一种变焦机器视觉镜头的制作方法

1.本发明涉及机器视觉镜头技术领域，具体涉及一种变焦机器视觉镜头。


背景技术：

2.机器视觉是指用机器代替人眼来做测量和判断。视觉镜头捕捉图像，通过工业相机等图像摄取装置，将被摄取目标转换成图像信号，然后通过图像处理系统，对这些信号进行运算并抽取目标特征，如位置、尺寸和外观等，再根据预设条件输出结果，实现自动识别、判断和测量等功能。
3.随着工业自动化的发展，检测目标逐渐复杂化，要求机器视觉镜头能够满足不同工作距下，对不同尺寸的目标进行拍摄。
4.国内外市场中现存机器视觉镜头都只有单一焦距，无法对不同尺寸目标进行不同比例的缩放，造成可观察物体的尺寸单一、可用工作距离范围小等缺陷，因此研发具有一定变焦范围，实现不同目标的缩放成为迫切需求。
5.同时，受载机载荷的限制，要求机器视觉结构紧凑、体积小和重量轻，因此变焦机器视觉镜头的小型化设计至关重要，现有的变焦机器视觉镜头至少具有五组透镜组结构，该结构无法满足现在对变焦机器视觉镜头需要的小型化和便利化的需求。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供的一种变焦机器视觉镜头，该镜头在满足放大倍率可调的同时，具有畸变小、解像力高、满足高像素和大靶面感光器使用，满足现在对变焦机器视觉镜头小型化和便利化的需求。
7.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
8.本发明提供一种变焦机器视觉镜头，包括：从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一透镜组和第二透镜组，所述第一透镜组具有负光焦度，所述第二透镜组具有正光焦度，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间设有空气间隔，沿着光轴调节所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的空气间隔能够达到倍率变化进行变焦。
9.本发明提供的一种变焦机器视觉镜头，该镜头在满足放大倍率可调的同时，具有畸变小、解像力高、满足高像素和大靶面感光器使用，满足现在对变焦机器视觉镜头小型化和便利化的需求。
10.作为优选技术方案，所述变焦机器视觉镜头满足以下条件式：
[0011][0012]
其中，上式中f1为第一透镜组的焦距，fw为该变焦镜头在广角端的系统焦距，f
t
为该变焦镜头在望远端的系统焦距。
[0013]
作为优选技术方案，所述第一透镜组包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一光学元件、第二光学元件和第三光学元件，所述第一光学元件具有负光焦度，所述第二光学元件具有正光焦度，所述第三光学元件具有负光焦度。
[0014]
作为优选技术方案，所述第一透镜组满足如下条件式：
[0015]
0≤fa×
fc/fb≤0.5
[0016]
其中，上式中fa为第一光学元件的焦距、fb为第二光学元件的焦距，fc为第三光学元件的焦距。
[0017]
作为优选技术方案，所述第二透镜组满足如下条件式：
[0018][0019]
其中，上式中β
t
为第二透镜组在望远端的横向倍率和βw为第二透镜组在广角端的横向倍率。
[0020]
作为优选技术方案，所述第二光学元件为胶合透镜。
[0021]
作为优选技术方案，所述第二光学元件包括：负透镜，所述负透镜满足如下条件式：
[0022]
nd≤1.55，vd≥60
[0023]
其中，上式中nd为所述负透镜的d线折射率，vd为所述负透镜的阿贝数。
[0024]
作为优选技术方案，所述第一光学元件通过两组凸面朝向物面侧的弯月形透镜组成。
[0025]
作为优选技术方案，从无穷远物体向近距离物体对焦时，所述第一透镜组沿着光轴向物面侧移动。
[0026]
作为优选技术方案，包括：从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一透镜组、第二透镜组、保护玻璃和像面ima。
[0027]
本发明提供的一种变焦机器视觉镜头，该镜头在满足放大倍率可调的同时，具有畸变小、解像力高、满足高像素和大靶面感光器使用，满足现在对变焦机器视觉镜头小型化和便利化的需求。
附图说明
[0028]
图1为实施例1提供的变焦机器视觉镜头的结构图；
[0029]
图2为实施例1提供的变焦机器视觉镜头的广角端处的像差图；
[0030]
图3为实施例1提供的变焦机器视觉镜头的中间焦距位置处的像差图；
[0031]
图4为实施例1提供的变焦机器视觉镜头的望远端处的像差图；
[0032]
图5为实施例2提供的变焦机器视觉镜头的结构图；
[0033]
图6为实施例2提供的变焦机器视觉镜头的广角端处的像差图；
[0034]
图7为实施例2提供的变焦机器视觉镜头的中间焦距位置处的像差图；
[0035]
图8为实施例2提供的变焦机器视觉镜头的望远端处的像差图；
[0036]
图9为实施例3提供的变焦机器视觉镜头的结构图；
[0037]
图10为实施例3提供的变焦机器视觉镜头的广角端处的像差图；
[0038]
图11为实施例3提供的变焦机器视觉镜头的中间焦距位置处的像差图；
[0039]
图12为实施例3提供的变焦机器视觉镜头的望远端处的像差图；
[0040]
1-第一透镜组；2-第二透镜组；3-第一光学元件；4-第二光学元件；5-第三光学元件；6-第四光学元件；7-第五光学元件；8-第六光学元件；9-第七光学元件；10-保护玻璃；
11-像面ima；12-光阑；13-第八光学元件；14-第九光学元件；15-第十光学元件。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
[0042]
可以理解，本发明是通过一些实施例达到本发明的目的。
[0043]
实施例1
[0044]
如图1所示，本发明提供的变焦机器视觉镜头，包括：从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一透镜组1、第二透镜组2、保护玻璃10和像面ima11，所述第一透镜组1具有负光焦度，所述第二透镜组2具有正光焦度，所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间设有空气间隔，沿着光轴调节所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间的空气间隔距离能够达到倍率变化进行变焦，所述第二透镜组2沿着光轴朝着物面侧或像面侧移动，所述第一透镜组1沿着光轴朝着物面侧或像面侧移动，改变空气间隔距离能够达到倍率变化进行变焦；从无穷远物体向近距离物体对焦时，所述第二透镜组2的位置不变，所述第一透镜组1沿着光轴向物面侧移动；所述变焦机器视觉镜头的为0.99，满足以下条件式：0.8≤其中，上式中f1为第一透镜组1的焦距，fw为该变焦镜头在广角端的系统焦距，f
t
为该变焦镜头在望远端的系统焦距；所述第一透镜组1包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一光学元件3、第二光学元件4和第三光学元件5，所述第一光学元件3具有负光焦度，所述第二光学元件4具有正光焦度，所述第三光学元件5具有负光焦度；所述第一透镜组1的fa×
fc/fb为0.19，满足如下条件式：0≤fa×
fc/fb≤0.5；其中，上式中fa为第一光学元件3的焦距，fb为第二光学元件4的焦距，fc为第三光学元件5的焦距；所述第一光学元件通过凸面朝向物面侧的弯月形透镜l11和凸面朝向物面侧的弯月形透镜l12组成；所述第二透镜组2的为2.37，满足如下条件式：其中，上式中β
t
为第二透镜组2在望远端的横向倍率和βw为第二透镜组2在广角端的横向倍率；所述第二光学元件4为胶合透镜；所述第二透镜组2包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第四光学元件6、光阑12、第五光学元件7、第六光学元件8、第七光学元件9、保护玻璃10和像面ima11；该镜头在满足放大倍率可调的同时，具有畸变小，解像力高，满足高像素、大靶面感光器使用，满足现在对变焦机器视觉镜头小型化和便利化的需求。
[0045]
本发明提供一种变焦机器视觉镜头，包括：从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一透镜组1和第二透镜组2，所述第一光学元件通过凸面朝向物面侧的弯月形第一光学元件l11和凸面朝向物面侧的弯月形第一光学元件l12组成，所述第一透镜组1具有负光焦度，所述第二透镜组2具有正光焦度，通过第一透镜组1和第二透镜组2采用负正两群的光学结构，通过改变第一透镜组1和第二透镜组2之间的空气间隔距离能够达到倍率变化，实现变焦功能；这样能够使得该镜头在满足变焦的同时实现机械结构简单，成像质量高、畸变变化小，满足机器视觉的需求；
[0046]
所述变焦机器视觉镜头的为0.99，满足条件式(1)：为0.99，满足条件式(1)：其中，上式中f1为第一透镜组1的焦距，fw为该变焦镜头在广角端的系统焦距，f
t
为该变焦镜头在望远端的系统焦距；其中，条件式(1)中fw×ft
表示该变焦镜头
在中间焦距位置时系统焦距(以下，简称之为“中间焦距”)的平方；条件式(1)是指定第一透镜组1的焦距和中间焦距之比的平方；若则会导致第一透镜组1的焦距过长，因而光学总长度变大，难以实现该变焦镜头的小型化，并非最优解；若超过条件式则会导致第一透镜组1的焦距过短，造成畸变过大，无法通过第二透镜组2进行校正，并非最优解；因此，所述变焦机器视觉镜头满足条件式(1)时，能够减小光学总长度，抑制广角端到望远端的畸变变化量，导致在整个变焦区域实现性能更高、更小型的变焦镜头，是最优解；
[0047]
所述第一透镜组1包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一光学元件3、第二光学元件4和第三光学元件5，所述第一光学元件3具有负光焦度，所述第二光学元件4具有正光焦度，所述第三光学元件5具有负光焦度，通过第一透镜组1的结构设置，不仅能够保证第一透镜组1具有负光焦度，更能通过第二光学元件4具有正光焦度校正群内各像差，这样使得该变焦机器视觉镜头在具有变焦的同时，实现高质量成像，满足高像素、大靶面需求；
[0048]
所述第一透镜组1的fa×
fc/fb为0.19，满足如下条件式(2)：0≤fa×
fc/fb≤0.5其中，上式中fa为第一光学元件3的焦距，fb为第二光学元件4的焦距，fc为第三光学元件5的焦距；条件式(2)规定了第一透镜组1中具有负光焦度的第一光学元件3和具有负光焦度的第三光学元件5的焦距乘积与具有正光焦度的第二光学元件4焦距之间的比值范围，若fa×
fc/fb≤0，则第二光学元件4则不具备正光焦度，无法对像差进行校正，则变焦范围内成像性能下降，并非最优解；若fa×
fc/fb≥0.5则第二光学元件4的光焦度过大，对像散、场曲和畸变的校正过大，造成第一透镜组1的像差失衡、变焦范围内成像性能下降，并非最优解。
[0049]
所述第二透镜组2的为2.37，满足如下条件式(3)：
[0050][0051]
其中，上式中β
t
为第二透镜组2在望远端的横向倍率和βw为第二透镜组在广角端的横向倍率；
[0052]
若时，则横向倍率变化过大，造成群组的感度过高，组装良率下降，并非最优解；
[0053]
若则横向倍率变化过小，移动距离过长，不利于镜头的小型化，并非最优解；因此，所述第二透镜组2满足如下条件式(3)：优解；因此，所述第二透镜组2满足如下条件式(3)：不仅提高了变焦机器视觉镜头的变焦范围内成像性能和组装良率，更有利于镜头的小型化，是最优解；
[0054]
通过合理设定第一透镜组1中具有正光焦度的第二光学元件4为胶合透镜，这样能够有效控制第一透镜组1内部色差校正，满足变焦的同时将光学系统的位置色差和倍率色差控制在一定的范围内，实现高质量成像，实施例1提供的变焦机器视觉镜头的实验数据见下表1；
[0055]
表1实施例1提供的变焦机器视觉镜头的实验数据
[0056][0057][0058]
所述第二光学元件4包括：负透镜，从表1我们能够观察到，所述负透镜nd为1.5115，nd满足如下条件式(4)：
[0059]
nd≤1.55
ꢀꢀꢀ
(4)
[0060]
其中，上式中nd表示所述负透镜的d线折射率；条件式(4)规定了负透镜的折射率；若nd＞1.55时，则负透镜的光焦度过大，倍率色差向负方向移动，造成倍率色差的校正过大，周边成像性能低下，并非最优解；所述负透镜满足如下条件式(4)：nd≤1.55，提高了负透镜周边成像性能，是最优解；从表1我们能够观察到，所述负透镜υd为76.5，满足如下条件式(5)：
[0061]
υd≥60
ꢀꢀꢀ
(5)
[0062]
其中，上式中υd表示为所述负透镜的阿贝数；条件式(5)规定了负透镜的阿贝数；若υd＜60时，则负透镜材料的色散过大，造成位置色差的校正过剩，中心成像性能低下，并非最优解；所述负透镜满足如下条件式(5)：υd≥60，提高了负透镜中心成像性能，是最优解；实施例1提供的变焦机器视觉镜头的变焦数据见下表2；
[0063]
表2实施例1提供的变焦机器视觉镜头的变焦数据
[0064][0065][0066]
从表2中我们能够观察到变焦机器视觉镜头达到倍率变化实现变焦，在满足焦距可变的同时，实现宽工作距、高成像质量成像。
[0067]
另外，图2、图3和图4分别表示该实施例1提供的变焦机器视觉镜头的广角端、中间焦距位置、望远端的无限远对焦时的纵像差图。在各图所示的纵像差图中，面向附图从左侧起依次分别是球面像差(mm)、像散(mm)、畸变像差(％)。在表示球面像差的图中，纵轴表示与开放f值之间的比例，横轴表示散焦，实线为d线(波长λ＝587.56nm)的球面像差，虚线为c线(波长λ＝656.28nm)的球面像差，点划线为g线(波长λ＝435.84nm)的球面像差。在表示像散的图中，纵轴表示半视场角，横轴表示散焦，实线表示相对于d线的弧矢像面(ds)，虚线表示相对于d线的子午像面(dm)。在表示畸变像差的图中，纵轴表示半视场角，横轴表示％，并且示出了畸变像差。与这些纵像差图相关的事项，在其他的实施例所示的纵像差图中也同样，因此以下省略说明。
[0068]
从图2、图3和图4我们能够观察到实施例1提供变焦机器视觉镜头的成像质量较好。
[0069]
实施例1提供的变焦机器视觉镜头，沿着光轴调节所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间的空气间隔距离能够达到倍率变化进行变焦，在满足焦距可变的同时，实现宽工作距、高成像质量成像，满足机器视觉镜头的小型化和便利性的需求。
[0070]
实施例2
[0071]
如图5所示，本发明提供一种变焦机器视觉镜头，包括：从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一透镜组1、第二透镜组2、保护玻璃10和像面ima11，所述第一透镜组1具有负光焦度，所述第二透镜组2具有正光焦度，所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间设有空气间隔，沿着光轴调节所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间的空气间隔距离能够达到倍率变化进行变焦，所述第二透镜组沿着光轴朝着物面侧或像面侧移动，所述第一透镜组沿着光轴朝着物面侧或像面侧移动，改变空气间隔距离能够达到倍率变化进行变焦；从无穷远物体向近距离物体对焦时，所述第二透镜组2的位置不变，所述第一透镜组1沿着光轴向物面侧移动；所述变焦机器视觉镜头的为0.83，满足以下条件式：为0.83，满足以下条件式：其中，上式中f1为第一透镜组1的焦距，fw为该变焦镜头在广角端的系统焦距，f
t
为该变焦镜头在望远端的系统焦距；所述第一透镜组1包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一光学元件3、第二光学元件4和第三光学元件5，所述第一光学元件3具有负光焦度，所述第二光学元件4具有正光焦度，所述第三光学元件5具有负光焦度；所述第一透镜组1的fa×
fc/fb为0.47，满足如下条件式：0≤fa×
fc/fb≤0.5；其中，上式中fa为第一光学元件3的焦距，fb为第二光学元件4的焦距，fc为第三光学元件5的焦距；所述第一光学元
件通过凸面朝向物面侧的弯月形透镜l11和凸面朝向物面侧的弯月形透镜l12组成；所述第二透镜组2的为2.59，满足如下条件式：其中，上式中β
t
为第二透镜组2在望远端的横向倍率和βw为第二透镜组2在广角端的横向倍率；所述第二光学元件4为胶合透镜；所述第二透镜组2包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第四光学元件6、光阑12、第五光学元件7、第六光学元件8、第七光学元件9、第八光学元件13、第九光学元件14、保护玻璃10和像面ima11；该镜头在满足放大倍率可调的同时，具有畸变小，解像力高，满足高像素、大靶面感光器使用，满足现在对变焦机器视觉镜头小型化和便利化的需求。
[0072]
本发明提供一种变焦机器视觉镜头，包括：从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一透镜组1和第二透镜组2，所述第一透镜组1具有负光焦度，所述第二透镜组2具有正光焦度，通过第一透镜组1和第二透镜组2采用负正两群的光学结构，通过改变第一透镜组1和第二透镜组2之间的空气间隔距离能够达到倍率变化，实现变焦功能；这样能够使得该镜头在满足变焦的同时实现机械结构简单，成像质量高、畸变变化小，满足机器视觉的需求；
[0073]
所述变焦机器视觉镜头的为0.83，满足条件式(1)：为0.83，满足条件式(1)：其中，上式中f1为第一透镜组1的焦距，fw为该变焦镜头在广角端的系统焦距，f
t
为该变焦镜头在望远端的系统焦距；，其中，条件式(1)中fw×ft
表示该变焦镜头在中间焦距位置时系统焦距(以下，简称之为“中间焦距”)的平方；条件式(1)是指定第一透镜组1的焦距和中间焦距之比的平方；若则会导致第一透镜组1的焦距过长，因而光学总长度变大，难以实现该变焦镜头的小型化，并非最优解；若超过条件式则会导致第一透镜组1的焦距过短，造成畸变过大，无法通过第二透镜组2进行校正，并非最优解；因此，所述变焦机器视觉镜头满足条件式(1)时，能够减小光学总长度，抑制广角端到望远端的畸变变化量，导致在整个变焦区域实现性能更高、更小型的变焦镜头，是最优解；
[0074]
所述第一透镜组1包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一光学元件3、第二光学元件4和第三光学元件5，所述第一光学元件通过凸面朝向物面侧的弯月形第一光学元件l11和凸面朝向物面侧的弯月形第一光学元件l12组成，所述第一光学元件3具有负光焦度，所述第二光学元件4具有正光焦度，第三光学元件5具有负光焦度，通过第一透镜组1的结构设置，不仅能够保证第一透镜组1具有负光焦度，更能通过第二光学元件4具有正光焦度校正群内各像差，这样使得该变焦机器视觉镜头在具有变焦的同时，实现高质量成像，满足高像素、大靶面需求；
[0075]
所述第一透镜组1的fa×
fc/fb为0.47，满足如下条件式(2)：0≤fa×
fc/fb≤0.5其中，上式中fa为第一光学元件3的焦距，fb为第二光学元件4的焦距，fc为第三光学元件5的焦距；条件式(2)规定了第一透镜组1中具有负光焦度的第一光学元件3和具有负光焦度的第三光学元件5的焦距乘积与具有正光焦度的第二光学元件4焦距之间的比值范围，若fa×
fc/fb≤0，则第二光学元件4则不具备正光焦度，无法对像差进行校正，则变焦范围内成像性能下降，并非最优解；若fa×
fc/fb≥0.5则第二光学元件4的光焦度过大，对像散、场曲和畸变的校正过大，造成第一透镜组1的像差失衡、变焦范围内成像性能下降，并非最优解；
[0076]
所述第二透镜组2的为2.59，满足如下条件式(3)：
[0077][0078]
其中，上式中β
t
为第二透镜组2在望远端的横向倍率和βw为第二透镜组在广角端的横向倍率；
[0079]
若时，则横向倍率变化过大，造成群组的感度过高，组装良率下降，并非最优解；
[0080]
若则横向倍率变化过小，移动距离过长，不利于镜头的小型化，并非最优解；因此，所述第二透镜组2满足如下条件式(3)：优解；因此，所述第二透镜组2满足如下条件式(3)：不仅提高了变焦机器视觉镜头的变焦范围内成像性能和组装良率，更有利于镜头的小型化，是最优解；
[0081]
通过合理设定第一透镜组1中具有正光焦度的第二光学元件4为胶合透镜，这样能够有效控制第一透镜组1内部色差校正，满足变焦的同时将光学系统的位置色差和倍率色差控制在一定的范围内，实现高质量成像，实施例1提供的变焦机器视觉镜头的实验数据见下表3；
[0082]
表3实施例2提供的变焦机器视觉镜头的实验数据
[0083]
[0084][0085]
所述第二光学元件4包括：负透镜，从表3我们能够观察到，所述负透镜nd为1.5216，nd满足如下条件式(4)：
[0086]
nd≤1.55
ꢀꢀꢀ
(4)
[0087]
其中，上式中nd表示所述负透镜的d线折射率；条件式(4)规定了负透镜的折射率；若nd＞1.55时，则负透镜的光焦度过大，倍率色差向负方向移动，造成倍率色差的校正过大，周边成像性能低下，并非最优解；所述负透镜满足如下条件式(4)：nd≤1.55，提高了负透镜周边成像性能，是最优解；从表3我们能够观察到，所述负透镜的υd为61.59，满足如下条件式(5)：
[0088]
υd≥60
ꢀꢀꢀ
(5)
[0089]
其中，上式中υd表示为所述负透镜的阿贝数；条件式(5)规定了负透镜的阿贝数；若υd＜60时，则负透镜材料的色散过大，造成位置色差的校正过剩，中心成像性能低下，并非最优解；所述负透镜满足如下条件式(5)：υd≥60，提高了负透镜中心成像性能，是最优解；实施例1提供的变焦机器视觉镜头的变焦数据见下表2；
[0090]
表4实施例2提供的变焦机器视觉镜头的变焦数据
[0091][0092][0093]
从表4中我们能够观察到变焦机器视觉镜头达到倍率变化实现变焦，在满足焦距可变的同时，实现宽工作距、高成像质量成像。
[0094]
从图6、图7和图8我们能够观察到实施例2提供变焦机器视觉镜头成像质量较好。
[0095]
实施例2提供的变焦机器视觉镜头，沿着光轴调节所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间的空气间隔距离能够达到倍率变化进行变焦，在满足焦距可变的同时，实现宽工作距、高成像质量成像，满足机器视觉镜头的小型化和便利性的需求。
[0096]
实施例3
[0097]
如图9所示，本发明提供一种变焦机器视觉镜头，包括：从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一透镜组1、第二透镜组2、保护玻璃10和像面ima11，所述第一透镜组1具有负光焦度，所述第二透镜组2具有正光焦度，所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间设有空气间隔，沿着光轴调节所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间的空气间隔距离能够达到倍率变化进行变焦，所述第二透镜组沿着光轴朝着物面侧或像面侧移动，所述第一透镜组
沿着光轴朝着物面侧或像面侧移动，改变空气间隔距离能够达到倍率变化进行变焦；从无穷远物体向近距离物体对焦时，所述第二透镜组2的位置不变，所述第一透镜组1沿着光轴向物面侧移动；所述变焦机器视觉镜头的为0.97，满足以下条件式：为0.97，满足以下条件式：其中，上式中f1为第一透镜组1的焦距，fw为该变焦镜头在广角端的系统焦距，f
t
为该变焦镜头在望远端的系统焦距；所述第一透镜组1包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一光学元件3、第二光学元件4和第三光学元件5，所述第一光学元件3具有负光焦度，所述第二光学元件4具有正光焦度，所述第三光学元件5具有负光焦度；所述第一透镜组1的fa×
fc/fb为0.08，满足如下条件式：0≤fa×
fc/fb≤0.5；其中，上式中fa为第一光学元件3的焦距，fb为第二光学元件4的焦距，fc为第三光学元件5的焦距；所述第一光学元件通过凸面朝向物面侧的弯月形透镜l11和凸面朝向物面侧的弯月形透镜l12组成；所述第二透镜组2的为2.24，满足如下条件式：其中，上式中β
t
为第二透镜组2在望远端的横向倍率和βw为第二透镜组2在广角端的横向倍率；所述第二光学元件4为胶合透镜；所述第二透镜组2包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第四光学元件6、光阑12、第五光学元件7、第六光学元件8、第七光学元件9、第八光学元件13、第九光学元件14、第十光学元件15、保护玻璃10和像面ima11；该镜头在满足放大倍率可调的同时，具有畸变小，解像力高，满足高像素、大靶面感光器使用，满足现在对变焦机器视觉镜头小型化和便利化的需求。
[0098]
本发明提供一种变焦机器视觉镜头，包括：从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一透镜组1和第二透镜组2，所述第一透镜组1具有负光焦度，所述第二透镜组2具有正光焦度，通过第一透镜组1和第二透镜组2采用负正两群的光学结构，通过改变第一透镜组1和第二透镜组2之间的空气间隔距离能够达到倍率变化，实现变焦功能；这样能够使得该镜头在满足变焦的同时实现机械结构简单，成像质量高、畸变变化小，满足机器视觉的需求；
[0099]
所述变焦机器视觉镜头的为0.97，满足条件式(1)：为0.97，满足条件式(1)：其中，上式中f1为第一透镜组1的焦距，fw为该变焦镜头在广角端的系统焦距，f
t
为该变焦镜头在望远端的系统焦距；其中，条件式(1)中fw×ft
表示该变焦镜头在中间焦距位置时系统焦距(以下，简称之为“中间焦距”)的平方；条件式(1)是指定第一透镜组1的焦距和中间焦距之比的平方；若则会导致第一透镜组1的焦距过长，因而光学总长度变大，难以实现该变焦镜头的小型化，并非最优解；若超过条件式则会导致第一透镜组1的焦距过短，造成畸变过大，无法通过第二透镜组2进行校正，并非最优解；因此，所述变焦机器视觉镜头满足条件式(1)时，能够减小光学总长度，抑制广角端到望远端的畸变变化量，导致在整个变焦区域实现性能更高、更小型的变焦镜头，是最优解；
[0100]
所述第一透镜组1包括从物面侧到像面侧沿着光轴依次设有第一光学元件3、第二光学元件4和第三光学元件5，所述第一光学元件3通过凸面朝向物面侧的弯月形第一光学元件l11和凸面朝向物面侧的弯月形第一光学元件l12组成，所述第一光学元件3具有负光焦度，所述第二光学元件4具有正光焦度，第三光学元件5具有负光焦度，通过第一透镜组1
的结构设置，不仅能够保证第一透镜组1具有负光焦度，更能通过第二光学元件4具有正光焦度校正群内各像差，这样使得该变焦机器视觉镜头在具有变焦的同时，实现高质量成像，满足高像素、大靶面需求；
[0101]
所述第一透镜组1的fa×
fc/fb为0.08，满足如下条件式(2)：0≤fa×
fc/fb≤0.5其中，上式中fa为第一光学元件3的焦距，fb为第二光学元件4的焦距，fc为第三光学元件5的焦距；条件式(2)规定了第一透镜组1中具有负光焦度的第一光学元件3和具有负光焦度的第三光学元件5的焦距乘积与具有正光焦度的第二光学元件4焦距之间的比值范围，若fa×
fc/fb≤0，则第二光学元件4则不具备正光焦度，无法对像差进行校正，则变焦范围内成像性能下降，并非最优解；若fa×
fc/fb≥0.5则第二光学元件4的光焦度过大，对像散、场曲和畸变的校正过大，造成第一透镜组1的像差失衡、变焦范围内成像性能下降，并非最优解；
[0102]
所述第二透镜组2的为2.24，满足如下条件式(3)：
[0103][0104]
其中，上式中β
t
为第二透镜组2在望远端的横向倍率和βw为第二透镜组在广角端的横向倍率；
[0105]
若时，则横向倍率变化过大，造成群组的感度过高，组装良率下降，并非最优解；
[0106]
若则横向倍率变化过小，移动距离过长，不利于镜头的小型化，并非最优解；因此，所述第二透镜组2满足如下条件式(3)：解；因此，所述第二透镜组2满足如下条件式(3)：不仅提高了变焦机器视觉镜头的变焦范围内成像性能和组装良率，更有利于镜头的小型化，是最优解；
[0107]
通过合理设定第一透镜组1中具有正光焦度的第二光学元件4为胶合透镜，这样能够有效控制第一透镜组1内部色差校正，满足变焦的同时将光学系统的位置色差和倍率色差控制在一定的范围内，实现高质量成像，实施例3提供的变焦机器视觉镜头的实验数据见下表5；
[0108]
表5实施例3提供的变焦机器视觉镜头的实验数据
[0109][0110]
所述第二光学元件4包括：负透镜，从表5我们能够观察到，所述负透镜nd为1.4985，nd满足如下条件式(4)：
[0111]
nd≤1.55
ꢀꢀꢀ
(4)
[0112]
其中，上式中nd表示所述负透镜的d线折射率；条件式(4)规定了负透镜的折射率；若nd＞1.55时，则负透镜的光焦度过大，倍率色差向负方向移动，造成倍率色差的校正过大，周边成像性能低下，并非最优解；所述负透镜满足如下条件式(4)：nd≤1.55，提高了负透镜周边成像性能，是最优解；所述负透镜υd为81.59，满足如下条件式(5)：
[0113]
υd≥60
ꢀꢀꢀ
(5)
[0114]
其中，上式中υd表示为所述负透镜的阿贝数；条件式(5)规定了负透镜的阿贝数；若υd＜60时，则负透镜材料的色散过大，造成位置色差的校正过剩，中心成像性能低下，并非最优解；所述负透镜满足如下条件式(5)：υd≥60，提高了负透镜中心成像性能，是最优解；实施例3提供的变焦机器视觉镜头的变焦数据见下表6；
[0115]
表6实施例3提供的变焦机器视觉镜头的变焦数据
[0116][0117]
从表6中我们能够观察到变焦机器视觉镜头达到倍率变化实现变焦，在满足焦距可变的同时，实现宽工作距、高成像质量成像。
[0118]
从图10、图11和图12我们能够观察到实施例3提供变焦机器视觉镜头成像质量较好。
[0119]
实施例3提供的变焦机器视觉镜头，沿着光轴调节所述第一透镜组1与所述第二透镜组2之间的空气间隔距离能够达到倍率变化进行变焦，在满足焦距可变的同时，实现宽工作距、高成像质量成像，满足机器视觉镜头的小型化和便利性的需求。
[0120]
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。