CN109375354A - 1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头及工作方法，包括镜筒及设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的光焦度为负的前组镜片A、光焦度为正的后组镜片B以及位于前组镜片A与后组镜片B之间的光阑，所述前组镜片A由依次设置的正月牙透镜A‑1、负月牙透镜A‑2、负月牙透镜A‑3、双凹透镜A‑4与双凸透镜A‑5密接的胶合组A、双凸透镜A‑6组成；所述后组镜片B由依次设置的双凹透镜B‑1与双凸透镜B‑2密接的胶合组B、双凸透镜B‑3和双凸透镜B‑4组成。本发明结构设计简单、合理，具有高分辨率、大靶面、低畸变等特点，满足其市场需求。
Description
技术领域：
本发明涉及一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头及工作方法。
背景技术：
随着机器视觉的迅猛发展，市场上不断推出一系列适用于机器视觉的百万级、千万级像素的高清工业相机，而镜头作为机器视觉图像采集的关键零部件，也对镜头分辨率提出了更高的要求，所以提升镜头图像解析度、改善图像画质、降低图像畸变，越来越成为机器视觉行业技术的关键词，更是提升镜头品质的永远目标。但目前工业用镜头的光学结构畸变大，成像不够清晰，无法很好的满足机器视觉市场的需求。
发明内容：
本发明的目的在于针对以上不足之处，提供一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头及工作方法，不仅结构设计合理，而且具有低畸变、高分辨率成像能力，满足机器视觉需求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，包括镜筒及设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的光焦度为负的前组镜片A、光焦度为正的后组镜片B以及位于前组镜片A与后组镜片B之间的光阑，所述前组镜片A由依次设置的正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3、双凹透镜A-4与双凸透镜A-5密接的胶合组A、双凸透镜A-6组成；所述后组镜片B由依次设置的双凹透镜B-1与双凸透镜B-2密接的胶合组B、双凸透镜B-3和双凸透镜B-4组成。
进一步的，所述前组镜片A中正月牙型透镜A-1与负月牙型透镜A-2之间的空气间隔为0.10mm，所述负月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3之间的空气间隔为3.40mm，所述负月牙型透镜A-3与胶合组A之间的空气间隔为2.90mm，所述胶合组A与双凸透镜A-6之间的空气间隔变化量为2.60至5.70mm。
进一步的，所述前组镜片A中双凸透镜A-6与后组镜片B之间的空气间隔变化量为:15.1至12.0mm，所述光阑与后组镜片B之间的空气间隔为3.7mm。
进一步的，所述后组镜片B中胶合组B与双凸透镜B-3的空气间隔为0.10mm，所述双凸透镜B-3与双凸透镜B-4的空气间隔为0.30mm。
进一步的，所述镜筒包括沿光线入射方向设置的前组镜筒、中组镜筒以及后组镜筒，所述前组镜片A中的正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3以及双凹透镜A-4与双凸透镜A-5密接的胶合组A依次设置在前组镜筒内，所述前组镜筒的前端固联有用于压紧正月牙透镜A-1的前压圈，所述正月牙透镜A-1与负月牙透镜A-2之间设置有隔圈A；所述双凸透镜A-6设置在中组镜筒内，双凸透镜A-6的前侧设置有与中组镜筒螺接的镜片压圈；所述光阑固联在后组镜筒的内侧；所述双凹透镜B-1与双凸透镜B-2密接的胶合组B、双凸透镜B-3以及双凸透镜B-4依次设置在后组镜筒内，所述双凸透镜B-2与双凸透镜B-3之间设置有隔圈B，所述双凸透镜B-3与双凸透镜B-4之间设置有隔圈C，双凸透镜B-4的后侧设置有后压圈。
进一步的，所述前组镜筒上对称开设有两个逆时针方向的CAM槽；所述中组镜筒的外壁开设有两个螺纹通孔，中组镜筒经由两个中组镜筒导钉与两个螺纹通孔螺接将其锁附在前组镜筒的两个CAM槽中，所述前组镜筒的外侧还套设有聚焦环，所述聚焦环上开设有两个直导槽，聚焦环沿两个直导槽方向套设在两个中组镜筒导钉上，通过顺逆时针旋转聚焦环来带动中组镜筒做前后移动，改变其空气间隔以达到调焦；所述聚焦环上还径向螺接有与中组镜筒相配合的并用于将与聚焦环相连接的聚焦转轮锁定的聚焦转轮锁紧钉。
进一步的，所述后组镜筒的外侧套设有光阑调节环，所述光阑调节环上径向螺接有伸入后组镜筒内的光阑导钉，所述光阑导钉伸入后组镜筒内的一端与光阑的拨动杆相连接，所述光阑调节环上还径向螺接有与后组镜筒相配合用于光阑调节环锁定的光阑锁紧钉。
进一步的，所述后组镜筒的后端外侧固定套设有连接座，所述连接座的中部外表面设置连接螺纹。
本发明采用的另一种技术方案是：一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头的工作方法，采用上述的1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，工作时，光路顺序进入前组镜片A、光阑以及后组镜片B后进行成像。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明结构设计简单、合理，具有高分辨率、大靶面、低畸变等特点，可使镜头成像分辨率高达600万高清级别以上且畸变低于-1.8%，可适用于1/1.8〞大靶面600万像素高分辨率的CCD或者CMOS，满足其市场需求。
附图说明：
图1是本发明实施例的光学系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的镜头的结构示意图；
图3是本发明实施例的MTF曲线图；
图4是本发明实施例的畸变变化曲线。
图中：
1-前压圈；2-前组镜筒；3-M1.6*1.5锥端紧定螺钉；4-聚焦环；5-中组镜筒导钉；6-中组镜筒；7-M1.6*2锥端紧定螺钉；8-后组镜筒；9-光阑调节环；10-光阑导钉；11-M1.6*2锥端紧定螺钉；12-连接座；13-后压圈；14-双凸透镜B-4；15-双凸透镜B-3；16-双凸透镜B-2；17-隔圈C；18-隔圈B；19-双凹透镜B-1；20-光阑；21-M1.6*2锥端紧定螺钉；22-双凸透镜A-6片；23-光阑锁紧钉；24-镜片压圈；25-双凸透镜A-5；26-聚焦转轮锁紧钉；27-双凹透镜A-4；28-负月牙型透镜A-3；29-负月牙型透镜A-2；30-隔圈A；31-正月牙型透镜A-1；32-像面；33-前组镜片A；34-后组镜片B。
具体实施方式:
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。
如图1～2所示，本发明一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，包括镜筒及设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的光焦度为负的前组镜片A、光焦度为正的后组镜片B以及位于前组镜片A与后组镜片B之间的光阑，所述前组镜片A由依次设置的正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3、双凹透镜A-4与双凸透镜A-5密接的胶合组A、双凸透镜A-6组成；所述后组镜片B由依次设置的双凹透镜B-1与双凸透镜B-2密接的胶合组B、双凸透镜B-3和双凸透镜B-4组成。该镜头具有高分辨率、大靶面、低畸变等特点；该光路系统通过计算机辅助设计和精心优化，选用高折射率，低色散的光学玻璃材料，使镜头成像分辨率高达600万高清级别以上且畸变低于-1.8%，可适用于1/1.8〞大靶面600万像素高分辨率的CCD或者CMOS。
本实施例中，所述前组镜片A中正月牙型透镜A-1与负月牙型透镜A-2之间的空气间隔为0.10mm，所述负月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3之间的空气间隔为3.40mm，所述负月牙型透镜A-3与胶合组A之间的空气间隔为2.90mm，所述胶合组A与双凸透镜A-6之间的空气间隔变化量为2.60至5.70mm。
本实施例中，所述前组镜片A中双凸透镜A-6与后组镜片B之间的空气间隔变化量为:15.1至12.0mm，所述光阑与后组镜片B之间的空气间隔为3.7mm。
本实施例中，所述后组镜片B中胶合组B与双凸透镜B-3的空气间隔为0.10mm，所述双凸透镜B-3与双凸透镜B-4的空气间隔为0.30mm。
本实施例中，各镜片的参数如下表所示：
由上述镜片组成的光学系统达到了如下的光学指标：
（1）焦距：f´=6mm；
（2）近摄距：M.O.D=50mm；
（3）畸变：≤-1.8%；
（4）相对孔径：D/f′=1/2.8；
（5）视场角：2ω=92.8°；
（6）分辨率：优于600万像素；
（7）光路总长：∑≤59.0±0.1mm；
（8）适用谱线范围：450nm～650nm；
（9）镜头外形尺寸：Φ29mm×49.7mm。
本实施例中，所述镜筒包括沿光线入射方向设置的前组镜筒2、中组镜筒6以及后组镜筒8，所述前组镜片A中的正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3以及双凹透镜A-4与双凸透镜A-5密接的胶合组A依次设置在前组镜筒2内，所述前组镜筒2的前端固联有用于压紧正月牙透镜A-1的前压圈1，前压圈1与前组镜筒2通过两个M1.6*1.5锥端紧定螺钉3锁紧，所述正月牙透镜A-1与负月牙透镜A-2之间设置有隔圈A30；所述双凸透镜A-6设置在中组镜筒6内，双凸透镜A-6的前侧设置有与中组镜筒6螺接的镜片压圈24；所述光阑20固联在后组镜筒8的内侧；所述双凹透镜B-1与双凸透镜B-2密接的胶合组B、双凸透镜B-3以及双凸透镜B-4依次设置在后组镜筒8内，所述双凸透镜B-2与双凸透镜B-3之间设置有隔圈B18，所述双凸透镜B-3与双凸透镜B-4之间设置有隔圈C17，双凸透镜B-4的后侧设置有后压圈13。
本实施例中，所述前组镜筒2为一体式加工设计，有效的保证了前组镜片A及隔圈装配的同轴度；设计隔圈A30有效的保证了镜片之间的空气间隔；其前压圈1非靠面处设计了小台阶消光纹，有效的阻挡了无效杂光的反射，使镜头达到更好的成像效果，从而进一步保证了镜头品质同时也加强了机械结构的整体美观和稳定性。为了保证后组镜片之间的空气间隔，设计了隔圈B18和隔圈C17；设计后压圈13和后组镜筒8配合，保证了后组镜片装配的同轴度和稳定性。
本实施例中，为保证镜头顺逆时针做半组移动调焦时NEAR和FAR转动方向一致性，在前组镜筒2上采用了两个CAM槽对称布局传动设计，并将两个CAM槽方向设计为逆时针；为了实现镜头调焦作动，所述中组镜筒6的外壁开设有两个M1.6的螺纹通孔，中组镜筒6经由两个中组镜筒导钉5与两个螺纹通孔螺接将其锁附在前组镜筒2的两个CAM槽中，所述前组镜筒2的外侧还套设有聚焦环4，所述聚焦环4上开设有两个宽度为3mm的直导槽，聚焦环4沿两个直导槽方向套设在两个中组镜筒导钉5上，通过顺逆时针旋转聚焦环4来带动中组镜筒6做前后移动，改变其空气间隔以达到调焦的目的；所述聚焦环4上还径向螺接有与中组镜筒6相配合的并用于将与聚焦环4相连接的聚焦转轮锁定的聚焦转轮锁紧钉26。
本实施例中，为了满足镜头在不同使用环境下对不同相对孔径的需求，光阑20设计成一体式光阑，通过两颗M1.6*2锥端紧定螺钉将光阑紧固在后组镜筒内侧，所述后组镜筒8的外侧套设有光阑调节环9，所述光阑调节环9上径向螺接有伸入后组镜筒8内的光阑导钉10，所述光阑导钉10伸入后组镜筒8内的一端与光阑20的拨动杆相连接，通过光阑导钉10连接光阑调节环9形成一体式作动来带动光阑20做开合运动；其中为了满足光阑开合大小的最佳开合角度要求，还在后组镜筒上设计了一定角度光阑限位槽，以满足镜头使用；同时为了加强其实用性，在后组镜筒外表面还镭射了不同光阑旋转角度对应的相对孔径。所述光阑调节环9上还径向螺接有与后组镜筒8相配合用于光阑调节环10锁定的光阑锁紧钉23，以便于在通过光阑调节环将光阑调节到所需光圈位置后进行锁紧，以达到固定目的。
本实施例中，所述后组镜筒8的后端外侧固定套设有连接座12，所述连接座12的中部外表面设置连接螺纹。连接座是将镜头和相机相连接的主要零部件，其轴部设计了3个M1.6螺纹通孔，可通过3颗M1.6*2锥端紧定螺钉将连接座固定在后组镜筒上；与相机连接端设计了市面上主流的1-32UNF的螺纹接口能满足市面上大部分主流工业相机的使用。
本发明的优点在于：
（1）该光路系统通过计算机辅助设计和精心优化，正确合理的选用了高折射率、低色散的镜片材料并准确的校正了该光路的各种象差，使镜头分辨率高达600万高清级别其镜头的MTF值在150lp/mm≥0.5（如图3所示）。该光路系统还设计了1/1.8〞大靶面使镜头能满足超大视角的检测，可适用于1/1.8〞大靶面600万像素高分辨率的CCD或者CMOS，满足市场需求。
（2）该光路系统采用半组式移动的调焦方式，通过计算机辅助设计和精心优化，将其光学畸变控制在最小的范围内。其近摄距可达50mm、畸变小于-1.8%（如图4），满足市场需求。
（3）其机械结构设计（如图2）所示，其镜头外形尺寸设计为Φ29mm×49.7mm，为保证镜头顺逆时针做半组移动调焦时NEAR和FAR转动方向一致性，在前组镜筒上采用了两个CAM槽对称布局传动设计，并将两个CAM槽方向设计为逆时针；为了实现镜头调焦作动，聚焦环上还设计了两个宽度3mm的直槽，中组镜筒通过两个导钉连接并限位在前组镜筒的两个CAM槽中，并将聚焦环沿两个直槽方向套在两个导钉上，通过顺逆时针旋转聚焦环来带动中组镜筒做前后移动达到调焦目的；为了满足镜头在不同使用环境下不同相对孔径的需求，将光阑设计成一体式光阑，并通过两颗M1.6*2锥端紧定螺钉将光阑紧固在后组镜筒内侧，并通过光阑导钉连接光阑调节环形成一体式作动来带动光阑做开合运动；其中为了满足光阑开合大小的最佳开合角度要求，还在后组镜筒上设计了一定角度的光阑角度限位槽以满足镜头使用；其镜头机械结构中还设计了3个不同的隔圈和3个不同的压圈，不同的隔圈厚度有效的保证了前、后组镜片间的空气间隔，压圈非靠面处设计了小台阶消光纹，有效的阻挡了无效杂光的反射，使镜头达到更好的成像效果，从而进一步保证了镜头品质同时也加强了机械结构的整体美观和稳定性。
本发明采用的另一种技术方案是：一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头的工作方法，采用上述的1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，工作时，光路顺序进入前组镜片A、光阑以及后组镜片B后进行成像。
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 (9)
1.一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，其特征在于：包括镜筒及设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线自左向右入射方向依次设置的光焦度为负的前组镜片A、光焦度为正的后组镜片B以及位于前组镜片A与后组镜片B之间的光阑，所述前组镜片A由依次设置的正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3、双凹透镜A-4与双凸透镜A-5密接的胶合组A、双凸透镜A-6组成；所述后组镜片B由依次设置的双凹透镜B-1与双凸透镜B-2密接的胶合组B、双凸透镜B-3和双凸透镜B-4组成。
2.根据权利要求1所述的一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述前组镜片A中正月牙型透镜A-1与负月牙型透镜A-2之间的空气间隔为0.10mm，所述负月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3之间的空气间隔为3.40mm，所述负月牙型透镜A-3与胶合组A之间的空气间隔为2.90mm，所述胶合组A与双凸透镜A-6之间的空气间隔变化量为2.60至5.70mm。
3.根据权利要求1所述的一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述前组镜片A中双凸透镜A-6与后组镜片B之间的空气间隔变化量为:15.1至12.0mm，所述光阑与后组镜片B之间的空气间隔为3.7mm。
4.根据权利要求1所述的一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述后组镜片B中胶合组B与双凸透镜B-3的空气间隔为0.10mm，所述双凸透镜B-3与双凸透镜B-4的空气间隔为0.30mm。
5.根据权利要求1所述的一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述镜筒包括沿光线入射方向设置的前组镜筒、中组镜筒以及后组镜筒，所述前组镜片A中的正月牙透镜A-1、负月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3以及双凹透镜A-4与双凸透镜A-5密接的胶合组A依次设置在前组镜筒内，所述前组镜筒的前端固联有用于压紧正月牙透镜A-1的前压圈，所述正月牙透镜A-1与负月牙透镜A-2之间设置有隔圈A；所述双凸透镜A-6设置在中组镜筒内，双凸透镜A-6的前侧设置有与中组镜筒螺接的镜片压圈；所述光阑固联在后组镜筒的内侧；所述双凹透镜B-1与双凸透镜B-2密接的胶合组B、双凸透镜B-3以及双凸透镜B-4依次设置在后组镜筒内，所述双凸透镜B-2与双凸透镜B-3之间设置有隔圈B，所述双凸透镜B-3与双凸透镜B-4之间设置有隔圈C，双凸透镜B-4的后侧设置有后压圈。
6.根据权利要求5所述的一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述前组镜筒上对称开设有两个逆时针方向的CAM槽；所述中组镜筒的外壁开设有两个螺纹通孔，中组镜筒经由两个中组镜筒导钉与两个螺纹通孔螺接将其锁附在前组镜筒的两个CAM槽中，所述前组镜筒的外侧还套设有聚焦环，所述聚焦环上开设有两个直导槽，聚焦环沿两个直导槽方向套设在两个中组镜筒导钉上，通过顺逆时针旋转聚焦环来带动中组镜筒做前后移动，改变其空气间隔以达到调焦；所述聚焦环上还径向螺接有与中组镜筒相配合的并用于将与聚焦环相连接的聚焦转轮锁定的聚焦转轮锁紧钉。
7.根据权利要求6所述的一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述后组镜筒的外侧套设有光阑调节环，所述光阑调节环上径向螺接有伸入后组镜筒内的光阑导钉，所述光阑导钉伸入后组镜筒内的一端与光阑的拨动杆相连接，所述光阑调节环上还径向螺接有与后组镜筒相配合用于光阑调节环锁定的光阑锁紧钉。
8.根据权利要求5所述的一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，其特征在于：所述后组镜筒的后端外侧固定套设有连接座，所述连接座的中部外表面设置连接螺纹。
9.一种1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头的工作方法，其特征在于：包括采用如权利要求1～8任意一项所述的1/1.8英寸大靶面6mm焦距的高清低畸变工业用镜头，工作时，光路顺序进入前组镜片A、光阑以及后组镜片B后进行成像。
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