一种广角机器视觉镜头的制作方法

本发明属于机器视觉镜头
技术领域：
，具体涉及一种广角机器视觉镜头。
背景技术：
：在工业自动化的背景下，机器视觉系统占有极为重要的地位，其主要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。而机器视觉镜头作为自动化机器的“眼睛”，其成像的质量是机器视觉系统成败的关键因素。随着机器视觉在电子产品制造、食品包装、智能物流、医学诊断等众多领域应用日益增多，机器视觉镜头的技术要求也越来越高，要求镜头具备工作距离宽、支持靶面大、像素高等特性。目前，市面上的机器视觉镜头，如专利号为“201611173679.x”的专利，该镜头像素仅为800万，像素较低，不能满足现有市场要求；如专利号为“201810714854.4”的专利，该光学系统的最近物距为30mm，不能识别更为精细的结构，工作距离较窄；又如专利号为“201721204685.7”的专利，该专利全视场光学畸变低于2％，失真程度较高。技术实现要素：本发明的目的在于：针对现有技术的不足，研发出高像素宽工作距离的广角机器视觉镜头光学系统，满足工业发展需求。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种广角机器视觉镜头，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设置第一透镜组s1、光阑、第二透镜组s2、第三透镜组s3，第三透镜组s3为固定设置，第一透镜组s1、光阑和第二透镜组s2为移动设置，当工作距离改变时，第一透镜组s1、光阑和第二透镜组s2通过前后移动的方式来对焦；所述第一透镜组s1包括具有负光焦度及弯月结构的第一透镜g1、具有负光焦度及弯月结构的第二透镜g2、具有正光焦度及双凸结构的第三透镜g3、具有负光焦度及弯月结构的第四透镜g4、具有负光焦度及弯月结构的第五透镜g5、具有正光焦度及双凸结构的第六透镜g6；所述第二透镜组s2包括具有正光焦度及双凸结构的第七透镜g7、具有负光焦度及双凹结构的第八透镜g8、具有正光焦度及双凸结构的第九透镜g9；所述第三透镜组s3包括具有负光焦度及弯月结构的第十透镜g10、具有负光焦度及弯月结构的第十一透镜g11、具有正光焦度及双凸结构的第十二透镜g12；所述光学系统的焦距f，所述第一透镜组s1的焦距f1，所述第二透镜组s2的焦距f2，所述第三透镜组s3的焦距f3，分别满足关系式：0.70<|f1/f|<1.60；2.0<|f2/f|<5.0；5<|f3/f|<25。作为本发明所述的广角机器视觉镜头的改进，所述光学系统的第十二透镜g12到像面的距离即光学后截距bfl与所述光学系统的焦距f，满足关系式：|bfl/f|＜1.5。作为本发明所述的广角机器视觉镜头的改进，所述光学系统的半像高y’与所述光学系统的焦距f，满足关系式：|y’/f|＜0.95。作为本发明所述的广角机器视觉镜头的改进，所述第一透镜g1的阿贝数为v1，其阿贝数v1满足关系式：15＜v1＜30。作为本发明所述的广角机器视觉镜头的改进，所述第三透镜g3与所述第四透镜g4组成第一胶合透镜u1，所述第五透镜g5与所述第六透镜g6组成第二胶合透镜u2，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fu2，其焦距fu1和f1的比值满足关系式：3＜|fu1/f1|＜19；fu2和f1的比值满足关系式0.6＜|fu2/f1|＜1.0。作为本发明所述的广角机器视觉镜头的改进，所述第七透镜g7与所述第八透镜g8组成第三胶合透镜u3，所述第三胶合透镜u3的焦距为fu3，fu3和f2的比值满足关系式：0.1＜|fu3/f2|＜1.0。作为本发明所述的广角机器视觉镜头的改进，所述第九透镜g9的折射率为n9，其折射率n9满足关系式：1.85＜n9＜2.1。作为本发明所述的广角机器视觉镜头的改进，所述第十透镜g10的阿贝数为v10，其阿贝数v10满足关系式：20＜v10＜35。作为本发明所述的广角机器视觉镜头的改进，所述第十一透镜g11与所述第十二透镜g12组成第四胶合透镜u4，所述第四胶合透镜u4的焦距为fu4，fu4和f3的比值满足关系式：0.1＜|fu4/f3|＜1.0。作为本发明所述的广角机器视觉镜头的改进，所述的各个透镜均为球面镜。本发明的有益效果在于：通过上述结构实现了高像素广角机器视觉镜头的光学系统，全视场光学畸变低于0.7％；工作距离宽，采用浮动对焦方式，从180mm～∞均可达到相应的成像要求，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发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为实施例一的镜头光学系统图示；图2为实施例一的镜头光学系统传递函数图；图3为实施例一的镜头光学系统光学畸变曲线图；图4为实施例二的镜头光学系统图示；图5为实施例二的镜头光学系统传递函数图；图6为实施例二的镜头光学系统光学畸变曲线图。图中：1-光阑；2-像面；g1-第一透镜；g2-第二透镜；g3-第三透镜；g4-第四透镜；g5-第五透镜；g6-第六透镜；g7-第七透镜；g8-第八透镜；g9-第九透镜；g10-第十透镜；g11-第十一透镜；g12-第十二透镜；u1-第一胶合透镜；u2-第二胶合透镜；u3-第三胶合透镜；u4-第四胶合透镜。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。在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。在本发明中，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发明中的具体含义。以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。一种广角机器视觉镜头，包括机械系统及安装于所述机械系统内部的光学系统，光学系统由物方到像方依次设置第一透镜组s1、光阑1、第二透镜组s2、第三透镜组s3，第三透镜组s3为固定设置，第一透镜组s1、光阑1和第二透镜组s2为移动设置，当工作距离改变时，第一透镜组s1、光阑1和第二透镜组s2通过前后移动的方式来对焦；第一透镜组s1包括具有负光焦度及弯月结构的第一透镜g1、具有负光焦度及弯月结构的第二透镜g2、具有正光焦度及双凸结构的第三透镜g3、具有负光焦度及弯月结构的第四透镜g4、具有负光焦度及弯月结构的第五透镜g5、具有正光焦度及双凸结构的第六透镜g6；第二透镜组s2包括具有正光焦度及双凸结构的第七透镜g7、具有负光焦度及双凹结构的第八透镜g8、具有正光焦度及双凸结构的第九透镜g9；第三透镜组s3包括具有负光焦度及弯月结构的第十透镜g10、具有负光焦度及弯月结构的第十一透镜g11、具有正光焦度及双凸结构的第十二透镜g12；光学系统的焦距f，第一透镜组s1的焦距f1，第二透镜组s2的焦距f2，第三透镜组s3的焦距f3，分别满足关系式：0.70<|f1/f|<1.60；2.0<|f2/f|<5.0；5<|f3/f|<25。优选的，光学系统的第十二透镜g12到像面2的距离即光学后截距bfl与光学系统的焦距f，满足关系式：|bfl/f|＜1.5。优选的，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|＜0.95。优选的，第一透镜g1的阿贝数为v1，其阿贝数v1满足关系式：15＜v1＜30。优选的，第三透镜g3与第四透镜g4组成第一胶合透镜u1，第五透镜g5与第六透镜g6组成第二胶合透镜u2，第一胶合透镜u1的焦距为fu1，第二胶合透镜u2的焦距fu2，fu1和f1的比值满足关系式：3＜|fu1/f1|＜19；fu2和f1的比值满足关系式：0.6＜|fu2/f1|＜1.0。优选的，第七透镜g7与第八透镜g8组成第三胶合透镜u3，第三胶合透镜u3的焦距为fu3，fu3和f2的比值满足关系式：0.1＜|fu3/f2|＜1.0。优选的，第九透镜g9的折射率为n9，其折射率n9满足关系式：1.85＜n9＜2.1。优选的，第十透镜g10的阿贝数为v10，其阿贝数v10满足关系式：20＜v10＜35。优选的，第十一透镜g11与第十二透镜g12组成第四胶合透镜u4，第四胶合透镜u4的焦距为fu4，fu4和f3的比值满足关系式：0.1＜|fu4/f3|＜1.0。优选的，各个透镜均为球面镜。实施例一：如图1所示，通过上述结构实现了焦距为50mm的高像素广角机器视觉镜头的光学系统，最大成像面为其分辨率可达90lp/mm，与全画幅相机匹配时，其像素可达到2900万像素，全视场光学畸变低于0.2％。具体光学系统数据如下：在实例一中，光学系统的焦距f为50mm，最大光圈为f#＝2.8，第一透镜组的焦距f1＝40.93mm，第二透镜组的焦距f2＝239mm，第三透镜组的焦距f3＝-408.48mm，第一胶合透镜组的焦距fu1＝177.24mm，第二胶合透镜组的焦距fu2＝28.86mm，第三胶合透镜组的焦距fu3＝-34.53mm，第四胶合透镜组的焦距fu4＝142.31mm，光学后截距bfl＝36.1mm，半像高y’＝22m。各个关系式：|f1/f|＝0.82；|f2/f|＝4.78；|f3/f|＝8.17；|bfl/f|＝0.72；|y’/f|＝0.44；|fu1/f1|＝4.33；|fu2/f1|＝0.71；|fu3/f2|＝0.14；|fu4/f3|＝0.35。满足关系式：0.70<|f1/f|<1.60；2.0<|f2/f|<5.0；5<|f3/f|<25；|bfl/f|＜1.5；|y’/f|＜0.95；3＜|fu1/f1|＜19；0.6＜|fu2/f1|＜1.0；0.1＜|fu3/f2|＜1.0；0.1＜|fu4/f3|＜1.0。图2所示为实施例一的mtf曲线图，0.75视场在90lp/mm的mtf值>0.45，理论分辨精度可达5微米，实现光学系统的高分辨成像。图3所示为实施例一的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.2％。实施例二：如图4所示，通过上述结构实现了焦距为16mm的高像素广角机器视觉镜头的光学系统，最大成像面为其分辨率可达125lp/mm，与1.1″芯片匹配时，其像素可达到1200万像素，全视场光学畸变低于0.68％。具体光学系统数据如下：表面半径厚度折射率g1前表面(mm2)3.2(mm4).51.8g1后表面12.23.9g2前表面48.01.51.5g2后表面13.71.7u1前表面25.63.21.9u1胶合面-422.94.91.5u1后表面13.94.9u2前表面50.65.51.8u2胶合面19.46.51.8u2后表面-19.42.7光阑∞1.4u3前表面25.34.01.6u3胶合面-13.73.71.8u3后表面18.67.8g9前表面45.53.01.9g9后表面-45.50.5g10前表面28.01.11.7g10后表面16.00.9u4前表面28.21.02.0u4胶合面13.14.11.7u4后表面-167.710.7像面∞在实例二中，光学系统的焦距f为16mm，最大光圈为f#＝1.6，第一透镜组的焦距f1＝20.74mm，第二透镜组的焦距f2＝27.55mm，第三透镜组的焦距f3＝187.15mm，第一胶合透镜组的焦距fu1＝140.04mm，第二胶合透镜组的焦距fu2＝16.65mm，第三胶合透镜组的焦距fu3＝-34.91mm，第四胶合透镜组的焦距fu4＝41.90mm，光学后截距bfl＝10.7mm，半像高y’＝8.4mm。各个关系式：|f1/f|＝1.30；|f2/f|＝3.25；|f3/f|＝11.70；|bfl/f|＝0.67；|y’/f|＝0.53；|fu1/f1|＝6.75；|fu2/f1|＝0.80；|fu3/f2|＝0.67；|fu4/f3|＝0.22。满足关系式：0.70<|f1/f|<1.60；2.0<|f2/f|<5.0；5<|f3/f|<25；|bfl/f|＜1.5；|y’/f|＜0.95；3＜|fu1/f1|＜19；0.6＜|fu2/f1|＜1.0；0.1＜|fu3/f2|＜1.0；0.1＜|fu4/f3|＜1.0。图5所示为实施例二的mtf曲线图，0.75视场在125p/mm的mtf值>0.35，理论分辨精度可达3.45微米，实现光学系统的高分辨成像。图6所示为实施例二的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.68％。上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明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，并能够在本文所述发明构想范围内，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发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。当前第1页12