CN109270660B - 1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头及调焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头及调焦方法，1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头：所述镜头的光学系统沿光线自左向右方向依次设有光焦度为负的前组A、光阑、光焦度为正的后组B；所述前组A依次设有正月牙型透镜A‑1、正月牙型透镜A‑2和负月牙型透镜A‑3密接的第一胶合组；所述后组B依次设有双凹透镜B‑1和双凸透镜B‑2密接的第二胶合组、正月牙型透镜B‑3、负月牙型透镜B‑4、正月牙型透镜B‑5，本镜头光学指标高、低畸变、大靶面、实现了250mm近摄距的高清成像且畸变小于0.07%，成像像质可达1200万高清级别，可与1200万像素高分辨率工业相机适配。

Description

1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头及调焦方法

技术领域

本发明涉及一种1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头及调焦方法。

背景技术

随着机械制造业的不断发展，大型机械检测设备精度要求越来越高，市面上千万级像素的CCD、CMOS图像传感器更是不断涌现，对其镜头的像素和畸变要求也越来越高。因此为满足大型工业检测行业高精度的检测要求，光学指标高、低畸变、大靶面、千万级像素的高清分辨率的工业用镜头，已成为了大型工业检测行业的标配。

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1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头及调焦方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头：所述镜头的光学系统沿光线自左向右方向依次设有光焦度为负的前组A、光阑、光焦度为正的后组B；所述前组A依次设有正月牙型透镜A-1、正月牙型透镜A-2和负月牙型透镜A-3密接的第一胶合组；所述后组B依次设有双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接的第二胶合组、正月牙型透镜B-3、负月牙型透镜B-4、正月牙型透镜B-5。

进一步的，所述前组A中正月牙型透镜A-1与第一胶合组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0.04mm，前组A与光阑之间的空气间隔为3.34mm，光阑与后组B之间的空气间隔为6.70mm，所述后组B中第二胶合组B与正月牙型透镜B-3之间的空气间隔为0.10mm，正月牙型透镜B-3与负正月牙型透镜B-4之间的空气间隔变化量为1.43mm-11.55mm，负月牙型透镜B-4与正月牙型透镜B-5之间的空气间隔为5.24mm。

进一步的，镜头的光学系统设置在镜筒内。

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与第一胶合组之间设有隔圈A，第二胶合组与正月牙型透镜B-3之间设有隔圈B，负月牙型透镜B-3后侧设置有镜片压圈，负月牙型透镜B-4与正月牙型透镜B-5之间设有隔圈C，正月牙型透镜B-5后侧设置有后压圈。

进一步的，所述镜筒包括主镜筒，所述主镜筒的前内部设有前组镜筒、后内部设有后组镜筒，所述前组A设置在筒内部，所述后组B的前三片镜片设置在后组镜筒内部，所述后组镜筒后侧设有连接座，所述后组B的的其余镜片设置在连接座内部，连接座后端的轴部设置有螺纹接口，连接座侧面设置有螺纹通孔，连接座与主镜筒通过锥端紧定螺钉固连为一体，所述前组镜筒与后组镜筒之间经锥端紧定螺钉螺接为一体；所述连接座的前端内孔与主镜筒的后端外周相互套设并经锥端紧定螺钉固连为一体，所述光阑与后组镜筒固连为一体，所述主镜筒外周设有光阑调节环，光阑调节环经光阑导钉与光阑的摇柄配合，以达到光圈开合作动；所述后组镜筒前端外周设有外螺纹并与聚焦转轮的内螺纹螺接，聚焦转轮的外周经锥端紧定螺钉固连有聚焦环，后组镜筒后端外周固连有后组镜筒导钉，主镜筒上设有与后组镜筒导钉配合的直导槽，主镜筒上径向螺接有用于顶紧聚焦转轮的聚焦转轮锁紧钉。

一种1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头的调焦方法：通过顺、逆时针旋转调节聚焦环带动聚焦转轮联动，带动聚焦转轮的内螺纹与后组镜筒前端外周的外螺纹进行配合传动，通过后组镜筒导钉和后组镜筒一体式锁附，在主镜筒两侧直导槽的作用下，使前组镜筒、后组镜筒联动并作直线运动，实现聚焦功能，同时配备了聚焦转轮锁紧钉，用于固定聚焦位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：光学指标高、低畸变、大靶面、实现了250mm近摄距的高清成像且畸变小于0.07%，成像像质可达1200万高清级别，可与1200万像素高分辨率工业相机适配。

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为光学镜头机械结构示意图；

图2为光学系统示意图；

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*1.5锥端紧定螺钉；4-M1.6*1.5锥端紧定螺钉；5-后组镜筒；6-聚焦转轮；7-主镜筒；8-光阑导钉；9-光阑调节环；10-M1.6*2锥端紧定螺钉；11-连接座；12-隔圈C；13-后压圈；14-正月牙型透镜B-5；15-负月牙型透镜B-4；16-正月牙型透镜B-3；17-双凸透镜B-2；18-镜片压圈；19-隔圈B；20-双凹透镜B-1；21-后组镜筒导钉；22-光阑锁紧钉；23-光阑；24-聚焦转轮锁紧钉；25-负月牙型透镜A-3；26-正月牙型透镜A-2；27-隔圈A；28-前压圈；29-正月牙型透镜A-1；30-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1-4所示，一种1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头：所述镜头的光学系统沿光线自左向右方向依次设有光焦度为负的前组A、光阑、光焦度为正的后组B；所述前组A依次设有正月牙型透镜A-1、正月牙型透镜A-2和负月牙型透镜A-3密接的第一胶合组；所述后组B依次设有双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接的第二胶合组、正月牙型透镜B-3、负月牙型透镜B-4、正月牙型透镜B-5。

在本实施例中，所述前组A中正月牙型透镜A-1与第一胶合组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0.04mm，前组A与光阑之间的空气间隔为3.34mm，光阑与后组B之间的空气间隔为6.70mm，所述后组B中第二胶合组B与正月牙型透镜B-3之间的空气间隔为0.10mm，正月牙型透镜B-3与负月牙型透镜B-4之间的空气间隔变化量为1.43mm-11.55mm，负月牙型透镜B-4与正月牙型透镜B-5之间的空气间隔为5.24mm。

在本实施例中，各镜片的参数如下表所示：

在本实施例中，镜头的光学系统设置在镜筒内。

在本实施例中，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与第一胶合组之间设有隔圈A，第二胶合组与正月牙型透镜B-3之间设有隔圈B，正月牙型透镜B-3后侧设置有镜片压圈，负月牙型透镜B-4与正月牙型透镜B-5之间设有隔圈C，正月牙型透镜B-5后侧设置有后压圈。

在本实施例中，所述镜筒包括主镜筒，所述主镜筒的前内部设有前组镜筒、后内部设有后组镜筒，所述前组A设置在筒内部，所述后组B的前三片镜片设置在后组镜筒内部，所述后组镜筒后侧设有连接座，所述后组B的的其余镜片设置在连接座内部，连接座后端的轴部设置有螺纹接口，连接座侧面设置有螺纹通孔，连接座与主镜筒通过锥端紧定螺钉固连为一体，所述前组镜筒与后组镜筒之间经锥端紧定螺钉螺接为一体；所述连接座的前端内孔与主镜筒的后端外周相互套设并经锥端紧定螺钉固连为一体，所述光阑与后组镜筒固连为一体，所述主镜筒外周设有光阑调节环，光阑调节环经光阑导钉与光阑的摇柄配合，以达到光圈开合作动；所述后组镜筒前端外周设有外螺纹并与聚焦转轮的内螺纹螺接，聚焦转轮的外周经锥端紧定螺钉固连有聚焦环，后组镜筒后端外周固连有后组镜筒导钉，主镜筒上设有与后组镜筒导钉配合的直导槽，主镜筒上径向螺接有用于顶紧聚焦转轮的聚焦转轮锁紧钉。

本发明光学镜头机械结构各部件其功能如下：

前组镜筒：该机械件主要用于承载前组3片镜片，以及隔圈A和前压圈。前组镜筒各镜片承靠面一体式的加工设计保证了前组3片镜片装配的同轴度；其隔圈A与前组镜片承靠处设计不倒角，有利于保证A-1片与A-2片之间的空气间隔，提高了前组3片镜片装配光轴的同轴度；其设计前压圈与前组镜筒配合，用于保证前组3片镜片及隔圈A的装配稳定性，其前压圈还设计了较小的承靠面，阻挡了无效光线的反射，消除了杂光对镜头整体成像质量的影响。

后组镜筒：该机械件主要功能用于承载后组的3片镜片，以及隔圈B和镜片压圈。同上为了保证后组镜片B-2片和B-3片之间的空气间隔，设计了隔圈B及镜片压圈与后组镜筒配合，从而保证后组3片镜片装配的光轴同轴度和装配的稳定性，以及阻挡无效光线从而消除对镜头成像的影响。

连接座：为了实现该光学系统半组式移动调焦方式，设计了连接座。该机械件主要功能用于承载后组的另外2片镜片及隔圈C和后压圈。该连接座镜片承靠面与内外螺纹一体式的加工设计，精准的保证了孔轴的同轴度以及靠面的垂直度，从而保证了镜片装配的稳定性；设计隔圈C及后压圈与连接座配合，保证了镜片间的空气间隔，使得镜片配合更加紧密，保证了镜片装配的光轴同轴度；此外该连接座尾端轴部还设计了主流的1-32UNF的螺纹接口，能与市面上主流高分辨率工业相机相适配；连接座侧面还设计了3个M1.6螺纹通孔，可通过3颗M1.6*2锥端紧定螺钉将其固定在主镜筒上面，从而实现了半组式移动调焦方式。

光阑：为了有效利用该镜头整体内部空间，其光阑采用了嵌入式光阑结构与后组镜筒连接形成一体式的巧妙设计，有效的利用了前后组镜筒之间的空间，使得光阑作动及内部机械结构配合更加稳定、精巧。为使得光阑能做顺逆时针的开合的作动，通过用光阑导钉锁附在光阑调节环上并嵌入光阑末端摇柄U型槽中，从而顺逆时针转动光阑调节环来带动光阑导钉与光阑摇柄形成联动，通过不同的光阑开合角度来满足镜头的使用环境；为了满足光阑旋转开合的最大限位角度，还在后组镜筒上开了一个85°的角度限位槽，用以限制光阑开合的极限使用。

聚焦转轮：为了实现镜头250mm近摄距的高清成像，设计了聚焦转轮。该聚焦转轮内螺纹采用了左旋多头螺牙微调焦结构、外牙采用单牙螺纹进行配合传动，其设计可使调焦更加稳定、更加细腻。其作用主要在于：聚焦转轮的多头螺纹牙与后组镜筒多头螺纹牙配合作动，又聚焦转轮通过3颗M1.6*1.5锥端紧定螺钉与聚焦环连接形成一体式联动设计。因此通过顺、逆时针旋转调节聚焦环带动聚焦转轮联动，从而带动前后组镜筒做前后水平移动达到调焦目的。

聚焦环：为了保证聚焦环调焦角度，分别在聚焦环和主镜筒上设计了凹槽和凸块配合限位结构，避免了聚焦环的极限使用；为了保证镜头调焦的精度，还在聚焦环上设计了镭射φ1mm小白点用于调焦时对不同物距的定位，并配合聚焦转轮进行紧固锁紧固定使用。

主镜筒：为了防止镜头调焦时光路系统沿光轴发生圆周转动，在主镜筒侧壁对称部位上设计了两个环形限位滑块机构并通过2颗后组镜筒导钉，将后组镜筒锁附限位在主镜筒两侧限位槽中，从而限制了镜头调焦时光路系统沿光轴发生旋转；为了加强镜头的实用性，在主镜筒外表面还设计了不同光圈位置对应的相对孔径值标识。其作用主要在于：在不同的应用场景下将调节光阑调节环调节到所需光圈孔径位置并通过光阑锁紧钉将光阑调节环紧固锁紧以达到使用目的。

一种1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头的调焦方法：通过顺、逆时针旋转调节聚焦环带动聚焦转轮联动，带动聚焦转轮的内螺纹与后组镜筒前端外周的外螺纹进行配合传动，通过后组镜筒导钉和后组镜筒一体式锁附，在主镜筒两侧直导槽的作用下，使前组镜筒、后组镜筒联动并作直线运动，实现聚焦功能，同时配备了聚焦转轮锁紧钉，用于固定聚焦位置。

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´=50mm；

近摄距：M.O.D=250mm；

畸变：＜0.07%；

相对孔径：D/f′=1/2.8；

视场角：2ω=20°；

分辨率：优于1200万像素；

光路总长：∑≤58.1±0.1mm；

适用谱线范围：450nm～650nm；

镜头外形尺寸：φ35.5mm×51mm。

该镜头的光学系统通过光学设计精心的优化模拟，设计了1.1英寸大靶面，提升了光学系统成像画幅；且八片镜片中的第一胶合组和第二胶合组选用了高折射率和低色散的光学材料，准确地校正了光学系统的象差，使得该镜头分辨率高达1200万像素以上，其镜头的MTF值在150lp/mm≥0.65（如图3），达到大型工业检测行业对镜头大靶面、高像素的要求。

该镜头的光学系统调焦方式采用了半组式移动调焦，并将光学畸变控制在最小的范围内，从而实现了250mm近摄距的高清成像且畸变小于0.07%（如图4），达到大型工业检测行业对镜头低畸变的要求。

该镜头光学系统使用了半组式移动调焦方式，从而实现250mm近摄距高清分辨率，使镜头分辨率达到1200万像素以上。在机械结构设计上，为实现该镜头半组式移动调焦方式，用两颗锥端紧定螺钉衔接前组镜筒和后组镜筒，使得调焦时能进行联动；聚焦转轮加入多头牙螺纹的微调焦机构，能使调焦更方便简单。同时为了保证光路的同轴度和垂直度，还设计了不同的隔圈和压圈来保证镜片的稳定性和空气距。为了保证镜头在不同环境下使用，还设计了光阑来控制了光圈的大小。

该镜头主要用于大型机械尺寸测量、人脸识别、道路卡口监控、医疗器械检测等机器视觉领域。

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1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统沿光线自左向右方向由光焦度为负的前组A、光阑、光焦度为正的后组B组成；所述前组A由正月牙型透镜A-1、正月牙型透镜A-2和负月牙型透镜A-3组成，正月牙型透镜A-2和负月牙型透镜A-3密接组成第一胶合组；所述后组B由双凹透镜B-1、双凸透镜B-2、正月牙型透镜B-3、负月牙型透镜B-4、正月牙型透镜B-5组成，双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接组成第二胶合组；所述前组A中正月牙型透镜A-1与第一胶合组之间的空气间隔为0.10mm，前组A与后组B之间的空气间隔为0.04mm，前组A与光阑之间的空气间隔为3.34mm，光阑与后组B之间的空气间隔为6.70mm，所述后组B中第二胶合组B与正月牙型透镜B-3之间的空气间隔为0.10mm，正月牙型透镜B-3与负月牙型透镜B-4之间的空气间隔变化量为1.43mm-11.55mm，负月牙型透镜B-4与正月牙型透镜B-5之间的空气间隔为5.24mm。

2.根据权利要求1所述的1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于：镜头的光学系统设置在镜筒内。

3.根据权利要求2所述的1.1英寸大靶面50mm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与第一胶合组之间设有隔圈A，第二胶合组与正月牙型透镜B-3之间设有隔圈B，正月牙型透镜B-3后侧设置有镜片压圈，负月牙型透镜B-4与正月牙型透镜B-5之间设有隔圈C，正月牙型透镜B-5后侧设置有后压圈。

4.根据权利要求2或3所述的1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述镜筒包括主镜筒，所述主镜筒的前内部设有前组镜筒、后内部设有后组镜筒，所述前组A设置在筒内部，所述后组B的前三片镜片设置在后组镜筒内部，所述后组镜筒后侧设有连接座，所述后组B的的其余镜片设置在连接座内部，连接座后端的轴部设置有螺纹接口，连接座侧面设置有螺纹通孔，连接座与主镜筒通过锥端紧定螺钉固连为一体，所述前组镜筒与后组镜筒之间经锥端紧定螺钉螺接为一体；所述连接座的前端内孔与主镜筒的后端外周相互套设并经锥端紧定螺钉固连为一体，所述光阑与后组镜筒固连为一体，所述主镜筒外周设有光阑调节环，光阑调节环经光阑导钉与光阑的摇柄配合，以达到光圈开合作动；所述后组镜筒前端外周设有外螺纹并与聚焦转轮的内螺纹螺接，聚焦转轮的外周经锥端紧定螺钉固连有聚焦环，后组镜筒后端外周固连有后组镜筒导钉，主镜筒上设有与后组镜筒导钉配合的直导槽，主镜筒上径向螺接有用于顶紧聚焦转轮的聚焦转轮锁紧钉。

5.一种1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头的调焦方法，其特征在于，采用如权利要求4所述的1.1英寸大靶面50mm焦距高清低畸变工业用镜头，并按以下步骤进行：通过顺、逆时针旋转调节聚焦环带动聚焦转轮联动，带动聚焦转轮的内螺纹与后组镜筒前端外周的外螺纹进行配合传动，通过后组镜筒导钉和后组镜筒一体式锁附，在主镜筒两侧直导槽的作用下，使前组镜筒、后组镜筒联动并作直线运动，实现聚焦功能，同时配备了聚焦转轮锁紧钉，用于固定聚焦位置。