一种FA工业镜头的焦距扩展组件的制作方法

一种fa工业镜头的焦距扩展组件
技术领域
1.本发明属于工业镜头的技术领域，具体涉及一种能够成套拆卸安装在fa工业镜头的前端(物方侧)和后端(像方侧)来缩小整体系统的焦距，亦可成套叠加安装进一步缩小系统焦距的附件装置。

背景技术：

2.fa工业镜头作为一种应用广泛的工业镜头，50mm，35mm，25mm这三种焦段是应用比例最大的三种焦段。通常这类镜头的特点是大范围的工作距兼容，以及适配市面上的常见工业相机，同时，fa镜头的技术门槛不高也导致该类镜头的成本优化是一个亟待解决的问题。如专利申请201910786149.x公开的一种工业镜头，包括位于物侧的正焦距第一透镜组a和位于像侧的正焦距第二透镜组b；第一透镜组a包括可变光栏s，位于可变光栏s靠近物侧的透镜组a1，以及位于可变光栏s靠近像侧的透镜组a2；第二透镜组b为一个双胶合镜片。本发明提供的以2/3英寸芯片设计的工业镜头，通光孔径可以在f/2.8至f/8.0之间变化，且当通光孔径为f/2.8时，对工作距离大于0.2m的物体能实现1000万像素以上的成像质量。
3.除此之外，工业镜头领域的类似搭配主镜头使用的可拆卸光学装置的研究成果并不多，fa镜头常用焦段也比较集中，如果在保证性能的基础上，并且采用复杂度不高且花费少量成本的前提下，实现了常用fa镜头焦段的切换，这类镜头将会得到更进一步的灵活应用及推广。

技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明的首要目的在于提供一种fa工业镜头的焦距扩展组件，该焦距扩展组件针对现有定焦距的fa镜头，利用额外加入光学元件的方式，达到焦距切换的目的，用低复杂度和相对较低花费的方式下使定焦fa镜头具备变焦镜头的潜力，节省了fa镜头的焦距使用成本。
5.本发明的另一目的在于提供一种fa工业镜头的焦距扩展组件，该焦距扩展组件能够成套拆卸安装在fa工业镜头的前端(物方侧)和后端(像方侧)，来缩小整体系统的焦距，亦可成套叠加安装进一步缩小系统焦距的附件装置，该焦距扩展组件应用在50mm焦段的fa工业镜头上，改变光学系统的焦段至36mm，再次叠加使用光学系统焦距将进一步降至25mm。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
7.一种fa工业镜头的焦距扩展组件，所述组件应用于主镜头m，其特征在于该组件包括有两组透镜a和b，其中a透镜置于主镜头m的物方，b透镜置于像方；a透镜包括沿入射光线传输方向设置的负透镜l1，正透镜l2，b包括沿入射光线传输方向设置的负透镜l3，正透镜l4；所述a、b透镜，成套配置在50mm焦距fa镜头的两端时能够缩短光学系统的焦距，焦距改变因子为0.71
×
，成套再次叠加使用后，焦距在第一次的基础上再次缩减0.71倍。
8.所述a透镜组靠近主镜头的物方使用，b透镜组靠近主镜头的像方使用,形成“a+m+b”的使用形式。
9.进一步，所述a透镜、b透镜可以成套叠加使用，具体特征为a叠加a使用，同时b叠加b使用；形成“a+a+m+b+b”的使用形式。
10.更进一步，成套叠加使用时a透镜之间的空气间隔da为4mm，其修正范围为
±
5％；b透镜之间的空气间隔db为0.724mm，其修正范围为
±
5％。
11.进一步，所述第一透镜l1为双凹负透镜，第二透镜l2为弯月正透镜，第三透镜l3为弯月负透镜，第四透镜l4为双凸正透镜。
12.更进一步，所述第一透镜l1包括曲率半径为r1的曲面s1和曲率半径为r2的曲面s2；所述第一透镜l1在光轴上的中心厚度为d1，所述第一透镜l1的材料为(nd1，vd1)；其中所述曲率半径r1为-42.192mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r2为183.039mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d1为1mm，其修正范围为
±
5％；所述第一透镜的材料(nd1，vd1)为(1.883，40.85)，其修正范围为
±
5％；nd1表示所述第一透镜l1基于d线波长的折射率，vd1表示所述第一透镜的散系数。
13.更进一步，所述第二透镜l2包括曲率半径为r3的曲面s3和曲率半径为r4的曲面s4；所述第二透镜l2在光轴上的中心厚度为d3，所述第二透镜l2的材料为(nd2，vd2)；其中所述曲率半径r3为-103.525mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r4为-28.506mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d3为3.712mm，其修正范围为
±
5％；所述第一透镜的材料(nd2，vd2)为(1.673，32.71)，其修正范围为
±
5％；nd2表示所述第二透镜l2基于d线波长的折射率，vd2表示所述第二透镜的散系数。
14.更进一步，所述第三透镜l3包括曲率半径为r5的曲面s5和曲率半径为r6的曲面s6；所述第三透镜l3在光轴上的中心厚度为d5，所述第三透镜l3的材料为(nd3，vd3)；其中所述曲率半径r1为27.608mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r6为19.433mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d5为5mm，其修正范围为
±
5％；所述第三透镜l3的材料(nd3，vd3)为(1.923，20.88)，其修正范围为
±
5％；nd3表示所述第三透镜l3基于d线波长的折射率，vd3表示所述第三透镜l3的散系数。
15.更进一步，所述第四透镜l4包括曲率半径为r7的曲面s7和曲率半径为r8的曲面s8；所述第四透镜l4在光轴上的中心厚度为d7，所述第四透镜l4的材料为(nd4，vd4)；其中所述曲率半径r7为42.836mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r8为-66.321mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d7为3.669mm，其修正范围为
±
5％；所述第四透镜l4的材料(nd4，vd4)为(1.497，81.61)，其修正范围为
±
5％；nd4表示所述第四透镜l4基于d线波长的折射率，vd4表示所述第四透镜l4的散系数。
16.进一步，所述第一透镜l1与所述第二透镜l2在光轴上的间距为d2，所述第三透镜l3与所述第四透镜l4在光轴上的间距为d6，其中d2为1.308mm，其修正范围为
±
5％；d6为1.515mm，其修正范围为
±
5％。
17.本发明的有益效果在于：
18.本发明提供的焦距扩展组件在能够保证性能的基础上，采用了低复杂度和低花费的方式，实现了常用fa镜头焦段的切换，降低了fa工业镜头的焦距使用成本，使定焦fa镜头具备了变焦镜头的潜力，促进了工业fa镜头的灵活应用。
附图说明
19.图1是本发明所实现的主镜头叠加加入焦距扩展组件的结构示意图。
20.图2为本发明在1000mm工作距下主镜头m的点列弥散图。
21.图3为本发明在1000mm工作距下主镜头与扩展组件“a+m+b”形式的合成系统的点列弥散图。
22.图4为本发明在1000mm工作距下主镜头与扩展组件“a+a+m+b+b”形式的合成系统的点列弥散图。
23.图5为本发明在1000mm工作距下主镜头m的像散、场曲和畸变图。
24.图6为本发明在1000mm工作距下主镜头与扩展组件“a+m+b”形式的合成系统的像散、场曲和畸变图。
25.图7为本发明在1000mm工作距下主镜头与扩展组件“a+a+m+b+b”形式的合成系统的像散、场曲和畸变图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.本发明所实现的fa工业镜头的焦距扩展组件，所述组件应用于主镜头m，该组件包括有两组透镜a和b，其中a透镜置于主镜头m的物方，b透镜置于像方；a透镜包括沿入射光线传输方向设置的负透镜l1，正透镜l2，b包括沿入射光线传输方向设置的负透镜l3，正透镜l4；所述a、b透镜，成套配置在50mm焦距fa镜头的两端时能够缩短光学系统的焦距，焦距改变因子为0.71
×
，成套再次叠加使用后，焦距在第一次的基础上再次缩减0.71倍。
28.作为一种基本应用形式，a透镜组靠近主镜头的物方使用，b透镜组靠近主镜头的像方使用,形成“a+m+b”的使用形式。
29.同时，所述a透镜、b透镜可以成套叠加使用，具体特征为a叠加a使用，同时b叠加b使用；形成“a+a+m+b+b”的使用形式。
30.具体地说，参阅图1，图1为本发明用的50mm焦距的主镜头加入(“a+m+b”形式)和叠加加入(“a+a+m+b+b”形式)焦距扩展组件的结构示意图。如图1所示，该组件由a、b模块组成，成套配置在50mm焦距fa镜头的两端时能够缩短光学系统的焦距，焦距改变因子为0.71
×
(“a+m+b”形式)；成套再次叠加使用后(“a+a+m+b+b”形式)，焦距在第一次的基础上再次缩减0.71倍。
31.如图1所示，该组件成套叠加使用时(“a+a+m+b+b”形式)，a模块之间的空气间隔da为4mm，其修正范围为
±
5％；b模块之间的空气间隔db为0.724mm，其修正范围为
±
5％。
32.如图1所示，该组件所述第一透镜l1包括曲率半径为r1的曲面s1和曲率半径为r2的曲面s2；所述第一透镜l1在光轴上的中心厚度为d1,所述第一透镜l1的材料为(nd1,vd1)；其中所述曲率半径r1为-42.192mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r2为183.039mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d1为1mm，其修正范围为
±
5％；所述第一透镜的材料(nd1，vd1)为(1.883,40.85)，其修正范围为
±
5％；nd1表示所述第一透镜l1基于d线波长的折射率，vd1表示所述第一透镜的散系数。
33.如图1所示，该组件所述第二透镜l2包括曲率半径为r3的曲面s3和曲率半径为r4的曲面s4；所述第二透镜l2在光轴上的中心厚度为d3,所述第二透镜l2的材料为(nd2,vd2)；其中所述曲率半径r3为-103.525mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r4为-28.506mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d3为3.712mm，其修正范围为
±
5％；所述第一透镜的材料(nd2，vd2)为(1.673,32.71)，其修正范围为
±
5％；nd2表示所述第二透镜l2基于d线波长的折射率，vd2表示所述第二透镜的散系数。
34.如图1所示，该组件所述第三透镜l3包括曲率半径为r5的曲面s5和曲率半径为r6的曲面s6；所述第三透镜l3在光轴上的中心厚度为d5,所述第三透镜l3的材料为(nd3,vd3)；其中所述曲率半径r1为27.608mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r6为19.433mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d5为5mm，其修正范围为
±
5％；所述第三透镜l3的材料(nd3,vd3)为(1.923,20.88)，其修正范围为
±
5％；nd3表示所述第三透镜l3基于d线波长的折射率，vd3表示所述第三透镜l3的散系数。
35.如图1所示，该组件所述第四透镜l4包括曲率半径为r7的曲面s7和曲率半径为r8的曲面s8；所述第四透镜l4在光轴上的中心厚度为d7,所述第四透镜l4的材料为(nd4,vd4)；其中所述曲率半径r7为42.836mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r8为-66.321mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d7为3.669mm，其修正范围为
±
5％；所述第四透镜l4的材料(nd4,vd4)为(1.497,81.61)，其修正范围为
±
5％；nd4表示所述第四透镜l4基于d线波长的折射率，vd4表示所述第四透镜l4的散系数。
36.如图1所示，该组件所述第一透镜l1与所述第二透镜l2在光轴上的间距为d2，所述第三透镜l3与所述第四透镜l4在光轴上的间距为d6，其中d2为1.308mm，其修正范围为
±
5％；d6为1.515mm，其修正范围为
±
5％。
37.结合参阅图1，该结构示意图中主镜头m各个光学元件的结构及光学参数数据如下。沿光线传播方向，序号1表示第一个面，依次类推至像面。其中nd，vd值分别表示基于d线487nm下的折射率及散系数,而曲率半径和厚度的单位均为mm。
38.面序号曲率半径厚度ndvd130.5063.571.640960.562∞0.10
ꢀꢀ
315.3204.001.899029.3448.8944.001.745952.42512.1102.54
ꢀꢀ
光阑6∞1.75
ꢀꢀ
7-40.1771.361.628032.6815.5251.89
ꢀꢀ
9199.9702.551.883040.8710-33.25814.96
ꢀꢀ
11∞4.651.497081.5912-18.84120.53
ꢀꢀ
像面∞
ꢀꢀꢀ
39.主镜头m和扩展组件的合成系统“a+m+b”即“a+a+m+b+b”形式的f.no，视场角2θ，焦
距f参数如下：
[0040] f.no视场角2θ焦距f主镜头m3.51850a+m+b型3.22436a+a+m+b+b型2.73525
[0041]
其中f.no为无量纲的参数，视场角的单位为度，焦距的单位为mm。
[0042]
参阅图2至图4，该系列图示为本发明中使用的主镜头m及其与焦距扩展组件的合成系统(“a+m+b”型和“a+a+m+b+b”型)在1000mm工作距下的点列弥散图。图中给出了归一化视场0视场，0.5视场，0.71视场和边缘视场的rms光斑直径和几何光斑直径。从主镜头及合成光学系统的rms光斑直径来看，成像光斑的能量集中度比较好，满足一般fa镜头的成像质量要求。
[0043]
阅图5至图7，该系列图示为本发明中使用的主镜头m及其与焦距扩展组件的合成系统(“a+m+b”型和“a+a+m+b+b”型)在1000mm工作距下的像散、场曲和畸变图。图中主镜头m的像散和场曲像差得到了校正，其光学畸变数值为-0.2％，为负畸变，即桶型畸变。合成系统(“a+m+b”型和“a+a+m+b+b”型)的像散和场曲像差相较单独主镜头有所增大，但是仍然满足一般fa镜头的使用要求。其光学畸变数值分别为0.14％和0.78％，为正畸变，即枕型畸变。
[0044]
总之，本发明在能够保证性能的基础上，采用了低复杂度和低花费的方式(“a+m+b”型和“a+a+m+b+b”型)，实现了常用fa镜头焦段的切换，降低了fa工业镜头的焦距使用成本，使定焦fa镜头具备了变焦镜头的潜力，促进了工业fa镜头的灵活应用。
[0045]
且，焦距扩展组件的应用，使关于fa镜头开发应用的技术空白得到了发掘，并且一定程度上能够节约常用fa镜头需求焦段不够而需重新定制目标焦段光学系统的成本。
[0046]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种fa工业镜头的焦距扩展组件，所述组件应用于主镜头m，其特征在于该组件包括有两组透镜a和b，其中a透镜置于主镜头m的物方，b透镜置于像方；a透镜包括沿入射光线传输方向设置的负透镜l1，正透镜l2，b包括沿入射光线传输方向设置的负透镜l3，正透镜l4；所述a、b透镜，成套配置在50mm焦距fa镜头的两端时能够缩短光学系统的焦距，焦距改变因子为0.71
×
，成套再次叠加使用后，焦距在第一次的基础上再次缩减0.71倍。2.如权利要求1所述的fa工业镜头的焦距扩展组件，其特征在于所述a透镜、b透镜可以成套叠加使用，具体为a叠加a使用，同时b叠加b使用；形成“a+a+m+b+b”的使用形式。3.如权利要求2所述的fa工业镜头的焦距扩展组件，其特征在于成套叠加使用时a透镜之间的空气间隔da为4mm，其修正范围为
±
5％；b透镜之间的空气间隔db为0.724mm，其修正范围为
±
5％。4.如权利要求1所述的fa工业镜头的焦距扩展组件，其特征在于进一步，所述第一透镜l1为双凹负透镜，第二透镜l2为弯月正透镜，第三透镜l3为弯月负透镜，第四透镜l4为双凸正透镜。5.如权利要求4所述的fa工业镜头的焦距扩展组件，其特征在于所述第一透镜l1包括曲率半径为r1的曲面s1和曲率半径为r2的曲面s2；所述第一透镜l1在光轴上的中心厚度为d1，所述第一透镜l1的材料为(nd1，vd1)；其中所述曲率半径r1为-42.192mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r2为183.039mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d1为1mm，其修正范围为
±
5％；nd1表示所述第一透镜l1基于d线波长的折射率，vd1表示所述第一透镜的散系数。6.如权利要求5所述的fa工业镜头的焦距扩展组件，其特征在于所述第二透镜l2包括曲率半径为r3的曲面s3和曲率半径为r4的曲面s4；所述第二透镜l2在光轴上的中心厚度为d3，所述第二透镜l2的材料为(nd2，vd2)；其中所述曲率半径r3为-103.525mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r4为-28.506mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d3为3.712mm，其修正范围为
±
5％；nd2表示所述第二透镜l2基于d线波长的折射率，vd2表示所述第二透镜的散系数。7.如权利要求6所述的fa工业镜头的焦距扩展组件，其特征在于，所述第三透镜l3包括曲率半径为r5的曲面s5和曲率半径为r6的曲面s6；所述第三透镜l3在光轴上的中心厚度为d5，所述第三透镜l3的材料为(nd3，vd3)；其中所述曲率半径r1为27.608mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r6为19.433mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d5为5mm，其修正范围为
±
5％；nd3表示所述第三透镜l3基于d线波长的折射率，vd3表示所述第三透镜l3的散系数。8.如权利要求7所述的fa工业镜头的焦距扩展组件，其特征在于所述第四透镜l4包括曲率半径为r7的曲面s7和曲率半径为r8的曲面s8；所述第四透镜l4在光轴上的中心厚度为d7，所述第四透镜l4的材料为(nd4，vd4)；其中所述曲率半径r7为42.836mm，其修正范围为
±
5％；所述曲率半径r8为-66.321mm，其修正范围为
±
5％；所述光轴上的中心厚度d7为3.669mm，其修正范围为
±
5％；nd4表示所述第四透镜l4基于d线波长的折射率，vd4表示所述第四透镜l4的散系数。9.如权利要求4所述的fa工业镜头的焦距扩展组件，其特征在于所述第一透镜l1与所述第二透镜l2在光轴上的间距为d2，所述第三透镜l3与所述第四透镜l4在光轴上的间距为
d6，其中d2为1.308mm，其修正范围为
±
5％；d6为1.515mm，其修正范围为
±
5％。

技术总结

本发明公开了一种FA工业镜头的焦距扩展组件，所述组件应用于主镜头M，该组件包括有两组透镜A和B，其中A透镜置于主镜头M的物方，B透镜置于像方；A透镜包括沿入射光线传输方向设置的负透镜L1，正透镜L2，B包括沿入射光线传输方向设置的负透镜L3，正透镜L4；所述A、B透镜，成套配置在50mm焦距FA镜头的两端时能够缩短光学系统的焦距，焦距改变因子为0.71

技术研发人员：

吴沛林 李四清 吴帅

受保护的技术使用者：

广州长步道光学科技有限公司

技术研发日：

2022.07.28

技术公布日：

2022/11/3