一种可调焦工业扫描镜头的制作方法

1.本实用新型涉及光学镜头技术领域，具体而言，涉及一种可调焦工业扫描镜头。


背景技术：

2.随着科学技术的不断进步以及社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展。现有的可调焦工业扫描镜头普遍存在以下缺陷：其调焦结构多为机械结构调焦或镜片浮动对焦方式，光学&机械结构复杂，成本高；镜头对图像边缘像质管控能力差，成像均匀性差，降低了识别精度，容易造成误判；为降低设计难度，采用窄波段可见光设计，图像色差还原性不高，遇到彩色物体或色彩差异较小的物体时，容易识别失败；画幅、通光普遍不大，使用物距小，应用范围狭窄。
3.鉴于此，本技术发明人发明了一种可调焦工业扫描镜头。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种结构简单、色彩还原性高、识别稳定性高的可调焦工业扫描镜头。
5.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种可调焦工业扫描镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、液体镜头、光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜，所述第一透镜至第八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；
6.所述第一透镜具负屈光度，且第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
7.所述第二透镜具负屈光度，且第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
8.所述第三透镜具正屈光度，且第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
9.所述第四透镜具正屈光度，且第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；
10.所述第五透镜具负屈光度，且第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；
11.所述第六透镜具正屈光度，且第六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
12.所述第七透镜具正屈光度，且第七透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
13.所述第八透镜具负屈光度，且第八透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；
14.该镜头满足：1.6《f前/f《1.75，其中，f前为所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的组合焦距，f为镜头的焦距。
15.进一步地，该镜头满足：0.4《|f4/f后|《0.7，-0.7《|f5/f后|《0.4，1.0《|f6/f后|《1.2，1.1《|f7/f后|《1.3，-1.8《|f8/f后|《1.2，其中，f4、f5、f6、f7、f8分别为所述第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的焦距，f后为所述第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜的组合焦距。
16.进一步地，该镜头满足：7.8mm≤f≤7.9mm，其中，f为镜头的焦距。
17.进一步地，该镜头满足：nd1≤1.49，nd2≤1.49，其中，nd1、nd2分别为所述第一透镜、第二透镜的折射率。
18.进一步地，所述第四透镜的像侧面与第五透镜的物侧面相互胶合，且vd4-vd5》30，其中，vd4、vd5分别为所述第四透镜、第五透镜的色散系数。
19.进一步地，该镜头满足：ttl《31mm，其中，ttl为镜头的光学总长。
20.进一步地，该镜头的最大通光f/no＝4.7。
21.采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：
22.本实用新型可调焦工业扫描镜头，采用八片玻璃球面透镜与液体镜头的组合设计，液体镜头中置设计，当物距变化时，采用液体镜头进行光程补偿，物距50mm-500mm均可清晰成像，无需复杂的机械调焦方式，结构设计简洁，组装方便；采用可见光光谱435nm-656nm设计，具有很高的图像色彩还原性；对于像场边缘的像质也进行了管控，成像像质画面均匀，识别稳定性高。
附图说明
23.图1为本实用新型实施例1的光路图；
24.图2为本实用新型实施例1中镜头波长435nm-656nm，物距100mm下的mtf曲线图；
25.图3为本实用新型实施例1中镜头波长435nm-656nm，物距500mm下的mtf曲线图；
26.图4为本实用新型实施例1中镜头波长435nm-656nm，物距50mm下的mtf曲线图；
27.图5为本实用新型实施例1中镜头在可见光，物距100mm下的mtf视场图；
28.图6为本实用新型实施例1中镜头在可见光，物距100mm下的垂轴色差曲线图；
29.图7为本实用新型实施例1中镜头在可见光下的相对照度图；
30.图8为本实用新型实施例2的光路图；
31.图9为本实用新型实施例2中镜头波长435nm-656nm，物距100mm下的mtf曲线图；
32.图10为本实用新型实施例2中镜头波长435nm-656nm，物距500mm下的mtf曲线图；
33.图11为本实用新型实施例2中镜头波长435nm-656nm，物距50mm下的mtf曲线图；
34.图12为本实用新型实施例2中镜头在可见光，物距100mm下的mtf视场图；
35.图13为本实用新型实施例2中镜头在可见光，物距100mm下的垂轴色差曲线图；
36.图14为本实用新型实施例2中镜头在可见光下的相对照度图；
37.图15为本实用新型实施例3的光路图；
38.图16为本实用新型实施例3中镜头波长435nm-656nm，物距100mm下的mtf曲线图；
39.图17为本实用新型实施例3中镜头波长435nm-656nm，物距500mm下的mtf曲线图；
40.图18为本实用新型实施例3中镜头波长435nm-656nm，物距50mm下的mtf曲线图；
41.图19为本实用新型实施例3中镜头在可见光，物距100mm下的mtf视场图；
42.图20为本实用新型实施例3中镜头在可见光，物距100mm下的垂轴色差曲线图；
43.图21为本实用新型实施例3中镜头在可见光下的相对照度图；
44.图22为本实用新型实施例4的光路图；
45.图23为本实用新型实施例4中镜头波长435nm-656nm，物距100mm下的mtf曲线图；
46.图24为本实用新型实施例4中镜头波长435nm-656nm，物距500mm下的mtf曲线图；
47.图25为本实用新型实施例4中镜头波长435nm-656nm，物距50mm下的mtf曲线图；
48.图26为本实用新型实施例4中镜头在可见光，物距100mm下的mtf视场图；
49.图27为本实用新型实施例4中镜头在可见光，物距100mm下的垂轴色差曲线图；
50.图28为本实用新型实施例4中镜头在可见光下的相对照度图。
51.附图标记说明：
52.1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、第五透镜；6、第六透镜；7、第七透镜；8、第八透镜；9、液体镜头；10、光阑；11、保护玻璃。
具体实施方式
53.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
54.这里所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述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(lens data sheet)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。
55.本实用新型公开了一种可调焦工业扫描镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、液体镜头9、光阑10、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8，所述第一透镜1至第八透镜8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；
56.所述第一透镜1具负屈光度，且第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
57.所述第二透镜2具负屈光度，且第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
58.所述第三透镜3具正屈光度，且第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
59.所述第四透镜4具正屈光度，且第四透镜4的物侧面为凹面，像侧面为凸面；
60.所述第五透镜5具负屈光度，且第五透镜5的物侧面为凹面，像侧面为凸面；
61.所述第六透镜6具正屈光度，且第六透镜6的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
62.所述第七透镜7具正屈光度，且第七透镜7的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
63.所述第八透镜8具负屈光度，且第八透镜8的物侧面为凹面，像侧面为凸面。
64.该镜头采用八片玻璃球面透镜 液体镜头9组合设计，液体镜头9中置设计，将透镜分为前组(第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3)及后组(第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8)。且当物距变化时，液体镜头9中的液体层表面具有不同的曲率半径，从而实现不同物距的光程补偿，实现了从50mm-500mm大物距范围调焦的大角度扫描镜头。
65.通光孔径受限于液体镜头9本身的通光孔径；在保证整体光学指标的前提下，该镜头采用液体镜头9中置设计，利用前端玻璃镜片组对光阑10口径进行压缩，以匹配液体镜头9的通光孔径，力求镜头的总进光量最大。
66.为了压缩前端光线以适配液体镜头9通光，该镜头前两片透镜(第一透镜1及第二透镜2)均为负光焦度的低折射率镜片，并满足：nd1≤1.49，nd2≤1.49，其中，nd1、nd2分别为所述第一透镜1、第二透镜2的折射率。同时，1.6《f前/f《1.75，其中，f前为所述第一透镜
1、第二透镜2、第三透镜3的组合焦距，f为镜头的焦距。
67.该镜头满足：0.4《|f4/f后|《0.7，-0.7《|f5/f后|《0.4，1.0《|f6/f后|《1.2，1.1《|f7/f后|《1.3，-1.8《|f8/f后|《1.2，其中，f4、f5、f6、f7、f8分别为所述第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8的焦距，f后为所述第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8的组合焦距。如此最后三片透镜(第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8)平均分配了后组的光焦度数值，使光线在其面上的入射、出射角减小，减弱了光组的公差敏感度，提升了镜头的量产性能。
68.所述第四透镜4的像侧面与第五透镜5的物侧面相互胶合，且vd4-vd5》30，其中，vd4、vd5分别为所述第四透镜4、第五透镜5的色散系数。胶合透镜高低色散系数材料配合，利于矫正系统色差。
69.该镜头采用1/1.8”大像面设计，其焦距f满足：7.8mm≤f≤7.9mm，最大通光f/no＝4.7，最大fov在58
°
左右，光学畸变小于2％，光学总长ttl《31mm，结构紧凑。
70.该镜头光学mtf在各个物距段100lp/mm大于0.4；镜头垂轴色差矫正良好，各色光的垂轴色差均矫正在衍射极限以内，确保画面色彩的均匀性；同时镜头相对照度大于70％，确保镜头画面边缘不会出现暗角。
71.下面将以具体实施例对本实用新型的可调焦工业扫描镜头进行详细说明。
72.实施例1
73.参照图1所示，本实用新型公开了一种可调焦工业扫描镜头，包括从物侧至像侧沿一光轴依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、液体镜头9、光阑10、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8，所述第一透镜1至第八透镜8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；
74.所述第一透镜1具负屈光度，且第一透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
75.所述第二透镜2具负屈光度，且第二透镜2的物侧面为凸面，像侧面为凹面；
76.所述第三透镜3具正屈光度，且第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
77.所述第四透镜4具正屈光度，且第四透镜4的物侧面为凹面，像侧面为凸面；
78.所述第五透镜5具负屈光度，且第五透镜5的物侧面为凹面，像侧面为凸面；
79.所述第六透镜6具正屈光度，且第六透镜6的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
80.所述第七透镜7具正屈光度，且第七透镜7的物侧面为凸面，像侧面为凸面；
81.所述第八透镜8具负屈光度，且第八透镜8的物侧面为凹面，像侧面为凸面。
82.本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。
83.表1-1实施例1的详细光学数据
84.表面 口径大小(直径)曲率半径厚度折射率色散系数焦距0被摄物面 infinitys1
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1第一透镜11.0013.170.701.4970.4-16.42 6.634.901.23
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3第二透镜8.0029.070.701.4970.4-13.54 5.935.352.59
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5第三透镜5.876.952.131.7354.76.86 5.37-15.601.68
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7cap thickness3.40infinity0.10
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8cap glass window3.40infinity0.551.5254.5 9conductive phase3.40infinitys21.4356.9 10oil bodycone3.11c1s31.4936.9 11oil cylinder2.50infinity0.101.4936.9 12bodycone glass window2.50infinity0.301.5254.5 13光阑面2.03infinity2.72
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14第四透镜3.76-4.402.201.6954.67.215第五透镜4.82-2.820.861.9220.9-6.316 7.80-6.190.10
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17第六透镜9.5026.902.551.5081.5913.518 9.50-8.651.16
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19第七透镜8.6128.501.951.9218.9015.620 9.70-28.502.23
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21第八透镜7.97-8.000.701.6533.84-21.422 9.70-19.411.20
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23保护玻璃8.45infinity0.801.5264.21infinity24 8.50infinity2.90
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25成像面 infinity
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85.表1-1中的变量参数详细数据如表1-2所示。
86.表1-2表1-1中的变量参数详细数据
87.物距s110050050表面半径值c1-254.19-11.7910.96芯厚s20.360.410.30芯厚s30.240.190.30
88.本实施例中，镜头在波长435nm-656nm，物距为100mm、500mm、50mm下的mtf曲线图请参阅图2、图3、图4，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，mtf值大于0.4，成像质量优良，镜头的分辨率高。
89.镜头在可见光，物距为100mm下的mtf vs field曲线图请参阅图5，从图中可以看出，视场均匀性高。
90.镜头在可见光，物距为100mm下的垂直色差曲线图请参阅图6，从图中可以看出，垂直色差均小于4um，色差小，确保色差均匀性。
91.镜头在可见光下的相对照度图请参阅图7，从图中可以看出，相对照度＞70％，保证相对照度均匀，也能保证足够的画面亮度。
92.实施例2
93.如图8所示，本实施例与实施例1相比，主要在于各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
94.本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。
95.表2-1实施例2的详细光学数据
96.表面 口径大小(直径)曲率半径厚度折射率色散系数焦距0被摄物面 infinitys1
ꢀꢀꢀ
1第一透镜7.6613.430.691.4970.4-14.6
2 6.374.581.32
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3第二透镜6.2835.130.691.4970.4-14.94 5.776.002.42
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5第三透镜5.647.282.091.7354.76.96 5.14-14.501.42
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7cap thickness3.40infinity0.10
ꢀꢀꢀ
8cap glass window3.40infinity0.551.5254.5 9conductive phase3.40infinitys21.4356.9 10oil bodycone3.12c1s31.4936.9 11oil cylinder2.50infinity0.101.4936.9 12bodycone glass window2.50infinity0.301.5254.5 13光阑面2.19infinity2.91
ꢀꢀꢀ
14第四透镜3.46-4.542.191.6954.67.515第五透镜4.80-2.910.771.9220.9-6.416 8.00-6.410.10
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17第六透镜6.6441.222.621.5081.5913.118 7.45-7.580.27
ꢀꢀꢀ
19第七透镜7.8429.901.891.9218.9016.320 7.83-29.902.12
ꢀꢀꢀ
21第八透镜7.46-7.461.021.6533.84-23.522 7.90-15.341.20
ꢀꢀꢀ
23保护玻璃8.15infinity0.801.5264.21infinity24 8.23infinity3.88
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25成像面 infinity
ꢀꢀꢀꢀ
97.表2-1中的变量参数详细数据如表2-2所示。
98.表2-2表2-1中的变量参数详细数据
99.物距s110050050表面半径值c1-113.93-11.7912.22芯厚s20.360.410.31芯厚s30.240.190.29
100.本实施例中，镜头在波长435nm-656nm，物距为100mm、500mm、50mm下的mtf曲线图请参阅图9、图10、图11，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，mtf值大于0.4，成像质量优良，镜头的分辨率高。
101.镜头在可见光，物距为100mm下的mtf vs field曲线图请参阅图12，从图中可以看出，视场均匀性高。
102.镜头在可见光，物距为100mm下的垂直色差曲线图请参阅图13，从图中可以看出，垂直色差均小于4um，色差小，确保色差均匀性。
103.镜头在可见光下的相对照度图请参阅图14，从图中可以看出，相对照度＞70％，保证相对照度均匀，也能保证足够的画面亮度。
104.实施例3
105.如图15所示，本实施例与实施例1相比，主要在于各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
106.本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。
107.表3-1实施例3的详细光学数据
[0108][0109][0110]
表3-1中的变量参数详细数据如表3-2所示。
[0111]
表3-2表3-1中的变量参数详细数据
[0112]
物距s110050050表面半径值c1-55.13-9.2711.86芯厚s20.370.420.31芯厚s30.230.180.29
[0113]
本实施例中，镜头在波长435nm-656nm，物距为100mm、500mm、50mm下的mtf曲线图请参阅图16、图17、图18，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，mtf值大于0.4，成像质量优良，镜头的分辨率高。
[0114]
镜头在可见光，物距为100mm下的mtf vs field曲线图请参阅图19，从图中可以看出，视场均匀性高。
[0115]
镜头在可见光，物距为100mm下的垂直色差曲线图请参阅图20，从图中可以看出，垂直色差均小于4um，色差小，确保色差均匀性。
[0116]
镜头在可见光下的相对照度图请参阅图21，从图中可以看出，相对照度＞70％，保证相对照度均匀，也能保证足够的画面亮度。
[0117]
实施例4
[0118]
如图22所示，本实施例与实施例1相比，主要在于各透镜表面的曲率半径、透镜厚
度等光学参数有所不同。
[0119]
本具体实施例的详细光学数据如表4-1所示。
[0120]
表4-1实施例4的详细光学数据
[0121][0122][0123]
表4-1中的变量参数详细数据如表4-2所示。
[0124]
表4-2表4-1中的变量参数详细数据
[0125]
物距s110050050表面半径值c1151.34-11.799.25芯厚s20.350.410.29芯厚s30.250.190.31
[0126]
本实施例中，镜头在波长435nm-656nm，物距为100mm、500mm、50mm下的mtf曲线图请参阅图23、图24、图25，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达100lp/mm时，mtf值大于0.4，成像质量优良，镜头的分辨率高。
[0127]
镜头在可见光，物距为100mm下的mtf vs field曲线图请参阅图26，从图中可以看出，视场均匀性高。
[0128]
镜头在可见光，物距为100mm下的垂直色差曲线图请参阅图27，从图中可以看出，垂直色差均小于4um，色差小，确保色差均匀性。
[0129]
镜头在可见光下的相对照度图请参阅图28，从图中可以看出，相对照度＞70％，保证相对照度均匀，也能保证足够的画面亮度。
[0130]
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。