CN108919466B - 一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头 - Google Patents

Abstract

本申请公开了高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，包括由物方到像方依次设置的第一透镜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和第八透镜G8；第二透镜G2与第三透镜G3胶合形成第一胶合透镜U1，第四透镜G4与第五透镜G5胶合形成第二胶合透镜U2，第七透镜G7与第八透镜G8胶合形成第三胶合透镜U3；光学系统、第一胶合透镜U1、第二胶合透镜U2和第三胶合透镜U3的焦距分别为f、fU1、fU2、fU3，它们分别满足关系式：0.5<|fU1/f|<1，1<|fU2/f|<3，1.5<|fU3/f|<3.5，本申请具有高分辨率、宽工作距离、低畸变特点。

Description

一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头

技术领域

本发明属于机械视觉镜头技术领域，具体涉及一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头。

背景技术

机器视觉系统的作用在于使用机器对目标件进行测量、判断和检测缺陷等，来减小或者是消除人为操作时的误判，提高测量精度和稳定性。其核心原理是通过机器视觉镜头将光信号收集给相机，再由相机将光信号转化为电信号传递给图像处理系统，根据所采集的图像信息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。

一方面，在工业自动化的大背景下，机器视觉需求与日俱增，特别是在电子制造、食品包装和精密测量等众多行业中，对机器视觉镜头的分辨精度、适用工作范围、光学畸变等要求越来越高。另一方面，随着芯片技术不断的进步，像元尺寸越来越小，这就要求与之匹配的的镜头分辨率要进一步提高。然而国内现有的定焦机器视觉镜头普遍存在分辨率低，工作距离单一等不足之处，因此对于高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的研发更为迫切。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，该镜头具有高分辨，宽工作距离，低畸变特点，适用于像元尺寸为2.2μm的相机。

为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统的光学系统，所述光学系统包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、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、双凹结构的第三透镜G3；具有负光焦度、双凹结构的第四透镜G4；具有正光焦度、双凸结构的第五透镜G5；具有正光焦度、弯月结构的第六透镜G6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜G7和具有正光焦度、双凸结构的第八透镜G8；所述第二透镜G2与所述第三透镜G3胶合形成第一胶合透镜U1，所述第四透镜G4与所述第五透镜G5胶合形成第二胶合透镜U2所述第七透镜G7与所述第八透镜G8胶合形成第三胶合透镜U3；所述光学系统的焦距为f，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2，所述第三胶合透镜U3的焦距为fU3，它们分别满足关系式：0.5<|fU1/f|<1，1<|fU2/f|<3，1.5<|fU3/f|<3.5。

作为本发明所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，所述第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.55<n1<1.65；50<v1<60。

作为本发明所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，所述第六透镜G6的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.75<n6<1.85；20<v6<35。

作为本发明所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，所述第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，所述第八透镜G8的折射率为n8，阿贝数为v8，其折射率n7和n8均满足关系式：1.55<n<1.65；其阿贝数分别满足关系式：60<v7<50，60<v8<70。

作为本发明所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，所述第一透镜G1、所述第二透镜G2、所述第三透镜G3、所述第四透镜G4、所述第五透镜G5、所述第六透镜G6、所述第七透镜G7、所述第八透镜G8均为玻璃球面透镜。

作为本发明所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，还包括光阑，所述光阑位于所述第三透镜G3和所述第四透镜G4之间，所述光阑的孔径为圆孔，所述光阑的光圈在F2.8～F32范围内可调。

本发明的有益效果在于：通过上述结构实现了焦距为50mm，最大成像芯片尺寸为9mm；对应的最大成像芯片时，像素可达到8百万像素，全视场畸变低于0.04％；采用浮动对焦方式，适用工作距离为100mm～∞，能满足不同的应用需求，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为本发明的光路图；

图3为本发明的MTF图；

其中，0-光学系统；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1～3所示，一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，包括机械系统及安装于机械系统的光学系统0，光学系统0包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、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、双凹结构的第三透镜G3；具有负光焦度、双凹结构的第四透镜G4；具有正光焦度、双凸结构的第五透镜G5；具有正光焦度、弯月结构的第六透镜G6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜G7和具有正光焦度、双凸结构的第八透镜G8；第二透镜G2与第三透镜G3胶合形成第一胶合透镜U1，第四透镜G4与第五透镜G5胶合形成第二胶合透镜U2所述第七透镜G7与所述第八透镜G8胶合形成第三胶合透镜U3；所述光学系统的焦距为f，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2，所述第三胶合透镜U3的焦距为fU3，它们分别满足关系式：0.5<|fU1/f|<1，1<|fU2/f|<3，1.5<|fU3/f|<3.5。

优选的，第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.55<n1<1.65；50<v1<60。

优选的，第六透镜G6的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.75<n6<1.85；20<v6<35。

优选的，第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，所述第八透镜G8的折射率为n8，阿贝数为v8，其折射率n7和n8均满足关系式：1.55<n<1.65；其阿贝数分别满足关系式：60<v7<50，60<v8<70。

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均为玻璃球面透镜。

优选的，还包括光阑1，光阑1位于第三透镜G3和第四透镜G4之间，光阑1的孔径为圆孔，光阑1的光圈在F2.8～F32范围内可调，光学系统的物距范围为4f～∞，当物距发生变化时，第一透镜G1到第六透镜G6作为调焦组前后移动，第七透镜G7和第八透镜G8不动。

在本实例中，光学系统数据如下：

表一：

表二：

在本实例中，光学系统的焦距为50mm，光圈为F#＝2.8，视场角FOV＝5.14°，工作距离WD＝500mm，第一透镜G1的焦距为38mm，第一胶合透镜U2的焦距为-44mm，第二胶合透镜U2的焦距为-92mm，第六透镜G6的焦距为46.5mm，第三胶合透镜U3的焦距为129mm，

通过上述结构实现了焦距为50mm，最大成像芯片尺寸为9mm；对应的最大成像芯片时，像素可达到八百万像素，全视场畸变低于0.04％；适用工作距离为200mm～∞，能满足不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。

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 (3)

1.一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，其特征在于：包括机械系统及安装于所述机械系统的光学系统(0)，所述光学系统(0)包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、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、双凹结构的第三透镜G3；具有负光焦度、双凹结构的第四透镜G4；具有正光焦度、双凸结构的第五透镜G5；具有正光焦度、弯月结构的第六透镜G6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜G7和具有正光焦度、双凸结构的第八透镜G8；所述第二透镜G2与所述第三透镜G3胶合形成第一胶合透镜U1，所述第四透镜G4与所述第五透镜G5胶合形成第二胶合透镜U2，所述第七透镜G7与所述第八透镜G8胶合形成第三胶合透镜U3；所述光学系统(0)的焦距为f，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2，所述第三胶合透镜U3的焦距为fU3，它们分别满足关系式：0.5<|fU1/f|<1，1<|fU2/f|<3，1.5<|fU3/f|<3.5；

其中，所述第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.55<n1<1.65；50<v1<60；所述第六透镜G6的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.75<n6<1.85；20<v6<35；所述第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，所述第八透镜G8的折射率为n8，阿贝数为v8，其折射率n7和n8均满足关系式：1.55<n<1.65；其阿贝数分别满足关系式：60<v7<50，60<v8<70。

2.根据权利要求1所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，其特征在于：所述第一透镜G1、所述第二透镜G2、所述第三透镜G3、所述第四透镜G4、所述第五透镜G5、所述第六透镜G6、所述第七透镜G7、所述第八透镜G8均为玻璃球面透镜。

3.根据权利要求1所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，其特征在于：还包括

光阑(1)，所述光阑(1)位于所述第三透镜G3和所述第四透镜G4之间，所述光阑(1)的孔径为圆孔，所述光阑(1)的光圈在F2.8～F32范围内可调。