一种大光圈低畸变工业镜头的制作方法
本技术涉及工业镜头的领域，尤其是涉及一种大光圈低畸变工业镜头。
背景技术：
1、工业镜头，也称为工业相机镜头或机器视觉镜头，是专为工业自动化、机器视觉、检测和测量应用设计的高质量光学镜头。与普通摄影镜头相比，工业镜头具有更高的精度、分辨率和稳定性，能够满足工业应用中对成像质量和可靠性的严格要求。
2、随着机器视觉领域和科研领域的不断发展，对工业镜头的性能等要求也越来越高。尤其是低照度环境下，为了适用低照相机，需要选择大光圈镜头，使得在照度不足的环境下，镜头也可以清晰成像，满足对工业产品的拍摄。同时，需要使用定焦工业镜头的领域，大多需要拍摄工业产品的表面，从而对表面形变、缺陷、色彩、状态等细节进行检测或分析。因此对于镜头的成像质量，即镜头的mtf值，畸变数值，，色彩还原能力也有着较高的要求。现有的工业镜头在拥有大光圈的情况下，可能会产生偏高数值的畸变，大多无法同时兼具大光圈，低畸变的需求。
技术实现思路
1、为了使工业镜头同时兼具大光圈、低畸变的性能，本技术提供一种大光圈低畸变工业镜头。
2、本技术提供的一种大光圈低畸变工业镜头采用如下的技术方案：
3、一种大光圈低畸变工业镜头，包括：
4、沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜；
5、孔径光阑，设置在所述第三透镜和所述第四透镜之间；
6、将工业镜头的光学系统焦距设置为f,所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及第七透镜的焦距分别设置为f1、f2、f3、f4、f5、f6以及f7，将焦距比分别设置为f1/f＝1.178、f2/f＝-4.56、f3/f＝-1.25、f6/f＝1.316以及f7/f＝-3.09。
7、通过采用上述技术方案，通过设置各透镜的焦距比，可以合理的分配光焦度，从而平衡了光学系统的像差。焦距比的设置有助于控制整个光学系统的焦距，确保成像对比度和分辨率。在平衡像差的同时，并且能够组合成大光圈镜头的同时减少镜头产生的畸变。
8、可选的，所述第一透镜设置为弯月正透镜，所述第二透镜设置为弯月负透镜，所述第三透镜设置为弯月负透镜，所述第四透镜设置为双凸负透镜，所述第五透镜设置为弯月正透镜，所述第六透镜设置为双凸正透镜，所述第七透镜设置为弯月负透镜。
9、通过采用上述技术方案，不同类型的透镜组合可以有效校正各种像差，包括球差、彗差、像散和色差。弯月正透镜和弯月负透镜的组合可以优化球差和彗差，而双凸透镜和弯月透镜的组合可以校正色差，提高成像质量。通过合理选择透镜类型，可以实现光学系统设计的紧凑性。弯月透镜和双凸透镜的使用有助于减少系统总长度，降低重量和成本。
10、可选的，所述第四透镜和所述第五透镜之间为胶合设置。
11、通过采用上述技术方案，胶合透镜可以更精确地控制光线的折射路径，有效减少像差，尤其是色差。通过将不同折射率和阿贝系数的透镜胶合在一起，可以优化整个光学系统的色差性能，提高成像质量。胶合透镜的使用可以减少光学系统中所需透镜的数量，实现更紧凑的设计。这有助于减少系统总长度，降低重量和成本，适合在空间受限的应用中使用。
12、可选的，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔设置为d1＝0.1mm，所述第二透镜与所述第三透镜之间的空气间隔设置为d1＝0.801mm，所述第三透镜与所述孔径光阑之间的空气间隔设置为d1＝3mm，所述孔径光阑与所述第四透镜之间的空气间隔设置为d1＝3.16mm，所述第五透镜与所述第六透镜之间的空气间隔设置为d1＝0.1mm，所述第六透镜与所述第七透镜之间的空气间隔设置为d1＝1.953mm。
13、通过采用上述技术方案，适当的空气间隔可以优化光线在透镜之间的传播路径，提高成像质量。空气间隔的设置影响光学系统的紧凑性。较小的空气间隔有助于实现更紧凑的光学设计，可以保证镜头在合理总长范围内实现小型化，同时消除高级像差，降低系统敏感度，从而提高成像品质。
14、可选的，所述第一透镜设置为玻璃非球面，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及所述第七透镜设置为玻璃球面透镜，其中所述第一透镜的非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离满足其中，z是沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考距光轴的位移值，c是曲率半径，h为光轴到曲面的距离，k为二次曲面系数，a、b、c、d、e、分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶曲面系数。
15、通过采用上述技术方案，将第一透镜设置为非球面透镜，非球面透镜能够更精确地控制光线的折射路径，有效平衡像差，提高成像质量。非球面透镜的使用可以减少光学系统中所需透镜的数量，实现更紧凑的设计。
16、可选的，所述第一透镜的玻璃材料：1.65<n<1.80，40<vd<55；
17、所述第二透镜的玻璃材料：1.80<n<2.00，30<vd<45；
18、所述第三透镜的玻璃材料：1.55<n<1.65，30<vd<45；
19、所述第四透镜的玻璃材料：1.55<n<1.65，55<vd<70：
20、所述第五透镜的玻璃材料：1.80<n<2.10，20<vd<30：
21、所述第六透镜的玻璃材料：1.55<n<1.80，35<vd<50，
22、所述第七透镜的玻璃材料：1.75<n<1.95，35<vd<50，
23、其中，n为折射率，vd为阿贝系数。
24、通过采用上述技术方案，透镜玻璃材料的折射率n合理控制了光线传播路径，不同透镜色散系数vd的配合有效控制了色差。通过选择不同折射率和阿贝系数的玻璃材料，可以优化色差，提高成像质量，确保在大像面条件下，图像的细节和对比度得到保持，提高成像质量。
25、可选的，所述第一透镜的中心厚度为：0.10-3.8mm；
26、所述第二透镜的中心厚度为：0.78-0.80mm；
27、所述第三透镜的中心厚度为：1.05-3.00mm；
28、所述第四透镜的中心厚度为：0.8-2.25mm；
29、所述第五透镜的中心厚度为：0.10-0.80mm；
30、所述第六透镜的中心厚度为：1.95-2.75mm；
31、所述第七透镜的中心厚度为：3.20-6.24mm。
32、通过采用上述技术方案，可以保证镜头在合理总长范围内达到性能要求，同时消除高级像差，降低系统敏感度，从而提高成像品质。
33、可选的，所述第一透镜第一表面的曲率半径为12.71-12.73mm，第二表面的曲率半径为55.78-55.80mm；
34、所述第二透镜第一表面的曲率半径为18.85-18.87mm，第二表面的曲率半径为14.39-14.41mm；
35、所述第三透镜第一表面的曲率半径为52.24-52.26mm，第二表面的曲率半径为10.41-10.43mm；
36、所述第四透镜第一表面的曲率半径为51.98-52.00mm，第二表面的曲率半径为-9.51--9.53mm；所述第五透镜第二表面的曲率半径为-21.34--21.36mm；
37、所述第六透镜第一表面的曲率半径为31.67-31.69mm，第二表面的曲率半径为-38.50--38.70mm；
38、所述第七透镜第一表面的曲率半径为8.16-8.18mm，第二表面的曲率半径为5.67-5.69mm。
39、通过采用上述技术方案，通过精确设置各透镜表面的曲率半径，可以有保证光线入射角度的平缓，有助于修正系统整体像差，从而在保证该摄像镜头的成像质量的同时降低主光线角度。
40、可选的，工业镜头的光学系统半像高imah与光学系统的焦距f之间满足imah/f＝0.28。
41、通过采用上述技术方案，当工业镜头的光学系统半像高imah与光学系统的焦距f之间满足imah/f＝0.28时，这种比例关系有助于优化成像质量，确保在大像面条件下，图像的清晰度和分辨率得到保持。imah/f＝0.28的条件可以平衡光学系统总长和像高，使得光学系统具有大像面，适合与大尺寸传感器匹配，同时减少像差，提高成像质量。
42、可选的，工业镜头的光学系统总长度ttl与光学系统的焦距f之间满足关系ttl/f＝1.72018。
43、通过采用上述技术方案，光学系统总长度ttl与焦距的合理比例可以平衡光学系统总长度与成像质量。过长的光学系统总长度ttl可能导致系统体积增大，增加成本和重量，而过短的光学系统总长度ttl可能限制光学设计的自由度，影响成像质量。而将之间的比设置为1.72018可以平衡光学系统总长和像高，使得光学系统具有大像面，合理的分配了光焦度，平衡了基本像差，得到了比较好成像效果。
44、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
45、1.通过设置了第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、孔径光阑，通过设置各透镜的焦距比，可以合理的分配光焦度，从而平衡了光学系统的像差。焦距比的设置有助于控制整个光学系统的焦距，确保成像对比度和分辨率。在平衡像差的同时，并且能够组合成大光圈镜头的同时减少镜头产生的畸变。
技术特征：
1.一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)设置为弯月正透镜，所述第二透镜(2)设置为弯月负透镜，所述第三透镜(3)设置为弯月负透镜，所述第四透镜(4)设置为双凸负透镜，所述第五透镜(5)设置为弯月正透镜，所述第六透镜(6)设置为双凸正透镜，所述第七透镜(7)设置为弯月负透镜。
3.根据权利要求2所述的一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：所述第四透镜(4)和所述第五透镜(5)之间为胶合设置。
4.根据权利要求3所述的一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)与所述第二透镜(2)之间的空气间隔设置为d1＝0.1mm，所述第二透镜(2)与所述第三透镜(3)之间的空气间隔设置为d1＝0.801mm，所述第三透镜(3)与所述孔径光阑(8)之间的空气间隔设置为d1＝3mm，所述孔径光阑(8)与所述第四透镜(4)之间的空气间隔设置为d1＝3.16mm，所述第五透镜(5)与所述第六透镜(6)之间的空气间隔设置为d1＝0.1mm，所述第六透镜(6)与所述第七透镜(7)之间的空气间隔设置为d1＝1.953mm。
5.根据权利要求4所述的一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)设置为玻璃非球面，所述第二透镜(2)、所述第三透镜(3)、所述第四透镜(4)、所述第五透镜(5)、所述第六透镜(6)以及所述第七透镜(7)设置为玻璃球面透镜，其中所述第一透镜(1)的非球面上相应点到与表面顶点相切的平面的距离满足其中，z是沿光轴方向在高度为h的位置以表面顶点作参考距光轴的位移值，c是曲率半径，h为光轴到曲面的距离，k为二次曲面系数，a、b、c、d、e、分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶曲面系数。。
6.根据权利要求1所述的一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)的玻璃材料：1.65<n<1.80，40<vd<55；
7.根据权利要求6所述的一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：所述第一透镜(1)的中心厚度为：0.10-3.8mm；
8.根据权利要求7所述的一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：工业镜头的光学系统半像高imah与光学系统的焦距f之间满足imah/f＝0.28。
10.根据权利要求1所述的一种大光圈低畸变工业镜头，其特征在于：工业镜头的光学系统总长度ttl与光学系统的焦距f之间满足关系ttl/f＝1.72018。
技术总结
本申请涉及工业镜头的领域，尤其是涉及一种大光圈低畸变工业镜头，其包括：沿光线入射光路自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜；孔径光阑，设置在所述第三透镜和所述第四透镜之间；将工业镜头的光学系统焦距设置为f,所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜以及第七透镜的焦距分别设置为f1、f2、f3、f4、f5、f6以及f7，将焦距比分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6以及f7，其中f1、f2、f3、f6、f7与f满足以下比例：f1/f=1.178、f2/f=‑4.56、f3/f=‑1.25、f6/f=1.316以及f7/f=‑3.09。本申请能够使工业镜头同时兼具大光圈、低畸变的性能。
技术研发人员：刘岳奇
受保护的技术使用者：希比希光学（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23