CN214795378U

CN214795378U - 一种长焦距高均匀度视觉检测系统

Info

Publication number: CN214795378U
Application number: CN202022712569.4U
Authority: CN
Inventors: 谢建城; 李俊攀; 何丽鹏
Original assignee: Fujian Forecam Tiantong Optics Co Ltd
Current assignee: Fujian Forecam Tiantong Optics Co Ltd
Priority date: 2020-11-22
Filing date: 2020-11-22
Publication date: 2021-11-19
Anticipated expiration: 2030-11-22

Abstract

本实用新型提供一种长焦距高均匀度视觉检测系统的机器视觉系统，光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有前透镜组A、光阑、后透镜组B、平板保护玻璃所述前透镜组A包括依次设置的光焦度为正的月牙形透镜A1，光焦度为正的月牙形透镜A2，光焦度为负的月牙形透镜A3。后透镜组B依次包括光焦度为负的月牙形透镜B1，光焦度为正的双凸形透镜B2，光焦度为正的双凸形透镜B3,光焦度为正的月牙形透镜B4，光焦度为负的月牙形透镜B5，平板保护玻璃.该机器视觉系统具有大焦距，工作距离近，结构轻便，大通光，照度高且均匀等特点，可与2/3”500万像素的CMOS适配。

Description

一种长焦距高均匀度视觉检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种长焦距高均匀度视觉检测系统的机器视觉系统。

背景技术

目前已有许多类似此类发明的检测镜头投入使用，但是其他此类镜头都有通光小，结构复杂，照度较低且不均匀，近距像质差，成本太高或者边缘MTF太低等等一系列问题，难以满足现在的检测需求，致此类镜头难以有效推广。

发明内容

本实用新型对上述问题进行了改进，即本实用新型要解决的技术问题是目前检测镜头存在通光小，结构复杂，照度较低且不均匀，近距像质差等问题。

本实用新型的具体实施方案是：一种长焦距高均匀度视觉检测系统，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有前透镜组A、光阑、后透镜组B、平板保护玻璃，所述前透镜组A包括依次设置的光焦度为正的月牙形透镜A1，光焦度为正的月牙形透镜A2，光焦度为负的月牙形透镜A3。所述后透镜组B依次包括光焦度为负的双凹形透镜B1，光焦度为正的双凸形透镜B2，光焦度为正的双凸形透镜B3, 光焦度为正的月牙形透镜B4，光焦度为负的月牙形透镜B5，平板保护玻璃。

进一步的，所述月牙形透镜A1到月牙形透镜A2的空气距离为0.1mm，月牙形透镜A3到光阑的空气距离为2.2 mm，光阑到双凹形透镜B1的空气距离为3.845 mm，双凸形透镜B2到双凸形透镜B3的空气距离为0.1 mm，月牙形透镜B4到月牙形透镜B5的空气距离为1.617mm，月牙形透镜B5到保护平板玻璃D的距离为10.305 mm。

进一步的，所述光焦度为正的月牙形透镜A2，光焦度为负的月牙形透镜A3，通过光学胶水组合成前组胶合片，月牙形透镜A2与月牙形透镜A3材料分别为重冕玻璃和重镧玻璃；光焦度为负的双凹形透镜B1和光焦度为正的双凸形透镜B2，通过光学胶水组合成后组胶合片，双凹形透镜B1和双凸形透镜B2材料分别为火石玻璃和镧火石玻璃，前组胶合片光焦度为正，其后组胶合片光焦度为负。

进一步的，双凸形透镜B3与月牙形透镜B4之间空气距离为2.17 mm～17.18 mm之间。

进一步的，光阑对应光圈数值为2.8～16；焦距为35mm，光学畸变≤1%。

进一步的，物距为500mm时，镜头光学总长TTL≤43mm，光学后焦≥10mm，照度＞95%。

进一步的，设镜头总焦距为f，从左到右的月牙形透镜A1，月牙形透镜A2，月牙形透镜A3，双凹形透镜B1，双凸形透镜B2，双凸形透镜B3,月牙形透镜B4，月牙形透镜B5的焦距依次为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8，则有：

0.4＜|f1/f|＜1.3；0.5＜|f2/f|＜1.7；

0.1＜|f3/f|＜0.5；0.8＜|f4/f|＜1.6；

0.5＜|f5/f|＜1.2；0.8＜|f6/f|＜1.9；

0.4＜|f7/f|＜1.5；0.5＜|f8/f|＜1.2；

从左到右从左到右的月牙形透镜A1，月牙形透镜A2，月牙形透镜A3。双凹形透镜B1，双凸形透镜B2，双凸形透镜B3,月牙形透镜B4，月牙形透镜B5，折射率依次为n1，n2，n3，n4，n5，n6，n7， n8，则有：

1.70＜n1＜1.90；1.55＜n2＜1.62；

1.73＜n3＜1.90；1.52＜n4＜1.73；

1.65＜n5＜1.80；1.73＜n6＜1.95；

1.59＜n7＜1.73；1.78＜n8＜1.92。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本发明结构是在经典的双高斯结构基础上进一步变形，优化得来。双高斯结构的对称特性对于改善像差和高级色差有显著效果，根据双高斯的像差特性，较薄透镜的弯曲可以校正匹兹伐场曲和球差，而厚透镜的曲率变化则可以改善系统的场曲和畸变，所以依次在双高斯之后加入两块透镜，既可以进一步改善初级色差和限制垂轴像差引入又可以调整空气间隔改善照度和场曲。本发明结构采用正负光焦度分离的结构来实现高照度大通光，充分利用光阑的特性改变面型，可达到调整光线在每个面上所形成的入射及出射角度，配合折射率的调整和对渐晕的控制可以很好的平衡光焦度，从而提升照度，达到很高的均匀度。结构中两块胶合片不仅仅对消色差有显著作用，还有助于矫正镜头cra，使其适配于CMOS。

附图说明

图1为本发明实施例的光学系统图。

图2为光学系统调制传递函数图。

图3为光学系统的照度。

图4为光学系统的场曲和畸变图。

图中： C-光阑，1-月牙形透镜A1，2-月牙形透镜A2，3-月牙形透镜A3，4-双凹形透镜B1，5-双凸形透镜B2，6-双凸形透镜B3，7-月牙形透镜B4，8-月牙形透镜B5，D-平板保护玻璃。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1～4所示，一种长焦距高均匀度视觉检测系统，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有前透镜组A、光阑、后透镜组B、平板保护玻璃D，所述前透镜组A包括依次设置的光焦度为正的月牙形透镜A1，光焦度为正的月牙形透镜A2，光焦度为负的月牙形透镜A3。所述后透镜组B依次包括光焦度为负的双凹形透镜B1，光焦度为正的双凸形透镜B2，光焦度为正的双凸形透镜B3, 光焦度为正的月牙形透镜B4，光焦度为负的月牙形透镜B5，平板保护玻璃D.

本实施例中，所述前组月牙形透镜A1到月牙形透镜A2的空气距离为0.1mm，月牙形透镜A3到光阑的空气距离为2.2 mm，光阑到双凹形透镜B1的空气距离为3.845 mm，双凸形透镜B2到双凸形透镜B3的空气距离为0.1 mm，月牙形透镜B4到月牙形透镜B5的空气距离为1.617 mm，月牙形透镜B5到保护平板玻璃D的距离为10.305 mm。

本实施例中，所述光焦度为正的月牙形透镜A2，光焦度为负的月牙形透镜A3，通过光学胶水组合成前组胶合片，月牙形透镜A2与月牙形透镜A3材料分别为重冕玻璃和重镧玻璃；光焦度为负的双凹形透镜B1和光焦度为正的双凸形透镜B2，通过光学胶水组合成后组胶合片，双凹形透镜B1和双凸形透镜B2材料分别为火石玻璃和镧火石玻璃，前组胶合片光焦度为正，其后组胶合片光焦度为负。

本实施例中，双凸形透镜B3与月牙形透镜B4之间空气距离为2.17 mm～17.18 mm之间。

本实施例中，光阑对应光圈数值为2.8～16；焦距为35mm，光学畸变≤1%。

本实施例中，物距为500mm时，镜头光学总长TTL≤43mm，光学后焦≥10mm，照度＞95%。

本实施例中，设镜头总焦距为f，从左到右月牙形透镜A1，月牙形透镜A2，月牙形透镜A3，双凹形透镜B1，双凸形透镜B2，双凸形透镜B3,月牙形透镜B4，月牙形透镜B5的焦距依次为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8，则有：

0.4＜|f1/f|＜1.3；0.5＜|f2/f|＜1.7；

0.1＜|f3/f|＜0.5；0.8＜|f4/f|＜1.6；

0.5＜|f5/f|＜1.2；0.8＜|f6/f|＜1.9；

0.4＜|f7/f|＜1.5；0.5＜|f8/f|＜1.2；

1.70＜n1＜1.90；1.55＜n2＜1.62；

1.73＜n3＜1.90；1.52＜n4＜1.73；

1.65＜n5＜1.80；1.73＜n6＜1.95；

1.59＜n7＜1.73；1.78＜n8＜1.92；

本实施例中，各镜片参数如下，以下曲率半径，厚度，外径单位均为mm：各个表面序号为各个镜片沿图示左至右次序，胶合面作为同一个面：

本实施例中，图1可知本光学系统由8片球面镜片组成，镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有前透镜组A、光阑C、后透镜组B、平板保护玻璃D所述前透镜组A包括依次设置的光焦度为正的月牙形透镜A1，光焦度为正的月牙形透镜A2，光焦度为负的月牙形透镜A3。所述后透镜组B依次包括光焦度为负的双凹形透镜B1，光焦度为正的双凸形透镜B2，光焦度为正的双凸形透镜B3, 光焦度为正的月牙形透镜B4，光焦度为负的月牙形透镜B5，平板保护玻璃D。双高斯后面的透镜的空气间隙的作用与高斯望远物镜中的空气间隙类似，即边缘光线的光高的改变量被这个空气间隙放大，在月牙形透镜B4和月牙形透镜B5上由于第一个元件的欠校正色差使得蓝光比红光的光高降的更多，进而影响色球差（有补偿作用），这也能部分解释了本设计中后面两个元件的阿贝数较低的原因。本发明结构采用正负光焦度分离的结构来实现高照度大通光，系统畸变小，充分减小了图像失真度，可为工业检测提供良好的检测画面。

本申请提供的光学成像镜头包括多片透镜，例如第一透镜至第八透镜。通过合理设置光学成像镜头的总有效焦距与光学成像镜头的最大视场角的相互关系，并优化各透镜的光焦度和面型，彼此合理搭配，使得光学成像镜头小型化、轻薄化的同时，并具有较大成像面。

通过分析光线走向的方式，充分利用光阑的特性改变面型，从而可达到调整光线在每个面上所形成的入射及出射角度，配合折射率的调整可以很好的平衡光焦度，降低蒙特卡洛分布式下的敏感度，从而使光学系统能够经得住结构、工艺等加工或组装带来的偏差，使其具备生产的能力。

本实施例中，镜头采用全玻璃球面镜片，确保光学系统性能的同时保证材料低成本、镜片易加工。采用分组调焦的方式，通过改变双凸透镜B3至双凸透镜B4的空气间距实现宽物距成像保证了0.08m到无穷远物距下优秀的成像质量，在主要工作区间畸变可达控制在1％内，并且在最外视场（ϕ11）时可以保证边缘高像质。系统的CRA小于10°能很好的与图像传感器匹配并且对系统照度有很好的保证。系统适应各种温度，在-20～60℃环境下使用焦点无明显偏移，能保证正常工作。

由图2可知该光学系统在150lp/mm时，其MTF值在0.4至0.6之间，该镜头具备优异的解析图像的能力,适配500万像素的CMOS。

图3为光学系统的照度表，可以看见整个系统照度在95%以上，保证了成像照度的均匀性。

由图4可知此光学系统的光学畸变仅在1%左右，因此该机器视觉光学系统会给工业检测带来很高的图形还原度，不存在边缘变形的现象。

本实施例中，镜头能保证物距在0.08mm到无穷远距离下的成像质量，当物距处于200-1000mm时成像表现最佳。可广泛适用于各种条件的检测环境，由光学指标可知此光学系统总长小，可运用范围更广，前后组镜片口径较小，减小了结构件的尺寸，可使镜头更加小巧；光学系统充分采用价格较低的冕牌玻璃和火石玻璃组合，充分平衡系统光焦度，使系统在高温和低温环境下可以清晰成像。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种长焦距高均匀度视觉检测系统，其特征在于，光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有前透镜组A、光阑、后透镜组B、平板保护玻璃，所述前透镜组A包括依次设置的光焦度为正的月牙形透镜A1，光焦度为正的月牙形透镜A2，光焦度为负的月牙形透镜A3；

所述后透镜组B依次包括光焦度为负的双凹形透镜B1，光焦度为正的双凸形透镜B2，光焦度为正的双凸形透镜B3, 光焦度为正的月牙形透镜B4，光焦度为负的月牙形透镜B5，平板保护玻璃D。

2.根据权利要求1所述的一种长焦距高均匀度视觉检测系统，其特征在于，所述月牙形透镜A1到月牙形透镜A2的空气距离为0.1mm，月牙形透镜A3到光阑的空气距离为2.2 mm，光阑到双凹形透镜B1的空气距离为3.845 mm，双凸形透镜B2到双凸形透镜B3的空气距离为0.1 mm，月牙形透镜B4到月牙形透镜B5的空气距离为1.617 mm，月牙形透镜B5到保护平板玻璃D的距离为10.305 mm。

3.根据权利要求1所述的一种长焦距高均匀度视觉检测系统，其特征在于，所述光焦度为正的月牙形透镜A2，光焦度为负的月牙形透镜A3，通过光学胶水组合成前组胶合片，月牙形透镜A2与月牙形透镜A3材料分别为重冕玻璃和重镧玻璃；光焦度为负的双凹形透镜B1和光焦度为正的双凸形透镜B2，通过光学胶水组合成后组胶合片，双凹形透镜B1和双凸形透镜B2材料分别为火石玻璃和镧火石玻璃，前组胶合片光焦度为正，其后组胶合片光焦度为负。

4.根据权利要求1所述的一种长焦距高均匀度视觉检测系统，其特征在于，双凸形透镜B3与月牙形透镜B4之间空气距离为2.17 mm～17.18 mm之间。

5.根据权利要求1所述的一种长焦距高均匀度视觉检测系统，其特征在于，光阑对应光圈数值为2.8～16；焦距为35mm，光学畸变≤1%。

6.根据权利要求1所述的一种长焦距高均匀度视觉检测系统，其特征在于，物距为500mm时，镜头光学总长TTL≤43mm，光学后焦≥10mm，照度＞95%。

7.根据权利要求1所述的一种长焦距高均匀度视觉检测系统，其特征在于，

设镜头总焦距为f，从左到右的月牙形透镜A1，月牙形透镜A2，月牙形透镜A3，月牙形透镜B1，双凸形透镜B2，双凸形透镜B3,月牙形透镜B4，月牙形透镜B5的焦距依次为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8，则有：

0.4＜|f1/f|＜1.3；0.5＜|f2/f|＜1.7；

0.1＜|f3/f|＜0.5；0.8＜|f4/f|＜1.6；

0.5＜|f5/f|＜1.2；0.8＜|f6/f|＜1.9；

0.4＜|f7/f|＜1.5；0.5＜|f8/f|＜1.2；

从左到右从左到右的月牙形透镜A1，月牙形透镜A2，月牙形透镜A3；

月牙形透镜B1，双凸形透镜B2，双凸形透镜B3,月牙形透镜B4，月牙形透镜B5，折射率依次为n1，n2，n3，n4，n5，n6，n7， n8，则有：

1.70＜n1＜1.90；1.55＜n2＜1.62；

1.73＜n3＜1.90；1.52＜n4＜1.73；

1.65＜n5＜1.80；1.73＜n6＜1.95；

1.59＜n7＜1.73；1.78＜n8＜1.92。