具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭及成像方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭及成像方法，包括設(shè)置在鏡筒內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括沿著光線入射方向依次設(shè)置的光焦度為正的前組A、可變光闌C、光焦度為正的后組B，所述前組A包括依次設(shè)置的正彎月透鏡A?1、負(fù)彎月透鏡A?2、雙凹透鏡A?3、透鏡A?4、雙凸透鏡A?5，所述后組B包括依次設(shè)置的雙凸透鏡B?1、雙凹透鏡B?2、雙凸透鏡B?3、負(fù)彎月透鏡B?4和雙凸透鏡B?5緊密連接的膠合組，本發(fā)明具有大視場角、低畸變、大相對孔徑、高分辨率、光學(xué)總長短的特點(diǎn)，滿足高端產(chǎn)品需求。
【專利說明】
具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭及成像方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器視覺鏡頭技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺 鏡頭及成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)器視覺就是機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn) 品（即圖像攝取裝置，分CCD和CMOS兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像 處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn) 行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。近年來，隨著 微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，高分辨率，高處理速度的機(jī)器視覺系統(tǒng)不斷誕生，這對與之配套的 光學(xué)鏡頭提出了新的要求。而對于國內(nèi)現(xiàn)有大視場角大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭來說，無法同 時(shí)滿足大視場、大孔徑、低畸變、高分辨率的要求，無法滿足高端產(chǎn)品需求。因此，亟待一種 能夠同時(shí)滿足大視場、大孔徑、低畸變、高分辨率要求的機(jī)器視覺鏡頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭及成像方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，包括設(shè)置在鏡筒 內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括沿著光線入射方向依次設(shè)置的光焦度為正的前組A、可變 光闌C、光焦度為正的后組B，所述前組A包括依次設(shè)置的正彎月透鏡A-1、負(fù)彎月透鏡A-2、雙 凹透鏡A-3、透鏡A-4、雙凸透鏡A-5，所述后組B包括依次設(shè)置的雙凸透鏡B-1、雙凹透鏡B-2、 雙凸透鏡B-3、負(fù)彎月透鏡B-4和雙凸透鏡B-5緊密連接的膠合組。
[0005] 進(jìn)一步的，所述光學(xué)系統(tǒng)的視場角為62° -72°。
[0006] 進(jìn)一步的，該鏡頭滿足〇.6〈 y/EFL〈0.73,其中，y為所述光學(xué)系統(tǒng)的半像高，EFL 為鏡頭的焦距值。
[0007] 進(jìn)一步的，該鏡頭的最大通光孔徑滿足Fno < 2.0，其中Fno為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)。
[0008] 進(jìn)一步的，所述光學(xué)系統(tǒng)的后工作距離BFL滿足BFL/EFL>1.35,其中EFL為鏡頭的 焦距值。
[0009] 進(jìn)一步的，所述光學(xué)系統(tǒng)的總長TTL滿足TTL/EFL〈8.8,其中EFL為鏡頭的焦距值。 [0010] 進(jìn)一步的，所述負(fù)彎月透鏡A-2的焦距值Fa-2滿足_2 · 35〈FA-2/EFIX-1 · 75，所述負(fù)雙 凹透鏡A-3的焦距值Fa-3滿足-1.55〈FA-3/EFL〈-l. 30，其中EFL為鏡頭的焦距值。
[0011] 進(jìn)一步的，負(fù)彎月透鏡A-2和負(fù)雙凹透鏡A-3的組合焦距值F12滿足-0. SSJ^/EFL 〈-0.65，其中EFL為鏡頭的焦距值。
[0012] -種具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭的成像方法，光束依次經(jīng)過前組A中正彎 月透鏡A-1、負(fù)彎月透鏡A-2、雙凹透鏡A-3、透鏡A-4的折射后，其相對后組B的視場角減小， 隨后光束依次經(jīng)過前組B中雙凸透鏡B-1、雙凹透鏡B-2、雙凸透鏡B-3、負(fù)彎月透鏡B-4和雙 凸透鏡B-5緊密連接的膠合組后，光線被匯聚在工作像面處進(jìn)行成像。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:具有大視場角、低畸變、大相對孔徑、 高分辨率、光學(xué)總長短的特點(diǎn)，滿足高端產(chǎn)品需求。
[0014] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的闡述。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的光路圖； 圖3為實(shí)施例1的軸向色差曲線圖； 圖4為實(shí)施例1的垂軸色差曲線圖； 圖5為實(shí)施例1的場曲曲線圖； 圖6為實(shí)施例1的畸變曲線圖； 圖7為實(shí)施例1的MTF曲線圖； 圖8為實(shí)施例2的軸向色差曲線圖； 圖9為實(shí)施例2的垂軸色差曲線圖； 圖10為實(shí)施例2的場曲曲線圖； 圖11為實(shí)施例2的畸變曲線圖； 圖12為實(shí)施例2的MTF曲線圖。
[0016] 圖中：A-前組A，A-1-正彎月透鏡Α-1，Α-2-負(fù)彎月透鏡A-2、A-3-雙凹透鏡A-3、A-4-透鏡A-4，A-5-雙凸透鏡A-5，B-后組B，B-1 -雙凸透鏡B-1，B-2-雙凹透鏡B-2，B-3-雙凸透鏡 B-3，B-4-負(fù)彎月透鏡B-4，B-5-雙凸透鏡B-5，C-可變光闌C。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 如圖1-12所示，一種具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，包括設(shè)置在鏡筒內(nèi)的光 學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括沿著光線入射方向依次設(shè)置的光焦度為正的前組A、可變光闌C、 光焦度為正的后組B，所述前組A包括依次設(shè)置的正彎月透鏡A-1、負(fù)彎月透鏡A-2、雙凹透鏡 A-3、透鏡A-4、雙凸透鏡A-5，所述后組B包括依次設(shè)置的雙凸透鏡B-1、雙凹透鏡B-2、雙凸透 鏡B-3、負(fù)彎月透鏡B-4和雙凸透鏡B-5緊密連接的膠合組。
[0018] 在本實(shí)施例中，所述光學(xué)系統(tǒng)的視場角為62°-72°。
[0019]在本實(shí)施例中，該鏡頭滿足0.6〈 y/EFL〈0.73,其中，y為所述光學(xué)系統(tǒng)的半像高， EFL為鏡頭的焦距值。
[0020]在本實(shí)施例中，該鏡頭的最大通光孔徑滿足Fno < 2.0,其中Fno為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)。 [0021]在本實(shí)施例中，所述光學(xué)系統(tǒng)的后工作距離BFL滿足BFL/EFL>1.35,其中EFL為鏡 頭的焦距值。
[0022]在本實(shí)施例中，所述光學(xué)系統(tǒng)的總長TTL滿足TTL/EFL〈8.8,其中EFL為鏡頭的焦距 值。
[0023] 在本實(shí)施例中，所述負(fù)彎月透鏡A-2的焦距值Fa-2滿足-2.35〈Fa- 2/EFL〈-1.75,所述 負(fù)雙凹透鏡A-3的焦距值Fa-3滿足-1.55〈Fa-3/EFL〈-l. 30，其中EFL為鏡頭的焦距值。
[0024] 在本實(shí)施例中，負(fù)彎月透鏡A-2和負(fù)雙凹透鏡A-3的組合焦距值F12滿足-0.85〈F 12/ EFL〈-0.65，其中EFL為鏡頭的焦距值。
[0025]在本實(shí)施例中，在設(shè)計(jì)思路上，采用反遠(yuǎn)距的結(jié)構(gòu)，前面4個(gè)透鏡組合成具有負(fù)光 焦度的前組A，后面5個(gè)透鏡組合成具有正光焦度的后組B，前組A的作用是減少軸外光線對 后組B的視場角，后組B則是對光線進(jìn)行聚焦，使其成像在工作像面處。
[0026] 一種具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭的成像方法，光束依次經(jīng)過前組A中正彎 月透鏡A-1、負(fù)彎月透鏡A-2、雙凹透鏡A-3、透鏡A-4的折射后，其相對后組B的視場角減小， 隨后光束依次經(jīng)過前組B中雙凸透鏡B-1、雙凹透鏡B-2、雙凸透鏡B-3、負(fù)彎月透鏡B-4和雙 凸透鏡B-5緊密連接的膠合組后，光線被匯聚在工作像面處進(jìn)行成像。
[0027] 實(shí)施例一： 在本實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)如下表：
在本實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)的焦距為8.5mm。
[0028] 本實(shí)施例中，透鏡A-4為雙凸透鏡。
[0029]調(diào)焦數(shù)據(jù)表如下：
在本實(shí)施例中，鏡頭的最大通光孔徑F數(shù)為1.8，滿足:Fno < 2.0，其中Fno為光學(xué)系統(tǒng)的 F數(shù)。
[0030]在本實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)的的視場角為68°。
[0031] 在本實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)與2/3"的CCD匹配，半像高y=5.5mm，y/EFL=0.647，滿足： 0.6〈 y/EFL〈0.73,其中，y為光學(xué)系統(tǒng)的半像高，EFL為鏡頭的焦距值。
[0032] 在本實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)的后工作距離BFL為12.84~13.07mm，滿足：BFL/EFL〉 1.35，其中EFL為所述鏡頭的焦距值，，光學(xué)系統(tǒng)的總長TTL為68mm，滿足:TTL/EFL〈8.8，其中 EFL為所述鏡頭的焦距值。
[0033] 在本實(shí)施例中，負(fù)彎月透鏡A-2的焦距值Fa-2是-18 · 636，滿足:-2 · 35〈Fa-2/EFL〈- 1.75，負(fù)雙凹透鏡A-3的焦距值Fa-3是-12.094，滿足:-1.55〈Fa-3/EFL〈-l. 30，負(fù)彎月透鏡A-2 和負(fù)雙凹透鏡A-3的組合焦距值F12是-6.644，滿足關(guān)系：-0.85〈F12/EFL〈-0.65，其中EFL為 所述鏡頭的焦距值。
[0034] 在本實(shí)施例中，該鏡頭與與2/3"(XD匹配能使鏡頭的分辨率達(dá)到1000萬像素。
[0035] 實(shí)施例二：
[0036] 本實(shí)施例中，透鏡A-4為平凸透鏡。
[0037]調(diào)焦數(shù)據(jù)表如下：
在本實(shí)施例中，鏡頭的最大通光孔徑F數(shù)為1.8，滿足:Fno < 2.0，其中Fno為光學(xué)系統(tǒng)的 F數(shù)。
[0038]在本實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)的的視場角為67°。
[0039] 在本實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)與2/3"的CCD匹配，半像高y=4mm，y/EFL=0 · 667，滿足:0 · 6 〈y/EFL〈0.73,其中，y為光學(xué)系統(tǒng)的半像高，EFL為鏡頭的焦距值。
[0040] 在本實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)的后工作距離BFL為9.38~9.50mm，滿足:BFL/EFL>1.35， 其中EFL為所述鏡頭的焦距值，，光學(xué)系統(tǒng)的總長TTL為48.4mm，滿足:TTL/EFL〈8.8，其中EFL 為所述鏡頭的焦距值。
[0041 ] 在本實(shí)施例中，負(fù)彎月透鏡A-2的焦距值Fa-2是-13.261，滿足：-2.35〈FA-2/EFL〈- 1.75，負(fù)雙凹透鏡A-3的焦距值Fa-3是-8.777，滿足:-1.55〈FA- 3/EFL〈-l. 30，負(fù)彎月透鏡A-2 和負(fù)雙凹透鏡A-3的組合焦距值F12是_4.768，滿足關(guān)系：-0. SSJ^/EFIX-0.65，其中EFL為 所述鏡頭的焦距值。
[0042] 在本實(shí)施例中，該鏡頭與與2/3"(XD匹配能使鏡頭的分辨率達(dá)到1000萬像素。
[0043] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，其特征在于:包括設(shè)置在鏡筒內(nèi)的光學(xué)系 統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括沿著光線入射方向依次設(shè)置的光焦度為正的前組A、可變光闌C、光焦 度為正的后組B，所述前組A包括依次設(shè)置的正彎月透鏡A-1、負(fù)彎月透鏡A-2、雙凹透鏡A-3、 透鏡A-4、雙凸透鏡A-5，所述后組B包括依次設(shè)置的雙凸透鏡B-1、雙凹透鏡B-2、雙凸透鏡B- 3、負(fù)彎月透鏡B-4和雙凸透鏡B-5緊密連接的膠合組。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，其特征在于:所述光學(xué)系 統(tǒng)的視場角為62°-72°。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，其特征在于:該鏡頭滿足 0.6〈 y/EFL〈0.73,其中，y為所述光學(xué)系統(tǒng)的半像高，EFL為鏡頭的焦距值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，其特征在于:該鏡頭的最 大通光孔徑滿足Fno < 2.0,其中Fno為光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，其特征在于:所述光學(xué)系 統(tǒng)的后工作距離BFL滿足BFL/EFL〉1.35，其中EFL為鏡頭的焦距值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，其特征在于:所述光學(xué)系 統(tǒng)的總長TTL滿足TTL/EFL〈8.8，其中EFL為鏡頭的焦距值。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，其特征在于:所述負(fù)彎月 透鏡A-2的焦距值Fa-2滿足-2.35〈Fa- 2/EFL〈-l. 75，所述負(fù)雙凹透鏡A-3的焦距值Fa-3滿足-1.55〈Fa-3/EFL〈-l. 30，其中EFL為鏡頭的焦距值。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，其特征在于:負(fù)彎月透鏡 A-2和負(fù)雙凹透鏡A-3的組合焦距值F12滿足-0.85〈F12/EFL〈-0.65，其中EFL為鏡頭的焦距 值。9. 一種具有大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭的成像方法，采用如權(quán)利要求1所述的具有 大視場大孔徑的機(jī)器視覺鏡頭，其特征在于:光束依次經(jīng)過前組A中正彎月透鏡A-1、負(fù)彎月 透鏡A-2、雙凹透鏡A-3、透鏡A-4的折射后，其相對后組B的視場角減小，隨后光束依次經(jīng)過 前組B中雙凸透鏡B-1、雙凹透鏡B-2、雙凸透鏡B-3、負(fù)彎月透鏡B-4和雙凸透鏡B-5緊密連接 的膠合組后，光線被匯聚在工作像面處進(jìn)行成像。
【文檔編號】G02B13/00GK105866929SQ201610385184
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】林峰, 曾振煌
【申請人】福建師范大學(xué)