一种高像素紧凑型大画幅光学镜头的制作方法

1.本发明涉及镜头领域，特别是一种高像素紧凑型大画幅光学镜头。


背景技术：

2.近年来，我国人工智能领域发展迅速，越来越多领域的人工技术被机器智能化技术所取代，尤其在工业自动化生产及检测领域，在重复性较强的作业当中，机器视觉自动化检测已经基本取代了人工检测。机器视觉镜头作用机器视觉自动化检测系统里最为重要的部件之一，它相比于人的眼睛，具备更强的光谱感知能力，更强的抗干扰能力，更快的图像采集处理能力，被广泛应用于产品缺陷尺寸测量，图形数据分析，表面检测、物流扫码、微观识别等领域。
3.然而，目前我国自研的机器视觉镜头仍以低端应用为主，难以应用于高难度复杂的检测环境中，而日本及欧美的镜头仍然占据了大部分高端市场，这类镜头为提高分辨率往往会采用许多昂贵的非球面镜片参与成像。目前市面上的高分辨率机视觉镜头仍然以1英寸、2/3英寸及1/1.8英寸为主，而超大靶面系列诸如4/3英寸及半画幅、全画幅的机器视觉镜头因其轴外像差过大，难以保持高分辨率成像，且镜头体积硕大，抗干扰性差，使用场景严重受限。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种体积小，轴外像差小的高像素紧凑型大画幅光学镜头。
5.本发明采用以下方案实现：一种高像素紧凑型大画幅光学镜头，所述镜头的光学系统包括沿入射光路依次设置的负光焦度的前组a、可变光阑c和正光焦度的后组b；所述前组a沿入射光路依次设有弯月正透镜a1、弯月负透镜a2以及由弯月正透镜a3和弯月负透镜a4密接而成的第一胶合组；所述后组b沿入射光路依次设有双凸正透镜b1、由双凸正透镜b2和双凹负透镜b3密接而成的第二胶合组、由弯月正透镜b4和弯月负透镜b5密接而成的第三胶合组、弯月正透镜b6、弯月负透镜b7和双凸正透镜b8。
6.进一步的，所述弯月正透镜a1到弯月负透镜a2的空气距离为0.1mm；弯月负透镜a2到弯月正透镜a3的空气距离为7.22mm；弯月正透镜a4到可变光阑c的空气距离为0.62mm；可变光阑c到双凸正透镜b1的空气距离为0.52mm；双凸正透镜b1到双凸正透镜b2的空气距离为0.1mm；双凹负透镜b3到弯月正透镜b4的空气距离为5.3mm；弯月负透镜b5到弯月正透镜b6的空气距离为0.71mm；弯月正透镜b6到弯月负透镜b7的空气距离为可变的0.1-14.5mm；弯月负透镜b7到双凸正透镜b8的空气距离为1.12mm。
7.进一步的，双凸正透镜b8后方设有平行平板，双凸正透镜b8至平行平板的空气距离为25.6mm；平行平板至像面的空气距离为0.1mm，平行平板厚度为2mm，材料为h-k9l。
8.进一步的，所述弯月正透镜a1前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：19.5mm≤r1≤20.2mm，42.6mm≤r2≤44.1mm；弯月负透镜a2前镜面曲率半径r1和后镜面
曲率半径r2满足关系式：29.7mm≤r1≤31.3 mm，9.2 mm≤r2≤10.2 mm；弯月正透镜a3前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-42.3mm≤r1≤-41.2 mm，-12mm≤r2≤-11.1 mm；弯月负透镜a4前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-12mm≤r1≤-11.1mm，-43.2mm≤r2≤-41.4 mm；双凸正透镜b1前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：77.9mm≤r≤79.2 mm，-403.2mm≤r≤-399.5 mm；双凸正透镜b2前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：37.5 mm≤r1≤38.6 mm，-16.8 mm≤r2≤-15.8mm；双凹负透镜b3前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-16.8mm≤r1≤-15.8mm，19.5mm≤r2≤21.3mm；弯月正透镜b4前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-29.1 mm≤r1≤-28.1 mm，-9.9 mm≤r2≤-9.1 mm；弯月负透镜b5前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-9.9 mm≤r1≤-9.1 mm，-20.9 mm≤r2≤-20.2 mm；弯月正透镜b6前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-58.3mm≤r1≤-57.2 mm，-32.5mm≤r≤-31.2mm；弯月负透镜b7前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：63.5mm≤r1≤64.3mm，36.3mm≤r2≤36.9mm；双凸正透镜b8前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：74.5mm≤r1≤76.2mm，-1985mm≤r2≤-1965mm。
9.进一步的，弯月正透镜a1中心厚度为4.71mm，材料为h-zlaf50；弯月负透镜a2中心厚度为1mm，材料为h-qk3l；弯月正透镜a3中心厚度为8.9mm，材料为h-fk69；弯月负透镜a4中心厚度为1.5mm，材料为e-fd15；双凸正透镜b1中心厚度为1.56mm，材料为fds90；双凸正透镜b2中心厚度为3.31mm，材料为h-zlaf78；双凹负透镜b3中心厚度为1.3mm，材料为e-f8；弯月正透镜b4中心厚度为4.83mm，材料为h-fk69；弯月负透镜b5中心厚度为1mm，材料为fds90；弯月正透镜b6中心厚度为2.17mm，材料为e-fds3；弯月负透镜b7中心厚度为2mm，材料为fd13；双凸正透镜b8中心厚度为2.24mm，材料为h-laf4。
10.进一步的，弯月正透镜a1折射率n满足1.79≤n≤1.81；弯月负透镜a2折射率n满足1.48≤n≤1.50；弯月正透镜a3折射率n满足1.58≤n≤1.61；弯月负透镜a4折射率n满足1.69≤n≤1.71；双凸正透镜b1折射率n满足1.84≤n≤1.86；双凸正透镜b2折射率n满足1.89≤n≤1.91；双凹负透镜b3折射率n满足1.59≤n≤1.61；弯月正透镜b4折射率n满足1.58≤n≤1.60；弯月负透镜b5折射率n满足1.84≤n≤1.86；弯月正透镜b6折射率n满足1.95≤n≤2.15；弯月负透镜b7折射率n满足1.73≤n≤1.75；双凸正透镜b8折射率n满足1.74≤n≤1.76。
11.进一步的，光学系统的总焦距f、第一胶合组的焦距fa、第二胶合组的焦距fb1和第三胶合组的焦距fb2满足关系式：4.6＜fa/f＜5.1 ; 1.9＜fb1/f＜2.4;
ꢀ‑
7.2＜fb2/f＜-6.6。
12.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）前后组各采用了多枚高折射率材料进行光线入射角控制，通过引入多种材料组合形式的胶合片进行配合设计，有效的降低了镜头的初高阶单色像差以及二级光谱，使镜头在紧凑型体积下实现高像素成像功能；（2）在大画幅镜头上，采无热化设计，选用多枚折射率温度系数为负值的材料进行高低温环节下后焦偏移量控制，温度变化时无需再像单反及各类大画幅镜头那样进行繁琐的手动二次对焦，使镜头完全不受环境温度变化的干扰，提高大画幅镜头受用性；（3）选用全球面玻璃组合形式矫正了大画幅镜头的各阶像差，合理选用材料进行
光线走势控制，降低光线在各镜片上的入射角从而降低镜头敏感性，可最大节约大画幅镜头的装配成本。
13.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
14.图1为本发明实施例光学系统结构图；图2是本发明实施例光学系统主要工作距下（0.4m）光学调制传递函数示意图；图3本发明实施例光学系统光学调制传递函数随视场变化图；图4本发明实施例光学系统主点列图；图5本发明实施例光学系统主光扇图。
具体实施方式
15.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
16.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
17.如图1~5所示，一种高像素紧凑型大画幅光学镜头，所述镜头的光学系统包括沿入射光路依次设置的负光焦度的前组a、可变光阑c和正光焦度的后组b；所述前组a沿入射光路依次设有弯月正透镜a1、弯月负透镜a2以及由弯月正透镜a3和弯月负透镜a4密接而成的第一胶合组；所述后组b沿入射光路依次设有双凸正透镜b1、由双凸正透镜b2和双凹负透镜b3密接而成的第二胶合组、由弯月正透镜b4和弯月负透镜b5密接而成的第三胶合组、弯月正透镜b6、弯月负透镜b7和双凸正透镜b8。镜头的像面处设置有半画幅面阵相机，可进行光电信号转换，以实现图像信息采集功能；该镜头采用多枚胶合片组合进行大画幅镜头的色差矫正，第一胶合组胶合面背向光阑一侧，第二胶合组胶合面弯向光阑一侧，第三胶合组胶合面弯向光阑一侧，有助于降低光线入射角以及大画幅镜头轴外像差的矫正，配合超高折射率的弯月正透镜b6有助于大像高镜头的敏感性矫正，提高可量产性。负光焦度的前组a的第一胶合组光焦度为负，具有发散光束的作用；正光焦度的后组b的第二胶合组的光焦度为正，具有收敛光束的作用，正光焦度的后组b的第三胶合组的折射率为负，具有发散光束的作用；并采用全球面玻璃光学结构，通过合理的光束孔径分配以及镜片之间的紧密配合，有效减少了镜头尺寸，实现了小型化，并通过内调焦的方式实现了不同物距下的聚焦功能，可搭配超高像素大画幅相机使用，解决了大画幅镜头轴外像差大的问题，使大画幅光学镜头的竞争力进一步提高。
18.在本实施例中，所述弯月正透镜a1到弯月负透镜a2的空气距离为0.1mm；弯月负透镜a2到弯月正透镜a3的空气距离为7.22mm；弯月正透镜a4到可变光阑c的空气距离为0.62mm；可变光阑c到双凸正透镜b1的空气距离为0.52mm；双凸正透镜b1到双凸正透镜b2的
空气距离为0.1mm；双凹负透镜b3到弯月正透镜b4的空气距离为5.3mm；弯月负透镜b5到弯月正透镜b6的空气距离为0.71mm；弯月正透镜b6到弯月负透镜b7的空气距离为可变的0.1-14.5mm；弯月负透镜b7到双凸正透镜b8的空气距离为1.12mm；前组a为前组移动组，正光焦度的后组b中双凸正透镜b1、双凸正透镜b2、双凹负透镜b3、弯月正透镜b4、弯月负透镜b5、弯月正透镜b6构成后组移动组，前组移动组、可变光阑c、后组移动组以相同速率线性移动，实现不同物距的对焦性能；弯月负透镜b7、双凸正透镜b8为后组固定组。
19.在本实施例中，双凸正透镜b8后方设有平行平板，双凸正透镜b8至平行平板的空气距离为25.6mm；平行平板至像面的空气距离为0.1mm，平行平板厚度为2mm，材料为h-k9l。
20.在本实施例中，所述弯月正透镜a1前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：19.5mm≤r1≤20.2mm，42.6mm≤r2≤44.1mm；弯月负透镜a2前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：29.7mm≤r1≤31.3 mm，9.2 mm≤r2≤10.2 mm；弯月正透镜a3前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-42.3mm≤r1≤-41.2 mm，-12mm≤r2≤-11.1 mm；弯月负透镜a4前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-12mm≤r1≤-11.1mm，-43.2mm≤r2≤-41.4 mm；双凸正透镜b1前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：77.9mm≤r≤79.2 mm，-403.2mm≤r≤-399.5 mm；双凸正透镜b2前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：37.5 mm≤r1≤38.6 mm，-16.8 mm≤r2≤-15.8mm；双凹负透镜b3前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-16.8mm≤r1≤-15.8mm，19.5mm≤r2≤21.3mm；弯月正透镜b4前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-29.1 mm≤r1≤-28.1 mm，-9.9 mm≤r2≤-9.1 mm；弯月负透镜b5前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-9.9 mm≤r1≤-9.1 mm，-20.9 mm≤r2≤-20.2 mm；弯月正透镜b6前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：-58.3mm≤r1≤-57.2 mm，-32.5mm≤r≤-31.2mm；弯月负透镜b7前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：63.5mm≤r1≤64.3mm，36.3mm≤r2≤36.9mm；双凸正透镜b8前镜面曲率半径r1和后镜面曲率半径r2满足关系式：74.5mm≤r1≤76.2mm，-1985mm≤r2≤-1965mm。
21.在本实施例中，弯月正透镜a1阿贝数v满足45.6≤v≤46.9；；弯月负透镜a2阿贝数v满足69.6≤v≤71.2；弯月正透镜a3阿贝数v满足67.6≤v≤68.9；弯月负透镜a4阿贝数v满足29.6≤v≤31.1；双凸正透镜b1阿贝数v满足22.9≤v≤23.9；双凸正透镜b2阿贝数v满足36.6≤v≤37.3；双凹负透镜b3阿贝数v满足38.6≤v≤39.7；弯月正透镜b4阿贝数v满足67.6≤v≤69.8；弯月负透镜b5阿贝数v满足23.1≤v≤24.3；弯月正透镜b6阿贝数v满足16.5≤v≤17.5；弯月负透镜b7阿贝数v满足27.2≤v≤28.2；双凸正透镜b8阿贝数v满足34.6≤v≤35.6。
22.在本实施例中，弯月正透镜a1中心厚度为4.71mm，材料为h-zlaf50；弯月负透镜a2中心厚度为1mm，材料为h-qk3l；弯月正透镜a3中心厚度为8.9mm，材料为h-fk69；弯月负透镜a4中心厚度为1.5mm，材料为e-fd15；双凸正透镜b1中心厚度为1.56mm，材料为fds90；双凸正透镜b2中心厚度为3.31mm，材料为h-zlaf78；双凹负透镜b3中心厚度为1.3mm，材料为e-f8；弯月正透镜b4中心厚度为4.83mm，材料为h-fk69；弯月负透镜b5中心厚度为1mm，材料为fds90；弯月正透镜b6中心厚度为2.17mm，材料为e-fds3；弯月负透镜b7中心厚度为2mm，材料为fd13；双凸正透镜b8中心厚度为2.24mm，材料为h-laf4。
23.弯月正透镜a3采用高色散系数材料，弯月负透镜a4采用低色散系数的材料，两者
构成第一胶合组，色散系数的差异有利于轴上及轴外的色差矫正，且具备良好的复消色差能力；双凸正透镜b2和双凹负透镜b3采用折射率差异较大的材料构成密接胶合片，有利于轴上球差及轴外像差的矫正；弯月正透镜b6采用超高折射率材料进行大画幅像差矫正，对实现高像素紧凑型小尺寸光学镜头起关键作用。
24.在本实施例中，弯月正透镜a1折射率n满足1.79≤n≤1.81；弯月负透镜a2折射率n满足1.48≤n≤1.50；弯月正透镜a3折射率n满足1.58≤n≤1.61；弯月负透镜a4折射率n满足1.69≤n≤1.71；双凸正透镜b1折射率n满足1.84≤n≤1.86；双凸正透镜b2折射率n满足1.89≤n≤1.91；双凹负透镜b3折射率n满足1.59≤n≤1.61；弯月正透镜b4折射率n满足1.58≤n≤1.60；弯月负透镜b5折射率n满足1.84≤n≤1.86；弯月正透镜b6折射率n满足1.95≤n≤2.15；弯月负透镜b7折射率n满足1.73≤n≤1.75；双凸正透镜b8折射率n满足1.74≤n≤1.76。在镜头前端设置高折射率的弯月正透镜a1，对矫正大画幅广角镜头的视场外畸变具有重要作用，该片可充分降低大画幅镜头的光学畸变，降低边缘失真特性。
25.在本实施例中，光学系统的总焦距f、第一胶合组的焦距fa、第二胶合组的焦距fb1和第三胶合组的焦距fb2满足关系式：4.6＜fa/f＜5.1 ; 1.9＜fb1/f＜2.4;
ꢀ‑
7.2＜fb2/f＜-6.6。
26.在本实施例中，所述前组a与后组b的光焦度比值满足关系式：3.9-≤fa/fb≤-3.1。
27.本发明镜头达到了如下的光学指标：焦距为35mm，镜头f值为2.8，视场角达52
°
，tv畸变小于0.5%，像面直径达33mm ，镜头净长度≤50.3mm，工作温度：-30
°
至70
°
，可搭配半画幅5千万像素芯片使用；由图1可知所述高像素紧凑型大画幅光学镜头结构精简、镜头尺寸紧凑，可应用于多种紧凑复杂的检测环境中。
28.由图2可知所述高像素紧凑型大画幅光学镜头在150lp/mm时中心传函值＞0.5，外圈传函值＞0.3，具备优秀的图形细节检测分析能力；由图3可知该镜头在不同视场不同频率时，成像性能过渡均匀，具备高分辨率成像能力。
29.由图4、图5可知所述高像素紧凑型大画幅光学镜头色差矫正良好，成像锐利度高，光扇图线性度良好，各个视场的轴上、轴外像差得到充分矫正，各视场弥散斑集中度高，半径小，具备优秀的图像还原能力，确保了机器视觉检像的精确性。
30.综上所述，本发明高像素紧凑型大画幅光学镜头，该镜头采用多枚胶合片组合的全球面玻璃光学结构形式，通过引入超高折射率材料可充分平衡大像面镜头的球差及轴上轴外复色光像差，进一步压缩了镜头尺寸，提高了镜头的成像品质，通过合理的光焦度配比、控制光线在各个镜片上的入射角及出射高度，降低了大画幅镜片的装配敏感性，使镜头具备更大像高成像的能力，具备更强竞争力。
31.上述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。
32.本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，
固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
33.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
34.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
35.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。