一种成像系统的制作方法

1.本实用新型属于光学技术领域，尤其涉及一种光学成像系统。


背景技术：

2.机器视觉指通过机器视觉镜头将光信号手机给相机，再由相机将光信号转化为电信号传递给图像处理系统，根据所采集的图像信息进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结构来控制现场的设备动作。在工业自动化时代，机器视觉的需求逐年上升，已经广泛应用于电子制造、缺陷检测、精密测试等领域。
3.应用于机器视觉的成像系统对像素、画面均匀度、畸变、亮度、色彩还原度等要求非常要，而目前市场面上的机器视觉镜头畸变较大、亮度不均匀，成像细节难以显现，动态范围不高，色彩和对比度也不够好。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于解决上述问题，提供一种低畸变、大景深、画质均匀、色彩还原度好、分辨率好、低色差的成像系统。
5.为实现上述目的，本实用新型提供一种成像系统，沿物侧至像侧，依次包括具有正光焦度的第一固定透镜群组、具有正光焦度的第二对焦透镜群组和具有正光焦度或负光焦度的第三固定透镜群组，所述第一固定透镜群组的焦距f1与所述成像系统的焦距f之间满足关系式：1.4≤|f1/f|≤ 3.55。
6.根据本实用新型的一个方面，所述第一固定透镜群组包括四枚透镜，其中至少两枚为正光焦度透镜，并且至少有一枚为负光焦度透镜。
7.根据本实用新型的一个方面，所述第一固定透镜群组中至少一枚正光焦度透镜的折射率nd和阿贝数vd满足关系式：
8.1.4≤nd≤1.5、70≤vd≤80。
9.根据本实用新型的一个方面，所述沿物侧至像侧方向，所述第一固定透镜群组的中的第一枚透镜的物侧面为凸面。
10.根据本实用新型的一个方面，所述沿物侧至像侧方向，所述第一固定透镜群组中的第二枚透镜和第三枚透镜组合双胶合透镜。
11.根据本实用新型的一个方面，所述第一固定透镜群组中的第三透镜为凹
‑
凹型透镜。
12.根据本实用新型的一个方面，所述第二对焦透镜群组中至少包括两枚正光焦度透镜，并且至少包括一枚负光焦度透镜。
13.根据本实用新型的一个方面，所述第三固定透镜群组包括一枚正光焦度或负光焦度透镜。
14.根据本实用新型的一个方面，所述成像系统还包括光阑，所述光阑位于所述第一固定透镜群组中或者位于第一固定透镜群组和第二对焦透镜群组之间。
15.根据本实用新型的一个方面，所述第二对焦透镜群组的焦距f2与所述成像系统的焦距f之间满足关系式：1.38≤|f2/f|≤2.82。
16.根据本实用新型的一个方面，所述第一固定透镜群组中第一枚透镜的物侧面到像面的距离为l，其与所述成像系统的焦距f之间满足关系式:1.3 ≤|l/f|≤1.61。
17.本实用新型的成像系统，第一固定透镜群组作为固定群，主要起收光作用，使得光线平顺地进入成像系统，进而降低系统公差敏感度。其次可以矫正系统色差，保证良好的色彩还原度并提高成像系统的像质。第二对焦透镜群组作为对焦组，主要作用是在不同物距下使得光学系统都能清晰成像，同时矫正系统像差和畸变，减小系统的公差敏感度，从而保证成像系统的高像质和画质均匀。第三固定透镜群组作为固定组，可以使光线平缓的到达，保证成像系统较小的主光线偏角。根据本实用新型的一种实施方式，本实用新型的第三固定透镜群组g3包括一枚正光焦度或负光焦度透镜。
18.此外，第一固定透镜群组的焦距f1与成像系统的焦距f之间满足关系式：1.4≤|f1/f|≤3.55。如此设置，通过合理的配合第一固定透镜群组的正负光焦度以及光焦度大小，可以降低成像系统的公差敏感度，保证不同物距下的成像质量。
19.本实用新型的成像系统，第一固定透镜群组中至少一枚正光焦度透镜的折射率nd和阿贝数vd满足关系式：1.4≤nd≤1.5、70≤vd≤80。如此设置，能够有效地校正成像系统的色差，提高成像系统的成像质量，同时有利于无热化系统的温漂校正。
20.本实用新型的第二对焦透镜群组至少包括两枚正光焦度透镜，并且至少包括一枚负光焦度透镜。如此设置，通过正负光光焦度透镜的合理搭配，有利于校正第二对焦透镜群组内部的像差，而第二对焦透镜群组内像差的校正，有利于减小第一固定透镜群组和第三固定透镜群组对于像差校正的负担，能够降低成像系统的公差敏感度，全面提高成像系统的成像质量。
21.本实用新型的成像系统，第一固定透镜群组中第一枚透镜的物侧面到像面的距离为l，其与成像系统的焦距f之间满足关系式:1.3≤|l/f|≤ 1.61。满足上述要求，能保证光学系统的成像质量，使得画质细腻，像质均匀，对比度高。
22.本实用新型的成像系统，第二对焦透镜群组的焦距f2与所述成像系统的焦距f之间满足关系式：1.38≤|f2/f|≤2.82。如此设置有利于平衡光学系统公差敏感度和对焦性能。
附图说明
23.图1示意性表示根据本实用新型实施例1的成像系统的结构组成图；
24.图2示意性表示根据本实用新型实施例1的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图；
25.图3示意性表示根据本实用新型实施例1的成像系统最佳工作物距对焦时的高温离焦mtf曲线图；
26.图4示意性表示根据本实用新型实施例1的成像系统最佳工作物距对焦时的低温离焦mtf曲线图；
27.图5示意性表示根据本实用新型实施例1的成像系统中主物距mtf曲线图；
28.图6示意性表示根据本实用新型实施例1的成像系统离焦mtf曲线图；
29.图7示意性表示根据本实用新型实施例2的成像系统的结构组成图；
30.图8示意性表示根据本实用新型实施例2的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图；
31.图9示意性表示根据本实用新型实施例2的成像系统最佳工作物距对焦时的高温离焦mtf曲线图；
32.图10示意性表示根据本实用新型实施例2的成像系统最佳工作物距对焦时的低温离焦mtf曲线图；
33.图11示意性表示根据本实用新型实施例2的成像系统中主物距mtf曲线图；
34.图12示意性表示根据本实用新型实施例2的成像系统离焦mtf曲线图；
35.图13示意性表示根据本实用新型实施例3的成像系统的结构组成图；
36.图14示意性表示根据本实用新型实施例3的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图；
37.图15示意性表示根据本实用新型实施例3的成像系统最佳工作物距对焦时的高温离焦mtf曲线图；
38.图16示意性表示根据本实用新型实施例3的成像系统最佳工作物距对焦时的低温离焦mtf曲线图；
39.图17示意性表示根据本实用新型实施例3的成像系统中主物距mtf曲线图；
40.图18示意性表示根据本实用新型实施例3的成像系统离焦mtf曲线图；
41.图19示意性表示根据本实用新型实施例4的成像系统的结构组成图；
42.图20示意性表示根据本实用新型实施例4的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图；
43.图21示意性表示根据本实用新型实施例4的成像系统最佳工作物距对焦时的高温离焦mtf曲线图；
44.图22示意性表示根据本实用新型实施例4的成像系统最佳工作物距对焦时的低温离焦mtf曲线图；
45.图23示意性表示根据本实用新型实施例4的成像系统中主物距mtf曲线图；
46.图24示意性表示根据本实用新型实施例4的成像系统离焦mtf曲线图；
47.图25示意性表示根据本实用新型实施例5的成像系统的结构组成图；
48.图26示意性表示根据本实用新型实施例5的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图；
49.图27示意性表示根据本实用新型实施例5的成像系统最佳工作物距对焦时的高温离焦mtf曲线图；
50.图28示意性表示根据本实用新型实施例5的成像系统最佳工作物距对焦时的低温离焦mtf曲线图；
51.图29示意性表示根据本实用新型实施例5的成像系统中主物距mtf曲线图；
52.图30示意性表示根据本实用新型实施例5的成像系统离焦mtf曲线图。
具体实施方式
53.为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施
方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。
54.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
55.参照图1所示，本实用新型提供一种成像系统，沿物侧至像侧方向，依次包括具有正光焦度的第一固定透镜群组g1、具有正光焦度的第二对焦透镜群组g2和具有正光焦度或负光焦度的第三固定透镜群组g3，从无限远物体向近距离物体成像时第二对焦透镜群组g2沿着成像系统的光轴移动。本实用新型的成像系统中，第一固定透镜群组g1的焦距f1与成像系统的焦距f之间满足关系式：1.4≤|f1/f|≤3.55。
56.本实用新型的成像系统，第一固定透镜群组g1作为固定群，主要起收光作用，使得光线平顺地进入成像系统，进而降低系统公差敏感度。其次可以矫正系统色差，保证良好的色彩还原度并提高成像系统的像质。第二对焦透镜群组g2作为对焦组，主要作用是在不同物距下使得光学系统都能清晰成像，同时矫正系统像差和畸变，减小系统的公差敏感度，从而保证成像系统的高像质和画质均匀。第三固定透镜群组g3作为固定组，可以使光线平缓的到达，保证成像系统较小的主光线偏角。根据本实用新型的一种实施方式，本实用新型的第三固定透镜群组g3包括一枚正光焦度或负光焦度透镜。
57.此外，第一固定透镜群组g1的焦距f1与成像系统的焦距f之间满足关系式：1.4≤|f1/f|≤3.55。如此设置，通过合理的配合第一固定透镜群组g1的正负光焦度以及光焦度大小，可以降低成像系统的公差敏感度，保证不同物距下的成像质量。
58.本实用新型的成像系统，第一固定透镜群组g1包括四枚透镜，其中至少两枚为正光焦度透镜，并且至少有一枚为负光焦度透镜。并且第一固定透镜群组g1中至少一枚正光焦度透镜的折射率nd和阿贝数vd满足关系式： 1.4≤nd≤1.5、70≤vd≤80。如此设置，能够有效地校正成像系统的色差，提高成像系统的成像质量，同时有利于无热化系统的温漂校正。
59.本实用新型的成像系统，沿物侧至像侧方向，第一固定透镜群组g1中的第一枚透镜的物侧面为凸面。沿物侧至像侧方向，第一固定透镜群组g1 中的第二枚透镜和第三枚透镜组合双胶合透镜，第三透镜为凹
‑
凹型透镜。
60.本实用新型的第一固定透镜群组g1按照上述限定设置，通过正负光焦度透镜的合理搭配，有利于保证光束平顺地进入成像系统并校正系统色差，从而降低成像系统的公差敏感度，保证画面的色彩还原度，提高成像质量。
61.根据本实用新型的一种实施方式，本实用新型的第二对焦透镜群组 g2至少包括两枚正光焦度透镜，并且至少包括一枚负光焦度透镜。如此设置，通过正负光光焦度透镜的合理搭配，有利于校正第二对焦透镜群组g2 内部的像差，而第二对焦透镜群组g2内像差的校正，有利于减小第一固定透镜群组g1和第三固定透镜群组g3对于像差校正的负担，能够降低成像系统的公差敏感度，全面提高成像系统的成像质量。
62.根据本实用新型的一种实施方式，本实用新型的成像系统还包括光阑 stop，光阑stop位于第一固定透镜群组g1中或者位于第一固定透镜群组 g1和第二对焦透镜群组g2之间。如此设置，有利于提升成像系统的像质，使其接近衍射极限并保证画面的均匀性。
63.本实用新型的成像系统，第二对焦透镜群组g2的焦距f2与所述成像系统的焦距f之间满足关系式：1.38≤|f2/f|≤2.82。如此设置有利于平衡光学系统公差敏感度和对焦性能。
64.本实用新型的成像系统，第一固定透镜群组g1中第一枚透镜的物侧面到像面的距离为l，其与成像系统的焦距f之间满足关系式:1.3≤|l/f|≤ 1.61。满足上述要求，能保证光学系统的成像质量，使得画质细腻，像质均匀，对比度高。
65.综上所述，本实用新型的成像系统，按照上述限定设置，具有低畸变、大景深、画质均匀、色彩还原度好、对比度高、分辨率高和低色差的优点，同时具有温漂校正功能。
66.以下根据本实用新型的上述设置给出5组具体实施方式来具体说明根据本实用新型的镜头。
67.五组实施方式数据如下表1中数据：
68.条件式实施例1实施例2实施例3实施例4实施例51.4≤|f1/f|≤3.552.502.783.023.551.471.38≤|f2/f|≤2.821.961.691.51.382.821.3≤|l/f|≤1.611.411.431.611.611.341.4≤nd≤1.51.491.481.481.491.570≤vd≤807070807070
69.表1
70.实施方式一：
71.图1是示意性表示根据本实用新型的实施方式一的成像系统的结构图。
72.以下表2列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：
73.#typeradiusthicknessndvdsur1standard29.22.661.566sur2standard
‑
250.50.30
ꢀꢀ
sur3standard16.33.851.4970sur4standard
‑
555.581.7844sur5standard21.23.66
ꢀꢀ
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ꢀꢀ
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‑
15.73.281.931sur8standard
‑
173.36(可动)
ꢀꢀ
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‑
51510.26
ꢀꢀ
sur11standard14.23.581.6260sur12standard2350.71
ꢀꢀ
sur13standard
‑
2201.851.6336sur14standard10.711.7(可动)
ꢀꢀ
sur15standard20.13.231.7844sur16standard2514.1
ꢀꢀ
imagestandardinf
ꢀꢀꢀ
74.表2
75.在本实施方式中，成像系统的总长l＝63.3mm，系统焦距f＝45.02mm，成像系统的物距范围为0.04m
‑
inf，光圈数f＝2.8。其中第一固定透镜群组 g1中共包含四枚透镜(l1
‑
l4),透镜l2和透镜l3组成双胶合透镜，光阑 stop位于透镜l3和透镜l4之间。在本实施方式中，第一固定透镜群组g1 中具有正光焦度的透镜为l1、l2、l4，具有负光焦度的透镜为l3。第二对焦透镜群组g2中共包含三枚透镜(l5
‑
l7)，在本实施方式中，其中具有正光焦度的透镜为l5、l6、l8，具有负光焦度的透镜为l7。第三固定透镜群组g3中包含一枚透镜l8，在本实施方式中，其光焦度为正。
76.图2
‑
6分别示意性表示实施例1的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图、高温离焦mtf曲线图、低温离焦mtf曲线图、主物距mtf曲线图和离焦 mtf曲线图。结合附图可以得知，按照本实用新型实施例1得到的成像系统，畸变控制在0.8以内，同时具有大景深、画质均匀、色彩还原度好、对比度高、分辨率高和低色差的优点和温漂校正功能。
77.实施方式二：
78.图7是示意性表示根据本实用新型的实施方式二的成像系统的结构图。
79.以下表3列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：
80.#typeradiusthicknessndvdsur1standard245.751.4870sur2standard4921.28
ꢀꢀ
sur3standard213.071.4870sur4standard
‑
534.731.744sur5standard203.13
ꢀꢀ
sur6standard
‑
163.171.920sur7standard
‑
19.36.30
ꢀꢀ
stopstandardinf6.9(可动)
ꢀꢀ
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ꢀꢀ
sur11standard13.83.591.6263sur12standard
‑
250.60.41
ꢀꢀ
sur13standard
‑
92.52.951.6144sur14standard8.86.7(可动)
ꢀꢀ
sur15standard17.75.111.5771sur16standard2214.11
ꢀꢀ
imagestandardinf
ꢀꢀꢀ
81.表3
82.在本实施方式中，成像系统的总长l＝71.3mm，系统焦距f＝49.7mm，成像系统的物距范围为0.05m
‑
inf，光圈数f＝3。其中第一固定透镜群组g1 中共包含四枚透镜(l1
‑
l4),透镜l2和透镜l3组成双胶合透镜，光阑stop 位于第一固定透镜群组g1和第二固定透镜群
组g2之间。在本实施方式中，第一固定透镜群组g1中具有正光焦度的透镜为l1、l2、l4，具有负光焦度的透镜为l3。第二对焦透镜群组g2中共包含三枚透镜(l5
‑
l7)，在本实施方式中，其中具有正光焦度的透镜为l5、l6、l8，具有负光焦度的透镜为l7。第三固定透镜群组g3中包含一枚透镜l8，在本实施方式中，其光焦度为正。
83.图8
‑
12分别示意性表示实施例2的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图、高温离焦mtf曲线图、低温离焦mtf曲线图、主物距mtf曲线图和离焦 mtf曲线图。结合附图可以得知，按照本实用新型实施例2得到的成像系统，畸变控制在0.4以内，同时具有大景深、画质均匀、色彩还原度好、对比度高、分辨率高和低色差的优点和温漂校正功能。
84.实施方式三：
85.图13是示意性表示根据本实用新型的实施方式三的成像系统结构图。
86.以下表4列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：
87.#typeradiusthicknessndvdsur1standard27.42.561.566sur2standard
‑
173.40.10
ꢀꢀ
sur3standard174.831.4880sur4standard
‑
53.64.821.7844sur5standard15.34.58
ꢀꢀ
stopstandardinf1.62
ꢀꢀ
sur7standard
‑
14.75.431.931sur8standard
‑
17.37.74(可动)
ꢀꢀ
sur9standard22.81.671.843sur10standard73.20.1
ꢀꢀ
sur11standard14.43.691.660sur12standard
‑
22.33.01.636sur13standard10.16.23(可动)
ꢀꢀ
sur14standard24.31.281.844sur15standard35.414.11
ꢀꢀ
imagestandardinf
ꢀꢀꢀ
88.表4
89.在本实施方式中，成像系统的总长l＝61.8mm，系统焦距f＝38.4mm，成像系统的物距范围为0.04m
‑
inf，光圈数f＝3。其中第一固定透镜群组g1 中共包含四枚透镜(l1
‑
l4),透镜l2和透镜l3组成双胶合透镜，光阑stop 位于透镜l3和透镜l4之间。在本实施方式中，第一固定透镜群组g1中具有正光焦度的透镜为l1、l2、l4，具有负光焦度的透镜为l3。第二对焦透镜群组g2中共包含三枚透镜(l5
‑
l7)，在本实施方式中，其中具有正光焦度的透镜为l5、l6，具有负光焦度的透镜为l7，透镜l6和透镜l7组成双胶合透镜。第三固定透镜群组g3中包含一枚透镜l8，在本实施方式中，其光焦度为正。
90.图14
‑
18分别示意性表示实施例3的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图、高温离焦mtf曲线图、低温离焦mtf曲线图、主物距mtf曲线图和离焦 mtf曲线图。结合附图可以
得知，按照本实用新型实施例3得到的成像系统，畸变控制在0.4以内，同时具有大景深、画质均匀、色彩还原度好、对比度高、分辨率高和低色差的优点和温漂校正功能。
91.实施方式四
92.图19是示意性表示根据本实用新型的实施方式四的成像系统的结构图。
93.以下表5列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：
94.#typeradiusthicknessndvdsur1standard25.42.421.566sur2standard
‑
612.11.84
ꢀꢀ
sur3standard18.94.581.4970sur4standard
‑
54.73.081.844sur5standard163.75
ꢀꢀ
stopstandardinf1.68
ꢀꢀ
sur7standard
‑
12.25.161.931sur8standard
‑
1518.6(可动)
ꢀꢀ
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sur11standard14.62.991.660sur12standard
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67.22.211.636sur13standard9.91.50
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sur14standard82.891.581sur15standard105.82(可动)
ꢀꢀ
sur16standard23.50.61.844sur17standard32.414.11
ꢀꢀ
imagestandardinf
ꢀꢀꢀ
95.表5
96.在本实施方式中，成像系统的总长l＝62.7mm，系统焦距f＝39mm，成像系统的物距范围为0.04m
‑
inf，光圈数f＝2.8。其中第一固定透镜群组g1 中共包含四枚透镜(l1
‑
l4),透镜l2和透镜l3组成双胶合透镜，光阑stop 位于透镜l3和透镜l4之间。在本实施方式中，第一固定透镜群组g1中具有正光焦度的透镜为l1、l2、l4，具有负光焦度的透镜为l3。第二对焦透镜群组g2中共包含四枚透镜(l5
‑
l8)，在本实施方式中，其中具有正光焦度的透镜为l5、l6、l8，具有负光焦度的透镜为l7，透镜l6和透镜l7 组成双胶合透镜。第三固定透镜群组g3中包含一枚透镜l9，在本实施方式中，其光焦度为正。
97.图20
‑
24分别示意性表示实施例4的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图、高温离焦mtf曲线图、低温离焦mtf曲线图、主物距mtf曲线图和离焦 mtf曲线图。结合附图可以得知，按照本实用新型实施例4得到的成像系统，畸变控制在0.4以内，同时具有大景深、画质均匀、色彩还原度好、对比度高、分辨率高和低色差的优点和温漂校正功能。
98.实施方式四
99.图25是示意性表示根据本实用新型的实施方式五的成像系统的结构图。
100.以下表6列出本实施方式的各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率、阿贝数：
[0101][0102][0103]
表6
[0104]
在本实施方式中，成像系统的总长l＝67mm，系统焦距f＝49.9mm，成像系统的物距范围为0.04m
‑
inf，光圈数f＝2.8。其中第一固定透镜群组g1 中共包含四枚透镜(l1
‑
l4),透镜l2和透镜l3组成双胶合透镜，光阑stop 位于透镜l3和透镜l4之间。在本实施方式中，第一固定透镜群组g1中具有正光焦度的透镜为l1、l2、l4，具有负光焦度的透镜为l3。第二对焦透镜群组g2中共包含三枚透镜(l5
‑
l7)，在本实施方式中，其中具有正光焦度的透镜为l5、l6，具有负光焦度的透镜为l7。第三固定透镜群组g3 中包含一枚透镜l8，在本实施方式中，其光焦度为负。
[0105]
图26
‑
30分别示意性表示实施例5的成像系统最佳工作物距对焦时的畸变图、高温离焦mtf曲线图、低温离焦mtf曲线图、主物距mtf曲线图和离焦 mtf曲线图。结合附图可以得知，按照本实用新型实施例5得到的成像系统，畸变控制在0.8以内，同时具有大景深、画质均匀、色彩还原度好、对比度高、分辨率高和低色差的优点和温漂校正功能。
[0106]
以上所述仅为本实用新型的一个实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。