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CN111190272A - 一种高分辨率大光圈镜头 - Google Patents

一种高分辨率大光圈镜头 Download PDF

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CN111190272A CN202010151171.XA CN202010151171A CN111190272A CN 111190272 A CN111190272 A CN 111190272A CN 202010151171 A CN202010151171 A CN 202010151171A CN 111190272 A CN111190272 A CN 111190272A
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Abstract

本发明属于镜头技术领域，具体涉及一种高分辨率大光圈镜头，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固定组S1和调焦组S2，所述光学模组的焦距f，所述固定组S1的焦距为f1，所述调焦组S2的焦距f2，f1和f的比值满足关系式：0.90＜|f1/f|＜1.60；f2和f的比值满足关系式：2.0＜|f2/f|＜5.0。通过上述结构实现了高分辨率大光圈镜头的光学模组，最大光圈达到F1.4，像素可达1000万级别的分辨；工作距离宽，采用浮动对焦方式，从200mm～∞均可达到相应的成像要求，同时其通光孔径也可灵活调节。

Description

一种高分辨率大光圈镜头
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体涉及一种高分辨率大光圈镜头。
背景技术
在工业自动化的背景下，工业镜头广泛应用测量、判断、检测缺陷、食品包装、智能物流、医学诊断等众多机器视觉检测领域。不用应用场合对镜头性能的要求有所区别，如尺寸测量应用要求镜头的畸变更低；细小缺陷检测应用要求镜头的解析度要更高；在线检测应用使用线扫镜头能提高检测速度；在暗视场或者环境光线较暗的环境下检测，要求镜头光圈要更大等等。然而国内现有的工业镜头虽然有大光圈但是分辨率低，或是分辨率高但光圈偏小，因此对于高分辨率大光圈镜头的研发就更为迫切。
目前，市面上的机器视觉镜头，如专利号为“201720684137.2”的专利，该镜头最大光圈为F2.2，但是其画面解析力仅为百万像素，分辨率不能满足现有技术的需求。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，研发出高分辨率、大光圈镜头光学模组，可应用于较暗环境情况下的测量检测项目，满足不同的工业发展需求。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高分辨率大光圈镜头，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固定组S1和调焦组S2；
所述固定组S1包括具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有正光焦度及双凸结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、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、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7；所述第四透镜G4和所述第五透镜G5之间设置有光阑；固定组S1是类似双高斯结构，光阑放置在两胶合镜片中间，这种结构模式能较好地矫正垂轴像差，有利于提高镜头的光学指标性能。
所述调焦组S2包括具有负光焦度的第八透镜G8和具有正光焦度的第九透镜G9；调焦组的微调能够很好地平衡不用物距引起的像差，实现宽工作距离成像。
所述光学模组的焦距f，所述固定组S1的焦距为f1，所述调焦组S2的焦距f2，f1和f的比值满足关系式：0.90＜|f1/f|＜1.60；f2和f的比值满足关系式：2.0＜|f2/f|＜5.0。
作为本发明所述的高分辨率大光圈镜头的一种改进，所述第一透镜G1靠近所述物方表面的顶点到所述像面的距离L与所述光学模组的焦距f，满足关系式：|L/f|＜2.0。
作为本发明所述的高分辨率大光圈镜头的一种改进，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|＜0.4。
作为本发明所述的高分辨率大光圈镜头的一种改进，所述第一透镜G1的折射率为n1，所述第二透镜G2的折射率为n2，所述折射率n1和所述折射率n2同时满足关系式，1.6≤n1、n2≤1.9。
作为本发明所述的高分辨率大光圈镜头的一种改进，所述第三透镜G3与所述第四透镜G4组成第一胶合透镜组U1，所述第五透镜G5与所述第六透镜G6组成第二胶合透镜组U2，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，fu1和f的比值满足关系式：0.3＜|fu1/f|＜1.0，fu2和f的比值满足关系式：20＜|fu2/f|＜30。
作为本发明所述的高分辨率大光圈镜头的一种改进，所述第七透镜G7的折射率为n7，1.8≤n7≤2.0。
作为本发明所述的高分辨率大光圈镜头的一种改进，所述第八透镜G8与所述第九透镜G9组成第三胶合透镜组U3，所述第八透镜G8的焦距为fG8，所述第九透镜G9的焦距为fG9，fG8和fG9的比值满足关系式：1.0＜|fG8/fG9|＜2.0。
作为本发明所述的高分辨率大光圈镜头的一种改进，所述的各个透镜均为球面镜。
本发明的有益效果在于：通过上述结构实现了高分辨率大光圈镜头的光学模组，最大光圈达到F1.4，像素可达1000万级别的分辨；工作距离宽，采用浮动对焦方式，从200mm～∞均可达到相应的成像要求，能满足不同的应用需求，同时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为实施例一的镜头光学模组图示；
图2为实施例二的镜头光学模组图示；
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，G9-第九透镜，U1-第一胶合透镜组；U2-第二胶合透镜组，U3-第三胶合透镜组，S1-固定组，S2-调焦组。
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。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种高分辨率大光圈镜头，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固定组S1和调焦组S2；
固定组S1包括具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有正光焦度及双凸结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、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、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7；第四透镜G4和第五透镜G5之间设置有光阑1；固定组是类似双高斯结构，光阑1放置在两胶合镜片中间，这种结构模式能较好地矫正垂轴像差，有利于提高镜头的光学指标性能。
调焦组S2包括具有负光焦度的第八透镜G8和具有正光焦度的第九透镜G9；调焦组S2的微调能够很好地平衡不用物距引起的像差，实现宽工作距离成像。
光学模组的焦距f，固定组S1的焦距为f1，调焦组S2的焦距f2，f 1和f的比值满足关系式：0.90＜|f1/f|＜1.60；f2和f的比值满足关系式：2.0＜|f2/f|＜5.0。
进一步地，第一透镜G1靠近物方表面的顶点到像面2的距离L与光学模组的焦距f，满足关系式：|L/f|＜2.0。
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|＜0.4。
进一步地，第一透镜G1的折射率为n1，第二透镜G2的折射率为n2，折射率n1和折射率n2同时满足关系式，1.6≤n1、n2≤1.9。
进一步地，第三透镜G3与第四透镜G4组成第一胶合透镜组U1，第五透镜G5与第六透镜G6组成第二胶合透镜组U2，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，fu1和f的比值满足关系式：0.3＜|fu1/f|＜1.0，fu2和f的比值满足关系式：20＜|fu2/f|＜30。
进一步地，第七透镜G7的折射率为n7，1.8≤n7≤2.0。
进一步地，第八透镜G8与第九透镜G9组成第三胶合透镜组U3，第八透镜G8的焦距为fG8，第九透镜G9的焦距为fG9，fG8和fG9的比值满足关系式：1.0＜|fG8/fG9|＜2.0。
进一步地，各个透镜均为球面镜。
具体光学模组数据如下：
Figure BDA0002402484200000051
Figure BDA0002402484200000061
在本实施例中，光学模组的焦距f为25mm，最大光圈为F#＝1.4，固定组S1的焦距f1＝31.23mm，调焦组S2的焦距f2＝69.79mm，第一透镜G1靠近物方表面的顶点到像面2的距离L＝41.49mm，半像高y’＝8.8mm，第一胶合透镜组U1的焦距fU1＝-16.74mm，第二胶合透镜组U2的焦距fU2＝-671.01mm，第八透镜G8的焦距fG8＝-54.87mm，第九透镜G9的焦距fG9＝30.53mm
各个关系式：|f1/f|＝1.25；|f2/f|＝2.79；|L/f|＝1.66；
|y’/f|＝0.35；|fu1/f|＝0.67；|fu2/f|＝26.84；
|fG8/fG9|＝1.80
满足关系式：0.90<|f1/f|<1.60；2.0<|f2/f|<5.0；|L/f|＜2.0；
|y’/f|＜0.4；0.3＜|fu1/f|＜1.0；
20＜|fu2/f|＜30；1.0＜|fG8/fG9|＜2.0。
实施例二
如图2所示，本实施例提供一种高分辨率大光圈镜头，具体光学模组数据如下：
表面 半径(mm) 厚度(mm) 折射率
G1前表面 28.6 4.3 1.6
G1后表面 1300.0 0.1
G2前表面 18.7 4.0 1.8
G2后表面 40.4 0.7
U1前表面 111.0 3.4 1.7
U1胶合面 -55.5 1.2 1.6
U1后表面 10.9 4.0
光阑 平面 9.6
U2前表面 -14.2 1.0 1.6
U2胶合面 22.4 4.0 1.8
U2后表面 -22.6 0.1
G7前表面 312 2.2 1.9
G7后表面 -43.1 1.9
U3前表面 39.0 6.4 1.8
U3胶合面 14.9 5.1 1.6
U3后表面 155.8 11.3
像面 平面
在实例二中，光学模组的焦距f为35mm，最大光圈为F#＝1.4，固定组S1的焦距f1＝43.10mm，调焦组S2的焦距f2＝135.39mm，第一透镜G1靠近物方表面的顶点到像面2的距离L＝53.03mm，半像高y’＝8.8mm，第一胶合透镜组U1的焦距fU1＝-18.55mm，第二胶合透镜组U2的焦距fU2＝-721.23mm，第八透镜G8的焦距fG8＝-34.25mm，第九透镜G9的焦距fG9＝24.98mm
各个关系式：|f1/f|＝1.23；|f2/f|＝3.87；|L/f|＝1.52；
|y’/f|＝0.25；|fu1/f|＝0.53；|fu2/f|＝20.61；
|fG8/fG9|＝1.37。
满足关系式：0.90<|f1/f|<1.60；2.0<|f2/f|<5.0；|L/f|＜2.0；
|y’/f|＜0.4；0.3＜|fu1/f|＜1.0；20＜|fu2/f|＜30；
1.0＜|fG8/fG9|＜2.0。
通过上述结构实现了高分辨率大光圈镜头的光学模组，最大光圈达到F1.4，像素可达1000万级别的分辨；工作距离宽，采用浮动对焦方式，从200mm～∞均可达到相应的成像要求，能满足不同的应用需求，同时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 (8)

1.一种高分辨率大光圈镜头，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固定组S1和调焦组S2；
所述固定组S1包括具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有正光焦度及双凸结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、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、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7；所述第四透镜G4和所述第五透镜G5之间设置有光阑；
所述调焦组S2包括具有负光焦度的第八透镜G8和具有正光焦度的第九透镜G9；
所述光学模组的焦距f，所述固定组S1的焦距为f1，所述调焦组S2的焦距f2，f1和f的比值满足关系式：0.90＜|f1/f|＜1.60；f2和f的比值满足关系式：2.0＜|f2/f|＜5.0。
2.根据权利要求1所述的高分辨率大光圈镜头，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像面的距离L与所述光学模组的焦距f，满足关系式：|L/f|＜2.0。
3.根据权利要求1所述的高分辨率大光圈镜头，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|＜0.4。
4.根据权利要求1所述的高分辨率大光圈镜头，其特征在于，所述第一透镜G1的折射率为n1，所述第二透镜G2的折射率为n2，所述折射率n1和所述折射率n2同时满足关系式，1.6≤n1、n2≤1.9。
5.根据权利要求1所述的高分辨率大光圈镜头，其特征在于，所述第三透镜G3与所述第四透镜G4组成第一胶合透镜组U1，所述第五透镜G5与所述第六透镜G6组成第二胶合透镜组U2，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，fu1和f的比值满足关系式：0.3＜|fu1/f|＜1.0，fu2和f的比值满足关系式：20＜|fu2/f|＜30。
6.根据权利要求1所述的高分辨率大光圈镜头，其特征在于，所述第七透镜G7的折射率为n7，1.8≤n7≤2.0。
7.根据权利要求1所述的高分辨率大光圈镜头，其特征在于，所述第八透镜G8与所述第九透镜G9组成第三胶合透镜组U3，所述第八透镜G8的焦距为fG8，所述第九透镜G9的焦距为fG9，fG8和fG9的比值满足关系式：1.0＜|fG8/fG9|＜2.0。
8.根据权利要求1所述的高分辨率大光圈镜头，其特征在于，所述的各个透镜均为球面镜。
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