本實用新型涉及一種光學鏡頭，尤其涉及一種用于三維測量的條紋投影鏡頭。
背景技術(shù)：
：對于結(jié)構(gòu)光的三維測量具有多種方法，傳統(tǒng)方法是利用計算機生成條紋，將條紋投影獲取目標對象的三維輪廓圖像，即利用計算機生成的條紋圖放映到目標對象上去，以獲取目標對象的三維輪廓圖像，但是這種方法局限于聚焦深度，投影面積和清晰度，一定程度上還局限于燈泡的壽命。為了解決傳統(tǒng)的條紋投影法在進行三維測量時的固有缺陷，利用聲光條紋法代替條紋投影法進行三維測量的方法應(yīng)運而生。聲光條紋法代替計算機生成光柵條紋的方法，可以投射真正的干涉條紋到目標對象上去，它具有很大的聚焦深度和真正的正弦條紋，特別有利于三維測量。而傳統(tǒng)的聲光條紋法進行三維測量的投影裝置的投影鏡頭通光性能較弱，解像力較低，無法滿足三維測量系統(tǒng)高通光能力和高清晰度的要求。技術(shù)實現(xiàn)要素：為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。本實用新型提供一種用于三維測量的條紋投影鏡頭。本實用新型解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種用于三維測量的條紋投影鏡頭，該用于三維測量的條紋投影鏡頭從物方到像方依次包括具有負光焦度的前透鏡組、光闌以及具有正光焦度的后透鏡組；所述前透鏡組從物方到像方依次包括第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡；所述第一透鏡是具有負光焦度的彎月透鏡，且凸面朝向物方；所述第二透鏡是具有負光焦度的雙凹透鏡；所述第三透鏡是具有正光焦度的雙凸透鏡；所述后透鏡組物方到像方依次包括第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡以及第七透鏡；所述第四透鏡是具有正光焦度的雙凸透鏡；所述第五透鏡是具有負光焦度的雙凹透鏡；所述第六透鏡是具有正光焦度的雙凸透鏡；所述第七透鏡是具有負光焦度的彎月透鏡，且凸面朝向物方；所述第四透鏡和第五透鏡組合成一膠合透鏡；所述第一透鏡靠近物方一面是非球面，所述第七透鏡靠近像方一面是非球面。優(yōu)選地，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭滿足76.36mm≤TTL≤79.92mm，TTL為所述用于三維測量的條紋投影鏡頭的第一透鏡物方側(cè)最外點至成像面的距離。優(yōu)選地，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭滿足條件公式8.08≤TTL/EFL≤10.52，其中TTL為所述用于三維測量的條紋投影鏡頭第一透鏡物方側(cè)最外點至成像面的距離，EFL為所述用于三維測量的條紋投影鏡頭的總焦距值。優(yōu)選地，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭滿足條件公式5.87≤TTL/FFL≤6.51，其中TTL為所述用于三維測量的條紋投影鏡頭的第一透鏡物方側(cè)最外點至成像面的距離，F(xiàn)FL為第一透鏡像方側(cè)最外點至成像面的距離。優(yōu)選地，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭滿足條件公式0.32≤BFL/EFL≤0.40，其中FFL為第一透鏡像方側(cè)最外點至成像面的距離，BFL為用于三維測量的條紋投影鏡頭的第七透鏡像方側(cè)最外點至成像面的距離。優(yōu)選地，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭滿足條件公式18.06mm≤F后≤44.80mm，其中F后表示后透鏡群組的焦距值。優(yōu)選地，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭滿足條件公式-1.11≤F后/F前≤-0.54，其中F前表示前透鏡群組的焦距值。優(yōu)選地，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭滿足條件公式72.45°≤FOV≤72.56°，其中FOV表示廣角鏡頭的最大視場角。優(yōu)選地，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭第一透鏡滿足條件公式0.05≤(d/h)/FOV≤0.06，其中d表示最大視場角所對應(yīng)的第一透鏡朝向物方凸面的最大通光口徑，h表示最大視場角所對應(yīng)的成像像高。優(yōu)選地，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭滿足條件公式2.96≤F膠/F后≤4.71，其中F膠表示膠合透鏡的焦距值，F(xiàn)前表示前透鏡群組的焦距值。本實用新型用于三維測量的條紋投影鏡頭采用了超短焦距的緊湊結(jié)構(gòu)TTL較小，實現(xiàn)視場角和投影面積最大化，在距離為1米的位置至少有40英寸的投影面積使得一副條紋圖能夠一次盡快覆蓋較大的表面，使系統(tǒng)能夠捕捉到足夠?qū)ο笮畔⒑蛯崿F(xiàn)高精度的條紋圖?；兟市。谒械目臻g頻率的MTF值高達80％以上，光線像差只存在從-0.025到0.025的范圍內(nèi)，成像質(zhì)量更加優(yōu)異。同時，第一透鏡靠近物方一面是非球面，第七透鏡靠近像方一面是非球面，該用于三維測量的條紋投影鏡頭用較少的非球面透鏡就可以達到較好的像差校正效果，同時節(jié)約成本進一步本實用新型提供的用于三維測量的條紋投影鏡頭，可實現(xiàn)成本低、重量輕、畸變小、尺寸小、高通光性能且符合高清晰度要求的用于三維測量的條紋投影鏡頭?！靖綀D說明】圖1是本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A是本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第一實施例的色差曲線圖。圖2B是本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第一實施例的散光場曲線圖。圖2C是本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第一實施例的畸變像差曲線圖3為本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第一實施例的MTF曲線圖。圖4為本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第一實施例的徑向能量曲線圖。圖5是本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6A是本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第二實施例的色差曲線圖。圖6B是本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第二實施例的散光場曲線圖。圖6C是本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第二實施例的畸變像差曲線圖7為本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第二實施例的MTF曲線圖。圖8為本實用新型一種用于三維測量的條紋投影鏡頭第二實施例的徑向能量曲線圖?！揪唧w實施方式】為了使本實用新型的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施實例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。請參閱圖1，本實用新型提供一種用于三維測量的條紋投影鏡頭。該用于三維測量的條紋投影鏡頭從物方到像方依次包括具有負光焦度的前透鏡組、光闌以及具有正光焦度的后透鏡組，前透鏡組從物方到像方依次包括第一透鏡L1、第二透鏡L2以及第三透鏡L3。后透鏡組30物方到像方依次包括第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6以及第七透鏡L7。如圖1所示，所述用于三維測量的條紋投影鏡頭由物方到像方依次為第一透鏡L1，第二透鏡L2，第三透鏡L3，光闌R7(FNO)，第四透鏡L4，第五透鏡L5，第六透鏡L6，第七透鏡L7，濾色片GF以及成像面IMA。第一透鏡L1是具有負光焦度的彎月透鏡，且凸面朝向物方，第一透鏡L1靠近物方一面是非球面，靠近像方一面是球面的塑料透鏡；第二透鏡L2是具有負光焦度的雙凹透鏡，且兩面都是球面的玻璃透鏡；第三透鏡L3是具有正光焦度的雙凸透鏡，是兩面都是球面的玻璃透鏡；第四透鏡L4是具有正光焦度的雙凸透鏡，是兩面都是球面的玻璃透鏡；第五透鏡L5是具有負光焦度的雙凹透鏡，是兩面都是球面的玻璃透鏡，且第四透鏡L4與第五透鏡L5組合成一膠合透鏡，采用膠水進行粘接接合形成一個透鏡組件，且接合面的凸面朝向像方側(cè)；第六透鏡L6是具有正光焦度的雙凸透鏡，且是兩面都是球面的塑料透鏡；第七透鏡L7是具有負光焦度的彎月透鏡，且凸面朝向物方，第七透鏡L7靠近物方一面是非球面，靠近像方一面是球面的塑料透鏡。表格一用于三維測量的條紋投影鏡頭規(guī)格及其光學參數(shù)表。表格一：光圈F2.8入瞳孔徑3.37mm最大視場角72.45°最大空間頻率32lp/mm總長TTL76.36mm分辨率0.48Mp焦距f9.45mm對角尺寸0.378″最大畸變-3％面陣大小800H×600V成像高度y6.92mm成像面積7.68mm×5.76mm投影區(qū)域A40英寸投影距離l1m表格二相關(guān)參數(shù)是該用于三維測量的條紋投影鏡頭從物方(OBJ)到像方(IMA)的所有的透鏡的每個面的表面類型，曲率半徑，中心厚度，半通光口徑，折射率以及阿貝爾常數(shù)等相關(guān)參數(shù)。表格二：表格三是面序號為R1和R13的非球面的鏡的詳細幾何參數(shù)。表格三：根據(jù)表格一，表格二以及表格三中我們可知，該用于三維測量的條紋投影鏡頭選擇800×600像素分辨率，光學格式d為0.378″(7.68mm×5.76mm)，具體的光學要求如表2所列出的。在這些要求中，焦距與投影距離的關(guān)系滿足等式：f＝l×d/A＝1000×0.378/40＝9.45mm其中，f代表焦距，l代表投影距離，d代表光學格式，A代表投影面積。因為投影視場角小于80°，用正交投影來計算視場角滿足以下等式：ω表示視場角的一半，即最大視場角FOV＝72.45°。y是成像高度。至于最大的特殊頻率F滿足：F＝1/(2×s)＝1/(2×0.016)＝31.25lp/mm,s表示像素大小。根據(jù)上述實施例數(shù)據(jù)，獲得下表四的相關(guān)數(shù)據(jù)。表格四：其中，EFL為用于三維測量的條紋投影鏡頭的總焦距值，BFL為用于三維測量的條紋投影鏡頭的第七透鏡L7像方側(cè)最外點至成像面的距離，TTL為所述用于三維測量的條紋投影鏡頭的第一透鏡L1物方側(cè)最外點至成像面的距離，F(xiàn)FL為用于三維測量的條紋投影鏡頭的第一透鏡L1像方側(cè)最外點至成像面的距離。d表示最大視場角所對應(yīng)的第一透鏡朝向物方凸面的最大通光口徑，h表示最大視場角所對應(yīng)的成像的像高。F1、F2、F3、F5、F6分別表示第一、二、三、五、六透鏡的各自的焦距值。F前、F后分別表示前透鏡群組、后透鏡群組的焦距值，F(xiàn)膠表示膠合透鏡的焦距值。最大Distortion＝-3％，其中Distortion為用于三維測量的條紋投影鏡頭的畸變。第一透鏡L1滿足下述條件公式：(d/h)/FOV＝0.05，第一透鏡L1滿足下面的條件公式：Nd≥1.59，Vd≤29.45，的高折射率高色散材料，能快速光線，且高色散材料能有效補償光學系統(tǒng)中的色差值，其中Nd為折射率，Vd為阿貝常數(shù)。第二透鏡L2采用折射率Nd≥1.75，阿貝常數(shù)Vd≥60的高折射率低色散材料；第四透鏡L4采用折射率Nd≥1.5，阿貝常數(shù)Vd≥60的高折射率低色散材料；第六透鏡L6采用折射率Nd≥1.5，阿貝常數(shù)Vd≥60的高折射率低色散材料，能有效導入70°-80°視場角、光線并減小第一個鏡片的口徑，滿足在較短的TTL值范圍內(nèi)獲取較好的投影效果，以避免體積過大。第三透鏡L3滿足下面的條件公式：Nd≥1.75，Vd≤27.5，的高折射率高色散材料，第七透鏡L7滿足下面的條件公式：Nd≥1.50，Vd≤30，的高折射率高色散材料，能快速會聚入射的光線，且高色散材料能有效補償光學系統(tǒng)中的色差值，其中Nd為折射率，Vd為阿貝常數(shù)。第四透鏡L4和第五透鏡L5采用接合設(shè)計，以有效改善光學系統(tǒng)的色差。從而利于提高整個光學系統(tǒng)的通光能力和解像能力。請參閱圖2A-2C以及圖3-圖4，圖2A為色差曲線圖(也可叫球差曲線圖)，由常用的紅(C)、綠(D)、藍(F)光的波長來表示，單位為mm。2B是像散場曲線圖，表示用于三維測量的條紋投影鏡頭由像散導致的成像的像場彎曲程度，由常用綠(D)光表示，單位是mm，圖中光線像差只存在從-0.025到0.025的范圍內(nèi)，成像性能優(yōu)異。圖2C是畸變曲線圖，表示不同視場角情況下的畸變大小值，單位為％，該用于三維測量的條紋投影鏡頭光學畸變<-3％。圖3是MTF值曲線圖，表示的是鏡頭分辨率的大小，在所有的空間頻率的MTF值高達80％以上，圖4是在不同視場角下幾何光斑圈入的能量圖，表示的是鏡頭成像的像點亮度，其中視場角為零度是用于三維測量的條紋投影鏡頭成像的像點亮度最高，最大視場角為72.45°。請參閱圖5，本實用新型第二實施例所提供的用于三維測量的條紋投影鏡頭與第一實施例所提供的用于三維測量的條紋投影鏡頭不同的是：第二實施例所提供的用于三維測量的條紋投影鏡頭總焦距值為7.6mm、TTL值為79.92mm，最大視場角FOV值72.56°，具體參數(shù)請參見表格五、六以及表格七。表格五是本實用新型第二實施例所提供的用于三維測量的條紋投影鏡頭規(guī)格及其光學參數(shù)表。表格五ω＝36.28°，ω表示視場角的一半，最大視場角FOV＝2ω＝72.56°。表格六相關(guān)參數(shù)是該用于三維測量的條紋投影鏡頭從物方(OBJ)到像方(IMA)的，所有的透鏡的每個面的表面類型，曲率半徑，中心厚度，半通光口徑，折射率以及阿貝爾常數(shù)等相關(guān)參數(shù)。表格六：根據(jù)上述實施例數(shù)據(jù)，獲得下表七的相關(guān)數(shù)據(jù)。表格七：基本參數(shù)EFLBFLTTLFFLdh數(shù)值(mm)7.6379.9212.2823.485.58基本參數(shù)F1F2F3F膠F6F7數(shù)值(mm)-24.925-20.6730.7285.1119.9867.14基本參數(shù)F前F后數(shù)值(mm)-33.5218.06用于三維測量的條紋投影鏡頭焦距滿足，8.08≤TTL/EFL≤10.52，其中TTL為所述用于三維測量的條紋投影鏡頭第一透鏡物方側(cè)最外點至成像面的距離，EFL為所述用于三維測量的條紋投影鏡頭的總焦距值；5.87≤TTL/FFL≤6.51，其中FFL為第一透鏡像方側(cè)最外點至成像面的距離；76.36mm≤TTL≤79.92mm，TTL為所述用于三維測量的條紋投影鏡頭的第一透鏡物方側(cè)最外點至成像面的距離；0.32≤BFL/EFL≤0.40，其中BFL為用于三維測量的條紋投影鏡頭的第七透鏡像方側(cè)最外點至成像面的距離；18.06mm≤F后≤44.80mm，其中F后表示后透鏡群組的焦距值；-1.11≤F后/F前≤-0.54，其中F前表示前透鏡群組的焦距值；2.96≤F膠/F后≤4.71，其中F膠表示膠合透鏡的焦距值。請參閱圖6A-6C以及圖7、8，第二實施例的光學性能曲線圖，其6A中圖為色差曲線圖(也叫球差曲線圖)，由常用的紅(C)、綠(D)、藍(F)三色光的波長來表示，單位為mm。6B是像散場曲線圖，表示用于三維測量的條紋投影鏡頭由像散導致的成像的像場彎曲程度，由常用的綠(D)光表示，單位是mm。圖6C是畸變曲線圖，表示不同視場角情況下的畸變大小值，單位為％，圖中畸變<-6％。圖7是MTF值曲線圖，表示的是鏡頭分辨率的大小圖中，在所有的空間頻率的MTF值高達80％以上，光線像差只存在從-0.025到0.025的范圍內(nèi)，成像質(zhì)量更加優(yōu)異。圖8是在不同視場角下幾何光斑圈入的能量圖，表示的是鏡頭成像的像點亮度，其中視場角為零度是用于三維測量的條紋投影鏡頭成像的像點亮度最高，最大視場角為72.56°。本實用新型通過合理控制各透鏡之間的焦距分配，實現(xiàn)用于三維測量的條紋投影鏡頭的超短焦距緊湊結(jié)構(gòu)，TTL保持最小，同時視場角和投影面積最大化，在距離為1米的位置至少有40英寸的投影面積使得一副條紋圖能夠一次盡快覆蓋大的表面，使系統(tǒng)能夠捕捉到足夠?qū)ο笮畔⒑蛯崿F(xiàn)高精度的條紋圖。特別符合結(jié)構(gòu)光的三維測量。第一透鏡靠近物方一面是非球面，第七透鏡靠近像方一面是非球面，該用于三維測量的條紋投影鏡頭用較少的非球面透鏡就可以達到較好的像差校正效果，同時節(jié)約成本。同時，合理控制前、后透鏡群組的光焦度分配比例，一方面有利于控制前透鏡組的入射光線高度，以減小光學系統(tǒng)高級像差和鏡片的外徑；另一方面可減小經(jīng)過后透鏡群組的主光線出射角度，以提高光學系統(tǒng)的相對亮度。進一步本實用新型提供的用于三維測量的條紋投影鏡頭，可實現(xiàn)成本低、重量輕、畸變小、尺寸小、高通光性能且符合高清晰度要求的用于三維測量的條紋投影鏡頭，同時因采用了較多的塑料非球面透鏡，可保持較輕的重量和較低的成本。以上所述僅為本實用新型較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型原則之內(nèi)所作的任何修改，等同替換和改進等均應(yīng)包含本實用新型。當前第1頁1 2 3