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机器视觉镜头有效专利 发明

技术领域

[0001] 本发明涉及一种机器视觉镜头,涉及光学器材领域。

相关背景技术

[0002] 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机器视觉产品(即图像摄取装置,分CMOS和CCD两种)将要检测的目标转换成数字量信号,这些数字量信号再传送给专用的图像处理系统(分嵌入式和视频卡方式),图像处理系统根据要检测的目标要求来设置检测任务。然后根据判别的结果来控制现场的设备动作,实现定位、判断、识别、检测和控制等功能。一旦信息在成像系统有严重损失,在后面的环节中试图恢复是非常困难的。
[0003] 传统的机器视觉镜头,不能满足低畸变效果或者在宽的温度范围内保持清晰的成像,无法解决温度漂移问题,不能满足用户需求。

具体实施方式

[0053] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
[0054] 第一实施例
[0055] 参见图1-图7,本机器视觉镜头,从物方至像方依次包括调焦组、光阑和固定组,所述调焦组包括具有正光焦度的第一透镜L1、具有正光焦度的第二透镜L2、具有正光焦度的第三透镜L3和具有负光焦度的第四透镜L4,具有负光焦度的第五透镜L5,具有正光焦度的第六透镜L6,具有正光焦度的第七透镜L7,具有负光焦度的第八透镜L8;所述固定组包括具有正光焦度的第九透镜L9。
[0056] 在本实施例中,第一透镜L1为弯向像面的凹凸结构;第一透镜L1的焦距为fL1;第二透镜L2为弯向像面的凹凸结构;第二透镜L2的焦距为fL2;第三透镜L3为弯向像面的凹凸结构;第三透镜L3的焦距为fL3;第四透镜L4为弯向像面的凹凸或双凹结构;第四透镜L4的焦距为fL4;第五透镜L5为双凹结构;第五透镜L5的焦距为fL5;第六透镜L6为双凸结构;第六透镜L6的焦距为fL6;第七透镜L7为双凸结构;第七透镜L7的焦距为fL7;第八透镜L8为弯向像面的凹凸结构;第八透镜L8的焦距为fL8;第九透镜L9为双凸或凹凸结构;第九透镜L9的焦距为fL9。
[0057] 在本实施例中,所述调焦组为正光焦度,调焦组的焦距为f1,所述固定组为正光焦度,固定组的焦距为f2,其满足关系式:0.35<|f1/f2|<0.5。
[0058] 所述第三透镜L3与第四透镜L4组成第一胶合透镜B1,所述第一胶合透镜B1的焦距为fB1;所述第五透镜L5与第六透镜L6组成第二胶合透镜B2,所述第二胶合透镜B2的焦距为fB2;其满足关系式:0.12<|fB1/fB2|<0.18。
[0059] 所述调焦组与固定组之间设置有空气间隔d,其满足关系式:2.3mm
[0060] 所述调焦组的焦距为f1,调焦组与第一透镜L1、第二透镜L2之间满足关系式:1.0
[0061] 所述固定组的焦距为f2,固定组与第七透镜L7、第八透镜L8之间满足关系式:0.4
[0062] 所述第三透镜L3的折射率为n3,第三透镜L3的阿贝数为v3,其满足关系式:1.40≤n3≤1.60;75≤v3≤90。
[0063] 所述第四透镜L4的折射率为n4,第四透镜L4的阿贝数为v4,其满足关系式:1.60≤n4≤1.75;20≤v4≤30。
[0064] 所述第五透镜L5的折射率为n5,第五透镜L5的阿贝数为v5,其满足关系式:1.55≤n5≤1.70;28≤v5≤40。
[0065] 所述第六透镜L6的折射率为n6,第六透镜L6的的阿贝数为v6,其满足关系式:1.60≤n6≤1.70;36≤v6≤55。
[0066] 所述光阑位于第四透镜和第五透镜之间,光阑的孔径范围为0.94mm~10.10mm。
[0067] 所述第一透镜L1至第九透镜L9均为玻璃球面透镜,第三透镜L3至第六透镜L6分别为氟冕玻璃、重火石玻璃、钡火石玻璃、镧冕玻璃制成,第九透镜L9为重磷冕玻璃制成。
[0068] 所述光阑位于第四透镜和第五透镜之间,光阑的孔径范围为0.94mm~10.10mm。
[0069] 所述光阑的孔径在F2.0~F22.0范围内可调。
[0070] 所述镜头可兼容2/3″、1/2″、1/1.8″感光芯片COMS/CCD。
[0071] 在本实施例中,当视觉镜头的9片透镜及一片保护玻璃的焦距、群组空气间隔d以及镜片曲率半径、厚度、间距、折射率、阿贝数分别满足以下条件时:
[0072] 工作距离WD=600mm,视觉镜头的焦距f=34.7mm,光圈F#=2.08,视场角FOV=17.6°。
[0073]fL1 fL2 fL3 fL4 fL5 fL6 fL7 fL8 fL9
45.27 476.26 27.26 -14.13 -19.25 19.67 42.15 -390.48 93.72
[0074]|f1/f2| |fB1/fB2| fL1/f1 fL2/f1 fL7/f2 fL8/f2
0.424 0.127 1.139 11.985 0.450 -4.17
[0075]
[0076]
[0077]
[0078] 上表中,“n”为折射率,“R”为曲率半径,fL1~fL9为各透镜焦距,f1为调焦组焦距,f2为固定组焦距,fB1、fB2为胶合镜片焦距。
[0079] 图2至图7为工作物距WD=600mm,视觉镜头的焦距f=34.7mm,光圈F#=2.08,视场角FOV=17.6°时的MTF、常温离焦曲线、场曲畸变图、点列图、低温-40℃、高温80℃离焦曲线图,从图中可以看出,系统畸变控制在-2%以内,在低温-40℃、高温80℃时,系统离焦控制在±0.005mm范围内,由此可见,本发明第一实施例所提供的机器视觉镜头的畸变,能够满足系统低畸变和大的温度范围内高解析度的要求。
[0080] 第二实施例
[0081] 参见图8-图13,在本实施例中,当视觉镜头的9片透镜及一片保护玻璃的焦距、群组空气间隔d以及镜片曲率半径、厚度、间距、折射率、阿贝数分别满足以下条件时:
[0082] WD=600mm,f=33.4mm,F#=2.02,FOV=18.3°;
[0083]fL1 fL2 fL3 fL4 fL5 fL6 fL7 fL8 fL9
44.43 341.50 27.18 -14.08 -19.32 19.70 42.14 -383.83 96.28
[0084]|f1/f2| |fB1/fB2| fL1/f1 fL2/f1 fL7/f2 fL8/f2
0.397 0.132 1.163 8.942 0.438 -3.987
[0085]物距(mm) 无穷远 1000 600 200 100
d 2.319 3.817 4.855 10.559 21.272
[0086]
[0087] 上表中,“n”为折射率,“R”为曲率半径,fL1~fL9为各透镜焦距,f1为调焦组焦距,f2为固定组焦距,fB1、fB2为胶合镜片焦距。
[0088] 图8至图13为工作物距WD=600mm,焦距f=33.4mm,光圈F#=2.02,视场角FOV=18.3°时的MTF、常温离焦曲线、场曲畸变图、点列图、低温-40℃、高温80℃离焦曲线图,从图中可以看出,系统畸变控制在-2%以内,在低温-40℃、高温80℃时,系统离焦控制在±
0.005mm范围内,由此可见,本发明第二实施例所提供的机器视觉镜头的畸变,满足系统低畸变和大的温度范围内高解析度的要求。
[0089] 其余未述部分见第一实施例,不再赘述。
[0090] 第三实施例
[0091] 参见图14-图19,在本实施例中,当该视觉镜头的9片透镜及一片保护玻璃的焦距、群组空气间隔d以及镜片曲率半径、厚度、间距、折射率、阿贝数分别满足以下条件时:
[0092] WD=600mm,f=35mm,F#=2.04,FOV=17.6°。
[0093]fL1 fL2 fL3 fL4 fL5 fL6 fL7 fL8 fL9
46.41 305.05 28.01 -14.01 -21.61 21.03 33.26 -87.62 83.03
[0094]|f1/f2| |fB1/fB2| fL1/f1 fL2/f1 fL7/f2 fL8/f2
0.490 0.176 1.141 7.502 0.401 -1.055
[0095]物距(mm) 无穷远 1000 600 200 100
d 3.033 4.734 5.910 12.402 24.582
[0096]
[0097]
[0098] 表中,“n”为折射率,“R”为曲率半径,fL1~fL9为各透镜焦距,f1为调焦组焦距,f2为固定组焦距,fB1、fB2为胶合镜片焦距。
[0099] 图14至图19为工作物距WD=600mm,焦距f=35mm,光圈F#=2.04,视场角FOV=17.6°时的MTF、常温离焦曲线、场曲畸变图、点列图、低温-40℃高温80℃离焦曲线图,从图中可以看出,系统畸变控制在-2%以内,在低温-40℃高温80℃时,系统离焦控制在±
0.005mm范围内,由此可见,本发明第三实施例所提供的机器视觉镜头的畸变,满足系统低畸变和大的温度范围内高解析度的要求。
[0100] 在第一实施例至第三实施例中,各条件式或关系式应当满足下面表格的条件:
[0101]项目 第一实施例 第二实施例 第三实施例
|f1/f2| 0.424 0.397 0.490
|fB1/fB2| 0.127 0.132 0.176
d(mm) 6.23 4.855 5.91
fL1/f1 1.139 1.163 1.141
fL2/f1 11.985 8.942 7.502
fL7/f2 0.45 0.438 0.401
fL8/f2 -4.17 -3.987 -1.055
n3,v3 1.5,81.59 1.5,81.59 1.5,81.59
n4,v4 1.72,29.51 1.72,29.51 1.72,29.51
n5,v5 1.63,39.08 1.63,39.08 1.6,28.89
n6,v6 1.69,54.57 1.69,54.57 1.69,36
光阑的孔径(mm) 10.1 10.1 10.1
F/# 2.08 2.02 2.04
[0102] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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