用于内孔检测的镜头系统的制作方法

本发明涉及的是一种机器视觉领域的技术，具体是一种用于内孔检测的镜头系统。

背景技术：

目前我国已经成为机器视觉发展最活跃的区域之一，其应用范围包含了工业、农业、军事、医药、交通、科研等各个领域。机器视觉行业比较常见的需求之一就是使用尽可能少的相机来对物体进行全面的观察，例如在一个图像中观察物体的顶部和侧面或腔体内部信息，这种需求在医药、饮品、汽车等行业中逐渐变得普遍。现有技术实现的方法主要通过折反式设计镜头实现，折反式设计镜头虽然能够满足需求，但是因为其需要额外的折射镜或反射镜，导致结构比较复杂。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种用于内孔检测的镜头系统，适用于检测柱体、锥体、瓶子、螺母等物体的内部。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括从物方到像方依次布置的光阑、第一单正球面透镜、第二单正球面透镜、第三单正球面透镜、第四单正球面透镜、第五单负球面透镜、第六单正球面透镜、第七单负球面透镜和第八单正球面透镜，其中，第四单正球面透镜与第五单负球面透镜组合为胶合透镜，第六单正球面透镜与第七单负球面透镜组合为胶合透镜。

所述第一单正球面透镜为凹凸形的正透镜，凸面朝向像方；第二单正球面透镜为平凸形的正透镜，凸面朝向像方；第三单正球面透镜为凸平形的正透镜，平面朝向像方；第四单正球面透镜为双凸形的正透镜，曲率小的凸面朝向像方；第五单负球面透镜为双凹形的负透镜，曲率大的凹面朝向像方；第六单正球面透镜为双凸形的正透镜，曲率小的凸面朝向像方；第七单负球面透镜为凹凸形的负透镜，凸面朝向像方；第八单正球面透镜为双凸形的正透镜，曲率大的凸面朝向像方。

优选地，本发明中f.no＝4.5，f＝4.5mm，ttl＝110mm，其中，f.no为镜头的f数，f为镜头的有效焦距，ttl为镜头的光学总长度(即光阑中心到成像面的长度)。

进一步优选地，本发明具有如下光学特性：

f/f1＝-0.88，f1＝-5.11mm；

f/f2＝0.56，f2＝8.06mm；

f/f3＝0.42，f3＝10.64mm；

f/f4＝0.49，f4＝9.25mm；

f/f5＝-0.38，f5＝-11.82mm；

f/f6＝0.41，f6＝11.01mm；

f/f7＝-0.18，f7＝-25.47mm；

f/f8＝0.12，f8＝37.83mm；

其中，f1为第一单正球面透镜焦距，f2为第二单正球面透镜焦距，f3为第三单正球面透镜焦距，f4为第四单正球面透镜焦距，f5为第五单负球面透镜焦距，f6为第六单正球面透镜焦距，f7为第七单负球面透镜焦距，f8为第八单正球面透镜焦距。

优选地，本发明中第一单正球面透镜、第二单正球面透镜和第八单正球面透镜采用同一种玻璃材料制成，满足：1.75<nd<1.85，30<vd<50；

第三单正球面透镜、第五单负球面透镜和第六单正球面透镜采用同一种玻璃材料制成，满足：1.55<nd<1.65，45<vd<65；

第四单正球面透镜和第七单负球面透镜采用同一种玻璃材料制成，满足：1.75<nd<1.85，15<vd<35，其中，nd为玻璃材料对钠黄光的折射率，vd为玻璃材料在钠黄光下的阿贝数，钠黄光的波长为589.3nm。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)无需将镜头放入物体内部即可对柱体或锥体、瓶子、螺母等物体的内部进行成像，以便工业相机能够获得高分辨率图像；和折反式镜头相比，无需额外安装折射镜或反射镜，结构更简单；

2)视场≥90°，可检测物体的内壁直径范围从10mm到150mm；景深大，可检测物体的深度最大到300mm；

3)采用3种玻璃材料制成8枚不同镜片，以此构建的镜头系统成本低。

附图说明

图1为实施例1镜头系统截面示意图；

图2为实施例1的光学截面图；

图3为图1中第一单正球面透镜截面放大图；

图4为图1中第二单正球面透镜截面放大图；

图5为图1中第三单正球面透镜截面放大图；

图6为图1中第四单正球面透镜截面放大图；

图7为图1中第五单负球面透镜截面放大图；

图8为图1中第六单正球面透镜截面放大图；

图9为图1中第七单负球面透镜截面放大图；

图10为图1中第八单正球面透镜截面放大图；

图中：第一单正球面透镜1、第二单正球面透镜2、第三单正球面透镜3、第四单正球面透镜4、第五单负球面透镜5、第六单正球面透镜6、第七单负球面透镜7、第八单正球面透镜8、光阑9。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例涉及一种用于内孔检测的镜头系统，包括从物方到像方依次布置的光阑9、第一单正球面透镜1、第二单正球面透镜2、第三单正球面透镜3、第四单正球面透镜4、第五单负球面透镜5、第六单正球面透镜6、第七单负球面透镜7和第八单正球面透镜8，其中，第四单正球面透镜4与第五单负球面透镜5组合为胶合透镜，第六单正球面透镜6与第七单负球面透镜7组合为胶合透镜。

如图2所示，本实施例中obj为被测物内孔的内壁和底部、ima为成像面；d1为光阑9与第一单正球面透镜1的空气间隔、d2为第一单正球面透镜1的中心厚度、d3为第一单正球面透镜1与第二单正球面透镜2的空气间隔、d4为第二单正球面透镜2的中心厚度、d5为第二单正球面透镜2与第三单正球面透镜3的空气间隔、d6为第三单正球面透镜3的中心厚度、d7为第三单正球面透镜3与第四单正球面透镜4的空气间隔、d8为第四单正球面透镜4的中心厚度、d9为第五单负球面透镜5的中心厚度、d10为第五单负球面透镜5与第六单正球面透镜6的空气间隔、d11为第六单正球面透镜6的中心厚度、d12为第七单负球面透镜7的中心厚度、d13为第七单负球面透镜7与第八单正球面透镜8的空气间隔、d14为第八单正球面透镜8的中心厚度。

本实施例中第一单正球面透镜1、第二单正球面透镜2和第八单正球面透镜8采用同一种玻璃材料制成，满足：1.75<nd<1.85，30<vd<50；优选地，nd为1.81，vd为41；

第三单正球面透镜3、第五单负球面透镜5和第六单正球面透镜6采用同一种玻璃材料制成，满足：1.55<nd<1.65，45<vd<65；优选地，nd为1.62，vd为56；

第四单正球面透镜4和第七单负球面透镜7采用同一种玻璃材料制成，满足：1.75<nd<1.85，15<vd<35；优选地，nd为1.79，vd为25。

如图2和图3所示，第一单正球面透镜1为凹凸形的正透镜，前表面曲率半径范围为-3mm<r11<-1mm，后表面曲率半径范围为-6.5mm<r12<-4.5mm，中心厚度范围为1mm<d2<3mm；优选地，前表面曲率半径r11为-2mm，后表面曲率半径r12为-5.5mm，中心厚度d2为1.86mm；光阑9与第一单正球面透镜1的空气间隔d1为1.5mm。

如图2和图4所示，第二单正球面透镜2为平凸形的正透镜，前表面曲率半径r21为∞，后表面曲率半径范围为-7.5mm<r22<-5.5mm，中心厚度范围为2mm<d4<4mm；优选地，后表面曲率半径r22为-6.5mm，中心厚度d4为3.11mm；第一单正球面透镜1与第二单正球面透镜2的空气间隔d3为0.5mm。

如图2和图5所示，第三单正球面透镜3为凸平形的正透镜，前表面曲率半径范围为5.5mm<r31<7.5mm，中心厚度范围为2mm<d6<4mm，后表面曲率半径r32为∞；优选地，前表面曲率半径r31为6.5mm，中心厚度d6为3.11mm；第二单正球面透镜2与第三单正球面透镜3的空气间隔d5为0.2mm。

如图2和图6所示，第四单正球面透镜4为双凸形的正透镜，前表面曲率半径范围为13.5mm<r41<17.5mm，后表面曲率半径范围为-14mm<r42<-10mm，中心厚度范围为4.5mm<d8<6.5mm；优选地，前表面曲率半径r41为15.4mm，后表面曲率半径r42为-12mm，中心厚度d8为5.78mm；第三单正球面透镜3与第四单正球面透镜4的空气间隔d7为5mm。

如图2和图7所示，第五单负球面透镜5为双凹形的负透镜，前表面曲率半径范围为-14mm<r51<-10mm，后表面曲率半径范围为18mm<r52<22mm，中心厚度范围为2.5mm<d9<4.5mm；优选地，前表面曲率半径r51为-12mm，后表面曲率半径r52为20mm，中心厚度d9为3.25mm。

如图2和图8所示，第六单正球面透镜6为双凸形的正透镜，前表面曲率半径范围为25mm<r61<35mm，后表面曲率半径范围为-9mm<r62<-7mm，中心厚度范围为5mm<d11<7mm；优选地，前表面曲率半径r61为30mm，后表面曲率半径r62为-8mm，中心厚度d11为6.13mm；第五单负球面透镜5与第六单正球面透镜6的空气间隔d10为30.7mm。

如图2和图9所示，第七单负球面透镜7为凹凸形的负透镜，前表面曲率半径范围为-9mm<r71<-7mm，后表面曲率半径范围为-17.5mm<r72<-13.5mm，中心厚度范围为2.5mm<d12<4.5mm；优选地，前表面曲率半径r71为-8mm，后表面曲率半径r72为-15.5mm，中心厚度d12为3.26mm。

如图2和图10所示，第八单正球面透镜8为双凸形的正透镜，前表面曲率半径范围为30mm<r81<40mm，后表面曲率半径范围为-250mm<r82<-200mm，中心厚度范围为3mm<d14<5mm；优选地，前表面曲率半径r81为35mm，后表面曲率半径r82为-225mm，中心厚度d14为3.98mm；第七单负球面透镜7与第八单正球面透镜8的空气间隔d13为20.5mm。

本实施例的镜头系统配合一台相机即可同时对物体内壁进行检测，可检测内壁直径范围从10mm到150mm，深度范围不超过300mm，匹配的工业相机靶面尺寸为1/2英寸。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。