CN109358408B - 一种大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，包括由物方到像方依次设置的调焦组和固定组，调焦组包括第一透镜、第二透镜、第三透镜；固定组包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜；第六透镜与第七透镜胶合成第一胶合透镜，光学系统、调焦组和固定组的焦距分别为f、fGA和fGB，它们分别满足关系式：0.73<|fGA/f|<1.53，3.27<fGB/f<4.66，本发明具有大视场角、高分辨率、低畸变等特点，可支持工作距离80mm到无穷远的清晰对焦。

Description

一种大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头。

背景技术

机器视觉系统的作用在于使用视觉装置对目标件进行测量、判断和检测缺陷等，来减小或者是消除人为操作时的误判，提高测量精度和稳定性。其核心原理是通过机器视觉镜头将光信号传递给相机，再由相机将光信号转化为电信号给图像处理系统，图像处理系统对所采集的图像信息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。

一方面，在工业自动化的大背景下，机器视觉需求与日俱增，特别是在电子制造、汽车和航天等要求比较精密的行业中，对机器视觉镜头的分辨精度、适用工作范围、光学畸变等要求越来越高。另一方面，随着芯片技术不断的进步，相机的像元尺寸越来越小，这就要求与之匹配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分辨精度不够高，与小像元的成像芯片匹配时无法充分发挥出相机的性能，因此对于高分辨率机器视觉镜头的研发更为迫切。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的种大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，该镜头的视场大于33°，工作距离支持80mm到无穷远，并且具有高分辨率和低畸变的特点。

为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，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方依次设置的调焦组GA和固定组GB，所述调焦组GA包括第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3；所述固定组GB包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9；所述第六透镜G6与所述第七透镜G7胶合成第一胶合透镜U1，所述光学系统、调焦组GA和固定组GB的焦距分别为f、fGA和fGB，它们分别满足关系式：0.73<|fGA/f|<1.53，3.27<fGB/f<4.66；所述光学系统焦距f与第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距f(G4-G5)，满足关系：0.94<f(G4-G5)/f<1.60；所述光学系统焦距f与第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距f(G6-G9)，满足关系：0.94<f(G6-G9)/f<1.87。

作为本发明所述的大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头的改进，所述第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8、第九透镜G9和第一胶合透镜U1均为球面镜。

作为本发明所述的大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头的改进，所述第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL与光学系统的焦距f，满足关系式|TTL/f|>5.4。

作为本发明所述的大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头的改进，所述光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f，满足关系式|BFL/f|<1.17。

作为本发明所述的大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头的改进，所述光学系统的半像高y’与光学系统的焦距f，满足关系式|y’/f|<0.42。

作为本发明所述的大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头的改进，还包括光阑，所述光阑位于所述第五透镜G5与所述第六透镜G6之间，所述光阑的孔径为圆孔。

本发明的有益效果在于：通过上述结构实现了一种具有大视场角、高分辨率、低畸变等特点，可支持工作距离80mm到无穷远清晰对焦，焦距为12mm的机器视觉镜头，最大成像面为φ9mm，其分辨率可达230lp/mm，即对应的最大成像芯片1/1.8”时，其像素可达到8百万。

附图说明

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

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中光学系统的光路图；

图3为本发明中光学系统的MTF图；

图4为本发明中光学系统的光学畸变图；

其中，0-光学系统；1-光阑。

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。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，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发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

如图1～4所示，一种大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，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包括由物方到像方依次设置的调焦组GA和固定组GB，调焦组GA包括第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3；固定组GB包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9；第六透镜G6与第七透镜G7胶合成第一胶合透镜U1，在对焦过程中，所述镜头的固定组GB不动，通过调节调焦组GA的前后位置实现清晰对焦；光学系统0、调焦组GA和固定组GB的焦距分别为f、fGA和fGB，它们分别满足关系式：0.73<|fGA/f|<1.53，3.27<fGB/f<4.66；光学系统0焦距f与第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距f(G4-G5)，满足关系：0.94<f(G4-G5)/f<1.60；光学系统0焦距f与第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距f(G6-G9)，满足关系：0.94<f(G6-G9)/f<1.87。

优选的，第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8、第九透镜G9和第一胶合透镜U1均为球面镜。

优选的，第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL与光学系统0的焦距f，满足关系式|TTL/f|>5.4。

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|<1.17。

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|<0.42。

优选的，还包括光阑1，光阑1位于第五透镜G5与第六透镜G6之间，光阑1的孔径为圆孔。

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12mm，调焦组焦距fGA＝-13.6mm，固定组焦距fGB＝47.1mm，第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距f(G4-G5)＝15.4mm，第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距f(G6-G9)＝16.3mm，第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL＝70mm(工作距离为0.3m时)，光学系统0的后截距BFL＝13.3mm，半像高y’＝4.5mm。各个关系式：|fGA/f|＝1.13；fGB/f＝3.92；f(G4-G5)/f＝1.28；f(G6-G9)/f＝1.36；TTL/f＝5.83；BFL/f＝1.11；y’/f＝0.37，均满足关系式：0.73<|fGA/f|<1.53，3.27<fGB/f<4.66；0.94<f(G4-G5)/f<1.60；0.94<f(G6-G9)/f<1.87；TTL/f>5.4；BFL/f<1.17；y’/f<0.42。

图3所示为本实施例在工作距离0.3m时的MTF曲线图，全视场在230lp/mm的MTF值>0.25，理论分辨精度可达2.2微米，实现镜头的高分辨成像。

图4为本实施例在工作距离0.3m时的波长541nm光学畸变图，全视场畸变<0.3％。

本实施例实现了一种具有大视场角、高分辨率、低畸变等特点，可支持工作距离80mm到无穷远清晰对焦，焦距为12mm的机器视觉镜头，最大成像面为φ9mm，其分辨率可达230lp/mm，即对应的最大成像芯片1/1.8”时，其像素可达到8百万。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明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，并能够在本文所述发明构想范围内，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发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，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)包括由物方到像方依次设置的调焦组GA和固定组GB，所述调焦组GA包括第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3；所述固定组GB包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8和第九透镜G9；所述第六透镜G6与所述第七透镜G7胶合成第一胶合透镜U1，所述光学系统(0)、调焦组GA和固定组GB的焦距分别为f、fGA和fGB，它们分别满足关系式：0.73<|fGA/f|<1.53，3.27<fGB/f<4.66；所述光学系统(0)焦距f与第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距f(G4-G5)，满足关系：0.94<f(G4-G5)/f<1.60；所述光学系统(0)焦距f与第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距f(G6-G9)，满足关系：0.94<f(G6-G9)/f<1.87；

其中，所述第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL与光学系统(0)的焦距f，满足关系式|TTL/f|>5.4；所述光学系统(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|<1.17；所述光学系统(0)的半像高y’与光学系统(0)的焦距f，满足关系式|y’/f|<0.42。

2.根据权利要求1所述的大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，其特征在于：所述第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8、第九透镜G9和第一胶合透镜U1均为球面镜。

3.根据权利要求1所述的大视场宽工作距离高分辨率机器视觉镜头，其特征在于：还包括光阑(1)，所述光阑(1)位于所述第五透镜G5与所述第六透镜G6之间，所述光阑(1)的孔径为圆孔。