一种高分辨率低畸变线扫镜头的制作方法

1.本实用新型属于机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种高分辨率低畸变线扫镜头。


背景技术：

2.在工业自动化的浪潮中，机器视觉系统广泛地应用于各行各业。在电子制造、液晶屏缺陷检测、印刷检测、无纺布检测、手机触摸屏光滑表面划伤、裂痕检测等应用中，对机器视觉系统检测精度要求越来越高，这意味着其核心部件线扫镜头的分辨率要尽可能提高；同时，在一些尺寸测量、针脚定位、料盘定位、电路基板定位等应用中，要求线扫镜头的畸变尽量小。然而，国内现有的线扫镜头在分辨率和畸变方面的性能总存在不同程度的不足。
3.因此对于高分辨率低畸变线扫镜头的研发就更为迫切。


技术实现要素：

4.鉴于相关技术中存在的问题，本技术的目的在于提供一种具有较高的解析度，最高可达150lp/mm，低畸变、大靶面的线扫镜头。
5.为了实现上述目的，本技术提供一种高分辨率低畸变线扫镜头，包括光学系统，光学系统由物方到像方依次设置具有正光焦度的前组s1、光阑、具有正光焦度的中组s2和具有负光焦度的后组s3；
6.所述前组s1包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜g1；具有负光焦度、弯月结构的第二透镜g2；具有负光焦度、平凹结构的第三透镜g3；具有正光焦度、双凸结构的第四透镜g4；具有负光焦度、平凹结构的第五透镜g5；其中，第一透镜g1和第二透镜g2胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜组u1；第三透镜g3、第四透镜g4和第五透镜g5胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组u2；
7.所述中组s2包括具有正光焦度、弯月结构的第六透镜g6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜g7；具有正光焦度、弯月结构的第八透镜g8；其中，第六透镜g6和第七透镜g7胶合成具有正光焦度的第三胶合透镜组u3；
8.所述后组s3包括具有负光焦度、弯月结构的第九透镜g9；第九透镜g9起到矫正场曲的作用，能够保障镜头的整体具有较好的成像质量；
9.所述光学系统的焦距f，所述前组的焦距为f
s1
，中组的焦距为f
s2
，后组的焦距为f
s3
，分别满足关系式：4.40<|f
s1
/f|<5.00；0.75<|f
s2
/f|<1.10；1.50<|f
s3
/f|<1.95。
10.进一步地，所述光学系统的第一透镜g1的前表面顶点到第九透镜后表面顶点的距离l与光学系统的焦距f，满足关系式：|l/f|>1.50。
11.进一步地，所述光学系统的光学后截距bfl与光学系统的焦距f，满足关系式：|bfl/f|＜0.50；所述光学系统的半像高y`与光学系统的焦距f，满足关系式：|y`/f|＜0.65。
12.进一步地，所述第一胶合透镜组的焦距为f
u1
，其焦距f
u1
和光学系统的焦距f的比值，满足关系式：2.30＜|f
u1
/f|＜2.60；
13.进一步地，所述第二胶合透镜组的焦距为f
u2
，其焦距f
u2
和光学系统的焦距f的比值，满足关系式：1.35＜|f
u2
/f|＜1.85；
14.进一步地，所述第三胶合透镜组的焦距为f
u3
，其焦距f
u3
和光学系统的焦距f的比值，满足关系式：5.40＜|f
u3
/f|＜6.00。
15.进一步地，所述第八透镜g8的焦距为f
g8
，其焦距f
g8
与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：1.00＜|f
g8
/f|＜1.40。
16.进一步地，当物距发生变化时，透镜g1到g9整组前后移动，通过改变后焦距来调焦；
17.进一步地，所述光学系统的各个透镜均为球面镜，光学系统的光阑孔径为圆孔，光阑的光圈在f5.1～f32范围内可调。
18.本技术提供的技术方案可以达到以下有益效果：本技术一种高分辨率低畸变线扫镜头，包括光学系统，光学系统由物方到像方依次设置具有正光焦度的前组s1、光阑、具有正光焦度的中组s2和具有负光焦度的后组s3。所述光学系统的焦距f，所述前组的焦距为f
s1
，中组的焦距为f
s2
，后组的焦距为f
s3
，分别满足关系式：4.40<|f
s1
/f|<5.00；0.75<|f
s2
/f|<1.10；1.50<|f
s3
/f|<1.95。通过上述结构实现了焦距为60mm的线扫镜头的光学系统，像方f数为5.1，最大成像面为其分辨率可达150lp/mm，即对应的最大成像芯片时，其像素可达到18k像素，全视场最大光学畸变低于0.18％；采用整组对焦方式，其通光孔径也可灵活调节。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1是本技术中光学系统的结构示意图。
21.图2是本技术中光学系统的光学畸变曲线图。
具体实施方式
22.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
23.在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
24.本技术的描述中，应当理解，本技术中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关
系。
25.本技术的描述中，需要理解的是，本技术实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本技术实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。下面通过具体的实施例并结合附图对本技术做进一步的详细描述。
26.如图1所示，本实施例一种高分辨率低畸变线扫镜头，包括光学系统，光学系统由物方到像方依次设置具有正光焦度的前组s1、光阑、具有正光焦度的中组s2和具有负光焦度的后组s3；
27.前组s1包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜g1；具有负光焦度、弯月结构的第二透镜g2；具有负光焦度、平凹结构的第三透镜g3；具有正光焦度、双凸结构的第四透镜g4；具有负光焦度、平凹结构的第五透镜g5；其中，第一透镜g1和第二透镜g2胶合成具有负光焦度的第一胶合透镜组u1；第三透镜g3、第四透镜g4和第五透镜g5胶合成具有正光焦度的第二胶合透镜组u2；
28.中组s2包括具有正光焦度、弯月结构的第六透镜g6；具有负光焦度、弯月结构的第七透镜g7；具有正光焦度、弯月结构的第八透镜g8；其中，第六透镜g6和第七透镜g7胶合成具有正光焦度的第三胶合透镜组u3；
29.后组s3包括具有负光焦度、弯月结构的第九透镜g9；第九透镜g9起到矫正场曲的作用，能够保障镜头的整体具有较好的成像质量；
30.光学系统的焦距f，所述前组的焦距为f
s1
，中组的焦距为f
s2
，后组的焦距为f
s3
，分别满足关系式：4.40<|f
s1
/f|<5.00；0.75<|f
s2
/f|<1.10；1.50<|f
s3
/f|<1.95。
31.优选地，光学系统的第一透镜g1的前表面顶点到第九透镜后表面顶点的距离l与光学系统的焦距f，满足关系式：|l/f|>1.50。
32.优选地，光学系统的光学后截距bfl与光学系统的焦距f，满足关系式：|bfl/f|＜0.50；所述光学系统的半像高y`与光学系统的焦距f，满足关系式：|y`/f|＜0.65。
33.优选地，第一胶合透镜组的焦距为f
u1
，其焦距f
u1
和光学系统的焦距f的比值，满足关系式：2.30＜|f
u1
/f|＜2.60。
34.优选地，第二胶合透镜组的焦距为f
u2
，其焦距f
u2
和光学系统的焦距f的比值，满足关系式：1.35＜|f
u2
/f|＜1.85。
35.优选地，第三胶合透镜组的焦距为f
u3
，其焦距f
u3
和光学系统的焦距f的比值，满足关系式：5.40＜|f
u3
/f|＜6.00。
36.优选地，第八透镜g8的焦距为f
g8
，其焦距f
g8
与光学系统的焦距f的比值，满足关系式：1.00＜|f
g8
/f|＜1.40。
37.优选地，当物距发生变化时，透镜g1到g9整组前后移动，通过改变后焦距来调焦。
38.优选地，光学系统的各个透镜均为球面镜，光学系统的光阑孔径为圆孔，光阑的光圈在f5.1～f32范围内可调。
39.在本实例中，光学系统数据如下：
[0040][0041][0042]
在本实例中，光学系统的焦距f为60mm，最大光圈为f#＝5.1，前组s1的焦距f
s1
＝281.21mm，中组s2的焦距f
s2
＝55.56mm，后组s3的焦距f
s3
＝
‑
105.77mm，第一透镜g1的前表面顶点到第九透镜g9的后表面顶点的距离l＝117.0mm，光学后截距bfl＝15.28mm，半像高y`＝31.50mm，第一胶合透镜组的焦距f
u1
＝
‑
147.06mm，第二胶合透镜组的焦距f
u2
＝95.38mm，第三胶合透镜组的焦距f
u3
＝342.89mm，第八透镜g8的焦距f
g8
＝70.37mm。
[0043]
各个关系式：|f
s1
/f|＝4.68；|f
s2
/f|＝0.92；|f
s3
/f|＝1.76；
[0044]
|l/f|＝1.95；|bfl/f|＝0.25；|y`/f|＝0.52；|f
u1
/f|＝2.45；
[0045]
|f
u2
/f|＝1.58；|f
u3
/f|＝5.71；|f
g8
/f|＝1.17。
[0046]
满足关系式：
[0047]
4.40<|f
s1
/f|<5.00；0.75<|f
s2
/f|<1.10；1.50<|f
s3
/f|<1.95；
[0048]
|l/f|>1.50；|bfl/f|＜0.50；|y`/f|＜0.65；
[0049]
2.30＜|f
u1
/f|＜2.60；1.35＜|f
u2
/f|＜1.85；
[0050]
5.40＜|f
u3
/f|＜6.00；1.00＜|f
g8
/f|＜1.40。
[0051]
图2所示为本实施例的光学畸变曲线图，全视场范围内最大光学畸变低于0.18％。
[0052]
本技术通过上述结构实现了焦距为60mm的线扫机器视觉镜头的光学系统，像方f数为5.1，最大成像面为其分辨率可达150lp/mm，即对应的最大成像芯片时，其像素可达到18k像素，全视场最大光学畸变低于0.18％；采用整组对焦方式，其通光孔径可灵活调节。
[0053]
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。