CN109031627A - 大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头及成像方法，包括镜筒，镜筒内沿光线自左向右入射方向依次设置有前组A、光阑、后组B，前组A包括依次设置的正月牙型透镜A‑1、正月牙型透镜A‑2和正月牙型透镜A‑3密接的胶合组A，后组B包括依次设置的双凹透镜B‑1和双凸透镜B‑2密接的胶合组B、双凸透镜B‑3、双凸透镜B‑4和双凹透镜B‑5的胶合组C，本镜头结构紧凑，光圈大，400mm近摄距的清晰成像且畸变低于0.045%，像质可达500万高清级别。

Description

大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头及成像方法

技术领域

本发明涉及一种大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头及成像方法。

背景技术

随着机器视觉行业的发展，F2.4小光圈工业镜头已经不能完全满足工业行业的所以检测，越来越多的工业检测需要F1.4甚至更大光圈的镜头进行检测。另外，随着芯片行业的不断创新和升级，工业检测行业对像素提出更高要求，而成像效果的提升需要更大的光圈来满足，高性能、大通光、低畸变同时降低成本是行业趋势。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头及成像方法，其光圈值为F1.4。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头，包括镜筒，镜筒内沿光线自左向右入射方向依次设置有前组A、光阑、后组B，所述前组A包括依次设置的正月牙型透镜A-1、正月牙型透镜A-2和正月牙型透镜A-3密接的胶合组A，所述后组B包括依次设置的双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接的胶合组B、双凸透镜B-3、双凸透镜B-4和双凹透镜B-5的胶合组C。

进一步的，所述负月牙型透镜A-1和胶合组A之间的空气间隔为0.10mm，前组A与后组B之间的空气间隔为10.14mm，前组A与可变光阑C之间的空气间隔为3.98mm，可变光阑C与后组B间的空气间隔为6.16mm，胶合组B与双凸透镜B-3的空气间隔为0.10mm，双凸透镜B-3与胶合组C之间的空气间隔变化量1.18mm-6.61mm。

进一步的，所述镜筒于正月牙型透镜A-1前侧设置有前压圈，正月牙型透镜A-1与胶合组A之间设有隔圈A，胶合组B与双凸透镜B-3之间设有隔圈B，镜筒于胶合组C后侧设置有后压圈。

进一步的，镜头的光圈值F为1.4。

一种大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头的成像方法：光路顺序进入前组A、光阑以及后组B后进行成像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构紧凑，光圈大，400mm近摄距的清晰成像且畸变低于0.045%，像质可达500万高清级别。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为光学系统示意图；

图2为光学镜头机械结构示意图；

图3为该镜头的MTF曲线图；

图4为该镜头的畸变变化曲线图。

图中：

1-前组镜筒；2-聚焦环；3- M1.6*2锥端紧定螺钉；4- M1.6*1.5锥端紧定螺钉；5-聚焦转轮；6-主镜筒；7-光阑调节环；8-光阑导钉；9- M1.6*2锥端紧定螺钉；10-连接座；11-后压圈；12-双凹透镜B-5；13-双凸透镜B-4；14-双凸透镜B-3；15-双凸透镜B-2；16-镜片压圈；17-隔圈B；18-双凹透镜B-1；19-后组镜筒导钉；20-后组镜筒；21-光阑锁紧钉；22-光阑；23-聚焦转轮锁紧钉；24-正月牙型透镜A-3；25-正月牙型透镜A-2；26-隔圈A；27-正月牙型透镜A-1；28-前压圈；29-Sensor。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图2所示，一种大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头，包括镜筒，镜筒内沿光线自左向右入射方向依次设置有前组A、光阑、后组B，光阑为可变光阑，以实现镜头通光大小的变化和阻挡无效光线的进入，所述前组A包括依次设置的正月牙型透镜A-1、正月牙型透镜A-2和正月牙型透镜A-3密接的胶合组A，所述后组B包括依次设置的双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接的胶合组B、双凸透镜B-3、双凸透镜B-4和双凹透镜B-5的胶合组C。

在本次实施中，所述负月牙型透镜A-1和胶合组A之间的空气间隔为0.10mm，前组A与后组B之间的空气间隔为10.14mm，前组A与可变光阑C之间的空气间隔为3.98mm，可变光阑C与后组B间的空气间隔为6.16mm，胶合组B与双凸透镜B-3的空气间隔为0.10mm，双凸透镜B-3与胶合组C之间的空气间隔变化量1.18mm-6.61mm。

在本次实施中，所述镜筒于正月牙型透镜A-1前侧设置有前压圈，正月牙型透镜A-1与胶合组A之间设有隔圈A，胶合组B与双凸透镜B-3之间设有隔圈B，镜筒于胶合组C后侧设置有后压圈。

在本次实施中，镜头的光圈值F为1.4。

一种大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头的成像方法：光路顺序进入前组A、光阑以及后组B后进行成像。

在本实施例中，由上述镜片组构成的光学结构达到了以下光学指标：

焦距：f´=35mm；

近摄距：M.O.D=400mm；

畸变：≤0.045%；

相对孔径：D/f′=1/1.4；

视场角：2ω=22°；

分辨率：优于500万像素；

光路总长：∑≤62.6±0.1mm；

适用谱线范围：450nm～650nm；

镜头外形尺寸：φ40mm×53mm。

各镜片具体参数如下：

在本实施例中，镜头外形尺寸设计为φ40×53，其镜头前组部分采用了多头螺牙调焦结构，其中为了满足聚焦旋转角度的要求，还设计了角度限位槽加以限位，中间可变光阑调节机构利用嵌入式结构设计，将可变光阑与前组镜筒做成一体式的设计，能有效的减小前、后组之间的结构空间，从而减小了整体机械结构总长，其中为了满足光阑开合大小的可变性及开合角度要求，还设计了光阑摇柄及光阑角度限位槽，同时镜头后组部分采用U形限位滑块机构，有效的保证了镜头的光学作动行程，达到了机械结构设计要求。其机械结构设计中还包含了2个隔圈和3个压圈，有效的保证了前、后组镜片的空气间隔及镜片的固定，进一步保证了镜头的光学设计要求，加强了机械结构的稳定性。

本镜头各机械件结构设计如图1所示其功能如下：

前组镜筒：该机械件主要功能用于承载前组3片镜片，以及隔圈A和前压圈。前组镜筒整体式加工设计，保证了孔轴一次性加工的稳定性，其设计图纸加严了孔轴配合面及镜片承靠台阶同轴公差，从而准确保证了前组3片镜片的光路同轴度，有效的确保了镜头的成像品质。其设计隔圈A有效的保证了镜片之间的空气间隙，该隔圈加工时尖角处不倒角，将隔圈与镜片的的承靠处设计成平面接触，提高了镜片装配的同轴度，同时加强了装配的稳定性。其设计前压圈主要与前组镜筒配合，用于保证3片镜片及隔圈A的装配稳定性，以及起到拦截无效光线的作用，消除了对成像质量的影响。

后组镜筒：该机械件主要功能用于承载后组的前3片镜片，以及隔圈B和镜片压圈。同样为了保证镜片之间的通光和空气间隔，其设计了隔圈及镜片压圈与后组镜筒配合，用于保证镜片装配的同轴度和装配的稳定性，以达到消除无效光线及镜片松动。

可变光阑：为了能有效的减小前、后组之间的结构空间，又能满足光阑开合大小的可变性及开合角度要求，利用嵌入式结构设计，将光阑与前组镜筒做成一体式的设计，并用光阑导钉锁附在可变光阑摇柄上。为了实现光阑开合的可变性，在光阑调节环上设计了导槽结构，从而顺、逆时针旋转光阑调节环来带动光阑导钉与可变光阑摇柄联动，控制光阑开合来满足不同光照条件下的使用环境。同时为了光阑开合能满足光学设计要求，在前组镜筒与可变光阑连接处开一定角度的槽来限制光阑开口，以避免光阑开合的极限使用。

连接座：为了实现半组移动的调焦方式，设计了连接座用于承载后组的后2片镜片。该连接座与镜片、后压圈及外螺纹的接触面，设计了精确的垂直度与同轴度用以保证镜片装配的稳定性，使其与镜片配合紧密,保证镜片光轴的一致性。此外该连接座设计了1-32UNF的螺纹接口方式，满足市面上主流工业相机的使用。连接座用3颗M1.6*2锥端紧定螺钉固定在主镜筒上面，从而实现了半组移动的调焦方式。

聚焦转轮：为了实现镜头拍摄物距的可调性，在镜头前组部分设计了多头螺牙微调焦结构，聚焦转轮内牙采用左旋多头牙螺纹结构、外牙采用单牙螺纹进行配合传动，其设计具有微调焦、多头螺牙配合更加稳定等优点。其功能实现在于：聚焦转轮的内、外螺纹牙分别与后组镜筒外螺纹牙和主镜筒内螺纹牙相连，聚焦转轮的驱动通3颗M1.6*2锥端紧定螺钉与聚焦环连接形成联动。又因前组镜筒与后组镜筒通过螺纹连接并用2颗M1.6*1.5锥端紧定螺钉进行固定形成一体式联动结构，所以通过顺、逆时针旋转2聚焦环来带动5聚焦转轮顺逆时针转动，通过多头螺牙的配合，从而带动前组镜筒与后组镜筒联动，做远离或靠近焦平面的运动，从而实现镜头拍摄物距的调节。

主镜筒：为了防止前组镜筒与后组镜筒联动时整个光路发生沿光轴旋转运动，在主镜筒侧壁上设计了两个U形限位滑块机构，并用2颗后组镜筒导钉锁附在后组镜筒上，从而来限制后组镜筒沿光轴旋转。

聚焦环：为了满足光学设计的调焦范围，分别在聚焦环和主镜筒上设计了限位槽和限位块，来保证镜头的调焦范围。为了保证调焦机构的精度，在装配聚焦环和聚焦转轮时，需对聚焦环与后组镜筒的多头螺牙配合进行手感调试。

标字设计：为了满足工业检测行业，不同物距及不同光圈大小的要求，在主镜筒表面标示了聚焦环调节时不同调焦位置所对应的物距，同时为了更清晰直观的看到光圈大小的变化，也标注出了不同光圈位置对应的相对孔径值，并且在聚焦环和光阑调节环表面镭射了小白点做定位使用，在不同的应用场景下将聚焦环和光阑调节环调节到所需位置，并通过聚焦转轮锁紧钉和光阑锁紧钉将其聚焦转轮和光阑调节环固定住，以达到使用目的。

在本实施例中，选择高折射率、低色散的光学材料，准确地校正了光学镜头的各种象差，并设计了F1.4大光圈，更大的提升了成像效果，使此款镜头的中心及边缘视场都具有高分辨率，使镜头的MTF值在150lp/mm≥0.35（如图3），使镜头分辨率高达500万，以达到工业检测行业大通光、高像素要求。

在本实施例中，其光学设计采用半组移动的调焦方式，并将光学畸变控制在最小范围内，近摄距可达400mm、畸变小于0.045%（如图4），以达到工业检测行业低畸变要求。

在本实施例中，光学调焦采用了半组移动的调焦方式，实现400mm近摄距的清晰成像且畸变低于0.045%，该镜头像质可达500万高清级别，可与500万像素高分辨率的CCD或者CMOS适配，该镜头主要用于卡口、物流扫码等各类工业检测的应用。

在本实施例中，其可变光阑调节机构利用嵌入式结构设计与前组镜筒配合巧妙的做成一体式配合，有效的减小前、后组之间的空间，从而减小了镜头整体结构尺寸，使镜头结构紧凑，美观、小巧。

在本实施例中，、F1.4大通光设计能匹配各芯片企业最新芯片，并对工业检测行业的趋势和发展起到了导向作用。

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 (5)

1.一种大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于：包括镜筒，镜筒内沿光线自左向右入射方向依次设置有前组A、光阑、后组B，所述前组A包括依次设置的正月牙型透镜A-1、正月牙型透镜A-2和正月牙型透镜A-3密接的胶合组A，所述后组B包括依次设置的双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接的胶合组B、双凸透镜B-3、双凸透镜B-4和双凹透镜B-5的胶合组C。

2.根据权利要求1所述的大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述负月牙型透镜A-1和胶合组A之间的空气间隔为0.10mm，前组A与后组B之间的空气间隔为10.14mm，前组A与可变光阑C之间的空气间隔为3.98mm，可变光阑C与后组B间的空气间隔为6.16mm，胶合组B与双凸透镜B-3的空气间隔为0.10mm，双凸透镜B-3与胶合组C之间的空气间隔变化量1.18mm-6.61mm。

3.根据权利要求1所述的大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述镜筒于正月牙型透镜A-1前侧设置有前压圈，正月牙型透镜A-1与胶合组A之间设有隔圈A，胶合组B与双凸透镜B-3之间设有隔圈B，镜筒于胶合组C后侧设置有后压圈。

4.根据权利要求1所述的大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于：镜头的光圈值F为1.4。

5.一种大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头的成像方法，其特征在于,包括如权利要求1-4任意一项所述的大光圈35mm焦距高清低畸变工业用镜头,包含以下步骤：光路顺序进入前组A、光阑以及后组B后进行成像。