本发明既支持大靶面的拍摄环境又同时具备低畸变的特点，有效地满足了市场的需求。
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为本发明的结构示意图；
图2为本实用的光学畸变曲线图；
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。
如图1所示，一种低畸变大靶面的镜头，包括机械系统及安装于机械系统内部的光学系统，光学系统包括由物方到像依次设置的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2；具有正光焦度、弯月结构的第三透镜G3；具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4；具有负光焦度、双凹结构的第五透镜G5；具有正光焦度、双凸结构的第六透镜G6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜G7；具有正光焦度、弯月结构的第八透镜G8和具有正光焦度、弯月结构的第九透镜G9，在实际操作中，透镜G1～G9均为球面镜；
其中，第三透镜G3和第四透镜G4胶合形成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1，第五透镜G5和第六透镜G6胶合形成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2，第七透镜G7和第八透镜G8胶合形成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3，
光学系统的焦距为f，第一胶合透镜组U1的焦距为fU1，第二胶合透镜组U2的焦距为fU2，第三胶合透镜组U3的焦距为fU3，它们分别满足关系式：0.8<|fU1/f|<2，1.5<|fU2/f|、|fU3/f|<4。
优选的，第一透镜G1的前表面顶点到第七透镜G7的距离为L，其与光学系统的焦距f，满足关系式：|L/f|＜0.65。
优选的，光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f，满足关系式：|BFL/f|>1.1。
优选的，光学系统的半像高y’与光学系统的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.5。
优选的，第一透镜G1的折射率为n1，其折射率满足关系式：1.4＜n1＜1.6。
优选的，第二透镜G2的折射率为n2，其折射率n2满足关系式：1.75＜n2＜2.0。
优选的，第三透镜G3的焦距为fG3，第四透镜G4的焦距为fG4，其焦距fG3和fG4的比值满足关系式：1＜|fG3/fG4|＜2。
优选的，第五透镜G5的焦距为fG5，第六透镜G6的焦距为fG6，其焦距fG6和fG5的比值满足关系式：1＜|fG6/fG5|＜2。
优选的，第七透镜G7的折射率为n7，第八透镜G8的折射率为n8，其折射率n7和n8分别满足关系式：1.5＜n7＜1.70；1.70＜n8＜2.0。
优选的，第九透镜的焦距为fG9，其焦距fG9和f满足关系式：0.5＜|fG9/f|＜1.0。
在本实例中，光学系统的数据如下：
| 表面 | 半径(mm) | 厚度(mm) | 折射率 |
| G1前表面 | 47.2 | 6.6 | 1.4 |
| G1后表面 | 126.4 | 0.1 | |
| G2前表面 | 70.2 | 3.6 | 1.9 |
| G2后表面 | 122.1 | 0.2 | |
| U1前表面 | 31.0 | 7.9 | 1.6 |
| U1胶合面 | 357.5 | 1.4 | 1.6 |
| U1后表面 | 23.5 | 17.1 | |
| 光阑 | Infinity | 8.7 | |
| U2前表面 | -32.0 | 4.7 | 1.8 |
| U2胶合面 | 148.4 | 10.0 | 1.6 |
| U2后表面 | -33.7 | 2.9 | |
| U3前表面 | -31.1 | 1.5 | 1.5 |
| U3胶合面 | -145 | 3.4 | 1.9 |
| U3后表面 | -65.6 | 0.9 | |
| G9前表面 | -1274.7 | 5.2 | 1.6 |
| G9后表面 | -61.9 | 139.9 | |
| 像面 | Infinity |
在本实例中，光学系统的焦距f为117mm，最大光圈为F#＝3.8，第一胶合透镜组U1的焦距fU1＝-150mm，第二胶合透镜组U2的焦距fU2＝-223mm，第三胶合透镜组U3的焦距fU3＝-204mm，第三透镜G3的焦距fG3＝54.5mm，第四透镜G4的焦距fG4＝-35.4mm，第五透镜G5的焦距fG5＝-30.7mm，第六透镜G6的焦距fG6＝43.9mm，第九透镜G9的焦距fG9＝93.65mm，第一透镜G1的前表面顶点到第七透镜G7的距离L＝75mm，光学后截距BFL＝139.9mm，半像高y’＝41mm。
各个关系式：|fU1/f|＝1.28；|fU2/f|＝1.90；|fU3/f|＝1.74；
|fG3/fG4|＝1.54；|fG6/fG5|＝1.43；|fG9/f|＝0.80；|L/f|＝0.64；
|BFL/f|＝1.19；|y’/f|＝0.35
满足关系式：0.8<|fU1/f|<2；1.5<|fU2/f|、|fU3/f|<4；
|L/f|＜0.65；|BFL/f|>1.1；|y’/f|＜0.5；
1＜|fG3/fG4|＜2；1＜|fG6/fG5|＜2；0.5＜|fG9/f|＜1.0。
图2所示为本实施例的光学畸变图，全视场的光学畸变＜0.02％，实现光学系统的低畸变成像。
本发明通过上述结构实现了焦距为117mm的低畸变大靶面镜头的光学系统，最大成像面为φ82mm，全视场光学畸变低于0.02％；本发明采用整组对焦方式，通光孔径也可灵活调节，能满足不同的应用需求。
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 (7)
1.一种低畸变大靶面的镜头，其特征在于：包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，所述光学系统包括由物方到像依次设置的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2；具有正光焦度、弯月结构的第三透镜G3；具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4；具有负光焦度、双凹结构的第五透镜G5；具有正光焦度、双凸结构的第六透镜G6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜G7；具有正光焦度、弯月结构的第八透镜G8和具有正光焦度、弯月结构的第九透镜G9，
其中，所述第三透镜G3和第四透镜G4胶合形成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第五透镜G5和第六透镜G6胶合形成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第七透镜G7和第八透镜G8胶合形成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3，所述光学系统的焦距为f，所述第一胶合透镜组U1的焦距为fU1，所述第二胶合透镜组U2的焦距为fU2，所述第三胶合透镜组U3的焦距为fU3，它们分别满足关系式：0.8<|fU1/f|<2，1.5<|fU2/f|<4，1.5<|fU3/f|<4；
所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第七透镜G7的距离为L，其与光学系统的焦距f，满足关系式：|L/f|＜0.65，所述光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f，满足关系式：|BFL/f|>1.1，所述光学系统的半像高y’与光学系统的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.5。
2.根据权利要求1所述的低畸变大靶面的镜头，其特征在于：所述第一透镜G1的折射率为n1，其折射率满足关系式：1.4＜n1＜1.6。
3.根据权利要求1所述的低畸变大靶面的镜头，其特征在于：所述第二透镜G2的折射率为n2，其折射率n2满足关系式：1.75＜n2＜2.0。
4.根据权利要求1所述的低畸变大靶面的镜头，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，其焦距fG3和fG4的比值满足关系式：1＜|fG3/fG4|＜2。
5.根据权利要求1所述的低畸变大靶面的镜头，其特征在于：所述第五透镜G5的焦距为fG5，所述第六透镜G6的焦距为fG6，其焦距fG6和fG5的比值满足关系式：1＜|fG6/fG5|＜2。
6.根据权利要求1所述的低畸变大靶面的镜头，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，其折射率n7和n8分别满足关系式：1.5＜n7＜1.70；1.70＜n8＜2.0。
7.根据权利要求1所述的低畸变大靶面的镜头，其特征在于：所述第九透镜的焦距为fG9，其焦距fG9和f满足关系式：0.5＜|fG9/f|＜1.0。
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