一种f16mm高清低畸变半组移动工业镜头的制作方法

本发明涉及一种f16mm高清低畸变半组移动工业镜头。

背景技术：

工业镜头作为将成像目标在图像传感器的光敏面上元器件是机器视觉系统设计的重要环节。但是现有市场上的f16mm工业镜头，由于存在视场边缘不清晰，畸变较大，工艺性能差，材质成本高等缺点，已经开始不能满足现有的市场需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种f16mm高清低畸变半组移动工业镜头，不仅结构简单，而且可以对近距离景物的拍摄达到畸变小于1.1%。

本发明的技术方案在于：一种f16mm高清低畸变半组移动工业镜头，包括镜头结构和设置于镜头结构内的光路系统，所述镜头结构包括主镜筒，所述主镜筒内设置有前组镜筒和连接于前组镜筒后侧的后组镜筒，所述主镜筒的后端设置有用于与摄像机相连接的连接座，所述光路系统由沿光线入射方向依次安装于前组镜筒内的前组镜片、安装于后组镜筒内的可变光阑及安装于后组镜筒和连接座内的后组镜片组成，所述前组镜片由第一负月牙型透镜、第一双凸透镜及第二双凸透镜和第一双凹透镜密接的第一胶合组组成；所述后组镜片由第二双凹透镜和第三双凸透镜密接的第二胶合组、第四双凸透镜及正月牙型透镜和第二负月牙型透镜密接的第三胶合组组成，所述主镜筒上设置有光阑调节机构，所述后座镜筒上还设置有微调焦机构。

进一步地，所述前组镜片与可变光阑之间的空气间隔为4.03mm；所述可变光阑与后组镜片之间的空气间隔为2.36mm；所述前组镜片与后组镜片之间的空气间隔为6.39mm。

进一步地，所述第一负月牙型透镜与第一双凸透镜之间的空气间隔为12.45mm；所述第一双凸透镜与第一胶合组之间的空气间隔为0.17mm。

进一步地，所述第二胶合组与第四双凸透镜之间的空气间隔为0.15mm；所述第四双凸透镜第三胶合组之间的空气间隔为1.05~2.85mm。

进一步地，所述前组镜筒自前向后呈阶梯状逐渐缩小，所述第一负月牙型透镜与第一双凸透镜之间设置有第一隔圈，所述第一双凸透镜与第一胶合组的第一双凹透镜之间设置有第二隔圈，所述前组镜筒内还螺接有压置于第一负月牙型透镜前侧周部的前压圈。

进一步地，所述后组镜筒螺接于前组镜筒的后侧，所述可变光阑设置于后组镜筒的前部内腔中，所述后组镜筒的后部内腔自前向后呈阶梯状逐渐增大，且第二胶合组和第四双凸透镜安装于后组镜筒的后部内腔中，所述第二胶合组和第四双凸透镜之间设置有第三隔圈，所述后组镜筒的后端还螺接有压置于第四双凸透镜后侧周部的中部压圈。

进一步地，所述可变光阑经卡环定位于后组镜筒的前部内腔中，并经径向穿入后组镜筒内的光阑锁紧钉固定于后组镜筒的前部内腔中。

进一步地，所述连接座自前向后呈阶梯状逐渐缩小，且连接座套置于主镜筒后端并经径向穿过连接座的连接座锁紧顶丝与主镜筒固定连接，所述连接座内设置有用于安装第三胶合组的腔室，连接座的后端螺接有压置于第二负月牙型透镜的后侧周部的后压圈。

进一步地，所述微调焦机构包括设置于主镜筒与后组镜筒之间的聚焦转轮，聚焦转轮的后部分别经正反牙与后组镜筒和主镜筒相连，聚焦转轮的前部经聚焦环锁紧顶丝固定有位于前组镜筒与主镜筒之间的聚焦环，所述主镜筒的后部沿轴向设置有导向槽，所述导向槽内设置有与后组镜筒固定连接的限位钉，所述主镜筒的前部还设置有用于聚焦转轮锁定的第一锁紧钉。

进一步地，所述光阑调节机构包括套置于主镜筒中部的光阑调节环，所述光阑调节环上径向螺接有穿过主镜筒伸入后组镜筒内的光阑导钉，所述光阑导钉与光阑的光阑拨杆相连接，所述后组镜筒上设置有用于控制可调光阑开口的通光槽，所述光阑调节环上还设置有与主镜筒相配合用于光阑调节环锁定的第二锁紧钉。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

3. 在结构设计上（如图2），镜头调焦结构采用多头螺纹配合和限位机构，并在镜头后采用端微“调焦”结构，避免了镜头的极限使用；同时后端光阑调节机构确保了光阑大小的可变性。设计了不同的隔圈和压圈来保证镜片间的空气间隔及固定镜片，从而完美实现镜头像质、畸变等各方面性能。

2. 采用半组移动的调焦方式，近摄距可达0.2m；在更近的物距上实现清晰成像，且畸变在1.1%（如图5）以下，满足工业用镜头畸变小的要求；

1. 前、后两组九片镜片的材料为高折射率、低色散的光学玻璃材料，使镜头的MTF值在150lp/mm（如图4）大于0.3，使镜头的分辨率高达500万像素，能适应现有的工业用高清晰度视频摄像的要求；

附图说明

图1为本发明的光路系统的结构示意图；

图2为本发明的工业镜头的结构示意图一；

图3为本发明的工业镜头的结构示意图二；

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6为本发明的镜片参数表；

1-前组镜筒 2-聚焦环 3-聚焦环锁紧顶丝 4-聚焦转轮 5-主镜筒 6-光阑导钉 7-光阑调节环 8-连接座锁紧顶丝 9-连接座 10-中部压圈 11-后压圈 12-第二负月牙型透镜 13-正月牙型透镜 14-第四双凸透镜 15-第三双凸透镜 16-第二双凹透镜 17-第三隔圈 18-后组镜筒 19-可变光阑 20-光阑锁紧钉 21-卡环 22-第一双凹透镜 23-第二双凸透镜 24-第二锁紧钉 25-第二隔圈 26-第一双凸透镜 27-第一锁紧钉 28-第一隔圈 29-第一负月牙型透镜 30-前压圈 31-限位钉 32-导向槽 33-光阑拨杆 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，但本发明并不限于此。

参考图1至图6

一种f16mm高清低畸变半组移动工业镜头，包括镜头结构和设置于镜头结构内的光路系统，所述镜头结构包括主镜筒5，所述主镜筒内设置有前组镜筒1和连接于前组镜筒后侧的后组镜筒18，所述主镜筒的后端设置有用于与摄像机相连接的连接座9，所述光路系统由沿光线入射方向依次安装于前组镜筒内的前组镜片A、安装于后组镜筒内的可变光阑19及安装于后组镜筒和连接座内的后组镜片B组成，所述前组镜片由第一负月牙型透镜29、第一双凸透镜26及第二双凸透镜23和第一双凹透镜22密接的第一胶合组组成；所述后组镜片由第二双凹透镜16和第三双凸透镜15密接的第二胶合组、第四双凸透镜14及正月牙型透镜13和第二负月牙型透镜12密接的第三胶合组组成，所述主镜筒上设置有光阑调节机构，以便实现光圈调节的功能。所述后座镜筒上还设置有微调焦机构，以便实现镜头近距离到∞可调。

本实施例中，前组镜筒由同一机床加工，可有效保证同心度，从而与前组镜片配合保证前组光路的同轴度。

本实施例中，所述前组镜片与可变光阑之间的空气间隔为4.03mm；所述可变光阑与后组镜片之间的空气间隔为2.36mm；所述前组镜片与后组镜片之间的空气间隔为6.39mm。

本实施例中，所述第一负月牙型透镜与第一双凸透镜之间的空气间隔为12.45mm；所述第一双凸透镜与第一胶合组之间的空气间隔为0.17mm。

本实施例中，所述第二胶合组与第四双凸透镜之间的空气间隔为0.15mm；所述第四双凸透镜第三胶合组之间的空气间隔为1.05~2.85mm。

本实施例中，所述前组镜筒自前向后呈阶梯状逐渐缩小，所述第一负月牙型透镜与第一双凸透镜之间设置有第一隔圈28，从而保证保证第一负月牙型透镜与第一双凸透镜之间的通光和空气距离。所述第一双凸透镜与第一胶合组的第一双凹透镜之间设置有第二隔圈25，从而保证第一双凸透镜与第二双凸透镜片之间的通光和空气距离。所述前组镜筒内还螺接有压置于第一负月牙型透镜前侧周部的前压圈30，保证前组镜片的装配稳定性。

本实施例中，所述后组镜筒螺接于前组镜筒的后侧，所述可变光阑设置于后组镜筒的前部内腔中，所述后组镜筒的后部内腔自前向后呈阶梯状逐渐增大，且第二胶合组和第四双凸透镜安装于后组镜筒的后部内腔中，所述第二胶合组和第四双凸透镜之间设置有第三隔圈17，以便保证各镜片之间的空气间隔和通光。所述后组镜筒的后端还螺接有压置于第四双凸透镜后侧周部的中部压圈10，以便保证后组镜片装配稳定性，防止镜片松动或者掉出来。

本实施例中，所述连接座自前向后呈阶梯状逐渐缩小，且连接座套置于主镜筒后端并经三个径向穿过连接座的连接座锁紧顶丝8与主镜筒固定连接，从而也限定了主镜筒的运动，这样在调焦过程中实现半组光路变化来达到像质的清晰。所述连接座内设置有用于安装第三胶合组的腔室，连接座的后端螺接有压置于第二负月牙型透镜后侧周部的后压圈11，以便保证镜片装配稳定性，防止镜片松动。为了实现半组移动，设计了连接座放置第三胶合组并且与摄像机对接。

本实施例中，所述微调焦机构包括设置于主镜筒与后组镜筒之间的聚焦转轮4，聚焦转轮的后部分别经正反牙与后组镜筒和主镜筒相连，即采用左旋多头牙螺纹与细牙螺纹互配合传动，具有调焦快速、灵活、空回小的优点。聚焦转轮的后部内圈与后组镜筒的前部外圈相螺接，聚焦转轮的后部外圈与主镜筒的前部内圈相螺接，所述聚焦转轮后部内圈的螺纹与聚焦转轮后部外圈的螺牙旋向相反。聚焦转轮的前部经三个聚焦环锁紧顶丝3固定有位于前组镜筒与主镜筒之间的聚焦环2，在外力转动聚焦环2时带动聚焦转轮4朝一个方向转动，此时与其正反牙连接的主镜筒5和后组镜筒18分别朝相反的方向运动。为了防止整个光路发生沿着光轴的旋转运动，所述主镜筒的后部沿轴向设置有导向槽32，所述导向槽内设置有与后组镜筒固定连接的限位钉31，所述主镜筒的前部还设置有用于聚焦转轮锁定的第一锁紧钉27。

又因后组镜筒18与前组镜筒1通过螺纹连接成一起联动的结构，故在调节聚焦环时带动了整组机械及光路结构做远离或者靠近焦平面的运动，从而实现了调焦的功能。但此调焦范围是有限的，主要是依赖主镜筒5与限位钉31之间相互配合的限位槽来限制调焦范围。在调焦机构中，为了保证调焦的精度及镜头在调焦过程中的同心度，设计时要求聚焦转轮4与主镜筒5和后组镜筒18之间的螺纹配合要通过研磨操作。

本实施例中，所述可变光阑经卡环21定位于后组镜筒的前部内腔中，并经径向穿入后组镜筒内的光阑锁紧钉20固定于后组镜筒的前部内腔中。

本实施例中，所述光阑调节机构包括套置于主镜筒中部的光阑调节环7，所述光阑调节环上径向螺接有穿过主镜筒伸入后组镜筒内的光阑导钉6，所述光阑导钉与光阑的光阑拨杆33相连接，所述后组镜筒上设置有用于控制可调光阑开口大小的通光槽，以满足不同光照条件下的使用环境。所述光阑调节环上还设置有与主镜筒相配合用于光阑调节环锁定的第二锁紧钉24。

本实施例中，为了更直观的标示出近摄距到无穷远的变化过程，在主镜筒5上面标示出了不同物距所对应的对焦位置，同时也标注出不同光圈位置对应的相对孔径值。在聚焦环2和光阑调节环7上面都做了相应的定位点，便于查看。

本发明实现的技术指标如下：1）焦距：f′=16mm；2）近摄距：200mm；3）畸变：≤1.1%；4）相对孔径D/f’=1/1.8；5）视场角2ω：37.94°；6）分辨率：优于500万像素；7）光路总长∑≤54.83mm；8）适用谱线范围：450nm～650nm9）镜头外形尺寸：φ35.5×47.5。

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f16mm高清低畸变半组移动工业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。