專利名稱：高清定焦機器視覺鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)器具技術(shù)領(lǐng)域，一種適合與機器視覺系統(tǒng)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(shù)：
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(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CXD兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。近年來，隨著微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，高分辨率，高處理速度的機器視覺系統(tǒng)不斷誕生，這對與之配套的光學(xué)鏡頭提出了新的要求。普通的采用整體調(diào)焦結(jié)構(gòu)的機器視覺鏡頭只能是針對特定工作距離設(shè)計，這種設(shè)計應(yīng)用于近攝端與遠攝端時像質(zhì)明顯下降。而采用浮動調(diào)焦結(jié)構(gòu)的鏡頭需要采用復(fù)雜浮動調(diào)焦機構(gòu)，機械加工的成本很高。如何克服現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明研究的對象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(zhì)劣化嚴(yán)重的現(xiàn)象，提供了一種固定后組式調(diào)焦結(jié)構(gòu)的高清定焦機器視覺鏡頭。本發(fā)明技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種高清定焦機器視覺鏡頭，包括光學(xué)系統(tǒng)透鏡組中的調(diào)焦組和固定組，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)透鏡組由具有正光焦度的調(diào)焦組和正光焦度的固定組組成，所述調(diào)焦組、固定組沿光軸從物方側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕?，所述調(diào)焦組的組合焦距為fl，固定組的焦距為f2，應(yīng)滿足下列不等式0.1< fl/f2 <0.35。所述調(diào)焦組從物方側(cè)向像面方向依次由正透鏡Li、正透鏡L2、負透鏡L3、光欄Si、 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(diào)焦組Ul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(gòu)成。所述調(diào)焦組、固定組中的各透鏡均為球面透鏡。本發(fā)明采用固定后組調(diào)焦結(jié)構(gòu)，具有在全工作距范圍內(nèi)保持高分辨率，小畸變的特點，而且簡化了調(diào)焦機構(gòu)，適合用于500萬像素級的機器視覺系統(tǒng)。其具有如下優(yōu)點1、該系統(tǒng)的固定后組式調(diào)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(nèi)高分辨率，相對于整組調(diào)焦結(jié)構(gòu)而言，其像質(zhì)的一致性更優(yōu)秀；2、系統(tǒng)采用固定后組調(diào)焦方式簡化了類似浮動后組調(diào)焦補償結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在大大降低機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性和成本的基礎(chǔ)上達到了高像質(zhì)的設(shè)計要求，并且提高了光學(xué)系統(tǒng)加工和裝配的容差；
3、系統(tǒng)中全部采用常規(guī)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(chǎn)品的成品率，降低了成本，更適合批量生產(chǎn)；4、該系統(tǒng)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。


下面結(jié)合具體圖例對本發(fā)明做進一步說明圖1是本發(fā)明機器視覺鏡頭在220mm物距時的光學(xué)系統(tǒng)圖；圖2是本發(fā)明機器視覺鏡頭在700mm物距時的光學(xué)系統(tǒng)圖；圖3是本發(fā)明機器視覺鏡頭在無限遠物距時的光學(xué)系統(tǒng)圖；圖4是本發(fā)明機器視覺鏡頭在220mm物距時的光線軌跡圖；圖5是本發(fā)明機器視覺鏡頭在700mm物距時的光線軌跡圖；圖6是本發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)明機器視覺鏡頭在220mm物距時的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖；圖11是本發(fā)明機器視覺鏡頭在700mm物距時的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖；圖12是本發(fā)明機器視覺鏡頭在無限遠物距時的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖；圖13是本發(fā)明機器視覺鏡頭在220mm物距時的點列圖；圖14是本發(fā)明機器視覺鏡頭在700mm物距時的點列圖；圖15是本發(fā)明機器視覺鏡頭在無限遠物距時的點列具體實施例方式參照圖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(xué)系統(tǒng)圖。本發(fā)明的高清機器視覺鏡頭中的光學(xué)系統(tǒng)采用6組7片透鏡結(jié)構(gòu)，光學(xué)系統(tǒng)透鏡組由具有正光焦度的調(diào)焦組和正光焦度的固定組組成，所述調(diào)焦組U1、固定組U2沿光軸從物方側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕?，所述調(diào)焦組從物方側(cè)向像面方向依次由正透鏡Li、正透鏡 L2、負透鏡L3、光欄S、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；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(gòu)成；調(diào)焦組Ul總焦距為正；所述固定組U2由正透鏡L7組成。調(diào)焦過程中調(diào)焦組 Ul前后移動，物距變化導(dǎo)致的物方孔徑角變化帶來的像差能通過調(diào)焦組Ul與固定組U2相對位置改變得到補償，從而在整個工作距范圍內(nèi)獲得小畸變、高像質(zhì)的圖像。其中調(diào)焦組U1、固定組U2中各透鏡均為球面透鏡，分別由國產(chǎn)冕牌、火石、重火石、鑭冕牌、鑭火石、重鑭火石玻璃組合而成。圖1、是220mm物距時的系統(tǒng)圖，圖2、是700mm物距時的系統(tǒng)圖，圖3、是無限遠處物距時的系統(tǒng)圖。dl是220mm物距時Ul與U2之間的間隔，ds是無限遠物距時Ul與U2之間的間隔，本發(fā)明為固定后組調(diào)焦的定焦系統(tǒng)，跟常規(guī)的整組移動調(diào)焦的定焦鏡頭相比，在結(jié)構(gòu)上并沒有更復(fù)雜。為了使該鏡頭中不同的工作距離上成像清晰，分配在調(diào)焦組Ul的光焦度要合理， 并滿足下列不等式0. 1 < |fl/f2|，其中fl為調(diào)焦組Ul的組合焦距，f2為固定組U2的焦距。本發(fā)明高清機器視覺鏡頭的歸一化參數(shù)如下
權(quán)利要求
1.一種高清定焦機器視覺鏡頭，包括光學(xué)系統(tǒng)透鏡組中的調(diào)焦組和固定組，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)透鏡組由具有正光焦度的調(diào)焦組和正光焦度的固定組組成，所述調(diào)焦組、 固定組沿光軸從物方側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕?，所述調(diào)焦組的組合焦距為Π，固定組的焦距為f2，應(yīng)滿足下列不等式0. 1 < |fl/f2| < 0. 35。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高清定焦機器視覺鏡頭，其特征在于所述調(diào)焦組從物方側(cè)向像面方向依次由正透鏡Li、正透鏡L2、負透鏡L3、光欄Si、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(diào)焦組Ul總焦距為正；所述固定組U2由正透鏡L7組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高清定焦機器視覺鏡頭，其特征在于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(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高清定焦機器視覺鏡頭，其特征在于所述調(diào)焦組、固定組中的各透鏡均為球面透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高清定焦機器視覺鏡頭，包括光學(xué)系統(tǒng)透鏡組中的調(diào)焦組和固定組，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)透鏡組由具有正光焦度的調(diào)焦組和正光焦度的固定組組成，所述調(diào)焦組、固定組沿光軸從物方側(cè)向像平面?zhèn)鹊捻樞蚺帕?，所述調(diào)焦組的組合焦距為f1，固定組的焦距為f2，應(yīng)滿足下列不等式0.1＜|f1/f2|＜0.35。本發(fā)明采用固定后組調(diào)焦結(jié)構(gòu)，具有在全工作距范圍內(nèi)保持高分辨率，小畸變的特點，而且簡化了調(diào)焦機構(gòu)，適合用于500萬像素級的機器視覺系統(tǒng)。
文檔編號G02B7/02GK102253465SQ20111022086
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者吳鴻春, 柯重榮, 黃麗惠 申請人:福建省光學(xué)技術(shù)研究所