CN110888223A - 一种大通光高清低畸变机器视觉镜头及其调焦方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大通光高清低畸变机器视觉镜头及其调焦方法，包括设置于镜头结构内沿光线入射方向依次设置的前组镜片、光阑、后组镜片；所述前组镜片自前朝后依次由负弯月透镜、第一正弯月透镜、第一双凸透镜和第一双凹透镜密接的第一胶合组组成，所述后组镜片自前朝后依次设有：第二双凹透镜和第二双凸透镜密接的第二胶合组、第三双凸透镜、第二正弯月透镜，该镜头具有大通光、低畸变等特点，其调焦方法采用半组式平移调焦方法，保证了该镜头近距离拍摄的高清成像；可为机器视觉系统提供优于2000万像素高分辨率成像；该机器视觉镜头用于液晶显示器坏点检测、FPC组件检测、电路板检测等视觉相关检测应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种大通光高清低畸变机器视觉镜头及其调焦方法。
背景技术
随着机器视觉迅猛发展，小通光小靶面机器视觉检测镜头已经无法完全满足于所有视觉检测行业；现今随着电子行业的发展，尤其是液晶显示面板、手机电路板等检测需要更大靶面更大通光镜头来替代检测。
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通光高清低畸变机器视觉镜头及其调焦方法，不仅结构合理，，而且光学性能高、成像靶面大、通光口径大、分辨率优于2000万像素高分辨率成像且畸变低于0.4%。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，包括设置于镜头结构内沿光线入射方向依次设置的前组镜片、光阑、后组镜片；所述前组镜片自前朝后依次由负弯月透镜、第一正弯月透镜、第一双凸透镜和第一双凹透镜密接的第一胶合组组成，所述后组镜片自前朝后依次设有：第二双凹透镜和第二双凸透镜密接的第二胶合组、第三双凸透镜、第二正弯月透镜。
进一步的，所述负弯月透镜与第一正弯月透镜之间的空气间隔为12.07mm，第一正弯月透镜与第一胶合组之间的空气间隔为3.62mm。
进一步的，前组镜片与后组镜片之间的空气间隔为10.19mm，前组镜片与光阑之间的空气间隔为1.34mm，光阑与后组镜片之间的空气间隔为8.85mm。
进一步的，所述第二胶合组与第三双凸透镜之间的空气间隔为0.1mm，第三双凸透镜与第二正弯月透镜之间的空气间隔为：0.94mm。
进一步的，所述镜头结构包括用于安装前组镜片的前组筒，所述前组筒后侧与一主筒相连，该主筒内设置有用于安装后组镜片的后组筒，后组筒通过3颗第一沉头螺钉与前组筒进行配合并进行螺纹紧固，从而形成一体式联动，所述主筒上设置有光阑调节机构；所述主筒上还设置有调焦机构。
进一步的，所述负弯月透镜、第一正弯月透镜、第一双凸透镜和第一双凹透镜自前朝后依次设置在前组筒内；所述负弯月透镜与第一正弯月透镜间设置有第一隔圈，第一正弯月透镜与第一胶合组之间设置有第二隔圈，所述前组筒内还螺接有压置于负弯月透镜前侧的前压圈。
进一步的，所述第二双凹透镜、第二双凸透镜、第三双凸透镜自前朝后依次设置在后组筒内，所述第二胶合组与第三双凸透镜之间设置有第三隔圈，所述第三双凸透镜外设置有中压圈与后组筒相配合，所述主筒后端外套设一连接法兰，该连接法兰通过螺纹连接后压圈与第二正弯月透镜进行装配。
进一步的，所述光阑调节机构包括套置于主筒中部的光阑环，所述光阑环上径向螺接有穿过主筒伸入后组筒内的光阑导向钉，所述光阑导向钉与光阑相连接，所述光阑调节环上还设置有与主筒相配合用于光阑环锁定的光阑紧固螺钉。
进一步的，所述调焦机构包括设置于主筒上的调焦凸轮，所述调焦凸轮的内圈后端与主筒的前端外圈相螺接且调焦凸轮的外圈后端与主筒外罩的前端内圈相螺接，所述调焦凸轮上还固定有调焦环，所述主筒上径向螺接有用于调焦凸轮锁定的调焦紧固螺钉。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
该光路中通过精心的设计，合理的选配了系统八片六组的光学玻璃材料，利用了胶合组镜片之间的折射率和色散差异，从而有效的校正了象差，使镜头的MTF值在中心150lp/mm≥0.75，边缘150lp/mm≥0.35，使镜头的分辨率优于2000万像素。
具有大通光、低畸变等特点，其调焦方法采用半组式平移调焦方法，保证了该镜头近距离拍摄的高清成像且畸变小于0.4%。
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为本发明实施例光路系统结构示意图；
图2为本发明实施例镜头结构爆炸示意图；
图3为本发明实施例的MTF曲线图；
图4为本发明实施例的畸变变化曲线图。
图中：1-调焦环,2-前压圈, 3-第一隔圈,4-第二隔圈, 5-前组筒 ,6-插销, 7-第一锥端螺钉,8-第一沉头螺钉,9-调焦凸轮,10-主筒,11-后组筒,12-第三隔圈,13-中压圈,14-后压圈,15-主筒外罩,16-光阑环,17-连接法兰,18-第二锥端螺钉,19-负弯月透镜,20-第一正弯月透镜,21-第一胶合组,22-光阑,23-螺旋斜槽,24-双U直导槽,25-光阑限位槽,26-第二胶合组,27-第三双凸透镜,28-第二正弯月透镜,29-调焦紧固螺钉,30-第二沉头螺钉,31-光阑导向钉,32-光阑紧固螺钉,33-第三沉头螺钉,36-第一双凸透镜，37-第一双凹透镜，38-第二双凹透镜，39-第二双凸透镜，A-前组镜片,B-后组镜片。
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，一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，包括设置于镜头结构内沿光线入射方向依次设置的前组镜片A、光阑16、后组镜片B；所述前组镜片自前朝后依次由负弯月透镜19、第一正弯月透镜20、第一双凸透镜36和第一双凹透镜37密接的第一胶合组21组成，所述后组镜片自前朝后依次设有：第二双凹透镜38和第二双凸透镜39密接的第二胶合组26、第三双凸透镜27、第二正弯月透镜28，镜头整体外形尺寸设计为φ42.0mm×74.7mm。
在本发明实施例中，所述负弯月透镜与第一正弯月透镜之间的空气间隔为12.07mm，第一正弯月透镜与第一胶合组之间的空气间隔为3.62mm。
在本发明实施例中，前组镜片与后组镜片之间的空气间隔为10.19mm，前组镜片与光阑之间的空气间隔为1.34mm，光阑与后组镜片之间的空气间隔为8.85mm。
在本发明实施例中，所述第二胶合组与第三双凸透镜之间的空气间隔为0.1mm，第三双凸透镜与第二正弯月透镜之间的空气间隔为：0.94mm。
在本发明实施例中，该光路设计中利用了胶合组镜片之间的折射率和色散差异，从而有效的校正了象差；该镜头具有大通光、低畸变等特点，其调焦方法采用半组式平移调焦方法，保证了该镜头近距离拍摄的高清成像；可为机器视觉系统提供优于2000万像素高分辨率成像。
在本发明实施例中，所述镜头结构包括用于安装前组镜片的前组筒5，所述前组筒后侧与一主筒10相连，该主筒内设置有用于安装后组镜片的后组筒11，后组筒通过三颗第一沉头螺钉8与前组筒进行配合并进行螺纹紧固，从而形成一体式联动，所述主筒上设置有光阑调节机构；所述主筒上还设置有调焦机构。
在本发明实施例中，所述负弯月透镜、第一正弯月透镜、第一双凸透镜和第一双凹透镜自前朝后依次设置在前组筒内；所述负弯月透镜与第一正弯月透镜间设置有第一隔圈3，第一正弯月透镜与第一胶合组之间设置有第二隔圈4，所述前组筒内还螺接有压置于负弯月透镜前侧的前压圈2；该前组筒、隔圈、前压圈均由车铣复合机一次加工成型，一致性更强、精度更高，有效的保证前组筒各内径的同心度，保证了镜片装配的同轴，其中第一隔圈、第二隔圈与第一正弯月透镜、第一胶合组的凸面承靠处采用了C0.1倒角承靠，使得镜片不容易划痕、不产生裂边，并能有效的保证其镜片间的空气距离，主筒外套设有一主筒外罩15，该主筒外罩外周经三颗第二沉头螺钉30与主筒进行锁附固定。
在本发明实施例中，所述第二双凹透镜、第二双凸透镜、第三双凸透镜自前朝后依次设置在后组筒内，所述第二胶合组与第三双凸透镜之间设置有第三隔圈12，所述第三双凸透镜外设置有中压圈13与后组筒相配合，所述主筒后端外套设一连接法兰17，该连接法兰通过螺纹连接后压圈与第二正弯月透镜进行装配；其中设计的第三隔圈用于保证镜片和镜片之间的空气距离，将第三隔圈内壁设计为消光台阶纹，有效避免了无效光线的折射，提升了镜头的成像质量；而设计中压圈与后组筒配合，用于保证后组三片两组镜片的装配同轴度和稳定性；为了满足该镜头实现半组移动，连接法兰内壁套在主筒外周上，通过承靠面配合并用三颗第三沉头螺钉33进行锁附固定，从而实现了半组式平移调焦方法。
在本发明实施例中，所述光阑调节机构包括套置于主筒中部的光阑环16，所述光阑环上径向螺接有穿过主筒伸入后组筒内的光阑导向钉31，所述光阑导向钉与光阑相连接，所述光阑调节环上还设置有与主筒相配合用于光阑环锁定的光阑紧固螺钉32，可满足不同检测环境下能通过调节光圈大小以保证拍摄亮度；为提升其镜头稳定性，其光阑调节机构采用了一体式手动光阑，并通过两颗第一锥端螺钉7将其锁附在前主筒后端内壁中；为了避免光阑角度的极限使用，在主筒上还设计了光阑限位槽25来限制光阑角度。
在本发明实施例中，所述调焦机构包括设置于主筒上的调焦凸轮9，所述调焦凸轮的内圈后端与主筒的前端外圈相螺接且调焦凸轮的外圈后端与主筒外罩的前端内圈相螺接，所述调焦凸轮上还固定有调焦环1，所述主筒上径向螺接有用于调焦凸轮锁定的调焦紧固螺钉29；该调焦机构采用了“螺旋斜槽+滑动插销”结构设计方案；同时为了保证调焦过程镜片不沿光轴发生轴向运动，又设计了“双U直导槽限位滑块”机构；
调焦方法如下：调焦凸轮外周采用了三个螺旋斜槽23且360°均布，并将螺旋斜槽螺旋设计为逆时针；为了使前、后组筒联动做直线调焦，在主筒外周设计了与螺旋斜槽配合的三个双U直导槽24，然后前组筒通过三颗插销6锁附限位在调焦凸轮的三个螺旋斜槽和三个双U直导槽中，并将调焦环套入与调焦凸轮外周并通过三颗第二锥端螺钉18进行锁紧固定，最终通过调节调焦环来带动调焦凸轮做圆周运动，从而带动前、后组筒联动并做直线调焦作动。
在本发明实施例中，该光路中通过精心的设计，合理的选配了系统八片六组的光学玻璃材料，利用了胶合组镜片之间的折射率和色散差异，从而有效的校正了象差，使镜头的MTF值在中心150lp/mm≥0.75，边缘150lp/mm≥0.35（如图3），使镜头的分辨率优于2000万像素。
该光路中通过精心的设计，具有大通光、低畸变等特点，其调焦方法采用半组式平移调焦方法，保证了该镜近距离拍摄的高清成像且畸变小于0.4%（如图4）。
在本发明实施例中，各镜片的参数如下表所示：
本发明实现的技术指标如下：
①像面尺寸：1.1 "
②焦距：f´=35mm
③相对孔径：F2.0～F16
④畸变：≤0.4%
⑤分辨率：优于2000万像素
⑥光路总长：≤74.86±0.1mm
⑦适用谱线范围：400nm～700nm
⑧外形尺寸：φ42.0mm×74.7mm
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的大通光高清低畸变机器视觉镜头及其调焦方法。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)
1.一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，其特征在于：包括设置于镜头结构内沿光线入射方向依次设置的前组镜片、光阑、后组镜片；所述前组镜片自前朝后依次由负弯月透镜、第一正弯月透镜、第一双凸透镜和第一双凹透镜密接的第一胶合组组成，所述后组镜片自前朝后依次设有：第二双凹透镜和第二双凸透镜密接的第二胶合组、第三双凸透镜、第二正弯月透镜。
2.根据权利要求1所述的一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述负弯月透镜与第一正弯月透镜之间的空气间隔为12.07mm，第一正弯月透镜与第一胶合组之间的空气间隔为3.62mm。
3.根据权利要求1所述的一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，其特征在于：前组镜片与后组镜片之间的空气间隔为10.19mm，前组镜片与光阑之间的空气间隔为1.34mm，光阑与后组镜片之间的空气间隔为8.85mm。
4.根据权利要求1所述的一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述第二胶合组与第三双凸透镜之间的空气间隔为0.1mm，第三双凸透镜与第二正弯月透镜之间的空气间隔为：0.94mm。
5.根据权利要求1所述的一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述镜头结构包括用于安装前组镜片的前组筒，所述前组筒后侧与一主筒相连，该主筒内设置有用于安装后组镜片的后组筒，后组筒通过3颗第一沉头螺钉与前组筒进行配合并进行螺纹紧固，所述主筒上设置有光阑调节机构；所述主筒上还设置有调焦机构。
6.根据权利要求5所述的一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述负弯月透镜、第一正弯月透镜、第一双凸透镜和第一双凹透镜自前朝后依次设置在前组筒内；所述负弯月透镜与第一正弯月透镜间设置有第一隔圈，第一正弯月透镜与第一胶合组之间设置有第二隔圈，所述前组筒内还螺接有压置于负弯月透镜前侧的前压圈。
7.根据权利要求6所述的一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述第二双凹透镜、第二双凸透镜、第三双凸透镜自前朝后依次设置在后组筒内，所述第二胶合组与第三双凸透镜之间设置有第三隔圈，所述第三双凸透镜外设置有中压圈与后组筒相配合，所述主筒后端外套设一连接法兰，该连接法兰通过螺纹连接后压圈与第二正弯月透镜进行装配。
8.根据权利要求5所述的一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述光阑调节机构包括套置于主筒中部的光阑环，所述光阑环上径向螺接有穿过主筒伸入后组筒内的光阑导向钉，所述光阑导向钉与光阑相连接，所述光阑调节环上还设置有与主筒相配合用于光阑环锁定的光阑紧固螺钉。
9.根据权利要求5所述的一种大通光高清低畸变机器视觉镜头，其特征在于：所述调焦机构包括设置于主筒上的调焦凸轮，所述调焦凸轮的内圈后端与主筒的前端外圈相螺接且调焦凸轮的外圈后端与主筒外罩的前端内圈相螺接，所述调焦凸轮上还固定有调焦环，所述主筒上径向螺接有用于调焦凸轮锁定的调焦紧固螺钉。
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