CN210348041U

CN210348041U - 一种高解析度定焦镜头

Info

Publication number: CN210348041U
Application number: CN201921131559.2U
Authority: CN
Inventors: 曾振煌; 林佳敏; 卢盛林
Original assignee: Guangdong OPT Machine Vision Co Ltd
Current assignee: Guangdong OPT Machine Vision Co Ltd
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2029-07-18

Abstract

本实用新型属于机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种高解析度定焦镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，所述光学系统包括由物方到像依次设置的具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及弯月结构的第六透镜G6。实现了焦距为8mm的定焦机器视觉镜头的光学系统，像方F数为2.8，最大成像面为φ9mm，较高的解析度，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm小像元芯片，其通光孔径也可灵活调节。

Description

一种高解析度定焦镜头

技术领域

本实用新型属于机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种高解析度定焦镜头。

背景技术

在工业自动化的浪潮中，机器视觉系统广泛地应用于各行各业，而在电子制造、液晶屏缺陷检测、食品包装、色选等应用中，对成像的解析度要求越来越高。此外，芯片技术不断的进步，像元尺寸越来越小，这就要求与之匹配的的镜头分辨率要进一步提高。然而国内现有的定焦机器视觉镜头普遍存在解析度不够高，与小像元的成像芯片匹配时无法充分发挥出相机的性能。具体不足之处有：光学畸变大、解析度低、镜头体积庞大或是工作距离偏远等等，因此对于更高光学性能的镜头的研发就更为迫切。

综上可知，相关技术亟待完善。

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，而提供一种高解析度定焦镜头，具有较高的解析度，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm小像元芯片；且低畸变、有良好的色差矫正能力。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高解析度定焦镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，所述光学系统包括由物方到像依次设置的具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及弯月结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、具有负光焦度及双凹结构的第八透镜G8、具有正光焦度及双凸结构的第九透镜G9、具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10，所述的各个透镜均为球面镜，所述第一透镜G1和所述第二透镜G2胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第六透镜G6和所述第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第八透镜G8和所述第九透镜G9胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜组U3，所述光学系统的焦距f，所述第一胶合透镜组的焦距f_U1，所述第二胶合透镜组的焦距f_U2，所述第三胶合透镜组的焦距f_U3，分别满足关系式：2.5<|f_U1/f|<4.5，2.0<|f_U2/f|<4.0，500<|f_U3/f|<1000。

作为本实用新型所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第十透镜G10后表面顶点的距离L与所述光学系统的焦距f，满足关系式：|L/f|>1.5。

作为本实用新型所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述光学系统的光学后截距BFL与所述光学系统的焦距f，满足关系式：|BFL/f|>1.2。

作为本实用新型所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述光学系统的半像高y'与所述光学系统的焦距f，满足关系式：|y'/f|＜0.65。

作为本实用新型所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第一透镜G1的焦距为f_G1，所述第二透镜G2的焦距为f_G2，焦距f_G2和焦距f_U1的比值分别满足关系式：0.5＜|f_G1/f_U1|＜0.85；0.25＜|f_G2/f_U1|＜0.5。

作为本实用新型所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第三透镜G3的折射率为n3，满足关系式：1.65＜n3＜1.80；所述第四透镜G4的折射率为n4，满足关系式：1.55＜n4＜1.65；所述第五透镜G5的折射率为n5，满足关系式：1.85＜n5＜1.95。

作为本实用新型所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第六透镜G6的焦距为f_G6，所述第七透镜G7的焦距为f_G7，其焦距f_G6和焦距f_U2的比值，焦距f_G7和焦距f_U2的比值同时满足关系式：0.85＜|f_G6/f_U2|＜1.2；0.3＜|f_G7/f_U2|＜0.6。

作为本实用新型所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第八透镜G8的焦距为f_G8，所述第九透镜G9的焦距为f_G9，其焦距f_G8和f_G9的比值满足关系式：0.85＜|f_G8/f_G9|＜1.20。

作为本实用新型所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第十透镜G10的折射率为n10，满足关系式：1.75＜n10＜1.85。

作为本实用新型所述的高解析度定焦镜头的一种改进，还包括光阑，所述光阑设置于所述第五透镜G5和所述第六透镜G6之间，所述光阑的孔径为圆孔，所述光阑的光圈在F2.8～F16范围内可调。

本实用新型的有益效果在于：通过上述结构实现了焦距为8mm的定焦机器视觉镜头的光学系统，像方F数为2.8，最大成像面为φ9mm，较高的解析度，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm小像元芯片，对应的1/1.8″芯片时，其像素可达到八百万像素，全视场最大光学畸变低于0.5％；采用整组对焦方式，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例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为本实用新型实施例中的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中光学系统的光路图；

图3为本实用新型实施例中的光学系统的畸变曲线图；

其中：0-光学系统；G1-第一透镜；G2-第二透镜；G3-第三透镜；G4-第四透镜；G5-第五透镜；G6-第六透镜；G7-第七透镜；G8-第八透镜；G9-第九透镜；G10-第十透镜；11-光阑；U1-第一胶合透镜；U2-第二胶合透镜；U3-第三胶合透镜；L-第一透镜的前表面顶点到第十透镜后表面顶点的距离；BFL-光学系统的光学后截距。

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，一种高解析度定焦镜头，包括机械系统及安装于机械系统内部的光学系统0，光学系统0包括由物方到像依次设置的具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及弯月结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、具有负光焦度及双凹结构的第八透镜G8、具有正光焦度及双凸结构的第九透镜G9、具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10，的各个透镜均为球面镜，第一透镜G1和第二透镜G2胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，第六透镜G6和第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2，第八透镜G8和第九透镜G9胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜组U3，光学系统0的焦距f，第一胶合透镜组的焦距f_U1，第二胶合透镜组的焦距f_U2，第三胶合透镜组的焦距f_U3，分别满足关系式：2.5<|f_U1/f|<4.5，2.0<|f_U2/f|<4.0，500<|f_U3/f|<1000。

优选的，第一透镜G1的前表面顶点到第十透镜G10后表面顶点的距离L与光学系统0的焦距f，满足关系式：|L/f|>1.5。

优选的，光学系统0的光学后截距BFL与光学系统0的焦距f，满足关系式：|BFL/f|>1.2。

优选的，光学系统0的半像高y'与光学系统0的焦距f，满足关系式：|y'/f|＜0.65。

优选的，第一透镜G1的焦距为f_G1，第二透镜G2的焦距为f_G2，焦距f_G2和焦距f_U1的比值分别满足关系式：0.5＜|f_G1/f_U1|＜0.85；0.25＜|f_G2/f_U1|＜0.5。

优选的，第三透镜G3的折射率为n3，满足关系式：1.65＜n3＜1.80；第四透镜G4的折射率为n4，满足关系式：1.55＜n4＜1.65；第五透镜G5的折射率为n5，满足关系式：1.85＜n5＜1.95。

优选的，第六透镜G6的焦距为f_G6，第七透镜G7的焦距为f_G7，其焦距f_G6和焦距f_U2的比值，焦距f_G7和焦距f_U2的比值同时满足关系式：0.85＜|f_G6/f_U2|＜1.2；0.3＜|f_G7/f_U2|＜0.6。

优选的，第八透镜G8的焦距为f_G8，第九透镜G9的焦距为f_G9，其焦距f_G8和f_G9的比值满足关系式：0.85＜|f_G8/f_G9|＜1.20。

优选的，第十透镜G10的折射率为n10，满足关系式：1.75＜n10＜1.85。

本实用新型还包括光阑11，光阑11设置于第五透镜G5和第六透镜G6之间，光阑11的孔径为圆孔，光阑11的光圈在F2.8～F16范围内可调。

在本实例中，光学系统0数据如下：

在本实例中，光学系统0的焦距f为8mm，最大光圈为F#＝2.8，第一胶合透镜组的焦距f_U1＝29.42mm，第二胶合透镜组的焦距f_U2＝24.95mm，第三胶合透镜组的焦距f_U3＝6987.69mm，第一透镜G1的前表面顶点到第十透镜G10的后表面顶点的距离L＝33.3mm，光学后截距BFL＝12.6mm，半像高y’＝4.5mm，第一透镜G1的焦距f_G1＝-23.42mm，第二透镜G2的焦距f_G2＝12.47mm，第六透镜G6的焦距f_G6＝-25.03mm，第七透镜G7的焦距f_G7＝12.90mm，第八透镜G8的焦距f_G8＝-14.47mm，第九透镜G9的焦距f_G9＝15.39mm。

各个关系式：|f_U1/f|＝3.67；|f_U2/f|＝3.11；|f_U3/f|＝873.46；

|L/f|＝4.16；|BFL/f|＝1.57；|y’/f|＝0.56；|f_G1/f_U1|＝0.79；

|f_G2/f_U1|＝0.42；|f_G6/f_U2|＝1.00；|f_G7/f_U2|＝0.51；

|f_G8/f_G9|＝0.94

满足关系式：

2.5<|f_U1/f|<4.5；2.0<|f_U2/f|<4.0；500<|f_U3/f|<1000；

|L/f|>1.5；|BFL/f|>1.2；|y’/f|＜0.65；0.5＜|f_G1/f_U1|＜0.85；

0.25＜|f_G2/f_U1|＜0.5；0.85＜|f_G6/f_U2|＜1.2；

0.3＜|f_G7/f_U2|＜0.6；0.85＜|f_G8/f_G9|＜1.20。

图3所示为本实施例的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.5％；

通过上述结构实现了焦距为8mm的线扫机器视觉镜头的光学系统0，像方F数为2.8，最大成像面为

较高的解析度，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm小像元芯片，对应的1/1.8″芯片时，其像素可达到八百万像素，全视场最大光学畸变低于0.5％；采用整组对焦方式，其通光孔径可灵活调节。

上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，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例的排除，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

1.一种高解析度定焦镜头，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(0)，所述光学系统(0)包括由物方到像依次设置的具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及弯月结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、具有负光焦度及双凹结构的第八透镜G8、具有正光焦度及双凸结构的第九透镜G9、具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10，所述的各个透镜均为球面镜，所述第一透镜G1和所述第二透镜G2胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第六透镜G6和所述第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第八透镜G8和所述第九透镜G9胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜组U3，所述光学系统(0)的焦距f，所述第一胶合透镜组的焦距f_U1，所述第二胶合透镜组的焦距f_U2，所述第三胶合透镜组的焦距f_U3，分别满足关系式：2.5<|f_U1/f|<4.5，2.0<|f_U2/f|<4.0，500<|f_U3/f|<1000。

2.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第十透镜G10后表面顶点的距离L与所述光学系统(0)的焦距f，满足关系式：|L/f|>1.5。

3.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述光学系统(0)的光学后截距BFL与所述光学系统(0)的焦距f，满足关系式：|BFL/f|>1.2。

4.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述光学系统(0)的半像高y'与所述光学系统(0)的焦距f，满足关系式：|y'/f|＜0.65。

5.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜G1的焦距为f_G1，所述第二透镜G2的焦距为f_G2，焦距f_G2和焦距f_U1的比值分别满足关系式：0.5＜|f_G1/f_U1|＜0.85；0.25＜|f_G2/f_U1|＜0.5。

6.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜G3的折射率为n3，满足关系式：1.65＜n3＜1.80；所述第四透镜G4的折射率为n4，满足关系式：1.55＜n4＜1.65；所述第五透镜G5的折射率为n5，满足关系式：1.85＜n5＜1.95。

7.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第六透镜G6的焦距为f_G6，所述第七透镜G7的焦距为f_G7，其焦距f_G6和焦距f_U2的比值，焦距f_G7和焦距f_U2的比值同时满足关系式：0.85＜|f_G6/f_U2|＜1.2；0.3＜|f_G7/f_U2|＜0.6。

8.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第八透镜G8的焦距为f_G8，所述第九透镜G9的焦距为f_G9，其焦距f_G8和f_G9的比值满足关系式：0.85＜|f_G8/f_G9|＜1.20。

9.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第十透镜G10的折射率为n10，满足关系式：1.75＜n10＜1.85。

10.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，还包括光阑(11)，所述光阑(11)设置于所述第五透镜G5和所述第六透镜G6之间，所述光阑(11)的孔径为圆孔，所述光阑(11)的光圈在F2.8～F16范围内可调。