CN216815351U - 两倍率定焦镜头及裂缝仪摄像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种两倍率定焦镜头及裂缝仪摄像装置。包括主镜筒，在主镜筒中固定安装有固定共轭距的光学镜片组件，在主镜筒的外周还螺纹连接有两个能沿光轴方向直线调整的定位环。本实用新型在共轭距相同的情况下，同一个定焦镜头上可以实现放大和缩小两个倍率，且像质保持清晰，以满足不同精度、不同视场的裂缝检测需求，且光学和结构设计简单，产品成本低；并且还在主镜筒两侧各配置一个定位环，方便正、反装的转换时快速定位主镜筒在摄像装置中相对图像传感器位置，用户不需要再重新调焦。

Description

两倍率定焦镜头及裂缝仪摄像装置

技术领域

本实用新型涉及光学镜头领域，特别为一种两倍率定焦镜头及裂缝仪摄像装置。

背景技术

在建筑物检测时经常需要对建筑物表面状况进行检测，如测量墙面的裂缝宽度。目前市面上的裂缝测量仪使用只有一种放大倍率的定焦镜头，如果将定焦镜头换成变焦镜头，会增加光学和结构设计难度，也增加了产品成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：克服以上缺点提供一种两倍率定焦镜头及裂缝仪摄像装置，该镜头与裂缝仪摄像装置在共轭距相同的情况下，同一个定焦镜头上可以实现放大和缩小两个倍率，且像质保持清晰，以满足不同精度、不同视场的裂缝检测需求，且光学和结构设计简单，产品成本低；并且还在主镜筒两侧各配置一个定位环，方便正、反装的转换时快速定位主镜筒在摄像装置中相对图像传感器位置，用户不需要再重新调焦。

本实用新型通过如下技术方案实现：

方案一：

一种两倍率定焦镜头，其特征在于：包括主镜筒，在主镜筒中固定安装有固定共轭距的光学镜片组件，在主镜筒的外周还螺纹连接有两个能沿光轴方向直线调整的定位环。

优选地，所述光学镜片组件的∣β∣≤1时，所述光学镜片组件包括沿光线入射方向依次设置的新月形负透镜、第一双凸正透镜、第二双凸正透镜和双凹负透镜，所述第二双凸正透镜和双凹负透镜组成一个双胶合组，其中β为光学镜片组件的放大率。

方案二：

一种裂缝仪摄像装置，其特征在于：包括裂缝仪主镜筒、同轴固定设置在裂缝仪主镜筒中的镜头连接座、以正装或反装方式安装在镜头连接座上的且方案一所述的两倍率定焦镜头、安装在镜头连接座中且位于两倍率定焦镜头后方的图像传感器、以及与图像传感器相连接的处理模块；

所述镜头连接座上设有沿光轴方向延伸的圆筒部，所述主镜筒的外螺纹与圆筒部的内周壁螺纹连接固定，且主镜筒上的一个定位环卡接定位在圆筒部的前端口壁前用来定位主镜筒中光学镜片组件与图像传感器的相对位置。

为了便于和各种类型的智能手机连接,有利于实现数据处理，如远程传输、存储、放大显示、多人观察等功能，还包括与处理模块相连接的输出模块，所述输出模块采用USB接口对外输出数据。

为了克服暗环境下测量，还包括固定设置在裂缝仪主镜筒中且环绕倍率定焦裂缝仪镜头的主镜筒设置的照明装置。

较之前技术而言，本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型在共轭距相同的情况下，同一个定焦镜头上可以实现放大和缩小两个倍率，且像质保持清晰，以满足不同精度、不同视场的裂缝检测需求。且光学和结构设计简单，产品成本低；并且还在主镜筒两侧各配置一个定位环，方便正、反装的转换时，用户不需要再重新调焦。

2.本实用新型采用光学测量方法替代传统的机械方式测量方式，通过USB 接口可以方便地和各种类型的智能手机连接,有利于实现数据处理，如远程传输、存储、放大显示、多人观察等功能。

3.本实用新型在裂缝仪主镜中设有照明装置，便于在昏暗环境下进行测量。

附图说明

图1为传统裂缝仪光学成像原理示意图；

图2为本实用新型实施例一反装时的光学成像原理示意图

图3为本实用新型实施例一正装时的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一反装时的结构示意图；

图5为本实用新型实施例一正装时的实测图；

图6为本实用新型实施例一反装时的实测图；

图7为本实用新型实施例一正装时数据归一化后光学结构图；

图8为本实用新型实施例一反装时数据归一化后光学结构图；

图9为本实用新型实施例一正装时的传递函数图；

图10为本实用新型实施例一正装时的纵向像差图；

图11为本实用新型实施例一正装时的特性曲线图；

图12为本实用新型实施例一正装时的场曲图和畸变图；

图13为本实用新型实施例一反装时的传递函数图；

图14为本实用新型实施例一反装时的纵向像差图；

图15为本实用新型实施例一反装时的特性曲线图；

图16为本实用新型实施例一反装时的场曲图和畸变图；

图17为本实用新型实施例二的结构示意图。

标号说明：1-主镜筒、2-定位环、3-裂缝仪主镜筒、4-镜头连接座、41-圆筒部、5-图像传感器、6-输出模块、7-照明装置、8-处理模块、L1-新月形负透镜、L2-第一双凸正透镜、L3-第二双凸正透镜、L4-双凹负透镜。

具体实施方式

下面结合附图说明对本实用新型做详细说明：

实施例一：

原理说明：如图1所示是传统裂缝仪光学成像原理示意图。其中D表示共轭距；X是前焦点到观察物的距离；f、f’分别是光学系统的前、后焦距，f’＝ -f；H、H’分别是光学系统的前、后主面，HH’表示它们之间的距离；O、O’表示光学系统的前后顶点；X’是后焦点至像面距离。由图可知：

D＝-X–f+HH’+f’+X’；

X＝-βx f＝βx f’；

X’＝f’/β；

可以推出：β²+[(2f’+HH’-D)/f’]β+1＝0。

可见对同一共轭距的光学系统可以得出两个不同放大率的解β1、β2。一般是一个∣β∣≥1，另一个∣β∣≤1，而且β1xβ2＝1。具体计算上发现，倍率缩小的方案，靠像面的镜组的口径都较小；而倍率放大的方案，由于后截距变长，靠像面的镜组的口径需要取的较大。为了孔径光束不被拦光，倍率放大的方案只能把相对孔径做小，即使这样，像质也不好。

为了解决常规方案的不足，本实施例采用了同一光学系统反转的方案。反转后的光学系统保持原有的共轭距不变，这样如图2所示。可导出：

β反²+[(2f’+H’H-D)/f’]β反+1＝0

同样它可以得出两个不同放大率的解β反1、β反2。由于新的光学系统排列，较小口径的原后组变成反转后的前组。如取∣β反∣≥1的解，新前组离观察物的距离变短，可以做到在相对孔径不缩小很多的情况下实现不拦光的的同时把像质校好。

本实施例中当需要观察较大视场但裂缝尺寸要求较低时可将镜头正装。如图3所示，此时镜片依次为：新月形负透镜L1、第一双凸正透镜L2、第二双凸正透镜L3、双凹负透镜L4，其中第二双凸正透镜L3和双凹负透镜L4组成一个双胶合组；在固定工作距离下，将镜头装入一一对应主镜筒1，调焦直至图像清晰，再将定位环2旋到定位端面，最后用胶将定位环2固定住。实际观测结果如图5所示，图中所用鉴别率板为3号鉴别率板。

当需要观察精细的裂缝尺寸但视场要求不高时可将镜头反装。如图4所示，此时依次为：双凹负透镜L4、第二双凸正透镜L3、第一双凸正透镜L2、新月形负透镜L1，其中第二双凸正透镜L3和双凹负透镜L4组成一个双胶合组；在固定工作距离下，将镜头装入一一对应的主镜筒1，调焦直至图像清晰，再将定位环旋2到对应定位端面，最后用胶将定位环固定住。实际观测结果如图6所示，图中所用鉴别率板为3号鉴别率板。

所述两倍率定焦镜头在共轭距相同的情况下，同一个定焦镜头上可以实现放大和缩小两个倍率，且像质依然保持清晰。

以下为本实施例归一化后的数据：

如图7所示，镜头正装时光学数据表：

有关光学指标是：(1)焦距：1mm；(2)物像倍率：2.1；(3)相对孔径： 1:4.2；(4)物方视场直径：1.42mm；(5)像方直径：0.68mm；(6)设计谱线： d(F、c)；共轭距：5.85mm。

其他光学指标如图9-12所示，图9中横坐标为空间频率，纵坐标为归一化的传递函数值。图10纵向像差图中横坐标为各个波长的轴向像差值，单位为毫米；纵坐标为归一化的入瞳半径。图11表示不同视场的像差情况，横坐标中PX、 PY是归一化的入瞳直径，纵坐标中EX、EY是归一化的横向像差值。图12中场曲图横坐标为实际像面与理想像面的偏差值，单位为毫米；纵坐标为归一化的视场；“S”指弧矢面，“T”指子午面。图12中畸变图中横坐标为百分率，单位为％；纵坐标为归一化的视场。

如图8所示，镜头反装时光学数据表：

有关光学指标是：(1)焦距：1mm；(2)物像倍率：0.48；(3)相对孔径： 1:4.4；(4)物方视场直径：0.33mm；(5)像方直径：0.69mm；(6)设计谱线：d(F、c)；共轭距：5.85mm。

其他光学指标如图13-16所示，图13中横坐标为空间频率，纵坐标为归一化的传递函数值。图14纵向像差图中横坐标为各个波长的轴向像差值，单位为毫米；纵坐标为归一化的入瞳半径。图15表示不同视场的像差情况，横坐标中PX、PY是归一化的入瞳直径，纵坐标中EX、EY是归一化的横向像差值。图 16中场曲图横坐标为实际像面与理想像面的偏差值，单位为毫米；纵坐标为归一化的视场；“S”指弧矢面，“T”指子午面。图17中畸变图中横坐标为百分率，单位为％；纵坐标为归一化的视场。

方案二：

如图17所示，一种裂缝仪摄像装置，其特征在于：包括裂缝仪主镜筒3、同轴固定设置在裂缝仪主镜筒3中的镜头连接座4、以正装或反装方式安装在镜头连接座4上的且实施例一所述的两倍率定焦镜头、安装在镜头连接座4中且位于两倍率定焦镜头后方的图像传感器5、以及与图像传感器5相连接的处理模块8；

所述镜头连接座4上设有沿光轴方向延伸的圆筒部41，所述主镜筒1的外螺纹与圆筒部41的内周壁螺纹连接固定，且主镜筒1上的一个定位环2卡接定位在圆筒部41的前端口壁前用来定位主镜筒1中光学镜片组件与图像传感器5 的相对位置。

其中主镜筒与圆筒部41为螺纹连接，为了方便正、反向的转换，在镜头主镜筒两侧各配置一个定位环H1、H2。定位环的作用是：在镜头出厂前，利用定位环将镜头在正、反装时的后焦距固定住，这样用户在使用正、反装转换就不需要调焦了。

为了便于和各种类型的智能手机连接,有利于实现数据处理，如远程传输、存储、放大显示、多人观察等功能，还包括与处理模块8相连接的输出模块6，所述输出模块采用USB接口对外输出数据。

为了克服暗环境下测量，还包括固定设置在裂缝仪主镜筒3中且环绕倍率定焦裂缝仪镜头的主镜筒1设置的照明装置7。

尽管本实用新型采用具体实施例及其替代方式对本实用新型进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本实用新型的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本实用新型不受任何意义上的限制。

Claims (4)

1.一种两倍率定焦镜头，其特征在于：包括主镜筒(1)，在主镜筒(1)中固定安装有固定共轭距的光学镜片组件，在主镜筒(1)的外周还螺纹连接有两个能沿光轴方向直线调整的定位环(2)；

所述光学镜片组件的∣β∣≤1时，所述光学镜片组件包括沿光线入射方向依次设置的新月形负透镜(L1)、第一双凸正透镜(L2)、第二双凸正透镜(L3)和双凹负透镜(L4)，所述第二双凸正透镜(L3)和双凹负透镜(L4)组成一个双胶合组，其中β为光学镜片组件的放大率。

2.一种裂缝仪摄像装置，其特征在于：包括裂缝仪主镜筒(3)、同轴固定设置在裂缝仪主镜筒(3)中的镜头连接座(4)、以正装或反装方式安装在镜头连接座(4)上的且权利要求1所述的两倍率定焦镜头、安装在镜头连接座(4)中且位于两倍率定焦镜头后方的图像传感器(5)、以及与图像传感器(5)相连接的处理模块(8)；

所述镜头连接座(4)上设有沿光轴方向延伸的圆筒部(41)，所述主镜筒(1)的外螺纹与圆筒部(41)的内周壁螺纹连接固定，且主镜筒(1)上的一个定位环(2)卡接定位在圆筒部(41)的前端口壁前用来定位主镜筒(1)中光学镜片组件与图像传感器(5)的相对位置。

3.根据权利要求2所述的裂缝仪摄像装置，其特征在于：还包括与处理模块(8)相连接的输出模块(6)，所述输出模块采用USB接口对外输出数据。

4.根据权利要求2所述的裂缝仪摄像装置，其特征在于：还包括固定设置在裂缝仪主镜筒(3)中且环绕倍率定焦裂缝仪镜头的主镜筒(1)设置的照明装置(7)。

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