CN109633874A - 一种远心镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种远心镜头，包括由物端到像面依次设置的具有正光焦度和双凸结构的第一透镜G1、具有负光焦度和弯月结构的第二透镜G2、具有正光焦度和双凸结构的第三透镜G3、具有负光焦度和双凹结构的第四透镜G4、棱镜、具有正光焦度的第五透镜G5以及具有正光焦度和双凹结构的第六透镜G6，所述第二透镜G2、第三透镜G3和第四透镜G4依次胶合形成胶合透镜组U1。本发明通过上述结构，实现了在高放大倍率下依然具有较高的分辨率与较低的公差敏感度，在具备优良成像质量的同时，该镜头易于生产。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种远心镜头。
背景技术
在机器视觉精密测量系统中，使用普通工业镜头会存在一些问题，如物距变化会造成放大倍率的不同、有视差、畸变大等，难以满足高检测要求，而远心镜头可以降低甚至消除上述问题，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，其原理优势使它很适合机器视觉测量检测领域。
然而受限于设计难度和成本控制，目前市面上高分辨率的远心镜头主要集中在低放大倍率上，一般在0.5倍以下，高放大倍率的远心镜头的分辨率均普遍较低，已不能满足一些高放大倍率和高分辨率的应用要求，但是，提高放大倍率远心镜头的分辨率不仅会增加设计难度，其公差敏感度也会提高，不利于生产。
因此，行业内亟待一种解决上述问题的方案。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种远心镜头，该远心镜头具有高放大倍率、高分辨率、公差敏感度低的优点，在具备优良成像质量的同时，该镜头易于生产，满足市场的需要。
为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：
一种远心镜头，包括机械系统和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具有正光焦度和双凸结构的第一透镜G1、具有负光焦度和弯月结构的第二透镜G2、具有正光焦度和双凸结构的第三透镜G3、具有负光焦度和双凹结构的第四透镜G4、棱镜、具有正光焦度的第五透镜G5以及具有正光焦度和双凹结构的第六透镜G6，所述第二透镜G2、第三透镜G3和第四透镜G4依次胶合形成胶合透镜组U1，所述光学系统的焦距为f’。
作为本发明所述的远心镜头的一种改进，所述第五透镜G5为弯月结构或平凸结构。
作为本发明所述的远心镜头的一种改进，所述第一透镜G1的焦距为f1，其与光学系统的焦距f’满足关系式：1<|f1/f’|<2。
作为本发明所述的远心镜头的一种改进，所述第二透镜G2的焦距为f2，其与光学系统的焦距满足关系式：1<|f2/f’|<2，所述第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，它们分别满足关系式：1.65<n2<1.75，50<v2<60。
作为本发明所述的远心镜头的一种改进，所述第三透镜G3的焦距为f3，其与光学系统的焦距f’满足关系式：0.4<|f3/f’|<1.4，所述第三透镜G3的折射率为n3，阿贝数为v3，它们分别满足关系式：1.45<n3<1.55，70<v3<85。
作为本发明所述的远心镜头的一种改进，所述第四透镜G4的焦距为f4，其与光学系统的焦距f’满足关系式：0.7<|f4/f’|<1.7，所述第四透镜G4的折射率为n4，阿贝数为v4，它们分别满足关系式：1.70<n4<1.80，45<v4<55。
作为本发明所述的远心镜头的一种改进，还包括光阑，所述光阑设置于所述棱镜与所述第五透镜G5之间。
作为本发明所述的远心镜头的一种改进，所述第五透镜G5的焦距为f5，其与光学系统的焦距f’满足关系式：0.5<|f5/f’|<1.5。
作为本发明所述的远心镜头的一种改进，所述第六透镜G6的焦距为f6，其与光学系统的焦距f’满足关系式：0.5<|f6/f’|<1.5。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过第一透镜G1、胶合透镜组U1、棱镜、第五透镜G5和第六透镜G6的配合，实现了在高放大倍率下依然具有较高的分辨率与较低的公差敏感度，极大地满足了市场的需要。
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场曲图；
图4为本发明中光学系统的光学畸变图；
图5为本发明中光学系统的MTF图；
其中，0-光学系统；1-棱镜，2-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1～5所示，一种远心镜头，包括机械系统和安装于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具有正光焦度和双凸结构的第一透镜G1、具有负光焦度和弯月结构的第二透镜G2、具有正光焦度和双凸结构的第三透镜G3、具有负光焦度和双凹结构的第四透镜G4、棱镜1、具有正光焦度、弯月结构或平凸结构的第五透镜G5以及具有正光焦度和双凹结构的第六透镜G6，第二透镜G2、第三透镜G3和第四透镜G4依次胶合形成胶合透镜组U1，光学系统0的焦距为f’。
优选的，第一透镜G1的焦距为f1，其与光学系统0的焦距f’满足关系式：1<|f1/f’|<2，在本发明中，第一透镜G1为低色散的冕牌玻璃。
优选的，第二透镜G2的焦距为f2，其与光学系统0的焦距满足关系式：1<|f2/f’|<2，第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，它们分别满足关系式：1.65<n2<1.75，50<v2<60。
优选的，第三透镜G3的焦距为f3，其与光学系统0的焦距f’满足关系式：0.4<|f3/f’|<1.4，第三透镜G3的折射率为n3，阿贝数为v3，它们分别满足关系式：1.45<n3<1.55，70<v3<85。
优选的，第四透镜G4的焦距为f4，其与光学系统0的焦距f’满足关系式：0.7<|f4/f’|<1.7，第四透镜G4的折射率为n4，阿贝数为v4，它们分别满足关系式：1.70<n4<1.80，45<v4<55。
优选的，还包括光阑2，光阑2设置于棱镜1与第五透镜G5之间，可以通过棱镜1导入同轴照明光源或其他成像系统。
优选的，第五透镜G5的焦距为f5，其与光学系统0的焦距f’满足关系式：0.5<|f5/f’|<1.5，在本发明中，第五透镜G5为镧冕牌玻璃。
优选的，第六透镜G6的焦距为f6，其与光学系统0的焦距f’满足关系式：0.5<|f6/f’|<1.5。
在本发明中，第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、以及第四透镜G4承担了光学系统0主要的像差校正、平衡的任务，低色散的第一透镜G1和第三透镜G3以及胶合透镜U1的配合有利于校正高倍率、高分辨率远心镜头存在的色差，同时第二透镜G2、第三透镜G3和第四透镜G4有利于减小透镜单个折射面承担的像差，可以有效降低光学系统0的公差敏感度。
在本实例中，光学系统0的数据如下：
此外，各焦距的数据为：f'＝41.81mm，f1＝62.34mm，f2＝-68.75mm，f3＝30.25mm，f4＝-43.20mm，f5＝40.03mm，f6＝-27.12mm；|f1/f'|＝1.49，|f2/f'|＝1.64，|f3/f'|＝0.72，|f4/f'|＝1.03，|f5/f'|＝0.96，|f6/f'|＝0.65。
在本实例中，远心镜头光学系统0的工作距离为114mm，物像共轭距为255mm，半像高为5.5mm，有效光圈值为6.5，放大倍率为1倍。
附图3、4、5分别为本发明实施例场曲图、畸变图、MTF图，由图中可以看出，本发明的远心度小于0.1°，畸变小于0.1％，MTF在145lp/mm时大于0.3，具有高分辨率和公差敏感度低的特点，符合高分辨率远心镜头的要求。
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 (9)
1.一种远心镜头，其特征在于：包括机械系统和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具有正光焦度和双凸结构的第一透镜G1、具有负光焦度和弯月结构的第二透镜G2、具有正光焦度和双凸结构的第三透镜G3、具有负光焦度和双凹结构的第四透镜G4、棱镜(1)、具有正光焦度的第五透镜G5以及具有正光焦度和双凹结构的第六透镜G6，所述第二透镜G2、第三透镜G3和第四透镜G4依次胶合形成胶合透镜组U1，所述光学系统(0)的焦距为f’。
2.根据权利要求1所述的远心镜头，其特征在于：所述第五透镜G5为弯月结构或平凸结构。
3.根据权利要求1所述的远心镜头，其特征在于：所述第一透镜G1的焦距为f1，其与光学系统(0)的焦距f’满足关系式：1<|f1/f’|<2。
4.根据权利要求1所述的远心镜头，其特征在于：所述第二透镜G2的焦距为f2，其与光学系统(0)的焦距满足关系式：1<|f2/f’|<2，所述第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，它们分别满足关系式：1.65<n2<1.75，50<v2<60。
5.根据权利要求1所述的远心镜头，其特征在于：所述第三透镜G3的焦距为f3，其与光学系统(0)的焦距f’满足关系式：0.4<|f3/f’|<1.4，所述第三透镜G3的折射率为n3，阿贝数为v3，它们分别满足关系式：1.45<n3<1.55，70<v3<85。
6.根据权利要求1所述的远心镜头，其特征在于：所述第四透镜G4的焦距为f4，其与光学系统(0)的焦距f’满足关系式：0.7<|f4/f’|<1.7，所述第四透镜G4的折射率为n4，阿贝数为v4，它们分别满足关系式：1.70<n4<1.80，45<v4<55。
7.根据权利要求1所述的远心镜头，其特征在于：还包括光阑(2)，所述光阑(2)设置于所述棱镜(1)与所述第五透镜G5之间。
8.根据权利要求1所述的远心镜头，其特征在于：所述第五透镜G5的焦距为f5，其与光学系统(0)的焦距f’满足关系式：0.5<|f5/f’|<1.5。
9.根据权利要求1所述的远心镜头，其特征在于：所述第六透镜G6的焦距为f6，其与光学系统(0)的焦距f’满足关系式：0.5<|f6/f’|<1.5。
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