本發(fā)明涉及一種用于精密工業(yè)檢測(cè)的工業(yè)鏡頭，尤其涉及一種遠(yuǎn)心定焦鏡頭。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在精密檢測(cè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，普通工業(yè)鏡頭已經(jīng)難以滿足檢測(cè)要求，這是由于普通光學(xué)鏡頭存在下列制約因素，1、影像的變形、視角選擇而造成的誤差；2、不適當(dāng)光源干擾下造成邊界的不確定性等問(wèn)題，進(jìn)而影響測(cè)量的精度。

為彌補(bǔ)普通鏡頭存在的不足，適應(yīng)精密檢測(cè)需求，遠(yuǎn)心鏡頭應(yīng)運(yùn)而生。遠(yuǎn)心鏡頭依據(jù)其獨(dú)特的光學(xué)特性：高分辨率、超寬景深、超低畸變以及獨(dú)有的平行光設(shè)計(jì)等，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大,倍率不會(huì)變化，這對(duì)被測(cè)物不在同一物面上的情況是非常重要的應(yīng)用。

但現(xiàn)在市面上的遠(yuǎn)心鏡頭一般重量重、尺寸大、制作成本較高，這就使得遠(yuǎn)心鏡頭很難在工業(yè)檢測(cè)上普及。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭，從被測(cè)物體端開(kāi)始依次設(shè)有第一單正球面鏡片、第二單正球面鏡片、第三單負(fù)球面鏡片、第四單負(fù)球面鏡片、第五單負(fù)球面鏡片、第六單正球面鏡片和第七單正球面鏡片；所述第二單正球面鏡片與第三單負(fù)球面鏡片組合為粘合鏡片；所述第五單負(fù)球面鏡片與第六單正球面鏡片組合為粘合鏡片；所述第三單負(fù)球面鏡片和第四單負(fù)球面鏡片之間設(shè)有光闌。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第一單正球面鏡片、第二單正球面鏡片、第六單正球面鏡片、第七單正球面鏡片為雙凸形的正透鏡；所述第三單負(fù)球面鏡片和第五單負(fù)球面鏡片為雙凹形的負(fù)透鏡；所述第四單負(fù)球面鏡片為彎月形的負(fù)透鏡,開(kāi)口方向朝向相機(jī)側(cè)。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第二單正球面鏡片與第三單負(fù)球面鏡片結(jié)合成粘合鏡片后，開(kāi)口方向朝向相機(jī)側(cè)。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第二單正球面鏡片采用的材料為低色散玻璃。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第五單負(fù)球面鏡片與第六單正球面鏡片結(jié)合成粘合鏡片后，開(kāi)口方向背對(duì)相機(jī)側(cè)。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭滿足以下條件式：NA = 0.022 TTL=180mm T≤0.025°；其中NA為鏡頭孔徑值，TTL為鏡頭的光學(xué)總長(zhǎng)度，T為鏡頭的遠(yuǎn)心度。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭滿足以下條件式：滿足以下條件式：f/f1= 0.112、f1= 123.1 mm；f/f2= 0.045、f2=49.59mm；f/f3=-0.038、 f3=-42.26mm；f/f4=-0.093、f4=-102.56mm；f/f5=0.01、f5=-11.94mm；f/f6=0.015、f6=16.04mm；f/f7=0.026、f7=29.18mm；

其中f為鏡頭的有效焦距，f1為第一單正球面透鏡的焦距，f2為第二單正球面透鏡的焦距，f3為第三單負(fù)球面透鏡的焦距，f4為第四單負(fù)球面透鏡的焦距，f5為第五單負(fù)球面透鏡的焦距，f6為第六單正球面透鏡的焦距，f7為第七單正球面透鏡的焦距。

本發(fā)明的有益效果：

表1列舉出了本發(fā)明的用于工業(yè)檢測(cè)的雙心定焦鏡頭各項(xiàng)透鏡的參數(shù)值。

其中OBJ為物面，STO為光闌，IMA為像面。

從表1中可知，該鏡頭采用七枚鏡片，最大有效口徑為72.8mm, 相對(duì)于市面的遠(yuǎn)心鏡頭最少需要10至12個(gè)鏡片才能做到最大有效口徑為120mm左右，故采用本發(fā)明技術(shù)方案后的雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭減少了鏡片的數(shù)量，使得整個(gè)鏡頭的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，重量相對(duì)于同類(lèi)鏡頭顯著降低，制作成本更加低廉；在鏡片較少的前提下使得結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、體積更小、重量更輕。

表2列舉了本發(fā)明的用于工業(yè)檢測(cè)的雙心定焦鏡頭的光學(xué)特性規(guī)則：

其中：Magnification為鏡頭的放大倍率，Object Side Telecentricity為鏡頭的物方遠(yuǎn)心度，Optical Distortion(Max)為鏡頭的最大光學(xué)畸變，TTL為鏡頭的光學(xué)總長(zhǎng)度，F(xiàn)/#為鏡頭的F值，Relative illumination為鏡頭的相對(duì)照度，Image Size ( Dia. )為鏡頭的最大像面。

從表2可知，采用本發(fā)明技術(shù)方案后鏡頭的遠(yuǎn)心度為0.025o，遠(yuǎn)心度高；畸變?yōu)?.1%，畸變??；光學(xué)總長(zhǎng)為180mm,總長(zhǎng)度?。蛔畲驠值為6.3；相對(duì)照度為97%，相對(duì)照度高；最大像面為φ16mm，像面大。相對(duì)于市面上現(xiàn)有的同等物距條件下工業(yè)遠(yuǎn)心一般光學(xué)總長(zhǎng)在300mm左右，最大像面為φ11mm，最大F值為8。故本發(fā)明的雙遠(yuǎn)心定焦鏡相對(duì)于市面上遠(yuǎn)心鏡頭具有總長(zhǎng)度小、F值大、最大成像面大的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭物距為260 mm時(shí)的光學(xué)截面圖；

圖2是雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭物距為260 mm，解像力在140lp/mm時(shí)的光學(xué)傳遞函數(shù)（MTF）截面圖；

圖3是雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭物距為260 mm，解像力在100lp/mm時(shí)的光學(xué)傳遞函數(shù)（MTF）截面圖；

圖4是雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭物距為260 mm，解像力在70lp/mm時(shí)的光學(xué)傳遞函數(shù)（MTF）截面圖；

圖5是雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭物距為260 mm時(shí)的彌散斑RMS圖；

圖6是雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭物距為260 mm時(shí)的場(chǎng)曲圖和畸變圖；

圖7是雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭物距為260 mm時(shí)的離焦調(diào)變轉(zhuǎn)換函數(shù)圖；

圖8是雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭在物距為260 mm時(shí)的相對(duì)照度圖；

其中：1、第一單正球面鏡片，2、第二單正球面鏡片，3、第三單負(fù)球面鏡片，4、第四單正球面鏡片，5、第五單負(fù)球面鏡片，6、第六單正球面鏡片，7、第七單正球面鏡片，8、光闌。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的方式做進(jìn)一步的闡述：如圖1所示，本實(shí)施方式通過(guò)雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭的物距為260 mm時(shí)這特定形式對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)行介紹和說(shuō)明。一種雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭，從被測(cè)物體端開(kāi)始依次設(shè)有第一單正球面鏡片1、第二單正球面鏡片2、第三單負(fù)球面鏡片3、第四單負(fù)球面鏡片4、第五單負(fù)球面鏡片5、第六單正球面鏡片6和第七單正球面鏡片7。所述第一單正球面鏡片1、第二單正球面鏡片2、第六單正球面鏡片6、第七單正球面鏡片7為雙凸形的正透鏡；減少了光學(xué)系統(tǒng)中的色散問(wèn)題第二單正球面鏡片采用的材料為低色散玻璃。所述第三單負(fù)球面鏡片3和第五單負(fù)球面鏡片5為雙凹形的負(fù)透鏡；所述第四單負(fù)球面鏡片4為彎月形的負(fù)透鏡,開(kāi)口方向朝向相機(jī)側(cè)。所述第二單正球面鏡片2與第三單負(fù)球面鏡片3組合為粘合鏡片；所述第二單正球面鏡片2與第三單負(fù)球面鏡片3結(jié)合成粘合鏡片后，開(kāi)口方向朝向相機(jī)側(cè)。所述第三單負(fù)球面鏡片3和第四單負(fù)球面鏡片4之間設(shè)有光闌。所述第五單負(fù)球面鏡片5與第六單正球面鏡片6組合為粘合鏡片；所述第五單負(fù)球面鏡片5與第六單正球面鏡片6結(jié)合成粘合鏡片后，開(kāi)口方向背對(duì)相機(jī)側(cè)。

所述雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭滿足以下條件式： NA = 0.022 TTL=180mm T≤0.025°；其中NA為鏡頭孔徑值，TTL為鏡頭的光學(xué)總長(zhǎng)度，T為鏡頭的遠(yuǎn)心度。TTL為鏡頭的光學(xué)總長(zhǎng)度，即第一單正球面鏡片頂點(diǎn)到成像面的長(zhǎng)度，T為鏡頭的遠(yuǎn)心度，即物面和像面的發(fā)射和入射角度。

所述雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭滿足以下條件式：f/f1= 0.112、f1= 123.1 mm；f/f2= 0.045、f2=49.59mm；f/f3=-0.038、 f3=-42.26mm；f/f4=-0.093、f4=-102.56mm；f/f5=0.01、f5=-11.94mm；f/f6=0.015、f6=16.04mm；f/f7=0.026、f7=29.18mm；其中f為鏡頭的有效焦距，f1為第一單正球面透鏡的焦距，f2為第二單正球面透鏡的焦距，f3為第三單負(fù)球面透鏡的焦距，f4為第四單負(fù)球面透鏡的焦距，f5為第五單負(fù)球面透鏡的焦距，f6為第六單正球面透鏡的焦距，f7為第七單正球面透鏡的焦距。

下面通過(guò)雙遠(yuǎn)心定焦鏡頭的物距為260 mm時(shí)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)圖來(lái)驗(yàn)證采用本發(fā)明的技術(shù)方案后所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)：其中圖2、圖3、圖4分別在140lp/mm、100lp/mm、70lp/mm時(shí)的光學(xué)傳遞函數(shù)（MTF）截面圖，其中TS DIFF.LIMIT(黑色線條)為鏡頭為衍射極限曲線，TS 0.0000MM、TS 1.0000MM、TS 2.0000MM、TS 3.0000MM、TS 4.4000MM分別為鏡頭成像在像面中心、￠1、￠2、￠3、￠4.4的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線，從圖可看出鏡頭成像在像面中心、￠1、￠2、￠3、￠4.4的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線幾乎達(dá)到了鏡頭的衍射極限曲線，說(shuō)明鏡頭的成像質(zhì)量很好。

其中圖5為彌散斑RMS圖，其中IMA：0.0000MM、IMA：1.0000MM、IMA：2.0000MM、IMA：3.0000MM、IMA：4.4000MM分別為鏡頭成像在像面中心、￠1、￠2、￠3、￠4.4的彌散斑圖，從圖可看出鏡頭彌散斑比較集中，彌散斑范圍在3.8μm以內(nèi)。

其中圖6為場(chǎng)曲圖和畸變圖，其中左邊圖為鏡頭的場(chǎng)曲圖，場(chǎng)曲在0.04mm以內(nèi)；右邊為鏡頭的畸變圖，畸變?cè)?.1%以內(nèi)。

其中圖7為離焦調(diào)變轉(zhuǎn)換函數(shù)圖，其中TS 0.0000MM、TS 1.0000MM、TS 2.0000MM、TS 3.0000MM、TS 4.4000MM分別為鏡頭成像在像面中心、￠1、￠2、￠3、￠4.4的離焦調(diào)變轉(zhuǎn)換函數(shù)，從圖7可看出鏡頭在中心、￠1、￠2、￠3、￠4.4的離焦調(diào)變轉(zhuǎn)換函數(shù)很集中，說(shuō)明鏡頭在成像的中心與邊緣像質(zhì)一致。

其中圖8為鏡頭相對(duì)照度圖，鏡頭照度邊緣與中心比較一致，邊緣與中心照度比達(dá)到97%。