一种宽工作距离线扫机器视觉镜头的制作方法

本实用新型涉及机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种宽工作距离线扫机器视觉镜头。

背景技术：

机器视觉系统的作用在于使用机器对目标件进行测量、判断和检测缺陷等，来减小或者是消除人为操作时的误判，提高测量精度和稳定性。其核心原理是通过机器视觉镜头将光信号收集给相机，再由相机将光信号转化为电信号给图像处理系统，根据所采集的图像信息进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

在工业自动化的大背景下，机器视觉需求与日俱增，特别是在电子制造、食品包装和质量保证、工件定位测量、缺陷检测等众多行业内，对线扫定焦机器视觉镜头的需求更为迫切。线扫定焦机器视觉镜头能进行实时扫描检测传送带上的产品或半成品，并对异常情况做出快速的信息反馈，确保前道工序流到后道工序时产品都是符合要求的。然而国内现有的线扫镜头普遍存在适用工作距离范围小，工作距离改变会使像质降低等缺陷，导致线扫镜头专款专用，大大地限制了应用对象；在线扫系统的实际应用中，线扫镜头的工作距离的大小会影响到机器视觉系统的大小和安装空间，因此对于微距线扫镜头的需求更为迫切。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种微距、宽工作距离、低畸变、适用于10μm像元的高分辨线扫定焦机器视觉镜头。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种宽工作距离线扫机器视觉镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，所述光学系统由物方到像方依次包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有正光焦度、弯月结构的第三透镜G3，具有负光焦度、双凹结构的第四透镜G4，具有正光焦度、双凸结构的第五透镜G5，具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6和具有正光焦度、双凸结构的第七透镜G7；所述第二透镜G2与所述第三透镜G3组成第一胶合透镜U1，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1；所述第六透镜G6与所述第七透镜G7组成第二胶合透镜U2，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2，所述光学系统的焦距为f，f与fU1、fU2满足以下关系式：1.5<|fU1/f|<11；1.5<|fU2/f|<11。

作为本实用新型所述的宽工作距离线扫机器视觉镜头的一种改进，所述第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.80<n1<1.90；35<v1<45。

作为本实用新型所述的宽工作距离线扫机器视觉镜头的一种改进，所述第四透镜G4的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.75<n4<1.85；20<v4<35。

作为本实用新型所述的宽工作距离线扫机器视觉镜头的一种改进，所述第五透镜G5的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.90<n5<2.05；20<v5<35。

作为本实用新型所述的宽工作距离线扫机器视觉镜头的一种改进，所述第一透镜G1到所述第七透镜G7均为玻璃球面透镜。

作为本实用新型所述的宽工作距离线扫机器视觉镜头的一种改进，还包括光阑，所述光阑位于所述第三透镜G3和所述第四透镜G4之间，所述光阑的孔径为圆孔，光阑的光圈在F2.8～F32范围内可调。

本实用新型的有益效果在于：通过上述结构实现了焦距为50mm，最大成像芯片尺寸为44mm，同时可能兼容28mm、43mm等不同尺寸的成像芯片；对应的最大成像芯片时，像素可达到4K像素，全视场畸变低于0.08％；适用工作距离为100mm～700mm，能满足不同的应用需求，同时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实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中光学系统的光路图；

图3为本实用新型的光学系统的MTF曲线图；

图4为本发明中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之一；

图5为本发明中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之二；

图6为本发明中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之三；

图7为本发明中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之四；

图8为本发明中光学系统和成像面相对位置的结构示意图之五。

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。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1～3所示，一种宽工作距离线扫机器视觉镜头，包括机械系统及安装于机械系统内部的光学系统300，光学系统300由物方到像方依次包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有正光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有正光焦度、弯月结构的第三透镜G3，具有负光焦度、双凹结构的第四透镜G4，具有正光焦度、双凸结构的第五透镜G5，具有负光焦度、双凹结构的第六透镜G6和具有正光焦度、双凸结构的第七透镜G7；第二透镜G2与第三透镜G3组成第一胶合透镜U1，第一胶合透镜U1的焦距为fU1；第六透镜G6与第七透镜G7组成第二胶合透镜U2，第二胶合透镜U2的焦距为fU2，光学系统300的焦距为f，f与fU1、fU2满足以下关系式：1.5<|fU1/f|<11；1.5<|fU2/f|<11。

优选地，第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.80<n1<1.90；35<v1<45。

优选地，第四透镜G4的折射率为n4，阿贝数为v4，其满足关系式：1.75<n4<1.85；20<v4<35。

优选地，第五透镜G5的折射率为n5，阿贝数为v5，其满足关系式：1.90<n5<2.05；20<v5<35。

优选地，第一透镜G1到第七透镜G7均为玻璃球面透镜，由国产重镧火石、氟冕牌、火石、重火石、重镧火石、重火石、镧冕玻璃组合而成。

本实用新型还包括光阑100，光阑100位于第三透镜G3和第四透镜G4之间，光阑100的孔径为圆孔，光阑100的光圈在F2.8～F32范围内可调。

在本实施例中，光学系统300数据如下

在本实施例中，光学系统300的焦距为50mm，光圈为F#＝2.8，视场角FOV＝47.5°，工作距离WD＝300mm。如图3所示，本实施例的光学系统300在50lp/mm时全视场的MTF值＞0.3，可匹配像元尺寸10μm以上的成像芯片。

还需要说明的是：光学系统300的物距范围为100mm～700mm，当物距发生变化时，第一透镜G1到第七透镜G7整组作为调焦组前后移动；具体地，如图4-8所示，当工作距离WD＝700mm时，光学系统300与成像面200相对位置为32.416mm；当工作距离WD＝500mm时，光学系统300与成像面200相对位置为33.988mm；当工作距离WD＝300mm时，光学系统300与成像面200相对位置为37.866mm；当工作距离WD＝200mm时，光学系统300与成像面200相对位置为43.174mm；当工作距离WD＝100mm时，光学系统300与成像面200相对位置为63.075mm。

上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，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实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。