一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统，应用在智能安防的机器视觉领域，其技术方案要点是：包括从物面到像面依次设置的透镜一、透镜二、胶合片、光阑、透镜三、透镜四和透镜五，且与光轴为旋转中心；具有的技术效果是能够较好的降低大光圈产生的畸变，进而较好的提高成像的质量。系统保留了沿光阑前后对称的光学设计，但引入了一组双胶合透镜来代替单片放置在光阑前，而不是传统的结构放置在光阑后，它的作用主要是收敛各个视场主光线和边缘光线的聚焦位置，且系统靠近像面的位置专门设置了一枚重火石玻璃来矫正像面弯曲，将原本5％‑10％的光学畸变矫正到0.1％以内。

【技术实现步骤摘要】
一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统
本专利技术涉及智能安防的机器视觉领域，特别涉及一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统。
技术介绍
在智能安防和智能视觉产品以及工业自动化视觉检测不断发展的大背景下，通过视觉图像的采集、图像算法等技术手段完成一些图像数据信息的采集、处理、判断等工作越来越普及到社会的各个领域。如何在各种复杂环境下能采集到更加稳定的，更小失真的图像就是大家面对的一个比较棘手的问题。本专利开发的16mm定焦光学系统主要解决两个问题：一个是在低照度的环境下依然能够清晰对焦成像且像面照度足够大的问题，开发的这个光学系统采用F#为1.2的大光圈，用它代替目前市面上主流的F#1.6-2.4。另一个是光学畸变控制在1%以内，满足整个视角内图像近乎无失真畸变的设计，目前市面同类产品的光学畸变一般都在10%或以上，图像边缘区域能看出明显的弯曲变形。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统，其优点是能够较好的降低大光圈产生的畸变，进而较好的提高成像的质量。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统，其特征在于，包括从物面到像面依次设置的透镜一、透镜二、胶合片、光阑、透镜三、透镜四和透镜五，且与光轴为旋转中心；其中：所述透镜一的物面为凸球面，曲率半径为24.7mm，所述透镜一的像面为凹球面，曲率半径为15.4mm；所述透镜二的物面为凸球面，曲率半径为23.6mm，所述透镜二的像面为凹球面，曲率半径为145mm；所述胶合片的第一镜片的物面为凸球面，曲率半径为13.85mm，所述胶合片的第一镜片的像面为凸球面，曲率半径为-35.6mm；所述胶合片的第二镜片的物面为凹球面，曲率半径为-35.6mm，所述胶合片的第二镜片的像面为凹球面，曲率半径为13mm；所述透镜三的物面为凸球面，曲率半径为39.6mm，所述透镜三的像面为凸球面，曲率半径为-25.7mm；所述透镜四的物面为凸球面，曲率半径为13.4mm，所述透镜四的像面为凸球面，曲率半径为-95.8mm；所述透镜四的物面为凹球面，曲率半径为-63.7mm，所述透镜四的物面为凹球面，曲率半径为9.8mm。本专利技术进一步设置为：所述透镜一、透镜二、胶合片、光阑、透镜三、透镜四和透镜五的曲率公差为光圈3-4，局部光圈0.3-0.5。本专利技术进一步设置为：所述透镜一采用镧火石玻璃（h-laf53），所述透镜二采用重镧火石玻璃（h-zlaf75a），所述胶合片的第一镜片采用轻冕玻璃（h-qk3l），所述胶合片的第二镜片重火石玻璃（h-zf4），所述透镜三采用重镧火石玻璃（h-zlaf75a），所述透镜四采用重镧火石玻璃（h-zlaf75a），所述透镜五采用重火石玻璃（h-zf50）。本专利技术进一步设置为：本光学系统的光学总长为58mm。本专利技术进一步设置为：所述透镜一到透镜二的光学间隔为23.52-23.62mm，所述透镜二到胶合片的光学间隔为4.47-4.53mm，所述胶合片到光阑的光学间隔为2.723-2.763mm，所述光阑到透镜三的光学间隔为0.123-0.143mm，所述透镜三到透镜四的光学间隔为0.28-0.32mm，所述透镜四到透镜五的光学间隔为0.15-0.19mm，所述透镜五到透镜像面的光学间隔为14.4-14.6mm。本专利技术进一步设置为：所述透镜一到透镜二的光学间隔为23.57mm，所述透镜二到胶合片的光学间隔为4.5mm，所述胶合片到光阑的光学间隔为2.743mm，所述光阑到透镜三的光学间隔为0.133mm，所述透镜三到透镜四的光学间隔为0.3mm，所述透镜四到透镜五的光学间隔为0.17mm，所述透镜五到透镜像面的光学间隔为14.5mm。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：1.本光学系统为光学畸变0.9%的16mm定焦光学系统，最大光圈为F#1.2，对应分辨率为500万，本光学系统较好的提高了在暗光环境下图像的照度和清晰度；2.而且最大光学畸变控制在0.9%以内，较好的降低了光学畸变，以便在智能视觉和机器视觉领域解决图像尺寸标定时的精度误差问题。附图说明图1是本实施例的光学系统的光路结构示意图；图2是本实施例的光学系统的光扇图；图3是本实施例的光学系统的畸变和场曲图；图4是本实施例的光学系统的调制光学传递函数曲线图；图5是本实施例的光学系统的像面照度曲线图；图6是本实施例的光学系统的弥散圆示意图。附图标记：1、透镜一；2、透镜二；3、胶合片；4、光阑；5、透镜三；6、透镜四；7、透镜五；8、第一镜片；9、第二镜片。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例：参考图1，一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统由玻璃球面透镜和光阑4组成，所有的球面透镜和光阑4呈序列排序以光轴为旋转中心；从物面到像面依次为透镜一1、透镜二2、胶合片3、光阑4、透镜三5、透镜四6和透镜五7，其中胶合片3由第一镜片8和第二镜片9胶合而成；本光学系统的光路为定焦光路，没有设置固定物面，物为无穷远；本光学系统可匹配C口工业相机，C口法兰距为17.526mm，后焦距为14.5mm整体透镜组深入接口为3mm。各个透镜的曲率面型数据如下：透镜一1物面为凸球面，曲率半径为24.7mm,像面为凹球面,曲率半径为15.4mm；透镜二2的物面为凸球面，曲率半径为23.6mm,像面为凹球面，曲率半径为145mm；胶合片3的第一镜片8的物面为凸球面，曲率半径为13.85mm,像面为凸球面,曲率半径为-35.6mm；胶合片3的第二镜片9的物面为凹球面，曲率和胶合片3的第一镜片8像面曲率一致，像面为凹球面,曲率半径为13mm；透镜三5物面为凸球面,曲率半径为39.6mm，像面为凸球面,曲率半径为-25.7mm；透镜四6的物面为凸球面，曲率半径为13.4mm,像面为凸球面，曲率半径为-95.8mm；透镜五7物面为凹球面，曲率半径为-63.7mm,像面为凹球面，曲率半径为9.8mm；所有曲率的面型公差为光圈3-4，局部光圈0.3-0.5，采用干涉仪来检测。各个透镜的材质数据如下：透镜全部采用成都光明无色玻璃，都用成都光明的牌号表示，且为了保证后面的工业化生产，所有牌号都为目前量产推荐牌号。透镜一1采用镧火石玻璃（h-laf53）；透镜二2采用重镧火石玻璃（h-zlaf75a）；胶合片3的第一镜片8采用轻冕玻璃(h-qk3l),第二镜片9采用采用重火石玻璃（h-zf4）；透镜三5采用重镧火石玻璃（h-zlaf75a）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统，其特征在于，包括从物面到像面依次设置的透镜一(1)、透镜二(2)、胶合片(3)、光阑(4)、透镜三(5)、透镜四(6)和透镜五(7)，且与光轴为旋转中心；/n其中：/n所述透镜一(1)的物面为凸球面，曲率半径为24.7mm，/n所述透镜一(1)的像面为凹球面，曲率半径为15.4mm；/n所述透镜二(2)的物面为凸球面，曲率半径为23.6mm，/n所述透镜二(2)的像面为凹球面，曲率半径为145mm；/n所述胶合片(3)的第一镜片(8)的物面为凸球面，曲率半径为13.85mm，/n所述胶合片(3)的第一镜片(8)的像面为凸球面，曲率半径为-35.6mm；/n所述胶合片(3)的第二镜片(9)的物面为凹球面，曲率半径为-35.6mm，/n所述胶合片(3)的第二镜片(9)的像面为凹球面，曲率半径为13mm；/n所述透镜三(5)的物面为凸球面，曲率半径为39.6mm，/n所述透镜三(5)的像面为凸球面，曲率半径为-25.7mm；/n所述透镜四(6)的物面为凸球面，曲率半径为13.4mm，/n所述透镜四(6)的像面为凸球面，曲率半径为-95.8mm；/n所述透镜四(6)的物面为凹球面，曲率半径为-63.7mm，/n所述透镜四(6)的物面为凹球面，曲率半径为9.8mm。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统，其特征在于，包括从物面到像面依次设置的透镜一(1)、透镜二(2)、胶合片(3)、光阑(4)、透镜三(5)、透镜四(6)和透镜五(7)，且与光轴为旋转中心；
其中：
所述透镜一(1)的物面为凸球面，曲率半径为24.7mm，
所述透镜一(1)的像面为凹球面，曲率半径为15.4mm；
所述透镜二(2)的物面为凸球面，曲率半径为23.6mm，
所述透镜二(2)的像面为凹球面，曲率半径为145mm；
所述胶合片(3)的第一镜片(8)的物面为凸球面，曲率半径为13.85mm，
所述胶合片(3)的第一镜片(8)的像面为凸球面，曲率半径为-35.6mm；
所述胶合片(3)的第二镜片(9)的物面为凹球面，曲率半径为-35.6mm，
所述胶合片(3)的第二镜片(9)的像面为凹球面，曲率半径为13mm；
所述透镜三(5)的物面为凸球面，曲率半径为39.6mm，
所述透镜三(5)的像面为凸球面，曲率半径为-25.7mm；
所述透镜四(6)的物面为凸球面，曲率半径为13.4mm，
所述透镜四(6)的像面为凸球面，曲率半径为-95.8mm；
所述透镜四(6)的物面为凹球面，曲率半径为-63.7mm，
所述透镜四(6)的物面为凹球面，曲率半径为9.8mm。


2.根据权利要求1所述的一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统，其特征在于，所述透镜一(1)、透镜二(2)、胶合片(3)、光阑(4)、透镜三(5)、透镜四(6)和透镜五(7)的曲率公差为光圈3-4，局部光圈0.3-0.5。


3.根据权利要求1所述的一种大光圈超低畸变16mm定焦光学系统，其特征在于，
所述透镜一(1)采用镧火石玻璃(h-laf53)，
所述透镜二(2)采用重镧火石玻璃(h-zl...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佩，孙宁，
申请(专利权)人：昆山鼎斯福自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32