[發(fā)明專利]一種光學(xué)鏡頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611186010.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106526813B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 厲冰川;張師朋;尚潔陽(yáng);盛亞茗;張平華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 嘉興中潤(rùn)光學(xué)科技有限公司
• 主分類號(hào): G02B13/06
• 分類號(hào): G02B13/06;G02B7/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

一種光學(xué)鏡頭，沿光軸從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一鏡片、和第二鏡片、第三鏡片、第四鏡片、具有負(fù)光焦度的第五鏡片、具有正光焦度的第六鏡片和第七鏡片、具有負(fù)光焦度的第八鏡片和第九鏡片、具有正光焦度的第十鏡片、具有正光焦度的第十一鏡片和第十二鏡片、具有負(fù)光焦度的第十三鏡片和第十四鏡片、具有正光焦度的第十五鏡片和第十六鏡片。其中，第四鏡片與第五鏡片膠合，第七鏡片與第八鏡片膠合，第九鏡片與第十鏡片膠合，十二鏡片與第十三鏡片膠合。第八鏡片與第九鏡片之間，配置有系統(tǒng)的孔徑光闌STP。在成像面IMG，配置有CCD和CMOS等的固體攝像元件的光接收面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超大靶面、超高分別率、零畸變、超大光圈的工業(yè)鏡頭。

背景技術(shù)

伴隨著加工制造業(yè)開(kāi)始向高精尖的方向轉(zhuǎn)型，機(jī)器視覺(jué)的市場(chǎng)也得到了前所未有的開(kāi)拓。簡(jiǎn)單地說(shuō)，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)就是用機(jī)器來(lái)代替人眼：在不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)環(huán)境或人眼生理極限難以滿足要求的場(chǎng)合，機(jī)器視覺(jué)就可以發(fā)揮作用；在大批量生產(chǎn)中，人工視覺(jué)檢查效率低下且精度不高，機(jī)器視覺(jué)能極大地提高生產(chǎn)效率與自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成，在生產(chǎn)線上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速地測(cè)量、引導(dǎo)、檢測(cè)、識(shí)別和定位，形成一條高質(zhì)量的生產(chǎn)鏈系統(tǒng)。時(shí)至今日，機(jī)器視覺(jué)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要分支。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的眼睛就是工業(yè)相機(jī)，相機(jī)的眼瞳便是鏡頭，可以說(shuō)鏡頭的質(zhì)量直接決定了系統(tǒng)的整體性能。根據(jù)對(duì)應(yīng)傳感器架構(gòu)的不同，又分為線掃描鏡頭和面掃描鏡頭。由于線掃描相機(jī)具有高傳輸速率、超高分辨率、大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度的天然優(yōu)勢(shì)，因而對(duì)于連續(xù)高速運(yùn)動(dòng)、高精度檢測(cè)、大幅面視場(chǎng)的工業(yè)檢測(cè)項(xiàng)目，線掃描相機(jī)是必然的選擇。

線陣傳感器的感光部是一段狹長(zhǎng)的線型區(qū)域，對(duì)應(yīng)鏡頭的成像靶面會(huì)達(dá)到數(shù)英寸之大，常規(guī)的工業(yè)鏡頭有效像圓過(guò)小，根本無(wú)法滿足使用需求；不同于一般的攝影鏡頭，工業(yè)檢測(cè)對(duì)于畫(huà)面中心與周邊的像質(zhì)差異、明暗變化、畸變有著苛刻的要求，為了保證性能的優(yōu)良，鏡頭往往只能在體積與長(zhǎng)度上妥協(xié)，因而鏡頭安裝要預(yù)留很大的空間。因?yàn)樽鳂I(yè)環(huán)境的差異和檢測(cè)對(duì)象的不同，過(guò)于龐大的鏡頭難以在各種檢測(cè)場(chǎng)合下兼容使用；隨著很多精密制造業(yè)的興起，諸多工業(yè)檢測(cè)的要求都達(dá)到了幾微米的數(shù)量級(jí)，市面上已有的工業(yè)鏡頭，其最小分辨率大都在10微米以上，已經(jīng)不再適用；同時(shí)，為了得到精細(xì)的畫(huà)面與銳利的拍攝效果，要求鏡頭的光圈盡可能做大，但是長(zhǎng)焦段的線掃描工業(yè)鏡頭光圈普遍較小。

專利公開(kāi)文獻(xiàn)P2011-107313A該專利中介紹了一款小型化的工業(yè)鏡頭，但是其像高過(guò)小，無(wú)法適用于大靶面的線掃描工業(yè)相機(jī)。

總體上，現(xiàn)有技術(shù)具有如下缺點(diǎn)：

1.鏡頭超大靶面與小體積難以實(shí)現(xiàn)。由于線陣傳感器的像素點(diǎn)是以一列或幾列的線型排列，同時(shí)為了保證單顆像素的進(jìn)光量充足，像素點(diǎn)往往較大，這使得感光區(qū)域非常狹長(zhǎng)。傳統(tǒng)的大靶面成像常常使用數(shù)個(gè)相機(jī)拍攝，獲取圖像后再進(jìn)行拼接與合成，但這一過(guò)程帶來(lái)的巨大計(jì)算量，在要求越來(lái)越嚴(yán)格的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中已經(jīng)成為硬傷。越來(lái)越多的工業(yè)檢測(cè)開(kāi)始尋求一款具有超大靶面的工業(yè)成像鏡頭。受限于現(xiàn)有的加工和組裝工藝，數(shù)英寸的有效圓徑會(huì)使得鏡頭的設(shè)計(jì)難度呈幾何式增長(zhǎng)，不得不使用大量的鏡片堆疊與及其復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，眾多的鏡片會(huì)造成鏡頭體積增大，過(guò)大的累積公差也會(huì)降低鏡頭的組裝良率和效率。如何在較短的體積內(nèi)，用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大靶面是該款鏡頭的一大技術(shù)難點(diǎn)。

2.過(guò)多使用非球面鏡片。近年來(lái)，晶圓陣面、電路集成等工藝都已經(jīng)達(dá)到了1μm的數(shù)量級(jí)，必須要求檢測(cè)鏡頭的分辨率也達(dá)到這一水準(zhǔn)。為了保證生產(chǎn)中被測(cè)物體的中心與邊緣都能被清晰地捕捉到，要求鏡頭必須實(shí)現(xiàn)無(wú)畸變、中心與周邊的性能沒(méi)有明顯差異，周邊光量無(wú)明顯變化。普通的工業(yè)鏡頭常通過(guò)使用非球面鏡片來(lái)實(shí)現(xiàn)上述要求，非球面的使用可以有效提升成像質(zhì)量、平衡畫(huà)面中心與周邊的性能差異。而在鏡頭前端約束光線的面型上使用非球面，可以大大約束成像變形量，達(dá)到無(wú)畸變的效果。但是非球面具有高敏感度的特性決定了精密的工業(yè)鏡頭中，難以使用非球面鏡片。采用純球面鏡片的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上述需求成為該鏡頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。