[发明专利]一种低畸变工业投影镜头

说明书

本发明公开了一种低畸变工业投影镜头，属于光电投影技术领域，该低畸变工业投影镜头包括光阑、具有正光焦度的透镜和具有负光焦度的透镜，其中透镜均为球面透镜，沿着光轴从投影侧至显示芯片侧依次分布有第一至第九球面透镜，其中光阑位于第三球面透镜和第四球面透镜之间；该投影镜头的工作距离为0‑300mm、工作波长为444‑465nm、F/#＝2.3‑2.5，这种低畸变工业投影镜头具有高分辨率、小像差、且畸变小于0.02％的优点，因此可以实现高精度的工业测量。

技术领域

本发明属于光电投影技术领域，具体涉及一种低畸变工业投影镜头。

背景技术

随着机器视觉技术的逐步发展，对于很多更具挑战的测量检测等应用，传统意义的2D平面相机已经无法解决了，3D相机是一种高度集成化的可进行在线实时三维重建、检测的微小型机器视觉系统。将图像的采集、处理、设备控制与通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案，采用3D相机进行物体识别，场景建模等，开创了越来越多的可能性，未来数年，由于工业4.0的影响以及自动化领域的进步，3D技术将变得更为重要。3D结构光相机是基于结构光测量法的非接触式测量仪器，主要实现方式为投影设备对被测物体投射带有编码信息的结构光，用摄像装置记录下结构光图像序列，利用特定的算法，得出被测物体的三维数据，而投影镜头是3D结构光相机的重要组成部分，投影畸变对3D重构的精度影响极大，对于测量尤其关键。

投影镜头畸变是光学透镜固有的透视失真的总称，是由于凸透镜会聚光线、凹透镜发散光线这一固有特性造成的，无法消除，但可以通过优化设计、优选镜片材质等进行改善，对镜片进行组合设计、设计焦距等可以将投影镜头的畸变降低，从而提高投影成像的真实度。

市面上投影镜头主要用于消费级投影应用，畸变都在1％左右，同时投影的镜头尺寸较大，镜片也是以塑料件为主，易发热，投影图案精度不稳定，近些年随着3D结构光相机的发展，传统的投影镜头已经不能满足高精度测量及检测等工业需要，需要设计出低畸变小像差高分辨率的镜头才能满足高精度测量及检测的需求。

中国发明专利CN108227150A(一种高分辨率低畸变微型投影镜头)中，设计了一种高分辨率低畸变的投影镜头，该镜头包括发散镜组和会聚镜组两部分镜组，其中发散镜组包括第一至第四透镜，会聚镜组包括第五至第九透镜，该投影镜头通过设计光焦度和焦距、选择镜片的材质为玻璃、镜头的长度和口径等，得到了分辨率高达1001p/mm、系统畸变低至0.14％的结构紧凑、且生产成本低的投影镜头。

中国发明专利CN109100857A(一种低F数低畸变全高清投影镜头)公开了一种投影镜头，从左至右一次包括第一负弯月透镜、双凹透镜、第一凸透镜、第二凸透镜、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、第三凸透镜、第一正弯月透镜，该透镜的焦距为9.5-9.5mm，F数介于1.6-1.8之间，DMD芯片调制的投影光束依次通过所述透镜组件并在投影面上成像，该透镜以光阑为界，负组镜片在前，正组镜片在后，在镜头负透镜组和正透镜组分别使用一片非球面镜片，双非球面镜片设计使低F数的同时保证MTF保持较高的数值，因此这种方法设计得到的投影镜头具有低畸变的特点，畸变小于0.11％。该镜头的结构简单，采用光学玻璃制成，生产成本低，且投影效果好。

然而上述两件专利设计得到的投影镜头畸变仍然较高，在0.1％以上，较高的畸变会导致投影后的成像真实度低，不能满足一些精度要求更高、真实度要求更高的精密器件的测量。

发明内容

本发明欲解决的技术问题是现有技术中用于工业测量的投影镜头具有畸变高、分辨率低、像差大等技术问题。