CN109001890A

CN109001890A - 一种宽工作距离高分辨率机器视觉镜头

Info

Publication number: CN109001890A
Application number: CN201811035372.2A
Authority: CN
Inventors: 曾振煌
Original assignee: Guangdong OPT Machine Vision Co Ltd
Current assignee: Guangdong OPT Machine Vision Co Ltd
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2018-12-14
Anticipated expiration: 2038-09-06
Also published as: CN109001890B

Abstract

本申请公开了宽工作距离高分辨率视觉镜头，包括由物端到像面依次设置的调焦组GA和固定组GB，调焦组GA包括第一透镜G1、第二透镜G2、第一胶合透镜组U1、第二胶合透镜组U2和第七透镜G7；光学系统、调焦组GA和固定组GB的焦距分别为f、fGA、fGB，第一透镜G1、第二透镜G2和第一胶合透镜U1的组合焦距为f(G1‑G4)，第二胶合透镜U2和第七透镜G7的组合焦距为f(G5‑G7)，它们分别满足关系式：1<fGA/f<1.4，3<fGB/f<4；2<f(G1‑G4)/f<2.6；0.6<f(G5‑G7)/f<1，本申请具有高分辨率、低畸变的特点，还可支持0.1m到无穷远的工作距离。

Description

一种宽工作距离高分辨率机器视觉镜头

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种宽工作距离高分辨率机器视觉镜头。

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、食品包装和质量保证等众多行业中，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精度不够高，与小像元的成像芯片匹配时无法充分发挥出相机的性能，因此对于高分辨率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，而提供的一种宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，该镜头焦距为25mm，可支持0.1m到无穷远的工作距离，此外，还具有高分辨和低畸变的优点。

为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，所述光学系统包括由物端到像面依次设置的调焦组GA和固定组GB，所述调焦组GA包括由物端到像面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和第七透镜G7，所述固定组GB包括第八透镜，所述第三透镜G3和所述第四透镜G4胶合形成第一胶合透镜组U1，所述第五透镜G5和所述第六透镜G6胶合形成第二胶合透镜组U2；所述光学系统的焦距为f，所述调焦组GA的焦距为fGA，所述固定组的焦距为fGB，所述第一透镜G1、所述第二透镜G2和所述第一胶合透镜U1的组合焦距为f(G1-G4)，所述第二胶合透镜U2和所述第七透镜G7的组合焦距为f(G5-G7)，它们分别满足关系式：1<fGA/f<1.4，3<fGB/f<4；2.0<f(G1-G4)/f<2.6；0.6<f(G5-G7)/f<1.0。

作为本发明所述宽工作距离高分辨率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和所述第八透镜G8均为球面镜。

作为本发明所述宽工作距离高分辨率机器视觉镜头的改进，所述第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL与光学系统的焦距f，满足关系式|TTL/f|>2.2。

作为本发明所述宽工作距离高分辨率机器视觉镜头的改进，所述光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f，满足关系式|BFL/f|<0.56。

作为本发明所述宽工作距离高分辨率机器视觉镜头的改进，所述光学系统的半像高y’与光学系统的焦距f，满足关系式|y’/f|<0.2。

作为本发明所述宽工作距离高分辨率机器视觉镜头的改进，还包括光阑，所述光阑位于所述第四透镜G4和所述第五透镜G5之间。

本发明的有益效果在于：通过上述结构实现了一种具有高分辨率、低畸变等特点，可支持工作距离0.1m到无穷远清晰对焦，焦距为25mm的机器视觉镜头，最大成像面为φ9mm，其分辨率可达230lp/mm，即对应的最大成像芯片1/1.8”时，其像素可达到8百万像素。

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为本发明中光学系统的MTF图；

图4为本发明中光学系统的畸变曲线图；

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1～4所示，一种宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统0，光学系统0包括由物端到像面依次设置的调焦组GA和固定组GB，调焦组GA包括由物端到像面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和第七透镜G7，固定组GB包括第八透镜，第三透镜G3和第四透镜G4胶合形成第一胶合透镜组U1，第五透镜G5和第六透镜G6胶合形成第二胶合透镜组U2；光学系统0的焦距为f，调焦组GA的焦距为fGA，固定组的焦距为fGB，第一透镜G1、第二透镜G2和第一胶合透镜U1的组合焦距为f(G1-G4)，第二胶合透镜U2和第七透镜G7的组合焦距为f(G5-G7)，它们分别满足关系式：1<fGA/f<1.4，3<fGB/f<4；2.0<f(G1-G4)/f<2.6；0.6<f(G5-G7)/f<1.0。

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和第八透镜G8均为球面镜。

优选的，第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL与光学系统的焦距f，满足关系式|TTL/f|>2.2。

优选的，光学系统0的光学后截距BFL与光学系统0的焦距f，满足关系式|BFL/f|<0.56。

优选的，光学系统0的半像高y’与光学系统的焦距f，满足关系式|y’/f|<0.2。

优选的，还包括光阑1，光阑1位于第四透镜G4和第五透镜G5之间。

在本实施例中，光学系统数据如下：

表面	半径(mm)	厚度(mm)	折射率
				G1前表面	32.0	1.2	1.92
G1后表面	18.5	10.4
				G2前表面	23.0	3.1	1.85
G2后表面	-297.0	5.0
				U1前表面	15.0	5.4	1.76
U1胶合面	-23.0	1.5	1.78
				U1后表面	9.0	4.0
光阑		3.9
				U2前表面	-8.0	1.2	1.73
U2胶合面	32.5	2.7	1.70
				U3后表面	-11.5	0.1
G7前表面	80.5	1.9	2.00
				G7后表面	-29.0	2.8(可调)
G8前表面	65.0	1.4	1.76
				G8后表面	无穷大	13.3
像面

在本实例中，光学系统的焦距f为25mm，调焦组焦距fGA＝-29mm，固定组焦距fGB＝85mm，第一透镜、第二透镜和第一胶合透镜的组合焦距f(G1-G4)＝57mm，第二胶合透镜、第七透镜的组合焦距f(G5-G7)＝20.5mm，第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL＝58.8mm(工作距离为0.5m时)，光学后截距BFL＝13.3mm，半像高y’＝4.5mm，各个关系式：fGA/f＝1.16；fGB/f＝3.4；f(G1-G4)/f＝2.28；f(G5-G7)/f＝0.82；TTL/f＝2.35；BFL/f＝0.53；y’/f＝0.18均满足关系式：1<fGA/f<1.4；3<fGB/f<4，2.0<f(G1-G4)/f<2.6；0.6<f(G5-G7)/f<1.0。

图3所示为本实施例在工作距离0.5m时的MTF曲线图，全视场在230lp/mm的MTF值>0.3，理论分辨精度可达2.2微米，实现光学系统的高分辨成像。

图4为本实施例在工作距离0.5m时的波长541nm光学畸变曲线图，全视场畸变<0.12％。

通过上述结构实现了一种具有高分辨率、低畸变等特点，可支持工作距离0.1m到无穷远清晰对焦，焦距为25mm的机器视觉镜头，最大成像面为φ9mm，其分辨率可达230lp/mm，即对应的最大成像芯片1/1.8”时，其像素可达到8百万像素。

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

1.一种宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，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(0)，所述光学系统(0)包括由物端到像面依次设置的调焦组GA和固定组GB，所述调焦组GA包括由物端到像面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和第七透镜G7，所述固定组GB包括第八透镜，所述第三透镜G3和所述第四透镜G4胶合形成第一胶合透镜组U1，所述第五透镜G5和所述第六透镜G6胶合形成第二胶合透镜组U2；所述光学系统(0)的焦距为f，所述调焦组GA的焦距为fGA，所述固定组的焦距为fGB，所述第一透镜G1、所述第二透镜G2和所述第一胶合透镜U1的组合焦距为f(G1-G4)，所述第二胶合透镜U2和所述第七透镜G7的组合焦距为f(G5-G7)，它们分别满足关系式：1<fGA/f<1.4，3<fGB/f<4；2.0<f(G1-G4)/f<2.6；0.6<f(G5-G7)/f<1.0。

2.根据权利要求1所述的宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，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和所述第八透镜G8均为球面镜。

3.根据权利要求1所述的宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，其特征在于：所述第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL与光学系统的焦距f，满足关系式|TTL/f|>2.2。

4.根据权利要求1所述的宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，其特征在于：所述光学系统(0)的光学后截距BFL与光学系统(0)的焦距f，满足关系式|BFL/f|<0.56。

5.根据权利要求1所述的宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，其特征在于：所述光学系统(0)的半像高y’与光学系统的焦距f，满足关系式|y’/f|<0.2。

6.根据权利要求1所述的宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，其特征在于：还包括光阑(1)，所述光阑(1)位于所述第四透镜G4和所述第五透镜G5之间。