一种-0.1×双远心机器视觉物镜制造技术

本发明专利技术公开了一种-0.1×双远心机器视觉物镜，包括前置物镜组和后置物镜组，将孔径光阑放置于前组透镜的像方焦平面和后组透镜的物方焦平面而形成的双远心成像光路，与现有技术不同的是，采用对称式结构形式，由１０片镜片构成，１０个镜片在光阑上从物面到镜面，的布置依次为：１凹透镜，２凸透镜，３，凸透镜４，凹透镜，５凹透镜，６凹透镜，７凹透镜，８凸透镜，９凹透镜，１０凸透镜，其物方工作距为215mm，物方视场为80mm；后截距为34.217mm，像方视场为8mm，放大倍率为-0.1倍，全视场像方成像分辨率达到2001p/mm，畸变小于0.015%，具有畸变小，远心度低，具有大景深，高分辨率，结构简单，易于装调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及光学成像技术，特别适合大景深、长工作距、高分辨率、低畸变的机器视觉检测设备，具体是一种-0.1×双远心机器视觉物镜。
技术介绍
近十多年来，机器视觉的的快速发展和不断完善，使其成为工业在线检测领域不可或缺的组成部分，而成像镜头作为机器视觉的眼睛显得尤为重要。采用传统的定焦或变焦镜头成本低，但是有以下缺陷：图像畸变较大，尤其对于大视场成像时大的畸变会严重影响测量精度；景深小，对有一定深度的物体成像会把物体的侧面投影成像，容易与需要检测面的图像混淆，降低测量精度；离焦大，普通定焦或变焦镜头离焦成像会引起较大测量误差。远心光路分为物方远心光路和像方远心光路，其原理就是将孔径光阑分别放置于像方焦平面和物方焦平面，使得物方和像方的主光线都平行于光轴。将这两种远心光路结合起来就构成了双远心成像光路，即中间的孔径光阑位置既是前物镜组的像方焦平面，也是后物镜组的物方焦平面。这样物像方的主光线都平行于光轴，将物方远心和像方远心光路的优点相结合，物方畸变和像方畸变都消除，使得检测精度进一步提高。中国专利201420137000.1中提出了一种对称式结构的双远心镜头，该镜头的优点在于放大倍率为-1×时镜头的畸变控制在0.005％以内。缺点在于对物体的放大倍率为-1×倍，需要采用大靶面的CCD，而且使用了4片镧系玻璃，价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服普通镜头已有技术的缺陷，提供一种结构简单，具有低畸变、低倍率、高分辨率、大景深的机器视觉检测的一种-0.1×双远心机器视觉物镜。实现本专利技术目的的技术方案一种-0.1×双远心机器视觉物镜，包括将孔径光阑放置于前组透镜的像方焦平面，和后组透镜的物方焦平面而形成的双远心成像光路，与现有技术不同的是，采用对称式结构形式，由10片镜片构成，10个镜片在光阑上从物面到镜面的布置依次为：凹透镜，凸透镜，凸透镜凹透镜，凹透镜，凹透镜，凹透镜，凸透镜，凹透镜，凸透镜。10个镜片分为，前置物镜组和后置物镜组，前置物镜组含第一透镜单元，和第二透镜单元，后置透镜组喊第三透镜单元和第四透镜单元。所述的第一透镜单元为一个凸透镜和一个凹透镜组成的具有正折射能力的双胶合透镜，所述的第二透镜单元由具有正折射能力的双胶合透镜和一个凹透镜构成，所述的第三透镜单元由具有正折射能力的双胶合透镜和一个凹透镜组成所述的第四透镜单元由一个凸透镜和一个凹透镜构成的具有正折射能力的双胶合透镜构成。所述的第一透镜单元和第二透镜单元轴向距离较远，所述的第二透镜单元的双胶合透镜与凹透镜距离较近，所述的后置物镜组中，第三透镜单元和第四透镜单元距离较远，所述的第三透镜单元中，凹透镜与双胶合透镜距离较近，所述的第二透镜单元的凹透镜和第三透镜单元的凹透镜均弯向光阑，本物镜的性能，其物方工作距为215mm，物方视场为80mm；后截距为34.217mm，像方视场为8mm，放大倍率为-0.1倍，全视场像方成像分辨率达到2001p/mm，畸变小于0.015％。本专利技术的有益效果双远心光学系统的特点主要在于，物体的视场大、畸变小、，远心度低；景深大，高分辨率，结构简单，易于装调，故其在机器视觉实时在线检测领域得到了广泛的应用。附图说明图1本专利技术双远心物镜的光路图；图2本专利技术双远心物镜的MTF图；图3本专利技术双远心物镜的点列图；图4本专利技术双远心物镜场曲畸变图；图5本专利技术双远心物镜衍射环绕的能量分布图；图6本专利技术双远心物镜的点扩散函数图；图7本专利技术双远心物镜的RanFan图；图8本专利技术双远心物镜的RMSvsfield图。图中：L1、凹透镜L2、凸透镜L3、凸透镜L4、凹透镜L5、凹透镜L6、凹透镜L7、凹透镜L8、凸透镜L9、凹透镜L10、凸透镜具体实施方式如下：下面结合附图对本专利技术进行进一步说明，但不是对本专利技术的限定参照图1，本专利技术一种双远心物镜，双远心物镜的前组透镜GF和后组透镜GR均具有正折射率能力，前组包括第一单元U1和第二单元U2，所述第一单元是一个由凸透镜和凹透镜构成的胶合透镜，所述第二单元包括一个由凸透镜和凹透镜构成的双胶合透镜和一个凹透镜构成的，后组包括第三单元U3和第四单元U4，所述第三单元包括一个凹透镜和一个由凸透镜和凹透镜构成的胶合透镜。所述第四单元的是由一个凸透镜和凹面构成的双胶合透镜组成。本专利技术专利所述从物面到像面布置依次为：前组透镜组的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5；光阑置于焦面上；后组透镜依次包括第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9及第十透镜L10。他们之间的轴向距离见表1—物镜的结构数据表。根据放大倍率要求，β＝-0.1，分辨率要求为0.05mm，根据物方视场全视场为80mm，可确定像面接收器件使用1/2\的CCD工业相机，像面视场为8mm，像元尺寸5.4μm×5.4μm。由于像面上接的是CCD相机，需要留有一定的后截距，所以在对后组光焦度分配上，需考虑到后截距的大小。一般C接口的CCD相机的安装距离不小于17mm，为了便于装调，又不至于使前组承担太大的光焦度，因此在本实例中取后组焦距f'R＝30.056mm，根据放大率要求β＝-0.1，可得前组焦距f'F＝300mm。在本专利技术双远心物镜的结构设计中，采用近对称式结构，能够很好地校正垂轴色差，畸变和彗差等横向像差，为了构成双远心光路，将孔径光阑放置在前组物镜的像方焦面上，同时光阑所在位置也是后组物镜的物方焦面，使得主光线平行入射，并且主光线平行出射。在所述前组透镜的第一单元采用双胶合，能够较好的校正球差，利用胶合面及胶合透镜间的折射率差和阿贝数差可以较好地较正色差。所述第二单元能够较好的抵销第一单元产生的像差。在对称式结构中，靠近光阑的镜片弯向光阑，使得主光线偏角尽量小，能够利于轴外像差的校正。同理的后组的设计参照前组，前后近似对称的两组透镜使得产生的横向像差能相互抵销，在对透镜进行优化，可以将像差校正在要求的范围里。像差曲线图见附图2～附图8。由附图2可见最大视场处的RMS斑点半径为2.532μm，小于CCD像元尺寸5.4μm；附图3全视场MTF值达到200lp/mm，像质优良；附图4可见本专利技术双远心物镜的畸变＜-0.015％。根据附图5～附图7可知，本实施例的综合像差、像质及照度均达到要求。采用上述结构的实施例的具体结构数据如表1所示，本专利技术专利不同视场的远心度数据见表2。表1SurfTypeRadiusThicknessGlassDiameterOBJSTANDARDInfinity215801STANDARD190.52566.000051.806100,33.386.634492STANDARD103.000924.00021.620410,60.886.634493STANDARD-1680.014240.00283.003844STANDARD175.971512.00011.743300,49.230.218955STANDARD-69.800584.0000331.595510,39.230.218956STANDARD-274.002310.0000827.085077STANDARD-104.96696.000051.607380,56.822.69928STA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种‑0.1×双远心机器视觉物镜，包括将孔径光阑放置于前组透镜的像方焦平面，和后组透镜的物方焦平面，而形成的双远心成像光路，其特征在于，采取对称式结构形式，由１０片镜片构成，１０个镜片在光阑上从物面到镜面的布置依次为：凹透镜，凸透镜，凸透镜，凹透镜，凹透镜，凹透镜，凹透镜，凸透镜，凹透镜，凸透镜。

【技术特征摘要】
1.一种-0.1×双远心机器视觉物镜，包括将孔径光阑放置于前组透镜的像方焦平面，和后组透镜的物方焦平面，而形成的双远心成像光路，其特征在于，采取对称式结构形式，由１０片镜片构成，１０个镜片在光阑上从物面到镜面的布置依次为：凹透镜，凸透镜，凸透镜，凹透镜，凹透镜，凹透镜，凹透镜，凸透镜，凹透镜，凸透镜。2.根据权利要求1所述的一种-0.1×双远心机器视觉物镜，其特征是：所述10个镜片分为，前置物镜组和后置物镜组，前置物镜组含第一透镜单元，和第二透镜单元，后置透镜组喊第三透镜单元和第四透镜单元，其中：第一透镜单元为一个凸透镜和一个凹透镜组成的具有正折射能力的双胶合透镜，第二透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：高兴宇，李明东，叶鹏，陈朋波，张万胜，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45