本实用新型涉及一种适用于工业测量的大靶面测量镜头。
背景技术：
电子、机械、材料等产品在制造生产过程中，产品质量的自动化检测越来越广泛，测量镜头是检测系统的核心部件，为保证测量系统的精度和效率，要求镜头的靶面大、畸变小、像质高，尤其在产品尺寸检测中，要求成像对工件的高度位置不敏感。
传统机器视觉镜头支持的成像距离都在0.2m以上，根据物像距成像关系，难以用在精密的测量系统中，且机器视觉镜头支持的靶面都在2/3英寸以下。文献“可变焦距机器视觉镜头光学系统设计”（应用光学，第36卷第2期，2015年）提供了一款变焦的机器视觉镜头，探测器靶面为1/3英寸，成像距离为在0.29m以上，虽然变焦方式方便调整成像视场和分辨率，但很难近距离成像，且由于不满足物方远心，测量时使用此类镜头会带来误差。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种短距离成像的高分辨率测量镜头，该镜头具有低畸变、物方远心、大靶面、高分辨率、小体积等特点，特别适用于工业测量领域。
本实用新型采用的技术方案为：提供一种大靶面测量镜头，按光线入射方向，依次包括集光镜和成像镜组，所述的成像镜组包括成像镜前组和成像镜后组，光阑置于成像镜组的中心；成像镜前组和成像镜后组分别由相等数量的若干片透镜组成，相对于光阑对称分布的各透镜的形状相同，所述透镜为球面或非球面，透镜的曲率中心与光阑同侧；成像镜前组和成像镜后组中，靠近光阑两侧的两片透镜分别为厚弯月透镜，所述的厚弯月透镜其靠近光阑一面的表面曲率与另一面的曲率之比小于1；其余透镜为薄弯月透镜，所述薄弯月透镜其靠近光阑一面的表面曲率与另一面的曲率之比大于4。
在本实用新型技术方案中，镜头前端采用集光镜用于收集物面不同位置的出射光线，小F数成像时可采用多个透镜作为集光镜组，大F数成像时可用单片透镜。除了收集光能，集光镜还有一个重要的功能就是实现镜头物方远心，使物面不同位置的主光线平行于镜头中心光轴。光线经集光镜收集后入射到由多个透镜近对称分布的镜片组上，即成像镜组。在成像镜组的中心设置有光阑，靠近光阑两侧的两个镜片为厚弯月透镜，两个厚弯月透镜的两侧分别为薄弯月透镜，可根据成像需要在两侧继续对称增加透镜。该成像镜组所有的面曲率中心都与光阑同侧。成像镜组校正像差，并把光线重新聚焦到靶面，由此进行成像。根据实际需要更改镜组焦距可以对物面进行放大或缩小成像。通过改变光阑可限制进入靶面光能的大小。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1.镜头前部的聚焦镜可实现物方远心和短距离成像，可避免测量过程中物件不平整对测量尺寸精度的影响，并能同时测量不同深度的物件尺寸。
2. 本实用新型采用短距离的物方远心测量镜头，成像镜组透镜的近似对称结构能在超过1英寸靶面的探测上成像，保证了大靶面的实现，并能降低横向像差，畸变可控制在0.5%以下。根据实际需要，可通过增加成像镜组的镜片数量进一步降低畸变和像差，提高测量镜头的分辨能力。
3.本实用新型提供的测量镜头的镜片可采用球面或非球面，镜片采用两种玻璃材料，在保证镜头成像性能的同时，使镜片易于加工实现，降低成本。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种大靶面测量镜头的结构示意图；
图中，1.聚光镜；2.成像镜前组的第一镜片；3.成像镜前组的第二镜片；4.成像镜后组的第一镜片；5.成像镜前组的第二镜片；6.光阑；7.成像镜组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体阐明本实用新型的技术方案。
参见附图1，它是本实施例提供的一种大靶面测量镜头的结构示意图；测量镜头包括聚光镜1和成像镜组7，沿光线入射方向，依次为聚光镜1，成像镜前组的第一镜片2和第二镜片3，成像镜后组的第一镜片4和第二镜片5，以及处于镜片3和4中间的光阑6，相对于光阑位置对称分布的成像镜组的各透镜的形状相同。
本实施例提供的测量镜头的镜片全部采用球面，镜片采用两种玻璃材料，成像镜组前半部或后半部分别采用火石和冕牌玻璃材料，在保证镜头成像性能的同时，使镜片易于加工实现，降低成本。物距可根据物面和像面共轭成像位置进行适当调整。由于镜头前部的聚焦镜可实现物方远心，由此可以避免测量过程中物件不平整对测量尺寸精度的影响，并能同时测量不同深度的物件尺寸。成像镜组各透镜的形状相对于光阑呈对称分布，该结构保证了大靶面的实现，降低横向像差，畸变可控制在0.5%以下。根据实际需要，可通过增加成像镜组的镜片数量进一步降低畸变和像差。镜头边缘相对照度在70%以上。
本实施例提供的大靶面测量镜头，以光入射方向的顺序依次给出各镜片参数如表1所示。
表1
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