一种光学系统及高分辨率近距离成像长焦工业镜头的制作方法

1.本实用新型涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种光学系统及高分辨率近距离成像长焦工业镜头。


背景技术：

2.随着工业自动化的发展，工业镜头在机器视觉检测领域应用广泛，例如工件测量判断、缺陷检测、食品包装、智能物流、医学诊断等。不断提高的检测精度需求和高分辨率相机的广泛应用对工业镜头的成像质量和性能提出新的要求。
3.工业镜头常应用在近距离成像项目上，目前市面上大部分长焦距工业镜头只有在远距离拍摄时才能良好成像，在近距离成像效果上有所欠缺，且分辨率有所不足。
4.因此，需要对现有工业镜头进行改进，以使其满足近距离高分辨率成像的应用要求。
5.本背景部分中公开的以上信息仅被包括用于增强本公开内容的背景的理解，且因此可包含不形成对于本领域普通技术人员而言在当前已经知晓的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本实用新型的一个目的在于，提供一种光学系统及高分辨率近距离成像长焦工业镜头，能有效满足近距离高分辨率成像的应用要求。
7.为达以上目的，一方面，本实用新型提供一种光学系统，由物方到像方依次设置固定组s1和调焦组s2，所述调焦组s2可沿光轴靠近或远离所述固定组s1以实现调焦；
8.所述固定组s1包括具有正光焦度的第一透镜g1、具有负光焦度的第二透镜g2、具有正光焦度的第三透镜g3、具有正光焦度的第四透镜g4、具有负光焦度的第五透镜g5、具有负光焦度的第六透镜g6、具有正光焦度的第七透镜g7；
9.其中，所述第五透镜g5和第六透镜g6之间设有光阑s；
10.所述调焦组s2具有正光焦度；
11.所述固定组s1的组合焦距为f
s1
，所述调焦组s2的组合焦距为f
s2
，其中， 0.4《|f
s1
/f
s2
|《1.4。
12.可选的，所述第一透镜g1为双凸透镜，所述第二透镜g2为凸向像方的弯月透镜，所述第三透镜g3为双凸透镜或者凸向物方的平凸透镜，所述第四透镜g4为双凸透镜，所述第五透镜g5为双凹透镜，所述第六透镜g6为双凹透镜，所述第七透镜g7为双凸透镜。
13.可选的，所述第一透镜g1与所述第二透镜g2胶合形成第一胶合透镜 u1，所述第四透镜g4与所述第五透镜g5胶合形成第二胶合透镜u2。
14.可选的，所述第一透镜g1与所述第三透镜g3的色散均低于所述第二透镜g2的色散。
15.可选的，
16.所述第一胶合透镜u1的焦距为f
u1
，第三透镜的焦距为f3，其中： 0《|f
s1
/f
u1
|《1.5，
0.5《|f3/f
s1
|《1.5；
17.所述第六透镜g6的焦距为f6，所述第七透镜g7的焦距为f7，其中： 0.10《|f6/f
s1
|《0.30，0.25《|f7/f
s1
|《0.50。
18.可选的，
19.所述第四透镜g4的折射率为n4，所述第五透镜g5的折射率为n5，其中： 1.85《n4《2.1，1.6《n5《1.85。
20.可选的，所述调焦组s2为单透镜或者胶合透镜。
21.可选的，所述光学系统的半像高y与所述光学系统的焦距f满足关系式： |y/f|《0.15。
22.另一方面，提供一种高分辨率近距离成像长焦工业镜头，其包括机械系统和任一所述的光学系统，所述机械系统用于驱使所述光学系统的调焦组s2 沿光轴靠近或远离所述光学系统的固定组s1以实现调焦。
23.本实用新型的有益效果在于：提供一种光学系统及高分辨率近距离成像长焦工业镜头，适用于机器视觉检测的应用场景，通过合理的透镜组合和焦距匹配，进而达到在近距离进行高分辨率成像的应用要求。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
25.图1为实施例1提供的光学系统的结构示意图；
26.图2为实施例1提供的光学系统的mtf(调制传递函数)图；
27.图3为实施例2提供的光学系统的结构示意图；
28.图4为实施例2提供的光学系统的mtf(调制传递函数)图。
具体实施方式
29.为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
30.在本实用新型的描述中，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。
31.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实用新型，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，以此不能理解为本实用新型的限制。
32.以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
33.实施例1
34.本实施例提供一种高分辨率近距离成像长焦工业镜头，包括光学系统和用于实现所述光学系统的调焦的机械系统。所述高分辨率近距离成像长焦工业镜头适用于机器视觉检测的应用场景，通过合理的透镜组合和焦距匹配，进而达到在近距离进行高分辨率成像的应用要求。
35.参见图1，本实施例提供的光学系统，由物方到像方依次设置固定组s1 和调焦组s2，其中，机械系统与所述调焦组s2连接，用于驱使调焦组s2沿光轴靠近或远离所述固定组s1以实现调焦。
36.所述固定组s1包括具有正光焦度的第一透镜g1、具有负光焦度的第二透镜g2、具有正光焦度的第三透镜g3、具有正光焦度的第四透镜g4、具有负光焦度的第五透镜g5、具有负光焦度的第六透镜g6、具有正光焦度的第七透镜g7；
37.其中，所述第五透镜g5和第六透镜g6之间设有光阑s；
38.所述调焦组s2具有正光焦度；本实施例中，所述调焦组s2为单透镜结构的第八透镜g8。可选的，所述第八透镜g8为凸向物方的弯月透镜。
39.所述固定组s1的组合焦距为f
s1
，所述调焦组s2的组合焦距为f
s2
，其中， 0.4《|f
s1
/f
s2
|《1.4。
40.本实施例中，所述第一透镜g1为双凸透镜，所述第二透镜g2为凸向像方的弯月透镜，所述第三透镜g3为双凸透镜或者凸向物方的平凸透镜，所述第四透镜g4为双凸透镜，所述第五透镜g5为双凹透镜，所述第六透镜g6 为双凹透镜，所述第七透镜g7为双凸透镜。
41.可选的，所述第一透镜g1与所述第二透镜g2胶合形成第一胶合透镜 u1，所述第四透镜g4与所述第五透镜g5胶合形成第二胶合透镜u2。其中，所述第一透镜g1与所述第三透镜g3由低色散材料制成，所述第二透镜g2 由高色散材料制成，即，所述第一透镜g1与所述第三透镜g3的色散均低于所述第二透镜g2的色散，则第一透镜g1、第二透镜g2和第三透镜g3的组合即可有效降低光学系统存在的二级光谱，提高分辨率。
42.可选的，当各透镜满足以下参数限制时，成像效果较优：
43.所述第一胶合透镜u1的焦距为f
u1
，第三透镜的焦距为f3，其中： 0《|f
s1
/f
u1
|《1.5，0.5《|f3/f
s1
|《1.5；
44.所述第六透镜g6的焦距为f6，所述第七透镜g7的焦距为f7，其中： 0.10《|f6/f
s1
|《0.30，0.25《|f7/f
s1
|《0.50；
45.所述第四透镜g4的折射率为n4，所述第五透镜g5的折射率为n5，其中： 1.85《n4《2.1，1.6《n5《1.85；
46.所述光学系统的半像高y与所述光学系统的焦距f满足关系式：|y/f|《0.15。
47.以下根据本实用新型的上述设置给出具体实施例来解释说明。
48.示例性的光学系统的各透镜数据如下表1所示，对应的mtf图如图2所示。
49.表1单透镜调焦的光学系统各透镜的参数汇总表
[0050][0051][0052]
在上表1所示的光学系统中，光学系统的焦距f变化范围在69mm-79.2mm；工作距离范围在250mm～700mm；半像高y＝5.50mm；最大光圈为f2.8；固定组s1的焦距为f
s1
＝74.48mm；调焦组s2的焦距f
s2
＝112.54mm；第一胶合透镜u1的焦距为f
u1
＝198.06mm；第三透镜的焦距为f3＝77.27mm；第六透镜g6 的焦距f6＝-17.39mm；第七透镜g7的焦距为f7＝29.52mm。
[0053]
它们满足以下关系式：
[0054]
|y/f|《0.15；
[0055]
0.4《(|f
s1
/f
s2
|＝0.66)《1.4；
[0056]
0《(|f
s1
/f
u1
|＝0.38)《1.5；
[0057]
0.5《(|f3/f
s1
|＝1.04)《1.5；
[0058]
0.10《(|f6/f
s1
|＝0.23)《0.30；
[0059]
0.25《(|f7/f
s1
|＝0.40)《0.50。
[0060]
与现有技术相比，本实施例提供的光学系统及高分辨率近距离成像长焦工业镜头的有益效果在于：通过合理的透镜组合和焦距匹配，实现了一种光学系统，其焦距在为75
±
10mm范围内变化；分辨率可达200lp/mm，可以匹配2.5μm像元；采用浮动对焦方式，可以在近距离良好成像。
[0061]
本实施例中，为了实现近距离成像，所述光学系统采用浮动对焦方式；调节固定组s1和调焦组s2之间的距离可以平衡由物距变化引起的像差，从而实现近距离良好成像，最
终满足近距离高分辨率成像的应用要求。
[0062]
实施例2
[0063]
本实施例提供一种高分辨率近距离成像长焦工业镜头，包括光学系统和用于实现所述光学系统的调焦的机械系统。所述高分辨率近距离成像长焦工业镜头适用于机器视觉检测的应用场景，通过合理的透镜组合和焦距匹配，进而达到在近距离进行高分辨率成像的应用要求。
[0064]
参见图3，本实施例提供的光学系统，由物方到像方依次设置固定组s1 和调焦组s2，其中，机械系统与所述调焦组s2连接，用于驱使调焦组s2沿光轴靠近或远离所述固定组s1以实现调焦。
[0065]
所述固定组s1包括具有正光焦度的第一透镜g1、具有负光焦度的第二透镜g2、具有正光焦度的第三透镜g3、具有正光焦度的第四透镜g4、具有负光焦度的第五透镜g5、具有负光焦度的第六透镜g6、具有正光焦度的第七透镜g7；
[0066]
其中，所述第五透镜g5和第六透镜g6之间设有光阑s；
[0067]
所述调焦组s2具有正光焦度；本实施例中，所述调焦组s2为由第八透镜g8和第九透镜g9胶合成的第三胶合透镜u3。
[0068]
可选的，所述第八透镜g8为凸向物方的弯月透镜，所述第九透镜g9为凸向物方的平凹透镜。
[0069]
所述固定组s1的组合焦距为f
s1
，所述调焦组s2的组合焦距为f
s2
，其中， 0.4《|f
s1
/f
s2
|《1.4。
[0070]
本实施例中，所述第一透镜g1为双凸透镜，所述第二透镜g2为凸向像方的弯月透镜，所述第三透镜g3为双凸透镜或者凸向物方的平凸透镜，所述第四透镜g4为双凸透镜，所述第五透镜g5为双凹透镜，所述第六透镜g6 为双凹透镜，所述第七透镜g7为双凸透镜。
[0071]
可选的，所述第一透镜g1与所述第二透镜g2胶合形成第一胶合透镜 u1，所述第四透镜g4与所述第五透镜g5胶合形成第二胶合透镜u2。其中，所述第一透镜g1与所述第三透镜g3由低色散材料制成，所述第二透镜g2 由高色散材料制成，即，所述第一透镜g1与所述第三透镜g3的色散均低于所述第二透镜g2的色散，则第一透镜g1、第二透镜g2和第三透镜g3的组合即可有效降低光学系统存在的二级光谱，提高分辨率。
[0072]
可选的，当各透镜满足以下参数限制时，成像效果较优：
[0073]
所述第一胶合透镜u1的焦距为f
u1
，第三透镜的焦距为f3，其中： 0《|f
s1
/f
u1
|《1.5，0.5《|f3/f
s1
|《1.5；
[0074]
所述第六透镜g6的焦距为f6，所述第七透镜g7的焦距为f7，其中： 0.10《|f6/f
s1
|《0.30，0.25《|f7/f
s1
|《0.50；
[0075]
所述第四透镜g4的折射率为n4，所述第五透镜g5的折射率为n5，其中： 1.85《n4《2.1，1.6《n5《1.85；
[0076]
所述光学系统的半像高y与所述光学系统的焦距f满足关系式：|y/f|《0.15。
[0077]
以下根据本实用新型的上述设置给出具体实施例来解释说明。
[0078]
示例性的光学系统的各透镜数据如下表2所示，对应的mtf图如图4所示。
[0079]
表2胶合透镜调焦的光学系统各透镜的参数汇总表
[0080]
表面半径(mm)厚度(mm)折射率
g1前表面56.65.591.5g1、g2胶合面-45.671.51.75g2后表面-1295.690.1 g3前表面40.2961.6g3后表面-1178.764.33 g4前表面49.967.261.9g4、g5胶合面-113.35.951.75g5后表面35.49.23 光阑∞2.34 g6前表面-28.681.21.7g6后表面21.788.34 g7前表面48.913.651.85g7后表面-60.12调焦量 g8前表面72.771.541.65g8、g9胶合面18.244.111.77g9后表面361.3113.06 像面∞
ꢀꢀ
[0081]
在上表2所示的光学系统中，光学系统的焦距f变化范围在69mm-85mm；工作距离范围在280mm～550mm；半像高y＝8.8mm；最大光圈为f2.8；固定组s1的焦距为f
s1
＝76.64mm；调焦组s2的焦距f
s2
＝74.48mm；第一胶合透镜u1的焦距为f
u1
＝248.24mm；第三透镜的焦距为f3＝64.82mm；第六透镜g6的焦距f6＝-17.37mm；第七透镜g7的焦距为f7＝32.05mm。
[0082]
它们满足以下关系式：
[0083]
|y/f|《0.15；
[0084]
0.4《(|f
s1
/f
s2
|＝1.03)《1.4；
[0085]
0《(|f
s1
/f
u1
|＝0.31)《1.5；
[0086]
0.5《(|f3/f
s1
|0.85)《1.5；
[0087]
0.10《(|f6/f
s1
|＝0.23)《0.30；
[0088]
0.25《(|f7/f
s1
|＝0.42)《0.50。
[0089]
与现有技术相比，本实施例提供的光学系统及高分辨率近距离成像长焦工业镜头的有益效果在于：通过合理的透镜组合和焦距匹配，实现了一种光学系统，其焦距在为75
±
10mm范围内变化；分辨率可达200lp/mm，可以匹配2.5μm像元；采用浮动对焦方式，可以在近距离良好成像。
[0090]
本实施例中，为了实现近距离成像，所述光学系统采用浮动对焦方式；调节固定组s1和调焦组s2之间的距离可以平衡由物距变化引起的像差，从而实现近距离良好成像，最终满足近距离高分辨率成像的应用要求。进一步地，当调焦组s2采用胶合透镜时，可以使光学系统有更宽的工作距离范围，也可以兼容尺寸更大的感光芯片。
[0091]
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可
以理解的其他实施方式。
[0092]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。