CN107976789B - 一种大视场角机器视觉镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大视场角机器视觉镜头，包括沿光轴排列的固定透镜组和调焦透镜组，当工作距离改变时，调焦透镜组相对固定透镜组前后移动进行对焦，从而寻找最佳成像面，其特征在于：所述固定透镜组设置在所述调焦透镜组的物方一侧，且所述固定透镜组和调焦透镜组分别与整个镜头满足如下条件式：0.9≤∣ft/f∣≤1.6，∣fg/f∣≥10，其中，ft为调焦透镜组的焦距，fg为固定透镜组的焦距，f为整个镜头的焦距。该镜头具有高解像力、大靶面、大视场角和低畸变等特点。

Description

一种大视场角机器视觉镜头
技术领域
本发明涉及镜头技术领域，尤其涉及一种大靶面、大视场角机器视觉镜头。
背景技术
机器视觉镜头被广泛应用于生产制造、质量检测、物流、医学、科学研究等领域。随着中国制造2025战略的开展，工业自动化快速发展，而机器视觉镜头作为自动化机器的“眼睛”占据着重要地位。
机器视觉图像采集设备按照芯片类型分为线阵型和面阵型，目前应用比较广泛的是面阵型相机。面阵型相机一般用于在固定位置监控、检测特定范围内的目标；随着芯片技术的发展，检测水平的提高，对机器视觉镜头提出了更高的要求；占用空间小、支持靶面大、畸变低、像质高是发展的趋势。传统机器视觉镜头一般支持靶面在2/3”以下，支持分辨率五百万像素以下，目前已经满足不了行业大的需求。大靶面镜头意味着相同的焦距下拥有更大的视场角，畸变更加难以控制；而且传统的机器视觉镜头在目标距离远离最佳工作位置时候，边缘像质下降明显。
发明内容
本发明提供一种大视场角机器视觉镜头，克服了现有技术中存在的不足。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：
一种大视场角机器视觉镜头，包括沿光轴排列的固定透镜组和调焦透镜组，当工作距离改变时，调焦透镜组相对固定透镜组前后移动进行对焦，从而寻找最佳成像面，其特征在于：所述固定透镜组设置在所述调焦透镜组的物方一侧，且所述固定透镜组和调焦透镜组分别与整个镜头满足如下条件式：
0.9≤∣ft/f∣≤1.6，∣fg/f∣≥10，其中，ft为调焦透镜组的焦距，fg为固定透镜组的焦距，f为整个镜头的焦距。
优选地，所述固定透镜组包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜和具有正光焦度的第六透镜。
优选地，所述调焦透镜组包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜、具有正光焦度的第十一透镜和具有负光焦度的第十二透镜。
所述第一透镜至第十二透镜的焦距满足如下条件式：
30.23≤f1≤65.11
-43.77≤f2≤-25.02
-22.41≤f3≤-8.36
25.50≤f4≤120.00
-40.17≤f5≤-16.28
10.23≤f6≤20.23
12.45≤f7≤24.10
-12.82≤f8≤-6.73
17.65≤f9≤30.33
17.65≤f10≤30.33
28.96≤f11≤65.77
-40.37≤f12≤-22.51
其中，f1至f12依顺序分别代表了第一透镜至第十二透镜的透镜焦距。
优选地，所述第五透镜与第六透镜胶合形成第一胶合透镜。
优选地，所述第七透镜与第八透镜胶合形成第二胶合透镜。
优选地，所述第二胶合透镜与第九透镜根据需要胶合形成第三胶合透镜。
优选地，所述第六透镜和第七透镜之间设置有光阑。
优选地，所述第一透镜至第十二透镜全都采用玻璃球面透镜。
本发明提供一种大视场角机器视觉镜头，采用全玻璃球面镜片，确保光学系统性能的同时保证材料低成本、镜片易加工。设计支持最大像面φ17.6mm，支持1.1”图像传感器芯片，最大支持1200万像素分辨率。镜头结构分为固定透镜组和调焦透镜组，保证了0.1m到无穷远物距下成像质量优秀；光学系统边缘光线相对照度在70％以上；在-30～70℃环境下使用保证解像力满足成像要求。
附图说明
图1是本发明一种大视场角机器视觉镜头实施例一的光学结构示意图；
图2是本发明一种大视场角机器视觉镜头实施例一的可见光下MTF图；
图3是本发明一种大视场角机器视觉镜头实施例一的畸变曲线图；
图4是本发明一种大视场角机器视觉镜头实施例一的相对照度图；
图5是本发明一种大视场角机器视觉镜头实施例二的光学结构示意图；
图6是本发明一种大视场角机器视觉镜头实施例二的的可见光下MTF图；
图7是本发明一种大视场角机器视觉镜头实施例二的畸变曲线图；
图8是本发明一种大视场角机器视觉镜头实施例二的相对照度图。
具体实施方式
下面结合附图，具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
如图1至6所示，一种大视场角机器视觉镜头，包括沿光轴排列的固定透镜组和调焦透镜组，当工作距离改变时，调焦透镜组相对固定透镜组前后移动进行对焦，从而寻找最佳成像面，其特征在于：所述固定透镜组设置在所述调焦透镜组的物方一侧，且所述固定透镜组和调焦透镜组分别与整个镜头满足如下条件式：
0.9≤∣ft/f∣≤1.6，∣fg/f∣≥10，其中，ft为调焦透镜组的焦距，fg为固定透镜组的焦距，f为整个镜头的焦距。
所述固定透镜组包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有正光焦度的第一透镜1、具有负光焦度的第二透镜2、具有负光焦度的第三透镜3、具有正光焦度的第四透镜4、具有负光焦度的第五透镜5和具有正光焦度的第六透镜6。
所述调焦透镜组包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有正光焦度的第七透镜7、具有负光焦度的第八透镜8、具有正光焦度的第九透镜9、具有正光焦度的第十透镜10、具有正光焦度的第十一透镜11和具有负光焦度的第十二透镜12。
所述第一透镜1至第十二透镜12的焦距满足如下条件式：
30.23≤f1≤65.11
-43.77≤f2≤-25.02
-22.41≤f3≤-8.36
25.50≤f4≤120.00
-40.17≤f5≤-16.28
10.23≤f6≤20.23
12.45≤f7≤24.10
-12.82≤f8≤-6.73
17.65≤f9≤30.33
17.65≤f10≤30.33
28.96≤f11≤65.77
-40.37≤f12≤-22.51
其中，f1至f12依顺序分别代表了第一透镜1至第十二透镜12的透镜焦距。
所述第五透镜5与第六透镜6胶合形成第一胶合透镜56。所述第七透镜7与第八透镜8胶合形成第二胶合透镜78。所述第六透镜6和第七透镜7之间设置有光阑67。所述第一透镜1至第十二透镜12全都采用玻璃球面透镜。
实施例一：本实施例中，第一透镜1至第十二透镜12的物理光学参数如下表所示：
Figure BDA0001527959860000041
Figure BDA0001527959860000051
其中，R为表面中心半径大小，D为对应光学表面到下一光学表面于光轴上的距离；Nd对应d光(波长为587nm)的折射率,负号“-”代表了方向(物方表面对应的则为凹面，像方表面对应的则为凸面)；S1和S2为第一透镜1的物方表面和像方表面，S3和S4为第二透镜2的物方表面和像方表面，S5和S6为第三透镜3的物方表面和像方表面，S7和S8为第四透镜4的物方表面和像方表面，S9为第一胶合透镜56的物方表面，S10&S11为第一胶合透镜的胶合面，S12为第一胶合透镜的像方表面；S13为第二胶合透镜78的物方表面，S14&S15为第二胶合透镜的胶合面，S16为第二胶合透镜的像方表面，S17和S18为第九透镜9的物方表面和像方表面，S19和S20为第十透镜10的物方表面和像方表面，S21和S22为第十一透镜11的物方表面和像方表面，S23和S24为第十二透镜12的物方表面和像方表面。因为调焦透镜组可以相对固定透镜组整体调整前后距离，所以光阑至第七透镜的物方表面距离根据实际调整距离发生变化。
本实施例中，工作距离为WD＝300mm时，光阑至第二胶合透镜的物方表面的距离D(光阑-S13)为2.4mm。
当工作距离改变时，固定透镜组相对像面位置不变，即光学总长不变，通过调整调焦透镜组的前后位置寻找最佳像面。
本实施例中，镜头的焦距f＝12mm，相对孔径D/f＝1:2.8，像面尺寸φ17.6mm，总长TTL＝70.6mm，工作距范围：0.1m-无穷远，尤其当工作范围在0.3-1m以内，畸变可控制在1％以内。
光学后焦随着工作距离0.1m-无穷远改变而调整的范围为：8.5mm～9.9mm。
实施例二：与实施例一相比，实施例二焦距为16mm，但使用的透镜数量及焦距范围不变，仅从材料搭配和曲率半径方面做了相应的调整。同时，设计从镜片的组合方式方面做了改进，具体地，第二胶合透镜78与第九透镜9再胶合形成第三胶合透镜789；这样做可以有效提升装配精度，降低两个面之间的反射影响，提升矫正色差能力。
本实施例中，第一透镜1至第十二透镜12的物理光学参数如下表所示：
面序号 R(mm) D(mm) Nd
S1 23.5 4.8 Nd＝1.74
S2 89.5 0.1
S3 30.4 1.0 Nd＝1.50
S4 9.3 5.0
S5 -38.6 0.8 Nd＝1.92
S6 20.8 1.5
S7 48.0 3.8 Nd＝1.50
S8 -19.1 0.1
S9 -240.0 0.8 Nd＝1.50
S10&S11 10.7 3.8 Nd＝1.74
12 -83.8 4.5
光阑 4.5(可调)
S13 -11.8 3.2 Nd＝1.50
S14&S15 -5.4 0.8 Nd＝1.63
S16&S17 -31.2 3.2 Nd＝1.75
S18 -13.2 0.1
S19 29.9 4.0 Nd＝1.50
S20 -20.2 5.0
S21 48.0 3.2 Nd＝1.50
S22 -39.0 3.0
S23 -13.7 0.8 Nd＝1.58
S24 -56.8
其中，S16&S17为第二胶合透镜与第九透镜的胶合面，各个面序号与实施例一相同。
本实施例中，工作距离为WD＝400mm时，光阑至第二胶合透镜的物方表面的距离D(光阑-S13)为4.5mm。
本实施例中，镜头的焦距f＝16mm，相对孔径D/f＝1:2.8，像面尺寸φ17.6mm，总长TTL＝65.2mm，工作距范围：0.1m-无穷远，尤其当工作范围在大于0.3m时，畸变可控制在1％以内。
光学后焦随着工作距离从无穷远-0.1m改变而调整的范围为：10.5mm～12.9mm。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种大视场角机器视觉镜头，包括沿光轴排列的固定透镜组和调焦透镜组，当工作距离改变时，调焦透镜组相对固定透镜组前后移动进行对焦，从而寻找最佳成像面，其特征在于：所述固定透镜组设置在所述调焦透镜组的物方一侧，且所述固定透镜组和调焦透镜组分别与整个镜头满足如下条件式：
0.9≤∣ft/f∣≤1.6，∣fg/f∣≥10，其中，ft为调焦透镜组的焦距，fg为固定透镜组的焦距，f为整个镜头的焦距；
所述固定透镜组包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有负光焦度的第五透镜和具有正光焦度的第六透镜；
所述调焦透镜组包括沿光轴从物方至像方依次排列的具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有正光焦度的第十透镜、具有正光焦度的第十一透镜和具有负光焦度的第十二透镜；
所述第一透镜至第十二透镜的焦距满足如下条件式：
30.23mm≤f1≤65.11mm -43.77mm≤f2≤-25.02mm -22.41mm≤f3≤-8.36mm 25.50mm≤f4≤120.00mm -40.17mm≤f5≤-16.28mm 10.23mm≤f6≤20.23mm 12.45mm≤f7≤24.10mm -12.82mm≤f8≤-6.73mm 17.65mm≤f9≤30.33mm 17.65mm≤f10≤30.33mm 28.96mm≤f11≤65.77mm -40.37mm≤f12≤-22.51mm
其中，f1至f12依顺序分别代表了第一透镜至第十二透镜的透镜焦距；
所述第一透镜至第十二透镜全都采用玻璃球面透镜,所述大视场角机器视觉镜头，由十二片具有光焦度的透镜构成。
2.根据权利要求1所述的一种大视场角机器视觉镜头，其特征在于：所述第五透镜与第六透镜胶合形成第一胶合透镜。
3.根据权利要求1所述的一种大视场角机器视觉镜头，其特征在于：所述第七透镜与第八透镜胶合形成第二胶合透镜。
4.根据权利要求3所述的一种大视场角机器视觉镜头，其特征在于：所述第二胶合透镜与第九透镜胶合形成第三胶合透镜。
5.根据权利要求1所述的一种大视场角机器视觉镜头，其特征在于：所述第六透镜和第七透镜之间设置有光阑。
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