一种应用液态镜头对焦的光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及镜头技术领域，具体涉及一种应用液态镜头对焦的光学系统。


背景技术：

2.随着工业图像处理、机器视觉系统在精密检测领域的广泛应用，机器视觉系统的眼睛是工业相机，而工业相机的眼瞳便是镜头，可以说镜头的质量直接决定了系统的整体性能。
3.目前应用于工业检测的镜头还存在诸多不足，如镜头大多采用单焦镜头，近物距使用，在不同物距下，镜头的后焦会产生偏移，造成成像质量下降，所以同一个镜头不能同时工作于多个不同物距；目前镜头内对焦的方案有些采用马达驱动(vcm)的方式，采用这种方式镜头的外形会做得较大，马达也有噪声影响，且价格比较昂贵；镜头的镜片过多，使得镜头整体成本过高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种应用液态镜头对焦的光学系统，以至少解决上述问题的其一。
5.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种应用液态镜头对焦的光学系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括液态镜头、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜，所述第一透镜至第五透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
7.所述第一透镜具正屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
8.所述第二透镜具负屈光率，所述第二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
9.所述第三透镜具正屈光率，所述第三透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
10.所述第四透镜具正屈光率，所述第四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
11.所述第五透镜具负屈光率，所述第五透镜的物侧面为凹面；
12.该镜头具有屈光率的透镜只有上述五片。
13.优选地，所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面相互胶合。
14.优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述液态镜头和第一透镜之间。
15.优选地，该镜头满足下列条件式：bfl/ttl≥0.3，其中，bfl为所述第五透镜的像侧面的中心至成像面在光轴上的距离，ttl为所述第一透镜的物侧面的中心至成像面在光轴上的距离。
16.优选地，该镜头满足下列条件式：
17.3＜f1＜6，-3＜f2＜-1，3＜f3＜7，1＜f4＜3，-6＜f5＜-2，
18.其中，f1、f2、f3、f4、f5分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距值。
19.优选地，该镜头满足下列条件式：
20.0.4＜t1＜1，0.5＜t2＜1.5，0.5＜t3＜1.5，0.5＜t4＜2，0.4＜t5＜1，
21.其中，t1、t2、t3、t4、t5分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的中心厚度。
22.采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：
23.1、本实用新型考虑到工业检测的多物距使用，采用搭配液态镜头的方案进行内对焦，不改变光学后焦，即可在不同物距下同时获得高解像，且工作物距范围广、成像质量优良、具有高分辨率，符合近物距工业检测的要求。
24.2、本实用新型采用液态镜头前置的方案，不仅镜头的噪声小、外形小、价格相对便宜，且液态镜头的安装方便，光学系统在无液态镜头的情况下也可独立使用，获得高解像。
25.3、本实用新型沿物侧至像侧方向采用五片透镜，镜片的数量较少、整体体积小，有利于减轻镜头整体重量和成本，适用大批量生产。
附图说明
26.图1为实施例一的光路图；
27.图2为实施例一中镜头在可见光436nm-650nm、工作物距120mm下的mtf曲线图；
28.图3为实施例一中镜头在可见光436nm-650nm、工作物距40mm下的mtf曲线图；
29.图4为实施例一中镜头在可见光436nm-650nm、工作物距300mm下的mtf曲线图；
30.图5为实施例二的光路图；
31.图6为实施例二中镜头在可见光436nm-650nm、工作物距120mm下的mtf曲线图；
32.图7为实施例二中镜头在可见光436nm-650nm、工作物距40mm下的mtf曲线图；
33.图8为实施例二中镜头在可见光436nm-650nm、工作物距300mm下的mtf曲线图；
34.图9为实施例三的光路图；
35.图10为实施例三中镜头在可见光436nm-650nm、工作物距120mm下的mtf曲线图；
36.图11为实施例三中镜头在可见光436nm-650nm、工作物距40mm下的mtf曲线图；
37.图12为实施例三中镜头在可见光436nm-650nm、工作物距300mm下的mtf曲线图。
38.附图标记说明：
39.第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、液态镜头6、光阑7。
具体实施方式
40.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
41.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
42.在本说明书中所说的「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为r值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。r值可常见被使用于光学设计软件中，例如zemax或codev。r值亦常见于光学设计软件的透镜资料表
(lensdatasheet)中。以物侧面来说，当r值为正时，判定为物侧面为凸面；当r值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当r值为正时，判定像侧面为凹面；当r值为负时，判定像侧面为凸面。
43.本实用新型公开了一种应用液态镜头对焦的光学系统，从物侧至像侧沿一光轴依次包括液态镜头、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜及第五透镜，所述第一透镜至第五透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
44.所述第一透镜具正屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
45.所述第二透镜具负屈光率，所述第二透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
46.所述第三透镜具正屈光率，所述第三透镜的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
47.所述第四透镜具正屈光率，所述第四透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
48.所述第五透镜具负屈光率，所述第五透镜的物侧面为凹面、像侧面的凹凸不限定；
49.该镜头具有屈光率的透镜只有上述五片，本实用新型搭配液态镜头，在不同的工作物距中，光学后焦不变，通过改变液态镜头的电压值来控制液态镜头产生不同曲率半径，使得工作物距范围从40mm到400m均可获得高解析。
50.优选地，所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面相互胶合，胶合透镜有利于缩短镜头总长，有利于镜头的小型化。
51.优选地，该镜头还包括光阑，所述光阑设置于所述液态镜头和第一透镜之间，光阑介于液态镜头及光学系统之间，可配合使用，也可独立使用。
52.优选地，该镜头满足下列条件式：bfl/ttl≥0.3，其中，bfl为所述第五透镜的像侧面的中心至成像面在光轴上的距离，ttl为所述第一透镜的物侧面的中心至成像面在光轴上的距离，通过控制镜头的光学后焦，有利于减轻镜头整体的重量与成本，有利于减小cra，提升分辨率。
53.优选地，该镜头满足下列条件式：
54.3＜f1＜6，-3＜f2＜-1，3＜f3＜7，1＜f4＜3，-6＜f5＜-2，
55.其中，f1、f2、f3、f4、f5分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距值，通过合理分配光焦度，可以提高系统的性能。
56.优选地，该镜头满足下列条件式：
57.0.4＜t1＜1，0.5＜t2＜1.5，0.5＜t3＜1.5，0.5＜t4＜2，0.4＜t5＜1，
58.其中，t1、t2、t3、t4、t5分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的中心厚度，通过调整芯厚，有利于镜头的小型化。
59.下面将以具体实施例对本实用新型的光学系统进行详细说明。
60.实施例一
61.参考图1所示，本实施例公开了一种应用液态镜头对焦的光学系统，从物侧a1至像侧a2沿一光轴依次包括液态镜头6、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4及第五透镜5，所述第一透镜1至第五透镜5各自包括一朝向物侧a1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧a2且使成像光线通过的像侧面；
62.所述第一透镜1具正屈光率，所述第一透镜1的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
63.所述第二透镜2具负屈光率，所述第二透镜2的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
64.所述第三透镜3具正屈光率，所述第三透镜3的物侧面为凹面、像侧面为凸面；
65.所述第四透镜4具正屈光率，所述第四透镜4的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
66.所述第五透镜5具负屈光率，所述第五透镜5的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
67.该镜头具有屈光率的透镜只有上述五片，所述第四透镜4的像侧面与所述第五透镜5的物侧面相互胶合，该镜头还包括光阑7，所述光阑7设置于所述液态镜头6和第一透镜1之间。
68.本具体实施例的详细光学数据如表1所示。
69.表1实施例一的详细光学数据
[0070][0071]
本具体实施例中光学成像镜头的光路图请参阅图1；镜头在可见光436nm-650nm、工作物距120mm下的mtf曲线图请参阅图2，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.4，镜头在可见光436nm-650nm、工作物距40mm下的mtf曲线图请参阅图3，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，镜头在可见光436nm-650nm、工作物距300mm下的mtf曲线图请参阅图4，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，从图2至图4可知，镜头的工作物距(40mm-400mm)范围广、成像质量优良、具有高分辨率，符合近物距工业检测的要求。
[0072]
实施例二
[0073]
配合图5至图8所示，本实施例中，所述第五透镜5的物侧面为凹面、像侧面为凸面，本实施例的其余透镜与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0074]
本具体实施例的详细光学数据如表2所示。
[0075]
表2实施例二的详细光学数据
[0076][0077]
本具体实施例中光学成像镜头的光路图请参阅图5；镜头在可见光436nm-650nm、工作物距120mm下的mtf曲线图请参阅图6，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.4，镜头在可见光436nm-650nm、工作物距40mm下的mtf曲线图请参阅图7，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，镜头在可见光436nm-650nm、工作物距300mm下的mtf曲线图请参阅图8，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，从图6至图8可知，镜头的工作物距(40mm-400mm)范围广、成像质量优良、具有高分辨率，符合近物距工业检测的要求。
[0078]
实施例三
[0079]
配合图9至图12所示，本实施例中，所述第五透镜5的物侧面为凹面、像侧面为凸面，本实施例的其余透镜与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
[0080]
本具体实施例的详细光学数据如表3所示。
[0081]
表3实施例三的详细光学数据
[0082][0083]
本具体实施例中光学成像镜头的光路图请参阅图9；镜头在可见光436nm-650nm、工作物距120mm下的mtf曲线图请参阅图10，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.4，镜头在可见光436nm-650nm、工作物距40mm下
的mtf曲线图请参阅图11，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，镜头在可见光436nm-650nm、工作物距300mm下的mtf曲线图请参阅图12，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，从图10至图12可知，镜头的工作物距(40mm-400mm)范围广、成像质量优良、具有高分辨率，符合近物距工业检测的要求。
[0084]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。