本實(shí)用新型屬于光學(xué)成像技術(shù)中的變焦鏡頭
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種用于機(jī)器視覺檢測的固液混合型復(fù)消色差連續(xù)變焦鏡頭。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭多是采用光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料這樣的固體材料，而這些材料普遍存在體積大、重量重、加工困難等問題。而液體透鏡可通過各種物理方法改變液體透鏡的曲率半徑來實(shí)現(xiàn)變焦，具有體積小、重量輕、變焦速度快、變焦精度高等優(yōu)點(diǎn)。同時，光學(xué)液體相比于光學(xué)玻璃，具有更寬的折射率覆蓋范圍和光譜范圍，部分液體的色散值比超低色散玻璃更低，因此使用光學(xué)液體與光學(xué)玻璃材料進(jìn)行組合，可以減小系統(tǒng)的二級光譜。傳統(tǒng)的光學(xué)變焦通過調(diào)節(jié)鏡片間的距離來實(shí)現(xiàn)，但這需要相應(yīng)機(jī)械變焦機(jī)構(gòu)的配合，多個組件的動作必須保證同步，這使鏡頭結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜；同時由于機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)存在間隙和工作磨損，會導(dǎo)致變焦失準(zhǔn)及可靠性降低等情況的出現(xiàn)；并且由于鏡片間距離的變化與鏡頭焦距的變化不滿足線性關(guān)系，所以其無法實(shí)現(xiàn)在整個變焦范圍內(nèi)連續(xù)、準(zhǔn)確和復(fù)消色差地變焦。而使用光學(xué)液體與光學(xué)玻璃進(jìn)行組合，通過控制液體表面曲率的連續(xù)變化，可以實(shí)現(xiàn)鏡頭焦距的連續(xù)變化，且在整個變焦過程中均具有均勻、優(yōu)良的成像質(zhì)量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的在于克服傳統(tǒng)變焦鏡頭無法實(shí)現(xiàn)在整個變焦范圍內(nèi)連續(xù)、準(zhǔn)確變焦及復(fù)消色差成像的不足，而提供一種用于機(jī)器視覺檢測的固液混合型復(fù)消色差連續(xù)變焦鏡頭，該固液混合型復(fù)消色差連續(xù)變焦鏡頭可以在整個變焦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差，且在整個變焦過程中均具有均勻、優(yōu)良的成像質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是：一種用于機(jī)器視覺檢測的固液混合型復(fù)消色差連續(xù)變焦鏡頭，由正透鏡、負(fù)透鏡和光闌面組成，各透鏡、光闌面與物面中心同軸，從物面到像面依次排列順序?yàn)椋旱谝徽哥R、第二正透鏡、第一負(fù)透鏡、第三正透鏡、第二負(fù)透鏡、第三負(fù)透鏡、第四正透鏡、光闌面、第四負(fù)透鏡、第五正透鏡、第六正透鏡、第五負(fù)透鏡和第七正透鏡，第一正透鏡的頂點(diǎn)到物面的距離為該鏡頭的工作距離。所述的第一正透鏡、第二正透鏡、第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡、第三負(fù)透鏡、第四正透鏡、第四負(fù)透鏡、第六正透鏡、第五負(fù)透鏡和第七正透鏡為固體透鏡。所述的第三正透鏡和第五正透鏡為液體透鏡。所述第二正透鏡與第一負(fù)透鏡組成第一雙膠合透鏡；第三正透鏡與第二負(fù)透鏡組成第一固液混合型透鏡；第三負(fù)透鏡與第四正透鏡組成第二雙膠合透鏡；第五正透鏡與第六正透鏡組成第二固液混合型透鏡；第五負(fù)透鏡與第七正透鏡組成第三雙膠合透鏡。所述鏡頭的工作距離為240mm，變焦范圍為75mm～85mm，相對孔徑依焦距變化范圍為D/f’＝0.347～0.306。所述鏡頭的物方視場依焦距變化，視場范圍為φ63mm～φ57mm，像方視場為φ8mm。所述鏡頭實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差的波段范圍為0.4μm～0.7μm。所述的第七正透鏡球面頂端與像面的間距為4mm。所述鏡頭實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差的波長為0.486μm、0.587μm和0.656μm三種波長，在全變焦范圍內(nèi)殘余位置色差值<3μm，殘余二級光譜值＜3μm。本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)：(1)本實(shí)用新型由固體透鏡與液體透鏡組合實(shí)現(xiàn)，通過控制一片液體透鏡表面曲率的連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)鏡頭焦距的連續(xù)變化；通過控制另一片液體透鏡表面曲率的連續(xù)變化，保持焦距變化下像面位置不變。(2)本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)在75mm～85mm范圍內(nèi)連續(xù)變焦；(3)本實(shí)用新型在0.4μm～0.7μm波段全變焦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差，成像質(zhì)量高；(4)本實(shí)用新型具有較大的物方視場，依焦距變化，視場范圍為φ63mm～φ57mm，工作距離為240mm；(5)本實(shí)用新型在全變焦范圍內(nèi)具有均勻、優(yōu)良的成像質(zhì)量，在全變焦范圍內(nèi)的焦點(diǎn)色位移范圍為-2μm～3μm。本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型由固體透鏡與液體透鏡構(gòu)成，鏡頭可以實(shí)現(xiàn)在75mm～85mm范圍內(nèi)連續(xù)變焦，在整個變焦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差，且在整個變焦過程中均具有均勻、優(yōu)良的成像質(zhì)量。附圖說明圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中鏡頭的光路圖；圖2～圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例中鏡頭在不同焦距下的調(diào)制傳遞函數(shù)圖；圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例中鏡頭在不同焦距下的殘余色差及二級光譜圖；圖14為本實(shí)用新型實(shí)施例中鏡頭在不同焦距下的焦點(diǎn)色位移圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述，但不是對本實(shí)用新型的限定。實(shí)施例：如圖1所示，一種用于機(jī)器視覺檢測的固液混合型復(fù)消色差連續(xù)變焦鏡頭，由正透鏡、負(fù)透鏡和光闌面組成，各透鏡、光闌面與物面中心同軸，從物面到像面依次排列順序?yàn)椋旱谝徽哥RL1、第二正透鏡L2、第一負(fù)透鏡L3、第三正透鏡L4、第二負(fù)透鏡L5、第三負(fù)透鏡L6、第四正透鏡L7、光闌面、第四負(fù)透鏡L8、第五正透鏡L9、第六正透鏡L10、第五負(fù)透鏡L11和第七正透鏡L12，第一正透鏡L1的頂點(diǎn)到物面的距離為工作距離。所述的第一正透鏡L1、第二正透鏡L2、第一負(fù)透鏡L3、第二負(fù)透鏡L5、第三負(fù)透鏡L6、第四正透鏡L7、第四負(fù)透鏡L8、第六正透鏡L10、第五負(fù)透鏡L11和第七正透鏡L12為固體透鏡。所述的第三正透鏡L4和第五正透鏡L9為液體透鏡。所述第二正透鏡L2與第一負(fù)透鏡L3組成第一雙膠合透鏡；第三正透鏡L4與第二負(fù)透鏡L5組成第一固液混合型透鏡；第三負(fù)透鏡L6與第四正透鏡L7組成第二雙膠合透鏡；第五正透鏡L9與第六正透鏡L10組成第二固液混合型透鏡；第五負(fù)透鏡L11與第七正透鏡L12組成第三雙膠合透鏡。所述鏡頭的工作距離為240mm，變焦范圍為75mm～85mm，相對孔徑依焦距變化范圍為D/f’＝0.347～0.306，。所述鏡頭的物方視場依焦距變化，物視場范圍為φ63mm～φ57mm；像方視場φ8mm。所述鏡頭實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差的波段范圍為0.4μm～0.7μm。所述鏡頭實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差的波長為0.486μm、0.587μm和0.656μm三種波長，在全變焦范圍內(nèi)殘余位置色差值<3μm，殘余二級光譜值＜3μm。采用上述實(shí)施例結(jié)構(gòu)的鏡頭具體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表1所示：從物面到像面依次排序：第一正透鏡L1包含表面1、2，第二正透鏡L2包含表面3、4,第一負(fù)透鏡L3包含表面4、5，第三正透鏡L4為液體透鏡包含表面6、7，第二負(fù)透鏡L5包含表面7、8，第三負(fù)透鏡L6包含表面9、10，第四正透鏡L7包含表面10、11，光闌包含表面12，第四負(fù)透鏡L8包含表面13、14，第五正透鏡L9為液體透鏡包含表面15、16，第六正透鏡L10包含表面16、17，第五負(fù)透鏡L11包含表面18、19，第七正透鏡L12包含表面19、20。第一正透鏡L1的厚度為19.814mm，第二正透鏡L2的厚度為10.119mm,第一負(fù)透鏡L3的厚度為11.157mm，第三正透鏡L4的厚度為7.857mm，第二負(fù)透鏡L5的厚度為9.029mm，第三負(fù)透鏡L6的厚度為10.428mm，第四正透鏡L7的厚度為9.473mm，第四負(fù)透鏡L8的厚度為1.107mm，第五正透鏡L9的厚度為3.278mm，第六正透鏡L10的厚度為1.044mm，第五負(fù)透鏡L11厚度為3.615mm，第七正透鏡L12的厚度為5.781mm。第一正透鏡L1與第二正透鏡L2間的距離為9.574mm；透鏡L2與透鏡L3組成第一雙膠合透鏡；第一負(fù)透鏡L3與第三正透鏡L4間的距離為1.118mm；第三正透鏡L4與透鏡L5組成第一固液混合型透鏡；第二負(fù)透鏡L5與第三負(fù)透鏡L6間的距離為1.279mm；第三負(fù)透鏡L6與第四正透鏡L7組成第二雙膠合透鏡；第四正透鏡L7與光闌面間的距離為12.31mm；光闌面與第四負(fù)透鏡L8間的距離為0.5mm；第四負(fù)透鏡L8與第五正透鏡L9間的距離為0.512mm；第五正透鏡L9與第六正透鏡L10組成第二固液混合型透鏡；第六正透鏡L10與第五負(fù)透鏡L11間的距離為9.684mm；第五負(fù)透鏡L11與第七正透鏡L12組成第三雙膠合透鏡；第七正透鏡L12與像面間的距離為4mm。表1采用上述結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，依焦距變化物方視場D(1)、第一液體透鏡表面曲率R(6)、第二液體透鏡表面曲率R(15)的數(shù)值如表2所示。表2焦距7576777879808182838485D(1)6362.461.861.260.66059.458.858.257.657R(6)20.00219.7019.34119.06618.80318.5518.30918.08117.85717.6417.428R(15)12.08112.21612.15412.28112.41512.56312.73512.93213.10313.26813.42由圖2～圖12所示，在全變焦范圍內(nèi)全視場MTF值在100cycles/mm處均達(dá)到0.1以上；由圖13可見在全變焦范圍內(nèi)殘余位置色差值<3μm，殘余二級光譜值＜3μm，殘余位置色差與殘余二級光譜均小于由公式(1)計算得到的殘余位置色差允差范圍6.64μm；由圖14可見，全變焦范圍內(nèi)的焦點(diǎn)色位移范圍為-2μm～3μm。公式(1)為光學(xué)系統(tǒng)殘余位置色差計算公式，其中λ為波長，單位為μm，計算中取鏡頭復(fù)消色差波長范圍的下限值0.4μm；F＝f’/D為鏡頭的F數(shù)，計算中取鏡頭最大相對孔徑值的倒數(shù)。ΔS′λ<2λF2＝2×0.4×(1/0.347)2＝6.64μm(1)本說明書中所述的只是本實(shí)用新型的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對本實(shí)用新型的限制；凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本實(shí)用新型的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3