[00374286]一种用于机器视觉检测的大视场无CaF2超消色差镜头

课题来源与背景：机器视觉检测是现代工业常用的检测技术，其集合了光学、精密仪器制造、控制、计算机图像处理等多门学科。近年来，随着中国工业集成化、智能化程度的提升，对机器视觉检测镜头的成像质量的要求也在不断提高。传统的机器视觉检测镜头都无法做到在大视场情况下的复消色差或超消色差设计。轴向色差的存在严重限制了镜头成像质量的提高。超消色差的原理是对5个波长的光线在0.707带校正色差，这极大地提高了镜头的成像质量，与传统的机器视觉检测镜头相比，在相同使用条件下，超消色差镜头成像更加清晰，分辨率更高。技术原理与性能指标：该实用新型专利目的在于克服现有机器视觉检测镜头无法实现大视场条件下的高分辨率超消色差的要求，提供一种用于机器视觉检测的大视场无CaF<,2>超消色差镜头，该超消色差镜头符合大视场、高分辨率、低畸变、高像质要求。实现该发明专利目的的技术方案：一种用于机器视觉检测的大视场无CaF<,2>超消色差镜头，由透镜及光阑面组成，所述透镜及光阑面包括从物面到像面依次排列的前组、中间组及后组；所述前组与中间组间的距离为21.1698±0.5mm，所述中间组与后组间的距离为14.1420±0.1mm；所述前组具有视场转换功能，包括顺序排列的第一正透镜、第二正透镜和第一负透镜；所述中间组具有高分辨率功能，包括顺序排列的第三正透镜、第二负透镜、第四正透镜、第三负透镜和第五正透镜；所述后组具有补偿轴向色差功能，包括第四负透镜和第六正透镜。所述正透镜均具有正折射能力。所述透镜表面可以为球面也可以为非球面。所述第二正透镜与第一负透镜组成一第一双胶合透镜，第二负透镜与第四正透镜组成一第二双胶合透镜，第四负透镜与第六正透镜组成一第三双胶合透镜，双胶合透镜具有较大光焦度。所述后组还包括第五负透镜，所述第五负透镜置于第五正透镜与第四负透镜之间。所述中间组还包括一光阑面，所述光阑面置于第四正透镜与第三负透镜之间。所述镜头的物方视场为60mm×60mm，像方视场8mm×8mm，全视场像方成像分辨率达到280cycles/mm，物方分辨率为10.7μm。该镜头的工作距离为240mm，焦距f’=80mm，相对孔径D/f’=0.325,物方视场角2ω=14.25°；镜头畸变小，畸变值小于0.1%，且镜头内的透镜均不含CaF<,2>材料。所述镜头实现超消色差的波段范围为0.4μm-0.7μm。所述镜头实现超消色差的波长为0.436μm、0.474μm、0.520μm、0.575μm和0.680μm五种波长，残余位置色差值＜3.62E-4。所述镜头在可见光光谱范围内，任意两条及以上波长的光线在0.707带残余位置色差值|δ’λ1-δ’λ2|<5.62E-4。取得的研究结果（特别说明主要科学发现、创新之处和已解决的关键技术问题，并有具体内容和必要的数据）。在高分辨率先进光学成像理论的研究中，课题组重点研究了复消色差光学成像理论和双远心机器视觉物镜像差理论，以及这两种光学系统的设计方法。通过对光学玻璃的三级色差理论分析，总结了复消色差成像所需要的光学玻璃折射率-色散系数的关系；用Buchedul色散矢量理论建立玻璃色散矢量模型，在模型中可以方便快速找到适合于复消色差成像的玻璃组合。该技术主要解决了超消色差成像光学玻璃的选择问题，对实现超消色差成像设计具有决定性意义。该研究的科学意义和应用前景：学术界的反映和引用对高分辨率先进光学成像理论的研究，可以使课题组获得超消色差成像和双远心成像的规律，有利于指导后续的研究和设计工作。该理论基础是今后继续开发高质量成像系统和器件的理论保障，为该课题组后续的研究工作打下了良好基础。