CN208314310U - 一种大靶面定焦机器视觉线阵镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大靶面定焦机器视觉线阵镜头，该镜头的光学系统由物方到像方依次包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜，具有负光焦度、弯月结构的第三透镜，具有正光焦度、双凸结构的第四透镜，具有负光焦度、双凹结构的第五透镜，具有负光焦度、双凹结构的第六透镜和具有正光焦度、双凸结构的第七透镜；光学系统的焦距为f’，光学系统的靶面半像高为y’，满足关系式：|y’/f’|≥0.45。上述结构实现了焦距在29mm，对应的芯片尺寸为30mm时，主放大倍率为0.10X，可用放大倍率为0.04X～0.33X。在可用放大倍率范围内，通过改变镜头的物距，并调节后截距可清晰成像。

Description

一种大靶面定焦机器视觉线阵镜头

技术领域

本实用新型涉及机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种大靶面定焦机器视觉线阵镜头。

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图像摄取装置(分CMOS和CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

图像摄取装置按照芯片类型分为线阵型和面阵型。在高精度测量领域，通常采用线阵型相机，典型应用领域是检测材料的尺寸或者表面的缺陷，例如金属、塑料、纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动，利用一台或多台相机对其逐行连续扫描，扫描时，可以对单行图像进行处理，或者对由多行组成的面阵图像进行处理。由于线阵型相机传感器的分辨率高,它的测量精度可以达到微米级。

传统定焦机器视觉线阵镜头很难具备良好的解析度和较低的畸变；同时大视场设计不能够有效减小安装所需的空间且传统镜头的解析度会随着放大倍率的改变而产生很大的变动，在可用放大倍率内有没有比较稳定的成像表现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种大靶面定焦机器视觉线阵镜头，在匹配大靶面相机时拥有良好的解析度和较低的畸变；同时大视场设计能够有效减小安装所需的空间；不同于传统镜头的解析度会随着放大倍率的改变而产生很大的变动，该镜头在可用放大倍率内有比较稳定的成像表现。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种大靶面定焦机器视觉线阵镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，所述光学系统由物方到像方依次包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3，具有正光焦度、双凸结构的第四透镜G4，具有负光焦度、双凹结构的第五透镜G5，具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6和具有正光焦度、双凸结构的第七透镜G7；所述第二透镜G2与第三透镜G3组成具有负光焦度的第一胶合透镜B1，所述第四透镜G4与第五透镜G5组成具有正光焦度的第二胶合透镜B2，所述第六透镜G6与第七透镜G7组成具有正光焦度的第三胶合透镜B3；所述光学系统的焦距为f’，所述光学系统的靶面半像高为y’，满足关系式：|y’/f’|≥0.45。

作为本实用新型所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头的一种改进，所述光学系统的焦距为f’，与第一透镜焦距f1之间满足关系式：1<|f1/f’|<1.5；所述第一胶合透镜B1的焦距为fB1，所述第一胶合透镜B2的焦距为fB2，所述第一胶合透镜B3的焦距为fB3，其满足以下关系式：0.7<|fB1/f’|<0.86；0.7<|fB2/f’|<0.86；1<|fB3/f’|<1.29；0.9<|fB1/fB2|<1.1；0.55<|fB1/fB3|<0.86；0.55<|fB2/fB3|<0.86。

作为本实用新型所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头的一种改进，所述第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.95<n1<2.05；20<v1<30。

作为本实用新型所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头的一种改进，所述第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.55<n2<1.65；60<v2<70。

作为本实用新型所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头的一种改进，所述第三透镜G3的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.75<n3<1.85；20<v3<30。

作为本实用新型所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头的一种改进，所述第四透镜G4的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.95<n4<2.05；20<v4<30。

作为本实用新型所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头的一种改进，所述第五透镜G5的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.45<n5<1.55；60<v5<70。

作为本实用新型所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头的一种改进，所述第六透镜G5的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.8<n6<1.9；20<v6<30。

作为本实用新型所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头的一种改进，所述第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，其满足关系式：1.65<n7<1.75；50<v7<60。

作为本实用新型所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头的一种改进，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，光阑的光圈在F2.8～F16范围内可调。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型可以在匹配大靶面相机时拥有良好的解析度和较低的畸变；同时大视场设计能够有效减小安装所需的空间；不同于传统镜头的解析度会随着放大倍率的改变而产生很大的变动，该镜头在可用放大倍率内有比较稳定的成像表现。实现了焦距在29mm，对应的芯片尺寸为30mm时，主放大倍率为0.10X，可用放大倍率为0.04X～0.33X；在可用放大倍率范围内，通过改变镜头的物距，并调节后截距可清晰成像。其中，在标称放大倍率下，全视场畸变小于0.2％。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中光学系统的光路图；

图3为本实用新型的光学系统的MTF曲线图；

图4为本实用新型的光学系统的场曲曲线图；

图5为本实用新型的光学系统的畸变曲线图。

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。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1～5所示，一种大靶面定焦机器视觉线阵镜头，包括机械系统及安装于机械系统内部的光学系统，光学系统由物方到像方依次包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3，具有正光焦度、双凸结构的第四透镜G4，具有负光焦度、双凹结构的第五透镜G5，具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6和具有正光焦度、双凸结构的第七透镜G7；第二透镜G2与第三透镜G3组成具有负光焦度的第一胶合透镜B1，第四透镜G4与第五透镜G5组成具有正光焦度的第二胶合透镜B2，第六透镜G6与第七透镜G7组成具有正光焦度的第三胶合透镜B3；光学系统的焦距为f’，光学系统的靶面半像高为y’，满足关系式：|y’/f’|≥0.45。

优选地，光学系统的焦距为f’，与第一透镜焦距f1之间满足关系式：1<|f1/f’|<1.5；第一胶合透镜B1的焦距为fB1，第一胶合透镜B2的焦距为fB2，第一胶合透镜B3的焦距为fB3，其满足以下关系式：0.7<|fB1/f’|<0.86；0.7<|fB2/f’|<0.86；1<|fB3/f’|<1.29；0.9<|fB1/fB2|<1.1；0.55<|fB1/fB3|<0.86；0.55<|fB2/fB3|<0.86。

优选地，第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.95<n1<2.05；20<v1<30。

优选地，第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.55<n2<1.65；60<v2<70。

优选地，第三透镜G3的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.75<n3<1.85；20<v3<30。

优选地，第四透镜G4的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.95<n4<2.05；20<v4<30。

优选地，第五透镜G5的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.45<n5<1.55；60<v5<70。

优选地，第六透镜G5的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.8<n6<1.9；20<v6<30。

优选地，第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，其满足关系式：1.65<n7<1.75；50<v7<60。

本实用新型还包括光阑100，光阑100设置于第三透镜G3和第四透镜G4之间，光阑100的孔径为圆孔，光阑100的光圈在F2.8～F16范围内可调。

在本实施例中，光学系统的参数如下：

通过上述结构实现了焦距在29mm，对应的芯片尺寸为30mm时，主放大倍率为0.10X，可用放大倍率为0.04X～0.33X。在可用放大倍率范围内，通过改变镜头的物距，并调节后截距可清晰成像。其中，在标称放大倍率下，全视场畸变小于0.2％。如图3所示，本实施例的光学系统在40lp/mm时全视场的MTF值＞0.3，0.8视场MTF值＞0.4，可匹配像元尺寸12.5μm以上的成像芯片。如图4所示本实施例的像面大小为整个视场的像点均在像面位置0.4mm的范围以内，说明本实施例的光学系统有较小的像面弯曲。如图5所示，本实施例全视场畸变控制在±0.05％以内，说明系统畸变量小，满足视觉应用的需求。

上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本实用新型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，并能够在本文所述实用新型构想范围内，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实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大靶面定焦机器视觉线阵镜头，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，所述光学系统由物方到像方依次包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有负光焦度、弯月结构的第三透镜G3，具有正光焦度、双凸结构的第四透镜G4，具有负光焦度、双凹结构的第五透镜G5，具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6和具有正光焦度、双凸结构的第七透镜G7；所述第二透镜G2与第三透镜G3组成具有负光焦度的第一胶合透镜B1，所述第四透镜G4与第五透镜G5组成具有正光焦度的第二胶合透镜B2，所述第六透镜G6与第七透镜G7组成具有正光焦度的第三胶合透镜B3；所述光学系统的焦距为f’，所述光学系统的靶面半像高为y’，满足关系式：|y’/f’|≥0.45。

2.根据权利要求1所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头，其特征在于：所述光学系统的焦距为f’，与第一透镜焦距f1之间满足关系式：1<|f1/f’|<1.5；所述第一胶合透镜B1的焦距为fB1，所述第一胶合透镜B2的焦距为fB2，所述第一胶合透镜B3的焦距为fB3，其满足以下关系式：0.7<|fB1/f’|<0.86；0.7<|fB2/f’|<0.86；1<|fB3/f’|<1.29；0.9<|fB1/fB2|<1.1；0.55<|fB1/fB3|<0.86；0.55<|fB2/fB3|<0.86。

3.根据权利要求1所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头，其特征在于：所述第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.95<n1<2.05；20<v1<30。

4.根据权利要求1所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头，其特征在于：所述第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.55<n2<1.65；60<v2<70。

5.根据权利要求1所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头，其特征在于：所述第三透镜G3的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.75<n3<1.85；20<v3<30。

6.根据权利要求1所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头，其特征在于：所述第四透镜G4的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.95<n4<2.05；20<v4<30。

7.根据权利要求1所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头，其特征在于：所述第五透镜G5的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.45<n5<1.55；60<v5<70。

8.根据权利要求1所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头，其特征在于：所述第六透镜G5的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.8<n6<1.9；20<v6<30。

9.根据权利要求1所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头，其特征在于：所述第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，其满足关系式：1.65<n7<1.75；50<v7<60。

10.根据权利要求1所述的大靶面定焦机器视觉线阵镜头，其特征在于：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，光阑的光圈在F2.8～F16范围内可调。