CN109164561A - 一种机器视觉镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器视觉镜头，包括由物方到像方依次设置的调焦组和固定组，调焦组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜；固定组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜胶、第八透镜和第九透镜，第六透镜与第七透镜胶合成第一胶合透镜；光学系统、调焦组和固定组的焦距分别为f、fGA和fGB，它们分别满足关系式：0.84<|fGA/f|<1.51，2.72<fGB/f<3.61，0.24<|fGA/fGB|<0.52。本发明具有高分辨率、低畸变等特点，可支持工作距离100mm到无穷远清晰对焦。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种机器视觉镜头。
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传递给相机，再由相机将光信号转化为电信号给图像处理系统，图像处理系统对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，相机的像元尺寸越来越小，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，而提供一种工作距离支持100mm到无穷远，可匹配2.2μm像元尺寸高分辨的低畸变、焦距为16mm的机器视觉镜头。
为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：
一种机器视觉镜头，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方到像方依次设置的调焦组GA和固定组GB，所述调焦组GA包括第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3；所述固定组GB包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜胶G7、第八透镜G8和第九透镜G9，所述第六透镜G6与所述第七透镜G7胶合成第一胶合透镜U1；所述光学系统、调焦组GA和固定组GB的焦距分别为f、fGA和fGB，它们分别满足关系式：0.84<|fGA/f|<1.51，2.72<fGB/f<3.61，0.24<|fGA/fGB|<0.52，所述光学系统(焦距f与第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距fGC，满足关系：0.66<fGC/f<1.03；所述光学系统焦距f与第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距fGD，满足关系：0.63<fGD/f<1。
作为本发明所述的高分辨率的机器视觉镜头的改进，所述第一透镜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、第七透镜胶G7、第八透镜G8和第九透镜G9、第一胶合透镜U1均为球面镜。
作为本发明所述的高分辨率的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|>3.64。
作为本发明所述的高分辨率的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|<0.88。
作为本发明所述的高分辨率的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|<0.32。
作为本发明所述的高分辨率的机器视觉镜头的改进，还包括光阑，所述光阑位于所述第五透镜G5与所述第六透镜G6之间，所述光阑、的孔径为圆孔。
本发明的有益效果在于：本发明实现了一种具有高分辨率、低畸变等特点，可支持工作距离100mm到无穷远清晰对焦，焦距为16mm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MTF图；
图3为本发明中光学系统的光学畸变图；
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，一种机器视觉镜头，包括机械系统及安装于机械系统内部的光学系统0，光学系统0包括由物方到像方依次设置的调焦组GA和固定组GB，调焦组GA包括第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3；固定组GB包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜胶G7、第八透镜G8和第九透镜G9，第六透镜G6与第七透镜G7胶合成第一胶合透镜U1；光学系统0、调焦组GA和固定组GB的焦距分别为f、fGA和fGB，它们分别满足关系式：0.84<|fGA/f|<1.51，2.72<fGB/f<3.61，0.24<|fGA/fGB|<0.52，光学系统0焦距f与第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距fGC，满足关系：0.66<fGC/f<1.03；光学系统0焦距f与第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距fGD，满足关系：0.63<fGD/f<1。
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、第七透镜胶G7、第八透镜G8、第九透镜G9和第一胶合透镜U1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0的焦距f，满足关系式|TTL/f|>3.64。
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|<0.88。
优选的，光学系统0的半像高y’与光学系统0的焦距f，满足关系式|y’/f|<0.32。
优选的，还包括光阑1，光阑1位于第五透镜G5与第六透镜G6之间，光阑1的孔径为圆孔。
在本实例中，光学系统0数据如下：
在本实例中，光学系统0的焦距f为16mm，调焦组GA焦距fGA＝-18.7mm，固定组GB焦距fGB＝51.3mm，第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距fGC＝13.5mm，第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距fGD＝13.05mm，第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL＝65mm(工作距离为0.1m时)，光学后截距BFL＝13.3mm，半像高y’＝4.5mm。各个关系式：|fGA/f|＝1.17；fGB/f＝3.21；|fGA/fGB|＝0.36；fGC/f＝0.84；fGD/f＝0.82；TTL/f＝4.06；BFL/f＝0.83；y’/f＝0.28。均满足关系式：0.84<|fGA/f|<1.51，2.72<fGB/f<3.61，0.24<|fGA/fGB|<0.52；0.66<fGC/f<1.03；0.63<fGD/f<1；|TTL/f|>3.64；|BFL/f|<0.88；|y’/f|<0.32。
图2所示为本实施例在工作距离0.3m时的MTF曲线图，全视场在230lp/mm的MTF值>0.25，理论分辨精度可达2.2微米，实现镜头的高分辨成像。
图3为本实施例在工作距离0.3m时的波长541nm光学畸变图，全视场畸变<0.3％。
本实施例实现了一种具有高分辨率、低畸变等特点，可支持工作距离100mm到无穷远清晰对焦，焦距为16mm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 (6)
1.一种机器视觉镜头，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)包括由物方到像方依次设置的调焦组GA和固定组GB，所述调焦组GA包括第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3；所述固定组GB包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜胶G7、第八透镜G8和第九透镜G9，所述第六透镜G6与所述第七透镜G7胶合成第一胶合透镜U1；所述光学系统(0)、调焦组GA和固定组GB的焦距分别为f、fGA和fGB，它们分别满足关系式：0.84<|fGA/f|<1.51，2.72<fGB/f<3.61，0.24<|fGA/fGB|<0.52，所述光学系统(0)焦距f与第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距fGC，满足关系：0.66<fGC/f<1.03；所述光学系统(0)焦距f与第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距fGD，满足关系：0.63<fGD/f<1。
2.根据权利要求1所述的高分辨率的机器视觉镜头，其特征在于：所述第一透镜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、第七透镜胶G7、第八透镜G8、第九透镜G9和第一胶合透镜U1均为球面镜。
3.根据权利要求1所述的高分辨率的机器视觉镜头，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(0)的焦距f，满足关系式|TTL/f|>3.64。
4.根据权利要求1所述的高分辨率的机器视觉镜头，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|<0.88。
5.根据权利要求1所述的高分辨率的机器视觉镜头，其特征在于：所述光学系统(0)的半像高y’与光学系统(0)的焦距f，满足关系式|y’/f|<0.32。
6.根据权利要求1所述的高分辨率的机器视觉镜头，其特征在于：还包括光阑(1)，所述光阑(1)位于所述第五透镜G5与所述第六透镜G6之间，所述光阑(1)的孔径为圆孔。
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| GR01 | Patent grant | ||
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