CN109581630A - 一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头 - Google Patents

一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及视觉镜头技术领域，具体为一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，从物面侧到像面侧依次包括：具有正光焦度、弯月结构的第一透镜；具有正光焦度、弯月结构的第二透镜；具有正光焦度、弯月结构的第三透镜；具有负光焦度、弯月结构的第四透镜；具有负光焦度、弯月结构的第五透镜；具有正光焦度、弯月结构的第六透镜；具有正光焦度、弯月结构的第七透镜；具有正光焦度、弯月结构的第八透镜，以及位于第四透镜和第五透镜之间的光阑。其中，所述第三透镜和第四透镜胶合，形成具有负光焦度的第一透镜组，其焦距为fU1；所述第五透镜和第六透镜胶合，形成具有负光焦度的第二胶合透镜组，其焦距为fU2，分别满足如下关系式：0.35＜|fU1/f|＜0.7，0.35＜|fU2/f|＜0.7。本申请能满足大光圈、低畸变、短工作距离的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。

Description

一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头
技术领域
本发明涉及视觉镜头技术领域，具体为一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头。
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。在工业自动化的浪潮中，机器视觉需求与日俱增，在电子制造、液晶屏幕缺陷检测、触摸屏尺寸测量以及食品包装等众多行业中，对检测设备中的核心部件线扫机器视觉镜头的光学畸变的要求越来越高：为了使检测设备小型化，要求线扫机器视觉镜头工作距离短；而为了提高图象质量，要求镜头的畸变非常小，且通光量大。然而国内现有的线扫机器视觉镜头普遍存在光学畸变大、工作距离大，通光量偏小的现象，因此对于大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头的研发就更为迫切。为此，我们提出一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，从物面侧到像面侧依次包括：具有正光焦度、弯月结构的第一透镜；具有正光焦度、弯月结构的第二透镜；具有正光焦度、弯月结构的第三透镜；具有负光焦度、弯月结构的第四透镜；具有负光焦度、弯月结构的第五透镜；具有正光焦度、弯月结构的第六透镜；具有正光焦度、弯月结构的第七透镜；具有正光焦度、弯月结构的第八透镜，以及位于第四透镜和第五透镜之间的光阑，形成大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头的光学系统；
所述第三透镜和第四透镜胶合，形成具有负光焦度的第一胶合透镜组；所述第五透镜和第六透镜胶合，形成具有负光焦度的第二胶合透镜组，所述光学系统的焦距f，所述第一胶合透镜组的焦距fU1，所述第二胶合透镜组的焦距fU2，分别满足如下关系式：
0.35＜|fU1/f|＜0.7，0.35＜|fU2/f|＜0.7。
优选的，所述光学系统的第一透镜的前表面顶点到第八透镜的后表面顶点的距离L与光学系统的焦距f，满足如下关系式：
0.5＜|L/f|＜1.0。
优选的，所述光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f，满足如下关系式：
1＜|BFL/f|＜1.5。
优选的，所述光学系统的半像高y’与光学系统的焦距f，满足如下关系式：
0.2＜|y’/f|＜0.4。
优选的，所述第一透镜的折射率为n1，阿贝数为v1，所述第二透镜的折射率为n2，阿贝数为v2，其折射率n1和n2均满足如下关系式：
1.45＜n1、n2＜1.65；
其阿贝数v1和v2均满足如下关系式：
60＜v1、v2＜85。
优选的，所述第三透镜的焦距为fG3，第四透镜的焦距为fG4，其焦距fG3和fU1的比值，fG4和fU1的比值分别满足关系式：
0.8＜|fG3/fU1|＜1.2；0.3＜|fG4/fU1|＜0.7。
优选的，所述第五透镜的焦距为fG5，第六透镜的焦距为fG6，其焦距fG5和f的比值，fG6和f的比值分别满足关系式：
0.3＜|fG5/fU2|＜0.7；1.5＜|fG6/fU2|＜2.0。
优选的，所述第七透镜的折射率为n7，阿贝数为v7，所述第八透镜的折射率为n8，阿贝数为v8，其折射率n7和n8满足如下关系式：
0.25＜|n7-n8|＜0.5；
其阿贝数v7和v8满足如下关系式：
40＜|v7-v8|＜55。
优选的，所述光学系统的物距范围为150mm～180mm，当物距发生变化时，第一透镜到第八透镜整组作为调焦组前后移动，光学系统的光阑孔径为圆孔，光阑的光圈在F2.6～F45范围内可调。
优选的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜均为球面镜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过上述结构实现了焦距为120mm的大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头的光学系统，像方F数为2.6，最大成像面为其分辨率可达100lp/mm，即对应的最大成像芯片时，其像素可达到12K像素，全视场最大光学畸变低于0.008％；采用整组对焦方式，实现工作距离150mm～180mm的清晰对焦，能满足大光圈、低畸变、短工作距离的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明光路结构示意图；
图3为本发明的MTF曲线图；
图4为本发明的光学畸变曲线图。
图中：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、第一胶合透镜组U1、第二胶合透镜组U2。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：
一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，从物面侧到像面侧依次包括：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；具有正光焦度、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；具有负光焦度、弯月结构的第五透镜G5；具有正光焦度、弯月结构的第六透镜G6；具有正光焦度、弯月结构的第七透镜G7；具有正光焦度、弯月结构的第八透镜G8，以及位于第四透镜G4和第五透镜G5之间的光阑，形成大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头的光学系统；
第三透镜G3和第四透镜G4胶合，形成具有负光焦度的第一胶合透镜组U1；第五透镜G5和第六透镜G6胶合，形成具有负光焦度的第二胶合透镜组U2，光学系统的焦距f，第一胶合透镜组的焦距fU1，第二胶合透镜组的焦距fU2，分别满足如下关系式：
0.35＜|fU1/f|＜0.7，0.35＜|fU2/f|＜0.7。
其中，光学系统的第一透镜G1的前表面顶点到第八透镜G8的后表面顶点的距离L与光学系统的焦距f，满足如下关系式：
0.5＜|L/f|＜1.0。
其中，光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f，满足如下关系式：
1＜|BFL/f|＜1.5。
其中，光学系统的半像高y’与光学系统的焦距f，满足如下关系式：
0.2＜|y’/f|＜0.4。
其中，第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，其折射率n1和n2均满足如下关系式：
1.45＜n1、n2＜1.65；
其阿贝数v1和v2均满足如下关系式：
60＜v1、v2＜85。
其中，第三透镜G3的焦距为fG3，第四透镜G4的焦距为fG4，其焦距fG3和fU1的比值，fG4和fU1的比值分别满足关系式：
0.8＜|fG3/fU1|＜1.2；0.3＜|fG4/fU1|＜0.7。
其中，第五透镜G5的焦距为fG5，第六透镜G6的焦距为fG6，其焦距fG5和f的比值，fG6和f的比值分别满足关系式：
0.3＜|fG5/fU2|＜0.7；1.5＜|fG6/fU2|＜2.0。
其中，第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，第八透镜G8的折射率为n8，阿贝数为v8，其折射率n7和n8满足如下关系式：
0.25＜|n7-n8|＜0.5；
其阿贝数v7和v8满足如下关系式：
40＜|v7-v8|＜55。
其中，光学系统的物距范围为150mm～180mm，当物距发生变化时，第一透镜G1到第八透镜G8整组作为调焦组前后移动，光学系统的光阑孔径为圆孔，光阑的光圈在F2.6～F45范围内可调。
其中，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。
在本实例中，光学系统数据如下表1所示：
表1
在本实例中，光学系统的焦距f为120mm，最大光圈为F#＝2.6，第一胶合透镜组的焦距fU1＝-62.23mm，第二胶合透镜组的焦距fU2＝-54.15mm，第一透镜G1的前表面顶点到第八透镜G8的后表面顶点的距离L＝85.31mm，光学后截距BFL＝150.86mm，半像高y’＝31.5mm。
各个关系式：|fU1/f|＝0.52；|fU2/f|＝0.45；|L/f|＝0.71；
|BFL/f|＝1.26；|y’/f|＝0.26
满足关系式：0.35＜|fU1/f|＜0.7；0.35＜|fU2/f|＜0.7；
0.5＜|L/f|＜1.0；1＜|BFL/f|＜1.5；0.2＜|y’/f|＜0.4。
图3所示为本实施例的MTF曲线图，全视场在100lp/mm的MTF值大于0.3，理论分辨精度可达5微米，实现光学系统的高分辨成像。
图4所示为本实施例的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.008％。
通过上述结构实现了焦距为120mm的大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头的光学系统，像方F数为2.6，最大成像面为其分辨率可达100lp/mm，即对应的最大成像芯片时，其像素可达到12K像素，全视场最大光学畸变低于0.008％；采用整组对焦方式，实现工作距离150mm～180mm的清晰对焦，能满足大光圈、低畸变、短工作距离的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节，具有突出的实质性特点和显著的进步。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，从物面侧到像面侧依次包括：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)；具有正光焦度、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)；具有负光焦度、弯月结构的第五透镜(G5)；具有正光焦度、弯月结构的第六透镜(G6)；具有正光焦度、弯月结构的第七透镜(G7)；具有正光焦度、弯月结构的第八透镜(G8)，以及位于第四透镜(G4)和第五透镜(G5)之间的光阑，形成大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头的光学系统；
其特征在于：所述第三透镜(G3)和第四透镜(G4)胶合，形成具有负光焦度的第一胶合透镜组(U1)；所述第五透镜(G5)和第六透镜(G6)胶合，形成具有负光焦度的第二胶合透镜组(U2)，所述光学系统的焦距f，所述第一胶合透镜组的焦距fU1，所述第二胶合透镜组的焦距fU2，分别满足如下关系式：
0.35＜|fU1/f|＜0.7，0.35＜|fU2/f|＜0.7。
2.根据权利要求1所述的一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，其特征在于：所述光学系统的第一透镜(G1)的前表面顶点到第八透镜(G8)的后表面顶点的距离L与光学系统的焦距f，满足如下关系式：
0.5＜|L/f|＜1.0。
3.根据权利要求2所述的一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，其特征在于：所述光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f，满足如下关系式：
1＜|BFL/f|＜1.5。
4.根据权利要求2所述的一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，其特征在于：所述光学系统的半像高y’与光学系统的焦距f，满足如下关系式：
0.2＜|y’/f|＜0.4。
5.根据权利要求1所述的一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，其特征在于：所述第一透镜(G1)的折射率为n1，阿贝数为v1，所述第二透镜(G2)的折射率为n2，阿贝数为v2，其折射率n1和n2均满足如下关系式：
1.45＜n1、n2＜1.65；
其阿贝数v1和v2均满足如下关系式：
60＜v1、v2＜85。
6.根据权利要求1所述的一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，其特征在于：所述第三透镜(G3)的焦距为fG3，第四透镜(G4)的焦距为fG4，其焦距fG3和fU1的比值，fG4和fU1的比值分别满足关系式：
0.8＜|fG3/fU1|＜1.2；0.3＜|fG4/fU1|＜0.7。
7.根据权利要求2所述的一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，其特征在于：所述第五透镜(G5)的焦距为fG5，第六透镜(G6)的焦距为fG6，其焦距fG5和f的比值，fG6和f的比值分别满足关系式：
0.3＜|fG5/fU2|＜0.7；1.5＜|fG6/fU2|＜2.0。
8.根据权利要求1所述的一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，其特征在于：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满足如下关系式：
0.25＜|n7-n8|＜0.5；
其阿贝数v7和v8满足如下关系式：
40＜|v7-v8|＜55。
9.根据权利要求1所述的一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，其特征在于：所述光学系统的物距范围为150mm～180mm，当物距发生变化时，第一透镜(G1)到第八透镜(G8)整组作为调焦组前后移动，光学系统的光阑孔径为圆孔，光阑的光圈在F2.6～F45范围内可调。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种大光圈低畸变定焦线扫机器视觉镜头，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(G7)和第八透镜(G8)均为球面镜。
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