本實用新型屬于光學系統(tǒng)和器件設計
技術領域：
，具體地涉及一種基于機器視覺的雙遠心鏡頭。
背景技術：
：工業(yè)鏡頭是機器視覺領域非常重要的光學元件。傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭由于不同物距時放大倍率不同，存在較大的透視誤差，難以滿足高精密度的測量需求。遠心鏡頭可以消除這種由于物距不同而引起的透視誤差，在一定物距范圍內，圖像放大率保持不變?，F(xiàn)有雙遠心鏡頭大都測量范圍有限，物像放大率不高，并且鏡頭性能容易受溫度等環(huán)境因素的影響。在機器視覺測量中，當對同一部件進行不同倍率的測量時，需要更換鏡頭并重新校準位置，此過程不僅影響工作效率，而且由于很難保證測量條件的一致性，導致測量數(shù)據不能與之前的數(shù)據進行整合分析。技術實現(xiàn)要素：本實用新型的目的旨在提供一種低畸變、低遠心度、大視場的基于機器視覺的雙遠心鏡頭，以克服現(xiàn)有技術中的不足之處。按此目的設計的一種基于機器視覺的雙遠心鏡頭，其結構特征包括從左到右依次設置保護玻璃、鏡頭前組、半透半反裝置、光闌、用于低倍率測量的第一鏡頭后組和用于高倍率測量的第二鏡頭后組；所述鏡頭前組包括八件透鏡：由左到右依次設置有第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡；所述鏡頭前組同時與第一鏡頭后組和第二鏡頭后組構成雙遠心光路。進一步，所述第一透鏡和第二透鏡組成雙膠合且膠合面彎向物面，第三透鏡和第四透鏡均為彎月形且彎向光闌，第五透鏡和第六透鏡組成雙膠合且整體具有負光焦度，第七透鏡和第八透鏡組成雙膠合且膠合面彎向光闌。進一步，所述第一透鏡和第二透鏡組成雙膠合的焦距為G12，所述第四透鏡的焦距為f4，滿足關系式：0.5<G12/f4<0.78。進一步，所述第五透鏡和第六透鏡組成雙膠合的焦距為G56，所述第七透鏡和第八透鏡組成雙膠合的焦距為G78，滿足關系式：-0.8<G56/G78<-0.34。進一步，所述半透半反裝置由兩個等腰直角三角形棱鏡組合而成，中間鍍有半透射半反射膜層；半透半反裝置的一頭連接第一鏡頭后組，半透半反裝置的另一頭連接第二鏡頭后組；鏡頭前組與半透半反裝置、第一鏡頭后組、第二鏡頭后組分別組成不同放大倍率的雙遠心光路。進一步，所述半透半反裝置的厚度為T，鏡頭前組與第一鏡頭后組或第二鏡頭后組之間的間隙大于T+22mm。進一步，所述第一鏡頭后組包括由左到右依次設置第九透鏡、第十透鏡、第十一透鏡、第十二透鏡、第十三透鏡、第十四透鏡和第十五透鏡；其中，第九透鏡的光焦度與第十透鏡的光焦度相反設置，且第九透鏡和第十透鏡的整體光焦度為正，第十一透鏡和第十二透鏡組成雙膠合，第十四透鏡和第十五透鏡組成雙膠合且膠合面彎向像面。進一步，所述第一透鏡的材料采用重磷冕玻璃，所述第九透鏡的材料采用氟冕玻璃。進一步，所述第九透鏡和第十透鏡的整體焦距為G9a，所述第十三透鏡的焦距為f13a，滿足關系式：2<G9a/f13a<3.52。進一步，所述第十一透鏡和第十二透鏡組成雙膠合的焦距為G11a，所述第十四透鏡和第十五透鏡組成雙膠合的焦距為G14a，滿足關系式：-0.92<G11a/G14a<-0.64。進一步，所述第二鏡頭后組包括由左到右依次設置第十九透鏡、第二十透鏡、第二十一透鏡、第二十二透鏡、第二十三透鏡和第二十四透鏡；其中，第十九透鏡、第二十透鏡組成雙膠合且膠合面背向光闌面，第二十一透鏡為平凸透鏡，第二十二透鏡和第二十三透鏡組成雙膠合且膠合面彎向光闌面，第二十四透鏡具有正的光焦度。進一步，所述第一透鏡的材料采用重磷冕玻璃，所述第二十四透鏡的材料采用氟冕玻璃。進一步，所述第十九透鏡和第二十透鏡組成的雙膠合的焦距為G9b，所述第二十一透鏡的焦距為f11b，滿足關系式：-1.55<G9b/f11b<-2.27。進一步，所述第二十二透鏡和第二十三透鏡組成雙膠合的焦距為G12b，所述第二十四透鏡的焦距為f14b，滿足關系式：2.5<G12b/f14b<3.41。本實用新型中的鏡頭前組同時與第一鏡頭后組和第二鏡頭后組構成雙遠心光路，于是，在變倍過程無需更換鏡頭，保證測量條件一致性。本實用新型中的第一透鏡和第二透鏡組成雙膠合的焦距為G12，所述第四透鏡的焦距為f4，滿足關系式：0.5<G12/f4<0.78；該關系式有利于矯正光學系統(tǒng)畸變，滿足低畸變要求。本實用新型中的第五透鏡和第六透鏡組成雙膠合的焦距為G56，所述第七透鏡和第八透鏡組成雙膠合的焦距為G78，滿足關系式：-0.8<G56/G78<-0.34，該關系式有利于降低物方遠心度，滿足物方遠心要求。本實用新型中的半透半反裝置的厚度為T，鏡頭前組與第一鏡頭后組或第二鏡頭后組之間的間隙大于T+22mm；以便留有足夠空間放置半透半反裝置進行分光。本實用新型中的第九透鏡和第十透鏡的整體焦距為G9a，所述第十三透鏡的焦距為f13a，滿足關系式：2<G9a/f13a<3.52，該關系式有利于降低像方遠心度，滿足像方遠心要求。本實用新型中的第十一透鏡和第十二透鏡組成雙膠合的焦距為G11a，所述第十四透鏡和第十五透鏡組成雙膠合的焦距為G14a，滿足關系式：-0.92<G11a/G14a<-0.64；該關系式有利于矯正光學系統(tǒng)畸變，滿足低畸變要求。本實用新型中的第十九透鏡和第二十透鏡組成的雙膠合的焦距為G9b，所述第二十一透鏡的焦距為f11b，滿足關系式：-1.55<G9b/f11b<-2.27；該關系式能夠保證本產品的高放大倍率，同時有利于降低像方遠心度，當其進行高倍率測量時，放大倍率最大可達13.1。本實用新型中的第二十二透鏡和第二十三透鏡組成雙膠合的焦距為G12b，所述第二十四透鏡的焦距為f14b，滿足關系式：2.5<G12b/f14b<3.41；該關系式有利于矯正光學系統(tǒng)畸變，滿足低畸變要求。本實用新型中的光闌設置在鏡頭前組的像方焦平面處以及設置在第一鏡頭后組、第二鏡頭后組的物方焦平面處，該設計可以形成物方和像方的雙遠心光路。本實用新型中的雙遠心鏡頭在變倍過程中，物方遠心度和像方遠心度均小于0.1°，畸變均小于0.05％。本實用新型中的第一透鏡的材料采用重磷冕玻璃，第九透鏡的材料采用氟冕玻璃，第二十四透鏡的材料采用氟冕玻璃，此三片透鏡用于矯正系統(tǒng)的高低溫特性，在此基礎上其他透鏡材料有較大的選擇空間；所述雙遠心鏡頭在較大的溫度變化范圍內，-10℃到50℃，仍能保持高分別率、低畸變、低遠心度等特性。本實用新型可以在不更換鏡頭的情況下，對物體進行不同放大倍率測量，保證變倍測量過程中測量條件的一致性，提高測量精度。本實用新型通過合理分配高倍率遠心光路的光焦度，在保證高解析度、低畸變、低遠心度的基礎上，高倍測量時物像放大倍率可以達13倍以上，具有較大的測量視場。本實用新型通過玻璃高低溫性能的配合，有效的解決了溫度變化時焦點漂移的問題，測量精度受溫度變化影響很小。綜上所述，本實用新型可同時連接兩個CCD/CMOS對物體進行不同倍率測量，變倍過程中無需更換鏡頭，保證測量條件的一致性，提高測量精度，具有低畸變、低遠心度、大視場的特點。附圖說明圖1為本實用新型一實施例的結構示意圖。圖2為本實用新型第一實施例的高倍率解析圖。圖3為本實用新型第一實施例的高倍率spot圖。圖4為本實用新型第一實施例的高倍率場曲畸變圖。圖5為本實用新型第一實施例的高倍率低溫(-10℃)解析圖。圖6為本實用新型第一實施例的高倍率低溫(-10℃)場曲畸變圖。圖7為本實用新型第一實施例的高倍率高溫(50℃)解析圖。圖8為本實用新型第一實施例的高倍率高溫(50℃)場曲畸變。圖9為本實用新型第一實施例的低倍率解析圖。圖10為本實用新型第一實施例的低倍率spot圖。圖11為本實用新型第一實施例的低倍率場曲畸變圖。圖12為本實用新型第一實施例的低倍率低溫(-10℃)解析圖。圖13為本實用新型第一實施例的低倍率低溫(-10℃)場曲畸變圖。圖14為本實用新型第一實施例的低倍率高溫(50℃)解析圖。圖15為本實用新型第一實施例的低倍率高溫(50℃)場曲畸變圖。圖16為本實用新型第二實施例的高倍率解析圖。圖17為本實用新型第二實施例的高倍率場曲畸變圖。圖18為本實用新型第二實施例的高倍率低溫(-10℃)解析圖。圖19為本實用新型第二實施例的高倍率低溫(-10℃)場曲畸變圖。圖20為本實用新型第二實施例的高倍率高溫(50℃)解析圖。圖21為本實用新型第二實施例的高倍率高溫(50℃)場曲畸變圖。圖22為本實用新型第二實施例的低倍率解析圖。圖23為本實用新型第二實施例的低倍率場曲畸變圖。圖24為本實用新型第二實施例的低倍率低溫(-10℃)解析圖。圖25為本實用新型第二實施例的低倍率低溫(-10℃)場曲畸變圖。圖26為本實用新型第二實施例的低倍率高溫(50℃)解析圖。圖27為本實用新型第二實施例的低倍率高溫(50℃)場曲畸變圖。圖中：L1為第一透鏡，L2為第二透鏡，L3為第三透鏡，L4為第四透鏡，L5為第五透鏡，L6為第六透鏡，L7為第七透鏡，L8為第八透鏡，L9a為第九透鏡，L10a為第十透鏡，L11a為第十一透鏡，L12a為第十二透鏡，L13a為第十三透鏡，L14a為第十四透鏡，L15a為第十五透鏡，L9b為第十九透鏡，L10b為第二十透鏡，L11b為第二十一透鏡，L12b為第二十二透鏡，L13b為第二十三透鏡，L14b為第二十四透鏡，Imageplane1為第一像平面，Imageplane2為第二像平面，prism為半透半反裝置，aperaturestop1為第一光闌，aperaturestop2為第二光闌。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述。第一實施例參見圖1，為本實用新型雙放大倍率雙遠心鏡頭結構圖，以下通過附圖和圖表對本實用新型進行詳細的說明。本基于機器視覺的雙遠心鏡頭，其特征是從左到右依次設置保護玻璃、鏡頭前組、半透半反裝置、光闌、用于低倍率測量的第一鏡頭后組和用于高倍率測量的第二鏡頭后組；所述鏡頭前組包括八件透鏡：由左到右依次設置有第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7、第八透鏡L8；其中，第一透鏡L1和第二透鏡L2組成雙膠合且膠合面彎向物面，第三透鏡L3和第四透鏡L4均為彎月形且彎向光闌，第五透鏡L5和第六透鏡L6組成雙膠合且整體具有負光焦度，第七透鏡L7和第八透鏡L8組成雙膠合且膠合面彎向光闌。所述鏡頭前組同時與第一鏡頭后組和第二鏡頭后組構成雙遠心光路。在本實施例中，所述光闌包括第一光闌和第二光闌，且分別對應各自的光路。以下的光闌如無特別說明，均分別為其對應光路中的光闌。所述第一透鏡L1和第二透鏡L2組成雙膠合的焦距為G12，所述第四透鏡L4的焦距為f4，滿足關系式：0.5<G12/f4<0.78。所述第五透鏡L5和第六透鏡L6組成雙膠合的焦距為G56，所述第七透鏡L7和第八透鏡L8組成雙膠合的焦距為G78，滿足關系式：-0.8<G56/G78<-0.34。所述半透半反裝置由兩個等腰直角三角形棱鏡組合而成，中間鍍有半透射半反射膜層；半透半反裝置的一頭連接第一鏡頭后組，半透半反裝置的另一頭連接第二鏡頭后組；鏡頭前組與半透半反裝置、第一鏡頭后組、第二鏡頭后組分別組成不同放大倍率的雙遠心光路。所述半透半反裝置的厚度為T，鏡頭前組與第一鏡頭后組或第二鏡頭后組之間的間隙大于T+22mm。所述第一鏡頭后組包括由左到右依次設置第九透鏡L9a、第十透鏡L10a、第十一透鏡L11a、第十二透鏡L12a、第十三透鏡L13a、第十四透鏡L14a和第十五透鏡L15a，其中，第九透鏡L9a的光焦度與第十透鏡L10a的光焦度相反設置，且第九透鏡L9a和第十透鏡L10a的整體光焦度為正，第十一透鏡L11a和第十二透鏡L12a組成雙膠合，第十四透鏡L14a和第十五透鏡L15a組成雙膠合且膠合面彎向像面，所述第九透鏡L9a和第十透鏡L10a的整體焦距為G9a，所述第十三透鏡L13a的焦距為f13a，滿足關系式：2<G9a/f13a<3.52；所述第十一透鏡L11a和第十二透鏡L12a組成雙膠合的焦距為G11a，所述第十四透鏡L14a和第十五透鏡L15a組成雙膠合的焦距為G14a，滿足關系式：-0.92<G11a/G14a<-0.64。所述第二鏡頭后組包括由左到右依次設置第十九透鏡L9b、第二十透鏡L10b、第二十一透鏡L11b、第二十二透鏡L12b、第二十三透鏡L13b和第二十四透鏡L14b；其中，第十九透鏡L9b、第二十透鏡L10b組成雙膠合且膠合面背向光闌面，第二十一透鏡L11b為平凸透鏡，第二十二透鏡L12b和第二十三透鏡L13b組成雙膠合且膠合面彎向光闌面，第二十四透鏡L14b具有正的光焦度；所述第十九透鏡L9b和第二十透鏡L10b組成的雙膠合的焦距為G9b，所述第二十一透鏡L11b的焦距為f11b，滿足關系式：-1.55<G9b/f11b<-2.27；所述第二十二透鏡L12b和第二十三透鏡L13b組成雙膠合的焦距為G12b，所述第二十四透鏡L14b的焦距為f14b，滿足關系式：2.5<G12b/f14b<3.41。所述光闌設置在鏡頭前組的像方焦平面處以及設置在第一鏡頭后組、第二鏡頭后組的物方焦平面處。所述第一透鏡L1的材料采用重磷冕玻璃，第九透鏡L9a的材料采用氟冕玻璃，第二十四透鏡L14b的材料采用氟冕玻璃。具體使用時，第一透鏡L1和第九透鏡L9a的材質規(guī)定必須同時存在才能達到矯正光學系統(tǒng)的高低溫特性的技術效果，并且，在此基礎上，其他透鏡材料才能有較大的選擇空間；同理，第一透鏡L1和第二十四透鏡L14b的材質規(guī)定必須同時存在。在本實施例中，優(yōu)選參數(shù)表如下：表一至表三為高倍率遠心光路的各項參數(shù)值，表四至表六為低倍率遠心光路的參數(shù)值。其中，高倍率遠心光路的放大倍率為13.1，F(xiàn)OV和CRA分別對應鏡頭的物方遠心度和像方遠心度。表中可以看出物方遠心度和像方遠心度均小于0.05°，從而可以保證在很大的物距范圍內，物像放大倍率保持不變。參見圖2-圖8，為高倍率遠心光路在不同溫度下的解像畸變圖，在-10℃到50℃范圍內，解像和畸變變化很小，有效地解決了溫度變化對測量的影響。表一FieldFOV(degree)CRA(degree)0.10.00040.0090.20.00080.0170.30.00140.0240.40.00210.0290.50.00290.0310.60.00370.030.70.00430.0260.80.00460.0170.90.00470.00410.00490.013表二G12/f4G56/G78G9b/f11bG12b/G14b0.78-0.34-2.273.41表三S1為保護玻璃的前表面，S2為保護玻璃的后表面，S3為第一透鏡L1的前表面，S4為第一透鏡L1和第二透鏡L2的膠合面，S5為第二透鏡L2的后表面，S6為第三透鏡L3的前表面，S7為第三透鏡L3的后表面，S8為第四透鏡L4的前表面，S9為第四透鏡L4的后表面，S10為第五透鏡L5的前表面，S11為第五透鏡L5和第六透鏡L6的膠合面，S12為第六透鏡L6的后表面，S13為第七透鏡L7的前表面，S14為第七透鏡L7和第八透鏡L8的膠合面，S15為第八透鏡L8的后表面，S16為半透半反裝置的前表面，S17為半透半反裝置的后表面，S18為光闌，S19為第九透鏡L9b的前表面，S20為第九透鏡L9b和第十透鏡L10b的膠合面，S21為第十透鏡L10b的后表面，S22為第十一透鏡L11b的前表面，S23為第十一透鏡L11b的后表面，S24為第十二透鏡L12b的前表面，S25為第十二透L12b和第十三透鏡L13b的膠合面，S26為第十三透鏡L13b的后表面，S27為第十四透鏡L14b的前表面，S28為第十四透鏡L14b的后表面，S29為像面。在本實施例中，低倍率遠心光路放大倍率為3.25，表中可以看出物方遠心度和像方遠心度均小于0.05°。參見圖9-圖15，為低倍率遠心光路的解析、畸變、溫度特性等圖示?？梢钥闯龅捅堵蔬h心光路在-10℃到50℃范圍內，保持了高解析度和低畸變的特性。表四FieldFOV(degree)CRA(degree)0.10.00030.0030.20.00050.0140.30.00090.0190.40.00150.0250.50.00190.0340.60.00240.0230.70.00270.0200.80.00300.0170.90.00320.01210.00340.011表五G12/f4G56/G78G9a/f13aG11a/G14a0.78-0.343.52-0.64表六S1為保護玻璃的前表面，S2為保護玻璃的后表面，S3為第一透鏡L1的前表面，S4為第一透鏡L1和第二透鏡L2的膠合面，S5為第二透鏡L2的后表面，S6為第三透鏡L3的前表面，S7為第三透鏡L3的后表面，S8為第四透鏡L4的前表面，S9為第四透鏡L4的后表面，S10為第五透鏡L5的前表面，S11為第五透鏡L5和第六透鏡L6的膠合面，S12為第六透鏡L6的后表面，S13為第七透鏡L7的前表面，S14為第七透鏡L7和第八透鏡L8的膠合面，S15為第八透鏡L8的后表面，S16為半透半反裝置的前表面，S17為半透半反裝置的后表面，S18為光闌，S19為第九透鏡L9a的前表面，S20為第九透鏡L9a的后表面，S21為第十透鏡L10a的前表面，S22為第十透鏡L10a的后表面，S23為第十一透鏡L11a的前表面，S24為第十一透鏡L11a和第十二透鏡L12a的膠合面，S25為第十二透鏡L12a的后表面，S26為第十三透鏡L13a的前表面，S27為第十三透鏡L13a的后表面，S28為第十四透鏡L14a的前表面，S29為第十四透鏡L14a和第十五透鏡L15的膠合面，S30為第十五透鏡L15a的后表面，S31為像面。第二實施例在本實施例中，實施例二優(yōu)選參數(shù)表如下：表七至表九為高倍率遠心光路參數(shù)值，表十至表十二為低倍率遠心光路參數(shù)值。圖16-圖27為實施例二的鏡頭解析、溫度特性等圖示。由圖表可看出，在保證低遠心度的情況下，所述鏡頭在解像，畸變，溫度特性等方面滿足要求。表七FieldFOV(degree)CRA(degree)0.10.00060.0070.20.00090.0110.30.00160.0160.40.00240.0220.50.00330.0350.60.00390.0410.70.00450.0450.80.00500.0350.90.00520.02310.00550.017表八G12/f4G56/G78G9b/f11bG12b/G14b0.55-0.75-1.552.52表九S1為保護玻璃的前表面，S2為保護玻璃的后表面，S3為第一透鏡L1的前表面，S4為第一透鏡L1和第二透鏡L2的膠合面，S5為第二透鏡L2的后表面，S6為第三透鏡L3的前表面，S7為第三透鏡L3的后表面，S8為第四透鏡L4的前表面，S9為第四透鏡L4的后表面，S10為第五透鏡L5的前表面，S11為第五透鏡L5和第六透鏡L6的膠合面，S12為第六透鏡L6的后表面，S13為第七透鏡L7的前表面，S14為第七透鏡L7和第八透鏡L8的膠合面，S15為第八透鏡L8的后表面，S16為半透半反裝置的前表面，S17為半透半反裝置的后表面，S18為光闌，S19為第九透鏡L9b的前表面，S20為第九透鏡L9b和第十透鏡L10b的膠合面，S21為第十透鏡L10b的后表面，S22為第十一透鏡L11b的前表面，S23為第十一透鏡L11b的后表面，S24為第十二透鏡L12b的前表面，S25為第十二透L12b和第十三透鏡L13b的膠合面，S26為第十三透鏡L13b的后表面，S27為第十四透鏡L14b的前表面，S28為第十四透鏡L14b的后表面，S29為像面。表十FieldFOV(degree)CRA(degree)0.10.00020.0110.20.00070.0180.30.00120.0200.40.00190.0280.50.00250.0330.60.00340.0370.70.00420.0420.80.00500.0260.90.00540.01410.00570.012表十一G12/f4G56/G78G9a/f13aG11a/G14a0.55-0.752.15-0.90表十二S1為保護玻璃的前表面，S2為保護玻璃的后表面，S3為第一透鏡L1的前表面，S4為第一透鏡L1和第二透鏡L2的膠合面，S5為第二透鏡L2的后表面，S6為第三透鏡L3的前表面，S7為第三透鏡L3的后表面，S8為第四透鏡L4的前表面，S9為第四透鏡L4的后表面，S10為第五透鏡L5的前表面，S11為第五透鏡L5和第六透鏡L6的膠合面，S12為第六透鏡L6的后表面，S13為第七透鏡L7的前表面，S14為第七透鏡L7和第八透鏡L8的膠合面，S15為第八透鏡L8的后表面，S16為半透半反裝置的前表面，S17為半透半反裝置的后表面，S18為光闌，S19為第九透鏡L9a的前表面，S20為第九透鏡L9a的后表面，S21為第十透鏡L10a的前表面，S22為第十透鏡L10a的后表面，S23為第十一透鏡L11a的前表面，S24為第十一透鏡L11a和第十二透鏡L12a的膠合面，S25為第十二透鏡L12a的后表面，S26為第十三透鏡L13a的前表面，S27為第十三透鏡L13a的后表面，S28為第十四透鏡L14a的前表面，S29為第十四透鏡L14a和第十五透鏡L15的膠合面，S30為第十五透鏡L15a的后表面，S31為像面。在第一實施例和第二實施例中，各條件式滿足表十三中的條件。表十三以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。當前第1頁1 2 3