CN107957617B - 8mm定焦机器视觉镜头 - Google Patents

8mm定焦机器视觉镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了8mm定焦机器视觉镜头，其光学系统由物方到像方依次包括具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有负光焦度及双凹结构的第二透镜G2、具有正光焦度及平凸或双凸结构的第三透镜G3、具有正光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及双凹结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、以及具有正光焦度及双凸结构的第八透镜G8。通过第一透镜G1到第八透镜G8的排布和它们之间焦距的范围条件实现了焦距在8mm，对应的芯片尺寸为2/3”、其像素值达到200万像素，镜头光圈达到F1.5，满足高端产品需求，同时其通光孔径也可灵活调节。

Description

8mm定焦机器视觉镜头
技术领域
本发明涉及机器视觉镜头技术领域，具体涉及8mm定焦机器视觉镜头。
背景技术
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
近年来，随着微电子工业的迅猛发展，高分辨率，高处理速度的机器视觉系统不断诞生，这对与之配套的光学镜头提出了新的要求。而对于国内现有 8mm 焦距的机器视觉镜头来说，在芯片尺寸为 2/3”、像素达到2 百万时，镜头的光圈达不到F1.5，无法满足高端产品要求。
因此，亟待一种焦距在 8mm，对应的芯片尺寸为 2/3”、像素为200万时，镜头光圈达到F1.5 的 8mm 定焦机器视觉镜头。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种焦距在 8mm，对应的芯片尺寸为 2/3”、像素为200万时，镜头光圈达到F1.5 的 8mm 定焦机器视觉镜头。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8mm定焦机器视觉镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，所述光学系统由物方到像方依次包括具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有负光焦度及双凹结构的第二透镜G2、具有正光焦度及平凸或双凸结构的第三透镜G3、具有正光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及双凹结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、以及具有正光焦度及双凸结构的第八透镜G8，所述光学系统的焦距为f，它与第一透镜G1的焦距f1及第二透镜G2的焦距f2满足关系式：1.5<|f1/f|<3.0；1.8<|f2/f|<3.5；它与第三透镜G3的焦距f3及第四透镜G4的焦距f4满足关系式：2.5<|f3/f|<4.5；2.5<|f4/f|<4.5；它与第七透镜G7的焦距f7及第八透镜G8的焦距f8满足关系式：1.5<|f7/f|<3.5；1.5<|f8/f|<3.5；所述第五透镜G5与第六透镜G6组合形成胶合透镜B，所述胶合透镜B的焦距为fB，其满足以下关系式：15 <|fB/f|<25 。
作为本发明所述的8mm定焦机器视觉镜头的一种改进，所述第五透镜G5的折射率为n5、阿贝数为v5，其满足关系式：1.55<n5<1.7；55<v5<70。
作为本发明所述的8mm定焦机器视觉镜头的一种改进，所述第六透镜G6的折射率为n6、阿贝数为v6，其满足关系式：1.65<n6<1.8；20<v6<35。
作为本发明所述的8mm定焦机器视觉镜头的一种改进，所述第一透镜G1到所述第八透镜G8均为玻璃球面透镜。
作为本发明所述的8mm定焦机器视觉镜头的一种改进，所述机械系统包括调焦环、前压圈、镜筒、转接圈、套筒、CD隔圈、固定筒、调光环、光阑、后压圈、C接口和GH隔圈，所述调焦环通过所述转接圈连接于所述镜筒的前端，所述前压圈压设于所述第一透镜G1，所述套筒设置于所述镜筒的内部，所述CD隔圈设置于所述第三透镜G3和所述第四透镜G4之间，所述调光环通过所述固定筒与所述镜筒连接，所述光阑设置于所述第四透镜G4和所述第五透镜G5之间，所述后压圈压设于所述第五透镜G5，所述GH隔圈设置于所述第七透镜G7和所述第八透镜G8之间，所述C接口设置于所述调光环的后端。
作为本发明所述的8mm定焦机器视觉镜头的一种改进，所述光阑的孔径为圆孔，所述光阑的光圈在F1.5～F16范围内可调。
本发明的有益效果在于：当物距发生变化时，像面保持不变，第一透镜G1到第八透镜G8的整组透镜作为调焦组前后移动。 通过第一透镜G1到第八透镜G8的排布和它们之间焦距的范围条件实现了焦距在8mm，对应的芯片尺寸为 2/3”、其像素值达到两百万像素，镜头光圈达到F1.5 ，满足高端产品需求，同时其通光孔径也可灵活调节。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中光学系统的结构示意图；
图3为本发明中光学系统的光路图；
图4为本发明的光学系统的MTF曲线。
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。
在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明中，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发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1~4所示，8mm定焦机器视觉镜头，包括机械系统100及安装于机械系统100内部的光学系统200，光学系统200由物方到像方依次包括具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有负光焦度及双凹结构的第二透镜G2、具有正光焦度及平凸或双凸结构的第三透镜G3、具有正光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及双凹结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、以及具有正光焦度及双凸结构的第八透镜G8，光学系统200的焦距为f，它与第一透镜G1的焦距f1及第二透镜G2的焦距f2满足关系式：1.5<|f1/f|<3.0；1.8<|f2/f|<3.5；它与第三透镜G3的焦距f3及第四透镜G4的焦距f4满足关系式：2.5<|f3/f|<4.5；2.5<|f4/f|<4.5；它与第七透镜G7的焦距f7及第八透镜G8的焦距f8满足关系式：1.5<|f7/f|<3.5；1.5<|f8/f|<3.5；第五透镜G5与第六透镜G6组合形成胶合透镜B，胶合透镜B的焦距为fB，其满足以下关系式：15 <|fB/f|<25 。
优选地，第五透镜G5的折射率为n5、阿贝数为v5，其满足关系式：1.55<n5<1.7；55<v5<70。
优选地，第六透镜G6的折射率为n6、阿贝数为v6，其满足关系式：1.65<n6<1.8；20<v6<35。
优选地，第一透镜G1到第八透镜G8均为玻璃球面透镜，玻璃球面透镜由国产轻冕、重冕、磷冕、火石、重火石、镧冕牌、镧火石、重镧火石玻璃组合而成。
优选地，机械系统100包括调焦环1、前压圈2、镜筒3、转接圈4、套筒5、CD隔圈6、固定筒7、调光环8、光阑9、后压圈10、C接口11和GH隔圈12，调焦环1通过转接圈4连接于镜筒3的前端，前压圈2压设于第一透镜G1，套筒5设置于镜筒3的内部，CD隔圈6设置于第三透镜G3和第四透镜G4之间，调光环8通过固定筒7与镜筒3连接，光阑9设置于第四透镜G4和第五透镜G5之间，后压圈10压设于第五透镜G5，GH隔圈12设置于第七透镜G7和第八透镜G8之间，C接口11设置于调光环8的后端。
优选地，光阑9的孔径为圆孔，光阑9的光圈在F1.5～F16范围内可调。
使用时，当光线经过第一透镜G1至第八透镜G8后，于第八透镜G8的后方会形成像面20，以像面20为基准，当物距发生变化时，第八透镜G8到像面20间隔发生改变，即第一透镜G1至第八透镜G8一起前后移动，其它间隔尺寸不发生变化，仅光学后焦距发生变化。具体地，当物距无穷远时，第八透镜G8与像面20之间的距离为6.841mm；当物距2m时，第八透镜G8与像面20之间的距离为6.867mm；当物距0.45m时，第八透镜G8与像面20之间的距离为6.984mm；当物距0.1m时，第八透镜G8与像面20之间的距离为7.474mm。
在本实例例中，光学系统200的焦距为8.5mm，光圈为F#=1.48，视场角FOV=68°，工作距离WD=infinity。镜头的光圈能达到F1.5。图4为本实施例的MTF曲线图。图中可以看到此光学系统在0.9视场以内的MTF值在100lp/mm处大于0.2，搭配2/3”的CCD或者CMOS芯片，像素可达到：100*2*100*2*8.8*6.6=2323200。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明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，并能够在本文所述发明构想范围内，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发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.8mm定焦机器视觉镜头，其特征在于：包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，所述光学系统由物方到像方依次包括具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有负光焦度及双凹结构的第二透镜G2、具有正光焦度及平凸或双凸结构的第三透镜G3、具有正光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及双凹结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、以及具有正光焦度及双凸结构的第八透镜G8，所述光学系统的焦距为f，它与第一透镜G1的焦距f1及第二透镜G2的焦距f2满足关系式：1.5<|f1/f|<3.0；1.8<|f2/f|<3.5；它与第三透镜G3的焦距f3及第四透镜G4的焦距f4满足关系式：2.5<|f3/f|<4.5；2.5<|f4/f|<4.5；它与第七透镜G7的焦距f7及第八透镜G8的焦距f8满足关系式：1.5<|f7/f|<3.5；1.5<|f8/f|<3.5；所述第五透镜G5与第六透镜G6组合形成胶合透镜B，所述胶合透镜B的焦距为fB，其满足以下关系式：15<|fB/f|<25；
其中，所述第五透镜G5的折射率为n5、阿贝数为v5，其满足关系式：1.55<n5<1.7；55<v5<70；所述第六透镜G6的折射率为n6、阿贝数为v6，其满足关系式：1.65<n6<1.8；20<v6<35。
2.根据权利要求1所述的8mm定焦机器视觉镜头，其特征在于：所述第一透镜G1到所述第八透镜G8均为玻璃球面透镜。
3.根据权利要求1所述的8mm定焦机器视觉镜头，其特征在于：所述机械系统包括调焦环、前压圈、镜筒、转接圈、套筒、CD隔圈、固定筒、调光环、光阑、后压圈、C接口和GH隔圈，所述调焦环通过所述转接圈连接于所述镜筒的前端，所述前压圈压设于所述第一透镜G1，所述套筒设置于所述镜筒的内部，所述CD隔圈设置于所述第三透镜G3和所述第四透镜G4之间，所述调光环通过所述固定筒与所述镜筒连接，所述光阑设置于所述第四透镜G4和所述第五透镜G5之间，所述后压圈压设于所述第五透镜G5，所述GH隔圈设置于所述第七透镜G7和所述第八透镜G8之间，所述C接口设置于所述调光环的后端。
4.根据权利要求3所述的8mm定焦机器视觉镜头，其特征在于：所述光阑的孔径为圆孔，所述光阑的光圈在F1.5～F16范围内可调。
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