一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及紫外光学成像技术领域，特别涉及一种高像质、低畸变机器视觉紫外 镜头。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着机器视觉技术的发展，使用的场合也越来越多，对机器视觉系统的要 求也越来越高。而光学镜头作为机器视觉系统的重要组成部分，其成像质量直接影响着系 统的检测和判断结果，可见光学镜头对整个机器视觉系统有着决定性作用。
[0003] 但是现有的机器视觉镜头主要集中在可见光和红外波段，在紫外波段的产品较 少。相对于可见光和红外波段而言，紫外波段具有更短的波长，更有可能击中原子和分子， 所以紫外镜头跟普通镜头相比，更能看清一些潜在的、反差微弱的或受背景干扰的物体表 面细节，如表面的划痕、焊伤或者遗留手印等，非常适合工业化生产过程中对产品的检测和 识别。但是由于紫外波段可选择的材料少，导致紫外镜头的色差校正困难，成像质量不易提 高，所以很多紫外镜头都是通过增大系统F数来达到高空间分辨率，但增大系统F数的同时 又会使系统的进光量减少，影响像面照度，所以如何能在小F数的情况下同时具有高的成 像质量是目前紫外镜头需要继续突破的难题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，该紫外镜头结构 紧凑，像质高，畸变低。
[0005] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头， 主要由具有正光焦度的前透镜组、具有正光焦度的后透镜组和位于前透镜组与后透镜组之 间的光阑组成，所述前透镜组从物方到像方依次设有具有负光焦度的第一透镜、具有负光 焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜和具有正光焦度的第四透镜组成的胶合透镜； 所述后透镜组从物方到像方依次设有具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透 镜、具有负光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜。
[0006] 进一步的，所述第一透镜为凹面朝向像面的弯月正透镜，所述第二透镜为凹面朝 向像面的弯月正透镜，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜 为双凸透镜，所述第六镜为双凸透镜，所述第七透镜为双凹透镜，所述第八透镜为凹面朝向 像面的弯月正透镜。
[0007] 进一步的，所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隔介于Imm和3mm之间，所述第 二透镜和第三透镜之间的空气间隔介于Imm和3mm之间，所述第四透镜和光阑之间的空气 间隔介于Imm和3mm之间，所述光阑和第五透镜之间的空气间隔介于2mm和4mm之间，所述 第五透镜和第六透镜之间的空气间隔介于0.1 mm和Imm之间，所述第六透镜和第七透镜之 间的空气间隔介于0.1 mm和Imm之间，所述第七透镜和第八透镜之间的空气间隔介于0.1 mm 和Imm之间，所述第八透镜和像面之间的空气间隔介于IOmm和15mm之间。
[0008] 进一步的，所述第一透镜的焦距介于-95mm和-105mm之间，所述第二透镜的焦距 介于45mm和55mm之间，所述胶合透镜的焦距介于-135mm和-145mm之间，所述第五透镜的 焦距介于15mm和25mm之间，所述第六透镜的焦距介于5mm和15mm之间，所述第七透镜的 焦距介于 -5mm和-15mm之间，所述第八透镜的焦距介于1105mm和1115mm之间。
[0009] 进一步的，所述紫外镜头的有效焦距为25mm，相对数值孔径F/2. 8,使用2/3" CXD 接收，最大口径小于16mm，光学总长为第一透镜到第八透镜的距离29. 9mm。
[0010] 进一步的，所述紫外镜头的全视场为25°，工作波段为230nm-1000nm。
[0011] 本发明的有益效果是提供了一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，该紫外镜头 采用八片球面透镜，在奈奎斯特频率为2001p/mm的情况下全视场全波段调制传递函数值 大于〇. 3,成像畸变小于0. 5%，具有小F数、结构紧凑、高像质、低畸变、高分辨率等特点，工 作波段为230nm-1000nm，用可见光调焦后可进行紫外或红外照相，非常适合集成到机器视 觉系统。
[0012] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例的紫外镜头的光学结构图。
[0014] 图2是图1中光学镜头视场角为0°、3°、5°、8°、12. 5°各视场在像面上的光线 点列图。
[0015] 图3是图1中光学镜头的各视场像面上的传递函数MTF曲线图。
[0016] 图4是图1中光学镜头的场曲和畸变图。
[0017] 图5是图1中光学镜头的垂轴色差图。
[0018] 图6是图1中光学镜头的轴向色差图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，如图1所示，主要由具有正光焦度的前 透镜组、具有正光焦度的后透镜组、位于前透镜组与后透镜组之间的光阑9和像面10组成， 前透镜组位于光阑9前侧，从物方到像方依次设有具有负光焦度的第一透镜1、具有负光焦 度的第二透镜2、具有负光焦度的第三透镜3和具有正光焦度的第四透镜4组成的胶合透 镜；后透镜组位于光阑9后侧，从物方到像方依次设有具有正光焦度的第五透镜5、具有正 光焦度的第六透镜6、具有负光焦度的第七透镜7、具有负光焦度的第八透镜8。
[0020] 其中，第一透镜1为凹面朝向像面的弯月正透镜，第二透镜2为凹面朝向像面的弯 月正透镜，第三透镜3为双凹透镜，第四透镜4为双凸透镜，第五透镜5为双凸透镜，第六镜 6为双凸透镜，第七透镜7为双凹透镜，第八透镜8为凹面朝向像面的弯月正透镜。
[0021] 第一透镜1和第二透镜2之间的空气间隔介于Imm和3mm之间，第二透镜2和第 三透镜3之间的空气间隔介于Imm和3mm之间，第四透镜4和光阑9之间的空气间隔介于 Imm和3mm之间，光阑9和第五透镜5之间的空气间隔介于2mm和4mm之间，第五透镜5和 第六透镜6之间的空气间隔介于0.1 mm和Imm之间，第六透镜6和第七透镜7之间的空气 间隔介于〇. Imm和Imm之间，第七透镜7和第八透镜8之间的空气间隔介于0.1 mm和1_ 之间，第八透镜8和像面10之间的空气间隔介于IOmm和15mm之间。在本实施例中，第一 透镜1和第二透镜2之间的空气间隔为2_，第二透镜2和第三透镜3之间的空气间隔为 2mm，第四透镜4和第五透镜5之间的空气间隔为4. 5mm，第五透镜5和第六透镜6之间的空 气间隔为〇. 2_，第六透镜6和第七透镜7之间的空气间隔为0. 6_，第七透镜7和第八透 镜8之间的空气间隔为0. 5_，第八透镜8和像面10之间的空气间隔为12. 5_。
[0022] 第一透镜1的焦距介于-95mm和-105mm之间，第二透镜2的焦距介于45mm和55mm 之间，胶合透镜的焦距介于_135mm和-145mm之间，第五透镜5的焦距介于15mm和25mm之 间，第六透镜6的焦距介于5mm和15mm之间，第七透镜7的焦距介于-5mm和-15mm之间， 第八透镜8的焦距介于1105mm和1115mm之间。
[0023] 由于普通玻璃在紫外波段的透过性能差，因此紫外透镜可选材料很少，虽然目前 已经有研制出几种玻璃材料，使玻璃在400nm波长范围的透过率增大，但是对300nm区域仍 有较大的吸收，出于对整个物镜在230nm-365nm波段的透过率性能和材料的工艺性和稳定 性考虑，本实施例最终选择了熔石英和氟化钙两种材料。
[0024] 本实施例中紫外镜头的有效焦距为25mm，相对数值孔径F/2. 8,使用2/3" CXD (Charge-coupled Device)接收，最大口径小于16mm，光学总长为第一透镜到第八透镜的距 离29.9臟。紫外镜头的全视场为25°，工作波段为23〇11111-100〇11111。本实施例中镜片参数和 镜片中心厚度参数如下表1所示。
[0025] 表 1
【主权项】
1. 一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，主要由具有正光焦度的前透镜组、具有正光 焦度的后透镜组和位于前透镜组与后透镜组之间的光阑组成，其特征在于：所述前透镜组 从物方到像方依次设有具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦 度的第三透镜和具有正光焦度的第四透镜组成的胶合透镜；所述后透镜组从物方到像方依 次设有具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜、具 有负光焦度的第八透镜。
2. 根据权利1所述的一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，其特征在于：所述第一透 镜为凹面朝向像面的弯月正透镜，所述第二透镜为凹面朝向像面的弯月正透镜，所述第三 透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凸透镜，所述第五透镜为双凸透镜，所述第六镜为双凸 透镜，所述第七透镜为双凹透镜，所述第八透镜为凹面朝向像面的弯月正透镜。
3. 根据权利1所述的一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，其特征在于：所述第一透 镜和第二透镜之间的空气间隔介于Imm和3mm之间，所述第二透镜和第三透镜之间的空气 间隔介于Imm和3mm之间，所述第四透镜和光阑之间的空气间隔介于Imm和3mm之间，所述 光阑和第五透镜之间的空气间隔介于2mm和4mm之间，所述第五透镜和第六透镜之间的空 气间隔介于〇. Imm和Imm之间，所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隔介于〇. Imm和Imm 之间，所述第七透镜和第八透镜之间的空气间隔介于〇. Imm和Imm之间，所述第八透镜和像 面之间的空气间隔介于IOmm和15mm之间。
4. 根据权利1所述的一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，其特征在于：所述第一透 镜的焦距介于_95mm和-105mm之间，所述第二透镜的焦距介于45mm和55mm之间，所述胶 合透镜的焦距介于 _135mm和-145mm之间，所述第五透镜的焦距介于15mm和25mm之间，所 述第六透镜的焦距介于5mm和15mm之间，所述第七透镜的焦距介于-5mm和-15mm之间，所 述第八透镜的焦距介于1105mm和1115mm之间。
5. 根据权利1所述的一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，其特征在于：所述紫外镜 头的有效焦距为25mm，相对数值孔径F/2. 8,使用2/3" CXD接收，最大口径小于16mm，光学 总长为第一透镜到第八透镜的距离29. 9mm。
6. 根据权利1所述的一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，其特征在于：所述紫外镜 头的全视场为25°，工作波段为230nm-1000nm。
【专利摘要】本发明涉及一种高像质、低畸变机器视觉紫外镜头，主要由具有正光焦度的前透镜组、具有正光焦度的后透镜组和位于前透镜组与后透镜组之间的光阑组成，所述前透镜组从物方到像方依次设有具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜和具有正光焦度的第四透镜组成的胶合透镜；所述后透镜组从物方到像方依次设有具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜。本发明采用八片球面透镜，具有小F数、结构紧凑，低畸变，高分辨率等特点，非常适合集成到机器视觉系统。
【IPC分类】G02B13-00, G02B13-14
【公开号】CN104808315
【申请号】CN201510262682
【发明人】杨敏, 马帅, 刘巧玲
【申请人】福建浩蓝光电有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月22日