一种大视场机器视觉镜头的制作方法

本实用新型属于镜头技术领域，具体涉及一种大视场机器视觉镜头。

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自动测量、判断和检测缺陷等，减小或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视觉系统的核心部件，其成像的质量是机器视觉系统成败的关键因素。而机器视觉需求与日俱增，特别是在电子制造、液晶屏缺陷检测，手机触摸屏线路、尺寸等的测量以及食品包装等众多行业中，对机器视觉镜头的要求也越来越高，总希望机器视觉镜头能支持靶面大、大视野、像素高等特性。

目前，市面上的机器视觉镜头，如公开号为“cn107577032a”的专利，该镜头畸变率为20％，光学畸变大，失真程度较高；如公开号为“cn108319004a”的专利，该镜头畸变率控制在5％，光学畸变较大；且含有非球面透镜加工成本大，不能满足现有市场的需求；又如公开号为“cn108490583a”的专利，该镜头支持的靶面小，且采用非球面结构，增大加工成本。

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，提供一种大靶面、高像素、能够与5μm大小的像元尺寸相匹配的大视场机器视觉镜头，满足工业发展需求。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种大视场机器视觉镜头，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、具有负光焦度及双凹结构的第二透镜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：1<|f1/f|<1.4；1.90<|f2/f|<2.35；4.4<|f3/f|<5.6。

作为本实用新型所述的大视场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。

作为本实用新型所述的大视场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。

作为本实用新型所述的大视场机器视觉镜头的改进，所述第一透镜g1的折射率为n1，其折射率n1满足关系式：1.75＜n1＜2.1。

作为本实用新型所述的大视场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：8＜|fu1/f1|＜13；fu2和f1的比值满足关系式0.7＜|fu2/f1|＜1.0。

作为本实用新型所述的大视场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：0.7＜|fu3/f2|＜1.0。

作为本实用新型所述的大视场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：1.75＜n9＜2.1。

作为本实用新型所述的大视场机器视觉镜头的改进，所述第十透镜g10的折射率为n10，其折射率n10满足关系式：1.6＜n10＜1.75。

作为本实用新型所述的大视场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：0.9＜|fu4/f3|＜1.3。

作为本实用新型所述的大视场机器视觉镜头的改进，所述的各个透镜均为球面镜，透镜均采用球面镜，可降低加工成本。

本实用新型的有益效果在于：通过上述结构实现了焦距为25mm的高像素大视场机器视觉镜头的光学系统，最大成像面为视场角＞80°，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2.3％；采用浮动对焦方式，能满足不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节；透镜均采用球面镜，降低加工成本。

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为实施例的镜头光学系统图示；

图2为实施例的镜头光学系统光路图；

图3为实施例的镜头光学系统传递函数图；

图4为实施例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；s1-第一透镜组；s2-第二透镜组；s3-第三透镜组。

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1～2所示，一种大视场机器视觉镜头，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、具有负光焦度及双凹结构的第二透镜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：1<|f1/f|<1.4；1.90<|f2/f|<2.35；4.4<|f3/f|<5.6。

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的折射率为n1，其折射率n1满足关系式：1.75＜n1＜2.1。

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：8＜|fu1/f1|＜13；fu2和f1的比值满足关系式：0.7＜|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：0.7＜|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：1.75＜n9＜2.1。

优选的，第十透镜g10的折射率为n10，其折射率n10满足关系式：1.6＜n10＜1.75。

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：0.9＜|fu4/f3|＜1.3。

优选的，各个透镜均为球面镜。

实施例：

具体光学系统数据如下：

在实施例中，光学系统的焦距f为25mm，最大光圈为f#＝2.8，第一透镜组的焦距f1＝30.01mm，第二透镜组的焦距f2＝53.17mm，第三透镜组的焦距f3＝-125.22mm，第一胶合透镜组的焦距fu1＝352.76mm，第二胶合透镜组的焦距fu2＝26.91mm，第三胶合透镜组的焦距fu3＝-42.89mm，第四胶合透镜组的焦距fu4＝122.86mm，光学后截距bfl＝26.411mm，半像高y’＝22m。

各个关系式：|f1/f|＝1.20；|f2/f|＝2.13；|f3/f|＝5.01；

|bfl/f|＝1.06；|y’/f|＝0.88；|fu1/f1|＝11.75；|fu2/f1|＝0.90；

|fu3/f2|＝0.81；|fu4/f3|＝0.98。

满足关系式：1<|f1/f|<1.4；1.90<|f2/f|<2.35；4.4<|f3/f|<5.6；|bfl/f|＜1.5；|y’/f|＜0.95；8＜|fu1/f1|＜13；

0.7＜|fu2/f1|＜1.0；0.7＜|fu3/f2|＜1.0；0.9＜|fu4/f3|＜1.3。

图3所示为实施例的mtf曲线图，全视场在90lp/mm的mtf值>0.25，理论分辨精度可达5微米，实现光学系统的高分辨成像。

图4所示为实施例的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于2.3％。

通过上述结构实现了焦距为25mm的高像素大视场定焦机器视觉镜头的光学系统，最大成像面为视场角＞80°，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2.3％；采用浮动对焦方式，能满足不同的应用需求，同时其通光孔径也可灵活调节，透镜均采用球面镜，可降低加工成本。

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。