[0001] 本发明涉及一种机器视觉镜头，尤其涉及一种由十四片透镜组成的机器视觉镜头。

[0002] 机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支，简单说，机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是通过机器视觉产品(及图像摄取装置，分CMOS和
CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形
态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号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。

[0003] 目前，市面上的机器视觉镜头，如专利号为“CN203745710U”的专利，该系统的视场角为33.2°，对焦视野范围较窄；调焦量6.17-8.72mm，调焦效率低；又如专利号为“CN101266331”的专利，该近摄镜头至少包含两个非球面和两个调焦结构，成本较高。如专利号“CN205958826U”的专利，该系统没有调焦结构，不能对不同物距对焦。

[0004] 同时，现有的机器视觉镜头存在具有色差、无热化效果差、工作距离范围较窄以及后焦敏感度较高等诸多问题，这些问题都亟待解决。

[0068] 为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些
实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0069] 在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能
理解为对本发明的限制。

[0070] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

[0071] 图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的机器视觉镜头的结构图。如图1所示，根据本发明的机器视觉镜头包括沿光轴从物侧到像侧的依次排列的前透镜组A、光阑S
以及后透镜组B。在本实施方式中，如图1所示，前透镜组A是由沿光轴从物侧至像侧依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6组成的，后透镜组B则是由沿光轴从物侧至像侧依次排列的第七透镜7、第八透镜8、第九透镜9、第十透镜
10、第十一透镜11、第十二透镜12、第十三透镜13和第十四透镜14组成的。在本实施方式中，前透镜组A中第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组，后透镜组B中至少包括两个胶合镜片
组。如此设置可以使得根据本发明的机器视觉镜头色差小、无热化的效果更好，同时具备低畸变性能。

[0072] 在本实施方式中，前透镜组A相对于镜头的成像面固定设置，光阑S和后透镜组B相对于前透镜组A可做同时同向的线性移动。后透镜组B可移动的距离为d，0.45mm

[0073] 根据本发明的机器视觉镜头，光阑S设置在前透镜组A和后透镜组B之间，前透镜组A中共包含有六片透镜，第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组，后透镜组B中共包含有八
片透镜，至少包含两个胶合镜片组，使得光阑S前后的镜片数量相对对称，有利于校正色差。
前透镜组A相对于像面固定设置，光阑S与后透镜组B可同时同向移动，能够校正物距变化带来的轴外像差，在物距变化过程中，能够以很小的移动距离保证对焦清晰，进而使得对焦效率提高。同时这种结构设置保证了机器视觉镜头具有充足的后焦距，在装配误差允许的情
况下，保证清晰成像。

[0074] 如图1所示，在本实施方式中，第一透镜1、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7第九透镜9、第十透镜10、第十二透镜12和第十四透镜14为正光焦度透镜。第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第八透镜8和第十三透镜13为负光焦度透镜。第十一透镜11可以为正光焦度透镜或者负光焦度透镜。根据本发明的前透镜组A和后透镜组B均为具有正光焦度的透镜
组，其中前透镜组A的焦距为fA，后透镜组B的焦距为fB，焦距fA和焦距fB之间满足：2.0

[0075] 如图1所示，根据本发明的机器视觉镜头，沿着光轴从物侧到像侧的方向，前透镜组A中的第一透镜1和第二透镜2，均为凹-凸透镜。其中第一透镜1的焦距为f1，第二透镜2的焦距为f2，焦距f1和焦距f2与前透镜组A的焦距fA分别满足关系式0.4f2/fA<-0.15。根据本发明的第一透镜1和第二透镜2的设置，可以实现机器视觉镜头的大视场角，有利于宽角度图像的捕捉拍摄。

[0076] 如图1所示，在本实施方式中，根据本发明的机器视觉镜头，前透镜组A中的第四透镜4和第五透镜5组成胶合镜片组。第四透镜4的折射率为nd4,阿贝数为vd4,并且满足关系式1.85系式1.75成胶合镜片组，第十二透镜12和第十三透镜13构成胶合镜片组。第十二透镜12的折射率为
nd12，阿贝数为vd12，并且满足关系式1.68

[0077] 根据本发明的另一种实施方式，后透镜组B中包含有3个胶合镜片组，其中第八透镜8和第九透镜9构成胶合镜片组，第十透镜10和第十一透镜11构成胶合镜片组，第十二透
镜12和第十三透镜13构成胶合镜片组。其中第十二透镜12的折射率为nd12，阿贝数为vd12，并且满足以下关系式1.68阿贝数为vd13，并且满足以下关系式1.90

[0078] 根据本发明的机器视觉镜头，后透镜组B中包括五片或者六片正光焦度透镜，以及三片或者两片负光焦度透镜，即第十一透镜的光焦度可以变化，或者是正光焦度或者是负
光焦度，其中第八透镜8和第九透镜9构成胶合镜片组，第十二透镜12和第十三透镜13构成
胶合镜片组，使得后透镜组B整体呈对称式结构，这种对称结构是基于后透镜组的中心两端的结构大致相同，这样的结构能够有效的校正球差、畸变和垂轴像差。此外，后透镜组B中至少第七透镜7和第九透镜9的材质为氟冕玻璃，至少第八透镜8和第十透镜10的材质为重火
石玻璃。由于氟冕玻璃和重火石玻璃特殊的折射率温度特性，保证在有效校正光学系统色
差的同时，也很好的解决了因温度原因导致光学系统成像面产生漂移的问题，实现了光学
系统的无热化。

[0079] 以下是根据本发明的第一种实施方式各个透镜的材料变化以及各个相关参数的不同给出三组实施例来具体说明根据本发明的机器视觉镜头。根据本发明的第一种实施方
式，前透镜组A中第四透镜和第五透镜构成胶合镜片组，后透镜组B中包括两个胶合镜片组，其中第八透镜8和第九透镜9构成胶合镜片组，第十二透镜12和第十三透镜13构成胶合镜片
组。所以十四片透镜共有26个面。这26个面按照本发明的结构顺序依次排列布置，为了便于叙述说明，将26个面编号为S1至S26。

[0080] 三组实施例中的数据如下表1中数据：

[0081]

[0082]

[0083] 表1

[0084] 根据本发明的实施例1，由表1可知，前组透镜A的焦距fA与后组透镜B的焦距fB之间满足fA/fB＝2.01。第一透镜1的焦距f1与前组透镜A的焦距fA之间满足f1/fA＝0.93。第二透镜2的焦距f2与前组透镜A的焦距fA之间满足f2/fA＝-0.43。

[0085] 以下表2列出了不同物距时光阑S距离前透镜组A的距离：

[0086]物距(mm) 无穷远 1000 400 100
dst 10.62 10.55 10.45 10

[0087] 表2

[0088] 在本实施例中，机器视觉镜头中各透镜的焦距为f1＝30.31mm,f2＝-13.98mm，f3＝-11.95mm，f4＝-7.50mm，f5＝8.83mm，f6＝17.44mm，f7＝28.49mm，f8＝-6.53mm，f9＝
15.40mm，f10＝11.09mm，f11＝-140.36mm，f12＝12.92mm，f13＝-6.50mm，f14＝12.32mm。机器视觉镜头的各项光学系统参数如下:物距为0.4m，光学系统中总长为59mm，系统焦距为
8.2mm，光圈值为2.0，对角方向视场角为70°，感光芯片为2/3″感光芯片。由表2可知，在本实施例中，光阑S与前透镜组A的距离为10.45mm。

[0089] 以下表3列出了各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：

[0090]

[0091]

[0092] 表3

[0093] 在本实施例中，参照图1，前透镜组A中第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组，后透镜组B中第八透镜8和第九透镜9构成胶合镜片组，第十二透镜12和第十三透镜13构成胶合镜片组。由表3可知，在本实施例中，机器视觉镜头所有透镜的物侧面和像侧面均为球面。

[0094] 由表3可知，胶合镜片组中的第四透镜4、第五透镜5、第十二透镜12和第十三透镜13的折射率和阿贝数均符合根据本发明的机器视觉镜头的相关要求。

[0095] 图2-图5是示意性表示根据本发明的实施例1机器视觉镜头在常温、低温-30℃、高温70℃时的离焦曲线图和畸变图。由图中可以看出，机器视觉镜头的光圈值为2.0，工作物距为400mm时，在常温、低温-30℃和高温70℃情况下镜头的离焦(即镜头的焦深范围)控制
在-0.006mm至0.006mm的范围内，镜头的畸变率控制在-4％范围内。由此可见，根据本发明实施例1的机器视觉镜头，实现大的视场角、宽工作范围和高调焦效率的情况下，在极低和极高的温度下，仍然能保证高的解像力，实现机器视觉镜头的无热化。同时镜头畸变率较
低，保证了像面清晰、不失真。

[0096] 根据本发明的实施例2，由表1可知，前组透镜A的焦距fA与后组透镜B的焦距fB之间满足fA/fB＝2.2。第一透镜1的焦距f1与前组透镜A的焦距fA之间满足f1/fA＝0.97。第二透镜2的焦距f2与前组透镜A的焦距fA之间满足f2/fA＝-0.41。

[0097] 以下表4列出了不同物距时光阑S距离前透镜组A的距离：

[0098]物距(mm) 无穷远 1000 400 100
dst(mm) 10.90 10.83 10.72 10.26

[0099] 表4

[0100] 在本实施例中，机器视觉镜头中各透镜的焦距为f1＝33.88mm,f2＝-14.43mm，f3＝-13.04mm，f4＝-9.27mm，f5＝10.84mm，f6＝18.75mm，f7＝21.15mm，f8＝-5.99mm，f9＝
15.31mm，f10＝12.88mm，f11＝66.22mm，f12＝26.68mm，f13＝-9.29mm，f14＝13.67mm。机器视觉镜头的各项光学系统参数如下:物距为0.4m，光学系统中总长为59mm，系统焦距为
8.3mm，光圈值为2.3，对角方向视场角为70°，感光芯片为2/3″感光芯片。由表4可知，在本实施例中，光阑S与前透镜组A的距离为10.72mm。

[0101] 以下表5列出了各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：

[0102]

[0103]

[0104] 表5

[0105] 在本实施例中，参照图1，前透镜组A中第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组，后透镜组B中第八透镜8和第九透镜9构成胶合镜片组，第十二透镜12和第十三透镜13构成胶合镜片组。由表5可知，在本实施例中，机器视觉镜头所有透镜的物侧面和像侧面均为球面。

[0106] 由表5可知，胶合镜片组中的第四透镜4、第五透镜5、第十二透镜12和第十三透镜13的折射率和阿贝数均符合根据本发明的机器视觉镜头的相关要求。

[0107] 图6-图9是示意性表示根据本发明的实施例2的机器视觉镜头在常温、低温-30℃、高温70℃时的离焦曲线图和畸变图。由图中可以看出，机器视觉镜头的光圈值为2.3，工作物距为400mm时，在常温、低温-30℃和高温70℃情况下镜头的离焦(即镜头的焦深范围)控
制在-0.006mm至0.006mm的范围内，镜头的畸变率控制在-2％范围内。由此可见，根据本发明实施例2的机器视觉镜头，实现大的视场角、宽工作范围和高调焦效率的情况下，同样在极低和极高的温度下，仍然能保证高的解像力，实现机器视觉镜头的无热化。同时镜头畸变率较低，保证了像面清晰、不失真。

[0108] 根据本发明的实施例3，由表1可知，前组透镜A的焦距fA与后组透镜B的焦距fB之间满足fA/fB＝4.45。第一透镜1的焦距f1与前组透镜A的焦距fA之间满足f1/fA＝0.55。第二透镜2的焦距f2与前组透镜A的焦距fA之间满足f2/fA＝-0.19。

[0109] 以下表6列出了不同物距时光阑S距离前透镜组A的距离：

[0110]物距(mm) 无穷远 1000 400 100
dst(mm) 9.723 9.662 9.574 9.185

[0111] 表6

[0112] 在本实施例中，机器视觉镜头中各透镜的焦距为f1＝36.79mm,f2＝-12.97mm，f3＝-16.03mm，f4＝-8.27mm，f5＝10.54mm，f6＝19.04mm，f7＝32.17mm，f8＝-5.84mm，f9＝
12.05mm，f10＝9.94mm，f11＝-72.07mm，f12＝10.44mm，f13＝-5.84mm，f14＝12.13mm。机器视觉镜头的各项光学系统参数如下:物距为0.4m，光学系统中总长为59mm，系统焦距为
8.0mm，光圈值为2.4，对角方向视场角为78°，感光芯片为2/3″感光芯片。由表6可知，在本实施例中，光阑S与前透镜组A的距离为9.574mm。

[0113] 以下表7列出了各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：

[0114]

[0115]

[0116] 表7

[0117] 在本实施例中，参照图1，前透镜组A中第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组，后透镜组B中第八透镜8和第九透镜9构成胶合镜片组，第十二透镜12和第十三透镜13构成胶合镜片组。由表7可知，在本实施例中，机器视觉镜头所有透镜的物侧面和像侧面均为球面。

[0118] 由表7可知，胶合镜片组中的第四透镜4、第五透镜5、第十二透镜12和第十三透镜13的折射率和阿贝数均符合根据本发明的机器视觉镜头的相关要求。

[0119] 图10-图13是示意性表示根据本发明的实施例3的机器视觉镜头在常温、低温-30℃、高温70℃时的离焦曲线图和畸变图。由图中可以看出，机器视觉镜头的光圈值为2.4，工作物距为400mm时，在常温、低温-30℃和高温70℃情况下镜头的离焦(即镜头的焦深范围)
控制在-0.006mm至0.006mm的范围内，镜头的畸变率控制在-4％范围内。由此可见，根据本发明第五种实施方式的机器视觉镜头同样具有色差小、无热化、畸变率低并且视场角更广、工作距离范围更宽。

[0120] 以下是根据本发明的另一种实施方式各个透镜的材料变化以及各个相关参数的不同给出两组实施例来具体说明根据本发明的机器视觉镜头。根据本发明的另一种实施方
式，前透镜组A中第四透镜和第五透镜构成胶合镜片组，后透镜组B中包括三个胶合镜片组，其中第八透镜8和第九透镜9构成胶合镜片组，第十透镜10和第十一透镜11构成胶合胶片
组，第十二透镜12和第十三透镜13构成胶合镜片组。所以十四片透镜共有25个面。这25个面按照本发明的结构顺序依次排列布置，为了便于叙述说明，将25个面编号为S1至S25。

[0121] 两组实施例中的数据如下表8中数据：

[0122]条件式 实施例4 实施例5
fA/fB 4.47 4.82
f1/fA 0.42 0.49
f2/fA -0.19 -0.21
nd4 1.92 1.92
vd4 18.90 18.90
nd5 1.85 1.85
vd5 24.80 24.80
nd12 1.70 1.73
vd12 55.53 54.67
nd13 1.92 1.95
vd13 20.88 17.94
D 0.593 0.458

[0123] 表8

[0124] 根据本发明的实施例4，由表8可知，前组透镜A的焦距fA与后组透镜B的焦距fB之间满足fA/fB＝4.47。第一透镜1的焦距f1与前组透镜A的焦距fA之间满足f1/fA＝0.42。第二透镜2的焦距f2与前组透镜A的焦距fA之间满足f2/fA＝-0.19。

[0125] 以下表9列出了不同物距时光阑S距离前透镜组A的距离：

[0126]物距(mm) 无穷远 1000 400 100
dst(mm) 13.083 13.023 12.923 12.49

[0127] 表9

[0128] 在本实施例中，机器视觉镜头中各透镜的焦距为f1＝29.48mm,f2＝-13.41mm，f3＝-13.42mm，f4＝-11.46mm，f5＝13.23mm，f6＝21.26mm，f7＝16.26mm，f8＝-6.68mm，f9＝
14.55mm，f10＝8.96mm，f11＝-33.95mm，f12＝20.91mm，f13＝-7.99mm，f14＝17.11mm。机器视觉镜头的各项光学系统参数如下:物距为0.4m，光学系统中总长为59mm，系统焦距为
8.3mm，光圈值为2.3，对角方向视场角为70°，感光芯片为2/3″感光芯片。由表9可知，在本实施例中，光阑S与前透镜组A的距离为12.923mm。

[0129] 以下表10列出了各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：

[0130]

[0131] 表10

[0132] 在本实施例中，前透镜组A中第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组，后透镜组B中包含三个胶合镜片组，其中第八透镜8和第九透镜9构成胶合镜片组，第十透镜10和第十
一透镜11构成胶合镜片组，第十二透镜12和第十三透镜13构成胶合镜片组。由表10可知，在本实施例中，机器视觉镜头所有透镜的物侧面和像侧面均为球面。

[0133] 由表10可知，胶合镜片组中的第四透镜4、第五透镜5、第十二透镜12和第十三透镜13的折射率和阿贝数均符合根据本发明的机器视觉镜头的相关要求。

[0134] 图14-图17是示意性表示根据本发明的实施例4的机器视觉镜头在常温、低温-30℃、高温70℃时的离焦曲线图和畸变图。由图中可以看出，机器视觉镜头的光圈值为2.3，工作物距为400mm时，在常温、低温-30℃和高温70℃情况下镜头的离焦(即镜头的焦深范围)
控制在-0.006mm至0.006mm的范围内，镜头的畸变率控制在-5％范围内。由此可见，根据本发明实施例4的机器视觉镜头同样具有色差小、无热化、畸变率低并且视场角广、工作距离范围宽、调焦效率高、后焦敏感度低的特点。

[0135] 根据本发明的实施例5，由表8可知，前组透镜A的焦距fA与后组透镜B的焦距fB之间满足fA/fB＝4.82。第一透镜1的焦距f1与前组透镜A的焦距fA之间满足f1/fA＝0.49。第二透镜2的焦距f2与前组透镜A的焦距fA之间满足f2/fA＝-0.21。

[0136] 以下表11列出了不同物距时光阑S距离前透镜组A的距离：

[0137]物距(mm) 无穷远 1000 400 100
dst(mm) 11.433 11.385 11.309 10.975

[0138] 表11

[0139] 在本实施例中，机器视觉镜头中各透镜的焦距为f1＝32.15mm,f2＝-13.92mm，f3＝-12.82mm，f4＝-8.87mm，f5＝10.94mm，f6＝19.35mm，f7＝31.21mm，f8＝-7.07mm，f9＝
14.25mm，f10＝7.7mm，f11＝-23.71mm，f12＝10.44mm，f13＝-5.57mm，f14＝13.09mm。机器视觉镜头的各项光学系统参数如下:物距为0.4m，光学系统中总长为59mm，系统焦距为
7.3mm，光圈值为2.3，对角方向视场角为80°，感光芯片为2/3″感光芯片。由表11可知，在本实施例中，光阑S与前透镜组A的距离为11.309mm。

[0140] 以下表12列出了各透镜的相关参数，包括表面类型、曲率半径、厚度、材料的折射率以及阿贝数：

[0141]

[0142] 表12

[0143] 在本实施例中，前透镜组A中第四透镜4和第五透镜5构成胶合镜片组，后透镜组B中包含三个胶合镜片组，其中第八透镜8和第九透镜9构成胶合镜片组，第十透镜10和第十
一透镜11构成胶合镜片组，第十二透镜12和第十三透镜13构成胶合镜片组。由表12可知，在本实施例中，机器视觉镜头所有透镜的物侧面和像侧面均为球面。

[0144] 由表12可知，胶合镜片组中的第四透镜4、第五透镜5、第十二透镜12和第十三透镜13的折射率和阿贝数均符合根据本发明的机器视觉镜头的相关要求。

[0145] 图18-图21是示意性表示根据本发明的实施例5的机器视觉镜头在常温、低温-30℃、高温70℃时的离焦曲线图和畸变图。由图中可以看出，机器视觉镜头的光圈值为2.3，工作物距为400mm时，在常温、低温-30℃和高温70℃情况下镜头的离焦(即镜头的景深范围)
控制在-0.006mm至0.006mm的范围内，镜头的畸变率控制在-2％范围内。由此可见，根据本发明第四种实施方式的机器视觉镜头同样具有色差小、无热化、畸变率低并且视场角更广、工作距离范围更宽。

[0146] 上述内容仅为本发明的具体方案的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

[0147] 以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。