一种可连续变倍的远心镜头论文和设计-曾振煌

全文摘要

本实用新型属于光学器件技术领域，具体涉及一种可连续变倍的远心镜头，包括由物端到像面依次设置的第一透镜组S1、第二透镜组S2、第三透镜组S3和第四透镜组S4，第一透镜组S1的组合焦距为fS1；第二透镜组S2的组合焦距为fS2；第三透镜组S3的组合焦距为fS3；第四透镜组S4的组合焦距为fS4，分别满足关系式：0.4＆lt;\\|fS2\/fS1\\|＆lt;0.7，0.15＆lt;\\|fS3\/fS1\\|＆lt;0.4，0.8＆lt;\\|fS4\/fS1\\|＆lt;1.2。与现有技术相比，本实用新型通过多个透镜组与光阑的作用，实现了镜头高低倍率之间的转换，而且镜头切换后的光学畸变很小，能满足不同视野的检测要求，提高了测量的准确性。

主设计要求

1.一种可连续变倍的远心镜头，其特征在于：包括由物端到像面依次设置的具有正光焦度的第一透镜组S1、具有负光焦度的第二透镜组S2、具有正光焦度的第三透镜组S3和具有正光焦度的第四透镜组S4，其中，所述第一透镜组S1和所述第三透镜组S3均为固定设置，所述第二透镜组S2和所述第四透镜组S4均为移动设置，当镜头由低倍率变为高倍率时，所述第二透镜组S2向远离第一透镜组S1的方向移动，同时，所述第四透镜组S4也向远离第三透镜组S3的方向移动；当镜头由高倍率变为低倍率时，所述第二透镜组S2向第一透镜组S1的方向靠近，同时，所述第四透镜组S4也向第三透镜组S3的方向靠近；所述第一透镜组S1的组合焦距为fS1；所述第二透镜组S2的组合焦距为fS2；所述第三透镜组S3的组合焦距为fS3；所述第四透镜组S4的组合焦距为fS4，分别满足关系式：0.4＆lt;\\|fS2\/fS1\\|＆lt;0.7，0.15＆lt;\\|fS3\/fS1\\|＆lt;0.4，0.8＆lt;\\|fS4\/fS1\\|＆lt;1.2。

设计方案

1.一种可连续变倍的远心镜头，其特征在于：包括由物端到像面依次设置的具有正光焦度的第一透镜组S1、具有负光焦度的第二透镜组S2、具有正光焦度的第三透镜组S3和具有正光焦度的第四透镜组S4，

其中，所述第一透镜组S1和所述第三透镜组S3均为固定设置，所述第二透镜组S2和所述第四透镜组S4均为移动设置，当镜头由低倍率变为高倍率时，所述第二透镜组S2向远离第一透镜组S1的方向移动，同时，所述第四透镜组S4也向远离第三透镜组S3的方向移动；当镜头由高倍率变为低倍率时，所述第二透镜组S2向第一透镜组S1的方向靠近，同时，所述第四透镜组S4也向第三透镜组S3的方向靠近；所述第一透镜组S1的组合焦距为fS1；所述第二透镜组S2的组合焦距为fS2；所述第三透镜组S3的组合焦距为fS3；所述第四透镜组S4的组合焦距为fS4，分别满足关系式：0.4<|fS2\/fS1|<0.7，0.15<|fS3\/fS1|<0.4，0.8<|fS4\/fS1|<1.2。

2.根据权利要求1所述的可连续变倍的远心镜头，其特征在于：所述第一透镜组S1包括由物方到像方依次设置的具有负光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有正光焦度、双凸结构的第二透镜G2；具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3；具有正光焦度、弯月结构的第四透镜G4，其中，所述第一透镜G1和所述第二透镜G2胶合形成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第一胶合透镜组的焦距为fU1，并满足关系式：0.6<|fU1\/fS1|<1。

3.根据权利要求1所述的可连续变倍的远心镜头，其特征在于：所述第二透镜组S2包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、双凸结构的第五透镜G5；具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6；具有正光焦度、弯月结构的第七透镜G7，其中，所述第六透镜G6和所述第七透镜G7胶合形成具有负光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第二胶合透镜组的焦距为fU2，并满足关系式：0.3<|fU2\/fS2|<0.5。

4.根据权利要求1所述的可连续变倍的远心镜头，其特征在于：所述第三透镜组S3包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、双凸结构的第八透镜G8；具有负光焦度、弯月结构的第九透镜G9；具有正光焦度、双凸结构的第十透镜G10；具有负光焦度、双凹结构的第十一透镜G11，其中，所述第八透镜G8和所述第九透镜G9胶合胶合形成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3；所述第十透镜G10和所述第十一透镜G11胶合形成具有负光焦度的第四胶合透镜组U4；所述第三胶合透镜组的焦距为fU3，所述第四胶合透镜组的焦距为fU4，它们分别满足关系式：1<|fU3\/fS3|<1.4、70<|fU4\/fS3|<90。

5.根据权利要求1所述的可连续变倍的远心镜头，其特征在于：所述第四透镜组S4包括由物方到像方依次设置的具有负光焦度、弯月结构的第十二透镜G12；具有负光焦度、双凹结构的第十三透镜G13；具有正光焦度、双凸结构的第十四透镜G14，其中，所述第十三透镜G13和所述第十四透镜G14胶合形成具有正光焦度的第五胶合透镜组U5；所述第五胶合透镜组的焦距为fU5，并满足关系式：0.3<|fU5\/fS4|<0.7。

6.根据权利要求1所述的可连续变倍的远心镜头，其特征在于：所述第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8、第九透镜G9、第十透镜G10、第十一透镜G11、第十二透镜G12、第十三透镜G13和第十四透镜G14均为球面镜。

7.根据权利要求1所述的可连续变倍的远心镜头，其特征在于：还包括光阑(1)，所述光阑(1)设置于所述第二透镜组S2和所述第三透镜组S3之间。

8.根据权利要求7所述的可连续变倍的远心镜头，其特征在于：所述第一透镜组S1与所述第二透镜组S2的空气间隔为D1，所述第二透镜组S2与光阑(1)的空气间隔为D2，所述第三透镜组S3与所述第四透镜组S4的空气间隔为D3，所述第四透镜组S4与像面的空气间隔为D4，它们满足关系式：0.5<|(D1+D2)\/(D3+D4)|<0.8。

9.根据权利要求7所述的可连续变倍的远心镜头，其特征在于：所述光阑(1)的孔径为圆形，所述光阑(1)的位置在镜头变倍的过程中固定不变。

10.根据权利要求7所述的可连续变倍的远心镜头，其特征在于：所述光阑(1)的光圈范围为F8.0～F32。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于光学器件技术领域，具体涉及一种可连续变倍的远心镜头。

背景技术

远心镜头主要是为纠正传统工业镜头的视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不变。这种独特的优点使得远心镜头广泛地应用于光学检测设备、工件测量、精密定位等高精密工业需求的场合。

随着工业的不断发展，精密检测的精度逐渐提高，对准确性以及操作上的方便性也日益增加。在面对这些要求时，现有的远心镜头，存在以下不足：

1、对于定倍的远心镜头，检测视野单一，只能检测特定尺寸的工件，当应用需求变化时，需要更换不同倍率的远心镜头，并重新矫正，工序繁琐。

2、连续变倍远心镜头，往往因其远心度较差而导致同一位置的测量值与标准值存在偏差，使得检测精度下降。因此，对于连续变倍，高远心度的物方远心镜头的研发十分迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种可连续变倍的远心镜头，该镜头能满足不同视野的检测要求，而且为物方远心设计，具有高远心度，从根本上提高测量的准确性。

为实现上述的目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种可连续变倍的远心镜头，包括由物端到像面依次设置的具有正光焦度的第一透镜组S1、具有负光焦度的第二透镜组S2、具有正光焦度的第三透镜组S3和具有正光焦度的第四透镜组S4

作为本实用新型所述的可连续变倍的远心镜头的一种改进，所述第一透镜组S1包括由物方到像方依次设置的具有负光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有正光焦度、双凸结构的第二透镜G2；具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3；具有正光焦度、弯月结构的第四透镜G4，其中，所述第一透镜G1和所述第二透镜G2胶合形成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第一胶合透镜组的焦距为fU1，并满足关系式：0.6<|fU1\/fS1|<1。

作为本实用新型所述的可连续变倍的远心镜头的一种改进，所述第二透镜组S2包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、双凸结构的第五透镜G5；具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6；具有正光焦度、弯月结构的第七透镜G7，其中，所述第六透镜G6和所述第七透镜G7胶合形成具有负光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第二胶合透镜组的焦距为fU2，并满足关系式：0.3<|fU2\/fS2|<0.5。

作为本实用新型所述的可连续变倍的远心镜头的一种改进，所述第三透镜组S3包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、双凸结构的第八透镜G8；具有负光焦度、弯月结构的第九透镜G9；具有正光焦度、双凸结构的第10透镜G10；具有负光焦度、双凹结构的第十一透镜G11，其中，所述第八透镜G8和所述第九透镜G9胶合胶合形成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3；所述第十透镜G10和所述第十一透镜G11胶合形成具有负光焦度的第四胶合透镜组U4；所述第三胶合透镜组的焦距为fU3，所述第四胶合透镜组的焦距为fU4，它们分别满足关系式：1<|fU3\/fS3|<1.4、70<|fU4\/fS3|<90。

作为本实用新型所述的可连续变倍的远心镜头的一种改进，所述第四透镜组S4包括由物方到像方依次设置的具有负光焦度、弯月结构的第十二透镜G12；具有负光焦度、双凹结构的第十三透镜G13；具有正光焦度、双凸结构的第十四透镜G14，其中，所述第十三透镜G13和所述第十四透镜G14胶合形成具有正光焦度的第五胶合透镜组U5；所述第五胶合透镜组的焦距为fU5，并满足关系式：0.3<|fU5\/fS4|<0.7。

作为本实用新型所述的可连续变倍的远心镜头的一种改进，所述第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8、第九透镜G9、第十透镜G10、第十一透镜G11、第十二透镜G12、第十三透镜G13和第十四透镜G14均为球面镜。

作为本实用新型所述的可连续变倍的远心镜头的一种改进，还包括光阑，所述光阑设置于所述第二透镜组S2和所述第三透镜组S3之间。

作为本实用新型所述的可连续变倍的远心镜头的一种改进，所述第一透镜组S1与所述第二透镜组S2的空气间隔为D1，所述第二透镜组S2与光阑的空气间隔为D2，所述第三透镜组S3与所述第四透镜组S4的空气间隔为D3，所述第四透镜组S4与像面的空气间隔为D4，它们满足关系式：0.5<|(D1+D2)\/(D3+D4)|<0.8。

作为本实用新型所述的可连续变倍的远心镜头的一种改进，所述光阑的孔径为圆形，所述光阑的位置在镜头变倍的过程中固定不变。

作为本实用新型所述的可连续变倍的远心镜头的一种改进，所述光阑的光圈范围为F8.0～F32。

本实用新型的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型通过多个透镜组与光阑的作用，实现了镜头高低倍率之间的转换，而且镜头切换后的光学畸变很小，能满足不同视野的检测要求，从根本上提高了测量的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的光路图；

图3为本实用新型中镜头由低倍率变化为高倍率的对比图；

图4为本实用新型在低倍率下的畸变曲线图；

图5为本实用新型在高倍率下的畸变曲线图；

其中，1-光阑。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1～5所示，一种可连续变倍的远心镜头，包括由物端到像面依次设置的具有正光焦度的第一透镜组S1、具有负光焦度的第二透镜组S2、具有正光焦度的第三透镜组S3和具有正光焦度的第四透镜组S4，其中，第一透镜组S1和第三透镜组S3均为固定设置，第二透镜组S2和第四透镜组S4均为移动设置，当镜头由低倍率变为高倍率时，第二透镜组S2向远离第一透镜组S1的方向移动，同时，第四透镜组S4也向远离第三透镜组S3的方向移动；当镜头由高倍率变为低倍率时，第二透镜组S2向第一透镜组S1的方向靠近，同时，第四透镜组S4也向第三透镜组S3的方向靠近；第一透镜组S1的组合焦距为fS1；第二透镜组S2的组合焦距为fS2；第三透镜组S3的组合焦距为fS3；第四透镜组S4的组合焦距为fS4，分别满足关系式：0.4<|fS2\/fS1|<0.7，0.15<|fS3\/fS1|<0.4，0.8<|fS4\/fS1|<1.2。

优选的，第一透镜组S1包括由物方到像方依次设置的具有负光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有正光焦度、双凸结构的第二透镜G2；具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3；具有正光焦度、弯月结构的第四透镜G4，其中，第一透镜G1和第二透镜G2胶合形成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，第一胶合透镜组的焦距为fU1，并满足关系式：0.6<|fU1\/fS1|<1。

优选的，第二透镜组S2包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、双凸结构的第五透镜G5；具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6；具有正光焦度、弯月结构的第七透镜G7，其中，第六透镜G6和第七透镜G7胶合形成具有负光焦度的第二胶合透镜组U2，第二胶合透镜组的焦距为fU2，并满足关系式：0.3<|fU2\/fS2|<0.5。

优选的，第三透镜组S3包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、双凸结构的第八透镜G8；具有负光焦度、弯月结构的第九透镜G9；具有正光焦度、双凸结构的第10透镜G10；具有负光焦度、双凹结构的第十一透镜G11，其中，第八透镜G8和第九透镜G9胶合胶合形成具有正光焦度的第三胶合透镜组U3；第十透镜G10和第十一透镜G11胶合形成具有负光焦度的第四胶合透镜组U4；第三胶合透镜组的焦距为fU3，第四胶合透镜组的焦距为fU4，它们分别满足关系式：1<|fU3\/fS3|<1.4、70<|fU4\/fS3|<90。

优选的，第四透镜组S4包括由物方到像方依次设置的具有负光焦度、弯月结构的第十二透镜G12；具有负光焦度、双凹结构的第十三透镜G13；具有正光焦度、双凸结构的第十四透镜G14，其中，第十三透镜G13和第十四透镜G14胶合形成具有正光焦度的第五胶合透镜组U5；第五胶合透镜组的焦距为fU5，并满足关系式：0.3<|fU5\/fS4|<0.7。

优选的，第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8、第九透镜G9、第十透镜G10、第十一透镜G11、第十二透镜G12、第十三透镜G13和第十四透镜G14均为球面镜。

优选的，还包括光阑1，光阑1设置于第二透镜组S2和第三透镜组S3之间。

优选的，第一透镜组S1与第二透镜组S2的空气间隔为D1，第二透镜组S2与光阑1的空气间隔为D2，第三透镜组S3与第四透镜组S4的空气间隔为D3，第四透镜组S4与像面的空气间隔为D4，它们满足关系式：0.5<|(D1+D2)\/(D3+D4)|<0.8。

优选的，光阑1的孔径为圆形，光阑1的位置在镜头变倍的过程中固定不变。

优选的，光阑1的光圈范围为F8.0～F32。

在本实施例中，镜头的数据如下：

在本实例中，镜头的光圈为F#＝8.0，第一透镜组S1的组合焦距fS1为87.32mm，第二透镜组S2的组合焦距fS2为-56.22mm，第三透镜组S3的组合焦距fS3为29.04mm，第四透镜组S4的组合焦距fS4为88.04mm，第一胶合透镜组的焦距fU1＝68.55mm，第二胶合透镜组的焦距fU2＝-24.31mm，第三胶合透镜组的焦距fU3＝34.59mm，第四胶合透镜组的焦距fU4＝-2476.94mm，第五胶合透镜组的焦距fU5＝43.60mm。在低倍率的状态下，第一透镜组S1与第二透镜组S2的空气间隔D1为3.00mm，第二透镜组S2与光阑1的空气间隔D2为23.00mm，第三透镜组S3与第四透镜组S4的空气间隔D3为3.00mm，第四透镜组S4与像面的空气间隔为D4为35.57mm；在高倍率状态下，第一透镜组S1与第二透镜组S2的空气间隔D1为22.58mm，第二透镜组S2与光阑1的空气间隔为D2为3.43mm，第三透镜组S3与第四透镜组S4的空气间隔为D3为23.56mm，第四透镜组S4与像面的空气间隔为D4为15.01mm。

各个关系式：|fS2\/fS1|＝0.64；|fS3\/fS1|＝0.33；|fS4\/fS1|＝1.00；|(D1+D2)\/(D3+D4)|＝0.67；|fU1\/fS1|＝0.79；|fU2\/fS2|＝0.43；|fU3\/fS3|＝1.23；|fU4\/fS3|＝85.29；|fU5\/fS4|＝0.50；均满足关系式：0.4<|fS2\/fS1|<0.7；0.15<|fS3\/fS1|<0.4；0.8<|fS4\/fS1|<1.2；0.5<|(D1+D2)\/(D3+D4)|<0.8；0.6<|fU1\/fS1|<1；0.3<|fU2\/fS2|<0.5；1<|fU3\/fS3|<1.4；70<|fU4\/fS3|<90；0.3<|fU5\/fS4|<0.7。

图4所示为本实施例在低倍率下的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.025％；

图5所示为本实施例在高倍率下的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.03％；

由图4与图5可知，本实用新型能适应0.5X的低倍率与1.0X的高倍率，适应性强，同时，光学畸变较小，能满足不同视野的检测需要，而且准确性高，极大地满足了工业的需要。

上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

设计图

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主设计要求

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