CN108681036B - 35mm大靶面机器视觉线扫镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了35mm大靶面机器视觉线扫镜头，包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3，具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4，具有正光焦度、弯月结构的第五透镜G5和具有正光焦度、平凸或弯月结构的第六透镜G6；第二透镜G2与第三透镜G3组成第一胶合透镜B1，第四透镜G4与第五透镜G5组成第二胶合透镜B2，满足以下关系式：2≤|fB2/fB1|≤4；光学系统的焦距为f’，光学系统的靶面半像高为y’，满足关系式：|y’/f’|≥0.4。本发明具有解析度高、畸变率低的特点，且随着放大倍率的变化，成像表现好。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种35mm大靶面机器视觉线扫镜头。
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。因此，机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。
目前，线扫描镜头是许多机器视觉系统的重要组成部件，而通过镜头清晰、准确地获取真实的图像是后续图像分析处理的基础。目前国内市场上的线扫镜头在成像清晰度、畸变率方面的表现差强人意，高精度、高品质产品仍多以国外品牌为主。
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35mm大靶面机器视觉线扫镜头，在使用大靶面时拥有较高的解析度和较低的畸变，不同于传统镜头的解析度会随着放大倍率的改变而产生很大的变动，该镜头在可用放大倍率内有比较稳定的成像表现。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
35mm大靶面机器视觉线扫镜头，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正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3，具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4，具有正光焦度、弯月结构的第五透镜G5和具有正光焦度、平凸或弯月结构的第六透镜G6；所述第二透镜G2与所述第三透镜G3组成第一胶合透镜B1，所述第四透镜G4与所述第五透镜G5组成第二胶合透镜B2，其满足以下关系式：2≤|fB2/fB1|≤4；所述光学系统的焦距为f’，所述光学系统的靶面半像高为y’，满足关系式：|y’/f’|≥0.4。
作为本发明所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头的一种改进，所述光学系统的焦距为f’与第一透镜焦距f1之间满足关系式：0.8≤|f1/f’|≤1.2。
作为本发明所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头的一种改进，所述光学系统的焦距为f’与第六透镜焦距f6之间满足关系式：0.7≤|f6/f’|≤1.2。
作为本发明所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头的一种改进，所述第二透镜的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.5≤n2≤1.7；60≤v2≤70。
作为本发明所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头的一种改进，所述第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.55≤n3≤1.75；30≤v3≤40。
所述第四透镜的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.55≤n4≤1.75；30≤v4≤40。
作为本发明所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头的一种改进，所述第五透镜的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.6≤n5≤1.8；50≤v5≤60。
作为本发明所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头的一种改进，所述第一透镜G1到所述第六透镜G6均为玻璃球面透镜。
作为本发明所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头的一种改进，还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜G3和所述第四透镜G4之间，所述光阑的孔径为圆孔，光阑的光圈在F2.8～F32范围内可调。
本发明的有益效果在于：本发明在使用大靶面时具备较高的解析度和较低的畸变，不同于传统镜头的解析度会随着放大倍率的改变而产生很大的变动，该镜头在可用放大倍率内有比较稳定的成像表现。所述光学系统的标称放大倍率为0.10X，可用放大倍率为0.04X～0.33X。在可用放大倍率范围内，通过改变镜头的物距，并调节后截距可清晰成像。其中，在标称放大倍率下，全视场畸变小于0.05％。
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光路图；
图3为本发明的光学系统的MTF曲线图；
图4为本发明的光学系统的场曲曲线图；
图5为本发明的光学系统的畸变曲线图。
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1～5所示，35mm大靶面机器视觉线扫镜头，包括机械系统及安装于机械系统内部的光学系统，光学系统由物方到像方依次包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3，具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4，具有正光焦度、弯月结构的第五透镜G5和具有正光焦度、平凸或弯月结构的第六透镜G6；第二透镜G2与第三透镜G3组成第一胶合透镜B1，第四透镜G4与第五透镜G5组成第二胶合透镜B2，其满足以下关系式：2≤|fB2/fB1|≤4；光学系统的焦距为f’，光学系统的靶面半像高为y’，满足关系式：|y’/f’|≥0.4。
优选地，光学系统的焦距为f’与第一透镜焦距f1之间满足关系式：0.8≤|f1/f’|≤1.2。
优选地，光学系统的焦距为f’与第六透镜焦距f6之间满足关系式：0.7≤|f6/f’|≤1.2。
优选地，第二透镜的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.5≤n2≤1.7；60≤v2≤70。
优选地，第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.55≤n3≤1.75；30≤v3≤40。
优选地，第四透镜的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.55≤n4≤1.75；30≤v4≤40。
第五透镜的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.6≤n5≤1.8；50≤v5≤60。
优选地，第一透镜G1到第六透镜G6均为玻璃球面透镜。
本发明还包括光阑100，光阑100设置于第三透镜G3和第四透镜G4之间，光阑100的孔径为圆孔，光阑100的光圈在F2.8～F32范围内可调。
在本实施例中，光学系统数据如下
| f1(mm) | fB1(mm) | fB2(mm) | f6(mm) | f’(mm) | y’(mm) |
| 35.505 | -55.518 | -116.464 | 32.636 | 35 | 15 |
| |f1/f’| | |fB2/fB1| | |f6/f’| | |y’/f’| |
| 1.014 | 2.1 | 0.932 | 0.429 |
| 工作距离(mm) | 物方视场(mm) | 放大倍率(mm) |
| 895 | 750 | 0.04X |
| 370 | 300 | 0.10X |
| 130 | 90 | 0.33X |
在本实施例中，光学系统的焦距为35mm，放大倍率为0.04X～0.33X，光圈为F2.8～F32，靶面大小为30mm。在标称放大倍率下，畸变小于0.05％。如图3所示，本实施例的光学系统在40lp/mm时全视场的MTF值＞0.3，0.8视场MTF值＞0.4，可匹配像元尺寸12.5μm以上的成像芯片。如图4所示，本实施例的像面大小为30mm，整个视场的像点均在像面位置0.3mm的范围以内，说明本实施例的光学系统有较小的像面弯曲。
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 (7)
1.35mm大靶面机器视觉线扫镜头，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正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3，具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4，具有正光焦度、弯月结构的第五透镜G5和具有正光焦度、平凸或弯月结构的第六透镜G6；所述第二透镜G2与所述第三透镜G3组成第一胶合透镜B1，所述第四透镜G4与所述第五透镜G5组成第二胶合透镜B2，其满足以下关系式：2≤|fB2/fB1|≤4；所述光学系统的焦距为f’，所述光学系统的靶面半像高为y’，满足关系式：|y’/f’|≥0.4；
其中，所述光学系统的焦距为f’与第一透镜焦距f1之间满足关系式：0.8≤|f1/f’|≤1.2，所述光学系统的焦距为f’与第六透镜焦距f6之间满足关系式：0.7≤|f6/f’|≤1.2。
2.根据权利要求1所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头，其特征在于：所述第二透镜的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.5≤n2≤1.7；60≤v2≤70。
3.根据权利要求1所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头，其特征在于：所述第三透镜的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.55≤n3≤1.75；30≤v3≤40。
4.根据权利要求1所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头，其特征在于：所述第四透镜的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.55≤n4≤1.75；30≤v4≤40。
5.根据权利要求1所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头，其特征在于：所述第五透镜的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.6≤n5≤1.8；50≤v5≤60。
6.根据权利要求1所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头，其特征在于：所述第一透镜G1到所述第六透镜G6均为玻璃球面透镜。
7.根据权利要求1所述的35mm大靶面机器视觉线扫镜头，其特征在于：还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜G3和所述第四透镜G4之间，所述光阑的孔径为圆孔，光阑的光圈在F2.8～F32范围内可调。
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