CN206248907U - 低畸变近摄距无热化机器视觉镜头 - Google Patents
低畸变近摄距无热化机器视觉镜头 Download PDFInfo
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Abstract
一种低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,从物方至像方依次包括调焦组、光阑和固定组,所述调焦组包括具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜,具有负光焦度的第五透镜,具有正光焦度的第六透镜,具有正光焦度的第七透镜,具有负光焦度的第八透镜;所述固定组包括具有正光焦度的第九透镜;所述调焦组为正光焦度,调焦组的焦距为f1,固定组为正光焦度,固定组的焦距为f2,有0.35<|f1/f2|<0.5。本实用新型采用固定后组调焦结构,能够实现从无穷远到超近摄距的工作距离内,保持低畸变性能,本实用新型具有在较大的温度范围内保持图像高解析度的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,涉及光学器材领域。
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,分CMOS和CCD两种)将要检测的目标转换成数字量信号,这些数字量信号再传送给专用的图像处理系统(分嵌入式和视频卡方式),图像处理系统根据要检测的目标要求来设置检测任务。然后根据判别的结果来控制现场的设备动作,实现定位、判断、识别、检测和控制等功能。一旦信息在成像系统有严重损失,在后面的环节中试图恢复是非常困难的。
传统的机器视觉镜头,不能满足低畸变效果或者在宽的温度范围内保持清晰的成像,无法解决温度漂移问题,不能满足用户需求。
实用新型内容
本实用新型的目的旨在提供一种具有低畸变性能的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其结构特征是从物方至像方依次包括调焦组、光阑和固定组,所述调焦组包括具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜和具有负光焦度的第四透镜,具有负光焦度的第五透镜,具有正光焦度的第六透镜,具有正光焦度的第七透镜,具有负光焦度的第八透镜;所述固定组包括具有正光焦度的第九透镜。通过所述调焦组、光阑和固定组的组合,能够实现机器视觉镜头的低畸变性能。
进一步,所述第一透镜为弯向像面的凹凸结构;第一透镜的焦距为fL1;
第二透镜为弯向像面的凹凸结构;第二透镜的焦距为fL2
第三透镜为弯向像面的凹凸结构;第三透镜的焦距为fL3;
第四透镜为弯向像面的凹凸或双凹结构;第四透镜的焦距为fL4;
第五透镜为双凹结构;第五透镜的焦距为fL5;
第六透镜为双凸结构;第六透镜的焦距为fL6;
第七透镜为双凸结构;第七透镜的焦距为fL7;
第八透镜为弯向像面的凹凸结构;第八透镜的焦距为fL8;
第九透镜为双凸或凹凸结构;第九透镜的焦距为fL9。
进一步,所述调焦组为正光焦度,调焦组的焦距为f1,所述固定组为正光焦度,固定组的焦距为f2,其满足关系式:0.35<|f1/f2|<0.5。在满足所述关系式的前提下,能够实现机器视觉镜头不同拍摄距离的要求。
进一步,所述第三透镜与第四透镜组成第一胶合透镜B1,所述第一胶合透镜B1的焦距为fB1;所述第五透镜与第六透镜组成第二胶合透镜B2,所述第二胶合透镜B2的焦距为fB2;其满足关系式:0.12<|fB1/fB2|<0.18。在满足所述关系式的前提下,能够实现机器视觉镜头的低畸变性能要求。
进一步,所述调焦组与固定组之间设置有空气间隔d,其满足关系式:2.3mm<d<24.6mm。在满足所述关系式的前提下,能够实现机器视觉镜头不同物距下调焦结构的要求。
进一步,所述调焦组的焦距为f1,调焦组与第一透镜、第二透镜之间满足关系式:1.0<fL1/f1<1.2;7<fL2/f1<12。
进一步,所述固定组的焦距为为f2,固定组与第七透镜、第八透镜之间满足关系式:0.4<fL7/f2<0.5;-5<fL8/f2<-1。
进一步,所述第三透镜的折射率为n3,第三透镜的阿贝数为v3,其满足关系式:1.40≤n3≤1.60;75≤v3≤90。
进一步,所述第四透镜的折射率为n4,第四透镜的阿贝数为v4,其满足关系式:1.60≤n4≤1.75;20≤v4≤30。
进一步,所述第五透镜的折射率为n5,第五透镜的阿贝数为v5,其满足关系式:1.55≤n5≤1.70;28≤v5≤40。
进一步,所述第六透镜的折射率为n6,第六透镜的的阿贝数为v6,其满足关系式:1.60≤n6≤1.70;36≤v6≤55。
进一步,所述光阑位于第四透镜和第五透镜之间,光阑的孔径范围为0.94mm~10.10mm。光阑的通光孔径在F2.0~F22.0范围内可调。
进一步,所述第一透镜至第九透镜均为玻璃球面透镜,第三透镜至第六透镜分别为氟冕玻璃、重火石玻璃、钡火石玻璃、镧冕玻璃制成,第九透镜为重磷冕玻璃制成。
本实用新型在畸变控制上,使用具有对称性的双高斯光学结构,合理分配透镜组和组成各透镜组的光焦度,解决光学畸变特殊问题,使镜头实现大于-0.2%的低畸变性能。
本实用新型采用调焦组作轴向运动来实现不同物距的对焦,镜片群组在轴向运动的过程中可以补偿因物距不同而产生的球差、像散、场曲等像差,使得不同物距的像差都得到很好的校正,从而实现物距无穷远到超近摄距0.1m工作距离范围内图像高解析度。
本实用新型利用光学材料热特性之间的差异,通过不同特性材料的组合来消除温度的影响,解决高低温解析焦点漂移问题,在较大的温度范围内(-40℃~80℃)能够保持图像高解析度,解决了高低温解析不良的技术难点。
本实用新型采用全玻璃九片式结构,全部采用环保玻璃,在确保光学系统无热化性能优良的同时,减小对环境的污染,符合环保要求。
本实用新型中的第一透镜至第九透镜均为玻璃球面透镜,第三透镜至第六透镜分别为国产重氟冕玻璃、重火石玻璃、钡火石玻璃、镧冕玻璃制成;第九透镜为重磷冕玻璃制成,因此能够实现消热差和色差。
本实用新型可兼容2/3″、1/2″、1/1.8″感光芯片COMS/CCD,适用于机器视觉多场合的识别、判断、检测和控制功能,应用前景广阔,提升了市场竞争力。
综上所述,本实用新型能够实现从无穷远到超近摄距的工作距离内,保持低畸变性能,具有在较大的温度范围内保持图像高解析度的特点。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例的透镜示意图。
图2为第一实施例的解析图。
图3为第一实施例的常温20℃解析图。
图4为第一实施例的场曲畸变图。
图5为第一实施例的Spot图。
图6为第一实施例的低温-40℃解析图。
图7为第一实施例的高温80度解析图。
图8为本实用新型第二实施例的解析图。
图9为第二实施例的常温20℃解析图。
图10为第二实施例的Spot图。
图11为第二实施例的场曲畸变图。
图12为第二实施例的低温-40℃解析图。
图13为第二实施例的高温80℃解析图。
图14为本实用新型第三实施例的解析图。
图15为第三实施例的常温20℃解析图。
图16为第三实施例的Spot图。
图17为第三实施例的场曲畸变图。
图18为第三实施例的低温-40℃解析图。
图19为第三实施例的高温80℃解析图。
图中:L1为第一透镜,L2为第二透镜,L3为第三透镜,L4为第四透镜,L5为第五透镜,L6为第六透镜,L7为第七透镜,L8为第八透镜,L9为第九透镜,S1为第一透镜L1的前表面,S2为第一透镜L1的后表面,S3为第二透镜L2的前表面,S4为第二透镜L2的后表面,S5为第三透镜L3的前表面,S6为第三透镜L3的后表面,S7为第四透镜L4的后表面,S8为光阑10的表面,S9为第五透镜L5的前表面,S10为第五透镜L5的后表面,S11为第六透镜L6的后表面,S12为第七透镜L7的前表面,S13为第七透镜L7的后表面,S14为第八透镜L8的前表面,S15为第八透镜L8的后表面,S16为第九透镜L9的前表面,S17为第九透镜L9的后表面,S18为滤光片的前表面,S19为滤光片的后表面,S20为像面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。
第一实施例
参见图1-图7,本低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,从物方至像方依次包括调焦组、光阑和固定组,所述调焦组包括具有正光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3和具有负光焦度的第四透镜L4,具有负光焦度的第五透镜L5,具有正光焦度的第六透镜L6,具有正光焦度的第七透镜L7,具有负光焦度的第八透镜L8;所述固定组包括具有正光焦度的第九透镜L9。
在本实施例中,第一透镜L1为弯向像面的凹凸结构;第一透镜L1的焦距为fL1;第二透镜L2为弯向像面的凹凸结构;第二透镜L2的焦距为fL2;第三透镜L3为弯向像面的凹凸结构;第三透镜L3的焦距为fL3;第四透镜L4为弯向像面的凹凸或双凹结构;第四透镜L4的焦距为fL4;第五透镜L5为双凹结构;第五透镜L5的焦距为fL5;第六透镜L6为双凸结构;第六透镜L6的焦距为fL6;第七透镜L7为双凸结构;第七透镜L7的焦距为fL7;第八透镜L8为弯向像面的凹凸结构;第八透镜L8的焦距为fL8;第九透镜L9为双凸或凹凸结构;第九透镜L9的焦距为fL9。
在本实施例中,所述调焦组为正光焦度,调焦组的焦距为f1,所述固定组为正光焦度,固定组的焦距为f2,其满足关系式:0.35<|f1/f2|<0.5。
所述第三透镜L3与第四透镜L4组成第一胶合透镜B1,所述第一胶合透镜B1的焦距为fB1;所述第五透镜L5与第六透镜L6组成第二胶合透镜B2,所述第二胶合透镜B2的焦距为fB2;其满足关系式:0.12<|fB1/fB2|<0.18。
所述调焦组与固定组之间设置有空气间隔d,其满足关系式:2.3mm<d<24.6mm。
所述调焦组的焦距为f1,调焦组与第一透镜L1、第二透镜L2之间满足关系式:1.0<fL1/f1<1.2;7<fL2/f1<12。
所述固定组的焦距为f2,固定组与第七透镜L7、第八透镜L8之间满足关系式:0.4<fL7/f2<0.5;-5<fL8/f2<-1。
所述第三透镜L3的折射率为n3,第三透镜L3的阿贝数为v3,其满足关系式:1.40≤n3≤1.60;75≤v3≤90。
所述第四透镜L4的折射率为n4,第四透镜L4的阿贝数为v4,其满足关系式:1.60≤n4≤1.75;20≤v4≤30。
所述第五透镜L5的折射率为n5,第五透镜L5的阿贝数为v5,其满足关系式:1.55≤n5≤1.70;28≤v5≤40。
所述第六透镜L6的折射率为n6,第六透镜L6的的阿贝数为v6,其满足关系式:1.60≤n6≤1.70;36≤v6≤55。
所述光阑位于第四透镜和第五透镜之间,光阑的孔径范围为0.94mm~10.10mm。
所述第一透镜L1至第九透镜L9均为玻璃球面透镜,第三透镜L3至第六透镜L6分别为氟冕玻璃、重火石玻璃、钡火石玻璃、镧冕玻璃制成,第九透镜L9为重磷冕玻璃制成。
所述光阑位于第四透镜和第五透镜之间,光阑的孔径范围为0.94mm~10.10mm。
所述光阑的孔径在F2.0~F22.0范围内可调。
所述镜头可兼容2/3″、1/2″、1/1.8″感光芯片COMS/CCD。
在本实施例中,当视觉镜头的9片透镜及一片保护玻璃的焦距、群组空气间隔d以及镜片曲率半径、厚度、间距、折射率、阿贝数分别满足以下条件时:
工作距离WD=600mm,视觉镜头的焦距f=34.7mm,光圈F#=2.08,视场角FOV=17.6°。
fL1 | fL2 | fL3 | fL4 | fL5 | fL6 | fL7 | fL8 | fL9 |
45.27 | 476.26 | 27.26 | -14.13 | -19.25 | 19.67 | 42.15 | -390.48 | 93.72 |
物距(mm) | 无穷远 | 1000 | 600 | 200 | 100 |
d | 3.475 | 5.100 | 6.230 | 12.510 | 24.582 |
上表中,“n”为折射率,“R”为曲率半径,fL1~fL9为各透镜焦距,f1为调焦组焦距,f2为固定组焦距,fB1、fB2为胶合镜片焦距。
图2至图7为工作物距WD=600mm,视觉镜头的焦距f=34.7mm,光圈F#=2.08,视场角FOV=17.6°时的MTF、常温离焦曲线、场曲畸变图、点列图、低温-40℃、高温80℃离焦曲线图,从图中可以看出,系统畸变控制在-2%以内,在低温-40℃、高温80℃时,系统离焦控制在±0.005mm范围内,由此可见,本实用新型第一实施例所提供的机器视觉镜头的畸变,能够满足系统低畸变和大的温度范围内高解析度的要求。
第二实施例
参见图8-图13,在本实施例中,当视觉镜头的9片透镜及一片保护玻璃的焦距、群组空气间隔d以及镜片曲率半径、厚度、间距、折射率、阿贝数分别满足以下条件时:
WD=600mm,f=33.4mm,F#=2.02,FOV=18.3°;
fL1 | fL2 | fL3 | fL4 | fL5 | fL6 | fL7 | fL8 | fL9 |
44.43 | 341.50 | 27.18 | -14.08 | -19.32 | 19.70 | 42.14 | -383.83 | 96.28 |
|f1/f2| | |fB1/fB2| | fL1/f1 | fL2/f1 | fL7/f2 | fL8/f2 |
0.397 | 0.132 | 1.163 | 8.942 | 0.438 | -3.987 |
物距(mm) | 无穷远 | 1000 | 600 | 200 | 100 |
d | 2.319 | 3.817 | 4.855 | 10.559 | 21.272 |
上表中,“n”为折射率,“R”为曲率半径,fL1~fL9为各透镜焦距,f1为调焦组焦距,f2为固定组焦距,fB1、fB2为胶合镜片焦距。
图8至图13为工作物距WD=600mm,焦距f=33.4mm,光圈F#=2.02,视场角FOV=18.3°时的MTF、常温离焦曲线、场曲畸变图、点列图、低温-40℃、高温80℃离焦曲线图,从图中可以看出,系统畸变控制在-2%以内,在低温-40℃、高温80℃时,系统离焦控制在±0.005mm范围内,由此可见,本实用新型第二实施例所提供的机器视觉镜头的畸变,满足系统低畸变和大的温度范围内高解析度的要求。
其余未述部分见第一实施例,不再赘述。
第三实施例
参见图14-图19,在本实施例中,当该视觉镜头的9片透镜及一片保护玻璃的焦距、群组空气间隔d以及镜片曲率半径、厚度、间距、折射率、阿贝数分别满足以下条件时:
WD=600mm,f=35mm,F#=2.04,FOV=17.6°。
fL1 | fL2 | fL3 | fL4 | fL5 | fL6 | fL7 | fL8 | fL9 |
46.41 | 305.05 | 28.01 | -14.01 | -21.61 | 21.03 | 33.26 | -87.62 | 83.03 |
|f1/f2| | |fB1/fB2| | fL1/f1 | fL2/f1 | fL7/f2 | fL8/f2 |
0.490 | 0.176 | 1.141 | 7.502 | 0.401 | -1.055 |
物距(mm) | 无穷远 | 1000 | 600 | 200 | 100 |
d | 3.033 | 4.734 | 5.910 | 12.402 | 24.582 |
表中,“n”为折射率,“R”为曲率半径,fL1~fL9为各透镜焦距,f1为调焦组焦距,f2为固定组焦距,fB1、fB2为胶合镜片焦距。
图14至图19为工作物距WD=600mm,焦距f=35mm,光圈F#=2.04,视场角FOV=17.6°时的MTF、常温离焦曲线、场曲畸变图、点列图、低温-40℃高温80℃离焦曲线图,从图中可以看出,系统畸变控制在-2%以内,在低温-40℃高温80℃时,系统离焦控制在±0.005mm范围内,由此可见,本实用新型第三实施例所提供的机器视觉镜头的畸变,满足系统低畸变和大的温度范围内高解析度的要求。
在第一实施例至第三实施例中,各条件式或关系式应当满足下面表格的条件:
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解,本实用新型不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (13)
1.一种低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是从物方至像方依次包括调焦组、光阑和固定组,
所述调焦组包括具有正光焦度的第一透镜(L1)、具有正光焦度的第二透镜(L2)、具有正光焦度的第三透镜(L3)和具有负光焦度的第四透镜(L4),具有负光焦度的第五透镜(L5),具有正光焦度的第六透镜(L6),具有正光焦度的第七透镜(L7),具有负光焦度的第八透镜(L8);
所述固定组包括具有正光焦度的第九透镜(L9)。
2.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述第一透镜(L1)为弯向像面的凹凸结构;第一透镜(L1)的焦距为fL1;
第二透镜(L2)为弯向像面的凹凸结构;第二透镜(L2)的焦距为fL2;
第三透镜(L3)为弯向像面的凹凸结构;第三透镜(L3)的焦距为fL3;
第四透镜(L4)为弯向像面的凹凸或双凹结构;第四透镜(L4)的焦距为fL4;
第五透镜(L5)为双凹结构;第五透镜(L5)的焦距为fL5;
第六透镜(L6)为双凸结构;第六透镜(L6)的焦距为fL6;
第七透镜(L7)为双凸结构;第七透镜(L7)的焦距为fL7;
第八透镜(L8)为弯向像面的凹凸结构;第八透镜(L8)的焦距为fL8;
第九透镜(L9)为双凸或凹凸结构;第九透镜(L9)的焦距为fL9。
3.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述调焦组为正光焦度,调焦组的焦距为f1,所述固定组为正光焦度,固定组的焦距为f2,其满足关系式:0.35<|f1/f2|<0.5。
4.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述第三透镜(L3)与第四透镜(L4)组成第一胶合透镜B1,所述第一胶合透镜B1的焦距为fB1;所述第五透镜(L5)与第六透镜(L6)组成第二胶合透镜B2,所述第二胶合透镜B2的焦距为fB2;其满足关系式:0.12<|fB1/fB2|<0.18。
5.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述调焦组与固定组之间设置有空气间隔d,其满足关系式:2.3mm<d<24.6mm。
6.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征 是所述调焦组的焦距为f1,调焦组与第一透镜(L1)、第二透镜(L2)之间满足关系式:1.0<fL1/f1<1.2;7<fL2/f1<12。
7.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述固定组的焦距为f2,固定组与第七透镜(L7)、第八透镜(L8)之间满足关系式:0.4<fL7/f2<0.5;-5<fL8/f2<-1。
8.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述第三透镜(L3)的折射率为n3,第三透镜(L3)的阿贝数为v3,其满足关系式:1.40≤n3≤1.60;75≤v3≤90。
9.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述第四透镜(L4)的折射率为n4,第四透镜(L4)的阿贝数为v4,其满足关系式:1.60≤n4≤1.75;20≤v4≤30。
10.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述第五透镜(L5)的折射率为n5,第五透镜(L5)的阿贝数为v5,其满足关系式:1.55≤n5≤1.70;28≤v5≤40。
11.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述第六透镜(L6)的折射率为n6,第六透镜(L6)的阿贝数为v6,其满足关系式:1.60≤n6≤1.70;36≤v6≤55。
12.根据权利要求1所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述光阑位于第四透镜和第五透镜之间,光阑的孔径范围为0.94mm~10.10mm。
13.根据权利要求1至12任一所述的低畸变近摄距无热化机器视觉镜头,其特征是所述第一透镜(L1)至第九透镜(L9)均为玻璃球面透镜,第三透镜(L3)至第六透镜(L6)分别为氟冕玻璃、重火石玻璃、钡火石玻璃、镧冕玻璃制成,第九透镜(L9)为重磷冕玻璃制成。
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