[发明专利]一种光学镜头

说明书

一种光学镜头，沿光轴从物侧到像侧依次包括具有正光焦度的第一镜片、和第二镜片、第三镜片、第四镜片、具有负光焦度的第五镜片、具有正光焦度的第六镜片和第七镜片、具有负光焦度的第八镜片和第九镜片、具有正光焦度的第十镜片、具有正光焦度的第十一镜片和第十二镜片、具有负光焦度的第十三镜片和第十四镜片、具有正光焦度的第十五镜片和第十六镜片。其中，第四镜片与第五镜片胶合，第七镜片与第八镜片胶合，第九镜片与第十镜片胶合，十二镜片与第十三镜片胶合。第八镜片与第九镜片之间，配置有系统的孔径光阑STP。在成像面IMG，配置有CCD和CMOS等的固体摄像元件的光接收面。

技术领域

本发明涉及一种超大靶面、超高分别率、零畸变、超大光圈的工业镜头。

背景技术

伴随着加工制造业开始向高精尖的方向转型，机器视觉的市场也得到了前所未有的开拓。简单地说，机器视觉系统就是用机器来代替人眼：在不适合人工作业的危险环境或人眼生理极限难以满足要求的场合，机器视觉就可以发挥作用；在大批量生产中，人工视觉检查效率低下且精度不高，机器视觉能极大地提高生产效率与自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，在生产线上对产品进行快速地测量、引导、检测、识别和定位，形成一条高质量的生产链系统。时至今日，机器视觉已经成为计算机学科的重要分支。

机器视觉系统的眼睛就是工业相机，相机的眼瞳便是镜头，可以说镜头的质量直接决定了系统的整体性能。根据对应传感器架构的不同，又分为线扫描镜头和面扫描镜头。由于线扫描相机具有高传输速率、超高分辨率、大动态范围、高灵敏度的天然优势，因而对于连续高速运动、高精度检测、大幅面视场的工业检测项目，线扫描相机是必然的选择。

线阵传感器的感光部是一段狭长的线型区域，对应镜头的成像靶面会达到数英寸之大，常规的工业镜头有效像圆过小，根本无法满足使用需求；不同于一般的摄影镜头，工业检测对于画面中心与周边的像质差异、明暗变化、畸变有着苛刻的要求，为了保证性能的优良，镜头往往只能在体积与长度上妥协，因而镜头安装要预留很大的空间。因为作业环境的差异和检测对象的不同，过于庞大的镜头难以在各种检测场合下兼容使用；随着很多精密制造业的兴起，诸多工业检测的要求都达到了几微米的数量级，市面上已有的工业镜头，其最小分辨率大都在10微米以上，已经不再适用；同时，为了得到精细的画面与锐利的拍摄效果，要求镜头的光圈尽可能做大，但是长焦段的线扫描工业镜头光圈普遍较小。

专利公开文献P2011-107313A该专利中介绍了一款小型化的工业镜头，但是其像高过小，无法适用于大靶面的线扫描工业相机。

总体上，现有技术具有如下缺点：

1.镜头超大靶面与小体积难以实现。由于线阵传感器的像素点是以一列或几列的线型排列，同时为了保证单颗像素的进光量充足，像素点往往较大，这使得感光区域非常狭长。传统的大靶面成像常常使用数个相机拍摄，获取图像后再进行拼接与合成，但这一过程带来的巨大计算量，在要求越来越严格的实时监测中已经成为硬伤。越来越多的工业检测开始寻求一款具有超大靶面的工业成像镜头。受限于现有的加工和组装工艺，数英寸的有效圆径会使得镜头的设计难度呈几何式增长，不得不使用大量的镜片堆叠与及其复杂的机构，众多的镜片会造成镜头体积增大，过大的累积公差也会降低镜头的组装良率和效率。如何在较短的体积内，用简单的结构实现大靶面是该款镜头的一大技术难点。

2.过多使用非球面镜片。近年来，晶圆阵面、电路集成等工艺都已经达到了1μm的数量级，必须要求检测镜头的分辨率也达到这一水准。为了保证生产中被测物体的中心与边缘都能被清晰地捕捉到，要求镜头必须实现无畸变、中心与周边的性能没有明显差异，周边光量无明显变化。普通的工业镜头常通过使用非球面镜片来实现上述要求，非球面的使用可以有效提升成像质量、平衡画面中心与周边的性能差异。而在镜头前端约束光线的面型上使用非球面，可以大大约束成像变形量，达到无畸变的效果。但是非球面具有高敏感度的特性决定了精密的工业镜头中，难以使用非球面镜片。采用纯球面镜片的结构实现上述需求成为该镜头设计的关键。