[發明專利]高清定焦機器視覺鏡頭

有效

• 申請號: 201110220866.X
• 申請日: 2011-08-03
• 公開（公告）號: CN102253465A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 吳鴻春;柯重榮;黃麗惠
• 申請（專利權）人: 福建省光學技術研究所
• 主分類號: G02B7/02
• 分類號: G02B7/02
• 代理公司: 福州智理專利代理有限公司 35208
• 代理人: 林捷華

技術領域：

本發明屬于光學器具技術領域，一種適合與機器視覺系統配套的高分辨率小畸變的高清定焦機器視覺鏡頭。

背景技術：

機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是指通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。

近年來，隨著微電子工業的迅猛發展，高分辨率，高處理速度的機器視覺系統不斷誕生，這對與之配套的光學鏡頭提出了新的要求。普通的采用整體調焦結構的機器視覺鏡頭只能是針對特定工作距離設計，這種設計應用于近攝端與遠攝端時像質明顯下降。而采用浮動調焦結構的鏡頭需要采用復雜浮動調焦機構，機械加工的成本很高。如何克服現有技術不足，提供一種易于加工、高分辨率底畸變的機器鏡頭，即成為本發明研究的對象。

發明內容：

本發明的目的是針對普通機器視覺鏡頭工作在遠近兩個極限工作距離上像質劣化嚴重的現象，提供了一種固定后組式調焦結構的高清定焦機器視覺鏡頭。

本發明技術方案是這樣實現的：一種高清定焦機器視覺鏡頭，包括光學系統透鏡組中的調焦組和固定組，其特征在于：所述光學系統透鏡組由具有正光焦度的調焦組和正光焦度的固定組組成，所述調焦組、固定組沿光軸從物方側向像平面側的順序排列，所述調焦組的組合焦距為f1，固定組的焦距為f2，應滿足下列不等式：0.1＜|f1/f2|＜0.35。

所述調焦組從物方側向像面方向依次由正透鏡L1、正透鏡L2、負透鏡L3、光欄S1、負透鏡L4、正透鏡L5、正透鏡L6組成，其中負透鏡L4、正透鏡L5組成一個雙膠合透鏡組，調焦組U1總焦距為正；所述固定組U2由正透鏡L7組成。

所述雙膠合透鏡組中的負透鏡L4、正透鏡L5分別由火石玻璃和重鑭火石玻璃構成。

所述調焦組、固定組中的各透鏡均為球面透鏡。

本發明采用固定后組調焦結構，具有在全工作距范圍內保持高分辨率，小畸變的特點，而且簡化了調焦機構，適合用于500萬像素級的機器視覺系統。其具有如下優點：

1、該系統的固定后組式調焦方式能夠補償物距變化過程中由于物方孔徑角變化所帶來的球差、慧差、像散以及場曲的變化，保持整個工作距范圍內高分辨率，相對于整組調焦結構而言，其像質的一致性更優秀；

2、系統采用固定后組調焦方式簡化了類似浮動后組調焦補償結構的設計，在大大降低機械結構設計的復雜性和成本的基礎上達到了高像質的設計要求，并且提高了光學系統加工和裝配的容差；

3、系統中全部采用常規玻璃球面透鏡，有利于保證加工工藝性和裝配的簡便性，提高了產品的成品率，降低了成本，更適合批量生產；

4、該系統在整個工作距離成像時具有小于0.2％的畸變，在某些特定距離成像時畸變小于萬分之一。

附圖說明：

下面結合具體圖例對本發明做進一步說明：

圖1是本發明機器視覺鏡頭在220mm物距時的光學系統圖；

圖2是本發明機器視覺鏡頭在700mm物距時的光學系統圖；

圖3是本發明機器視覺鏡頭在無限遠物距時的光學系統圖；

圖4是本發明機器視覺鏡頭在220mm物距時的光線軌跡圖；

圖5是本發明機器視覺鏡頭在700mm物距時的光線軌跡圖；

圖6是本發明機器視覺鏡頭在無限遠物距時的光線軌跡圖；

圖7是本發明機器視覺鏡頭在220mm物距時的場曲和畸變曲線圖；

圖8是本發明機器視覺鏡頭在700mm物距時的場曲和畸變曲線圖；

圖9是本發明機器視覺鏡頭在無限遠物距時的場曲和畸變曲線圖；

圖10是本發明機器視覺鏡頭在220mm物距時的光學傳遞函數曲線圖；

圖11是本發明機器視覺鏡頭在700mm物距時的光學傳遞函數曲線圖；

圖12是本發明機器視覺鏡頭在無限遠物距時的光學傳遞函數曲線圖；

圖13是本發明機器視覺鏡頭在220mm物距時的點列圖；

圖14是本發明機器視覺鏡頭在700mm物距時的點列圖；

圖15是本發明機器視覺鏡頭在無限遠物距時的點列圖；

具體實施方式：

參照圖1、圖2和圖3，分別為視覺鏡頭在220mm、700mm和無限遠物距時的光學系統圖。