CN110346918A - 一种低畸变线扫镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于镜头技术领域，具体涉及一种低畸变线扫镜头，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依次设置的具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及双凹结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7。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0.05％；采用整组对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。
Description
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体涉及一种低畸变线扫镜头。
背景技术
在工业自动化的浪潮中，机器视觉系统广泛地应用于各行各业。在电子制造、液晶屏尺寸测量、电路板针脚检测等精密检测应用中，往往采用线扫镜头配合线阵相机获取图像，此时，镜头的畸变是机器视觉系统中极其重要的考量因素，直接影响视觉系统的精度。然而国内现有的线扫镜头往往存在光学畸变大、解析度低等不足，因此对于更高光学性能的低畸变线扫镜头的研发就更为迫切。
综上可知，相关技术亟待完善。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种低畸变线扫镜头，具有低畸变、较高的解析度，最高可达100lp/mm，可匹配5μm12K相机；同时具有良好的色差矫正能力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低畸变线扫镜头，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依次设置的具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及双凹结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8，所述第二透镜G2和第三透镜G3胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第四透镜G4和第五透镜G5胶合成具有负光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第六透镜G6和第七透镜G7胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜组U3，所述光学系统的焦距f，所述第一胶合透镜组U1的焦距fU1，所述第二胶合透镜组U2的焦距fU2，所述第三胶合透镜组U3的焦距fU3，分别满足关系式：1.0<|fU1/f|、|fU2/f|<2.5，8<|fU3/f|<15。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，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均为球面镜。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第八透镜G8的后表面顶点的距离L与所述光学系统的焦距f，满足关系式：0.4＜|L/f|＜0.7。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，所述光学系统的光学后截距BFL与所述光学系统的焦距f，满足关系式：0.7＜|BFL/f|＜1.5。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，所述光学系统的半像高y’与所述光学系统的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.45。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，所述第一透镜G1的折射率为n1，其折射率n1满足关系式：1.45＜n1＜1.60。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，所述第二透镜G2的折射率为n2，其焦距为fG2；第三透镜G3的折射率为n3，其焦距为fG3，其折射率n2和n3满足关系式：1.55＜n2、n3＜1.65；其焦距fG2和fG3的比值满足关系式：1＜|fG2/fG3|＜2.0。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，所述第四透镜G4的焦距为fG4，所述第五透镜G5的焦距为fG5，其焦距fG4和fU2的比值，fG5和fU2的比值同时满足关系式：0.10＜|fG4/fU2|、|fG5/fU2|＜0.35。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，所述第六透镜G6的焦距为fG6，所述第七透镜G7的焦距为fG7，其焦距fG6和fU3的比值，fG7和fU3的比值同时满足关系式：0.01＜|fG6/fU3|、|fG7/fU3|＜0.10。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，所述第八透镜G8的折射率为n8，其折射率n8满足关系式：1.65＜n8＜1.8。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，当物距发生变化时，所述第一透镜G1到所述第八透镜G8整组作为调焦组前后移动。
作为本发明所述的低畸变线扫镜头的一种改进，还包括光阑，所述光阑设置于所述第三透镜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F5.6～F45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80mm的线扫机器视觉镜头的光学系统，像方F数为5.6，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0.05％；采用整组对焦方式，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例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为本发明实施例中的结构示意图；
图2为本发明实施例中光学系统的光路图；
图3为本发明实施例中的光学系统的畸变曲线图；
其中：0-光学系统；G1-第一透镜；G2-第二透镜；G3-第三透镜；G4-第四透镜；G5-第五透镜；G6-第六透镜；G7-第七透镜；G8-第八透镜；9-光阑；U1-第一胶合透镜；U2-第二胶合透镜；U3-第三胶合透镜；L-第一透镜的前表面顶点到第八透镜后表面顶点的距离；BFL-光学系统的光学后截距。
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1-2所示，一种低畸变线扫镜头，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包括由物方到像依次设置的具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及双凹结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8，第二透镜G2和第三透镜G3胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，第四透镜G4和第五透镜G5胶合成具有负光焦度的第二胶合透镜组U2，第六透镜G6和第七透镜G7胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜组U3，光学系统0的焦距f，第一胶合透镜组U1的焦距fU1，第二胶合透镜组U2的焦距fU2，第三胶合透镜组U3的焦距fU3，分别满足关系式：1.0<|fU1/f|、|fU2/f|<2.5，8<|fU3/f|<15。
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均为球面镜。
优选的，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0的焦距f，满足关系式：0.4＜|L/f|＜0.7。
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：0.7＜|BFL/f|＜1.5。
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|＜0.45。
优选的，第一透镜G1的折射率为n1，其折射率n1满足关系式：1.45＜n1＜1.60。
优选的，第二透镜G2的折射率为n2，其焦距为fG2；第三透镜G3的折射率为n3，其焦距为fG3，其折射率n2和n3满足关系式：1.55＜n2、n3＜1.65；其焦距fG2和fG3的比值满足关系式：1＜|fG2/fG3|＜2.0。
优选的，第四透镜G4的焦距为fG4，第五透镜G5的焦距为fG5，其焦距fG4和fU2的比值，fG5和fU2的比值同时满足关系式：0.10＜|fG4/fU2|、|fG5/fU2|＜0.35。
优选的，第六透镜G6的焦距为fG6，第七透镜G7的焦距为fG7，其焦距fG6和fU3的比值，fG7和fU3的比值同时满足关系式：0.01＜|fG6/fU3|、|fG7/fU3|＜0.10。
优选的，第八透镜G8的折射率为n8，其折射率n8满足关系式：1.65＜n8＜1.8。
优选的，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。
本发明还包括光阑9，光阑9设置于第三透镜G3和第四透镜G4之间，光阑9的孔径为圆孔，光阑9的光圈在F5.6～F45范围内可调。
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80mm，最大光圈为F#＝5.6，第一胶合透镜组U1的焦距fU1＝-149.05mm，第二胶合透镜组U2的焦距fU2＝-124.32mm，第三胶合透镜组U3的焦距fU3＝898.39mm，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＝45.00mm，光学后截距BFL＝78.60mm，半像高y’＝31.5mm，第二透镜G2的焦距fG2＝42.71mm，第三透镜G3的焦距fG3＝-29.64mm，第四透镜G4的焦距fG4＝-22.84mm，第五透镜G5的焦距fG5＝30.59mm，第六透镜G6的焦距fG6＝-39.11mm，第七透镜G7的焦距fG7＝40.73mm
各个关系式：|fU1/f|＝1.86；|fU2/f|＝1.55；|fU3/f|＝11.22；
|L/f|＝0.56；|BFL/f|＝0.98；|y’/f|＝0.39；|fG2/fG3|＝1.44|fG4/fU2|＝0.18；|fG5/fU2|＝0.25；|fG6/fU3|＝0.044；|fG7/fU3|＝0.045；
满足关系式：1.0<|fU1/f|、|fU2/f|<2.5，8<|fU3/f|<15；
0.4＜|L/f|＜0.7；0.7＜|BFL/f|＜1.5；|y’/f|＜0.45；
1＜|fG2/fG3|＜2.0；0.10＜|fG4/fU2|、|fG5/fU2|＜0.35；
0.01＜|fG6/fU3|、|fG7/fU3|＜0.10。
图3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0.05％；
通过上述结构实现了焦距为80mm的线扫机器视觉镜头的光学系统0，像方F数为5.6，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0.05％；采用整组对焦方式，其通光孔径可灵活调节。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，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例的排除，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 (10)
1.一种低畸变线扫镜头，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)包括由物方到像依次设置的具有正光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及双凹结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、具有正光焦度及弯月结构的第八透镜G8，所述第二透镜G2和第三透镜G3胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第四透镜G4和第五透镜G5胶合成具有负光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第六透镜G6和第七透镜G7胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜组U3，所述光学系统(0)的焦距f，所述第一胶合透镜组U1的焦距fU1，所述第二胶合透镜组U2的焦距fU2，所述第三胶合透镜组U3的焦距fU3，分别满足关系式：1.0<|fU1/f|、|fU2/f|<2.5，8<|fU3/f|<15。
2.如权利要求1所述的低畸变线扫镜头，其特征在于，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第八透镜G8的后表面顶点的距离L与所述光学系统(0)的焦距f，满足关系式：0.4＜|L/f|＜0.7。
3.如权利要求1所述的低畸变线扫镜头，其特征在于，所述光学系统(0)的光学后截距BFL与所述光学系统(0)的焦距f，满足关系式：0.7＜|BFL/f|＜1.5。
4.如权利要求1所述的低畸变线扫镜头，其特征在于，所述光学系统(0)的半像高y’与所述光学系统(0)的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.45。
5.如权利要求1所述的低畸变线扫镜头，其特征在于，所述第一透镜G1的折射率为n1，其折射率n1满足关系式：1.45＜n1＜1.60。
6.如权利要求1所述的低畸变线扫镜头，其特征在于，所述第二透镜G2的折射率为n2，其焦距为fG2；第三透镜G3的折射率为n3，其焦距为fG3，其折射率n2和n3满足关系式：1.55＜n2、n3＜1.65；其焦距fG2和fG3的比值满足关系式：1＜|fG2/fG3|＜2.0。
7.如权利要求1所述的低畸变线扫镜头，其特征在于，所述第四透镜G4的焦距为fG4，所述第五透镜G5的焦距为fG5，其焦距fG4和fU2的比值，fG5和fU2的比值同时满足关系式：0.10＜|fG4/fU2|、|fG5/fU2|＜0.35。
8.如权利要求1所述的低畸变线扫镜头，其特征在于，所述第六透镜G6的焦距为fG6，所述第七透镜G7的焦距为fG7，其焦距fG6和fU3的比值，fG7和fU3的比值同时满足关系式：0.01＜|fG6/fU3|、|fG7/fU3|＜0.10。
9.如权利要求1所述的低畸变线扫镜头，其特征在于，所述第八透镜G8的折射率为n8，其折射率n8满足关系式：1.65＜n8＜1.8。
10.如权利要求1所述的低畸变线扫镜头，其特征在于，还包括光阑(9)，所述光阑(9)设置于所述第三透镜G3和所述第四透镜G4之间，所述光阑(9)的孔径为圆孔，所述光阑(9)的光圈在F5.6～F45范围内可调。
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