一种机器视觉光学成像镜头的制作方法

1.本实用新型涉及镜头技术领域，具体涉及一种机器视觉光学成像镜头。


背景技术：

2.随着计算机视觉技术的发展，可以将图像采集部件和机器人进行结合，图像采集部件充当机器人的眼睛，可以协助机器人完成特定行业下的工作，使得机器视觉(machine vision)在电子产品制造、智能物流、食品包装等众多领域中的应用日益增多。
3.在机器视觉系统中，光学成像镜头性能的好坏起着至关重要的作用，会直接影响到整个系统的可行性和可靠性，但目前应用于机器视觉系统的光学成像镜头还存在许多不足，如对传函管控不好，镜头的分辨率低；为保证高像质，镜片的数量较多(镜片大多在7片或者7片以上)，导致镜头的结构复杂、成本较高；镜头采用460-650nm可见宽光谱设计，适用范围较小；为保证成像质量，镜头的工作温度为-20-60
°
，无法支持更广的温度范围。
4.因此，现有的机器视觉镜头已无法满足机器视觉系统日益提高的要求，亟需进行改进。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种机器视觉光学成像镜头，以至少解决上述问题的其一。
6.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种机器视觉光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜及第六透镜，所述第一透镜至第六透镜各自包括一朝向物侧使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
8.所述第一透镜具正屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
9.所述第二透镜具正屈光率，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为平面；
10.所述第三透镜具负屈光率，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
11.所述第四透镜具负屈光率，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
12.所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
13.所述第六透镜具正屈光率，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
14.该机器视觉光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。
15.优选地，该镜头符合下列条件式：vd2＞60，其中，vd2为第二透镜的阿贝数。
16.优选地，所述第二透镜的折射率温度系数dn/dt为负值。
17.优选地，所述第二透镜的像侧面与所述第三透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：vd2-vd3＞20，其中，vd2为第二透镜的阿贝数，vd3为第三透镜的阿贝数。
18.优选地，所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面相互胶合。
19.优选地，所述第二透镜和第三透镜与所述第四透镜和第五透镜构成双高斯对称结构。
20.优选地，该镜头符合下列条件式：
21.0.9＜|(f1/f)|＜1，0.5＜|(f2/f)|＜0.6，0.2＜|(f3/f)|＜0.3，
22.0.2＜|(f4/f)|＜0.3，0.2＜|(f5/f)|＜0.3，1.05＜|(f6/f)|＜1.15，
23.其中，f为镜头的焦距值，f1、f2、f3、f4、f5、f6分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距值。
24.采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：
25.1、本实用新型采用六片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，镜头在空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，使得镜头可支持 10m分辨率，同时，镜头仅采用六片透镜，镜头的结构紧凑、成本较低。
26.2、本实用新型中镜头采用435nm-656nm可见宽光谱设计，可支持在435
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656nm光谱范围内使用，适用范围较广。
27.3、本实用新型中镜头的第二透镜具有正屈光率，且采用具有高阿贝数 (vd)及负折射率温度系数(dn/dt)的材料，通过第二透镜可以抵消温度变化对于镜头后焦偏移的影响，使镜头在-40℃～80℃温度区间使用时，能清晰成像，可以支持更广的温度使用范围。
附图说明
28.图1为实施例一的光路图；
29.图2为实施例一中镜头在可见光435nm-656nm下的mtf曲线图；
30.图3为实施例一中镜头在可见光546nm下的横向色差曲线图；
31.图4为实施例一中镜头在可见光546nm下的相对照度图；
32.图5为实施例二的光路图；
33.图6为实施例二中镜头在可见光435nm-656nm下的mtf曲线图；
34.图7为实施例二中镜头在可见光546nm下的横向色差曲线图；
35.图8为实施例二中镜头在可见光546nm下的相对照度图；
36.图9为实施例三的光路图；
37.图10为实施例三中镜头在可见光435nm-656nm下的mtf曲线图；
38.图11为实施例三中镜头在可见光546nm下的横向色差曲线图；
39.图12为实施例三中镜头在可见光546nm下的相对照度图。
40.附图标记说明：
41.第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、光阑7、保护玻璃8。
具体实施方式
42.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
43.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
44.在本说明书中所说的「透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指该透镜以高斯光学
理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面 (或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为r值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。r值可常见被使用于光学设计软件中，例如zemax或 codev。r值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lensdatasheet)中。以物侧面来说，当r值为正时，判定为物侧面为凸面；当r值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当r值为正时，判定像侧面为凹面；当r值为负时，判定像侧面为凸面。
45.本实用新型公开了一种机器视觉光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜及第六透镜，所述第一透镜至第六透镜各自包括一朝向物侧使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
46.所述第一透镜具正屈光率，所述第一透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
47.所述第二透镜具正屈光率，所述第二透镜的物侧面为凸面、像侧面为平面；
48.所述第三透镜具负屈光率，所述第三透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
49.所述第四透镜具负屈光率，所述第四透镜的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
50.所述第五透镜具正屈光率，所述第五透镜的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
51.所述第六透镜具正屈光率，所述第六透镜的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
52.该机器视觉光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片。
53.优选地，该镜头符合下列条件式：vd2＞60，其中，vd2为第二透镜的阿贝数。
54.优选地，所述第二透镜的折射率温度系数dn/dt为负值，即材料的折射率随着温度的升高而降低。
55.本实用新型中镜头的第二透镜具有正屈光率，且采用具有高阿贝数(vd) 及负折射率温度系数(dn/dt)的材料，通过第二透镜可以抵消温度变化对于镜头后焦偏移的影响，使镜头在-40℃～80℃温度区间使用时，能清晰成像。
56.优选地，所述第二透镜的像侧面与所述第三透镜的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：vd2-vd3＞20，其中，vd2为第二透镜的阿贝数，vd3为第三透镜的阿贝数，所述第二透镜和第三透镜采用高低色散材料结合，有利于校正色差，提升系统性能。
57.优选地，所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面相互胶合。
58.优选地，所述第二透镜和第三透镜组成的胶合透镜组与所述第四透镜和第五透镜组成的胶合透镜组构成双高斯对称结构，能够很好的矫正高级像差，提高成像质量。
59.优选地，该镜头符合下列条件式：
60.0.9＜|(f1/f)|＜1，0.5＜|(f2/f)|＜0.6，0.2＜|(f3/f)|＜0.3，
61.0.2＜|(f4/f)|＜0.3，0.2＜|(f5/f)|＜0.3，1.05＜|(f6/f)|＜1.15，
62.其中，f为镜头的焦距值，f1、f2、f3、f4、f5、f6分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜的焦距值，通过合理地分配光焦度，可以提升镜头的光学性能。
63.下面将以具体实施例对本实用新型的机器视觉光学成像镜头进行详细说明。
64.实施例一
65.参考图1所示，本实施例公开了一种机器视觉光学成像镜头，从物侧a1 至像侧a2
沿一光轴依次包括第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、光阑7、第四透镜4、第五透镜5及第六透镜6，所述第一透镜1至第六透镜6各自包括一朝向物侧a1使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧a2且使成像光线通过的像侧面；
66.所述第一透镜1具正屈光率，所述第一透镜1的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
67.所述第二透镜2具正屈光率，所述第二透镜2的物侧面为凸面、像侧面为平面；
68.所述第三透镜3具负屈光率，所述第三透镜3的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
69.所述第四透镜4具负屈光率，所述第四透镜4的物侧面为凹面、像侧面为凹面；
70.所述第五透镜5具正屈光率，所述第五透镜5的物侧面为凸面、像侧面为凸面；
71.所述第六透镜6具正屈光率，所述第六透镜6的物侧面为凸面、像侧面为凹面；
72.该机器视觉光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述六片，所述第二透镜 2的像侧面与所述第三透镜3的物侧面相互胶合，并符合下列条件式：vd2-vd3 ＞20，其中，vd2为第二透镜2的阿贝数，vd3为第三透镜3的阿贝数。
73.所述第四透镜4的像侧面与所述第五透镜5的物侧面相互胶合，且所述第二透镜2和第三透镜3组成的胶合透镜组与所述第四透镜4和第五透镜5组成的胶合透镜组构成双高斯对称结构。
74.本具体实施例的详细光学数据如表1所示。
75.表1实施例一的详细光学数据
76.表面类型口径大小(直径)曲率半径厚度材质折射率色散系数焦距obj被摄物面156.396infinity500.000
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1第一透镜21.50024.3673.670h-lak541.7340051.494033.0452 21.500infinity0.150
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3第二透镜17.00011.8134.730h-zpk51.5928068.345918.6994第三透镜17.000-162.0452.680h-laf3b1.7440044.9042-9.3285 9.4987.3422.602
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stosto9.023infinity1.512
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7第四透镜9.165-16.6830.800h-f41.6200536.3479-9.2498第五透镜10.1168.9895.330h-lak521.7291654.66909.4389 10.920-22.4088.313
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10第六透镜11.90830.2862.700h-zlaf89l1.9537532.318138.98111 11.733151.39711.638
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12保护玻璃11.095infinity0.700h-k9l1.5168064.2124infinity13 11.069infinity0.400
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ima成像面11.047infinity
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77.本具体实施例中的光学成像镜头的光路图请参阅图1。镜头在可见光 435nm-656nm下的mtf曲线图请参阅图2，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，镜头的分辨率高。镜头在可见光546nm下的横向色差曲线图请参阅图3，从图中可以看出，latercolor控制在-2um以内，色差矫正好，画面不会出现蓝紫边现象，具有较高的图像色彩还原性。镜头在可见光546nm下的相对照度图请参阅图4，从图中可以看出，相对照度＞80％，边缘照度值高，图像整体照度均匀，成像质量好。
78.实施例二
79.配合图5至图8所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
80.本具体实施例的详细光学数据如表2所示。
81.表2实施例二的详细光学数据
82.表面类型口径大小(直径)曲率半径厚度材质折射率色散系数焦距obj被摄物面155.911infinity500.000
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1第一透镜19.74323.8514.310h-lak521.7291654.669032.5682 18.583infinity0.150
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3第二透镜15.74911.9774.710h-zpk51.5928068.345918.6304第三透镜13.957-126.6342.790h-laf3b1.7440044.9042-9.2795 9.3417.4122.629
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stosto8.768infinity1.655
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7第四透镜8.926-17.1060.810h-f41.6200536.3479-9.4398第五透镜9.7699.1485.880h-lak521.7291654.66909.7299 10.778-23.4657.398
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10第六透镜11.87929.4032.130h-zlaf89l1.9537532.318138.09311 11.761144.24511.637
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12保护玻璃11.047infinity0.700h-k9l1.5168064.2124infinity13 11.018infinity0.400
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ima成像面10.993infinity
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83.本具体实施例中的光学成像镜头的光路图请参阅图5。镜头在可见光 435nm-656nm下的mtf曲线图请参阅图6，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，镜头的分辨率高。镜头在可见光546nm下的横向色差曲线图请参阅图7，从图中可以看出，latercolor控制在-2um以内，色差矫正好，画面不会出现蓝紫边现象，具有较高的图像色彩还原性。镜头在可见光546nm下的相对照度图请参阅图8，从图中可以看出，相对照度＞80％，边缘照度值高，图像整体照度均匀，成像质量好。
84.实施例三
85.配合图9至图12所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
86.本具体实施例的详细光学数据如表3所示。
87.表3实施例三的详细光学数据
88.表面类型口径大小(直径)曲率半径厚度材质折射率色散系数焦距obj被摄物面152.263infinity500.000
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1第一透镜19.83724.3153.440h-lak521.7291654.669033.2012 19.190infinity0.150
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3第二透镜16.32912.6314.430h-zpk51.5928068.345919.8614第三透镜14.863-158.9103.810h-laf3b1.7440044.9042-9.7145 9.4177.6912.597
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stosto8.867infinity1.870
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7第四透镜9.138-16.8620.800h-f41.6200536.3479-9.8528第五透镜10.1769.8534.610h-lak521.7291654.669010.034
9 10.842-23.1868.565
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10第六透镜12.22326.8463.890h-zlaf89l1.9537532.318138.40711 11.73491.5429.967
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12保护玻璃11.047infinity0.700h-k9l1.5168064.2124infinity13 11.024infinity0.400
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ima成像面11.005infinity
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89.本具体实施例中的光学成像镜头的光路图请参阅图9。镜头在可见光 435nm-656nm下的mtf曲线图请参阅图10，从图中可以看出，该款镜头的空间频率达200lp/mm时，全视场传递函数图像仍大于0.3，中心至边缘均匀度高，成像质量优良，镜头的分辨率高。镜头在可见光546nm下的横向色差曲线图请参阅图11，从图中可以看出，latercolor控制在-2um以内，色差矫正好，画面不会出现蓝紫边现象，具有较高的图像色彩还原性。镜头在可见光546nm下的相对照度图请参阅图12，从图中可以看出，相对照度＞75％，边缘照度值高，图像整体照度均匀，成像质量好。
90.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。