CN114217415A - 工业镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业镜头。包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一镜组和用于补偿工作距变化的第二镜组，所述第一镜组固定设置，所述第二镜组沿光轴方向移动可调；系统光栏设置在第二镜组中，所述第一镜组包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一透镜和第二透镜,所述第一透镜为双凸透镜，第二透镜为双凹透镜，并且第一透镜和第二透镜组成胶合透镜；所述工业镜头还满足以下关系：1.5<|fg1/fg2|<2.6；56<fg1<69；其中，fg1为第一镜组的焦距，fg2为第二镜组的焦距。本发明一种工业镜头，该镜头分辨率可以匹配8百万像素以上且能适应宽工作距的机器视觉工作。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头领域，特别为一种工业镜头。
背景技术
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品，即图像摄取装置将要检测的目标转换成图像信号，然后由图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标特征，从而实现现场设备动作的控制。
目前，一般2/3″靶面机器视觉镜头，无法兼顾大视野、长焦距、高分辨率及近物距的要求，无法满足高端产品需求。由于机器视觉产品的日益发展，对镜头的探测范围等性能提出了更高的要求。而目前的视觉镜头结构无法进一步缩短物距，满足像质要求。
发明内容
本发明的目的在于：克服以上缺点提供一种工业镜头，该镜头分辨率可以匹配8百万像素以上且能适应宽工作距的机器视觉工作。
本发明通过如下技术方案实现：一种工业镜头，其特征在于：包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一镜组和用于补偿工作距变化的第二镜组，所述第一镜组固定设置，所述第二镜组沿光轴方向移动可调；
系统光栏设置在第二镜组中，所述第一镜组包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一透镜和第二透镜,所述第一透镜为双凸透镜，第二透镜为双凹透镜，并且第一透镜和第二透镜组成胶合透镜；
所述工业镜头还满足以下关系：
1.5<|fg1/fg2|<2.6；
56<fg1<69；
其中，fg1为第一镜组的焦距，fg2为第二镜组的焦距。
当1.5<|fg1/fg2|<2.6不满足时，难以平衡第一镜组和第二镜组之间的球差、慧差像差，而且第一镜组的色差也难以校正。当fg1>69时，将不好校正第一镜组的色差；当fg1<56时，虽然会更好校正色差，但球差、慧差将变得更大，由制造误差带来的性能衰减将变严重。
为了更好的实施本方案,还提供如下优化方案：
优选地，所述第二镜组在光栏后方依次由胶合透镜和单透镜组成。
为了更好的控制第二镜组的色差，在光栏后方至少有一枚镜片的vd>65，其中vd为该镜片的阿贝数，即采用低色散材料。
优选地，所述第二镜组和像面之间设有具有切换功能的滤光片装置或固定滤光片。
优选地，所述第二镜组包括沿光轴方向由物方到像方依次设置第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜；
所述第三透镜为负光焦度的弯月透镜，第四透镜为正光焦度的弯月透镜，第三透镜和第四透镜组成胶合透镜，所述第五透镜为负光焦度的双凹透镜，所述第六透镜为正光焦度的双凸透镜，所述第五透镜和第六透镜组成胶合透镜，所述第七透镜为正光焦度的双凸透镜，所述光栏设置在第三透镜和第四透镜之间。
其中，Rfl>45，Rfl为第一透镜前表面曲率半径。当其曲率半径大于35时，此表面与芯片保护芯片鬼影较弱。优选地，Rfl>45时，此表面与芯片保护芯片鬼影基本不可见。
优选地，所述第二镜组包括沿光轴方向由物方到像方依次设置第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；
所述第三透镜为负光焦度的弯月透镜，第四透镜为正光焦度的双凸透镜，第五透镜为负光焦度的双凹透镜，所述第四透镜和第五透镜组成胶合透镜，所述第六透镜为正光焦度的弯月透镜，第七透镜为负光焦度的弯月透镜，第六透镜和第七透镜组成胶合透镜，所述第八透镜为正光焦度的双凸透镜，所述光栏设置在第四透镜和第五透镜之间。
较之前技术而言，本发明的有益效果为：
1.本发明一种工业镜头，该镜头分辨率可以匹配8百万像素以上且能适应宽工作距的机器视觉工作。
2.本发明采用内调焦方式还有利于镜头的防尘、防潮。
附图说明
图1为本发明实施例一在工作距为无穷远时的结构示意图；
图2为本发明实施例一在工作距为300mm时的结构示意图；
图3为本发明实施例一在工作距为无穷远时的白光下MTF(调制传递函数)曲线图；
图4为本发明实施例一在工作距为300mm时的白光下MTF(调制传递函数)曲线图；
图5为本发明实施例二在工作距为无穷远时的结构示意图；
图6为本发明实施例二在工作距为300mm时的结构示意图；
图7为本发明实施例二在工作距为无穷远时的白光下MTF(调制传递函数)曲线图；
图8为本发明实施例二在工作距为300mm时的白光下MTF(调制传递函数)曲线图。
标号说明：L-第一镜组、L1-第一透镜、L2-第二透镜、G-第二镜组、G1-第三透镜、G2-第四透镜、G3-第五透镜、G4-第六透镜、G5-第七透镜、G6-第八透镜。
具体实施方式
下面结合附图说明对本发明做详细说明：
实施例一：
如图1-4所示，一种工业镜头，包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一镜组L和用于补偿工作距变化的第二镜组G，所述第一镜组L固定设置，所述第二镜组G沿光轴方向移动可调；
系统光栏设置在第二镜组G中，所述第一镜组L包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一透镜L1和第二透镜L2,所述第一透镜L1为双凸透镜，第二透镜L2为双凹透镜，并且第一透镜L1和第二透镜L2组成胶合透镜；
所述第二镜组G包括沿光轴方向由物方到像方依次设置第三透镜G1、第四透镜G2、第五透镜G3、第六透镜G4和第七透镜G5；
所述第三透镜G1为负光焦度的弯月透镜，第四透镜G2为正光焦度的弯月透镜，第三透镜G1和第四透镜G2组成胶合透镜，所述第五透镜G3为负光焦度的双凹透镜，所述第六透镜G4为正光焦度的双凸透镜，所述第五透镜G3和第六透镜G4组成胶合透镜，所述第七透镜G5为正光焦度的双凸透镜，所述光栏设置在第三透镜G1和第四透镜G2之间。
所述镜头的焦距为36.67mm，Fno为2.78，工作距为300mm～无穷远，镜头总长为55.74mm。各个透镜的曲率半径、中心厚度、折射率nd和阿贝数vd等数据，如下表所示。
表中表面序号为沿光线入射的方向依次设置的；
工作距为无穷远和300mm时的可变厚度数据见下表。
| 工作距/mm | D3 | D12 |
| 无穷远 | 14.673 | 17.980 |
| 300 | 9.045 | 23.607 |
其中，工作距为第一枚镜片顶点到物体的距离。
根据以上表格的数据及相关的公式可得：
fg1＝61.20，fg2＝34.97，fg1/fg2＝1.75，vd6＝68.34，其中，fg1为第一镜组的焦距，fg2为第二镜组的焦距，vd6为第六透镜的阿贝数。
图1和图2分别是本发明实施例1在工作距为无穷远和300mm时的镜头结构示意图。物体由远及近时，沿镜头光轴向左移动第2组进行聚焦，以此保持图像清晰。
光学传递函数是用来评价一个光学系统的成像质量较准确、直观和常见的方式，其曲线越高、越平滑，表明系统的成像质量越好，对像差进行了很好的校正。
图3至图4分别是系统在工作距为无穷远和300mm时的白光下MTF(调制传递函数)曲线图。如图3-4所示，可见曲线平滑下降且集中。在160lp/mm时，y′像高3.85mm内MTF值大于0.3。从而实现了系统在白光下，镜头性能匹配2.4μm像元的CMOS。
实施例二：
如图5-8所示，一种工业镜头，包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一镜组L和用于补偿工作距变化的第二镜组G，所述第一镜组L固定设置，所述第二镜组G沿光轴方向移动可调；
系统光栏设置在第二镜组G中，所述第一镜组L包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一透镜L1和第二透镜L2,所述第一透镜L1为双凸透镜，第二透镜L2为双凹透镜，并且第一透镜L1和第二透镜L2组成胶合透镜；
所述第二镜组G包括沿光轴方向由物方到像方依次设置第三透镜G1、第四透镜G2、第五透镜G3、第六透镜G4、第七透镜G5和第八透镜G6；
所述第三透镜G1为负光焦度的弯月透镜，第四透镜G2为正光焦度的双凸透镜，第五透镜G3为负光焦度的双凹透镜，所述第四透镜G2和第五透镜G3组成胶合透镜，所述第六透镜G4为正光焦度的弯月透镜，第七透镜G5为负光焦度的弯月透镜，第六透镜G4和第七透镜G5组成胶合透镜，所述第八透镜G6为正光焦度的双凸透镜，所述光栏设置在第四透镜G2和第五透镜G3之间。
所述镜头焦距为36.61mm，Fno为2.77，工作距为200mm～无穷远，镜头总长为58mm。各个透镜的曲率半径、中心厚度、折射率nd和阿贝数vd等数据，如下表所示。
| 表面序号 | 曲率半径 | 厚度 | 折射率 | 阿贝数 |
| 1 | 25.871 | 3.458 | 1.564 | 60.76 |
| 2 | -67.142 | 1.100 | 1.755 | 27.53 |
| 3 | 225.541 | D3 | ||
| 4 | 16.586 | 3.000 | 1.805 | 25.46 |
| 5 | 9.584 | 2.232 | ||
| 6 | 11.618 | 4.593 | 2.001 | 25.46 |
| 7 | -44.505 | 0.922 | 1.755 | 27.53 |
| 8 | 8.841 | 2.779 | ||
| 光栏 | 平面 | 3.470 | ||
| 10 | -9.430 | 1.866 | 1.589 | 61.25 |
| 11 | -5.842 | 3.000 | 1.808 | 22.76 |
| 12 | -9.944 | 0.120 | ||
| 13 | 50.784 | 2.076 | 1.497 | 81.61 |
| 14 | -20.194 | D14 | ||
| 15 | 平面 | 1.550 | 1.517 | 64.20 |
| 16 | 平面 | 0.500 |
表中表面序号为沿光线入射的方向顺次设置的；
工作距为无穷远和200mm时的可变厚度数据见下表
| 工作距/mm | D3 | D14 |
| 无穷远 | 10.603 | 16.730 |
| 200 | 2.950 | 24.384 |
根据以上表格的数据及相关的公式可得：
fg1＝62.75，fg2＝33.86，fg1/fg2＝1.85，vd8＝81.61，其中，fg1为第一镜组的焦距，fg2为第二镜组的焦距，vd8为第八透镜的阿贝数。
图5和图6分别是本发明实施例1在工作距为无穷远和200mm时的镜头结构示意图。物体由远及近时，向左移动第2组进行聚焦，以此保持图像清晰。
图7至图8分别是系统在工作距为无穷远和200mm时的白光下MTF(调制传递函数)曲线图。如图7-8所示，可见曲线平滑下降且集中。在160lp/mm时，y′像高3.85mm内MTF值大于0.3。从而实现了系统在白光下，镜头性能匹配2.4μm像元的CMOS。
上述实施例，采用2个透镜组，第一镜组为固定组，补偿工作距变化的第二镜组为移动组，以及通过各个光学透镜的光焦度的分配，同时采用合理的光学玻璃材质，使得透镜系统的结构形式，透镜的折射率、阿贝系数等参数与成像条件匹配，进而使透镜系统的球差、慧差、象散、场曲、倍率色差、位置色差得到很好的校正，具有良好的宽工作距适用性。
当物体靠近镜头时，第一透镜组保持不动，第二透镜组向物体移动，使物体能在像面上清晰成像。这种内调焦方式还有利于镜头的防尘、防潮。
尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。
Claims (7)
1.一种工业镜头，其特征在于：包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一镜组(L)和用于补偿工作距变化的第二镜组(G)，所述第一镜组(L)固定设置，所述第二镜组(G)沿光轴方向移动可调；
系统光栏设置在第二镜组(G)中，所述第一镜组(L)包括沿光轴方向由物方到像方依次设置的第一透镜(L1)和第二透镜(L2),所述第一透镜(L1)为双凸透镜，第二透镜(L2)为双凹透镜，并且第一透镜(L1)和第二透镜(L2)组成胶合透镜；
所述工业镜头还满足以下关系：
1.5<|fg1/fg2|<2.6；
56<fg1<69；
其中，fg1为第一镜组的焦距，fg2为第二镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于：所述第二镜组(G)在光栏后方依次由胶合透镜和单透镜组成。
3.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于：在光栏后方至少有一枚镜片的vd>65，其中vd为该镜片的阿贝数。
4.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于：所述第二镜组(G)和像面(1)之间设有具有切换功能的滤光片装置或固定滤光片。
5.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于：所述第二镜组(G)包括沿光轴方向由物方到像方依次设置第三透镜(G1)、第四透镜(G2)、第五透镜(G3)、第六透镜(G4)和第七透镜(G5)；
所述第三透镜(G1)为负光焦度的弯月透镜，第四透镜(G2)为正光焦度的弯月透镜，第三透镜(G1)和第四透镜(G2)组成胶合透镜，所述第五透镜(G3)为负光焦度的双凹透镜，所述第六透镜(G4)为正光焦度的双凸透镜，所述第五透镜(G3)和第六透镜(G4)组成胶合透镜，所述第七透镜(G5)为正光焦度的双凸透镜，所述光栏设置在第三透镜(G1)和第四透镜(G2)之间。
6.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于：所述工业镜头还满足以下关系：Rfl>45，Rfl为第一透镜前表面曲率半径。
7.根据权利要求1所述的工业镜头，其特征在于：所述第二镜组(G)包括沿光轴方向由物方到像方依次设置第三透镜(G1)、第四透镜(G2)、第五透镜(G3)、第六透镜(G4)、第七透镜(G5)和第八透镜(G6)；
所述第三透镜(G1)为负光焦度的弯月透镜，第四透镜(G2)为正光焦度的双凸透镜，第五透镜(G3)为负光焦度的双凹透镜，所述第四透镜(G2)和第五透镜(G3)组成胶合透镜，所述第六透镜(G4)为正光焦度的弯月透镜，第七透镜(G5)为负光焦度的弯月透镜，第六透镜(G4)和第七透镜(G5)组成胶合透镜，所述第八透镜(G6)为正光焦度的双凸透镜，所述光栏设置在第四透镜(G2)和第五透镜(G3)之间。
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