一种短焦镜头的制作方法

1.本发明涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种短焦镜头。


背景技术：

2.机器视觉领域中，光学镜头作为机器视觉获取目标图像的“眼镜”，光学镜头的性能情况决定了机器视觉系统是否能满足应用。同时，随着机器视觉的不断发展，对光学镜头的要求也越来越高，通常需要光学镜头做到高分辨率、良好像差校正、低畸变、大视场角等要素兼顾。而市场上的短焦镜头通常难以同时满足低畸变、小体积、低成本。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种短焦镜头，能够同时满足低畸变、小体积、低成本等要求。
4.根据本发明实施例的一种短焦镜头，包括自物侧到像侧依次设置的：第一透镜，具有正光焦度，所述第一透镜的色散系数vd1≥40；第二透镜，具有负光焦度并与所述第一透镜间隔设置，所述第二透镜的色散系数vd2≥60；第三透镜，具有负光焦度并与所述第二透镜间隔设置，所述第三透镜的色散系数vd3≤60；第四透镜，具有负光焦度并与所述第三透镜间隔设置，所述第四透镜的色散系数vd4≤30；第五透镜，具有正光焦度并与所述第四透镜组成双胶合透镜，所述第五透镜的色散系数vd5≥50，且满足|vd
4-vd5|≥30；第六透镜，具有正光焦度并与所述第五透镜间隔设置，所述第六透镜的色散系数vd6≤30；第七透镜，具有正光焦度并与所述第六透镜间隔设置，所述第七透镜的色散系数vd7≤30；光阑sto，与第七透镜间隔设置并用于限制光束口径；第八透镜，具有正光焦度并与所述光阑sto间隔设置，所述第八透镜的的色散系数vd8≥60；第九透镜，具有正光焦度并与所述第八透镜间隔设置，所述第九透镜的色散系数vd9≥80；第十透镜，具有负光焦度并与所述第九透镜组成双胶合透镜，所述第十透镜的色散系数vd
10
≤30，且满足|vd
9-vd
10
|≥50。
5.根据本发明实施例的一种短焦镜头，至少具有如下有益效果：
6.本技术方案通过合理分配镜片光焦度、合理选择材料，选用全玻璃球面镜片，实现高像素、低畸变及相对照度，同时通过运用较少镜片数量、简单结构使得镜头体积小型化。
7.根据本发明的一些实施例，所述第一透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；所述第二透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；所述第三透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；所述第四透镜两个面均为凹；所述第五透镜两面均为凸面；所述第六透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；所述第七透镜的两个面均为凸面；所述第八透镜的两个面均为凸面；所述第九透镜的两个面均为凸面；所述第十透镜朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面。
8.根据本发明的一些实施例，所述短焦镜头满足以下关系式：
9.6《f1/f《7；
[0010]-5《f2/f《-3.5；
[0011]-2《f3/f《-0.8；
[0012]-3.5《f
4-5
/f《-2；
[0013]
5.6《f6/f《7；
[0014]
1.8《f7/f《3；
[0015]
2《f8/f《3.2；
[0016]
7《f
9-10
/f《8.4；
[0017]
6.8《ttl/f《8.2；
[0018]
其中，f为所述短焦镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f
4-5
为第四透镜和第五透镜的组合焦距，f6为第六透镜的焦距，f7为第七透镜的焦距，f8为第八透镜的焦距，f
9-10
为第九透镜和第十透镜的组合焦距，ttl为所述短焦镜头的总体长度。
[0019]
根据本发明的一些实施例，还包括感光芯片，所述感光芯片位于像侧并与所述第十透镜间隔设置，用于捕捉成像信号并形成图像。
[0020]
根据本发明的一些实施例，所述感光芯片与所述第十透镜之间保护玻璃。
[0021]
根据本发明的一些实施例，所述短焦镜头满足以下关系式：
[0022]
nd1≥1.7；
[0023]
nd2≥1.5；
[0024]
nd3≤1.8；
[0025]
nd4≥1.8；
[0026]
nd5≤1.7；
[0027]
|nd
4-nd5|≥0.18；
[0028]
nd6≥1.8；
[0029]
nd7≤1.9；
[0030]
nd8≤1.6；
[0031]
nd9≤1.6；
[0032]
nd
10
≥1.8；
[0033]
|nd
9-nd
10
|≥0.3；
[0034]
其中，nd1为第一透镜的折射率，nd2为第二透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率，nd4为第四透镜的折射率，nd5为第五透镜的折射率，nd6为第六透镜的折射率，nd7为第七透镜的折射率，nd8为第八透镜的折射率，nd9为第九透镜的折射率，nd
10
为第十透镜的折射率。
[0035]
根据本发明的一些实施例，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜皆采用玻璃材料透镜。
[0036]
根据本发明的一些实施例，所述短焦镜头的焦距f＝8mm，fno＝2.4，短焦镜头总长tl＝54.7mm。
[0037]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0038]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
[0039]
图1为本发明一种实施例的短焦镜头结构示意图；
[0040]
图2为本发明一种实施例在物距为400mm时的mtf曲线图；
[0041]
图3为本发明一种实施例在物距为400mm时的离焦mtf曲线图；
[0042]
图4为本发明一种实施例在物距为400mm时的畸变曲线图；
[0043]
图5为本发明一种实施例在物距为400mm时的相对照度曲线图；
[0044]
图6为本发明一种实施例在物距为400mm时的光线像差曲线图；
[0045]
图7为本发明一种实施例在物距为400mm时的轴上色差曲线图；
[0046]
图8为本发明一种实施例在物距为400mm时的垂轴色差曲线图；
[0047]
图9为本发明一种实施例在物距为无穷远时的mtf曲线图。
[0048]
附图标号：
[0049]
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、第六透镜6、第七透镜7、光阑sto、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10、感光芯片11、保护玻璃12。
具体实施方式
[0050]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0051]
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下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。
[0052]
在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0053]
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0054]
参照图1所示，为本发明实施例的一种短焦镜头，包括自物侧到像侧依次设置的：第一透镜1，具有正光焦度，所述第一透镜1的色散系数vd1≥40；第二透镜2，具有负光焦度并与所述第一透镜1间隔设置，所述第二透镜2的色散系数vd2≥60；第三透镜3，具有负光焦度并与所述第二透镜2间隔设置，所述第三透镜3的色散系数vd3≤60；第四透镜4，具有负光焦度并与所述第三透镜3间隔设置，所述第四透镜4的色散系数vd4≤30；第五透镜5，具有正光焦度并与所述第四透镜4组成双胶合透镜，所述第五透镜5的色散系数vd5≥50，且满足|vd
4-vd5|≥30；第六透镜6，具有正光焦度并与所述第五透镜5间隔设置，所述第六透镜6的色散系数vd6≤30；第七透镜7，具有正光焦度并与所述第六透镜6间隔设置，所述第七透镜7的色散系数vd7≤30；光阑sto，与第七透镜7间隔设置并用于限制光束口径；第八透镜8，具有正光焦度并与所述光阑sto间隔设置，所述第八透镜8的的色散系数vd8≥60；第九透镜9，具
有正光焦度并与所述第八透镜8间隔设置，所述第九透镜9的色散系数vd9≥80；第十透镜10，具有负光焦度并与所述第九透镜9组成双胶合透镜，所述第十透镜10的色散系数vd
10
≤30，且满足|vd
9-vd
10
|≥50。
[0055]
本镜头中各镜片具有合理的光焦度分配和材料搭配。其中，第一透镜具有正的光焦度，可以将较大角度的轴外光束会聚，从而减少后端光路通光孔径，有利于实现光路结构小型化；第二透镜2、第三透镜3具有较高的阿贝数，可以直接减少通过第一透镜1的光束进行色差校正；第四透镜4、第五透镜5密接粘合后具有超过30的阿贝数之差，可以很好的校正色差及二级光谱；第六透镜、第七透镜7具有正光焦度及较高折射率，对通过第四透镜4、第五透镜5粘合透镜后的发散光束进行有效聚集，通过光阑的光线孔径；光线在经过光阑前后一段较长距离的传播后，色差累积变大，因此第八透镜8采用一个低色散的材料来减小不同波长之间的差异，从而减小色差。第九透镜9、第十透镜10密接粘合后具有超过50的阿贝数之差，很好对聚焦至感光芯片的光束校正色差及二级光谱。
[0056]
在本发明的一些实施例中，第一透镜1朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第二透镜2朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第三透镜朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第四透镜4两个面均为凹；；第五透镜5两面均为凸面；第六透镜6朝向物侧的一面为凸面，朝向像侧的一面为凹面；第七透镜7的两个面均为凸面；第八透镜8的两个面均为凸面；第九透镜9的两个面均为凸面；第十透镜10朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面。以上透镜形状仅为本技术方案的其中一种实施例，不做唯一限定，可以由其他形状能够实现相同参数性能的透镜替代。
[0057]
在本发明的一些实施例中，所述短焦镜头满足以下关系式：
[0058]
6《f1/f《7；
[0059]-5《f2/f《-3.5；
[0060]-2《f3/f《-0.8；
[0061]-3.5《f
4-5
/f《-2；
[0062]
5.6《f6/f《7；
[0063]
1.8《f7/f《3；
[0064]
2《f8/f《3.2；
[0065]
7《f
9-10
/f《8.4；
[0066]
6.8《ttl/f《8.2；
[0067]
其中，f为所述短焦镜头的焦距，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f
4-5
为第四透镜和第五透镜的组合焦距，f6为第六透镜的焦距，f7为第七透镜的焦距，f8为第八透镜的焦距，f
9-10
为第九透镜和第十透镜的组合焦距，ttl为所述短焦镜头的总体长度。
[0068]
在本实施例中，满足上述关系的透镜组合结构，有利于实现光焦度合理分配，能较好的平衡球差、彗差、场曲，同时材料合理搭配，有利于校正色差，从而产生高解像力、色彩不失真的高质量成像画面。
[0069]
如图1所示，在本发明的一些实施例中，还包括感光芯片11，感光芯片11位于像侧并与第十透镜10间隔设置，用于捕捉成像信号并形成图像。
[0070]
进一步，在本发明的一些实施例中，感光芯片11与第十透镜10之间保护玻璃12，可
以保护芯片免受外力的直接破坏。
[0071]
在本发明的一些实施例中，一种短焦镜头的焦距f＝8mm，fno＝2.4，光学系统总长tl＝54.7mm，可搭配用于1/1.7"的感光芯片。
[0072]
特别的，在本发明的一些实施例中，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、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜10皆采用玻璃材料透镜，相比塑胶材质，透过率更高，最终光能损失较少，成像的通透性更好，同时玻璃材质不容易老化变形，使用寿命更长；相比玻璃非球面透镜，成本更低。
[0073]
在本发明的一些实施例中，通过尽量少设置渐晕或不设置渐晕，使周边视场光线尽量多的通过镜头到达芯片表面，从而使得镜头获得较高的相对照度，保证像面亮度的整体均匀性和通透性。
[0074]
本实施例镜头具体参数如下表1所示：
[0075]
[0076][0077]
表1
[0078]
在上表1中，半径r、厚度的单位均为毫米。
[0079]
对于此固定焦距的镜头，采用浮动调焦的方式来满足针对不同物距都能良好成像的要求。本发明的一个实施例分为三群(其中第一透镜1、第二透镜2为一群，第三透镜3至第七透镜7为二群，光阑sto至第十透镜10为三群)，通过调整一群至二群的距离(即s4厚度)和后焦达到此目的。具体的调整量如下表2所示：
[0080]
物距(mm)1002005002000infnitys4厚度(mm)5.04475.26095.61765.84505.9346后焦(mm)11.993611.691311.493511.389711.3532
[0081]
表2
[0082]
下面结合附图对本发明做详细的描述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0083]
图2至图9为本发明实施例的光学性能图，其中：
[0084]
图2为物距400mm情况下光学系统mtf曲线，用来评价光学系统的分辨能力，从图中曲线可以看出全视场mtf在100lp/mm处均大于0.6具有极好的分辨能力，且轴上和轴外mtf曲线趋势基本一致；
[0085]
图3为物距400mm情况下光学系统的离焦mtf曲线，用来分析光线经过系统后成像的整体均匀性及锐利度，从图中可以看出，各个视场的最佳像面重合性非常好，保证了周边视场与中心视场的成像一致性，能用于高像素芯片；
[0086]
图4为物距400mm情况下光学系统的畸变曲线，全视场时畸变仅为-1.9％，
[0087]
对于短焦镜头来说，畸变较小；
[0088]
图5为物距400mm情况下光学系统的相对照度曲线，全视场相对照度为80％以上，
较高的相对照度能保证整体画面亮度的均匀性。
[0089]
图6为物距400mm情况下光学系统的光线像差曲线，中心视场的球差和色差已经校正的很好，轴外视场的表现基本一致；
[0090]
图7为物距400mm情况下光学系统的轴上色差曲线，轴上及轴外像差得到很好校正；
[0091]
图8为物距400mm情况下光学系统的垂轴色差，436-656nm的波长垂轴色差全部校正在衍射极限范围内；
[0092]
图9为物距为infnity情况下光学系统mtf曲线，除1视场子午方向外其余视场均能达到100lp/mm处大于0.6，说明镜头在远距离同样具备优异的成像素质。
[0093]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。