一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及紫外光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外 鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，使用的場(chǎng)合也越來(lái)越多，對(duì)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的要 求也越來(lái)越高。而光學(xué)鏡頭作為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的重要組成部分，其成像質(zhì)量直接影響著系 統(tǒng)的檢測(cè)和判斷結(jié)果，可見(jiàn)光學(xué)鏡頭對(duì)整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)有著決定性作用。
[0003] 但是現(xiàn)有的機(jī)器視覺(jué)鏡頭主要集中在可見(jiàn)光和紅外波段，在紫外波段的產(chǎn)品較 少。相對(duì)于可見(jiàn)光和紅外波段而言，紫外波段具有更短的波長(zhǎng)，更有可能擊中原子和分子， 所以紫外鏡頭跟普通鏡頭相比，更能看清一些潛在的、反差微弱的或受背景干擾的物體表 面細(xì)節(jié)，如表面的劃痕、焊?jìng)蛘哌z留手印等，非常適合工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)和 識(shí)別。但是由于紫外波段可選擇的材料少，導(dǎo)致紫外鏡頭的色差校正困難，成像質(zhì)量不易提 高，所以很多紫外鏡頭都是通過(guò)增大系統(tǒng)F數(shù)來(lái)達(dá)到高空間分辨率，但增大系統(tǒng)F數(shù)的同時(shí) 又會(huì)使系統(tǒng)的進(jìn)光量減少，影響像面照度，所以如何能在小F數(shù)的情況下同時(shí)具有高的成 像質(zhì)量是目前紫外鏡頭需要繼續(xù)突破的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，該紫外鏡頭結(jié)構(gòu) 緊湊，像質(zhì)高，畸變低。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭， 主要由具有正光焦度的前透鏡組、具有正光焦度的后透鏡組和位于前透鏡組與后透鏡組之 間的光闌組成，所述前透鏡組從物方到像方依次設(shè)有具有負(fù)光焦度的第一透鏡、具有負(fù)光 焦度的第二透鏡、具有負(fù)光焦度的第三透鏡和具有正光焦度的第四透鏡組成的膠合透鏡； 所述后透鏡組從物方到像方依次設(shè)有具有正光焦度的第五透鏡、具有正光焦度的第六透 鏡、具有負(fù)光焦度的第七透鏡、具有負(fù)光焦度的第八透鏡。
[0006] 進(jìn)一步的，所述第一透鏡為凹面朝向像面的彎月正透鏡，所述第二透鏡為凹面朝 向像面的彎月正透鏡，所述第三透鏡為雙凹透鏡，所述第四透鏡為雙凸透鏡，所述第五透鏡 為雙凸透鏡，所述第六鏡為雙凸透鏡，所述第七透鏡為雙凹透鏡，所述第八透鏡為凹面朝向 像面的彎月正透鏡。
[0007] 進(jìn)一步的，所述第一透鏡和第二透鏡之間的空氣間隔介于Imm和3mm之間，所述第 二透鏡和第三透鏡之間的空氣間隔介于Imm和3mm之間，所述第四透鏡和光闌之間的空氣 間隔介于Imm和3mm之間，所述光闌和第五透鏡之間的空氣間隔介于2mm和4mm之間，所述 第五透鏡和第六透鏡之間的空氣間隔介于0.1 mm和Imm之間，所述第六透鏡和第七透鏡之 間的空氣間隔介于0.1 mm和Imm之間，所述第七透鏡和第八透鏡之間的空氣間隔介于0.1 mm 和Imm之間，所述第八透鏡和像面之間的空氣間隔介于IOmm和15mm之間。
[0008] 進(jìn)一步的，所述第一透鏡的焦距介于-95mm和-105mm之間，所述第二透鏡的焦距 介于45mm和55mm之間，所述膠合透鏡的焦距介于-135mm和-145mm之間，所述第五透鏡的 焦距介于15mm和25mm之間，所述第六透鏡的焦距介于5mm和15mm之間，所述第七透鏡的 焦距介于 -5mm和-15mm之間，所述第八透鏡的焦距介于1105mm和1115mm之間。
[0009] 進(jìn)一步的，所述紫外鏡頭的有效焦距為25mm，相對(duì)數(shù)值孔徑F/2. 8,使用2/3" CXD 接收，最大口徑小于16mm，光學(xué)總長(zhǎng)為第一透鏡到第八透鏡的距離29. 9mm。
[0010] 進(jìn)一步的，所述紫外鏡頭的全視場(chǎng)為25°，工作波段為230nm-1000nm。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是提供了一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，該紫外鏡頭 采用八片球面透鏡，在奈奎斯特頻率為2001p/mm的情況下全視場(chǎng)全波段調(diào)制傳遞函數(shù)值 大于〇. 3,成像畸變小于0. 5%，具有小F數(shù)、結(jié)構(gòu)緊湊、高像質(zhì)、低畸變、高分辨率等特點(diǎn)，工 作波段為230nm-1000nm，用可見(jiàn)光調(diào)焦后可進(jìn)行紫外或紅外照相，非常適合集成到機(jī)器視 覺(jué)系統(tǒng)。
[0012] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的紫外鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。
[0014] 圖2是圖1中光學(xué)鏡頭視場(chǎng)角為0°、3°、5°、8°、12. 5°各視場(chǎng)在像面上的光線 點(diǎn)列圖。
[0015] 圖3是圖1中光學(xué)鏡頭的各視場(chǎng)像面上的傳遞函數(shù)MTF曲線圖。
[0016] 圖4是圖1中光學(xué)鏡頭的場(chǎng)曲和畸變圖。
[0017] 圖5是圖1中光學(xué)鏡頭的垂軸色差圖。
[0018] 圖6是圖1中光學(xué)鏡頭的軸向色差圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，如圖1所示，主要由具有正光焦度的前 透鏡組、具有正光焦度的后透鏡組、位于前透鏡組與后透鏡組之間的光闌9和像面10組成， 前透鏡組位于光闌9前側(cè)，從物方到像方依次設(shè)有具有負(fù)光焦度的第一透鏡1、具有負(fù)光焦 度的第二透鏡2、具有負(fù)光焦度的第三透鏡3和具有正光焦度的第四透鏡4組成的膠合透 鏡；后透鏡組位于光闌9后側(cè)，從物方到像方依次設(shè)有具有正光焦度的第五透鏡5、具有正 光焦度的第六透鏡6、具有負(fù)光焦度的第七透鏡7、具有負(fù)光焦度的第八透鏡8。
[0020] 其中，第一透鏡1為凹面朝向像面的彎月正透鏡，第二透鏡2為凹面朝向像面的彎 月正透鏡，第三透鏡3為雙凹透鏡，第四透鏡4為雙凸透鏡，第五透鏡5為雙凸透鏡，第六鏡 6為雙凸透鏡，第七透鏡7為雙凹透鏡，第八透鏡8為凹面朝向像面的彎月正透鏡。
[0021] 第一透鏡1和第二透鏡2之間的空氣間隔介于Imm和3mm之間，第二透鏡2和第 三透鏡3之間的空氣間隔介于Imm和3mm之間，第四透鏡4和光闌9之間的空氣間隔介于 Imm和3mm之間，光闌9和第五透鏡5之間的空氣間隔介于2mm和4mm之間，第五透鏡5和 第六透鏡6之間的空氣間隔介于0.1 mm和Imm之間，第六透鏡6和第七透鏡7之間的空氣 間隔介于〇. Imm和Imm之間，第七透鏡7和第八透鏡8之間的空氣間隔介于0.1 mm和1_ 之間，第八透鏡8和像面10之間的空氣間隔介于IOmm和15mm之間。在本實(shí)施例中，第一 透鏡1和第二透鏡2之間的空氣間隔為2_，第二透鏡2和第三透鏡3之間的空氣間隔為 2mm，第四透鏡4和第五透鏡5之間的空氣間隔為4. 5mm，第五透鏡5和第六透鏡6之間的空 氣間隔為〇. 2_，第六透鏡6和第七透鏡7之間的空氣間隔為0. 6_，第七透鏡7和第八透 鏡8之間的空氣間隔為0. 5_，第八透鏡8和像面10之間的空氣間隔為12. 5_。
[0022] 第一透鏡1的焦距介于-95mm和-105mm之間，第二透鏡2的焦距介于45mm和55mm 之間，膠合透鏡的焦距介于_135mm和-145mm之間，第五透鏡5的焦距介于15mm和25mm之 間，第六透鏡6的焦距介于5mm和15mm之間，第七透鏡7的焦距介于-5mm和-15mm之間， 第八透鏡8的焦距介于1105mm和1115mm之間。
[0023] 由于普通玻璃在紫外波段的透過(guò)性能差，因此紫外透鏡可選材料很少，雖然目前 已經(jīng)有研制出幾種玻璃材料，使玻璃在400nm波長(zhǎng)范圍的透過(guò)率增大，但是對(duì)300nm區(qū)域仍 有較大的吸收，出于對(duì)整個(gè)物鏡在230nm-365nm波段的透過(guò)率性能和材料的工藝性和穩(wěn)定 性考慮，本實(shí)施例最終選擇了熔石英和氟化鈣兩種材料。
[0024] 本實(shí)施例中紫外鏡頭的有效焦距為25mm，相對(duì)數(shù)值孔徑F/2. 8,使用2/3" CXD (Charge-coupled Device)接收，最大口徑小于16mm，光學(xué)總長(zhǎng)為第一透鏡到第八透鏡的距 離29.9臟。紫外鏡頭的全視場(chǎng)為25°，工作波段為23〇11111-100〇11111。本實(shí)施例中鏡片參數(shù)和 鏡片中心厚度參數(shù)如下表1所示。
[0025] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，主要由具有正光焦度的前透鏡組、具有正光 焦度的后透鏡組和位于前透鏡組與后透鏡組之間的光闌組成，其特征在于：所述前透鏡組 從物方到像方依次設(shè)有具有負(fù)光焦度的第一透鏡、具有負(fù)光焦度的第二透鏡、具有負(fù)光焦 度的第三透鏡和具有正光焦度的第四透鏡組成的膠合透鏡；所述后透鏡組從物方到像方依 次設(shè)有具有正光焦度的第五透鏡、具有正光焦度的第六透鏡、具有負(fù)光焦度的第七透鏡、具 有負(fù)光焦度的第八透鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，其特征在于：所述第一透 鏡為凹面朝向像面的彎月正透鏡，所述第二透鏡為凹面朝向像面的彎月正透鏡，所述第三 透鏡為雙凹透鏡，所述第四透鏡為雙凸透鏡，所述第五透鏡為雙凸透鏡，所述第六鏡為雙凸 透鏡，所述第七透鏡為雙凹透鏡，所述第八透鏡為凹面朝向像面的彎月正透鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，其特征在于：所述第一透 鏡和第二透鏡之間的空氣間隔介于Imm和3mm之間，所述第二透鏡和第三透鏡之間的空氣 間隔介于Imm和3mm之間，所述第四透鏡和光闌之間的空氣間隔介于Imm和3mm之間，所述 光闌和第五透鏡之間的空氣間隔介于2mm和4mm之間，所述第五透鏡和第六透鏡之間的空 氣間隔介于〇. Imm和Imm之間，所述第六透鏡和第七透鏡之間的空氣間隔介于〇. Imm和Imm 之間，所述第七透鏡和第八透鏡之間的空氣間隔介于〇. Imm和Imm之間，所述第八透鏡和像 面之間的空氣間隔介于IOmm和15mm之間。
4. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，其特征在于：所述第一透 鏡的焦距介于_95mm和-105mm之間，所述第二透鏡的焦距介于45mm和55mm之間，所述膠 合透鏡的焦距介于 _135mm和-145mm之間，所述第五透鏡的焦距介于15mm和25mm之間，所 述第六透鏡的焦距介于5mm和15mm之間，所述第七透鏡的焦距介于-5mm和-15mm之間，所 述第八透鏡的焦距介于1105mm和1115mm之間。
5. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，其特征在于：所述紫外鏡 頭的有效焦距為25mm，相對(duì)數(shù)值孔徑F/2. 8,使用2/3" CXD接收，最大口徑小于16mm，光學(xué) 總長(zhǎng)為第一透鏡到第八透鏡的距離29. 9mm。
6. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，其特征在于：所述紫外鏡 頭的全視場(chǎng)為25°，工作波段為230nm-1000nm。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種高像質(zhì)、低畸變機(jī)器視覺(jué)紫外鏡頭，主要由具有正光焦度的前透鏡組、具有正光焦度的后透鏡組和位于前透鏡組與后透鏡組之間的光闌組成，所述前透鏡組從物方到像方依次設(shè)有具有負(fù)光焦度的第一透鏡、具有負(fù)光焦度的第二透鏡、具有負(fù)光焦度的第三透鏡和具有正光焦度的第四透鏡組成的膠合透鏡；所述后透鏡組從物方到像方依次設(shè)有具有正光焦度的第五透鏡、具有正光焦度的第六透鏡、具有負(fù)光焦度的第七透鏡、具有負(fù)光焦度的第八透鏡。本發(fā)明采用八片球面透鏡，具有小F數(shù)、結(jié)構(gòu)緊湊，低畸變，高分辨率等特點(diǎn)，非常適合集成到機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。
【IPC分類(lèi)】G02B13-00, G02B13-14
【公開(kāi)號(hào)】CN104808315
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510262682
【發(fā)明人】楊敏, 馬帥, 劉巧玲
【申請(qǐng)人】福建浩藍(lán)光電有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年5月22日