成像镜头

技术领域

本发明涉及光学器件领域，尤其涉及一种成像镜头。

背景技术

机器视觉是指用机器代替人眼来做测量和判断，将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如位置、尺寸、外观等，再根据预设条件输出结果，实现自动识别、判断、测量等功能。

因此，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高。但目前市面上的机器视觉镜头光学放大倍率较小，成像画幅较小，且其畸变较大、画面清晰度不均匀，且工作物距的范围较小等，这样的机器视觉镜头虽然拍摄范围广，但是其成像不够细腻，成像时动态范围不高，色彩和对比度也不够好。

随着机器视觉的使用范围越来越广，对机器视觉成像系统的要求越来越高，目前市面上的机器视觉镜头越来越无法满足市场的需求，尤其在一些成像质量要求较高的高精度高科技领域受到严重限制。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种大光圈、高分辨率、低畸变、画质均匀、工作物距范围广、色彩还原度好、对比度高的成像镜头。

为实现本发明的上述目的，本发明提供一种成像镜头，包括沿物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜组、光阑和具有正光焦度的第二透镜组，所述第一透镜组为固定组，所述第二透镜组为可沿光轴移动的对焦透镜组；

所述第一透镜组包括至少三枚正光焦度透镜和两枚负光焦度透镜。

根据本发明的一个方面，沿物侧至向侧方向，所述第一透镜组中的第一枚透镜为正光焦度透镜，其靠近物侧面为凸面。

根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第一透镜组中的第二枚透镜为负光焦度透镜，并且为凸-凹透镜。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜组包括至少一个双胶合透镜，所述双胶合透镜位于所述光阑前靠近像面一侧。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜组包括至少两枚正光焦度透镜和一枚负光焦度透镜。

根据本发明的一个方面，沿物侧至像侧方向，所述第二透镜组中的第一枚透镜为正光焦度透镜，其靠近像侧面为凸面。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜组中包括至少一个双胶合透镜，沿物侧至像侧方向，所述双胶合透镜位于所述第二透镜组中第一枚透镜与像面之间。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜组的焦距为f2，所述成像镜头的焦距为f，满足：1.0≤f2/f≤2.1。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜组的焦距为f1，所述第二透镜组的焦距为f2，满足：0.05≤f2/f1≤0.7。

根据本发明的一个方面，所述第一透镜中至少一枚正光焦度透镜的阿贝数VD和折射率ND满足：10≤VD≤30,1.8≤ND≤2.1。

根据本发明的一个方面，所述第二透镜组中至少一枚透镜的阿贝数VD2和折射率ND2满足：50≤VD2≤100,1.40≤ND2≤1.70。

根据本发明的一个方面，所述成像镜头的光学系统全高为H，焦距为f，满足0.4≤H/f≤1.0。

本发明的成像镜头，第一透镜组作为固定群组，主要作用为了校正光学系统的像差及畸变，同时减小系统的公差敏感度，采用第二透镜组作为对焦群组，可以有效地提高不同物距下的成像质量，保证了画面的均匀性。

本发明的成像镜头，第一透镜组至少包括三枚正光焦度透镜和两枚负光焦度透镜。如此设置，通过正负光焦度的搭配使用，有利于校正第一透镜组G1内部的球差、像散和畸变，有利于实现大光圈、同时也能够减小群组内公差敏感度。

本发明的成像镜头，第二透镜组中包括至少两枚正光焦度透镜和一枚负光焦度透镜。如此设置，通过正负光焦度的搭配，有利于校正第二透镜组内部的球差、像散和畸变。第二透镜组像差得到校正，有利于减小第一透镜组G1对像差校正的负担比例，能够更好地降低对对焦群组的公差敏感度，全面提升光学系统的成像质量。

本发明的成像镜头，沿物侧至向侧方向，第一透镜组中的第一枚透镜为正光焦度透镜，其靠近物侧面为凸面。第一透镜组中的第二枚透镜为负光焦度透镜，并且为凸-凹透镜。如此设置，使得本发明的成像镜头能够平顺地收集入射光线，能够有效减小大视场角入射光线产生的场曲和像散，实现大光圈的同时保持低畸变。

本发明的成像镜头，按照上述限定设置第一透镜组的双胶合透镜和第二透镜组中的双胶合透镜，使得第一透镜组中的双胶合透镜和第二透镜组中的双胶合透镜形成改进的高斯结构，可有效降低光线的入射角度从而降低公差敏感度，并且能够很好的校正畸变，同时光阑后设置一枚光焦度为正的透镜提高了光学系统的成像质量，保证画面的均匀性。

附图说明

图1示意性表示根据本发明实施例1的成像镜头的结构示意图；

图2示意性表示根据本发明实施例1的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图；

图3示意性表示根据本发明实施例1的成像镜头最佳工作物距对焦时的倍率色差；

图4示意性表示根据本发明实施例1的成像镜头最佳工作物距对焦时的位置色差图；

图5示意性表示根据本发明实施例1的成像镜头最佳工作物距对焦时的MTF图；

图6示意性表示根据本发明实施例2的成像镜头的结构示意图；

图7示意性表示根据本发明实施例2的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图；

图8示意性表示根据本发明实施例2的成像镜头最佳工作物距对焦时的倍率色差；

图9示意性表示根据本发明实施例2的成像镜头最佳工作物距对焦时的位置色差图；

图10示意性表示根据本发明实施例2的成像镜头最佳工作物距对焦时的MTF图；

图11示意性表示根据本发明实施例3的成像镜头的结构示意图；

图12示意性表示根据本发明实施例3的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图；

图13示意性表示根据本发明实施例3的成像镜头最佳工作物距对焦时的倍率色差；

图14示意性表示根据本发明实施例3的成像镜头最佳工作物距对焦时的位置色差图；

图15示意性表示根据本发明实施例3的成像镜头最佳工作物距对焦时的MTF图；

图16示意性表示根据本发明实施例4的成像镜头的结构示意图；

图17示意性表示根据本发明实施例4的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图；

图18示意性表示根据本发明实施例4的成像镜头最佳工作物距对焦时的倍率色差；

图19示意性表示根据本发明实施例4的成像镜头最佳工作物距对焦时的位置色差图；

图20示意性表示根据本发明实施例4的成像镜头最佳工作物距对焦时的MTF图；

图21示意性表示根据本发明实施例5的成像镜头的结构示意图；

图22示意性表示根据本发明实施例5的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图；

图23示意性表示根据本发明实施例5的成像镜头最佳工作物距对焦时的倍率色差；

图24示意性表示根据本发明实施例5的成像镜头最佳工作物距对焦时的位置色差图；

图25示意性表示根据本发明实施例5的成像镜头最佳工作物距对焦时的MTF图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

参照图1所示，本发明提供一种成像镜头，包括沿物侧至像侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜组G1、光阑STOP和具有正光焦度的第二透镜组G2。其中，第一透明组G1为固定组，第二透镜组为内对焦透镜组，从无限远物体向近距离物体成像时第二透明组G2沿着光轴移动。本发明的成像镜头，第一透镜组G1作为固定群组，主要作用为了校正光学系统的像差及畸变，同时减小系统的公差敏感度，采用第二透镜组G2作为对焦群组，可以有效地提高不同物距下的成像质量，保证了画面的均匀性。

在本发明中，第一透镜组G1至少包括三枚正光焦度透镜和两枚负光焦度透镜。如此设置，通过正负光焦度的搭配使用，有利于校正第一透镜组G1内部的球差、像散和畸变，有利于实现大光圈、同时也能够减小群组内公差敏感度。

在发明中，第二透镜组G2中包括至少两枚正光焦度透镜和一枚负光焦度透镜。如此设置，通过正负光焦度的搭配，有利于校正第二透镜组G2内部的球差、像散和畸变。第二透镜组G2像差得到校正，有利于减小第一透镜组G1对像差校正的负担比例，能够更好地降低对对焦群组的公差敏感度，全面提升光学系统的成像质量。

在本发明中，沿物侧至向侧方向，第一透镜组G1中的第一枚透镜为正光焦度透镜，其靠近物侧面为凸面。第一透镜组G1中的第二枚透镜为负光焦度透镜，并且为凸-凹透镜。如此设置，使得本发明的成像镜头能够平顺地收集入射光线，能够有效减小大视场角入射光线产生的场曲和像散，实现大光圈的同时保持低畸变。

在本发明中，第一透镜组G1中包括至少一个双胶合透镜，该双胶合透镜位于光阑前靠近像面一侧。本发明的成像镜头，沿物侧至像侧，第二透镜组G2中的第一枚透镜为正光焦度透镜，其靠近像侧面为凸面。第二透镜组G2中也包括至少一个双胶合透镜，该双胶合透镜位于第一枚透镜与像面之间。

本发明的成像镜头，按照上述限定设置第一透镜组G1的双胶合透镜和第二透镜组G2中的双胶合透镜，使得第一透镜组G1中的双胶合透镜和第二透镜组G2中的双胶合透镜形成改进的高斯结构，可有效降低光线的入射角度从而降低公差敏感度，并且能够很好的校正畸变，同时光阑后设置一枚光焦度为正的透镜提高了光学系统的成像质量，保证画面的均匀性。

本发明的成像镜头，第二透镜组G2的焦距为f2，成像镜头的焦距为f，满足：1.0≤f2/f≤2.1。在此参数范围内，有利于提升光学系统的对焦性能，平衡第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的公差敏感度。若小于关系式的下限值，第二透镜组G2的光焦度过大，会导致第一透镜组合第二透镜组间公差较大，若大于关系式的上限值，第二透镜组的光焦度较小，会导致对焦性能较差，从而导致其对焦形成较达，镜头的光学系统的长度则会增大。

本发明的成像镜头，第一透镜组G1的焦距为f1，第二透镜组G2的焦距为f2，满足：0.05≤f2/f1≤0.7。满足上述关系式的限定范围，能偶平衡光学系统第一透镜组G1和第二透镜组G2在后焦和CRA上的负担比例，有利于保证对焦性能及较小的像面主光线入射角，能够更好的提高光学系统的成像质量。

本发明的成像镜头，第一透镜组G1中至少一枚正光焦度透镜的阿贝数VD和折射率ND满足：10≤VD≤30,1.8≤ND≤2.1。如此设置可以有效地减小光学系统的像差，同时控制光线的入射角度，降低公差的敏感度，从而提高光学系统的成像质量。

本发明的成像镜头，光学系统的全高为H，光学系统的焦距为f，满足0.4≤H/f≤1.0。如此设置，可以有效控制光线的入射角度，控制光学畸变，提升光学系统的成像质量。

综上，本发明的成像镜头按照以上限定进行设置，能够实现大光圈、高分辨率、低畸变、画质均匀，工作物距范围广，色彩还原度好、对比度高的特性。

以下根据本发明的上述设置给出五组具体实施方式来具体说明根据本发明的成像镜头。

五组实施方式数据如下表1中数据：

表1

实施方式一：

图1是示意性表示根据本发明的实施方式一的成像镜头结构图。

实施方式一中的光学系统总长TTL＝48.581mm，系统焦距f＝13.5mm，F数FNO＝1.4。

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：

表2

结合图1所示，在本实施方式，第一透镜组G1中包括6片透镜(L1-L6)，其中透镜L5和透镜L6透镜组成双胶合透镜。第二透镜组G2中包括4片透镜(L7-L10)，其中透镜L8和透镜L9为双胶合透镜。其中第一透镜组G1中的第四枚透镜的折射率ND和阿贝数VD分别为1.90和23.5。第二透镜组G2中第三枚透镜的折射率ND2和阿贝数VD2分别为1.50和84.9。

图2-5分别示意性表示根据本发明实施例1的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图、倍率色差图、位置色差图和MTF图。结合附图可以得知，按照本发明实施例1得到的成像镜头，实现大光圈、高分辨率、低畸变、画质均匀，工作物距范围广，色彩还原度好、对比度高的特性。

实施方式二：

图6是示意性表示根据本发明的实施方式二的成像镜头结构图。

实施方式二中的光学系统总长TTL＝45.08mm，系统焦距f＝14mm，F数FNO＝2.0。

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：

表3

结合图6所示，在本实施方式，第一透镜组G1中包括5片透镜(L1-L5)，其中透镜L4和透镜L5透镜为双胶合透镜。第二透镜组G2中包括4片透镜(L6-L9)，其中透镜L7和透镜L8为双胶合透镜。其中第一透镜组G1中的第三枚透镜的折射率ND和阿贝数VD分别为1.98和16.5。第二透镜组G2中第三枚透镜的折射率ND2和阿贝数VD2分别为1.46和90.0。

图7-10分别示意性表示根据本发明实施例2的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图、倍率色差图、位置色差图和MTF图。结合附图可以得知，按照本发明实施例2得到的成像镜头，实现大光圈、高分辨率、低畸变、画质均匀，工作物距范围广，色彩还原度好、对比度高的特性。

实施方式三：

图11是示意性表示根据本发明的实施方式三的成像镜头结构图。

实施方式三中的光学系统总长TTL＝53.565mm，系统焦距f＝18.49mm，F数FNO＝1.8。

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：

表4

结合图11所示，在本实施方式，第一透镜组G1中包括6片透镜(L1-L6)，其中透镜L5和透镜L6透镜组成双胶合透镜。第二透镜组G2中包括4片透镜(L7-L10)，其中透镜L8和透镜L9为双胶合透镜。其中第一透镜组G1中的第四枚透镜的折射率ND和阿贝数VD分别为1.85和24.2。第二透镜组G2中第三枚透镜的折射率ND2和阿贝数VD2分别为1.48和64.7。

图12-15分别示意性表示根据本发明实施例3的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图、倍率色差图、位置色差图和MTF图。结合附图可以得知，按照本发明实施例3得到的成像镜头，实现大光圈、高分辨率、低畸变、画质均匀，工作物距范围广，色彩还原度好、对比度高的特性。

实施方式四：

图16是示意性表示根据本发明的实施方式四的成像镜头结构图。

实施方式四中的光学系统总长TTL＝50.471mm，系统焦距f＝13.00mm，F数FNO＝1.5。

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：

表5

结合图16所示，在本实施方式，第一透镜组G1中包括6片透镜(L1-L6)，其中透镜L5和透镜L6透镜组成双胶合透镜。第二透镜组G2中包括4片透镜(L7-L10)，其中透镜L8和透镜L9为双胶合透镜。其中第一透镜组G1中的第四枚透镜的折射率ND和阿贝数VD分别为1.86和24.6。第二透镜组G2中第三枚透镜的折射率ND2和阿贝数VD2分别为1.59和79.3。

图17-20分别示意性表示根据本发明实施例4的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图、倍率色差图、位置色差图和MTF图。结合附图可以得知，按照本发明实施例4得到的成像镜头，实现大光圈、高分辨率、低畸变、画质均匀，工作物距范围广，色彩还原度好、对比度高的特性。

实施方式五：

图21是示意性表示根据本发明的实施方式五的成像镜头结构图。

实施方式五中的光学系统总长TTL＝43.82mm，系统焦距f＝12.00mm，F数FNO＝1.6。

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：

表6

结合图21所示，在本实施方式，第一透镜组G1中包括6片透镜(L1-L6)，其中透镜L5和透镜L6透镜组成双胶合透镜。第二透镜组G2中包括3片透镜(L7-L9)，其中透镜L8和透镜L9为双胶合透镜。其中第一透镜组G1中的第四枚透镜的折射率ND和阿贝数VD分别为1.84和23.7。第二透镜组G2中第三枚透镜的折射率ND2和阿贝数VD2分别为1.59和71.2。

图21-25分别示意性表示根据本发明实施例5的成像镜头最佳工作物距对焦时的畸变图、倍率色差图、位置色差图和MTF图。结合附图可以得知，按照本发明实施例5得到的成像镜头，实现大光圈、高分辨率、低畸变、画质均匀，工作物距范围广，色彩还原度好、对比度高的特性。

以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。