CN112731639A - 一种大靶面大视角机器视觉镜头 - Google Patents

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CN112731639A
CN112731639A CN202110081672.XA CN202110081672A CN112731639A CN 112731639 A CN112731639 A CN 112731639A CN 202110081672 A CN202110081672 A CN 202110081672A CN 112731639 A CN112731639 A CN 112731639A
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China
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optical element
lens
lens group
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虞翔
宋喆男
梁宏皓
汤熙斌
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Jiangxi Phoenix Optical Technology Co ltd
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Jiangxi Phoenix Optical Technology Co ltd
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/16—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group
    • G02B15/163—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group
    • G02B15/167—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses
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Abstract

本发明公开了一种大靶面大视角机器视觉镜头，包括从物面至像面依次设置的第一透镜组G1、第二透镜组G2和具有正光焦度的第三透镜组G3，调焦时，第一透镜组G1和第三透镜组G3相对像面固定，第二透镜组G2沿光轴移动。该镜头通过合理控制各透镜组的焦距比、透镜形状和光焦度，可在宽工作距范围内实现高质量成像，畸变小、解像力高，具有大靶面、大视角、高像素性能，且易于实现镜头的小型轻量化。

Description

一种大靶面大视角机器视觉镜头
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体涉及一种大靶面大视角机器视觉镜头。
背景技术
机器视觉是指用机器代替人眼进行测量和判断。视觉镜头捕捉画面，通过工业相机等图像摄取装置，将被摄取目标转换成图像信号，然后通过图像处理系统，对这些信号进行运算并抽取目标特征，如位置、尺寸、外观等，再根据预设条件输出结果，实现自动识别、判断、测量等功能。
现有的机器视觉镜头普遍存在支持靶面小，像素低，视场角小，畸变大等不同种类或不同程度的缺憾。因此随着芯片技术的发展，检测水平的提高，对于小尺寸、大靶面、大视角、高像素、低畸变的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上述问题，提出一种大靶面大视角机器视觉镜头，各工作距下畸变小、解像力高，满足大靶面、大视角、高像素的需求。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
本发明提出的一种大靶面大视角机器视觉镜头，包括从物面至像面依次设置的第一透镜组G1、第二透镜组G2和具有正光焦度的第三透镜组G3，调焦时，第一透镜组G1和第三透镜组G3相对像面固定，第二透镜组G2沿光轴移动；
大靶面大视角机器视觉镜头还满足如下条件：
Figure BDA0002909586650000011
Figure BDA0002909586650000021
其中，f1为第一透镜组G1的焦距，f2为第二透镜组G2的焦距，f12为第一透镜组G1和第二透镜组G2的合成焦距，f为光学系统焦距。
优选地，第一透镜组G1包括从物面至像面依次设置的具有正光焦度的光学元件L11、具有负光焦度的光学元件L12、具有负光焦度的光学元件L13、具有负光焦度的光学元件L14和具有负光焦度的光学元件L15，且满足如下条件：
Figure BDA0002909586650000022
其中，fa为光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14和光学元件L15的合成焦距。
优选地，第一透镜组G1还包括从物面至像面依次设置的光学元件L16和光学元件L17，光学元件L16位于光学元件L15的像面侧且为胶合透镜组，光学元件L17为单透镜。
优选地，第一透镜组G1还包括位于光学元件L17像面侧的光学元件L18，光学元件L18为单透镜。
优选地，光学元件L11为凸面朝向物面的弯月形透镜，并满足如下条件：
Figure BDA0002909586650000023
其中，TTL为机器视觉镜头的光学总长，D为光学元件L11的最大有效半径，θ为机器视觉镜头的半视场角。
优选地，光学元件L11还满足如下条件：
nd1≤1.80
vd1≥43
其中，nd1为光学元件L11的d线折射率，vd1为光学元件L11的阿贝数。
优选地，光学元件L12、光学元件L13和光学元件L14均为凸面朝向物面的弯月形透镜，且满足如下条件：
(nd2+nd3+nd4)/3≥1.9
其中，nd2为光学元件L12的d线折射率，nd3为光学元件L13的d线折射率，nd4为光学元件L14的d线折射率。
优选地，第二透镜组G2包括从物面至像面依次设置的光学元件L21和光学元件L22，光学元件L21为单透镜，光学元件L22为单透镜或胶合透镜组。
优选地，第三透镜组G3包括光学元件L31，光学元件L31为胶合透镜组，并满足如下条件：
Figure BDA0002909586650000031
其中，f31为光学元件L31的焦距，f3为第三透镜组G3的焦距。
优选地，大靶面大视角机器视觉镜头还包括光阑ST，光阑ST位于第一透镜组G1和第二透镜组G2之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)通过控制第一透镜组G1与光学系统焦距之间的比值范围及第一透镜组G1和第二透镜组G2的合成焦距与光学系统焦距之间的比值范围、合理选择调焦群的型倍率，可在一定工作距范围内实现高质量成像；同时通过合理控制第二透镜组G2与光学系统的焦距之间的比值范围，保证整个工作距内诸像差变化小，满足光学系统像素高、靶面大、畸变小、视场角大等特点以外，实现高质量成像。
2)通过合理配置第一透镜组G1中靠近物侧的五片光学元件的光焦度、透镜形状、以及控制该五片光学元件的合成焦距与光学系统焦距之间的比值范围，不仅在1.2英寸大靶面上实现98°以上的大视场角，更满足工业镜头低畸变的需求。同时通过合理选择材料的折射率和阿贝数，将光学系统的位置色差和球差控制在规定范围内，在满足大视场角的同时实现高质量成像。
3)通过控制第一透镜组G1中首镜片的透镜形状能够有效缩短光学总长，在实现大靶面、大视场角成像的同时达到机器视觉镜头的小型轻量化；
4)通过限定第三透镜组G3中靠近物面的第一个光学元件为胶合透镜组，达到调焦过程中的色差校正作用，在满足宽工作距的同时实现高质量成像。
附图说明
图1为本发明实施例1的镜头整体结构示意图；
图2为本发明实施例1的工作距为300mm时球差、像散和畸变图；
图3为本发明实施例1的工作距为300mm时MFT图；
图4为本发明实施例1的工作距为600mm时MFT图；
图5为本发明实施例1的工作距为100mm时MFT图；
图6为本发明实施例2的镜头整体结构示意图；
图7为本发明实施例2的工作距为300mm时球差、像散和畸变图；
图8为本发明实施例2的工作距为300mm时MFT图；
图9为本发明实施例2的工作距为600mm时MFT图；
图10为本发明实施例2的工作距为100mm时MFT图；
图11为本发明实施例3的镜头整体结构示意图；
图12为本发明实施例3的工作距为300mm时球差、像散和畸变图；
图13为本发明实施例3的工作距为300mm时MFT图；
图14为本发明实施例3的工作距为600mm时MFT图；
图15为本发明实施例3的工作距为100mm时MFT图；
图16为本发明实施例4的镜头整体结构示意图；
图17为本发明实施例4的工作距为300mm时球差、像散和畸变图；
图18为本发明实施例4的工作距为300mm时MFT图；
图19为本发明实施例4的工作距为600mm时MFT图；
图20为本发明实施例4的工作距为100mm时MFT图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请说明书中的相关符号定义如下：f1为第一透镜组G1的焦距，f2为第二透镜组G2的焦距，f3为第三透镜组G3的焦距，f12为第一透镜组G1和第二透镜组G2的合成焦距，f为光学系统焦距，fa为光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14和光学元件L15的合成焦距，f31为光学元件L31的焦距，TTL为机器视觉镜头的光学总长，D为光学元件L11的最大有效半径，θ为机器视觉镜头的半视场角，Si为表面号；Ri为曲率半径；di为第i个表面和第i+1个表面之间的轴上表面距离，nd1为光学元件L11的d线折射率，vd1为光学元件L11的阿贝数，nd2为光学元件L12的d线折射率，nd3为光学元件L13的d线折射率，nd4为光学元件L14的d线折射率，nd为折射率，νd为阿贝数，Fno为F数，RED为放大倍率；D(0)为工作距即物面至光学元件L11物面侧面顶点之间的轴上距离，D(1)为第一透镜组G1与第二透镜组G2的相邻面顶点之间的轴上距离，D(2)为第二透镜组G2与第三透镜组G3的相邻面顶点之间的轴上距离，∞表示表面为平面。镜头相关参数数据中，长度单位为mm，以下将省略示出单位。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。
一种大靶面大视角机器视觉镜头，包括从物面至像面依次设置的第一透镜组G1、第二透镜组G2和具有正光焦度的第三透镜组G3，调焦时，第一透镜组G1和第三透镜组G3相对像面固定，第二透镜组G2沿光轴移动；
大靶面大视角机器视觉镜头还满足如下条件：
Figure BDA0002909586650000051
Figure BDA0002909586650000052
其中，f1为第一透镜组G1的焦距，f2为第二透镜组G2的焦距，f12为第一透镜组G1和第二透镜组G2的合成焦距，f为光学系统焦距。
其中，本申请的机器视觉镜头包括从物面至像面依次设置的第一透镜组G1、第二透镜组G2和具有正光焦度的第三透镜组G3，第二透镜组G2可移动调焦。该镜头可以使得在实现大视场角的同时实现高质量成像，满足大靶面、高像素的需求。其中，条件式(1)规定了第一透镜组G1与光学系统焦距之间的比值范围及第一透镜组G1和第二透镜组G2的合成焦距与光学系统焦距之间的比值范围。在条件式(1)的取值范围内有助于合理选择调焦群组即第二透镜组G2的型倍率，满足在一定的工作距内维持良好的成像性能。若超出条件式(1)的范围，则第二透镜组G2作为调焦群的型倍率过高，在调焦过程中引起像面移动量过大，所引入畸变、场曲等像差无法靠第三透镜组G3校正、造成成像质量下降。条件式(2)规定了第二透镜组G2与光学系统焦距之间的比值范围。在条件式(2)的取值范围内有助于合理选择第二透镜组G2的焦距范围，实现大靶面的高质量成像。若超出条件式(2)的范围，则第二透镜组G2的光焦度过大，引入球差、慧差等像差过大，无法通过第三透镜组G3校正，造成成像质量下降。
在一实施例中，第一透镜组G1包括从物面至像面依次设置的具有正光焦度的光学元件L11、具有负光焦度的光学元件L12、具有负光焦度的光学元件L13、具有负光焦度的光学元件L14和具有负光焦度的光学元件L15，且满足如下条件：
Figure BDA0002909586650000061
其中，fa为光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14和光学元件L15的合成焦距。
其中，第一透镜组G1的光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14和光学元件L15依次对应设置为正、负、负、负、负光焦度时，可使得该机器视觉镜头具有大靶面以及98°以上的大视场角。其中，条件式(3)规定了第一透镜组G1靠近物侧的五片光学元件的合成焦距与光学系统焦距之间的比值范围。若超出条件式(3)的上限，则第一透镜组的光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14和光学元件L15合成的光焦度过小，无法构成逆望远结构，无法实现大视场成像。若超过条件式(3)的下限，则第一透镜组G1的光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14和光学元件L15合成的光焦度过大，引入球差、慧差等像差过大，无法靠其他透镜组进行校正，造成成像性能下降。机器视觉镜头满足该条件式(3)时，可获得大视场角的同时保证良好的成像质量。
在一实施例中，第一透镜组G1还包括从物面至像面依次设置的光学元件L16和光学元件L17，光学元件L16位于光学元件L15的像面侧且为胶合透镜组，光学元件L17为单透镜。
其中，通过合理控制光学元件L16和光学元件L17的光焦度，使第一透镜组G1达到适当的放大倍率的同时、校正第一透镜组G1内诸像差，降低第二透镜组G2和第三透镜组G3的像差校正需求。
在一实施例中，第一透镜组G1还包括位于光学元件L17像面侧的光学元件L18，光学元件L18为单透镜。
其中，通过光学元件L18可进一步实现不同光焦度的配合，并调整第一透镜组G1的放大倍率、并进一步校正诸像差，实现组内像差的完全校正。
需要说明的是，为实现更好的组内像差校正效果，根据实际需求第一透镜组G1的光学元件L15的像面侧还可设置任意数量的光学元件，且光学元件可为单透镜或胶合透镜组，如还可在光学元件L18的像面侧增设其它光学元件。
在一实施例中，光学元件L11为凸面朝向物面的弯月形透镜，并满足如下条件：
Figure BDA0002909586650000071
其中，TTL为机器视觉镜头的光学总长，D为光学元件L11的最大有效半径，θ为机器视觉镜头的半视场角。
其中，通过控制第一透镜组G1中首镜片即光学元件L11的透镜形状能够有效缩短光学总长，在实现大靶面成像的同时达到机器视觉镜头的小型化。条件式(4)规定了机器视觉镜头的光学总长、首镜片的光学口径和机器视觉镜头的视场角三者之间的比值范围，能够有效地缩短该镜头的光学总长、减小重量，并满足大视场角的需求。
在一实施例中，光学元件L11还满足如下条件：
nd1≤1.80 (5)
vd1≥43 (6)
其中，nd1为光学元件L11的d线折射率，vd1为光学元件L11的阿贝数。其中，通过合理设定第一透镜组G1中首镜片即光学元件L11材料的折射率和阿贝数，优选光学元件L11为玻璃材料，将光学系统的位置色差和球差控制在规定范围内，在满足大视场角的同时实现高质量成像。若超过条件式(5)的上限时，则正透镜的光焦度过大，球差向负方向移动，造成球差的校正过度，中心成像性能低下。若超过条件式(6)的下限时，则正透镜材料的色散过大，造成位置色差的校正不足，中心成像性能低下。
在一实施例中，光学元件L12、光学元件L13和光学元件L14均为凸面朝向物面的弯月形透镜，且满足如下条件：
(nd2+nd3+nd4)/3≥1.9 (7)
其中，nd2为光学元件L12的d线折射率，nd3为光学元件L13的d线折射率，nd4为光学元件L14的d线折射率。
其中，通过控制第一透镜组G1中的光学元件L12、光学元件L13和光学元件L14的形状，实现大视场角、大靶面的成像要求。且条件式(7)进一步规定了光学元件L12、光学元件L13和光学元件L14三者材料的折射率平均值，优选光学元件L12、光学元件L13和光学元件L14为玻璃材料，若超过条件式(7)的下限，则折射率过低，光学元件光焦度不够，无法满足大视场的成像要求。
在一实施例中，第二透镜组G2包括从物面至像面依次设置的光学元件L21和光学元件L22，光学元件L21为单透镜，光学元件L22为单透镜或胶合透镜组。
其中，镜头在调焦时，第二透镜组G2的设置可满足像面与工作距变化保持一致。需要说明的是，第二透镜组G2还可在光学元件L22的像面侧依次增设若干个光学元件，且光学元件可为单透镜或胶合透镜组。通过各光学元件的配合可实现不同光焦度的配合，并调整放大倍率、校正第二透镜组G2内诸像差。
在一实施例中，第三透镜组G3包括光学元件L31，光学元件L31为胶合透镜组，并满足如下条件：
Figure BDA0002909586650000091
其中，f31为光学元件L31的焦距，f3为第三透镜组G3的焦距。
其中，通过限定光学元件L31即第三透镜组G3中靠近物面的第一个光学元件为胶合透镜组，达到调焦过程中的色差校正，在满足宽工作距的同时实现高质量成像。且条件式(8)进一步规定了第三透镜组G3中首镜片即光学元件L31与第三透镜组G3之间的焦距比值范围。若超过条件式(8)的上限，则光学元件L31的光焦度过大造成的第三透镜组G3总长过长。若超过条件式(8)的下限，则光学元件L31的光焦度过小不能提供足够的色差校正量，无法满足大靶面的高性能成像要求。保证在该范围内，有助于提高成像质量的同时实现小型化。
需要说明的是，为实现不同光焦度的配合，根据实际需求第三透镜组G3的光学元件L31的像面侧还可设置任意数量的光学元件，且光学元件可为单透镜或胶合透镜组。
在一实施例中，大靶面大视角机器视觉镜头还包括光阑ST，光阑ST位于第一透镜组G1和第二透镜组G2之间。
其中，通过调节光阑ST的光通量，保证不同工作距内相对照度的稳定，有利于提高成像质量。需要说明的是，光阑ST的位置可固定不动或跟随第二透镜组G2运动或根据需求设置于镜头中的任意光学元件之间。
以下，基于附图详细说明本申请的大靶面大视角机器视觉镜头相关实施例。
实施例1：
如图1-5所示，一种大靶面大视角机器视觉镜头，包括从物面至像面依次设置的第一透镜组G1、光阑ST、第二透镜组G2、第三透镜组G3。其中，第一透镜组G1包括从物面至像面依次设置的光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14、光学元件L15、光学元件L16、光学元件L17和光学元件L18，第二透镜组G2包括从物面至像面依次设置的光学元件L21、光学元件L22、光学元件L23、光学元件L24和光学元件L25，第三透镜组G3包括从物面至像面依次设置的光学元件L31和光学元件L32
具体地，如图1所示，L11为正弯月透镜，L12为负弯月透镜，L13为负弯月透镜，L14为负弯月透镜，L15为双凹负透镜，L16为从物面至像面依次设置的负弯月透镜和双凸透镜组成的胶合透镜组，L17为双凸正透镜，L18为双凹负透镜；L21为双凸正透镜，L22为负弯月透镜，L23为从物面至像面依次设置的双凹负透镜和双凸正透镜组成的胶合透镜组，L24为双凸正透镜，L25为负弯月透镜；L31为从物面至像面依次设置的正弯月透镜和负弯月透镜组成的胶合透镜组，L32为双凸正透镜。图1中箭头表示第二透镜组G2为调焦群，可沿光轴移动调焦。且在像面和第三透镜组G3之间还设有像面保护玻璃CG。
本实施例镜头的参数满足：f＝8.0，Fno＝2.8，θ＝49.55°。各条件式取值如下：
条件式编号 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
取值 0.28 0.18 -1.88 5.03 1.79 47.52 1.959 -1.20
镜头的各透镜的光学数据参数如下表：
Figure BDA0002909586650000101
Figure BDA0002909586650000111
上述表中，表面号Si所在列中，0表示物面，36即IMG表示像面，表面号1至35依次为从物面至像面的各透镜、孔径光阑、保护玻璃的表面，需要说明的是，胶合透镜组中的不同透镜的胶合面表示为同一个表面。
本实施例调焦数据参数如下表：
NO. I II III
D(0) 300 600 100
RED 0.03 0.01 0.07
f 8.0 8.0 8.2
D(1) 3.03 3.39 1.82
D(2) 0.57 0.21 1.78
如图2所示，本实施例视场角达到99.1°，诸像差图中球面像差控制在0.01mm以内，像散、场曲控制在0.05mm以内，光学畸变小于0.6％；满足机器视觉镜头的各项参数要求。如图3-5所示，在工作距分别为300mm、100mm和600mm时，图中全像高MTF>0.25@150lp/mm，满足高像素、大靶面、宽工作距成像要求，成像质量高。
实施例2：
如图6-10所示，一种大靶面大视角机器视觉镜头，包括从物面至像面依次设置的第一透镜组G1、光阑ST、第二透镜组G2、第三透镜组G3。其中，第一透镜组G1包括从物面至像面依次设置的光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14、光学元件L15、光学元件L16、光学元件L17和光学元件L18，第二透镜组G2包括从物面至像面依次设置的光学元件L21和光学元件L22，第三透镜组G3包括从物面至像面依次设置的光学元件L31、光学元件L32、光学元件L33、光学元件L34、光学元件L35和光学元件L36。
具体地，如图6所示，L11为正弯月透镜，L12为负弯月透镜，L13为负弯月透镜，L14为负弯月透镜，L15为双凹负透镜，L16为从物面至像面依次设置的负弯月透镜和双凸透镜组成的胶合透镜组，L17为双凸正透镜，L18为双凹负透镜；L21为双凸正透镜，L22为负弯月透镜；L31为从物面至像面依次设置的负弯月透镜和双凸正透镜组成的胶合透镜组，L32为双凸正透镜，L33为双凹负透镜，L34为双凸正透镜，L35为负弯月透镜，L36为双凸正透镜。图6中箭头表示第二透镜组G2为调焦群，可沿光轴移动调焦。且在像面和第三透镜组G3之间还设有像面保护玻璃CG。
本实施例镜头的参数满足：f＝8.04，Fno＝2.8，θ＝49.72°。各条件式取值如下：
条件式编号 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
取值 -0.18 0.26 -1.42 5.36 1.74 53.72 1.984 -4.64
镜头的各透镜的光学数据参数如下表：
Figure BDA0002909586650000121
Figure BDA0002909586650000131
上述表中，表面号Si所在列中，0表示物面，37即IMG表示像面，表面号1至36依次为从物面至像面的各透镜、孔径光阑、保护玻璃的表面，需要说明的是，胶合透镜组中的不同透镜的胶合面表示为同一个表面。
本实施例调焦数据参数如下表：
NO. I II III
D(0) 300 600 100
RED 0.03 0.01 0.06
f 8.04 8.12 7.78
D(1) 0.51 0.20 1.52
D(2) 1.20 1.52 0.20
如图7所示，本实施例视场角达到99.44°，诸像差图中球面像差控制在0.01mm以内，像散、场曲控制在0.05mm以内，光学畸变小于0.6％；满足机器视觉镜头的各项参数要求。如图8-10所示，在工作距分别为300mm、100mm和600mm时，图中全像高MTF>0.25@150lp/mm，满足高像素、大靶面、宽工作距成像要求，成像质量高。
实施例3：
如图11-15所示，一种大靶面大视角机器视觉镜头，包括从物面至像面依次设置的第一透镜组G1、光阑ST、第二透镜组G2、第三透镜组G3。其中，第一透镜组G1包括从物面至像面依次设置的光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14、光学元件L15、光学元件L16和光学元件L17，第二透镜组G2包括从物面至像面依次设置的光学元件L21和光学元件L22，第三透镜组G3包括从物面至像面依次设置的光学元件L31、光学元件L32、光学元件L33、光学元件L34和光学元件L35。
具体地，如图11所示，L11为正弯月透镜，L12为负弯月透镜，L13为负弯月透镜，L14为负弯月透镜，L15为负弯月透镜，L16为从物面至像面依次设置的负弯月透镜和双凸透镜组成的胶合透镜组，L17为双凸正透镜；L21为双凹负透镜，L22为从物面至像面依次设置的双凸正透镜和负弯月透镜组成的胶合透镜组；L31为从物面至像面依次设置的双凹负透镜和双凸正透镜组成的胶合透镜组，L32为双凸正透镜，L33为双凹负透镜，L34为从物面至像面依次设置的双凸正透镜和负弯月透镜组成的胶合透镜组，L35为双凸正透镜。图11中箭头表示第二透镜组G2为调焦群，可沿光轴移动调焦。且在像面和第三透镜组G3之间还设有像面保护玻璃CG。
本实施例镜头的参数满足：f＝8.05，Fno＝2.8，θ＝49.55°。各条件式取值如下：
条件式编号 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
取值 -0.26 -0.12 -1.32 5.16 1.69 53.35 1.984 -3.58
镜头的各透镜的光学数据参数如下表：
Figure BDA0002909586650000141
Figure BDA0002909586650000151
上述表中，表面号Si所在列中，0表示物面，35即IMG表示像面，表面号1至34依次为从物面至像面的各透镜、孔径光阑、保护玻璃的表面，需要说明的是，胶合透镜组中的不同透镜的胶合面表示为同一个表面。
本实施例调焦数据参数如下表：
NO. I II III
D(0) 300 600 100
RED 0.03 0.01 0.07
f 8.05 8.00 8.21
D(1) 1.47 1.11 2.74
D(2) 1.77 2.13 0.50
如图12所示，本实施例视场角达到99.1°，诸像差图中球面像差控制在0.01mm以内，像散、场曲控制在0.05mm以内，光学畸变小于0.6％；满足机器视觉镜头的各项参数要求。如图13-15所示，在工作距分别为300mm、100mm和600mm时，图中全像高MTF>0.25@150lp/mm，满足高像素、大靶面、宽工作距成像要求，成像质量高。
实施例4：
如图16-20所示，一种大靶面大视角机器视觉镜头，包括从物面至像面依次设置的第一透镜组G1、光阑ST、第二透镜组G2、第三透镜组G3。其中，第一透镜组G1包括从物面至像面依次设置的光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14、光学元件L15、光学元件L16和光学元件L17，第二透镜组G2包括从物面至像面依次设置的光学元件L21和光学元件L22，第三透镜组G3包括从物面至像面依次设置的光学元件L31、光学元件L32、光学元件L33和光学元件L34。
具体地，如图16所示，L11为正弯月透镜，L12为负弯月透镜，L13为负弯月透镜，L14为负弯月透镜，L15为双凹负透镜，L16为从物面至像面依次设置的负弯月透镜和双凸透镜组成的胶合透镜组，L17为双凸正透镜；L21为双凹负透镜，L22为从物面至像面依次设置的双凸正透镜和负弯月透镜组成的胶合透镜组；L31为从物面至像面依次设置的双凸正透镜和双凹负透镜组成的胶合透镜组，L32为双凸正透镜，L33为负弯月透镜，L34为从物面至像面依次设置的负弯月透镜、双凸正透镜和负弯月透镜组成的胶合透镜组。图16中箭头表示第二透镜组G2为调焦群，可沿光轴移动调焦。且在像面和第三透镜组G3之间还设有像面保护玻璃CG。
本实施例镜头的参数满足：f＝8.00，Fno＝2.8，θ＝50.35°。各条件式取值如下：
条件式编号 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
取值 -0.15 -0.06 -1.57 4.93 1.49 70.42 1.901 -7.61
镜头的各透镜的光学数据参数如下表：
Figure BDA0002909586650000161
Figure BDA0002909586650000171
上述表中，表面号Si所在列中，0表示物面，34即IMG表示像面，表面号1至33依次为从物面至像面的各透镜、孔径光阑、保护玻璃的表面，需要说明的是，胶合透镜组中的不同透镜的胶合面表示为同一个表面。
本实施例调焦数据参数如下表：
NO. I II III
D(0) 300 600 100
RED 0.02 0.01 0.07
f 8.00 7.94 8.21
D(1) 1.92 1.26 4.18
D(2) 2.77 3.42 0.50
如图17所示，本实施例视场角达到100.7°，诸像差图中球面像差控制在0.01mm以内，像散、场曲控制在0.05mm以内，光学畸变小于0.6％；满足机器视觉镜头的各项参数要求。如图18-20所示，在工作距分别为300mm、100mm和600mm时，图中全像高MTF>0.25@150lp/mm，满足高像素、大靶面、宽工作距成像要求，成像质量高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请描述较为具体和详细的实施例，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述大靶面大视角机器视觉镜头包括从物面至像面依次设置的第一透镜组G1、第二透镜组G2和具有正光焦度的第三透镜组G3，调焦时，所述第一透镜组G1和第三透镜组G3相对像面固定，所述第二透镜组G2沿光轴移动；
所述大靶面大视角机器视觉镜头还满足如下条件：
Figure FDA0002909586640000011
Figure FDA0002909586640000012
其中，f1为所述第一透镜组G1的焦距，f2为所述第二透镜组G2的焦距，f12为所述第一透镜组G1和第二透镜组G2的合成焦距，f为光学系统焦距。
2.如权利要求1所述的大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述第一透镜组G1包括从物面至像面依次设置的具有正光焦度的光学元件L11、具有负光焦度的光学元件L12、具有负光焦度的光学元件L13、具有负光焦度的光学元件L14和具有负光焦度的光学元件L15，且满足如下条件：
Figure FDA0002909586640000013
其中，fa为所述光学元件L11、光学元件L12、光学元件L13、光学元件L14和光学元件L15的合成焦距。
3.如权利要求2所述的大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述第一透镜组G1还包括从物面至像面依次设置的光学元件L16和光学元件L17，所述光学元件L16位于所述光学元件L15的像面侧且为胶合透镜组，所述光学元件L17为单透镜。
4.如权利要求3所述的大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述第一透镜组G1还包括位于所述光学元件L17像面侧的光学元件L18，所述光学元件L18为单透镜。
5.如权利要求2所述的大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述光学元件L11为凸面朝向物面的弯月形透镜，并满足如下条件：
Figure FDA0002909586640000021
其中，TTL为机器视觉镜头的光学总长，D为所述光学元件L11的最大有效半径，θ为机器视觉镜头的半视场角。
6.如权利要求2所述的大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述光学元件L11还满足如下条件：
nd1≤1.80
vd1≥43
其中，nd1为所述光学元件L11的d线折射率，vd1为所述光学元件L11的阿贝数。
7.如权利要求2所述的大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述光学元件L12、光学元件L13和光学元件L14均为凸面朝向物面的弯月形透镜，且满足如下条件：
(nd2+nd3+nd4)/3≥1.9
其中，nd2为所述光学元件L12的d线折射率，nd3为所述光学元件L13的d线折射率，nd4为所述光学元件L14的d线折射率。
8.如权利要求1所述的大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述第二透镜组G2包括从物面至像面依次设置的光学元件L21和光学元件L22，所述光学元件L21为单透镜，所述光学元件L22为单透镜或胶合透镜组。
9.如权利要求1所述的大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述第三透镜组G3包括光学元件L31，所述光学元件L31为胶合透镜组，并满足如下条件：
Figure FDA0002909586640000022
其中，f31为所述光学元件L31的焦距，f3为所述第三透镜组G3的焦距。
10.如权利要求1所述的大靶面大视角机器视觉镜头，其特征在于：所述大靶面大视角机器视觉镜头还包括光阑ST，所述光阑ST位于所述第一透镜组G1和第二透镜组G2之间。
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