一种机器视觉镜头的制作方法

文档序号:18116616发布日期:2019-07-10 09:10阅读:496来源:国知局
一种机器视觉镜头的制作方法

本实用新型属于机器视觉技术领域,具体涉及一种机器视觉镜头。



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传递给相机,再由相机将光信号转化为电信号给图像处理系统,图像处理系统对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,相机的像元尺寸越来越小,这就要求与之匹配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精度不够高,与小像元的成像芯片匹配时无法充分发挥出相机的性能,因此对于高分辨率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,而提供一种工作距离支持100mm到无穷远,可匹配2.2μm像元尺寸高分辨的低畸变、焦距为16mm的机器视觉镜头。

为实现上述的目的,本实用新型采用以下技术方案:

一种机器视觉镜头,包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统,所述光学系统包括由物方到像方依次设置的调焦组GA和固定组GB,所述调焦组GA包括第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3;所述固定组GB包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜胶G7、第八透镜G8和第九透镜G9,所述第六透镜G6与所述第七透镜G7胶合成第一胶合透镜U1;所述光学系统、调焦组GA和固定组GB的焦距分别为f、fGA和fGB,它们分别满足关系式:0.84<|fGA/f|<1.51,2.72<fGB/f<3.61,0.24<|fGA/fGB|<0.52,所述光学系统(焦距f与第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距fGC,满足关系:0.66<fGC/f<1.03;所述光学系统焦距f与第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距fGD,满足关系:0.63<fGD/f<1。

作为本实用新型所述的高分辨率的机器视觉镜头的改进,所述第一透镜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、第七透镜胶G7、第八透镜G8和第九透镜G9、第一胶合透镜U1均为球面镜。

作为本实用新型所述的高分辨率的机器视觉镜头的改进,所述第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL与光学系统的焦距f,满足关系式|TTL/f|>3.64。

作为本实用新型所述的高分辨率的机器视觉镜头的改进,所述光学系统的光学后截距BFL与光学系统的焦距f,满足关系式|BFL/f|<0.88。

作为本实用新型所述的高分辨率的机器视觉镜头的改进,所述光学系统的半像高y’与光学系统的焦距f,满足关系式|y’/f|<0.32。

作为本实用新型所述的高分辨率的机器视觉镜头的改进,还包括光阑,所述光阑位于所述第五透镜G5与所述第六透镜G6之间,所述光阑、的孔径为圆孔。

本实用新型的有益效果在于:本实用新型实现了一种具有高分辨率、低畸变等特点,可支持工作距离100mm到无穷远清晰对焦,焦距为16mm的机器视觉镜头,最大成像面为φ9mm,其分辨率可达230lp/mm,即对应的最大成像芯片1/1.8”时,其像素可达到8百万像素。

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MTF图;

图3为本实用新型中光学系统的光学畸变图;

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0,光学系统0包括由物方到像方依次设置的调焦组GA和固定组GB,调焦组GA包括第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3;固定组GB包括第四透镜G4、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜胶G7、第八透镜G8和第九透镜G9,第六透镜G6与第七透镜G7胶合成第一胶合透镜U1;光学系统0、调焦组GA和固定组GB的焦距分别为f、fGA和fGB,它们分别满足关系式:0.84<|fGA/f|<1.51,2.72<fGB/f<3.61,0.24<|fGA/fGB|<0.52,光学系统0焦距f与第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距fGC,满足关系:0.66<fGC/f<1.03;光学系统0焦距f与第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距fGD,满足关系:0.63<fGD/f<1。

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、第七透镜胶G7、第八透镜G8、第九透镜G9和第一胶合透镜U1均为球面镜。

优选的,第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL与光学系统0的焦距f,满足关系式|TTL/f|>3.64。

优选的,光学系统0的光学后截距BFL与光学系统0的焦距f,满足关系式|BFL/f|<0.88。

优选的,光学系统0的半像高y’与光学系统0的焦距f,满足关系式|y’/f|<0.32。

优选的,还包括光阑1,光阑1位于第五透镜G5与第六透镜G6之间,光阑1的孔径为圆孔。

在本实例中,光学系统0数据如下:

在本实例中,光学系统0的焦距f为16mm,调焦组GA焦距fGA=-18.7mm,固定组GB焦距fGB=51.3mm,第四透镜G4、第五透镜G5的组合焦距fGC=13.5mm,第一胶合透镜U1、第八透镜G8、第九透镜G9的组合焦距fGD=13.05mm,第一透镜G1的前表面顶点到感光元件的距离TTL=65mm(工作距离为0.1m时),光学后截距BFL=13.3mm,半像高y’=4.5mm。各个关系式:|fGA/f|=1.17;fGB/f=3.21;|fGA/fGB|=0.36;fGC/f=0.84;fGD/f=0.82;TTL/f=4.06;BFL/f=0.83;y’/f=0.28。均满足关系式:0.84<|fGA/f|<1.51,2.72<fGB/f<3.61,0.24<|fGA/fGB|<0.52;0.66<fGC/f<1.03;0.63<fGD/f<1;|TTL/f|>3.64;|BFL/f|<0.88;|y’/f|<0.32。

图2所示为本实施例在工作距离0.3m时的MTF曲线图,全视场在230lp/mm的MTF值>0.25,理论分辨精度可达2.2微米,实现镜头的高分辨成像。

图3为本实施例在工作距离0.3m时的波长541nm光学畸变图,全视场畸变<0.3%。

本实施例实现了一种具有高分辨率、低畸变等特点,可支持工作距离100mm到无穷远清晰对焦,焦距为16mm的机器视觉镜头,最大成像面为φ9mm,其分辨率可达230lp/mm,即对应的最大成像芯片1/1.8”时,其像素可达到8百万像素。

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。

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