超消色差鏡頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)成像技術(shù)中機(jī)器視覺檢測設(shè)備，具體是一種用于機(jī)器視覺檢測的 大視場無〇8匕超消色差鏡頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)器視覺檢測是現(xiàn)代工業(yè)常用的檢測技術(shù)，其集合了光學(xué)、精密儀器制造、控制、 計(jì)算機(jī)圖像處理等多門學(xué)科。近年來，隨著我國工業(yè)集成化、智能化程度的提升，對(duì)機(jī)器視 覺檢測鏡頭的成像質(zhì)量的要求也在不斷提高。傳統(tǒng)的機(jī)器視覺檢測鏡頭都無法做到在大視 場情況下的復(fù)消色差或超消色差設(shè)計(jì)。軸向色差的存在嚴(yán)重限制了鏡頭成像質(zhì)量的提高。
[0003] 超消色差的原理是對(duì)5個(gè)波長的光線在0. 707帶校正色差，這極大地提高了鏡頭 的成像質(zhì)量，與傳統(tǒng)的機(jī)器視覺檢測鏡頭相比，在相同使用條件下，超消色差鏡頭成像更加 清晰，分辨率更高。
[0004][0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明專利目的在于克服現(xiàn)有機(jī)器視覺檢測鏡頭無法實(shí)現(xiàn)大視場條件下的高分 辨率超消色差的要求，提供一種用于機(jī)器視覺檢測的大視場無CaF2超消色差鏡頭，該超消 色差鏡頭符合大視場、高分辨率、低畸變、高像質(zhì)要求。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明專利目的的技術(shù)方案：
[0008] -種用于機(jī)器視覺檢測的大視場無CaF2超消色差鏡頭，由透鏡及光闌面組成，所 述透鏡及光闌面包括從物面到像面依次排列的前組、中間組及后組；所述前組與中間組間 的距離為21. 1698±0. 5mm，所述中間組與后組間的距離為14. 1420±0. 1mm;
[0009] 所述前組具有視場轉(zhuǎn)換功能，包括從物面到像面順序排列的第一正透鏡、第二正 透鏡和第一負(fù)透鏡；
[0010] 所述中間組具有高分辨率功能，包括順序排列的第三正透鏡、第二負(fù)透鏡、第四正 透鏡、第三負(fù)透鏡和第五正透鏡；
[0011] 所述后組具有補(bǔ)償軸向色差功能，包括第四負(fù)透鏡和第六正透鏡。
[0012] 所述正透鏡均具有正折射能力。
[0013] 所述透鏡表面可以為球面也可以為非球面。
[0014] 所述第二正透鏡與第一負(fù)透鏡組成一第一雙膠合透鏡，第二負(fù)透鏡與第四正透鏡 組成一第二雙膠合透鏡，第四負(fù)透鏡與第六正透鏡組成一第三雙膠合透鏡，雙膠合透鏡具 有較大光焦度。
[0015] 所述后組還包括第五負(fù)透鏡，所述第五負(fù)透鏡置于第五正透鏡與第四負(fù)透鏡之 間。
[0016] 所述中間組還包括一光闌面，所述光闌面置于第四正透鏡與第三負(fù)透鏡之間。
[0017] 所述鏡頭的物方視場為60mmX60mm，像方視場8mmX8mm，全視場像方成像分辨率 達(dá)到280cycles/mm，物方分辨率為10. 7μπι。
[0018] 該鏡頭的工作距離為240mm，焦距f' = 80mm，相對(duì)孔徑D/f' =0· 325,物方視場 角2ω= 14. 25° ;鏡頭畸變小，畸變值小于0. 1 %，且鏡頭內(nèi)的透鏡均不含CaF2材料。
[0019] 所述鏡頭實(shí)現(xiàn)超消色差的波段范圍為0. 4μm-0. 7μm。
[0020] 所述鏡頭實(shí)現(xiàn)超消色差的波長為0. 436μm、0. 474μm、0. 520μm、0. 575μm和 0. 680μm五種波長，殘余位置色差值〈3. 143E-4。
[0021] 所述鏡頭在可見光光譜范圍內(nèi)，任意兩條及以上波長的光線在0.707帶殘余位置 色差值IS'λ1-δ'λ2|〈5·62Ε-4。
[0022]本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：
[0023] 1.本發(fā)明在0.4μπι-〇. 7μπι波段實(shí)現(xiàn)超消色差，成像質(zhì)量高；
[0024] 2.本發(fā)明在可見光光譜范圍內(nèi)，任意兩條及以上波長的光線在0. 707帶殘余位置 色差值Iδ'λ1-δ'λ21〈5. 62Ε-4,具有較好的色差校正效果；
[0025] 3.本發(fā)明具有大視場下的高分辨率特性，物方分辨率高；
[0026] 4.本發(fā)明具有較小的畸變，物體成像變形小，利于減小機(jī)器視覺檢測的誤差；
[0027] 5.本發(fā)明采用無CaF2#W，鏡頭制造成本低。
[0028] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明具有大視場、高分辨率、低畸變及超消色差特性，無 CaF2材料降低制造成本，應(yīng)用于機(jī)器視覺檢測可以大幅提升機(jī)器視覺檢測的精度。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中鏡頭的光路圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中鏡頭的點(diǎn)列圖；
[0032] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中鏡頭的場曲與畸變圖；
[0033] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中鏡頭的縱向像差圖；
[0034] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中鏡頭的衍射環(huán)繞的能量分布圖；
[0035] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中鏡頭的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)圖；
[0036] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中鏡頭的光線扇形圖；
[0037] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例1中鏡頭在可見光光譜內(nèi)的縱向像差圖。
[0038] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例2中鏡頭的光路圖；
[0039] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例2中鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)圖；
[0040] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例2中鏡頭的點(diǎn)列圖；
[0041] 圖13為本發(fā)明實(shí)施例2中鏡頭的場曲與畸變圖；
[0042] 圖14為本發(fā)明實(shí)施例2中鏡頭的縱向像差圖；
[0043] 圖15為本發(fā)明實(shí)施例2中鏡頭的衍射環(huán)繞的能量分布圖；
[0044] 圖16為本發(fā)明實(shí)施例2中鏡頭的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)圖；
[0045] 圖17為本發(fā)明實(shí)施例2中鏡頭的光線扇形圖；
[0046] 圖18為本發(fā)明實(shí)施例2中鏡頭在可見光光譜內(nèi)的縱向像差圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)行進(jìn)一步說明，但不是對(duì)本發(fā)明專利的限 定。
[0048] 實(shí)施例1
[0049] 如圖1，一種應(yīng)用于機(jī)器視覺檢測的大視場無CaF2超消色差鏡頭，所述超消色 差鏡頭由透鏡及光闌面組成，所述透鏡及光闌面分為具有視場轉(zhuǎn)換功能的前組&、高分 辨率成像功能的中間組G2及補(bǔ)償軸向色差功能的后組G3，所述前組&、中間組G2及后 組心從物面到像面依次排列，三組均具有正光焦度；所述前組Gi與中間組G2間的距離為 21. 1698±0. 5mm，中間組G2與后組63間的距離為14. 1420±0. 1mm;
[0050] 所述前組匕包括順序排列的第一正透鏡L1、第二正透鏡L2和第一負(fù)透鏡L3,第 二正透鏡L2與第一負(fù)透鏡L3組成一第一雙膠合透鏡。
[0051] 中間組G2包括順序排列的第三正透鏡L4、第二負(fù)透鏡L5、第四正透鏡L6、光闌面、 第三負(fù)透鏡L7和第五正透鏡L8,第二負(fù)透鏡L5與第四正透鏡L6組成一第二雙膠合透鏡。
[0052] 后組63包括第四負(fù)透鏡L9和第六正透鏡L10,第四負(fù)透鏡L9和第六正透鏡L10 組成一第三雙膠合透鏡，組成的雙膠合透鏡具有較大光焦度。
[0053] 本實(shí)施例中所使用透鏡均為球面透鏡。
[0054] 所述超消色差鏡頭采用三段式結(jié)構(gòu)，鏡頭的透鏡單元均為不含CaF2材料制成的透 鏡。鏡頭的工作距離為240mm，焦距f'= 80mm，相對(duì)孔徑D/f' = 0. 325,物方視場角2ω= 14. 25°，物方視場為60mmX60mm，物方分辨率達(dá)到10. 7μm，像方視場8mmX8mm，像面接收 器件使用1/2〃的(XD工業(yè)相機(jī)，像面視場為8mm，像元尺寸5. 4μmX5. 4μm。
[0055] 采用上述結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表1 一鏡頭的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表所示。透鏡LI 包含表面1、2,透鏡厚度為12. 5000mm，透鏡L1到透鏡L2間的距離為27. 9597mm;透鏡L2包 含表面3、4,透鏡厚度為8. 8986mm;透鏡L3包含表面4、5,透鏡厚度為6. 4382mm，透鏡L3到 透鏡L4間的距離為21. 1698mm;透鏡L4包含表面6、7,透鏡厚度為7. 8mm，透鏡L4到透鏡 L5間的距離為0. 5455mm;透鏡L5包含表面8、9,透鏡厚度為6mm;透鏡L6包含表面9、10， 透鏡厚度為4. 6946mm，透鏡L6到光闌面間的距離為22. 8790 ;光闌面包含表面11，光闌面 到透鏡L7間的距離為0. 4974mm;透鏡L7包含表面12、13,投影厚度為5mm，透鏡L7到透鏡 L8間的距離為0. 4905mm;透鏡L8包含表面14、15,透鏡厚度為6mm，透鏡L8到透鏡L9間的 距離為14. 142mm;透鏡L9包含表面16、17,透鏡厚度為6. 8594mm;透鏡L10包含表面17、 18,透鏡厚度為5. 7107mm，透鏡L10到像面間的距離為4mm。
[0056] 表 1
[0057]
[0059] 像差曲線圖見附圖。如圖2,全視場MTF值達(dá)到280cycles/mm，接近衍射極限；由 圖3可見最大視場處的RMS斑點(diǎn)半徑為3. 812μm，小于C⑶像元尺寸5. 4μπι;由圖4可 見，系統(tǒng)畸變小，畸變值〈〇· 2 %;由圖5可見，0·436μm、0· 474μm、0, 520μm、0· 575μm和 0. 680μm波長的光線在0. 707帶基本會(huì)聚于一點(diǎn)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超消色差，殘余位置色差值 〈3. 62E-4 ;根據(jù)圖6-圖8可知，本實(shí)施例的綜合像差、像質(zhì)及照度均達(dá)