CN108802971B - 一种低畸变机器视觉光学*** - Google Patents

一种低畸变机器视觉光学*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低畸变机器视觉光学***，所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有前组A、光阑C、后组B、平板玻璃，所述前组A包括依次设置的双凸正透镜A1、双凸正透镜A2、双凹负透镜A3、平凹负透镜A4，所述后组B包括依次设置的双凹负透镜B1、双凸正透镜B2、双凸正透镜B3，结构简单、敏感度低，能在一定的物距范围内保持低畸变及高分辨率。

Description

一种低畸变机器视觉光学***
技术领域
本发明涉及一种低畸变机器视觉光学***。
背景技术
现有市场已有多种机器视觉镜头应用于工业检测领域，但许多工业镜头的检测效果仍然保持在低像素、低景深上，其检测效果不够理想。这类镜头普遍存在着边缘畸变大，检测的物距范围小、结构尺寸庞大、体积笨重等问题。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种结构简单的低畸变机器视觉光学***。
本发明的技术方案是，一种低畸变机器视觉光学***，所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有前组A、光阑C、后组B、平板玻璃，所述前组A包括依次设置的双凸正透镜A1、双凸正透镜A2、双凹负透镜A3、平凹负透镜A4，所述后组B包括依次设置的双凹负透镜B1、双凸正透镜B2、双凸正透镜B3。
进一步的，所述双凸正透镜A2与双凹负透镜A3构成前组胶合件，所述双凹负透镜B1与双凸正透镜B2构成后组胶合件。
进一步的，所述前组A的光焦度为负，后组B的光焦度为正。
进一步的，所述双凸正透镜A1右凸面弯向光阑侧；所述双凸正透镜A2的右凸面弯向光阑侧；所述双凹负透镜A3的左凹面弯向光阑侧；所述双凸正透镜A2与双凹负透镜A3构成的前组胶合件的胶合面背向光阑侧；所述双凹负透镜B1的右凹面弯向光阑侧；双凸正透镜B2的左凸面弯向光阑侧；所述双凹负透镜B1与双凸正透镜B2构成的后组胶合件的胶合面背向光阑侧；所述双凸正透镜B3的左凸面弯向光阑侧。
进一步的，所述双凸正透镜A1采用的材料为冕牌玻璃；双凸正透镜A2采用的材料为冕牌玻璃；双凹负透镜A3采用的材料为火石玻璃；平凹负透镜A4采用的材料为冕牌玻璃；双凸正透镜B2采用的材料为冕牌玻璃；所述双凸正透镜B3采用的材料为冕牌玻璃。
进一步的，所述双凸正透镜A1到双凸正透镜A2之间的空气间隙为2.5mm, 双凹负透镜A3到平凹负透镜A4的空气间隙为3.6mm，平凹负透镜A4到光阑C的空气间隙为1.2mm，光阑C到双凹负透镜B1的空气间隙为5.5mm，双凸正透镜B2到双凸正透镜B3的空气间隙为0.1mm；前组A与后组B之间的空气间隙为6.7mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：光学***结构简单，可以在一定拍摄距离下同时保证低畸变及高分辨率，满足工业检测需求，能有效减少图像的失真程度，有效提高检测精度。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1是本发明实施例的光学***图。
图2是物距为0.5米时的MTF图。
图3是视场下的调制传递函数图；
图4是光学***的照度图；
图5是光学***的畸变图；
图中：
A-前组A，C光阑C ，B-后组B，A1双凸正透镜A1，A2双凸正透镜A2，A3双凹负透镜A3，A4平凹负透镜A4，B1双凹负透镜B1，B2双凸正透镜B2，B3双凸正透镜B3，1-平板玻璃。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～5所示，一种低畸变机器视觉光学***，所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有前组A、光阑C、后组B、平板玻璃1，所述前组A包括依次设置的双凸正透镜A1、双凸正透镜A2、双凹负透镜A3、平凹负透镜A4，所述后组B包括依次设置的双凹负透镜B1、双凸正透镜B2、双凸正透镜B3；前组A由四片球面透镜组成，后组B由三片球面透镜组成。
在本实施例中，所述双凸正透镜A2与双凹负透镜A3构成前组胶合件，所述双凹负透镜B1与双凸正透镜B2构成后组胶合件。
在本实施例中，所述前组A的光焦度为负，后组B的光焦度为正。
在本实施例中，所述双凸正透镜A1右凸面弯向光阑侧；所述双凸正透镜A2的右凸面弯向光阑侧；所述双凹负透镜A3的左凹面弯向光阑侧；所述双凸正透镜A2与双凹负透镜A3构成的前组胶合件的胶合面背向光阑侧；所述双凹负透镜B1的右凹面弯向光阑侧；双凸正透镜B2的左凸面弯向光阑侧；所述双凹负透镜B1与双凸正透镜B2构成的后组胶合件的胶合面背向光阑侧；所述双凸正透镜B3的左凸面弯向光阑侧。
在本实施例中，所述双凸正透镜A1采用的材料为冕牌玻璃，可以减小该片球差的基础上兼顾色差的校正；双凸正透镜A2采用的材料为冕牌玻璃，能有效降低该片色差；双凹负透镜A3采用的材料为火石玻璃；所述双凸正透镜A2与双凹负透镜A3构成前组胶合件能有效降低球差以及色差；平凹负透镜A4采用的材料为冕牌玻璃；双凸正透镜B2采用的材料为冕牌玻璃；所述双凸正透镜B3采用的材料为冕牌玻璃；双凹负透镜B1与双凸正透镜B2的胶合面弯向光阑C，通过降低双凹负透镜B1材料折射率可以改善部分轴外像差，通过提高胶合片正片的阿贝数，提高胶合片折射率差可以实现良好的色差矫正并较少的引入其他像差，通过合理的折射率分配能降低光线入射至镜片的角度，有效降低敏感度，通过光焦度平衡以实现零温飘。
在本实施例中，所述双凸正透镜A1到双凸正透镜A2之间的空气间隙为2.5mm, 双凹负透镜A3到平凹负透镜A4的空气间隙为3.6mm，平凹负透镜A4到光阑C的空气间隙为1.2mm，光阑C到双凹负透镜B1的空气间隙为5.5mm，双凸正透镜B2到双凸正透镜B3的空气间隙为0.1mm；前组A与后组B之间的空气间隙为6.7mm。
在本实施例中，该机器视觉光学***焦距f=50mm；对应芯片尺寸为2/3 "时分辨率达到600万，且畸变小于0.08%；光阑C对应的F数为2.8至32；光学***总长小于40mm。
在本实施例中，该机器视觉光学***具有如下特征：
1、设***焦距为f，A1的焦距为f1，依次类推至f7，其中：
0.8<|f1/f|<0.9；0.6<|f2/f|<0.65；0.6<|f3/f|<0.7；0.5<|f4/f|<0.65；1.2<|f5/f|<1.3；0.7<|f6/f|<0.85；0.95<|f7/f|<1.2；
2、设A1片折射率为n1、阿贝数为v1，依次类推至n7及v7，其中：
1.65<n1<1.75；45<v1<58；1.55<n2<1.65；51<v2<60；1.65<n3<1.80；22<v3<35；1.60<n4<1.70；45<v4<60；1.68<n5<1.85；21<v5<30；1.52<n6<1.67；39<v6<51；1.56<n7<1.75；36<v7<50；
由上述性能指标可知，该***光学畸变≤0.08%，该方案畸变低，能有效减少图像的失真程度，有效提高检测精度。
在本实施例中，各镜片的参数如下表所示：
Figure 675527DEST_PATH_IMAGE002
在本实施例中，由图2可以看出该机器视觉光学***在150线对处调制传递函数值保持在0.5，且各个视场的传函差异性小。
在本实施例中，图3表示全视场下的传函图，从上往上的曲线以50线为间隔，依次对应50至300线对，由图2、3可知该光学***的场曲小、像散小，因此边缘和中心的成像差异性小，实现了很好的成像效果。
在本实施例中，图4为此机器视觉光学***的照度图，由图可知该镜头的照度在75%以上，确保了检测画面的亮度以及均匀性。
在本实施例中，图5为该***的畸变图，由图可知其最大畸变大为0.07%左右，低畸变确保了其在最大视场处成像的失真度小，保证了其优异的检测性能。
在本实施例中，前后组组成一个双高斯复杂化型镜头；前组A采用四片负光焦度的组合，后组B采用三片正光焦度组合，这样的组合主要用于平衡光焦度、矫正垂轴像差；光学***采用整组调焦方式，通过改变镜片B3至像面的距离来调节成像，可在一定物距内实现良好的成像效果，其成像范围在200至无穷远；其中，物距在0.3米至2米时的成像效果最好；镜头最大主光线入射角为5°，可以保证均衡的芯片受光面积，给检测画面提供均匀的照度条件，且能有效改善偏色等问题；机器视觉光学***的总长≤40mm，体积小的优势使其应用更加广泛；前组镜片口径较小、减少了结构件的径向长度，使镜头更易于加工组装，让镜头显得更加精巧。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (5)

1.一种低畸变机器视觉光学***，其特征在于：镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有前组A、光阑C、后组B、平板玻璃，所述前组A包括依次设置的双凸正透镜A1、双凸正透镜A2、双凹负透镜A3、平凹负透镜A4，所述后组B包括依次设置的双凹负透镜B1、双凸正透镜B2、双凸正透镜B3；所述双凸正透镜A1到双凸正透镜A2之间的空气间隙为2.5mm,双凹负透镜A3到平凹负透镜A4的空气间隙为3.6mm，平凹负透镜A4到光阑C的空气间隙为1.2mm，光阑C到双凹负透镜B1的空气间隙为5.5mm，双凸正透镜B2到双凸正透镜B3的空气间隙为0.1mm；前组A与后组B之间的空气间隙为6.7mm；双凸正透镜A1的物侧面曲率半径为39.1mm、像侧面曲率半径为-165.1mm、玻璃折射率1.729505；双凸正透镜A2的物侧面曲率半径为26.5mm、像侧面曲率半径为-332.7mm、玻璃折射率1.615520；双凹负透镜A3的物侧面曲率半径为-332.7mm、像侧面曲率半径为22.6mm、玻璃折射率1.775301；平凹负透镜A4的像侧面曲率半径为11.52 mm、玻璃折射率1.612553；双凹负透镜B1的物侧面曲率半径为-14.5mm、像侧面曲率半径为48.7mm、玻璃折射率1.725252；双凸正透镜B2的物侧面曲率半径为48.7 mm、像侧面曲率半径为-15.2 mm、玻璃折射率1.610468；双凸正透镜B3的物侧面曲率半径为38.9mm、像侧面曲率半径为-151.3mm、玻璃折射率1.605450。
2.根据权利要求1所述的低畸变机器视觉光学***，其特征在于：所述双凸正透镜A2与双凹负透镜A3构成前组胶合件，所述双凹负透镜B1与双凸正透镜B2构成后组胶合件。
3.根据权利要求1所述的低畸变机器视觉光学***，其特征在于：所述前组A的光焦度为负，后组B的光焦度为正。
4.根据权利要求1所述的低畸变机器视觉光学***，其特征在于：所述双凸正透镜A1右凸面弯向光阑侧；所述双凸正透镜A2的右凸面弯向光阑侧；所述双凹负透镜A3的左凹面弯向光阑侧；所述双凸正透镜A2与双凹负透镜A3构成的前组胶合件的胶合面背向光阑侧；所述双凹负透镜B1的右凹面弯向光阑侧；双凸正透镜B2的左凸面弯向光阑侧；所述双凹负透镜B1与双凸正透镜B2构成的后组胶合件的胶合面背向光阑侧；所述双凸正透镜B3的左凸面弯向光阑侧。
5.根据权利要求1所述的低畸变机器视觉光学***，其特征在于：所述双凸正透镜A1采用的材料为冕牌玻璃；双凸正透镜A2采用的材料为冕牌玻璃；双凹负透镜A3采用的材料为火石玻璃；平凹负透镜A4采用的材料为冕牌玻璃；双凸正透镜B2采用的材料为冕牌玻璃；所述双凸正透镜B3采用的材料为冕牌玻璃。
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