CN105866929B - 具有大视场大孔径的机器视觉镜头及成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有大视场大孔径的机器视觉镜头及成像方法，包括设置在镜筒内的光学***，所述光学***包括沿着光线入射方向依次设置的光焦度为正的前组A、可变光阑C、光焦度为正的后组B，所述前组A包括依次设置的正弯月透镜A‑1、负弯月透镜A‑2、双凹透镜A‑3、透镜A‑4、双凸透镜A‑5，所述后组B包括依次设置的双凸透镜B‑1、双凹透镜B‑2、双凸透镜B‑3、负弯月透镜B‑4和双凸透镜B‑5紧密连接的胶合组，本发明具有大视场角、低畸变、大相对孔径、高分辨率、光学总长短的特点，满足高端产品需求。

Description

具有大视场大孔径的机器视觉镜头及成像方法
技术领域
本发明涉及机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种具有大视场大孔径的机器视觉镜头及成像方法。
背景技术
机器视觉就是机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉***是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CCD和CMOS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***，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像***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。近年来，随着微电子工业的迅猛发展，高分辨率，高处理速度的机器视觉***不断诞生，这对与之配套的光学镜头提出了新的要求。而对于国内现有大视场角大孔径的机器视觉镜头来说，无法同时满足大视场、大孔径、低畸变、高分辨率的要求，无法满足高端产品需求。因此，亟待一种能够同时满足大视场、大孔径、低畸变、高分辨率要求的机器视觉镜头。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有大视场大孔径的机器视觉镜头及成像方法。
本发明的技术方案是，一种具有大视场大孔径的机器视觉镜头，包括设置在镜筒内的光学***，所述光学***包括沿着光线入射方向依次设置的光焦度为正的前组A、可变光阑C、光焦度为正的后组B，所述前组A包括依次设置的正弯月透镜A-1、负弯月透镜A-2、双凹透镜A-3、透镜A-4、双凸透镜A-5，所述后组B包括依次设置的双凸透镜B-1、双凹透镜B-2、双凸透镜B-3、负弯月透镜B-4和双凸透镜B-5紧密连接的胶合组。
进一步的，所述光学***的视场角为62°-72°。
进一步的，该镜头满足0.6< y/EFL <0.73，其中，y为所述光学***的半像高，EFL为镜头的焦距值。
进一步的，该镜头的最大通光孔径满足Fno≤2.0，其中Fno为光学***的F数。
进一步的，所述光学***的后工作距离BFL满足BFL/EFL>1.35，其中EFL为镜头的焦距值。
进一步的，所述光学***的总长TTL满足TTL/EFL<8.8，其中EFL为镜头的焦距值。
进一步的，所述负弯月透镜A-2的焦距值FA-2满足-2.35<FA-2/EFL<-1.75,所述负双凹透镜A-3的焦距值FA-3满足-1.55<FA-3/EFL<-1.30，其中EFL为镜头的焦距值。
进一步的，负弯月透镜A-2和负双凹透镜A-3的组合焦距值F12满足-0.85<F12/EFL<-0.65，其中EFL为镜头的焦距值。
一种具有大视场大孔径的机器视觉镜头的成像方法，光束依次经过前组A中正弯月透镜A-1、负弯月透镜A-2、双凹透镜A-3、透镜A-4的折射后，其相对后组B的视场角减小，随后光束依次经过前组B中双凸透镜B-1、双凹透镜B-2、双凸透镜B-3、负弯月透镜B-4和双凸透镜B-5紧密连接的胶合组后，光线被汇聚在工作像面处进行成像。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：具有大视场角、低畸变、大相对孔径、高分辨率、光学总长短的特点，满足高端产品需求。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的阐述。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的光路图；
图3为实施例1的轴向色差曲线图；
图4为实施例1的垂轴色差曲线图；
图5为实施例1的场曲曲线图；
图6为实施例1的畸变曲线图；
图7为实施例1的MTF曲线图；
图8为实施例2的轴向色差曲线图；
图9为实施例2的垂轴色差曲线图；
图10为实施例2的场曲曲线图；
图11为实施例2的畸变曲线图；
图12为实施例2的MTF曲线图。
图中：A-前组A，A-1-正弯月透镜A-1，A-2-负弯月透镜A-2、A-3-双凹透镜A-3、A-4-透镜A-4，A-5-双凸透镜A-5，B-后组B，B-1-双凸透镜B-1，B-2-双凹透镜B-2，B-3-双凸透镜B-3，B-4-负弯月透镜B-4，B-5-双凸透镜B-5，C-可变光阑C。
具体实施方式
如图1-12所示，一种具有大视场大孔径的机器视觉镜头，包括设置在镜筒内的光学***，所述光学***包括沿着光线入射方向依次设置的光焦度为正的前组A、可变光阑C、光焦度为正的后组B，所述前组A包括依次设置的正弯月透镜A-1、负弯月透镜A-2、双凹透镜A-3、透镜A-4、双凸透镜A-5，所述后组B包括依次设置的双凸透镜B-1、双凹透镜B-2、双凸透镜B-3、负弯月透镜B-4和双凸透镜B-5紧密连接的胶合组。
在本实施例中，所述光学***的视场角为62°-72°。
在本实施例中，该镜头满足0.6< y/EFL <0.73，其中，y为所述光学***的半像高，EFL为镜头的焦距值。
在本实施例中，该镜头的最大通光孔径满足Fno≤2.0，其中Fno为光学***的F数。
在本实施例中，所述光学***的后工作距离BFL满足BFL/EFL>1.35，其中EFL为镜头的焦距值。
在本实施例中，所述光学***的总长TTL满足TTL/EFL<8.8，其中EFL为镜头的焦距值。
在本实施例中，所述负弯月透镜A-2的焦距值FA-2满足-2.35<FA-2/EFL<-1.75,所述负双凹透镜A-3的焦距值FA-3满足-1.55<FA-3/EFL<-1.30，其中EFL为镜头的焦距值。
在本实施例中，负弯月透镜A-2和负双凹透镜A-3的组合焦距值F12满足-0.85<F12/EFL<-0.65，其中EFL为镜头的焦距值。
在本实施例中，在设计思路上，采用反远距的结构，前面4个透镜组合成具有负光焦度的前组A，后面5个透镜组合成具有正光焦度的后组B，前组A的作用是减少轴外光线对后组B的视场角，后组B则是对光线进行聚焦，使其成像在工作像面处。
一种具有大视场大孔径的机器视觉镜头的成像方法，光束依次经过前组A中正弯月透镜A-1、负弯月透镜A-2、双凹透镜A-3、透镜A-4的折射后，其相对后组B的视场角减小，随后光束依次经过前组B中双凸透镜B-1、双凹透镜B-2、双凸透镜B-3、负弯月透镜B-4和双凸透镜B-5紧密连接的胶合组后，光线被汇聚在工作像面处进行成像。
实施例一：
在本实施例中，光学***数据如下表：
光学面 半径（mm） 厚度（mm） 折射率 阿贝数
1 41.650 3.63 1.70 56.20
2 404.854 0.31
3 25.643 4.00 1.88 40.81
4 9.290 4.15
5 -32.362 1.10 1.85 30.06
6 15.304 6.48
7 1823.039 2.46 1.69 53.35
8 -21.825 7.57
9 31.052 2.15 1.92 20.88
10 -206.986 7.83
光阑 Infinity 0.74
12 16.357 2.66 1.51 60.48
13 -16.391 1.10 1.76 27.55
14 10.569 1.71
15 12.625 2.67 1.69 49.23
16 -24.689 0.12
17 18.171 1.46 1.75 35.02
18 6.102 3.65 1.53 60.47
19 -81.242 12.91
像面 Infinity
在本实施例中，光学***的焦距为8.5mm。
本实施例中，透镜A-4为双凸透镜。
调焦数据表如下：
在本实施例中，镜头的最大通光孔径F数为1.8,满足：Fno≤2.0，其中Fno为光学***的F数。
在本实施例中，光学***的的视场角为68°。
在本实施例中，光学***与2/3”的CCD匹配，半像高y=5.5mm，y/EFL=0.647，满足：0.6< y/EFL <0.73，其中，y为光学***的半像高，EFL为镜头的焦距值。
在本实施例中，光学***的后工作距离BFL为12.84～13.07mm，满足：BFL/EFL>1.35，其中EFL为所述镜头的焦距值，，光学***的总长TTL为68mm，满足：TTL/EFL<8.8，其中EFL为所述镜头的焦距值。
在本实施例中，负弯月透镜A-2的焦距值FA-2是-18.636，满足：-2.35<FA-2/EFL<-1.75,负双凹透镜A-3的焦距值FA-3是-12.094,满足：-1.55<FA-3/EFL<-1.30，负弯月透镜A-2和负双凹透镜A-3的组合焦距值F12是-6.644，满足关系：-0.85<F12/EFL<-0.65，其中EFL为所述镜头的焦距值。
在本实施例中，该镜头与与2/3”CCD匹配能使镜头的分辨率达到1000万像素。
实施例二：
在本实施例中，光学***数据如下表：
光学面 半径（mm） 厚度（mm） 折射率 阿贝数
1 31.116 2.53 1.70 56.2
2 329.675 0.07
3 18.138 2.81 1.88 40.8
4 6.597 3.00
5 -22.319 0.96 1.85 30.1
6 11.430 4.57
7 Infinity 1.80 1.69 53.3
8 -15.085 5.39
9 23.858 1.66 1.92 20.9
10 -147.834 5.58
光阑 Infinity 0.51
12 12.011 1.93 1.51 60.5
13 -12.926 0.36
14 -11.285 0.79 1.76 27.5
15 8.001 1.14
16 9.305 1.95 1.69 49.2
17 -16.114 0.07
18 13.815 0.79 1.75 35.0
19 4.470 2.89 1.53 60.5
20 -41.272 9.38
像面 Infinity
在本实施例中，光学***的焦距为6mm。
本实施例中，透镜A-4为平凸透镜。
调焦数据表如下：
在本实施例中，镜头的最大通光孔径F数为1.8,满足：Fno≤2.0，其中Fno为光学***的F数。
在本实施例中，光学***的的视场角为67°。
在本实施例中，光学***与2/3”的CCD匹配，半像高y=4mm，y/EFL=0.667，满足：0.6< y/EFL <0.73，其中，y为光学***的半像高，EFL为镜头的焦距值。
在本实施例中，光学***的后工作距离BFL为9.38～9.50mm，满足：BFL/EFL>1.35，其中EFL为所述镜头的焦距值，，光学***的总长TTL为48.4mm，满足：TTL/EFL<8.8，其中EFL为所述镜头的焦距值。
在本实施例中，负弯月透镜A-2的焦距值FA-2是-13.261，满足：-2.35<FA-2/EFL<-1.75,负双凹透镜A-3的焦距值FA-3是-8.777,满足：-1.55<FA-3/EFL<-1.30，负弯月透镜A-2和负双凹透镜A-3的组合焦距值F12是-4.768，满足关系：-0.85<F12/EFL<-0.65，其中EFL为所述镜头的焦距值。
在本实施例中，该镜头与与2/3”CCD匹配能使镜头的分辨率达到1000万像素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种具有大视场大孔径的机器视觉镜头，其特征在于：包括设置在镜筒内的光学***，所述光学***包括沿着光线入射方向依次设置的光焦度为正的前组A、可变光阑C、光焦度为正的后组B，所述前组A由依次设置的正弯月透镜A-1、负弯月透镜A-2、双凹透镜A-3、透镜A-4、双凸透镜A-5构成，所述后组B由依次设置的双凸透镜B-1、双凹透镜B-2、双凸透镜B-3、负弯月透镜B-4和双凸透镜B-5构成，负弯月透镜B-4和双凸透镜B-5紧密连接构成胶合组，透镜A-4为双凸透镜或平凸透镜，所述光学***的视场角为62°-72°，该镜头满足0.6<y/EFL <0.73，其中，y为所述光学***的半像高，EFL为镜头的焦距值，该镜头的最大通光孔径满足Fno≤2.0，其中Fno为光学***的F数，所述光学***的后工作距离BFL满足BFL/EFL>1.35，其中EFL为镜头的焦距值，所述光学***的总长TTL满足TTL/EFL<8.8，其中EFL为镜头的焦距值，所述负弯月透镜A-2的焦距值FA-2满足-2.35<FA-2/EFL<-1.75，所述双凹透镜A-3的焦距值FA-3满足-1.55<FA-3/EFL<-1.30，其中EFL为镜头的焦距值，负弯月透镜A-2和双凹透镜A-3的组合焦距值F12满足-0.85<F12/EFL<-0.65，其中EFL为镜头的焦距值。
2.一种具有大视场大孔径的机器视觉镜头的成像方法，采用如权利要求1所述的具有大视场大孔径的机器视觉镜头，其特征在于：光束依次经过前组A中正弯月透镜A-1、负弯月透镜A-2、双凹透镜A-3、透镜A-4的折射后，其相对后组B的视场角减小，随后光束依次经过前组B中双凸透镜B-1、双凹透镜B-2、双凸透镜B-3、负弯月透镜B-4和双凸透镜B-5紧密连接的胶合组后，光线被汇聚在工作像面处进行成像。
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