CN110488458A - 一种低畸变高清工业用镜头及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低畸变高清工业用镜头及其工作方法,所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的负光焦度的前组A、可变光阑和正光焦度的后组B,所述前组A自前向后依次设置有正月牙型透镜A‑1、由正月牙型透镜A‑2和负月牙型透镜A‑3密接的第一胶合组,所述后组B自前向后依次设置有由负月牙型透镜B‑1和正月牙型透镜B‑2密接的第二胶合组、双凸透镜B‑3、双凸透镜B‑4。本发明镜头合理优化了前、后组的光焦度,采用两枚胶合组完美的校正了该光学系统的象差,使镜头的分辨率高达800万像素,实现200mm物距的高清成像且光学畸变小于1.3%,成像上减少了畸变。
Description
技术领域
本发明涉及一种低畸变高清工业用镜头及其工作方法。
背景技术
随着人工智能物流时代的到来,原有依赖人力的物流行业,正逐步从劳动密集型向技术密集型转变,从传统模式向机器人智能物流升级。而机器人作为货物运输的物理载体,其人工智能捕捉、图像智能识别等先进技术,离不开机器视觉系统的功劳,它为工业机器人赋予了智慧,让它们具备自主的判断和行为,能适应不同的应用场景、商品形态并完成各种复杂的任务。另外,随着各芯片行业的不断创新和发展,对机器视觉镜头分辨率、畸变、工作距离等都提出了更高的要求。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种分辨率高,畸变低,可实现高清成像的低畸变高清工业用镜头及其工作方法,满足人工智能物流的使用要求。
本发明采用以下方案实现:一种低畸变高清工业用镜头,所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的负光焦度的前组A、可变光阑和正光焦度的后组B,所述前组A自前向后依次设置有正月牙型透镜A-1、由正月牙型透镜A-2和负月牙型透镜A-3密接的第一胶合组,所述后组B自前向后依次设置有由负月牙型透镜B-1和正月牙型透镜B-2密接的第二胶合组、双凸透镜B-3、双凸透镜B-4。
进一步的,所述正月牙型透镜28与第一胶合组之间的空气间隔为0.10mm,前组A与可变光阑之间的空气间隔为4.40mm,所述可变光阑与后组B之间的空气间隔为2.8mm,所述第二胶合组和双凸透镜B-3之间的空气间隔为0.10mm,双凸透镜B-3和双凸透镜B-4之间的空气间隔为1.50~4.50mm。
进一步的,所述镜头的机械结构包括主镜筒,所述主镜筒内安装有可相对主镜筒前后移动的后组镜筒,所述后组镜筒前端安装有前组镜筒,所述主镜筒后端安装有连接座,所述前组A安装于前组镜筒中,所述后组B中的第二胶合组和双凸透镜B-3安装于后组镜筒中,后组B中的双凸透镜B-4安装于连接座中,所述连接座外周部设置有与相机连接的螺纹接口。
进一步的,所述后组镜筒前部外套有与其螺纹配合的聚焦转轮,所述聚焦转轮上外套有与其同步转动的聚焦环,所述聚焦环安装于主镜筒前端并与主镜筒旋转配合。
进一步的,所述可变光阑安装于前组镜筒后端,前组镜筒后端还安装有用以带动可变光阑转动的光阑转盘,所述主镜筒外周部设置有与其选择配合的光阑调节环,所述光阑调节环经穿过主镜筒的光阑导钉与所述光阑转盘的摇柄相连接。
本发明另一技术方案:一种如上所述低畸变高清工业用镜头的工作方法,通过旋转聚焦环来带动聚焦转轮转动,使前组镜筒和后组镜筒发生轴向移动,以达到镜头调焦目的,当调节到所需物距时将聚焦转轮紧固锁紧;通过转动光阑调节环,经光阑导钉带动光阑转盘转动,实现光圈孔径的大小变换,当调节到所需光圈孔径时将光阑调节环紧固锁紧。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本镜头光学系统中通过合理选配前、后组七片五组光学玻璃材料,并合理优化了前、后组的光焦度,采用两枚胶合组完美的校正了该光学系统的象差,使镜头的分辨率高达800万像素,满足人工智能物流高分辨率的要求;光学调焦采用了半组移动的调焦方式,从而实现200mm物距的高清成像且光学畸变小于1.3%(如图4),成像上减少了畸变,满足人工智能物流低畸变的要求。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下将通过具体实施例和相关附图,对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例光学系统构造示意图;
图2是本发明实施例机械结构剖面图;
图3是本发明实施例镜头光学系统的MTF曲线图;
图4是本发明实施例镜头光学系统的畸变变化曲线;
图中标号说明:1-滤镜尺寸、2-前组镜筒、3-紧定螺钉、4-紧定螺钉、5-聚焦转轮、6-聚焦环、7-主镜筒、8-光阑限位槽、9-光阑导钉、10-光阑调节环、11-连接座、12-螺纹接口、13-连接座锁附螺钉、14-双凸透镜B-4、15-双凸透镜B-3、16-正月牙型透镜B-2 、17-负月牙型透镜B-1、18-压圈C、19-压圈B、20-隔圈B、21-限位导钉、22-可变光阑、23-光阑锁紧钉、24-聚焦转轮锁紧钉25-负月牙型透镜A-3、26-隔圈A 、27-压圈A、28-正月牙型透镜A-1、29-正月牙型透镜A-2、30-像面、31-后组镜筒。
具体实施方式
如图1~2所示,一种低畸变高清工业用镜头,所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的负光焦度的前组A、可变光阑和正光焦度的后组B,所述前组A自前向后依次设置有正月牙型透镜A-1、由正月牙型透镜A-2和负月牙型透镜A-3密接的第一胶合组,所述后组B自前向后依次设置有由负月牙型透镜B-1和正月牙型透镜B-2密接的第二胶合组、双凸透镜B-3、双凸透镜B-4。
在本实施例中,所述正月牙型透镜28与第一胶合组之间的空气间隔为0.10mm,前组A与可变光阑之间的空气间隔为4.40mm,所述可变光阑与后组B之间的空气间隔为2.8mm,所述第二胶合组和双凸透镜B-3之间的空气间隔为0.10mm,双凸透镜B-3和双凸透镜B-4之间的空气间隔为1.50~4.50mm;本申请光学调焦采用了半组移动的调焦方式,即整个前组A和后组B中第二胶合组和双凸透镜B-3可前后移动,从而实现200mm物距的高清成像且光学畸变小于1.3%,可为工业检测系统提供优于800万像素高分辨率的清晰图像,该工业用镜头主要针对物流扫码、人脸识别、电子元器件测量等机器视觉领域,能满足目前物流领域使用小焦距镜头进行智能物流扫码的要求,并为不断壮大的人工智能物流应用领域提供了很好的机器视觉解决方案。
本发明镜头中各个镜片的具体参数见下表:
本发明镜头由上述镜片构成的光学系统达到以下光学指标:
(1)焦距:f´=20mm;
(2)近摄距:M.O.D=200mm;
(3)光学畸变:≤1.3%;
(4)相对孔径:D/f´=1/2.8;
(5)CRA:8°;
(6)分辨率:优于800万像素;
(7)光路总长:∑≤36±0.1mm;
(8)适用谱线范围:450nm~650nm;
(9)镜头外形尺寸:φ29mm×32.5mm。
本镜头光学系统中通过合理选配前、后组七片五组光学玻璃材料,并合理优化了前、后组的光焦度,采用两枚胶合组完美的校正了该光学系统的象差;使镜头的MTF值在150lp/mm≥0.5(如图3),使镜头的分辨率高达800万像素,满足人工智能物流高分辨率的要求;光学调焦采用了半组移动的调焦方式,从而实现200mm物距的高清成像且光学畸变小于1.3%(如图4),成像上减少了畸变,满足人工智能物流低畸变的要求。
在本实施例中,所述镜头的机械结构包括主镜筒7,所述主镜筒7内安装有可相对主镜筒前后移动的后组镜筒31,所述后组镜筒31前端安装有前组镜筒2,所述主镜筒7后端安装有连接座11,所述前组A安装于前组镜筒2中,所述后组B中的第二胶合组和双凸透镜B-3安装于后组镜筒31中,后组B中的双凸透镜B-4安装于连接座11中,所述连接座11外周部设置有与相机连接的螺纹接口12;主镜筒主要用于承载聚焦转轮、前组镜筒、后组镜筒以及连接座;为了防止镜头作动调焦时前、后组联动沿光轴发生轴向旋转,主镜筒采用了对称式U形导槽结构设计,后组镜筒并通过2颗后组镜筒导钉锁附限位在主镜筒两侧U形导槽中,从而限制了镜头的旋转自由度,以达到直线运动的目的。
在本实施例中,前组镜筒各镜片承靠面、螺纹孔由车铣复合机一体加工成型,保证了前组3片镜片装配的同轴度及稳定性;其隔圈A与正月牙型透镜28承靠处设计为直角,有效的保证了正月牙型透镜A-1与第一胶合组之间的空气间隔,同时保证了镜片装配光轴的同轴度;而压圈A与前组镜筒螺纹配合,有效的保证了前组镜片及隔圈A装配的一体性;前组镜筒内部采用台阶面设计,有效的阻挡了无效光线的反射达到了消除杂光的作用,从而提升了镜头性能。
在本实施例中,后组镜筒同前组镜筒功能一致,为了保证后组第二胶合组和双凸透镜B-3之间的空气间隔,设计了隔圈B与后组镜筒配合;而压圈B与后组镜筒螺纹配合,有效的保证了后组镜片及隔圈B装配的一体性,有效的保证了后组镜片装配的光轴同轴度和装配稳定性。
在本实施例中,连接座的主要功能用于承载后组的正月牙透镜B-4及压圈C;该连接座内壁镜片承靠面与内外螺纹、钉孔均由一体式车铣复合机一次性加工而成,能精准的保证内外径的同轴,从而提升镜头整体稳定性;设计后压圈与连接座配合保证了镜片装配的光轴同轴度及稳定性;在连接座垂直面上还设计了3个沉头钉孔,可通过3颗连接座锁附螺钉将其与主镜筒固定并连接;为了让镜头能更加完美的与市面上大部分工业相机相适配,该连接座上的螺纹接口采用主流的1-32UNF美制细牙螺纹接口,起到镜头与相机相连接的作用。
在本实施例中,所述后组镜筒31前部外套有与其螺纹配合的聚焦转轮5,所述聚焦转轮5上外套有与其同步转动的聚焦环6,所述聚焦环6安装于主镜筒7前端并与主镜筒旋转配合;能够通过旋转聚焦环来带动聚焦转轮与后组镜筒进行螺牙传动,以达到镜头水平调焦目的;为了加强镜头的实用性,当聚焦环调节到所需物距时可通过聚焦转轮锁紧钉24将聚焦转轮紧固锁紧以达到使用目的;为了保证镜头调焦精度以及方向的准确性,主镜筒与聚焦环配合采用了凹、凸结构设计进行限位。
在本实施例中,为了使得镜头更加精细小巧,可变光阑采用了嵌入式光阑结构,该结构设计能有效节省前后组间的内部空间;所述可变光阑22安装于前组镜筒2后端,前组镜筒2后端还安装有用以带动可变光阑转动的光阑转盘,所述主镜筒外周部设置有与其选择配合的光阑调节环10,所述光阑调节环10经穿过主镜筒7的光阑导钉9与所述光阑转盘的摇柄相连接,将六片光阑叶片通过一侧铆钉与主镜筒的6个内孔相配合作动,光阑转盘通过光阑卡簧与主镜筒相配合,并起到固定光阑叶片以及光阑转盘的目的;为了满足光学上对不同相对孔径的要求;为了避免可变光阑开合超出其光学行程,在主镜筒上设置了一定角度的光阑限位槽8,用于限制可变光阑的极限使用;为了加强镜头的实用性,当光阑调节环调节到所需光圈孔径位置可通过光阑锁紧钉23将光阑调节环紧固锁紧以达到使用目的。
在本实施例中,所述前组镜筒2前端内部安装有滤镜1;滤镜尺寸为M27x0.5,其主要用于选配组装不同滤镜功能。
本发明镜头的外形尺寸设计为φ29mm×32.5mm,该镜头调焦采用了半组移动式调焦结构;为了防止镜头作动调焦时前、后组联动发生旋转,主镜筒采用了对称式U形导槽结构设计;为了提升镜头的通光效果,将可变光阑设计为嵌入式结构,将光阑叶片、光阑转盘以及光阑卡簧与前组镜筒配合做成一体式的设计,有效的优化了镜头的内部空间,从而使得镜头更加精致小巧;为了保证镜头调焦精度以及方向的准确性,主镜筒与聚焦环配合采用了凹、凸结构设计进行限位;为了保证各机械件以及各镜片之间配合的稳定性,其加工图纸均对孔轴配合尺寸进行了严格的公差管控,各个零部件与光学件配合更加紧密,从而保证了镜头的可靠性并达到光学设计要求;考虑到工业镜头的美观性,各机械零部件的外观面采用了雅黑喷砂工艺,进一步的提升了镜头的整体质感和品质。
一种如上所述低畸变高清工业用镜头的工作方法,通过旋转聚焦环来带动聚焦转轮转动,使前组镜筒和后组镜筒发生轴向移动,以达到镜头调焦目的,当调节到所需物距时可通过聚焦转轮锁紧钉24将聚焦转轮紧固锁紧;通过转动光阑调节环,经光阑导钉带动光阑转盘转动,实现光圈孔径的大小变换,当调节到所需光圈孔径时可通过光阑锁紧钉23将光阑调节环紧固锁紧。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外,如果其公开了数值范围,那么公开的数值范围均为优选的数值范围,任何本领域的技术人员应该理解:优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多,无法穷举,所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案,并且,上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件,那么,除另有声明外,固定连接可以理解为:能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接),也可以理解为:不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接),当然,互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外,上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成,也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制;尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种低畸变高清工业用镜头,其特征在于:所述镜头的光学系统包括沿光线自前向后入射方向依次设置的负光焦度的前组A、可变光阑和正光焦度的后组B,所述前组A自前向后依次设置有正月牙型透镜A-1、由正月牙型透镜A-2和负月牙型透镜A-3密接的第一胶合组,所述后组B自前向后依次设置有由负月牙型透镜B-1和正月牙型透镜B-2密接的第二胶合组、双凸透镜B-3、双凸透镜B-4;双凸透镜B-3和双凸透镜B-4之间的空气间隔可调。
2.根据权利要求1所述的低畸变高清工业用镜头,其特征在于:所述正月牙型透镜28与第一胶合组之间的空气间隔为0.10mm,前组A与可变光阑之间的空气间隔为4.40mm,所述可变光阑与后组B之间的空气间隔为2.8mm,所述第二胶合组和双凸透镜B-3之间的空气间隔为0.10mm,双凸透镜B-3和双凸透镜B-4之间的空气间隔为1.50~4.50mm。
3.根据权利要求1所述的低畸变高清工业用镜头,其特征在于:所述镜头的机械结构包括主镜筒,所述主镜筒内安装有可相对主镜筒前后移动的后组镜筒,所述后组镜筒前端安装有前组镜筒,所述主镜筒后端安装有连接座,所述前组A安装于前组镜筒中,所述后组B中的第二胶合组和双凸透镜B-3安装于后组镜筒中,后组B中的双凸透镜B-4安装于连接座中,所述连接座外周部设置有与相机连接的螺纹接口。
4.根据权利要求3所述的低畸变高清工业用镜头,其特征在于:所述后组镜筒前部外套有与其螺纹配合的聚焦转轮,所述聚焦转轮上外套有与其同步转动的聚焦环,所述聚焦环安装于主镜筒前端并与主镜筒旋转配合。
5.根据权利要求4所述的低畸变高清工业用镜头,其特征在于:所述可变光阑安装于前组镜筒后端,前组镜筒后端还安装有用以带动可变光阑转动的光阑转盘,所述主镜筒外周部设置有与其选择配合的光阑调节环,所述光阑调节环经穿过主镜筒的光阑导钉与所述光阑转盘的摇柄相连接。
6.一种如权利要求5所述低畸变高清工业用镜头的工作方法,其特征在于:通过旋转聚焦环来带动聚焦转轮转动,使前组镜筒和后组镜筒发生轴向移动,以达到镜头调焦目的,当调节到所需物距时将聚焦转轮紧固锁紧;通过转动光阑调节环,经光阑导钉带动光阑转盘转动,实现光圈孔径的大小变换,当调节到所需光圈孔径时将光阑调节环紧固锁紧。
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