CN218995764U - 一种高像素低畸变机器视觉镜头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高像素低畸变机器视觉镜头，其涉及光学镜头的领域，其包括包括沿光轴由物侧至像侧方向依次设置的具有正光焦度的双凸型透镜一、具有负光焦度的双凹型透镜二、具有正光焦度的凸凹型透镜三、具有正光焦度的双凸型透镜四、具有负光焦度的双凹型透镜五、具有负光焦度的凸凹型透镜六、具有正光焦度的凸凹型透镜七、具有正光焦度的双凸型透镜八以及成像面。本申请通过八片透镜的光焦度的合理分配以及透镜之间的设计补偿优化，使得镜头可达到高像素、低畸变的效果。

Description

一种高像素低畸变机器视觉镜头

技术领域

本申请涉及光学镜头的领域，尤其是涉及一种高像素低畸变机器视觉镜头。

背景技术

随着机器视觉自身的技术发展和其面对的应用要求不断升级，镜头技术也在与时俱进，在性能、分辨率、适应的波长范围等诸多方面，不断推陈出新，让机器视觉系统变得更加高效、强大。在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将目标成像在图像传感器的光敏面上。

畸变作为光学系统中经常提到的一个参数，是限制光学量测准确性的重要因素之一。它是光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度，只引起像的变形，对像的清晰度并无影响。当系统具有正畸变时，实际像高随视场的增大比理想像高增大得快，即放大倍率随视场的增大而增大，则同心圆的间距自内向外逐渐增大；反之，当为负畸变时，圆的间距自内向外逐渐减小。对于普通的光学镜头，只要感觉不出它所成像的变形，这种成像缺陷就可忽略，但是对于某些要利用像来测定物体大小尺寸的应用，畸变的影响就非常重要了，它直接影响测量精度。传统的工业镜头的畸变一般在1％～2％，这样的畸变通常会影响检测结果，例如实际长度为100mm的物体，使用这种镜头测得的尺寸可能是101mm～102mm，所以亟待研发一种低畸变的光学镜头。

实用新型内容

为了研发一种低畸变的光学镜头，本申请提供一种高像素低畸变机器视觉镜头。

本申请提供的一种高像素低畸变机器视觉镜头采用如下的技术方案：

一种高像素低畸变机器视觉镜头，包括沿光轴由物侧至像侧方向依次设置的具有正光焦度的双凸型透镜一、具有负光焦度的双凹型透镜二、具有正光焦度的凸凹型透镜三、具有正光焦度的双凸型透镜四、具有负光焦度的双凹型透镜五、具有负光焦度的凸凹型透镜六、具有正光焦度的凸凹型透镜七、具有正光焦度的双凸型透镜八以及成像面。

通过采用上述技术方案，利用八片透镜的光焦度的合理分配以及透镜之间的设计补偿优化，使得镜头可达到高像素、低畸变的效果。

在一个具体的可实施方案中，还包括光阑，所述光阑位于所述双凹型透镜五与所述凸凹型透镜六之间。

通过采用上述技术方案，利用光阑的设置，光阑在光学系统中对光束起着限制作用，能够控制光束通过的多少，调节通过的光束的强弱。

在一个具体的可实施方案中，所述双凸型透镜四与所述双凹型透镜五通过光敏胶构成第一胶合透镜组，所述凸凹型透镜六与所述凸凹型透镜七通过光敏胶构成第二胶合透镜组。

通过采用上述技术方案，第一胶合透镜组与第二胶合透镜组均为光焦度一正一负的组合，从而能够改善像质也可以消除球差、色差，并且能够减少光能损失，增加成像亮度。

在一个具体的可实施方案中，所述双凸型透镜一与所述双凹型透镜二的光学间隔为0.72mm，所述双凹型透镜二与所述凸凹型透镜三的光学间隔为1.2～12.57mm，所述凸凹型透镜三与所述第一胶合透镜组的光学间隔为0.10mm，所述第一胶合透镜组与所述光阑的光学间隔为9.21mm，所述光阑与所述第二胶合透镜组的光学间隔为5.30mm，所述第二胶合透镜组与所述双凸型透镜八的光学间隔为0.19mm，所述双凸型透镜八与所述成像面的光学间隔为13.10～26.84mm。

在一个具体的可实施方案中，还包括保护玻璃，所述保护玻璃位于所述双凸型透镜八与所述成像面之间。

通过采用上述技术方案，利用保护玻璃的设置，使得成像面位于保护玻璃的像侧面，即可以对光学成像镜头进行保护。

在一个具体的可实施方案中，所述双凸型透镜一朝向物侧的表面的曲率半径为+15～+40mm，所述双凸型透镜一朝向像侧的表面的曲率半径为-10～-60mm；所述双凹型透镜二朝向物侧的表面的曲率半径为-30～-60mm，所述双凹型透镜二朝向像侧的表面的曲率半径为+100～+150mm；所述凸凹型透镜三朝向物侧的表面的曲率半径为+10～+30mm，所述凸凹型透镜三朝向像侧的表面的曲率半径为+190～+120mm；所述双凸型透镜四朝向物侧的表面的曲率半径为+10～+25mm，所述双凸型透镜四朝向像侧的表面的曲率半径为-270～-295mm；所述双凹型透镜五朝向物侧的表面的曲率半径为-270～-295mm，所述双凹型透镜五朝向像侧的表面的曲率半径为+5～+25mm；所述凸凹型透镜六朝向物侧的表面的曲率半径为-5～-20mm，所述凸凹型透镜六朝向像侧的表面的曲率半径为-110～-140mm；所述凸凹型透镜七朝向物侧的表面的曲率半径为-110～-140mm，所述凸凹型透镜七朝向像侧的表面的曲率半径为-5～-15mm；所述双凸型透镜八朝向物侧的表面的曲率半径为+75～+95mm，所述双凸型透镜八朝向像侧的表面的曲率半径为-35～-65mm。

在一个具体的可实施方案中，所述双凸型透镜一的光学折射率为1.35～1.75，所述双凹型透镜二的光学折射率为1.5～1.9，所述凸凹型透镜三的光学折射率为1.8～2.1，所述双凸型透镜四的光学折射率为1.4～1.7，所述双凹型透镜五的光学折射率为1.7～2.0，所述凸凹型透镜六的光学折射率为1.6～2.0，所述凸凹型透镜七的光学折射率为1.6～2.0，所述双凸型透镜八的光学折射率为1.6～2.0。

在一个具体的可实施方案中，所述双凸型透镜一的中心厚度为3.0～6.0mm，所述双凹型透镜二的中心厚度为0.7～1.3mm，所述凸凹型透镜三的中心厚度为2.5～4.0mm，所述双凸型透镜四的中心厚度为2.5～4.5mm，所述双凹型透镜五的中心厚度为5.0～7.0mm，所述凸凹型透镜六的中心厚度为0.7～1.2mm，所述凸凹型透镜七的中心厚度为2.0～4.0mm，所述双凸型透镜八的中心厚度为1.5～2.5mm。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请的一种高像素低畸变机器视觉镜头，通过八片透镜的光焦度的合理分配、透镜之间的设计补偿优化，使得镜头分辨率可达到高像素，低畸变的效果；

2.本申请的一种高像素低畸变机器视觉镜头，通过八片透镜组成，结构相对市面小，镜头整体的性价比相对较高；

3.本申请的一种高像素低畸变机器视觉镜头，第一胶合透镜组与第二胶合透镜组均是光焦度一正一负的组合，能够改善像质也可以消除球差、色差，并且能够减少光能损失，增加成像亮度。

附图说明

图1是本申请实施例一种高像素低畸变机器视觉镜头的结构示意图。

图2是光学传递函数示意图。

图3是光学畸变示意图。

图4是光学场曲示意图。

图5是相对照度示意图。

附图标记说明：1、双凸型透镜一；2、双凹型透镜二；3、凸凹型透镜三；4、双凸型透镜四；5、双凹型透镜五；6、光阑；7、凸凹型透镜六；8、凸凹型透镜七；9、双凸型透镜八；10、保护玻璃；11、成像面。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

参照图1，本申请实施例公开一种高像素低畸变机器视觉镜头包括沿光轴由物侧至像侧方向依次设置的双凸型透镜一1、双凹型透镜二2、凸凹型透镜三3、双凸型透镜四4、双凹型透镜五5、光阑6、凸凹型透镜六7、凸凹型透镜七8、双凸型透镜八9、保护玻璃10以及成像面11，保护玻璃10可以对光学成像镜头进行保护；双凸型透镜一1与双凹型透镜二2共同构成第一透镜组，第一透镜组相对于成像面11固定；凸凹型透镜三3、双凸型透镜四4以及双凹型透镜五5共同构成第二透镜组，凸凹型透镜六7、凸凹型透镜七8以及双凸型透镜八9共同构成第三透镜组，光阑6位于第二透镜组与第三透镜组之间，光阑6的位置为浮动机构设计，光阑6在光学系统中对光束起着限制作用，能够控制光束通过的多少，调节通过的光束的强弱；第二透镜组相对于光阑6与第三透镜组为相对间隔固定的，在工作时，第二透镜组、光阑6以及第三透镜组作为一个整体，整体相对于成像面11根据不同的物距需求进行移动，能够减小镜头的体积大小，使镜头达到体积更小，在满足镜头成像清晰度、畸变低的要求的同时，透镜组采用上述方式移动，使其镜头结构可以更加的小，更加的轻便。

双凸型透镜一1、凸凹型透镜三3、双凸型透镜四4、凸凹型透镜七8以及双凸型透镜八9均为具有正光焦度的透镜，双凹型透镜二2、双凹型透镜五5以及凸凹型透镜六7均为具有负光焦度的透镜；双凸型透镜一1双凸型透镜四4与双凹型透镜五5通过光敏胶构成第一胶合透镜组，凸凹型透镜六7与凸凹型透镜七8通过光敏胶构成第二胶合透镜组；第一胶合透镜组与第二胶合透镜组均由一片具有正光焦度的透镜与一片具有负光焦度的透镜组合构成，从而可以改善像质，并且可以消除球差、色差，减少光能损失，增加成像亮度。

双凸型透镜一1与双凹型透镜二2之间的光学间隔为0.72mm，双凹型透镜二2与凸凹型透镜三3之间的光学间隔是浮动变化的，其数值范围为1.2～12.57mm，凸凹型透镜三3与第一胶合透镜组之间的光学间隔为0.10mm，第一胶合透镜组与光阑6之间的光学间隔为9.21mm，光阑6与第二胶合透镜组之间的光学间隔为5.30mm，第二胶合透镜组与双凸型透镜八9之间的光学间隔为0.19mm，双凸型透镜八9与成像面11之间的光学间隔是浮动变化的，其数值范围为13.10～26.84mm。

双凸型透镜一1、双凹型透镜二2、凸凹型透镜三3、双凸型透镜四4、双凹型透镜五5、凸凹型透镜六7、凸凹型透镜七8与双凸型透镜八9的参数如以下表一所示：

表一

图2为光学传递函数示意图，其中横坐标为线对数，纵坐标为调制值。线对数在200lp/mm，调制值在30％以上；此条件下的镜头分辨率高，使得镜头成像细节更加准确。

图3为镜头畸变性能示意图，其中横坐标为畸变值，纵坐标为像高值；在所有视场下，畸变的数值范围在0～0.08％之间；即使得在使用该镜头的情况下能够更好地观察到准确的图像，在检测物体的尺寸时，能够更加准确地进行检测。

图4为镜头场曲示意图，其中横坐标是场区值，纵坐标是像高值；在所有视场下，场曲的数值范围在-0.01～0.08之间；此场曲范围值对影像的清晰度从中央向外发现的变化小，此条件下的镜头其清晰度较高。

图5为相对照度示意图，其中横坐标是像高值，纵坐标是相对照度值；相对照度值在最大像高可达到80％以上，此条件下的镜头相对照度高，可获得更清晰优质的图像。

在实际的光学性能测试过程中，光学规格为：

有效焦距：f＝50mm；

成像靶面：2/3”；

光圈大小：F#＝2.4；

视场角：11.18°×8.94°×6.74°；

光学总长：TTL＝69.03mm；

光学后焦：13.10-26.84mm；

光学畸变：D<0.08％；

本申请实施例一种高像素低畸变机器视觉镜头的实施原理为：本申请根据光学设计理论基础设计架构，通过具有以上参数与特性的八片透镜相结合，对八片透镜合理分配，并对透镜组之间的设计补偿优化，使得镜头分辨率可达到800万像素以上，成像靶面可达到2/3”，光圈大小可达到2.4，成像畸变小于0.08％，从而实现高像素低畸变的效果，本申请可广泛运用于8MP机器视觉监控等领域。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高像素低畸变机器视觉镜头，其特征在于：包括沿光轴由物侧至像侧方向依次设置的具有正光焦度的双凸型透镜一（1）、具有负光焦度的双凹型透镜二（2）、具有正光焦度的凸凹型透镜三（3）、具有正光焦度的双凸型透镜四（4）、具有负光焦度的双凹型透镜五（5）、具有负光焦度的凸凹型透镜六（7）、具有正光焦度的凸凹型透镜七（8）、具有正光焦度的双凸型透镜八（9）以及成像面（11）。

2.根据权利要求1所述的一种高像素低畸变机器视觉镜头，其特征在于：还包括光阑（6），所述光阑（6）位于所述双凹型透镜五（5）与所述凸凹型透镜六（7）之间。

3.根据权利要求2所述的一种高像素低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述双凸型透镜四（4）与所述双凹型透镜五（5）通过光敏胶构成第一胶合透镜组，所述凸凹型透镜六（7）与所述凸凹型透镜七（8）通过光敏胶构成第二胶合透镜组。

4.根据权利要求3所述的一种高像素低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述双凸型透镜一（1）与所述双凹型透镜二（2）的光学间隔为0.72mm，所述双凹型透镜二（2）与所述凸凹型透镜三（3）的光学间隔为1.2~12.57mm，所述凸凹型透镜三（3）与所述第一胶合透镜组的光学间隔为0.10mm，所述第一胶合透镜组与所述光阑（6）的光学间隔为9.21mm，所述光阑（6）与所述第二胶合透镜组的光学间隔为5.30mm，所述第二胶合透镜组与所述双凸型透镜八（9）的光学间隔为0.19mm，所述双凸型透镜八（9）与所述成像面（11）的光学间隔为13.10~26.84mm。

5.根据权利要求1所述的一种高像素低畸变机器视觉镜头，其特征在于：还包括保护玻璃（10），所述保护玻璃（10）位于所述双凸型透镜八（9）与所述成像面（11）之间。

6.根据权利要求1所述的一种高像素低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述双凸型透镜一（1）朝向物侧的表面的曲率半径为+15~+40mm，所述双凸型透镜一（1）朝向像侧的表面的曲率半径为-10~-60mm；所述双凹型透镜二（2）朝向物侧的表面的曲率半径为-30~-60mm，所述双凹型透镜二（2）朝向像侧的表面的曲率半径为+100~+150mm；所述凸凹型透镜三（3）朝向物侧的表面的曲率半径为+10~+30mm，所述凸凹型透镜三（3）朝向像侧的表面的曲率半径为+190~+120mm；所述双凸型透镜四（4）朝向物侧的表面的曲率半径为+10~+25mm，所述双凸型透镜四（4）朝向像侧的表面的曲率半径为-270~-295mm；所述双凹型透镜五（5）朝向物侧的表面的曲率半径为-270~-295mm，所述双凹型透镜五（5）朝向像侧的表面的曲率半径为+5~+25mm；所述凸凹型透镜六（7）朝向物侧的表面的曲率半径为-5~-20mm，所述凸凹型透镜六（7）朝向像侧的表面的曲率半径为-110~-140mm；所述凸凹型透镜七（8）朝向物侧的表面的曲率半径为-110~-140mm，所述凸凹型透镜七（8）朝向像侧的表面的曲率半径为-5~-15mm；所述双凸型透镜八（9）朝向物侧的表面的曲率半径为+75~+95mm，所述双凸型透镜八（9）朝向像侧的表面的曲率半径为-35~-65mm。

7.根据权利要求1所述的一种高像素低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述双凸型透镜一（1）的光学折射率为1.35~1.75，所述双凹型透镜二（2）的光学折射率为1.5~1.9，所述凸凹型透镜三（3）的光学折射率为1.8~2.1，所述双凸型透镜四（4）的光学折射率为1.4~1.7，所述双凹型透镜五（5）的光学折射率为1.7~2.0，所述凸凹型透镜六（7）的光学折射率为1.6~2.0，所述凸凹型透镜七（8）的光学折射率为1.6~2.0，所述双凸型透镜八（9）的光学折射率为1.6~2.0。

8.根据权利要求1所述的一种高像素低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述双凸型透镜一（1）的中心厚度为3.0~6.0mm，所述双凹型透镜二（2）的中心厚度为0.7~1.3mm，所述凸凹型透镜三（3）的中心厚度为2.5~4.0mm，所述双凸型透镜四（4）的中心厚度为2.5~4.5mm，所述双凹型透镜五（5）的中心厚度为5.0~7.0mm，所述凸凹型透镜六（7）的中心厚度为0.7~1.2mm，所述凸凹型透镜七（8）的中心厚度为2.0~4.0mm，所述双凸型透镜八（9）的中心厚度为1.5~2.5mm。

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