CN208314311U - 一种大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统，包括由物方到像方的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、平凸结构的第二透镜G2，具有负光焦度、平凹结构的第三透镜G3，具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4，具有正光焦度、弯月结构的第五透镜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，所述光学系统的焦距为f，与所述第一透镜G1焦距f1满足关系式：1.1<|f1/f|<1.5。通过上述结构实现了焦距为80mm，最大成像芯片尺寸为80mm，且适用工作距离为200mm～1500mm，能满足不同的工作距离需求，同时其通光孔径也可灵活调节。
Description
技术领域
本实用新型涉及镜头技术领域，具体涉及一种大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统。
背景技术
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断的系统。机器视觉系统通过图像传感装置(分CMOS和CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号，并转变成数字信号，传送给图像处理系统；图像处理系统对数字信号中像素分布、亮度和颜色等信息进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据特征进行判别并控制现场的设备动作。
在工业自动化的大背景下，机器视觉需求与日俱增，已经大量应用于安防监视、成品检验和质量控制等众多领域内。对机器视觉系统而言，镜头是核心部件，通常分为线扫和面阵两种。其中，线扫定焦机器视觉镜头能实时扫描检测传送带上的产品或半成品，成像精度高，响应时间快，在一些高速高精密检测的场合应用广泛。然而国内现有的线扫镜头普遍存在适用工作距离范围小、工作距离改变会使像质降低等缺陷，往往以镜头为中心来将就选择配合能适用的工作条件，大大地限制了其应用场合。
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、宽工作距离、低畸变，适用于10μm像元的高分辨线扫定焦机器视觉镜头。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统，包括由物方到像方的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、平凸结构的第二透镜G2，具有负光焦度、平凹结构的第三透镜G3，具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4，具有正光焦度、弯月结构的第五透镜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，所述光学系统的焦距为f，与所述第一透镜G1焦距f1满足关系式：1.1<|f1/f|<1.5。
作为本实用新型所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统的一种改进，所述第二透镜G2与第三透镜G3组成第一胶合透镜U1，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1；所述第四透镜G4与第五透镜G5组成第二胶合透镜U2，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2；其均满足以下关系式：2<|fU1/f|<3.5；2<|fU2/f|<3.5。
作为本实用新型所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统的一种改进，所述第六透镜G6的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.50<n6<1.65；50<v6<65。
作为本实用新型所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统的一种改进，所述第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，其满足关系式：1.55<n7<1.65；60<v7<70。
作为本实用新型所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统的一种改进，所述第一透镜G1到所述第七透镜G7均为玻璃球面透镜。
作为本实用新型所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统的一种改进，还包括光阑，所述光阑位于所述第三透镜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F32～F4.0范围内可调。
本实用新型的有益效果在于：通过上述结构实现了焦距为80mm，最大成像芯片尺寸为80mm，同时可兼容28mm、43mm、57mm等不同尺寸的成像芯片；对应的最大成像芯片时，像素可达到8K像素，全视场畸变低于0.05％；适用工作距离为200mm～1500mm，能满足不同的应用需求，同时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为本实用新型中光学系统的MTF曲线图；
图4为本实用新型中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之一；
图5为本实用新型中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之二；
图6为本实用新型中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之三；
图7为本实用新型中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之四；
图8为本实用新型中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之五。
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1～2所示，一种大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统，包括由物方到像方的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、平凸结构的第二透镜G2，具有负光焦度、平凹结构的第三透镜G3，具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4，具有正光焦度、弯月结构的第五透镜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，光学系统300的焦距为f，与第一透镜G1焦距f1满足关系式：1.1<|f1/f|<1.5。
优选地，第二透镜G2与第三透镜G3组成第一胶合透镜U1，第一胶合透镜U1的焦距为fU1；第四透镜G4与第五透镜G5组成第二胶合透镜U2，第二胶合透镜U2的焦距为fU2；其均满足以下关系式：2<|fU1/f|<3.5；2<|fU2/f|<3.5。
优选地，第六透镜G6的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.50<n6<1.65；50<v6<65。
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：1.55<n7<1.65；60<v7<70。
优选地，第一透镜G1到第七透镜G7均为玻璃球面透镜，由国产火石、镧冕牌、火石、火石、重镧火石、钡冕牌、重磷冕玻璃组合而成。
本实用新型还包括光阑100，光阑100位于第三透镜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F32～F4.0范围内可调。
通过上述结构实现了焦距为80mm，最大成像芯片尺寸为80mm，同时可能兼容28mm、43mm、57mm等不同尺寸的成像芯片；对应的最大成像芯片时，像素可达到8K像素，全视场畸变低于0.05％；适用工作距离为200mm～1500mm，能满足不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。
在本实施例中，光学系统300数据如下：
在本实施例中，光学系统300的焦距为80mm，光圈为F#＝4.0，视场角FOV＝53°，工作距离WD＝990mm。如图3所示，本实施例的光学系统300在50lp/mm时全视场的MTF值＞0.3，可匹配像元尺寸10μm以上的成像芯片。所述光学系统300的物距范围为200mm～1500mm，当物距发生变化时，透镜G1到G7整组作为调焦组前后移动；具体地，如图4-8所示，当工作距离WD＝1500mm时，光学系统300与成像面200相对位置为65.691mm；当工作距离WD＝1000mm时，光学系统300与成像面200相对位置为68.042mm；当工作距离WD＝500mm时，光学系统300与成像面200相对位置为75.638mm；当工作距离WD＝300mm时，光学系统300与成像面200相对位置为87.267mm；当工作距离WD＝200mm时，光学系统300与成像面200相对位置为104.879mm。
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，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 (6)
1.一种大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统，其特征在于：包括由物方到像方的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、平凸结构的第二透镜G2，具有负光焦度、平凹结构的第三透镜G3，具有负光焦度、弯月结构的第四透镜G4，具有正光焦度、弯月结构的第五透镜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，所述光学系统的焦距为f，与所述第一透镜G1焦距f1满足关系式：1.1<|f1/f|<1.5。
2.根据权利要求1所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统，其特征在于：所述第二透镜G2与第三透镜G3组成第一胶合透镜U1，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1；所述第四透镜G4与第五透镜G5组成第二胶合透镜U2，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2；其均满足以下关系式：2<|fU1/f|<3.5；2<|fU2/f|<3.5。
3.根据权利要求1所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统，其特征在于：所述第六透镜G6的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.50<n6<1.65；50<v6<65。
4.根据权利要求1所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统，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：1.55<n7<1.65；60<v7<70。
5.根据权利要求1所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统，其特征在于：所述第一透镜G1到所述第七透镜G7均为玻璃球面透镜。
6.根据权利要求1所述的大靶面宽工作距离线扫定焦机器视觉镜头的光学系统，其特征在于：还包括光阑，所述光阑位于所述第三透镜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F32～F4.0范围内可调。
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