高清定焦機器視覺鏡頭的製作方法
2023-12-03 19:10:21
專利名稱：高清定焦機器視覺鏡頭的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光學器具技術領域，一種適合與機器視覺系統配套的高解析度小畸變的高清定焦機器視覺鏡頭。
技術背景機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是指通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CXD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數位化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特徵，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。近年來，隨著微電子工業的迅猛發展，高解析度，高處理速度的機器視覺系統不斷誕生，這對與之配套的光學鏡頭提出了新的要求。普通的採用整體調焦結構的機器視覺鏡頭只能是針對特定工作距離設計，這種設計應用於近攝端與遠攝端時像質明顯下降。而採用浮動調焦結構的鏡頭需要採用複雜浮動調焦機構，機械加工的成本很高。如何克服現有技術不足，提供一種易於加工、高解析度低畸變的機器鏡頭，即成為本實用新型研究的對象。
發明內容本實用新型的目的是針對普通機器視覺鏡頭工作在遠近兩個極限工作距離上像質劣化嚴重的現象，提供了一種固定後組式調焦結構的高清定焦機器視覺鏡頭。本實用新型技術方案是這樣實現的一種高清定焦機器視覺鏡頭，包括光學系統透鏡組中的調焦組和固定組，其特徵在於所述光學系統透鏡組由具有正光焦度的調焦組和正光焦度的固定組組成，所述調焦組、固定組沿光軸從物方側向像平面側的順序排列，所述調焦組的組合焦距為fl，固定組的焦距為f2，應滿足下列不等式0. 1 < |fl/f2 < 0. 35。所述調焦組從物方側向像面方向依次由正透鏡Li、正透鏡L2、負透鏡L3、光欄Si、 負透鏡L4、正透鏡L5、正透鏡L6組成，其中負透鏡L4、正透鏡L5組成一個雙膠合透鏡組， 調焦組Ul總焦距為正；所述固定組U2由正透鏡L7組成。所述雙膠合透鏡組中的負透鏡L4、正透鏡L5分別由火石玻璃和重鑭火石玻璃構成。所述調焦組、固定組中的各透鏡均為球面透鏡。本實用新型採用固定後組調焦結構，具有在全工作距範圍內保持高解析度，小畸變的特點，而且簡化了調焦機構，適合用於500萬像素級的機器視覺系統。其具有如下優佔.1、該系統的固定後組式調焦方式能夠補償物距變化過程中由於物方孔徑角變化所帶來的球差、慧差、像散以及場曲的變化，保持整個工作距範圍內高解析度，相對於整組調焦結構而言，其像質的一致性更優秀；[0011]2、系統採用固定後組調焦方式簡化了類似浮動後組調焦補償結構的設計，在大大降低機械結構設計的複雜性和成本的基礎上達到了高像質的設計要求，並且提高了光學系統加工和裝配的容差；3、系統中全部採用常規玻璃球面透鏡，有利於保證加工工藝性和裝配的簡便性， 提高了產品的成品率，降低了成本，更適合批量生產；4、該系統在整個工作距離成像時具有小於0.2%的畸變，在某些特定距離成像時畸變小於萬分之一。
下面結合具體圖例對本實用新型做進一步說明圖1是本實用新型機器視覺鏡頭在220mm物距時的光學系統圖；圖2是本實用新型機器視覺鏡頭在700mm物距時的光學系統圖；圖3是本實用新型機器視覺鏡頭在無限遠物距時的光學系統圖；圖4是本實用新型機器視覺鏡頭在220mm物距時的光線軌跡圖；圖5是本實用新型機器視覺鏡頭在700mm物距時的光線軌跡圖；圖6是本實用新型機器視覺鏡頭在無限遠物距時的光線軌跡圖；圖7是本實用新型機器視覺鏡頭在220mm物距時的場曲和畸變曲線圖；圖8是本實用新型機器視覺鏡頭在700mm物距時的場曲和畸變曲線圖；圖9是本實用新型機器視覺鏡頭在無限遠物距時的場曲和畸變曲線圖；圖10是本實用新型機器視覺鏡頭在220mm物距時的光學傳遞函數曲線圖；圖11是本實用新型機器視覺鏡頭在700mm物距時的光學傳遞函數曲線圖；圖12是本實用新型機器視覺鏡頭在無限遠物距時的光學傳遞函數曲線圖；圖13是本實用新型機器視覺鏡頭在220mm物距時的點列圖；圖14是本實用新型機器視覺鏡頭在700mm物距時的點列圖；圖15是本實用新型機器視覺鏡頭在無限遠物距時的點列具體實施方式
參照圖1、圖2和圖3，分別為視覺鏡頭在220mm、700mm和無限遠物距時的光學系統圖。本實用新型的高清機器視覺鏡頭中的光學系統採用6組7片透鏡結構，光學系統透鏡組由具有正光焦度的調焦組和正光焦度的固定組組成，所述調焦組U1、固定組U2沿光軸從物方側向像平面側的順序排列，所述調焦組從物方側向像面方向依次由正透鏡Li、正透鏡L2、負透鏡L3、光欄S、負透鏡L4、正透鏡L5、正透鏡L6組成，其中負透鏡L4、正透鏡L5 組成一個雙膠合透鏡組；所述雙膠合透鏡組中的負透鏡L4、正透鏡L5分別由火石玻璃和重鑭火石玻璃構成；調焦組Ul總焦距為正；所述固定組U2由正透鏡L7組成。調焦過程中調焦組Ul前後移動，物距變化導致的物方孔徑角變化帶來的像差能通過調焦組Ul與固定組 U2相對位置改變得到補償，從而在整個工作距範圍內獲得小畸變、高像質的圖像。其中調焦組U1、固定組U2中各透鏡均為球面透鏡，分別由國產冕牌、火石、重火石、鑭冕牌、鑭火石、重鑭火石玻璃組合而成。[0033]圖1、是220mm物距時的系統圖，圖2、是700mm物距時的系統圖，圖3、是無限遠處物距時的系統圖。dl是220mm物距時Ul與U2之間的間隔，ds是無限遠物距時Ul與U2之間的間隔，本實用新型為固定後組調焦的定焦系統，跟常規的整組移動調焦的定焦鏡頭相比，在結構上並沒有更複雜。為了使該鏡頭中不同的工作距離上成像清晰，分配在調焦組Ul的光焦度要合理， 並滿足下列不等式0. 1 < |fl/f2|，其中fl為調焦組Ul的組合焦距，f2為固定組U2的焦距。本實用新型高清機器視覺鏡頭的歸一化參數如下
權利要求1.一種高清定焦機器視覺鏡頭，包括光學系統透鏡組中的調焦組和固定組，其特徵在於所述光學系統透鏡組由具有正光焦度的調焦組和正光焦度的固定組組成，所述調焦組、 固定組沿光軸從物方側向像平面側的順序排列，所述調焦組的組合焦距為Π，固定組的焦距為f2，應滿足下列不等式0. 1 < |fl/f2| < 0. 35。
2.根據權利要求1所述的高清定焦機器視覺鏡頭，其特徵在於所述調焦組從物方側向像面方向依次由正透鏡Li、正透鏡L2、負透鏡L3、光欄Si、負透鏡L4、正透鏡L5、正透鏡 L6組成，其中負透鏡L4、正透鏡L5組成一個雙膠合透鏡組，調焦組Ul總焦距為正；所述固定組U2由正透鏡L7組成。
3.根據權利要求2所述的高清定焦機器視覺鏡頭，其特徵在於所述雙膠合透鏡組中的負透鏡L4、正透鏡L5分別由火石玻璃和重鑭火石玻璃構成。
4.根據權利要求1所述的高清定焦機器視覺鏡頭，其特徵在於所述調焦組、固定組中的各透鏡均為球面透鏡。
專利摘要本實用新型涉及一種高清定焦機器視覺鏡頭，包括光學系統透鏡組中的調焦組和固定組，其特徵在於所述光學系統透鏡組由具有正光焦度的調焦組和正光焦度的固定組組成，所述調焦組、固定組沿光軸從物方側向像平面側的順序排列，所述調焦組的組合焦距為f1，固定組的焦距為f2，應滿足下列不等式0.1＜|f1/f2|＜0.35。本實用新型採用固定後組調焦結構，具有在全工作距範圍內保持高解析度，小畸變的特點，而且簡化了調焦機構，適合用於500萬像素級的機器視覺系統。
文檔編號G02B7/02GK202217098SQ201120280648
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月3日 優先權日2011年8月3日
發明者吳鴻春, 柯重榮, 黃麗惠 申請人:福建省光學技術研究所