CN102890333B - 高分辨率全组移动工业用摄像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高分辨率全组移动工业用摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设置有前组A、可变光栏C以及后组B，所述前组A依次设置有负月牙透镜A-1、双凸透镜A-2以及由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接的第一胶合组，所述后组B依次设置有由正月牙透镜B-1和负月牙透镜B-2密接的第二胶合组、负月牙透镜B-3以及由双凸透镜B-4和平凹透镜B-5密接的第三胶合组。本发明具有分辨率高、靶面大、畸变低、近摄距小等特点，可以与高清晰度的CCD或CMOS摄像机适配，实现高清晰度视频摄像，同时可实现0.3m近摄距的清晰成像，且畸变低于1%。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分辨率全组移动工业用摄像镜头。
背景技术
科学技术的不断完善、社会各界安全意识的不断提高，推动着安防市场的迅猛发展。随着先进的视频压缩编码技术不断成熟，基于IP的网络传输的飞速发展，市场上已推出了一系列三百万、五百万甚至更高像素的高清摄像机。随着百万级像素高分辨率CCD、CMOS图像传感器的不断完善，光电视频监控网络化也越来越普遍，视频摄像系统的性能已由以往对外界景物纯粹的“观看”到现今的“识别和认知”，又由于网络传输和数码变焦的过程中存在视频的清晰度（即分辨率）下降的缺点，而人们对图像解析度的要求却越来越高，要求有更高分辨率的镜头。如图1结构型式的摄像镜头在视频摄像领域已应用了10多年了，它的性能指标低，尤其是在图像清晰度方面它只能与20~30万像素的标清CCD或CMOS摄像机适配，只能适应监控领域“看”的需要，这样的分辨率已经远远满足不了现在高清摄像机的要求。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种分辨率更高的高分辨率全组移动工业用摄像镜头，为视频摄像系统提供一种光学指标高、光学靶面大、分辨率高于五百万像素的高清镜头，可以与16：9制式2／3″高清晰度的摄像机配套使用，使视频摄像系统能够实现对景物在高光动态变化范围环境的高清晰度摄像的要求，且几乎没有畸变。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高分辨率全组移动工业用摄像镜头， 所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设置有前组A、可变光栏C以及后组B，所述前组A依次设置有负月牙透镜A-1、双凸透镜A-2以及由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接的第一胶合组，所述后组B依次设置有由正月牙透镜B-1和负月牙透镜B-2密接的第二胶合组、负月牙透镜B-3以及由双凸透镜B-4和平凹透镜B-5密接的第三胶合组。
在上述技术方案中，所述后组B在传统三片式结构的原型上把第一片和第三片镜片改为双胶合透镜组，以分担后组B的光焦度，提高了镜头的相对孔径；利用胶合组正负镜片的折射率和色散的差异，校正镜头的像差，使镜头分辨率高达500万、畸变小于1%。
与现有技术相比，本发明具有以下优点。
（1）通过计算机辅助光学设计和优化，完善地校正了光学镜头的各种像差，且合理选配前、后两组九片镜片的光学玻璃材料，选用高折射率、低色散的光学玻璃材料（如H-FK61光学材料），使镜头的MTF值在150lp/mm，使镜头的分辨率高达500万像素，能适应现有的工业用高清晰度视频摄像的要求。
（2）在该反远距型的光学结构中合理分配了前组和后组的光焦度，在后组中把三片式结构的第一片和第三片镜片改为双胶合透镜组，使镜头达到相对孔径大、结构长度短的性能指标。
（3）该光学系统通过设计优化，近摄距可达0.3m，相对于普通的长焦镜头可以在更近的物距上实现清晰成像，这也是工业镜头的一大优点，且畸变在1%以下，满足工业用镜头畸变小的要求。
（4）在结构设计上保证了镜头的精度、同心度和轴向移动位置的精确，又尽量使镜头的结构紧凑、美观；同时考虑了镜头参数的直观性，可对相对孔径和调焦位置做明确的标示。设计了不同的隔圈和压圈来保证镜片间的空气间隔及固定镜片，从而完美实现镜头像质、畸变等各方面性能；同时考虑到镜头的实用性，采用了前端微“调焦”结构，避免了镜头的极限使用。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1为现有普通镜头的光路图。
图2为本发明实施例的光路图。
图3为本发明实施例的结构图。
图中：A-前组，B-后组，C-可变光栏，A-1、B-2、B-3-负月牙透镜，A-2、A-3、B-4-双凸透镜，A-4-双凹透镜，B-1-正月牙透镜，B-5-平凹透镜，1-前组镜筒，2-前压圈，3-第一隔圈，4-调焦环，5-锥端顶丝，6-第二隔圈，7-调距座，8-过渡件，9-光栏卡环，10-光栏调节环，11-光栏拨钉，12-连接座顶丝，13-连接座，14-转向限位片，15-沉头钉，16-第四隔圈，17-后压圈，18-平凹透镜B-5，19-双凸透镜B-4，20-负月牙透镜B-3，21-负月牙透镜B-2，22-正月牙透镜B-1，23-第三隔圈，24-后组镜筒，25-光栏铆钉，26-双凹透镜A-4，27-光栏动环，28-光栏锁紧钉，29-双凸透镜A-3，30-过渡件锁紧钉，31-双凸透镜A-2，32-负月牙透镜A-1。
具体实施方式
如图2所示，本发明的光路设计如下：一种高分辨率全组移动工业用摄像镜头， 所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设置有前组A、可变光栏C以及后组B，所述前组A依次设置有负月牙透镜A-1、双凸透镜A-2以及由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接的第一胶合组，所述后组B依次设置有由正月牙透镜B-1和负月牙透镜B-2密接的第二胶合组、负月牙透镜B-3以及由双凸透镜B-4和平凹透镜B-5密接的第三胶合组。
在本实施例中，所述前组A与后组B之间的空气间隔为8.231mm，所述前组A与可变光栏C之间的空气间隔为1.308mm，所述可变光栏C与后组B之间的空气间隔为6.923mm；所述前组A中的负月牙透镜A-1与双凸透镜A-2之间的空气间隔为9.148mm，所述双凸透镜A-2与第一胶合组之间的空气间隔为3.130mm；所述后组B中的第二胶合组与负月牙透镜B-3之间的空气间隔为0.100mm，所述负月牙型透镜B-3和第三胶合组之间的空气间隔为0.100mm。
在本实施例中，该高分辨率全组移动工业用摄像镜头实现了以下技术指标：（1）焦距：f′=25mm；（2）相对孔径：D/f′=1/1.8；（3）视场角：2ω=27.88°；（4）分辨率：优于500万像素；（5）光路总长∑≤56.5mm；（6）适用谱线范围：400nm~700nm。
由于500万像素高分辨率镜头是对空气间隔及结构配合各方面非常敏感的，故其对产品的机械结构设计也有相当高的要求。本发明的机械结构设计除了确切地保证各配合零部件的同轴度和自身零部件的尺寸，还对各配合组件之间的配合公差也做了严格的控制。
如图3所示，本发明的机械结构设计如下：所述前组A安装在前组镜筒1内，由同一机床加工的前组镜筒11可有效保证同心度，从而与前组A的镜片配合保证前组光路的同轴度；所述前组镜筒1前端内安装有压住负月牙透镜A-1的前压圈2，保证前组镜片的装配稳定性，且拦截杂散光，消除其对镜头成像质量的影响；所述负月牙透镜A-1与双凸透镜A-2之间设有第一隔圈3，所述双凸透镜A-2与双凸透镜A-3之间设有第二隔圈6，保证各镜片之间的通光和空气距离。所述后组B安装在后组镜筒24内，所述后组镜筒24后端内安装有压住平凹透镜B-5的后压圈17，保证后组镜片的装配稳定性，防止镜片松动或者掉出来；所述负月牙透镜B-2与负月牙透镜B-3之间设有第三隔圈23，所述负月牙透镜B-3与双凸透镜B-4之间设有第四隔圈16，保证各镜片之间的空气间隔。所述前组镜筒1与后组镜筒24通过螺纹连接成一起联动的结构。
为实现光圈调节的功能，所述后组镜筒24设有用于可变光栏C的调节光圈调节机构，所述可变光栏C为中间固定有6片光栏片的光栏动环27，所述光栏片经光栏铆钉25连接至后组镜筒24上，所述光圈调节机构包括将光栏动环27固定在后组镜筒24上的光栏卡环9、光栏调节环10以及连接光栏动环27和光栏调节环10的光栏拨钉11，所述后组镜筒24内开设有一定角度的槽以控制光栏开口的大小，以满足不同光照条件下的使用环境。
为了实现镜头近距离到∞可调，所述后组镜筒24设有微调焦机构，其采用多头牙螺纹与左旋细牙螺纹相互配合传动，具有调焦快速、灵活、空回小的优点，具体结构如下：所述微调焦机构包括调距座7和调焦环4，所述调焦环4经3个锥端顶丝5与调距座7配合连接，所述调距座7外侧连接有过渡件8，所述调距座7分别经正反牙螺纹与后组镜筒24和过渡件8相连接，所述过渡件8经过渡件锁紧钉30固定在调距座7上，所述光栏调节环10经光栏锁紧钉28固定在过渡件8上。在外力转动调焦环4时带动调距座7朝一个方向转动，此时与其正反牙连接的过渡件8和后组镜筒24分别朝相反的方向运动。
为了防止整个光路发生沿着光轴的旋转运动，所述过渡件8和后组镜筒24之间设有转向限位片14以改变后组镜筒24运动的方向，所述转向限位片14经沉头钉15固定于后组镜筒24上。又因后组镜筒24与前组镜筒1通过螺纹连接成一起联动的结构，故在调节调焦环4时带动了整组结构做远离或者靠近焦平面的运动，从而实现了调焦的功能。调焦范围主要是依赖调焦环4和过渡件8之间的插销和插槽限制来保证调焦范围。在微调焦机构中，为了保证调焦的精度及镜头在调焦过程中的同心度，设计时要求调距座7与过渡件8和后组镜筒24之间的螺纹配合要通过研磨操作。
考虑到工业镜头的实用性，为了更直观地标示出近摄距到无穷远的变化过程，通过精确的技术在过渡件8上面标示出了不同位置所对应的焦距，同时也标注出来不同光圈位置对应的相对孔径值，在调焦环4和光栏调节环10上面都做了相应的定位点，以便于查看。
为了便于镜头与摄像机对接，所述过渡件8连接有连接座13，所述连接座13经3个连接座顶丝12固定在过渡件8上，从而也限定了过渡件8的运动，这样在调焦过程中实现了只有整组光路在变化来达到像质的清晰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种高分辨率全组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设置有前组A、可变光栏C以及后组B，所述前组A依次设置有负月牙透镜A-1、双凸透镜A-2以及由双凸透镜A-3和双凹透镜A-4密接的第一胶合组，所述后组B依次设置有由正月牙透镜B-1和负月牙透镜B-2密接的第二胶合组、负月牙透镜B-3以及由双凸透镜B-4和平凹透镜B-5密接的第三胶合组；所述前组A安装在前组镜筒内，所述前组镜筒前端内安装有压住负月牙透镜A-1的前压圈，所述负月牙透镜A-1与双凸透镜A-2之间设有第一隔圈，所述双凸透镜A-2与双凸透镜A-3之间设有第二隔圈；所述后组B安装在后组镜筒内，所述后组镜筒后端内安装有压住平凹透镜B-5的后压圈，所述负月牙透镜B-2与负月牙透镜B-3之间设有第三隔圈，所述负月牙透镜B-3与双凸透镜B-4之间设有第四隔圈；所述前组镜筒与后组镜筒相螺接。
2.根据权利要求1所述的高分辨率全组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述前组A与后组B之间的空气间隔为8.231mm，所述前组A与可变光栏C之间的空气间隔为1.308mm，所述可变光栏C与后组B之间的空气间隔为6.923mm。
3.根据权利要求1或2所述的高分辨率全组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述前组A中的负月牙透镜A-1与双凸透镜A-2之间的空气间隔为9.148mm，所述双凸透镜A-2与第一胶合组之间的空气间隔为3.130mm。
4.根据权利要求1或2所述的高分辨率全组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述后组B中的第二胶合组与负月牙透镜B-3之间的空气间隔为0.100mm，所述负月牙型透镜B-3和第三胶合组之间的空气间隔为0.100mm。
5.根据权利要求1所述的高分辨率全组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述后组镜筒设有用于可变光栏C的调节光圈调节机构，所述可变光栏C为中间固定有若干片光栏片的光栏动环，所述光栏片经光栏铆钉连接至后组镜筒上，所述光圈调节机构包括将光栏动环固定在后组镜筒上的光栏卡环、光栏调节环以及连接光栏动环和光栏调节环的光栏拨钉，所述后组镜筒内开设有控制光栏开口大小的槽。
6.根据权利要求5所述的高分辨率全组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述后组镜筒设有微调焦机构，所述微调焦机构包括调距座和调焦环，所述调焦环经若干个锥端顶丝与调距座配合连接，所述调距座外侧连接有过渡件，所述调距座分别经正反牙螺纹与后组镜筒和过渡件相连接，所述过渡件经过渡件锁紧钉固定在调距座上，所述光栏调节环经光栏锁紧钉固定在过渡件上。
7.根据权利要求6所述的高分辨率全组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述过渡件和后组镜筒之间设有转向限位片，所述转向限位片经沉头钉固定于后组镜筒上。
8.根据权利要求6所述的高分辨率全组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述过渡件连接有连接座，所述连接座经若干个连接座顶丝固定在过渡件上。
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