CN113281882A - 光学镜头及图像采集部件 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光学镜头及图像采集部件，光学镜头及包括由物侧至像侧依次同轴排布的反摄远透镜组和后透镜组；反摄远透镜组包括依次设置的第一负透镜组和第二正透镜组；第一负透镜组包括至少一片透镜，第二正透镜组包括至少一片透镜；后透镜组包括至少一片透镜。本申请提供的光学镜头，通过设置反摄远透镜组和后透镜组，反摄远透镜组用于对射入的光线进行会聚，以便于会聚后的光线入射至后镜组中，在镜头实现大视场角的情况下能够实现低畸变，从而保证被摄取目标的图像质量和分辨率。

Description

光学镜头及图像采集部件

技术领域

本申请属于光学器件技术领域，具体涉及一种光学镜头及图像采集部件。

背景技术

随着计算机视觉技术的发展，可以将图像采集部件和机器人进行结合，图像采集部件充当机器人的眼睛，可以协助机器人完成特定行业下的工作。以制造和物流等行业为例，图像采集部件和机器人结合可以完成码垛、上料、物品抓取等工作。

图像采集部件一般可以包含光学镜头、图像传感器和图像处理器等器件，光学镜头的设计将直接影响成像质量，而成像质量将影响机器人的工作精度。在某些应用场景中，比如物品抓取应用场景中，在物品体积较大的情况下，需要光学镜头具有大视场角来完成图像采集。

通常，可以通过降低光学镜头的焦距的方式来增大光学镜头的视场角，但是，镜头的焦距变小容易导致镜头畸变增大，从而导致图像质量降低。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种光学镜头及图像采集部件。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种光学镜头，其包括由物侧至像侧依次同轴排布的反摄远透镜组和后透镜组；所述镜头的焦距为[4.6mm，6mm)，所述镜头的视场角为80°～90°，光圈数为1.7～2.5；

所述反摄远透镜组包括依次设置的第一负透镜组和第二正透镜组；所述第一负透镜组包括至少一片透镜，所述第二正透镜组包括至少一片透镜；所述后透镜组包括至少一片透镜。

上述光学镜头中，还包括光阑，所述光阑设置在所述反摄远透镜组和后透镜组之间。

进一步地，所述光阑的孔径为：5mm～9mm。

上述光学镜头中，所述反摄远透镜组和后透镜组之间的距离为2mm～13mm；所述第一负透镜组和第二正透镜组之间的距离为0.8mm～3mm。

上述光学镜头中，所述第一负透镜组的焦距为-27mm～-15mm；所述第二正透镜组的焦距为6mm～17mm；所述后透镜组的焦距为6mm～17mm。

进一步地，所述第一负透镜组包括依次设置的第一负透镜和第二正透镜，所述第一负透镜的焦距为-12mm～-8mm；所述第二正透镜的焦距为50mm～57mm；所述第一负透镜和第二正透镜之间的距离为2mm～6mm。

更进一步地，所述第二正透镜组包括依次设置的第三负透镜和第四正透镜，所述第三负透镜的焦距为-30mm～-34mm；所述第四正透镜的焦距为10mm～14mm；所述第三负透镜和第四正透镜之间的距离范围3mm～6mm。

更进一步地，所述后透镜组包括依次设置的第五正透镜和第六正透镜，所述第五正透镜的焦距为31mm～35mm；所述第六正透镜的焦距为18mm～22mm；所述第五正透镜和第六正透镜之间的距离为2mm～7mm。

更进一步地，所述第一负透镜和第二正透镜均采用光学玻璃制成的球面透镜，所述第三负透镜、第四正透镜、第五正透镜和第六正透镜均采用光学塑料制成的非球面透镜。

根据本申请实施例的第二方面，本申请提供了一种图像采集部件，其包括上述任一项所述的光学镜头。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请提供的光学镜头，通过设置反摄远透镜组和后透镜组，反摄远透镜组用于对射入的光线进行会聚，以便于会聚后的光线入射至后镜组中，通过设置镜头的焦距[4.6mm，6mm)，使得镜头的视场角能够满足在80°～90°范围内，这样在镜头实现大视场角的情况下能够降低镜头畸变，从而在满足视场角需求的情况下，提高图像质量，比如提高图像的分辨率。

进一步地，通过对反摄远透镜组和后透镜组中各透镜的焦距、材料及各相邻透镜之间的距离进行合理设置，能够使得该镜头实现大视场角，且畸变低，满足制造和物流等行业机器人中机器视觉***的需求。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1是本申请实施例提供的光学镜头的结构示意图之一。

图2是本申请实施例提供的光学镜头的结构示意图之二。

图3是本申请实施例提供的光学镜头在常温常压条件下光学***光学调制传递函数图。

图4是本申请实施例提供的光学镜头的畸变曲线图。

图5是本申请实施例提供的光学镜头的像面相对照度图。

附图标记说明：

1、反摄远透镜组；11、第一负透镜组；111、第一负透镜；112、第二正透镜；12、第二正透镜组；121、第三负透镜；122、第四正透镜；

2、后透镜组；21、第五正透镜；22、第六正透镜；

3、光阑。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。

本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

在工业机器人领域，比如在需要工业机器人完成拆垛、码垛、无序工件上料、物品抓取等工作时，对机器视觉镜头的视场角的范围具有一定的需求，同时需要较大的视场角以及成像质量。一般情况下，在成像尺寸相同的情况下，镜头的视场角越大，对应的焦距越小，而焦距越小，光学镜头畸变会对应增大，影响成像质量，所以亟需一种能够同时满足视场角和成像质量的光学镜头。

本申请提供的光学镜头，通过设置反摄远透镜组和后透镜组，反摄远透镜组用于对射入的光线进行会聚，以便于会聚后的光线入射至后镜组中，通过设置镜头的焦距[4.6mm，6mm)，使得镜头的视场角能够满足在80°～90°范围内，这样在镜头实现大视场角的情况下能够降低镜头畸变，从而在满足视场角需求的情况下，提高图像质量，比如提高图像的分辨率。

图1是本申请实施例提供的光学镜头的结构示意图之一。

如图1所示，本申请实施例提供的光学镜头包括由物侧至像侧依次同轴排布的反摄远透镜组1和后透镜组2。其中，反摄远透镜组1和后透镜组2之间的距离为2mm～13mm。整个光学镜头的焦距为[4.6mm，6mm)。整个光学镜头的视场角为80°～90°，光圈数为1.7～2.5。

其中，反摄远透镜组1包括依次设置的第一负透镜组11和第二正透镜组12。具体地，第一负透镜组11的焦距为-27mm～-15mm。第一负透镜组11包括至少一片透镜，该透镜可以采用光学玻璃材质制成。第二正透镜组12的焦距为6mm～17mm。第二正透镜组12包括至少一片透镜，该透镜可以采用光学玻璃或光学塑料材质制成。

后透镜组2的焦距为6mm～17mm。后透镜组2为正透镜组，其包括至少一片透镜，该透镜可以采用光学玻璃或光学塑料材质制成。

需要说明的是，反摄远透镜组1和后透镜组2中的透镜均可以采用球面透镜或非球面透镜。

本申请实施例提供的光学镜头中，反摄远透镜组1和后透镜组2均对射入的光线进行会聚，在镜头实现大视场角的情况下能够实现低畸变，从而保证被摄取目标的图像质量和分辨率。通过对反摄远透镜组1和后透镜组2中各透镜的焦距、材料以及各相邻透镜之间的距离进行合理设置，能够使得该镜头满足制造和物流等行业机器人中机器视觉***的需求。

由于畸变是随着视场高度的三次幂增大的像差，因此大视场镜头的畸变通常较大。在本申请实施例提供的光学镜头中，通过对镜头中各透镜的面型参数、结构参数和材质以及各镜头的间距进行合理设置，能够有效降低透镜畸变，提高图像质量。

在一个具体的实施例中，整个光学镜头的焦距为5mm～5.99mm，反摄远透镜组1和后透镜组2之间的距离为2mm～5mm。

需要说明的是，反摄远透镜组1和后透镜组2之间的距离指的是，反摄远透镜组1中靠近后透镜组2的透镜的表面与光学镜头主轴的交点和后透镜组2中靠近反摄远透镜组1的透镜的表面与光学镜头主轴的交点之间的直线距离。

在一个具体的实施例中，反摄远透镜组1中第一负透镜组11和第二正透镜组12之间的距离为0.8mm～3mm。

需要说明的是，如图2所示，第一负透镜组11和第二正透镜组12之间的距离指的是，第一负透镜组11中靠近第二正透镜组12的透镜的表面与光学镜头主轴的交点和第二正透镜组12中靠近第一负透镜组11的透镜的表面与光学镜头主轴的交点之间的直线距离。

在一个具体的实施例中，第一负透镜组11包括依次设置的第一负透镜111和第二正透镜112，其中，第一负透镜111的焦距为-12mm～-8mm，其采用镧冕玻璃制成。第二正透镜112的焦距为50mm～57mm，其采用重火石玻璃或重钡火石玻璃制成。

第一负透镜111和第二正透镜112之间的距离为2mm～6mm。

需要说明的是，如图2所示，假设第一负透镜111的主轴与第一负透镜111靠近第二正透镜112的表面的交点为点A，第二正透镜112的主轴与第二正透镜112靠近第一负透镜111的表面的交点为点B，则第一负透镜111和第二正透镜112之间的距离指线段AB的距离。

在一个具体的实施例中，第二正透镜组12包括依次设置的第三负透镜121和第四正透镜122，其中，第三负透镜121的焦距为-30mm～-34mm，其采用光学塑料制成。第四正透镜122的焦距为10mm～14mm，其采用光学塑料制成。

第三负透镜121和第四正透镜122之间的距离范围3mm～6mm。

需要说明的是，如图2所示，假设第三负透镜121的主轴与第三负透镜121靠近第四正透镜122的表面的交点为点C，第四正透镜122的主轴与第四正透镜122靠近第三负透镜121的表面的交点为点D，则第三负透镜121和第四正透镜122之间的距离指线段CD的距离。

在一个具体的实施例中，后透镜组2包括依次设置的第五正透镜21和第六正透镜22，其中，第五正透镜21的焦距为31mm～35mm，其采用光学塑料制成。第六正透镜22的焦距为18mm～22mm，其采用光学塑料制成。

第五正透镜21和第六正透镜22之间的距离为2mm～7mm。

需要说明的是，如图2所示，假设第五正透镜21的主轴与第五正透镜21靠近第六正透镜22的表面的交点为点E，第六正透镜22的主轴与第六正透镜22靠近第五正透镜21的表面的交点为点F，则第五正透镜21和第六正透镜22之间的距离指线段EF的距离。

在一个具体的实施例中，第一负透镜111的直径可以设置为15mm。整个光学镜头的总长度为35mm～40mm。

作为本申请实施例一种可选的实施方式，本申请实施例提供的光学镜头还包括光阑3，光阑3设置在反摄远透镜组1和后透镜组2之间。光阑3的孔径为：5mm～9mm。光阑3的设置可以保证整个镜头的彗差或象散最小，同时可以使得镜头的整体尺寸较小。

作为本申请实施例一种可选的实施方式，第一负透镜111和第二正透镜112均可以采用球面透镜，第三负透镜121、第四正透镜122、第五正透镜21和第六正透镜22均可以采用非球面透镜。由于非球面透镜的曲率半径随着中心轴而变化，其可以用来改进光学品质，因此，第三负透镜121、第四正透镜122、第五正透镜21和第六正透镜22均采用非球面透镜能够减少本申请实施例提供的光学镜头中的光学元件数量，能够以较少的镜片数量达到很好的成像质量，透镜的数量越少光能损失越少，能够降低设计成本。

当然，也可以根据实际需要，第一负透镜111采用球面透镜，第二正透镜112、第三负透镜121、第四正透镜122、第五正透镜21和第六正透镜22均采用非球面透镜。也可以第一负透镜111、第二正透镜112、第三负透镜121、第四正透镜122、第五正透镜21和第六正透镜22均采用非球面透镜。

具体地，第一负透镜111和第二正透镜112均采用光学玻璃材质的球面透镜，第三负透镜121、第四正透镜122、第五正透镜21和第六正透镜22均采用光学塑料材质的非球面透镜。

第一负透镜111和第二正透镜112均采用光学玻璃材质的球面透镜能够有效地降低外界环境温度对镜头内部的影响，避免光学塑料材质的各非球面透镜受温度形变引起的成像质量降低；另外，由于玻璃热变形温度很高，因此当工作环境的温度较高时，第一负透镜111和第二正透镜112均采用光学玻璃材质的球面透镜不易受热变形。

光学塑料材质的非球面透镜的加工工艺简单，成本低；另外，光学塑料材质的密度小于光学玻璃材质的密度，使用光学塑料材质有利于减轻镜头的重量。通过将第一负透镜111和第二正透镜112设置为光学玻璃材质的球面透镜，将第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜设置为光学塑料材质的非球面透镜，能够用尽量少的镜片实现较好的成像效果。

作为本申请实施例一种可选的实施方式，本申请实施例提供的光学镜头还包括滤光片，滤光片沿光线入射方向设置在后透镜组2的后方。当该光学镜头用于不同应用场景时，可以根据需要调整滤光片通光的光谱范围，从而使得该光学镜头在工作谱段可以较好地成像。

作为本申请实施例一种可选的实施方式，本申请实施例提供的光学镜头还包括玻璃片，玻璃片沿光线入射方向设置在滤光片的后方。玻璃片用于对与镜头配合使用的相机中的传感器进行保护。

作为本申请实施例一种可选的实施方式，通过合理选择各透镜，同时可以对各个透镜的相关参数进行合理设置，可以使得该镜头的视场角达到80°～90°，即相对于现有镜头，本申请实施例提供的光学镜头可以实现大视场监测；同时，在大视场角的前提下，全视场畸变小于0.8％。因此，本申请实施例提供的光学镜头可以实现大视场低畸变成像。

根据上述实施例对光学镜头中各透镜进行设置，可以得到如图3、图4和图5所示的表征该镜头的成像效果的示意图。

如图3所示，为常温常压条件下该镜头的光学调制传递函数，其中，调制传递函数(Modulation TransferFunction，MTF)是指调制度与图像内每毫米线对数之间的关系，用于对景物细部还原能力进行评价。调制度就是最大强度与最小强度之差与最大强度与最小强度之和的比。MTF是像的调制度与物的调制度之比，它是空间频率的函数，空间频率通常以lp/mm的形式表示。调制传递函数可用于表示光学***的特征，MTF越大，表示***的成像质量越好。

图3中，横坐标表示空间频率，单位为lp/mm；纵坐标表示调制度。本申请实施例提供的光学镜头对MTF的要求是：中心视场的MTF≥35％@145lp/mm，边缘视场的MTF≥10％@145lp/mm。MTF图中最上面的一条曲线为中心视场的MTF曲线，可以看出在145lp/mm处，中心视场的MTF＞35％。MTF图中最下面的一条曲线是边缘视场的MTF曲线，可以看出在145lp/mm处，边缘视场的MTF＞10％。可见，本申请实施例提供的光学镜头的成像质量能够达到设计要求。

图4为本申请实施例提供的光学镜头的畸变曲线图。该图中，横坐标表示相对畸变，单位是％；纵坐标表示视场角度。

本申请实施例提供的光学镜头的设计要求为：全视场范围内的相对畸变＜1％。

如图4所示，本申请实施例提供的光学镜头的相对畸变＜0.8％，能够达到设计要求。

图5为本申请实施例提供的光学镜头的像面相对照度图。如图5所示，横坐标表示视场角度；纵坐标表示像面相对照度。

本申请实施例提供的光学镜头的设计要求为：整个视场范围内的像面相对照度≥50％。

从图5中可以看出，本申请实施例提供的光学镜头在整个视场范围内的像面相对照度＞50％，能够达到设计要求。

基于本申请实施例提供的光学镜头，本申请还提供了一种图像采集部件，其包括上述任一光学镜头。

示例性地，图像采集部件可以包含单目相机、双目相机、3D相机或者摄像机等，在此不做具体限定。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种光学镜头，其特征在于，包括由物侧至像侧依次同轴排布的反摄远透镜组和后透镜组；所述镜头的焦距为[4.6mm，6mm)，所述镜头的视场角为80°～90°，光圈数为1.7～2.5；

所述反摄远透镜组包括依次设置的第一负透镜组和第二正透镜组；所述第一负透镜组包括至少一片透镜，所述第二正透镜组包括至少一片透镜；所述后透镜组包括至少一片透镜。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，还包括光阑，所述光阑设置在所述反摄远透镜组和后透镜组之间。

3.根据权利要求2所述的光学镜头，其特征在于，所述光阑的孔径为：5mm～9mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的光学镜头，其特征在于，所述反摄远透镜组和后透镜组之间的距离为2mm～13mm；所述第一负透镜组和第二正透镜组之间的距离为0.8mm～3mm。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的光学镜头，其特征在于，所述第一负透镜组的焦距为-27mm～-15mm；所述第二正透镜组的焦距为6mm～17mm；所述后透镜组的焦距为6mm～17mm。

6.根据权利要求5所述的光学镜头，其特征在于，所述第一负透镜组包括依次设置的第一负透镜和第二正透镜，所述第一负透镜的焦距为-12mm～-8mm；所述第二正透镜的焦距为50mm～57mm；所述第一负透镜和第二正透镜之间的距离为2mm～6mm。

7.根据权利要求6所述的光学镜头，其特征在于，所述第二正透镜组包括依次设置的第三负透镜和第四正透镜，所述第三负透镜的焦距为-30mm～-34mm；所述第四正透镜的焦距为10mm～14mm；所述第三负透镜和第四正透镜之间的距离范围3mm～6mm。

8.根据权利要求7所述的光学镜头，其特征在于，所述后透镜组包括依次设置的第五正透镜和第六正透镜，所述第五正透镜的焦距为31mm～35mm；所述第六正透镜的焦距为18mm～22mm；所述第五正透镜和第六正透镜之间的距离为2mm～7mm。

9.根据权利要求8所述的光学镜头，其特征在于，所述第一负透镜和第二正透镜均采用光学玻璃制成的球面透镜，所述第三负透镜、第四正透镜、第五正透镜和第六正透镜均采用光学塑料制成的非球面透镜。

10.一种图像采集部件，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的光学镜头。

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