一鍵式測量雙遠心鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一鍵式測量雙遠心鏡頭，包括機械組件，所述機械組件包括有前鏡組、中鏡組以及后鏡組，所述前鏡組、中鏡組以及后鏡組之間通過同軸螺紋連接；一設置于機械組件內的光學組件，所述光學組件包括一內置于所述前鏡組的第一前置鏡片和第二前置鏡片，內置于所述中鏡組的中組膠合片，以及內置于所述后鏡組且依次排列的第一后組鏡片，第二后組鏡片以及第三后組鏡片；中組膠合片與第一后組鏡片之間還設置有光闌。整個采集圖像的過程中始終保持圖像有穩定的倍率和視場，物距的一定變化不會影響到整個鏡頭視場的變化，且物距在景深內變化時圖像的真實度不會發生改變；也可把整個視場邊緣最大的畸變控制在0.1％范圍內；具有結構簡單，使用方便的特點。
【專利說明】
一鍵式測量雙遠心鏡頭
技術領域
[0001 ]本發明屬于工業機器視覺技術領域，涉及一鍵式測量雙遠心鏡頭。
【背景技術】
[0002]—般光學鏡頭在物距發生變化時成像視場和倍率發生變化的問題。一般的光學鏡頭由于光學系統設計時為了滿足超出鏡頭通光孔徑范圍的光線能夠通過光學系統成像的問題，通過系統設計將和系統主光軸不平行的光線聚焦到整個系統的成像靶面上。這樣，在鏡頭物距發生變化時鏡頭的視場和放大倍率就會相應跟隨變化。這種情況在工業檢測尤其是工業測量的使用過程中會造成很嚴重的問題，需要很嚴格的保證每次光學工程師將圖像調整好以后，使用環境不會發生變化，例如搬運、移位、震動等影響。一旦環境有變化，鏡頭原有的視場倍率會發生變化，檢測精度就無法保證，若要繼續保證精度的使用就需要專業的光學技術人員和軟件人員重新標定，這樣非常影響工作效率。
[0003]—般光學鏡頭景深很小。一般的光學鏡頭由于在光學系統設計時考慮到調整鏡頭的通光孔徑可調，鏡頭物距和倍率可調等因素。鏡頭光學系統的景深深度范圍很小。在一般的工業檢測或測量中，如果設計的零件本身有大的高度落差，比如齒輪、刀頭、等零件，如果要對整個零件進行檢測，一般為了提高精度會采用多工位的方式采圖，這樣需要安裝多個相機、鏡頭、光源等，這樣不僅精度要分開控制，整個檢測的硬件和軟件成本就會很高。后期會出現問題的概率也會增大。
[0004]—般的光學鏡頭像差平衡的綜合因素會很多，這樣造成鏡頭無法達到最佳成像效果的平衡。鏡頭的像差在設計時是彼此平衡的一個過程，一般鏡頭因為使用范圍寬廣，使得設計師在平衡的時候各方面都會權衡，因此本身光學結構無法將成像質量調整到最佳，這樣在做工業檢測時無法達到一個很好的成像效果。
[0005]—般的光學鏡頭因為邊緣入射光線和主光軸有較大偏角的原因，拍攝工件時需要保證鏡頭和工件的垂直度。如果垂直度無法保證，鏡頭和工件沿光軸夾角的角度區域就會有不同程度的陰影產生。如果用戶使用的是黑白相機做尺寸測量，那么取灰度圖的過程中就很難找到工件的邊緣輪廓，這樣測量精度就無法保證。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于針對上述已有檢測方法存在的不足，提出一鍵式測量雙遠心鏡頭，保證在整個采集圖像的過程中始終保持圖像有穩定的倍率和視場，物距的一定變化不會影響到整個鏡頭視場的變化，且物距在景深內變化時圖像的真實度不會發生改變;也可以把整個視場邊緣最大的畸變控制在0.1 %范圍內；具有結構簡單，使用方便的特點。
[0007]為了實現上述發明目的，采用以下檢測方法:
[0008]一鍵式測量雙遠心鏡頭，包括:
[0009]—機械組件，所述機械組件包括有前鏡組、中鏡組以及后鏡組，所述前鏡組、中鏡組以及后鏡組之間通過同軸螺紋連接；
[0010]—設置于機械組件內的光學組件，所述光學組件包括一內置于所述前鏡組的第一前置鏡片和第二前置鏡片，一內置于所述中鏡組的中組膠合片，以及一內置于所述后鏡組且依次排列的第一后組鏡片，第二后組鏡片以及第三后組鏡片；所述中組膠合片與所述第一后組鏡片之間還設置有光闌。
[0011 ]所述第一前置鏡片的中心厚度17.75-17.85mm，第二前置鏡片的中心厚度9.7-
9.8mm,第三片膠合片的中心厚度8.45-8.55mm，第四片透鏡的中心厚度11.55-11.65mm,第五片透鏡的中心厚度9.15-9.25mm,第六片透鏡的中心厚度14.65-14.75mm。
[0012]本發明的主要優點:
[0013]本發明無需復雜專業的調試即可保證在整個采集圖像的過程中始終保持圖像有穩定的倍率和視場，物距的一定變化不會影響到整個鏡頭視場的變化，且物距在景深內變化時圖像的真實度不會發生改變。
[0014]本發明解決了一般鏡頭無法控制的邊緣視場畸變的問題，原來的鏡頭有著不可控且比較大的畸變，畸變的位置和畸變模式是隨機的，這樣影響到整個圖像真實性的判斷;本發明可以把整個視場邊緣最大的畸變控制在0.1 %范圍內。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發明實施例技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對-實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本發明的結構示意圖；
[0017]圖2為本發明中調制光學傳遞函數曲線示意圖；
[0018]圖3為本發明中彌散圓分布圖；
[0019]圖4為本發明中場曲和畸變示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0021 ]參照圖1-4，一鍵式測量雙遠心鏡頭，包括:機械組件，所述機械組件分為三個部分，前鏡組、中鏡組、后鏡組。鏡組之間通過同軸螺紋連接。
[0022]—設置于機械組件內的光學組件，光學組件包括一內置于所述前鏡組的第一前置鏡片I和第二前置鏡片2，一內置于所述中鏡組的中組膠合片3，以及一內置于所述后鏡組且依次排列的第一后組鏡片4，第二后組鏡片5以及第三后組鏡片6;所述中組膠合與所述第一后組鏡片之間還設置有光闌7。
[0023]鏡片通過螺紋壓圈的形式固定在鏡組內，鏡片和鏡片之間通過光學隔圈間隔開。所有的機械連接方式均為螺紋形式。
[0024]系統光闌設計在中組膠合片和第四組鏡片之間，所述第一前置鏡片的中心厚度17.75-17.85mm，第二前置鏡片的中心厚度9.7-9.8mm，第三片膠合片的中心厚度8.45-8.55mm,第四片透鏡的中心厚度11.55-11.65mm,第五片透鏡的中心厚度9.15-9.25mm,第六片透鏡的中心厚度14.65-14.75mm
[0025]第一前置鏡片為成都光明的ZF50，第二片透鏡為成都光明的ZF6，第三片膠合片I為成都光明的H-ZK10L，第三片膠合片2為成都光明的H-ZF62，第四片膠合片I為成都光明的H-LAFl，第四片膠合片2為成都光明的ZF52，第五片透鏡為成都光明的H-ZF88，第六片為成都光明的H-LAF52。
[0026]其中第一片透鏡的折射率為1.740770，色散系數為27.7679。第二片透鏡的折射率為1.755205，色散系數為27.5462。第三片透鏡膠合I的折射率為1.622094，色散系數為56.7260。第三片透鏡膠合2的折射率為1.755205，色散系數為27.5462。第四片透鏡膠合I的折射率為1.846669，色散系數為23.8275。第四片透鏡膠合2的折射率為1.693631，色散系數為49.2330。第五片透鏡的折射率為1.945958，色散系數為17.9439。第六片透鏡的折射率為1.78590，色散系數為44.19。
[0027]本發明采用物方遠心光路和像方遠心路結合的光學結構來設計整個鏡頭的光學系統，物方遠心的像面和像方遠心的物面重合在整個系統的光闌處，控制光闌的通光孔徑滿足整個光學系統的遠心度要求；
[0028]在設計的時候通過控制追記邊緣主光線和主光軸的夾角余弦函數，通過加大操作數EXPP的權重，操作數的權重值可以占整個權重值的10%左右，通過這個操作數去限制整個鏡頭入瞳和出瞳的位置(即兩個瞳距的倒數無限小)限制其接近O。去控制整個光線進入鏡頭和出射鏡頭后的函數值，將整個數值控制在偏差0.1%的范圍內，來保證整個系統的遠心度要求。保證前鏡組光線聚焦面和后鏡組物方焦平面間隔在2_范圍內，來確定整個系統前后共軛面的偏差范圍在2mm之內，同時控制整個光闌通光孔徑的尺寸，來保證2mm偏差范圍內的變化不會影響到整個系統的穩定性。
[0029]整系統的遠心度控制在0.05 %范圍內，鏡頭的彌散圓直徑0.04mm，按鏡頭物距263±5mm的物距加上鏡頭景深9mm來計算，整個鏡頭在景深范圍內任意移動物距，鏡頭的視場的變化〈0.01_，遠遠小于整個鏡頭彌散圓直徑。這也就是說整個鏡頭在景深范圍內隨便移動，鏡頭視場和倍率的變化可以忽略。
[0030]物方遠心結構可以保證鏡頭在固定物距的情況下有較大的景深，鏡頭只有物方平行于主光軸的光線經過光學系統的折射后匯聚通過光闌，所以在光學結構上可以保證物距在9_范圍內的縱深都能成像且畸變小于0.05%。
[0031]在設計光學系統的時候，主要考慮應用于工業檢測中。在平衡像差的時候重點權衡了畸變和彌散圓直徑的參數。通過光學設計時控制整個鏡頭中心視場，邊緣視場以及邊緣視場0.77倍的視場三個視場光線經過鏡頭后匯聚在成像靶面的位置，可參考圖4(彌散圓分布圖)圖中表達了每個視場范圍的光線聚焦后的形態，考慮到不同波長的光線經過鏡頭折射后會發生色差、球差等光學像差，在優化時使用最小二乘法的方式計算藍光、紅光、綠光三色光波長的成像位置，通過不斷添加參數優化鏡片的曲率和間隔來控制三路光線的位置重合，保證最大的偏差小于ΙΟμπι.使得鏡頭最后的成像質量得到最大限度的優化，控制這個系統最后中心視場的彌散圓直徑小于I Oym。
[0032]參照圖3，該圖是光學仿真軟件ZEMAX自動生成的鏡頭傳函曲線圖，縱坐標表示鏡頭光強衰減百分比，橫坐標表示光能衰減截至頻率。該圖表示了整個鏡頭的成像效果，即光能在鏡頭內衰減的效果分布。一般用衰減30%處截至頻率的高低來衡量一個鏡頭成像質量的優劣，可以看到該鏡頭在30%處的截至頻率是801p/mm，已經比同類鏡頭30%處截止頻率651p/mm高很多。
[0033]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一鍵式測量雙遠心鏡頭，其特征在于，包括: 一機械組件，所述機械組件包括有前鏡組、中鏡組以及后鏡組，所述前鏡組、中鏡組以及后鏡組之間通過同軸螺紋連接； 一設置于機械組件內的光學組件，所述光學組件包括一內置于所述前鏡組的第一前置鏡片和第二前置鏡片，一內置于所述中鏡組的中組膠合片，以及一內置于所述后鏡組且依次排列的第一后組鏡片，第二后組鏡片以及第三后組鏡片；所述中組膠合片與所述第一后組鏡片之間還設置有光闌； 所述第一前置鏡片的中心厚度17.75-17.85mm，第二前置鏡片的中心厚度9.7-9.8mm，第三片膠合片的中心厚度8.45-8.55mm，第四片透鏡的中心厚度11.55-11.65mm，第五片透鏡的中心厚度9.15-9.25mm,第六片透鏡的中心厚度14.65-14.75mm。
【文檔編號】G02B13/22GK105954860SQ201610317660
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】于波, 劉佳
【申請人】西安遠心光學系統有限公司