CN109283662B - 一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，包括设置于镜头结构内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方向自前向后依次设置的光焦度为负的前镜片组A、光阑C和光焦度为正的后镜片组B；所述前镜片组由负月牙型透镜A1、负月牙型透镜A2、双凸透镜A3、正月牙型透镜A4、正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6密接的胶合组组成；所述后镜片组由双凹透镜B1和双凸透镜B2密接的胶合组、双凸透镜B3、正月牙型透镜B4组成。该工业用镜头光学指标高、大通光、低畸变、分辨率高。

Description

一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头

技术领域

本发明涉及一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头。

背景技术

随着市场上各式各样高分辨率的CCD或CMOS的涌现，虽然有许多能实现高分辨率、低畸变镜头与之相匹配，但其镜头实际500万以上成像并不理想。由于这些镜头普遍存在通光量小、边缘像质低、光学敏感度高等问题，使得镜头综合成像力下降。随着工业摄像机新技术的发展，满足机器视觉检测行业对高像素的要求，光学设计通过增大通光量来提升成像效果，而工业镜头作为机器视觉图像采集的关键部件，更好的图像质量，更高的清晰度，是目前行业的发展趋势。因此大通光、低畸变、高分辨率已经成为工业镜头的主流配置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，光学指标高、大通光、低畸变、分辨率高。

本发明的技术方案在于：一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，包括设置于镜头结构内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方向自前向后依次设置的光焦度为负的前镜片组A、可变光阑C和光焦度为正的后镜片组B；所述前镜片组由负月牙型透镜A1、负月牙型透镜A2、双凸透镜A3、正月牙型透镜A4、正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6密接的胶合组组成；所述后镜片组由双凹透镜B1和双凸透镜B2密接的胶合组、双凸透镜B3、正月牙型透镜B4组成。

进一步地，所述前镜片组A与后镜片组B之间的空气间隔为7.11mm；所述前镜片组A与可变光阑C之间的空气间隔为4.45mm；所述可变光阑C与后镜片组B之间的空气间隔为2.66mm。

进一步地，所述负月牙型透镜A1与负月牙型透镜A2之间的空气间隔变化量为5.32mm至8.32mm；所述负月牙型透镜A2与双凸透镜A3之间的空气间隔为12.45mm；所述双凸透镜A3与正月牙型透镜A4之间的空气间隔为0.1mm；所述正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6密接成的胶合组与正月牙型透镜A4之间的空气间隔为1.65mm。

进一步地，所述双凹透镜B1和双凸透镜B2密接成的胶合组与双凸透镜B3之间的空气间隔为0.10mm；所述双凸透镜B3与正月牙型透镜B4之间的空气间隔为0.10mm。

进一步地，所述镜头结构包括后部腔室用于安装后镜片组的后组镜筒，所述可变光阑C设置于后组镜筒内，所述后组镜筒的中部设置有光阑调节机构，后组镜筒的前部腔室设置有中组镜筒，所述中组镜筒用于安装负月牙型透镜A2、双凸透镜A3、正月牙型透镜A4、正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6，位于后组镜筒的前部腔室与中组镜筒之间还设置有用于安装负月牙型透镜A1并可前后滑动的前组镜筒，所述后组镜筒的前端还设置有用于手动调焦的聚焦调节机构。

进一步地，所述中组镜筒的前部伸入前组镜筒的后部腔室内，所述负月牙型透镜A1安装于前组镜筒的前部腔室内，所述前组镜筒内还设置有用于锁定负月牙型透镜A1的前压圈，前组镜筒的前端部还螺接有滤光片支架。

进一步地，所述中组镜筒内位于负月牙型透镜A2的前侧设置有中部压圈，位于负月牙型透镜A2与双凸透镜A3之间设置有第一隔圈，位于双凸透镜A3与正月牙型透镜A4之间设置有第二隔圈，位于正月牙型透镜A4与正月牙型透镜A5之间设置有第三隔圈，所述正月牙型透镜A6的后端面与中组镜筒后端的环形凸起相抵接。

进一步地，所述后组镜筒的后部腔室与前部腔室之间设置有用于与双凹透镜B1的前端面相抵接的环形凸部，后组镜筒内位于双凸透镜B2与双凸透镜B3之间设置有第四隔圈，位于双凸透镜B3与正月牙型透镜B4之间设置有第五隔圈，所述后组镜筒的后端还设置有正月牙型透镜B4的后端面相抵接的后压圈。

进一步地，所述光阑调节机构包括套置于后组镜筒中部的光阑调节环，所述光阑调节环上径向设置有光阑导钉，所述光阑导钉穿过设置于中组镜筒上的光阑限位槽与可变光阑C相连接；所述后组镜筒的后端部还套着有前端与光阑调节环相抵接的连接座，所述连接座经锥端紧定螺钉与后组镜筒固定连接。

进一步地，所述聚焦调节机构包括套置于前组镜筒上的聚焦转轮，所述聚焦转轮的前部内牙与前组镜筒相螺接，聚焦转轮的后部外牙与后组镜筒相螺接，所述后组镜筒的前部套置有与聚焦转轮固定连接的聚焦环，后组镜筒的前部横向设置有一对限位滑槽，所述前组镜筒的后部设置有与限位滑槽相配合的前组镜筒导钉。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1）光学系统中合理分配了前组A和后组B的光焦度并设计了F1.4大光圈，提升了镜头性能指标，加强了成像效果。使镜头的MTF值在120lp/mm＞0.3（如图4），使镜头分辨率高达500万以上，达到机器视觉对镜头大通光、高分辨率的要求；

2）通过光学优化，此光学系统的畸变≤-1.6%、近摄距可达300mm，可以在更近的物距上实现更高清成像，达到了机器视觉对镜头低畸变的要求；

3）镜头外形尺寸设计为φ35mm×59.8mm，其镜头前端采用了“多头螺牙调焦结构”和“对称式限位滑块结构”，有效的优化了前组调焦空间，在保证其镜头的调焦行程，同时也减小了前端机械结构长度，使镜头的结构更加紧凑；为了避免镜头调焦的极限使用，调焦部分还应用了“O型限位结构”设计；其结构中间设置了“可变式光阑结构和光阑角度限位槽”，以保证镜头作动角度、通光要求以及拦截杂光的目的；同时其机械结构还设计了不同的隔圈和压圈来固定镜片，保证前、后组镜片间的空气间隔，进一步保证了镜头的光学设计要求，从而达到镜头的大通光、低畸变、高像质。

附图说明

图1为本发明的光学系统结构示意图；

图2为本发明的移动后的光路结构示意图；

图3为本发明的镜头结构示意图；

图4为本发明的MTF曲线图；

图5为本发明的畸变变化曲线图；

图中：1-滤光片支架 2-聚焦转轮 3-锥端紧定螺钉 4-聚焦环 5-前组镜筒 6-前组镜筒导钉 7-中组镜筒 8-后组镜筒 8a-光阑限位槽 8b-限位滑槽 9-光阑调节环 10-光阑导钉 11-锥端紧定螺钉 12-连接座 13-后压圈 17-第五隔圈 18-第四隔圈 21-锥端紧定螺钉 24-光阑调节环锁紧钉 25-锥端紧定螺钉 26-第三隔圈 28-第二隔圈 29-聚焦转轮锁紧钉 31-第一隔圈 33-中部压圈 34-前压圈 A1-负月牙型透镜 A2-负月牙型透镜A3-双凸透镜 A4-正月牙型透镜 A5-正月牙型透镜 A6-正月牙型透镜 B1-双凹透镜 B2-双凸透镜 B3-双凸透镜 B4-正月牙型透镜 C-可变光阑。

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，但本发明并不限于此。

参考图1至图5

一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，包括设置于镜头结构内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方向自前向后依次设置的光焦度为负的前镜片组A、可变光阑C和光焦度为正的后镜片组B；所述前镜片组由负月牙型透镜A1、负月牙型透镜A2、双凸透镜A3、正月牙型透镜A4、正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6密接的胶合组组成；所述后镜片组由双凹透镜B1和双凸透镜B2密接的胶合组、双凸透镜B3、正月牙型透镜B4组成。

本实施例中，所述前镜片组A与后镜片组B之间的空气间隔为7.11mm；所述前镜片组A与可变光阑C之间的空气间隔为4.45mm；所述可变光阑C与后镜片组B之间的空气间隔为2.66mm。

本实施例中，所述负月牙型透镜A1与负月牙型透镜A2之间的空气间隔变化量为5.32mm至8.32mm；所述负月牙型透镜A2与双凸透镜A3之间的空气间隔为12.45mm；所述双凸透镜A3与正月牙型透镜A4之间的空气间隔为0.1mm；所述正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6密接成的胶合组与正月牙型透镜A4之间的空气间隔为1.65mm。

本实施例中，所述双凹透镜B1和双凸透镜B2密接成的胶合组与双凸透镜B3之间的空气间隔为0.10mm；所述双凸透镜B3与正月牙型透镜B4之间的空气间隔为0.10mm。

通过合理分配了前镜片组A和前镜片组B的光焦度并设计了F1.4大光圈，提升了镜头性能指标，加强了成像效果。使镜头的MTF值在120lp/mm＞0.3（如图4），使镜头分辨率高达500万以上，达到机器视觉对镜头大通光、高分辨率的要求。

并且通过光学优化，使光学系统的畸变≤-1.6%、近摄距可达300mm，可以在更近的物距上实现更高清成像，达到了机器视觉对镜头低畸变的要求。

本实施例中，所述镜头结构包括后部腔室用于安装后镜片组的后组镜筒8，所述可变光阑C设置于后组镜筒内，所述后组镜筒的中部设置有光阑调节机构，后组镜筒的前部腔室设置有中组镜筒7，所述中组镜筒用于安装负月牙型透镜A2、双凸透镜A3、正月牙型透镜A4、正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6，位于后组镜筒的前部腔室与中组镜筒之间还设置有用于安装负月牙型透镜A1并可前后滑动的前组镜筒5，所述后组镜筒的前端还设置有用于手动调焦的聚焦调节机构。

本实施例中，所述中组镜筒的前部伸入前组镜筒的后部腔室内，所述负月牙型透镜A1安装于前组镜筒的前部腔室内，所述前组镜筒内还设置有用于锁定负月牙型透镜A1的前压圈34。通过前压圈保证负月牙型透镜A1的装配稳定性，起到拦截杂散光，消除其对镜头成像质量的影响。

本实施例中，为保证其镜片的通光和各镜片之间的空气距离，所述中组镜筒内位于负月牙型透镜A2的前侧设置有中部压圈33，位于负月牙型透镜A2与双凸透镜A3之间设置有第一隔圈31，位于双凸透镜A3与正月牙型透镜A4之间设置有第二隔圈28，位于正月牙型透镜A4与正月牙型透镜A5之间设置有第三隔圈26，所述正月牙型透镜A6的后端面与中组镜筒后端的环形凸起相抵接。从而保证前组镜片装配稳定性，有效的确保了镜头的成像品质。

本实施例中，为了完成双凹透镜B1的限位，所述后组镜筒的后部腔室与前部腔室之间设置有用于与双凹透镜B1的前端面相抵接的环形凸部。为了保证后镜片组个镜片之间的通光和空气间隔，后组镜筒内位于双凸透镜B2与双凸透镜B3之间设置有第四隔圈18，位于双凸透镜B3与正月牙型透镜B4之间设置有第五隔圈17，所述后组镜筒的后端还设置有正月牙型透镜B4的后端面相抵接的后压圈13，从而完成后镜片组中各镜片的定位。通过后压圈与后组镜筒的配合，保证后组镜片装配稳定性，以达到消除无效光线等作用。

本实施例中，为实现手动光圈的功能，将可变光阑用两颗M1.6*2.5锥端紧定螺钉将其锁附在后组镜筒的前部内腔后部。所述光阑调节机构包括套置于后组镜筒中部的光阑调节环9，所述光阑调节环上径向设置有光阑导钉10，所述光阑导钉穿过设置于中组镜筒上的光阑限位槽8a与可变光阑C相连接，通过光阑导钉锁附光阑调节环来带动光阑摇柄联动，从而实现光阑开合功能。并且为了满足镜头在不同光照条件下的使用，在后组镜筒上开一定角度的光阑限位槽来限制光阑调节环的转动角度，以避免光阑开合作动的极限使用。

本实施例中，所述光阑调节环上还径向螺接有与后组镜筒相配合完成光阑调节环锁定的光阑调节环锁紧钉24。同时为了保证镜头在使用过程光圈大小的准确性，在后组镜筒外侧标示了光阑不同开合角度对应的相对孔径值，根据使用场景将光阑调节环调到所需位置，并通过锁紧光阑调节环锁紧钉将光阑调节环固定住，以达到其使用目的。

本实施例中，所述后组镜筒的后端部还套着有前端与光阑调节环相抵接的连接座12，以便与摄像机相连接。所述连接座经三颗M1.6*2.5锥端紧定螺钉11与后组镜筒固定连接。连接座设计了精确的垂直度与同轴度，同时外侧还设计了主流的1-32UNF美制细牙螺纹接口，提升了镜头在市场上的通用性。

本实施例中，为了实现镜头手动调焦功能，在镜头前组部分设计了“多头螺牙调焦结构”和“对称式限位滑块结构”。所述聚焦调节机构包括套置于前组镜筒上的聚焦转轮2，所述聚焦转轮的内、外牙分别采用了多头和单头螺纹牙进行配合传动。聚焦转轮的前部内牙与前组镜筒的多头外螺纹牙相螺接，聚焦转轮的后部外牙与后组镜筒的单头内螺纹牙相螺接，所述后组镜筒的前部套置有经三颗M1.6*2锥端紧定螺钉3与聚焦转轮固定连接的聚焦环4，聚焦转轮与聚焦环形成联动机构。所述聚焦环上还径向螺接有与后组镜筒前部相配合完成聚焦环锁定的聚焦转轮锁紧钉29。

本实施例中，为了避免前组镜筒与聚焦转轮作动过程发生光轴旋转，所述后组镜筒的前部横向设置有一对相对称的限位滑槽8b，所述前组镜筒的后部设置有与限位滑槽相配合的前组镜筒导钉6，前组镜筒通过两颗前组镜筒导钉进行锁附限位，从而为前组镜筒的前后滑动进行导向。当转动聚焦环时与聚焦转轮形成联动，使得前组镜筒通过前组镜筒导钉在8后组镜筒限位滑槽内做轴向移动，以达到调节拍摄物距的目的。

为了避免镜头调焦的极限使用，通过在聚焦环和后组镜筒上设计“O型限位结构”来保证镜头的调焦范围。同时为了提高镜头调焦位置的准确性，后主镜筒上还设计不同物距的标识点并通过聚焦转轮锁紧钉对聚焦转轮进行锁附固定，以锁定拍摄物距的目的，提高镜头实用性。

本实施例中，所述前组镜筒的前端部还螺接有滤光片支架1，所述位于聚焦环的内侧。该滤光片支架的主要功能用于承载M30.5*0.5的保护片，以满足客户对镜头安装保护滤镜和滤光片的需要。

本实施例中，各镜片的参数如下表所示：

。

本发明实现的技术指标如下：

①焦距：f´=12mm；

②近摄距：M.O.D=300mm；

③畸变：≤-1.6%；

④相对孔径：D/f′=1/1.4；

⑤视场角：2ω=62°；

⑥分辨率：优于500万像素；

⑦光路总长：∑≤66.0±0.1mm；

⑧适用谱线范围：450nm～650nm；

⑨镜头外形尺寸：φ35mm×59.8mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，包括设置于镜头结构内的光学系统，其特征在于，所述光学系统由沿光线入射方向自前向后依次设置的光焦度为负的前镜片组A、可变光阑C和光焦度为正的后镜片组B组成；所述前镜片组由负月牙型透镜A1、负月牙型透镜A2、双凸透镜A3、正月牙型透镜A4、正月牙型透镜A5、正月牙型透镜A6组成，且正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6密接成胶合组；所述后镜片组由双凹透镜B1、双凸透镜B2、双凸透镜B3、正月牙型透镜B4组成，且双凹透镜B1和双凸透镜B2密接成胶合组；所述前镜片组A与后镜片组B之间的空气间隔为7.11mm；所述前镜片组A与可变光阑C之间的空气间隔为4.45mm；所述可变光阑C与后镜片组B之间的空气间隔为2.66mm；所述负月牙型透镜A1与负月牙型透镜A2之间的空气间隔变化量为5.32mm至8.32mm；所述负月牙型透镜A2与双凸透镜A3之间的空气间隔为12.45mm；所述双凸透镜A3与正月牙型透镜A4之间的空气间隔为0.1mm；所述正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6密接成的胶合组与正月牙型透镜A4之间的空气间隔为1.65mm；所述双凹透镜B1和双凸透镜B2密接成的胶合组与双凸透镜B3之间的空气间隔为0.10mm；所述双凸透镜B3与正月牙型透镜B4之间的空气间隔为0.10mm。

2.根据权利要求1所述的一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于，所述镜头结构包括后部腔室用于安装后镜片组的后组镜筒，所述可变光阑C设置于后组镜筒内，所述后组镜筒的中部设置有光阑调节机构，后组镜筒的前部腔室设置有中组镜筒，所述中组镜筒用于安装负月牙型透镜A2、双凸透镜A3、正月牙型透镜A4、正月牙型透镜A5和正月牙型透镜A6，位于后组镜筒的前部腔室与中组镜筒之间还设置有用于安装负月牙型透镜A1并可前后滑动的前组镜筒，所述后组镜筒的前端还设置有用于手动调焦的聚焦调节机构。

3.根据权利要求2所述的一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于，所述中组镜筒的前部伸入前组镜筒的后部腔室内，所述负月牙型透镜A1安装于前组镜筒的前部腔室内，所述前组镜筒内还设置有用于锁定负月牙型透镜A1的前压圈，前组镜筒的前端部还螺接有滤光片支架。

4.根据权利要求2所述的一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于，所述中组镜筒内位于负月牙型透镜A2的前侧设置有中部压圈，位于负月牙型透镜A2与双凸透镜A3之间设置有第一隔圈，位于双凸透镜A3与正月牙型透镜A4之间设置有第二隔圈，位于正月牙型透镜A4与正月牙型透镜A5之间设置有第三隔圈，所述正月牙型透镜A6的后端面与中组镜筒后端的环形凸起相抵接。

5.根据权利要求2所述的一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于，所述后组镜筒的后部腔室与前部腔室之间设置有用于与双凹透镜B1的前端面相抵接的环形凸部，后组镜筒内位于双凸透镜B2与双凸透镜B3之间设置有第四隔圈，位于双凸透镜B3与正月牙型透镜B4之间设置有第五隔圈，所述后组镜筒的后端还设置有正月牙型透镜B4的后端面相抵接的后压圈。

6.根据权利要求2所述的一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于，所述光阑调节机构包括套置于后组镜筒中部的光阑调节环，所述光阑调节环上径向设置有光阑导钉，所述光阑导钉穿过设置于中组镜筒上的光阑限位槽与可变光阑C相连接；所述后组镜筒的后端部还套着有前端与光阑调节环相抵接的连接座，所述连接座经锥端紧定螺钉与后组镜筒固定连接。

7.根据权利要求2所述的一种F1.4大光圈12mm焦距高清低畸变工业用镜头，其特征在于，所述聚焦调节机构包括套置于前组镜筒上的聚焦转轮，所述聚焦转轮的前部内牙与前组镜筒相螺接，聚焦转轮的后部外牙与后组镜筒相螺接，所述后组镜筒的前部套置有与聚焦转轮固定连接的聚焦环，后组镜筒的前部横向设置有一对限位滑槽，所述前组镜筒的后部设置有与限位滑槽相配合的前组镜筒导钉。

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