一种基于机器视觉的双远心镜头的制作方法

本实用新型属于光学系统和器件设计
技术领域：
，具体地涉及一种基于机器视觉的双远心镜头。
背景技术：
：工业镜头是机器视觉领域非常重要的光学元件。传统工业镜头由于不同物距时放大倍率不同，存在较大的透视误差，难以满足高精密度的测量需求。远心镜头可以消除这种由于物距不同而引起的透视误差，在一定物距范围内，图像放大率保持不变。现有双远心镜头大都测量范围有限，物像放大率不高，并且镜头性能容易受温度等环境因素的影响。在机器视觉测量中，当对同一部件进行不同倍率的测量时，需要更换镜头并重新校准位置，此过程不仅影响工作效率，而且由于很难保证测量条件的一致性，导致测量数据不能与之前的数据进行整合分析。技术实现要素：本实用新型的目的旨在提供一种低畸变、低远心度、大视场的基于机器视觉的双远心镜头，以克服现有技术中的不足之处。按此目的设计的一种基于机器视觉的双远心镜头，其结构特征包括从左到右依次设置保护玻璃、镜头前组、半透半反装置、光阑、用于低倍率测量的第一镜头后组和用于高倍率测量的第二镜头后组；所述镜头前组包括八件透镜：由左到右依次设置有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜；所述镜头前组同时与第一镜头后组和第二镜头后组构成双远心光路。进一步，所述第一透镜和第二透镜组成双胶合且胶合面弯向物面，第三透镜和第四透镜均为弯月形且弯向光阑，第五透镜和第六透镜组成双胶合且整体具有负光焦度，第七透镜和第八透镜组成双胶合且胶合面弯向光阑。进一步，所述第一透镜和第二透镜组成双胶合的焦距为G12，所述第四透镜的焦距为f4，满足关系式：0.5<G12/f4<0.78。进一步，所述第五透镜和第六透镜组成双胶合的焦距为G56，所述第七透镜和第八透镜组成双胶合的焦距为G78，满足关系式：-0.8<G56/G78<-0.34。进一步，所述半透半反装置由两个等腰直角三角形棱镜组合而成，中间镀有半透射半反射膜层；半透半反装置的一头连接第一镜头后组，半透半反装置的另一头连接第二镜头后组；镜头前组与半透半反装置、第一镜头后组、第二镜头后组分别组成不同放大倍率的双远心光路。进一步，所述半透半反装置的厚度为T，镜头前组与第一镜头后组或第二镜头后组之间的间隙大于T+22mm。进一步，所述第一镜头后组包括由左到右依次设置第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜、第十四透镜和第十五透镜；其中，第九透镜的光焦度与第十透镜的光焦度相反设置，且第九透镜和第十透镜的整体光焦度为正，第十一透镜和第十二透镜组成双胶合，第十四透镜和第十五透镜组成双胶合且胶合面弯向像面。进一步，所述第一透镜的材料采用重磷冕玻璃，所述第九透镜的材料采用氟冕玻璃。进一步，所述第九透镜和第十透镜的整体焦距为G9a，所述第十三透镜的焦距为f13a，满足关系式：2<G9a/f13a<3.52。进一步，所述第十一透镜和第十二透镜组成双胶合的焦距为G11a，所述第十四透镜和第十五透镜组成双胶合的焦距为G14a，满足关系式：-0.92<G11a/G14a<-0.64。进一步，所述第二镜头后组包括由左到右依次设置第十九透镜、第二十透镜、第二十一透镜、第二十二透镜、第二十三透镜和第二十四透镜；其中，第十九透镜、第二十透镜组成双胶合且胶合面背向光阑面，第二十一透镜为平凸透镜，第二十二透镜和第二十三透镜组成双胶合且胶合面弯向光阑面，第二十四透镜具有正的光焦度。进一步，所述第一透镜的材料采用重磷冕玻璃，所述第二十四透镜的材料采用氟冕玻璃。进一步，所述第十九透镜和第二十透镜组成的双胶合的焦距为G9b，所述第二十一透镜的焦距为f11b，满足关系式：-1.55<G9b/f11b<-2.27。进一步，所述第二十二透镜和第二十三透镜组成双胶合的焦距为G12b，所述第二十四透镜的焦距为f14b，满足关系式：2.5<G12b/f14b<3.41。本实用新型中的镜头前组同时与第一镜头后组和第二镜头后组构成双远心光路，于是，在变倍过程无需更换镜头，保证测量条件一致性。本实用新型中的第一透镜和第二透镜组成双胶合的焦距为G12，所述第四透镜的焦距为f4，满足关系式：0.5<G12/f4<0.78；该关系式有利于矫正光学系统畸变，满足低畸变要求。本实用新型中的第五透镜和第六透镜组成双胶合的焦距为G56，所述第七透镜和第八透镜组成双胶合的焦距为G78，满足关系式：-0.8<G56/G78<-0.34，该关系式有利于降低物方远心度，满足物方远心要求。本实用新型中的半透半反装置的厚度为T，镜头前组与第一镜头后组或第二镜头后组之间的间隙大于T+22mm；以便留有足够空间放置半透半反装置进行分光。本实用新型中的第九透镜和第十透镜的整体焦距为G9a，所述第十三透镜的焦距为f13a，满足关系式：2<G9a/f13a<3.52，该关系式有利于降低像方远心度，满足像方远心要求。本实用新型中的第十一透镜和第十二透镜组成双胶合的焦距为G11a，所述第十四透镜和第十五透镜组成双胶合的焦距为G14a，满足关系式：-0.92<G11a/G14a<-0.64；该关系式有利于矫正光学系统畸变，满足低畸变要求。本实用新型中的第十九透镜和第二十透镜组成的双胶合的焦距为G9b，所述第二十一透镜的焦距为f11b，满足关系式：-1.55<G9b/f11b<-2.27；该关系式能够保证本产品的高放大倍率，同时有利于降低像方远心度，当其进行高倍率测量时，放大倍率最大可达13.1。本实用新型中的第二十二透镜和第二十三透镜组成双胶合的焦距为G12b，所述第二十四透镜的焦距为f14b，满足关系式：2.5<G12b/f14b<3.41；该关系式有利于矫正光学系统畸变，满足低畸变要求。本实用新型中的光阑设置在镜头前组的像方焦平面处以及设置在第一镜头后组、第二镜头后组的物方焦平面处，该设计可以形成物方和像方的双远心光路。本实用新型中的双远心镜头在变倍过程中，物方远心度和像方远心度均小于0.1°，畸变均小于0.05％。本实用新型中的第一透镜的材料采用重磷冕玻璃，第九透镜的材料采用氟冕玻璃，第二十四透镜的材料采用氟冕玻璃，此三片透镜用于矫正系统的高低温特性，在此基础上其他透镜材料有较大的选择空间；所述双远心镜头在较大的温度变化范围内，-10℃到50℃，仍能保持高分别率、低畸变、低远心度等特性。本实用新型可以在不更换镜头的情况下，对物体进行不同放大倍率测量，保证变倍测量过程中测量条件的一致性，提高测量精度。本实用新型通过合理分配高倍率远心光路的光焦度，在保证高解析度、低畸变、低远心度的基础上，高倍测量时物像放大倍率可以达13倍以上，具有较大的测量视场。本实用新型通过玻璃高低温性能的配合，有效的解决了温度变化时焦点漂移的问题，测量精度受温度变化影响很小。综上所述，本实用新型可同时连接两个CCD/CMOS对物体进行不同倍率测量，变倍过程中无需更换镜头，保证测量条件的一致性，提高测量精度，具有低畸变、低远心度、大视场的特点。附图说明图1为本实用新型一实施例的结构示意图。图2为本实用新型第一实施例的高倍率解析图。图3为本实用新型第一实施例的高倍率spot图。图4为本实用新型第一实施例的高倍率场曲畸变图。图5为本实用新型第一实施例的高倍率低温(-10℃)解析图。图6为本实用新型第一实施例的高倍率低温(-10℃)场曲畸变图。图7为本实用新型第一实施例的高倍率高温(50℃)解析图。图8为本实用新型第一实施例的高倍率高温(50℃)场曲畸变。图9为本实用新型第一实施例的低倍率解析图。图10为本实用新型第一实施例的低倍率spot图。图11为本实用新型第一实施例的低倍率场曲畸变图。图12为本实用新型第一实施例的低倍率低温(-10℃)解析图。图13为本实用新型第一实施例的低倍率低温(-10℃)场曲畸变图。图14为本实用新型第一实施例的低倍率高温(50℃)解析图。图15为本实用新型第一实施例的低倍率高温(50℃)场曲畸变图。图16为本实用新型第二实施例的高倍率解析图。图17为本实用新型第二实施例的高倍率场曲畸变图。图18为本实用新型第二实施例的高倍率低温(-10℃)解析图。图19为本实用新型第二实施例的高倍率低温(-10℃)场曲畸变图。图20为本实用新型第二实施例的高倍率高温(50℃)解析图。图21为本实用新型第二实施例的高倍率高温(50℃)场曲畸变图。图22为本实用新型第二实施例的低倍率解析图。图23为本实用新型第二实施例的低倍率场曲畸变图。图24为本实用新型第二实施例的低倍率低温(-10℃)解析图。图25为本实用新型第二实施例的低倍率低温(-10℃)场曲畸变图。图26为本实用新型第二实施例的低倍率高温(50℃)解析图。图27为本实用新型第二实施例的低倍率高温(50℃)场曲畸变图。图中：L1为第一透镜，L2为第二透镜，L3为第三透镜，L4为第四透镜，L5为第五透镜，L6为第六透镜，L7为第七透镜，L8为第八透镜，L9a为第九透镜，L10a为第十透镜，L11a为第十一透镜，L12a为第十二透镜，L13a为第十三透镜，L14a为第十四透镜，L15a为第十五透镜，L9b为第十九透镜，L10b为第二十透镜，L11b为第二十一透镜，L12b为第二十二透镜，L13b为第二十三透镜，L14b为第二十四透镜，Imageplane1为第一像平面，Imageplane2为第二像平面，prism为半透半反装置，aperaturestop1为第一光阑，aperaturestop2为第二光阑。具体实施方式下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。第一实施例参见图1，为本实用新型双放大倍率双远心镜头结构图，以下通过附图和图表对本实用新型进行详细的说明。本基于机器视觉的双远心镜头，其特征是从左到右依次设置保护玻璃、镜头前组、半透半反装置、光阑、用于低倍率测量的第一镜头后组和用于高倍率测量的第二镜头后组；所述镜头前组包括八件透镜：由左到右依次设置有第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8；其中，第一透镜L1和第二透镜L2组成双胶合且胶合面弯向物面，第三透镜L3和第四透镜L4均为弯月形且弯向光阑，第五透镜L5和第六透镜L6组成双胶合且整体具有负光焦度，第七透镜L7和第八透镜L8组成双胶合且胶合面弯向光阑。所述镜头前组同时与第一镜头后组和第二镜头后组构成双远心光路。在本实施例中，所述光阑包括第一光阑和第二光阑，且分别对应各自的光路。以下的光阑如无特别说明，均分别为其对应光路中的光阑。所述第一透镜L1和第二透镜L2组成双胶合的焦距为G12，所述第四透镜L4的焦距为f4，满足关系式：0.5<G12/f4<0.78。所述第五透镜L5和第六透镜L6组成双胶合的焦距为G56，所述第七透镜L7和第八透镜L8组成双胶合的焦距为G78，满足关系式：-0.8<G56/G78<-0.34。所述半透半反装置由两个等腰直角三角形棱镜组合而成，中间镀有半透射半反射膜层；半透半反装置的一头连接第一镜头后组，半透半反装置的另一头连接第二镜头后组；镜头前组与半透半反装置、第一镜头后组、第二镜头后组分别组成不同放大倍率的双远心光路。所述半透半反装置的厚度为T，镜头前组与第一镜头后组或第二镜头后组之间的间隙大于T+22mm。所述第一镜头后组包括由左到右依次设置第九透镜L9a、第十透镜L10a、第十一透镜L11a、第十二透镜L12a、第十三透镜L13a、第十四透镜L14a和第十五透镜L15a，其中，第九透镜L9a的光焦度与第十透镜L10a的光焦度相反设置，且第九透镜L9a和第十透镜L10a的整体光焦度为正，第十一透镜L11a和第十二透镜L12a组成双胶合，第十四透镜L14a和第十五透镜L15a组成双胶合且胶合面弯向像面，所述第九透镜L9a和第十透镜L10a的整体焦距为G9a，所述第十三透镜L13a的焦距为f13a，满足关系式：2<G9a/f13a<3.52；所述第十一透镜L11a和第十二透镜L12a组成双胶合的焦距为G11a，所述第十四透镜L14a和第十五透镜L15a组成双胶合的焦距为G14a，满足关系式：-0.92<G11a/G14a<-0.64。所述第二镜头后组包括由左到右依次设置第十九透镜L9b、第二十透镜L10b、第二十一透镜L11b、第二十二透镜L12b、第二十三透镜L13b和第二十四透镜L14b；其中，第十九透镜L9b、第二十透镜L10b组成双胶合且胶合面背向光阑面，第二十一透镜L11b为平凸透镜，第二十二透镜L12b和第二十三透镜L13b组成双胶合且胶合面弯向光阑面，第二十四透镜L14b具有正的光焦度；所述第十九透镜L9b和第二十透镜L10b组成的双胶合的焦距为G9b，所述第二十一透镜L11b的焦距为f11b，满足关系式：-1.55<G9b/f11b<-2.27；所述第二十二透镜L12b和第二十三透镜L13b组成双胶合的焦距为G12b，所述第二十四透镜L14b的焦距为f14b，满足关系式：2.5<G12b/f14b<3.41。所述光阑设置在镜头前组的像方焦平面处以及设置在第一镜头后组、第二镜头后组的物方焦平面处。所述第一透镜L1的材料采用重磷冕玻璃，第九透镜L9a的材料采用氟冕玻璃，第二十四透镜L14b的材料采用氟冕玻璃。具体使用时，第一透镜L1和第九透镜L9a的材质规定必须同时存在才能达到矫正光学系统的高低温特性的技术效果，并且，在此基础上，其他透镜材料才能有较大的选择空间；同理，第一透镜L1和第二十四透镜L14b的材质规定必须同时存在。在本实施例中，优选参数表如下：表一至表三为高倍率远心光路的各项参数值，表四至表六为低倍率远心光路的参数值。其中，高倍率远心光路的放大倍率为13.1，FOV和CRA分别对应镜头的物方远心度和像方远心度。表中可以看出物方远心度和像方远心度均小于0.05°，从而可以保证在很大的物距范围内，物像放大倍率保持不变。参见图2-图8，为高倍率远心光路在不同温度下的解像畸变图，在-10℃到50℃范围内，解像和畸变变化很小，有效地解决了温度变化对测量的影响。表一FieldFOV(degree)CRA(degree)0.10.00040.0090.20.00080.0170.30.00140.0240.40.00210.0290.50.00290.0310.60.00370.030.70.00430.0260.80.00460.0170.90.00470.00410.00490.013表二G12/f4G56/G78G9b/f11bG12b/G14b0.78-0.34-2.273.41表三S1为保护玻璃的前表面，S2为保护玻璃的后表面，S3为第一透镜L1的前表面，S4为第一透镜L1和第二透镜L2的胶合面，S5为第二透镜L2的后表面，S6为第三透镜L3的前表面，S7为第三透镜L3的后表面，S8为第四透镜L4的前表面，S9为第四透镜L4的后表面，S10为第五透镜L5的前表面，S11为第五透镜L5和第六透镜L6的胶合面，S12为第六透镜L6的后表面，S13为第七透镜L7的前表面，S14为第七透镜L7和第八透镜L8的胶合面，S15为第八透镜L8的后表面，S16为半透半反装置的前表面，S17为半透半反装置的后表面，S18为光阑，S19为第九透镜L9b的前表面，S20为第九透镜L9b和第十透镜L10b的胶合面，S21为第十透镜L10b的后表面，S22为第十一透镜L11b的前表面，S23为第十一透镜L11b的后表面，S24为第十二透镜L12b的前表面，S25为第十二透L12b和第十三透镜L13b的胶合面，S26为第十三透镜L13b的后表面，S27为第十四透镜L14b的前表面，S28为第十四透镜L14b的后表面，S29为像面。在本实施例中，低倍率远心光路放大倍率为3.25，表中可以看出物方远心度和像方远心度均小于0.05°。参见图9-图15，为低倍率远心光路的解析、畸变、温度特性等图示。可以看出低倍率远心光路在-10℃到50℃范围内，保持了高解析度和低畸变的特性。表四FieldFOV(degree)CRA(degree)0.10.00030.0030.20.00050.0140.30.00090.0190.40.00150.0250.50.00190.0340.60.00240.0230.70.00270.0200.80.00300.0170.90.00320.01210.00340.011表五G12/f4G56/G78G9a/f13aG11a/G14a0.78-0.343.52-0.64表六S1为保护玻璃的前表面，S2为保护玻璃的后表面，S3为第一透镜L1的前表面，S4为第一透镜L1和第二透镜L2的胶合面，S5为第二透镜L2的后表面，S6为第三透镜L3的前表面，S7为第三透镜L3的后表面，S8为第四透镜L4的前表面，S9为第四透镜L4的后表面，S10为第五透镜L5的前表面，S11为第五透镜L5和第六透镜L6的胶合面，S12为第六透镜L6的后表面，S13为第七透镜L7的前表面，S14为第七透镜L7和第八透镜L8的胶合面，S15为第八透镜L8的后表面，S16为半透半反装置的前表面，S17为半透半反装置的后表面，S18为光阑，S19为第九透镜L9a的前表面，S20为第九透镜L9a的后表面，S21为第十透镜L10a的前表面，S22为第十透镜L10a的后表面，S23为第十一透镜L11a的前表面，S24为第十一透镜L11a和第十二透镜L12a的胶合面，S25为第十二透镜L12a的后表面，S26为第十三透镜L13a的前表面，S27为第十三透镜L13a的后表面，S28为第十四透镜L14a的前表面，S29为第十四透镜L14a和第十五透镜L15的胶合面，S30为第十五透镜L15a的后表面，S31为像面。第二实施例在本实施例中，实施例二优选参数表如下：表七至表九为高倍率远心光路参数值，表十至表十二为低倍率远心光路参数值。图16-图27为实施例二的镜头解析、温度特性等图示。由图表可看出，在保证低远心度的情况下，所述镜头在解像，畸变，温度特性等方面满足要求。表七FieldFOV(degree)CRA(degree)0.10.00060.0070.20.00090.0110.30.00160.0160.40.00240.0220.50.00330.0350.60.00390.0410.70.00450.0450.80.00500.0350.90.00520.02310.00550.017表八G12/f4G56/G78G9b/f11bG12b/G14b0.55-0.75-1.552.52表九S1为保护玻璃的前表面，S2为保护玻璃的后表面，S3为第一透镜L1的前表面，S4为第一透镜L1和第二透镜L2的胶合面，S5为第二透镜L2的后表面，S6为第三透镜L3的前表面，S7为第三透镜L3的后表面，S8为第四透镜L4的前表面，S9为第四透镜L4的后表面，S10为第五透镜L5的前表面，S11为第五透镜L5和第六透镜L6的胶合面，S12为第六透镜L6的后表面，S13为第七透镜L7的前表面，S14为第七透镜L7和第八透镜L8的胶合面，S15为第八透镜L8的后表面，S16为半透半反装置的前表面，S17为半透半反装置的后表面，S18为光阑，S19为第九透镜L9b的前表面，S20为第九透镜L9b和第十透镜L10b的胶合面，S21为第十透镜L10b的后表面，S22为第十一透镜L11b的前表面，S23为第十一透镜L11b的后表面，S24为第十二透镜L12b的前表面，S25为第十二透L12b和第十三透镜L13b的胶合面，S26为第十三透镜L13b的后表面，S27为第十四透镜L14b的前表面，S28为第十四透镜L14b的后表面，S29为像面。表十FieldFOV(degree)CRA(degree)0.10.00020.0110.20.00070.0180.30.00120.0200.40.00190.0280.50.00250.0330.60.00340.0370.70.00420.0420.80.00500.0260.90.00540.01410.00570.012表十一G12/f4G56/G78G9a/f13aG11a/G14a0.55-0.752.15-0.90表十二S1为保护玻璃的前表面，S2为保护玻璃的后表面，S3为第一透镜L1的前表面，S4为第一透镜L1和第二透镜L2的胶合面，S5为第二透镜L2的后表面，S6为第三透镜L3的前表面，S7为第三透镜L3的后表面，S8为第四透镜L4的前表面，S9为第四透镜L4的后表面，S10为第五透镜L5的前表面，S11为第五透镜L5和第六透镜L6的胶合面，S12为第六透镜L6的后表面，S13为第七透镜L7的前表面，S14为第七透镜L7和第八透镜L8的胶合面，S15为第八透镜L8的后表面，S16为半透半反装置的前表面，S17为半透半反装置的后表面，S18为光阑，S19为第九透镜L9a的前表面，S20为第九透镜L9a的后表面，S21为第十透镜L10a的前表面，S22为第十透镜L10a的后表面，S23为第十一透镜L11a的前表面，S24为第十一透镜L11a和第十二透镜L12a的胶合面，S25为第十二透镜L12a的后表面，S26为第十三透镜L13a的前表面，S27为第十三透镜L13a的后表面，S28为第十四透镜L14a的前表面，S29为第十四透镜L14a和第十五透镜L15的胶合面，S30为第十五透镜L15a的后表面，S31为像面。在第一实施例和第二实施例中，各条件式满足表十三中的条件。表十三以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页1 2 3