一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的制作方法

本实用新型属于机械视觉镜头技术领域，具体涉及一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头。

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传递给图像处理系统，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。

一方面，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、食品包装和精密测量等众多行业中，对机器视觉镜头的分辨精度、适用工作范围、光学畸变等要求越来越高。另一方面，随着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分辨率低，工作距离单一等不足之处，因此对于高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的研发更为迫切。

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，而提供的一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，该镜头具有高分辨，宽工作距离，低畸变特点，适用于像元尺寸为2.2μm的相机。

为实现上述的目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统的光学系统，所述光学系统包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有正光焦度、双凸结构的第二透镜G2；具有负光焦度、双凹结构的第三透镜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；具有正光焦度、弯月结构的第六透镜G6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜G7和具有正光焦度、双凸结构的第八透镜G8；所述第二透镜G2与所述第三透镜G3胶合形成第一胶合透镜U1，所述第四透镜G4与所述第五透镜G5胶合形成第二胶合透镜U2所述第七透镜G7与所述第八透镜G8胶合形成第三胶合透镜U3；所述光学系统的焦距为f，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2，所述第三胶合透镜U3的焦距为fU3，它们分别满足关系式：0.5<|fU1/f|<1，1<|fU2/f|<3，1.5<|fU3/f|<3.5。

作为本实用新型所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，所述第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.55<n1<1.65；50<v1<60。

作为本实用新型所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，所述第六透镜G6的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.75<n6<1.85；20<v6<35。

作为本实用新型所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，所述第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，所述第八透镜G8的折射率为n8，阿贝数为v8，其折射率n7和n8均满足关系式：1.55<n<1.65；其阿贝数分别满足关系式：60<v7<50，60<v8<70。

作为本实用新型所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，所述第一透镜G1、所述第二透镜G2、所述第三透镜G3、所述第四透镜G4、所述第五透镜G5、所述第六透镜G6、所述第七透镜G7、所述第八透镜G8均为玻璃球面透镜。

作为本实用新型所述的高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头的改进，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，所述光阑的光圈在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9mm；对应的最大成像芯片时，像素可达到8百万像素，全视场畸变低于0.04％；采用浮动对焦方式，适用工作距离为100mm～∞，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为本实用新型的光路图；

图3为本实用新型的MTF图；

其中，0-光学系统；1-光阑。

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，一种高分辨率宽工作距离定焦机器视觉镜头，包括机械系统及安装于机械系统的光学系统0，光学系统0包括由物方到像方依次设置的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1；具有正光焦度、双凸结构的第二透镜G2；具有负光焦度、双凹结构的第三透镜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；具有正光焦度、弯月结构的第六透镜G6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜G7和具有正光焦度、双凸结构的第八透镜G8；第二透镜G2与第三透镜G3胶合形成第一胶合透镜U1，第四透镜G4与第五透镜G5胶合形成第二胶合透镜U2所述第七透镜G7与所述第八透镜G8胶合形成第三胶合透镜U3；所述光学系统的焦距为f，所述第一胶合透镜U1的焦距为fU1，所述第二胶合透镜U2的焦距为fU2，所述第三胶合透镜U3的焦距为fU3，它们分别满足关系式：0.5<|fU1/f|<1，1<|fU2/f|<3，1.5<|fU3/f|<3.5。

优选的，第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.55<n1<1.65；50<v1<60。

优选的，第六透镜G6的折射率为n6，阿贝数为v6，其满足关系式：1.75<n6<1.85；20<v6<35。

优选的，第七透镜G7的折射率为n7，阿贝数为v7，所述第八透镜G8的折射率为n8，阿贝数为v8，其折射率n7和n8均满足关系式：1.55<n<1.65；其阿贝数分别满足关系式：60<v7<50，60<v8<70。

优选的，第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7、第八透镜G8均为玻璃球面透镜。

优选的，还包括光阑1，光阑1位于第三透镜G3和第四透镜G4之间，光阑1的孔径为圆孔，光阑1的光圈在F2.8～F32范围内可调，光学系统的物距范围为4f～∞，当物距发生变化时，第一透镜G1到第六透镜G6作为调焦组前后移动，第七透镜G7和第八透镜G8不动。

在本实例中，光学系统数据如下：

表一：

表二：

在本实例中，光学系统的焦距为50mm，光圈为F#＝2.8，视场角FOV＝5.14°，工作距离WD＝500mm，第一透镜G1的焦距为38mm，第一胶合透镜U2的焦距为-44mm，第二胶合透镜U2的焦距为-92mm，第六透镜G6的焦距为46.5mm，第三胶合透镜U3的焦距为129mm，

通过上述结构实现了焦距为50mm，最大成像芯片尺寸为9mm；对应的最大成像芯片时，像素可达到八百万像素，全视场畸变低于0.04％；适用工作距离为200mm～∞，能满足不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节。

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。