CN110376715B - 一种高解析度定焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种高解析度定焦镜头，包括机械***及安装于所述机械***内部的光学***，所述光学***包括由物方到像依次设置的具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及弯月结构的第六透镜G6。实现了焦距为8mm的定焦机器视觉镜头的光学***，像方F数为2.8，最大成像面为φ9mm，较高的解析度，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm小像元芯片，其通光孔径也可灵活调节。

Description

一种高解析度定焦镜头
技术领域
本发明属于机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种高解析度定焦镜头。
背景技术
在工业自动化的浪潮中，机器视觉***广泛地应用于各行各业，而在电子制造、液晶屏缺陷检测、食品包装、色选等应用中，对成像的解析度要求越来越高。此外，芯片技术不断的进步，像元尺寸越来越小，这就要求与之匹配的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解析度不够高，与小像元的成像芯片匹配时无法充分发挥出相机的性能。具体不足之处有：光学畸变大、解析度低、镜头体积庞大或是工作距离偏远等等，因此对于更高光学性能的镜头的研发就更为迫切。
综上可知，相关技术亟待完善。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种高解析度定焦镜头，具有较高的解析度，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm小像元芯片；且低畸变、有良好的色差矫正能力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高解析度定焦镜头，包括机械***及安装于所述机械***内部的光学***，所述光学***包括由物方到像依次设置的具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及弯月结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、具有负光焦度及双凹结构的第八透镜G8、具有正光焦度及双凸结构的第九透镜G9、具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10，所述的各个透镜均为球面镜，所述第一透镜G1和所述第二透镜G2胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第六透镜G6和所述第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第八透镜G8和所述第九透镜G9胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜组U3，所述光学***的焦距f，所述第一胶合透镜组的焦距fU1，所述第二胶合透镜组的焦距fU2，所述第三胶合透镜组的焦距fU3，分别满足关系式：2.5<|fU1/f|<4.5，2.0<|fU2/f|<4.0，500<|fU3/f|<1000。
作为本发明所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第十透镜G10后表面顶点的距离L与所述光学***的焦距f，满足关系式：|L/f|>1.5。
作为本发明所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述光学***的光学后截距BFL与所述光学***的焦距f，满足关系式：|BFL/f|>1.2。
作为本发明所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述光学***的半像高y'与所述光学***的焦距f，满足关系式：|y'/f|＜0.65。
作为本发明所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第一透镜G1的焦距为fG1，所述第二透镜G2的焦距为fG2，焦距fG2和焦距fU1的比值分别满足关系式：0.5＜|fG1/fU1|＜0.85；0.25＜|fG2/fU1|＜0.5。
作为本发明所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第三透镜G3的折射率为n3，满足关系式：1.65＜n3＜1.80；所述第四透镜G4的折射率为n4，满足关系式：1.55＜n4＜1.65；所述第五透镜G5的折射率为n5，满足关系式：1.85＜n5＜1.95。
作为本发明所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第六透镜G6的焦距为fG6，所述第七透镜G7的焦距为fG7，其焦距fG6和焦距fU2的比值，焦距fG7和焦距fU2的比值同时满足关系式：0.85＜|fG6/fU2|＜1.2；0.3＜|fG7/fU2|＜0.6。
作为本发明所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第八透镜G8的焦距为fG8，所述第九透镜G9的焦距为fG9，其焦距fG8和fG9的比值满足关系式：0.85＜|fG8/fG9|＜1.20。
作为本发明所述的高解析度定焦镜头的一种改进，所述第十透镜G10的折射率为n10，满足关系式：1.75＜n10＜1.85。
作为本发明所述的高解析度定焦镜头的一种改进，还包括光阑，所述光阑设置于所述第五透镜G5和所述第六透镜G6之间，所述光阑的孔径为圆孔，所述光阑的光圈在F2.8～F16范围内可调。
本发明的有益效果在于：通过上述结构实现了焦距为8mm的定焦机器视觉镜头的光学***，像方F数为2.8，最大成像面为φ9mm，较高的解析度，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm小像元芯片，对应的1/1.8″芯片时，其像素可达到八百万像素，全视场最大光学畸变低于0.5％；采用整组对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。
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例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为本发明实施例中的结构示意图；
图2为本发明实施例中光学***的光路图；
图3为本发明实施例中的光学***的畸变曲线图；
其中：0-光学***；G1-第一透镜；G2-第二透镜；G3-第三透镜；G4-第四透镜；G5-第五透镜；G6-第六透镜；G7-第七透镜；G8-第八透镜；G9-第九透镜；G10-第十透镜；11-光阑；U1-第一胶合透镜；U2-第二胶合透镜；U3-第三胶合透镜；L-第一透镜的前表面顶点到第十透镜后表面顶点的距离；BFL-光学***的光学后截距。
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1-2所示，一种高解析度定焦镜头，包括机械***及安装于机械***内部的光学***0，光学***0包括由物方到像依次设置的具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及弯月结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、具有负光焦度及双凹结构的第八透镜G8、具有正光焦度及双凸结构的第九透镜G9、具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10，的各个透镜均为球面镜，第一透镜G1和第二透镜G2胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，第六透镜G6和第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2，第八透镜G8和第九透镜G9胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜组U3，光学***0的焦距f，第一胶合透镜组的焦距fU1，第二胶合透镜组的焦距fU2，第三胶合透镜组的焦距fU3，分别满足关系式：2.5<|fU1/f|<4.5，2.0<|fU2/f|<4.0，500<|fU3/f|<1000。
优选的，第一透镜G1的前表面顶点到第十透镜G10后表面顶点的距离L与光学***0的焦距f，满足关系式：|L/f|>1.5。
优选的，光学***0的光学后截距BFL与光学***0的焦距f，满足关系式：|BFL/f|>1.2。
优选的，光学***0的半像高y'与光学***0的焦距f，满足关系式：|y'/f|＜0.65。
优选的，第一透镜G1的焦距为fG1，第二透镜G2的焦距为fG2，焦距fG2和焦距fU1的比值分别满足关系式：0.5＜|fG1/fU1|＜0.85；0.25＜|fG2/fU1|＜0.5。
优选的，第三透镜G3的折射率为n3，满足关系式：1.65＜n3＜1.80；第四透镜G4的折射率为n4，满足关系式：1.55＜n4＜1.65；第五透镜G5的折射率为n5，满足关系式：1.85＜n5＜1.95。
优选的，第六透镜G6的焦距为fG6，第七透镜G7的焦距为fG7，其焦距fG6和焦距fU2的比值，焦距fG7和焦距fU2的比值同时满足关系式：0.85＜|fG6/fU2|＜1.2；0.3＜|fG7/fU2|＜0.6。
优选的，第八透镜G8的焦距为fG8，第九透镜G9的焦距为fG9，其焦距fG8和fG9的比值满足关系式：0.85＜|fG8/fG9|＜1.20。
优选的，第十透镜G10的折射率为n10，满足关系式：1.75＜n10＜1.85。
本发明还包括光阑11，光阑11设置于第五透镜G5和第六透镜G6之间，光阑11的孔径为圆孔，光阑11的光圈在F2.8～F16范围内可调。
在本实例中，光学***0数据如下：
在本实例中，光学***0的焦距f为8mm，最大光圈为F#＝2.8，第一胶合透镜组的焦距fU1＝29.42mm，第二胶合透镜组的焦距fU2＝24.95mm，第三胶合透镜组的焦距fU3＝6987.69mm，第一透镜G1的前表面顶点到第十透镜G10的后表面顶点的距离L＝33.3mm，光学后截距BFL＝12.6mm，半像高y’＝4.5mm，第一透镜G1的焦距fG1＝-23.42mm，第二透镜G2的焦距fG2＝12.47mm，第六透镜G6的焦距fG6＝-25.03mm，第七透镜G7的焦距fG7＝12.90mm，第八透镜G8的焦距fG8＝-14.47mm，第九透镜G9的焦距fG9＝15.39mm。
各个关系式：|fU1/f|＝3.67；|fU2/f|＝3.11；|fU3/f|＝873.46；
|L/f|＝4.16；|BFL/f|＝1.57；|y’/f|＝0.56；|fG1/fU1|＝0.79；
|fG2/fU1|＝0.42；|fG6/fU2|＝1.00；|fG7/fU2|＝0.51；
|fG8/fG9|＝0.94
满足关系式：
2.5<|fU1/f|<4.5；2.0<|fU2/f|<4.0；500<|fU3/f|<1000；
|L/f|>1.5；|BFL/f|>1.2；|y’/f|＜0.65；0.5＜|fG1/fU1|＜0.85；
0.25＜|fG2/fU1|＜0.5；0.85＜|fG6/fU2|＜1.2；
0.3＜|fG7/fU2|＜0.6；0.85＜|fG8/fG9|＜1.20。
图3所示为本实施例的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.5％；
通过上述结构实现了焦距为8mm的线扫机器视觉镜头的光学***0，像方F数为2.8，最大成像面为较高的解析度，最高分辨率可达230lp/mm，可匹配2.2μm小像元芯片，对应的1/1.8″芯片时，其像素可达到八百万像素，全视场最大光学畸变低于0.5％；采用整组对焦方式，其通光孔径可灵活调节。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，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例的排除，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 (10)

1.一种高解析度定焦镜头，其特征在于：包括机械***及安装于所述机械***内部的光学***(0)，所述光学***(0)包括由物方到像依次设置的具有负光焦度及弯月结构的第一透镜G1、具有正光焦度及弯月结构的第二透镜G2、具有负光焦度及弯月结构的第三透镜G3、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、具有负光焦度及弯月结构的第六透镜G6、具有正光焦度及双凸结构的第七透镜G7、具有负光焦度及双凹结构的第八透镜G8、具有正光焦度及双凸结构的第九透镜G9、具有正光焦度及双凸结构的第十透镜G10，所述的各个透镜均为球面镜，所述第一透镜G1和所述第二透镜G2胶合成具有正光焦度的第一胶合透镜组U1，所述第六透镜G6和所述第七透镜G7胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组U2，所述第八透镜G8和所述第九透镜G9胶合成具有负光焦度的第三胶合透镜组U3，所述光学***(0)的焦距f，所述第一胶合透镜组的焦距fU1，所述第二胶合透镜组的焦距fU2，所述第三胶合透镜组的焦距fU3，分别满足关系式：2.5<|fU1/f|<4.5，2.0<|fU2/f|<4.0，500<|fU3/f|<1000。
2.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜G1的前表面顶点到所述第十透镜G10后表面顶点的距离L与所述光学***(0)的焦距f，满足关系式：|L/f|>1.5。
3.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述光学***(0)的光学后截距BFL与所述光学***(0)的焦距f，满足关系式：|BFL/f|>1.2。
4.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述光学***(0)的半像高y'与所述光学***(0)的焦距f，满足关系式：|y'/f|＜0.65。
5.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第一透镜G1的焦距为fG1，所述第二透镜G2的焦距为fG2，焦距fG2和焦距fU1的比值分别满足关系式：0.5＜|fG1/fU1|＜0.85；0.25＜|fG2/fU1|＜0.5。
6.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第三透镜G3的折射率为n3，满足关系式：1.65＜n3＜1.80；所述第四透镜G4的折射率为n4，满足关系式：1.55＜n4＜1.65；所述第五透镜G5的折射率为n5，满足关系式：1.85＜n5＜1.95。
7.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第六透镜G6的焦距为fG6，所述第七透镜G7的焦距为fG7，其焦距fG6和焦距fU2的比值，焦距fG7和焦距fU2的比值同时满足关系式：0.85＜|fG6/fU2|＜1.2；0.3＜|fG7/fU2|＜0.6。
8.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第八透镜G8的焦距为fG8，所述第九透镜G9的焦距为fG9，其焦距fG8和fG9的比值满足关系式：0.85＜|fG8/fG9|＜1.20。
9.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，所述第十透镜G10的折射率为n10，满足关系式：1.75＜n10＜1.85。
10.如权利要求1所述的高解析度定焦镜头，其特征在于，还包括光阑(11)，所述光阑(11)设置于所述第五透镜G5和所述第六透镜G6之间，所述光阑(11)的孔径为圆孔，所述光阑(11)的光圈在F2.8～F16范围内可调。
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