一亿像素大景深光学系统及成像方法与流程

1.本发明涉及工业检测设备领域，尤其涉及一亿像素大景深光学系统及成像方法。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，现代企业的工业化程度越来越高，其对效率与质量的要求也近乎苛刻，于是对工业检测的相关技术也有越来越高的要求。
3.在机器视觉领域中，不同的使用场景对检测精度、成本以及使用操作等需求上都各有不同，使得市面上工业镜头的类型多且杂，无法兼容特定场合下的检测需求，尤其是对焦效率以及稳定性等方面，使其只能满足较窄的一段物距下清晰成像；并且市面上现有的工业镜头普遍靶面尺寸不大，对于特定检测需求，相同物距下，靶面尺寸越大，其倍率越大，即相同面积下在像面所占尺寸越大，越有利于观测。
4.随着芯片技术的不断发展，对镜头的要求也不断提高，其中匹配度就是其中之一，即镜头边缘视场出射的主光线角度要与芯片的规定的主光线角度匹配，否则便会造成镜头边缘视场的光线没办法进入芯片激发光电效应，即光线丢失，造成边缘视场照度偏暗，不利于观测。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一亿像素大景深光学系统及成像方法，该光学系统使用靶面尺寸较大，边缘视场主光线角较小。
6.本发明的技术方案在于：一种一亿像素大景深光学系统，光学系统包括沿光线入射方向依次设置的前镜组a、光阑b、后镜组c；所述前镜组a包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4和双凸透镜a5，所述后镜组c包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜c1、负透镜c2、正透镜c3和正月牙透镜c4；或所述负透镜c2为双凹透镜，所述正透镜c3为双凸透镜。
7.进一步地，所述负透镜c2为负月牙透镜，所述正透镜c3为平凸透镜；或所述负透镜c2为双凹透镜，所述正透镜c3为双凸透镜。
8.进一步地，所述正月牙透镜a1在物面侧曲率半径r1与在像面侧的曲率半径r2满足：0.3《r1/r2《0.4；且其厚度t与镜片焦距fa1满足：0.05《t/ fa1《0.15。
9.进一步地，所述前镜组a最靠近光阑b的一面中心与后镜组c最靠近光阑b的一面中心同时向物面弯曲，前镜组a的焦距fa与后镜组c的焦距fc的比值满足：0.1≤fa/fc≤0.65。
10.进一步地，所述前镜组a的焦距fa与整个系统的有效焦距f的比值满足：0.9≤fa/f≤1.7，所述后镜组c的焦距fc与整个系统的有效焦距f的比值满足：2.0≤fc/f≤8.5。
11.进一步地，所述正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4、双凸透镜a5、正月牙透镜c1、负透镜c2、正透镜c3和正月牙透镜c4的焦距与光学系统焦距f满足：2.0《 | fa1/f | 《3.9；0.9《 | fa2/f | 《1.5；0.3《 | fa3/f | 《0.7；1.0《 | fa4/f | 《1.4；1.0《 | fa5/f | 《1.2；1.1《 | fa6/f | 《1.4；
0.3《|fa7/f|《0.6；0.9《|fa8/f|《1.3；1.6《|fa9/f|《4.0。
12.进一步地，所述光学系统的镜片中至少有一片透镜采用折射率大于2.00的材料制成。
13.进一步地，所述光学系统的后截距fl与整个系统的有效焦距f之比满足：0.9≤fl/f≤1.5。
14.进一步地，所述光学系统匹配最大像面为φ67.4mm，观察视场角大于80
°
，畸变小于0.3%。
15.一种应用于一亿像素大景深光学系统的成像方法，光线自左向右依次通过正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4、双凸透镜a5、光阑b、正月牙透镜c1、负透镜c2、正透镜c3和正月牙透镜c4后进行成像。
16.与现有技术相比较，本发明具有以下优点：提供了一种最大像面达φ67.4mm，f#为16的镜头，共采用九片球面镜片，本光学系统的具备较大的视场角，可拍摄较大尺寸范围的工件，最大畸变小于0.3%，相对照度高，边缘视场主光线角小，成像逼近衍射极限，适用于特定工业检测领域。
附图说明
17.图1为本发明的实施例一的光学系统构造示意图；图2为本发明的实施例一的光学系统常温下调制传递函数曲线；图3为本发明的实施例一的光学系统畸变曲线；图4为本发明的实施例一的光学系统相对照度曲线；图5为本发明的实施例二的光学系统构造示意图；图6为本发明的实施例二的光学系统常温下调制传递函数曲线；图7为本发明的实施例二的光学系统畸变曲线；图8为本发明的实施例二的光学系统相对照度曲线；图中：a1-正月牙透镜a1a2-负月牙透镜a2a3-双凹透镜a3a4-双凸透镜a4a5-双凸透镜a5b-光阑bc1-正月牙透镜c1c2-负透镜c2c3-正透镜c3c4-正月牙透镜c4。
具体实施方式
18.为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
19.实施例一参考图1至图4一种一亿像素大景深光学系统，包括沿光线入射方向依次设置的前镜组a、光阑b、后镜组c；所述前镜组a包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4和双凸透镜a5，所述后镜组c包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜c1、负月牙透镜c2、平凸透镜c3和正月牙透镜c4。
20.本实施例中，该光学系统不包含胶合镜组。
21.本实施例中，所述前镜组a与后镜组c之间的空气间隔为27.1mm。
22.本实施例中，所述负透镜c2为负月牙透镜，正透镜c3为平凸透镜。
23.本实施例中，所述正月牙透镜a1与负月牙透镜a2之间的空气间隔为0.6mm；所述
负月牙透镜a2与双凹透镜a3之间的空气间隔为9.4 mm；所述双凹透镜a3与双凸透镜a4之间的空气间隔为10.8 mm；所述双凸透镜a4与双凸透镜a5的空气间隔为16.4 mm。
24.本实施例中，所述正月牙透镜c1与负月牙透镜c2之间的空气间隔为2.9 mm，所述负月牙透镜c2与平凸透镜c3之间的空气间隔为0.2 mm，所述平凸透镜c3与正月牙透镜c4之间的空气间隔为0.1 mm。
25.本实施例中，正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4、双凸透镜a5、正月牙透镜c1、负月牙透镜c2、平凸透镜c3和正月牙透镜c4的阿贝系数分别满足：40≤vd1& vd2& vd5≤60；17≤vd3& vd4& vd7≤26；35≤vd6≤50；50≤vd7& vd8≤65。
26.本实施例中，所述正月牙透镜a1厚度为10.2 mm，负月牙透镜a2厚度为1.3 mm，双凹透镜a3厚度为1.2 mm，双凸透镜a4厚度为4.8 mm，双凸透镜a5厚度为10.0 mm，正月牙透镜c1厚度为6.8 mm，负月牙透镜c2厚度为1.0 mm，平凸透镜c3厚度为8.0 mm，正月牙透镜c4厚度为4.0 mm。本实施例中，所述正月牙透镜a1在物面侧曲率半径r1与在像面侧的曲率半径r2满足：0.3《r1/r2《0.4；且其厚度t与镜片焦距fa1满足：0.05《t/ fa1《0.15。
27.本实施例中，所述前镜组a最靠近光阑b的一面中心与后镜组c最靠近光阑b的一面中心同时向物面弯曲，前镜组a的焦距fa与后镜组c的焦距fc的比值满足：0.1≤fa/fc≤0.65。
28.本实施例中，所述前镜组a的焦距fa与整个系统的有效焦距f的比值满足：0.9≤fa/f≤1.7，所述后镜组c的焦距fc与整个系统的有效焦距f的比值满足：2.0≤fc/f≤8.5。
29.本实施例中，所述正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4、双凸透镜a5、正月牙透镜c1、负月牙透镜c2、平凸透镜c3和正月牙透镜c4的焦距与光学系统焦距f满足：2.0《 | fa1/f | 《3.9；0.9《 | fa2/f | 《1.5；0.3《 | fa3/f | 《0.7；1.0《 | fa4/f | 《1.4；1.0《 | fa5/f | 《1.2；1.1《 | fa6/f | 《1.4；0.3《 | fa7/f | 《0.6；0.9《 | fa8/f | 《1.3；1.6《 | fa9/f | 《4.0。
30.本实施例中，所述光学系统的镜片中至少有一片透镜采用折射率大于2.00的材料制成。所述双凹透镜a3使用的材料是h-zf62，所述负月牙透镜c2使用的材料是h-zlaf90。
31.本实施例中，所述光学系统的后截距fl与整个系统的有效焦距f之比满足：0.9≤fl/f≤1.5。
32.本实施例中，光学系统匹配最大像面为φ67.4 mm，观察视场角大于80
°
，畸变小于0.3%，边缘视场主光线角度为18.4
°
。
33.本实施例中，光学系统中各个镜片的具体参数见下表1：
表1。
34.本系统为了满足超高像素、大景深的要求，光圈不是特别大，需要关注镜头与芯片匹配度的问题。
35.上述一亿像素大景深光学系统的成像方法，光线自左向右依次通过正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4、双凸透镜a5、光阑b、正月牙透镜c1、负月牙透镜c2、平凸透镜c3和正月牙透镜c4后进行成像。
36.实施例二参考图5至图8一种一亿像素大景深光学系统，包括沿光线入射方向依次设置的前镜组a、光阑b、后镜组c；所述前镜组a包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4和双凸透镜a5，所述后镜组c包括沿光线自左向右入射方向依次设置的正月牙透镜c1、双凹透镜c2、双凸透镜c3和正月牙透镜c4。
37.本实施例中，该光学系统不包含胶合镜组。
38.本实施例中，所述前镜组a与后镜组c之间的空气间隔为21.2mm。
39.本实施例中，所述负透镜c2为双凹透镜，所述正透镜c3为双凸透镜。
40.本实施例中，所述正月牙透镜a1与负月牙透镜a2之间的空气间隔为0.1mm；所述负月牙透镜a2与双凹透镜a3之间的空气间隔为11.5mm；所述双凹透镜a3与双凸透镜a4之间的空气间隔为3.6mm；所述双凸透镜a4与双凸透镜a5的空气间隔为8.9mm。
41.本实施例中，所述正月牙透镜c1与双凹透镜c2之间的空气间隔为6.1mm，所述双凹透镜c2与双凸透镜c3之间的空气间隔为2.5mm，所述双凸透镜c3与正月牙透镜c4之间的空气间隔为0.1mm。
42.本实施例中，所述正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4、双凸透镜a5、正月牙透镜c1、双凹透镜c2、双凸透镜c3和正月牙透镜c4的阿贝系数分别满足：40≤vd1&vd2&vd5≤55；17≤vd3&vd4&vd7≤27；35≤vd6≤50；60≤vd7≤71；30≤vd8≤40。
43.本实施例中，所述正月牙透镜a1厚度为10.6mm，负月牙透镜a2厚度为1.1mm，双凹透镜a3厚度为1.2mm，双凸透镜a4厚度为9.6mm，双凸透镜a5厚度为10.0mm，正月牙透镜c1厚度为10.0mm，双凹透镜c2厚度为1.1mm，双凸透镜c3厚度为5.9mm，正月牙透镜c4厚度为3.7mm。
44.本实施例中，所述正月牙透镜a1在物面侧曲率半径r1与在像面侧的曲率半径r2满足：0.3《r1/r2《0.4；且其厚度t与镜片焦距fa1满足：0.05《t/fa1《0.15。
45.本实施例中，所述前镜组a最靠近光阑b的一面中心与后镜组c最靠近光阑b的一面中心同时向物面弯曲，前镜组a的焦距fa与后镜组c的焦距fc的比值满足：0.1≤fa/fc≤0.65。
46.本实施例中，所述前镜组a的焦距fa与整个系统的有效焦距f的比值满足：0.9≤fa/f≤1.7，所述后镜组c的焦距fc与整个系统的有效焦距f的比值满足：2.0≤fc/f≤8.5。
47.本实施例中，所述正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4、双凸透镜a5、正月牙透镜c1、双凹透镜c2、双凸透镜c3和正月牙透镜c4的焦距与光学系统焦距f满足：2.0《|fa1/f|《3.9；0.9《|fa2/f|《1.5；0.3《|fa3/f|《0.7；1.0《|fa4/f|《1.4；1.0《|fa5/f|《1.2；1.1《|fa6/f|《1.4；0.3《|fa7/f|《0.6；0.9《|fa8/f|《1.3；1.6《|fa9/f|《4.0。
48.本实施例中，所述光学系统的镜片中至少有一片透镜采用折射率大于2.00的材料制成。所述双凹透镜a3与负月牙透镜c2使用的材料是h-zlaf90。
49.本实施例中，所述光学系统的后截距fl与整个系统的有效焦距f之比满足：0.9≤fl/f≤1.5。
50.本实施例中，光学系统匹配最大像面为φ67.4 mm，观察视场角大于80
°
，畸变小于0.3%，边缘视场主光线角度为18.4
°
。
51.本实施例中，光学系统中各个镜片的具体参数见下表2：表2。
52.本系统为了满足超高像素、大景深的要求，光圈不是特别大，需要关注镜头与芯片匹配度的问题。
53.上述一亿像素大景深光学系统的成像方法，光线自左向右依次通过正月牙透镜a1、负月牙透镜a2、双凹透镜a3、双凸透镜a4、双凸透镜a5、光阑b、正月牙透镜c1、双凹透镜c2、双凸透镜c3和正月牙透镜c4后进行成像。
54.本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
55.以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的一亿像素大景深光学系统并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。