一种高分辨率低畸变光学工业镜头的制作方法

本发明涉及一种高分辨率低畸变光学工业镜头。

背景技术：

现有市场上的高清工业镜头，存在畸变较大，视场边缘不清晰的缺点，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高分辨率低畸变光学工业镜头，不仅结构简单，而且实现缩小近距离景物拍摄的畸变。

本发明的技术方案在于：一种高分辨率低畸变光学工业镜头,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、可变光阑及后组镜片，所述前组镜片依次由第一双凸透镜、负月牙型透镜、第一双凹透镜、第二双凸透镜、第一正月牙型透镜组成，所述后组镜片依次由第二双凹透镜和第三双凸透镜密接的胶合组、第二正月牙型透镜及第四双凸透镜组成。

进一步地，所述第一双凸透镜和负月牙型透镜之间的空气间隔是0.10mm，所述负月牙型透镜和第一双凹透镜之间的空气间隔为3.94mm，所述第一双凹透镜和第二双凸透镜之间的空气间隔为1.32mm，所述第二双凸透镜和第一正月牙型透镜之间的空气间隔为0.1mm。

进一步地，所述前组镜片和后组镜片之间的空气间隔为5.9mm，所述前组镜片与可变光阑C之间的空气间隔为3.82mm，所述可变光阑与后组镜片之间的空气间隔为2.09mm。

进一步地，所述第二双凹透镜和第三双凸透镜密接的胶合组与第二正月牙型透镜之间的空气间隔为0.10mm，所述第二正月牙型透镜和第四双凸透镜之间的空气间隔为0.10mm。

进一步地，所述镜头结构包括用于安装前组镜片的前组镜筒，所述前组镜筒的后部螺接有安装于主镜筒内并用于安装后组镜片的后组镜筒，所述可调光阑设置于后组镜筒内，所述后组镜筒上设置有调焦机构，所述主镜筒上设置有光阑调节机构，主镜筒的后部还安装有连接座。

进一步地，所述第一双凸透镜、负月牙型透镜、第一双凹透镜、第二双凸透镜及第一正月牙型透镜自前往后依次设置于前组镜筒内，所述第二双凸透镜与第一正月牙型透镜之间设置有第一隔圈，所述第一双凹透镜与第二双凸透镜之间设置有第二隔圈，所述第一双凸透镜与负月牙型透镜之间设置有第三隔圈，所述前组镜筒内还螺接有压置于第一双凸透镜前侧的前压圈。

进一步地，所述胶合组、第二正月牙型透镜及第四双凸透镜自前向后依次设置于后组镜筒内，所述胶合组与第二正月牙型透镜之间设置有第四隔圈，所述第二正月牙型透镜与第四双凸透镜之间设置有第五隔圈，所述后组镜筒内还螺接有压置于第四双凸透镜后侧的后压圈。

进一步地，所述调焦机构包括设置于主镜筒之间的调焦转轮，所述调焦转轮的内圈后部与后组镜筒的前部外圈相螺接且调焦转轮的外圈后部与主镜筒的前部内圈相螺接，调焦转轮上还固定有调焦环，所述主镜筒上径向螺接有用于调焦转轮锁定的锁紧钉。

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相连接，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：

1）该高分辨率低畸变光学工业镜头不仅结构简单，而且采用整组移动的调焦方式，近摄距可达0.1m，在更近的物距上实现清晰成像，实现缩小近距离景物拍摄的畸变小于0.5%（如图4）以下的目的，满足工业用镜头畸变小的要求，并且分辨率高于五百万像素的高清镜头，可以与4:3或16:9制式2／3″高清晰度的摄像机配套使用，且镜头的MTF值在150lp/mm（如图3）大于0.3；

2）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，并在镜头前采用端微“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。

附图说明

图1为本发明的光路系统的结构示意图；

图2为本发明的镜头的结构示意图；

图3为本发明的MTF曲线图；

图4为本发明的畸变变化曲线；

图5为本发明的镜片参数图；

图中：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-限位片锁紧螺丝 11-后压圈 12-第四双凸透镜 13-第二正月牙型透镜 14-第三双凸透镜 15-第二双凹透镜 16-第四隔圈 17-第五隔圈 18-限位片 19-后组镜筒 20-可变光阑 21-光阑锁紧钉 22-卡环 23-第二锁紧钉 24-第一正月牙型透镜 25-第一隔圈 26-第二双凸透镜 27-锁紧钉 28-第二隔圈 29-第一双凹透镜 30-负月牙型透镜 31-第三隔圈 32-第一双凸透镜 33-前压圈 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5

一种高分辨率低畸变光学工业镜头,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、可变光阑20及后组镜片B，所述前组镜片依次由第一双凸透镜32、负月牙型透镜30、第一双凹透镜29、第二双凸透镜26、第一正月牙型透镜24组成，所述后组镜片依次由第二双凹透镜15和第三双凸透镜14密接的胶合组、第二正月牙型透镜13及第四双凸透镜12组成。

本实施例中，所述第一双凸透镜和负月牙型透镜之间的空气间隔是0.10mm，所述负月牙型透镜和第一双凹透镜之间的空气间隔为3.94mm，所述第一双凹透镜和第二双凸透镜之间的空气间隔为1.32mm，所述第二双凸透镜和第一正月牙型透镜之间的空气间隔为0.1mm。

本实施例中，所述前组镜片和后组镜片之间的空气间隔为5.9mm，所述前组镜片与可变光阑C之间的空气间隔为3.82mm，所述可变光阑与后组镜片之间的空气间隔为2.09mm。

本实施例中，所述第二双凹透镜和第三双凸透镜密接的胶合组与第二正月牙型透镜之间的空气间隔为0.10mm，所述第二正月牙型透镜和第四双凸透镜之间的空气间隔为0.10mm。

本实施例中，所述镜头结构包括用于安装前组镜片的前组镜筒1，所述前组镜筒的后部螺接有安装于主镜筒5内并用于安装后组镜片的后组镜筒19，所述可调光阑20设置于后组镜筒内，所述后组镜筒上设置有调焦机构，所述主镜筒上设置有光阑调节机构，主镜筒的后部还安装有连接座9，所述连接座经连接座锁紧顶丝8与主镜筒固定连接。

本实施例中，所述第一双凸透镜、负月牙型透镜、第一双凹透镜、第二双凸透镜及第一正月牙型透镜自前往后依次设置于前组镜筒内，所述第二双凸透镜与第一正月牙型透镜之间设置有第一隔圈25，所述第一双凹透镜与第二双凸透镜之间设置有第二隔圈28，所述第一双凸透镜与负月牙型透镜之间设置有第三隔圈31，所述前组镜筒内还螺接有压置于第一双凸透镜前侧的前压圈33。

前组镜筒内的各镜片的安装工位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。同时第三隔圈28来保证第一双凸透镜与负月牙型透镜片之间的通光和空气距离，第二隔圈来保证第一双凹透镜与第二双凸透镜之间的通光和空气距离，第一隔圈来保证第二双凸透镜与第一正月牙型透镜片之间的通光和空气距离。同时设计的前压圈，保证前组镜片的装配稳定性。

本实施例中，所述胶合组、第二正月牙型透镜及第四双凸透镜自前向后依次设置于后组镜筒内，所述胶合组与第二正月牙型透镜之间设置有第四隔圈16，所述第二正月牙型透镜与第四双凸透镜之间设置有第五隔圈17，所述后组镜筒内还螺接有压置于第四双凸透镜后侧的后压圈11。为了保证各镜片之间的空气间隔和通关，其间设计了第四隔圈、第五隔圈，设计后压圈来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，所述调焦机构包括设置于主镜筒之间的调焦转轮4，所述调焦转轮的内圈后部与后组镜筒的前部外圈相螺接且调焦转轮的外圈后部与主镜筒的前部内圈相螺接，调焦转轮上还固定有调焦环2，所述调焦环境经聚焦环锁紧顶丝3固定于调焦转轮上，所述主镜筒上径向螺接有用于调焦转轮锁定的锁紧钉27。

为了实现镜头近距离到∞可调，在设计中通过加入调焦机构，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。具体为聚焦转轮4分别用正反牙与后组镜筒19和主镜筒5相连，聚焦环2通过三个聚焦环锁紧顶丝3来与聚焦转轮4固定。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19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，故在主镜筒的后部与后组镜筒之间设置一限位片18来限制后组镜筒19转动，又因后组镜筒20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，主要是依赖聚焦环2和主镜筒5之间的插销和插槽限制来保证调焦范围。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19之间的螺纹配合要通过研磨操作。

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拨动杆相连接，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23。为实现光圈调节的功能，通过设置于后组镜筒内的卡环22将可变光阑20固定在后组镜筒19上，并通过光阑锁紧钉进行定位，同时通过光阑导钉6连接光阑20和光阑调节环7，通过在后组镜筒中开一定角度的槽来控制光阑开口的大小，以满足不同光照条件下的使用环境。

考虑到工业镜头的实用性，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6上面都做了相应的定位点，便于查看。

利用胶合组正负镜片的折射率和色散之差异，校正镜头的象差。同时在光路移动上，使用整组镜片移动，使镜头分辨率高达500万、畸变小于0.5%。

本发明实现的技术指标如下：

1.焦距：f′=12mm

2.近摄距：100mm

3.畸变：≤0.5%

4.相对孔径D/f’=1/2.4

5.视场角2ω：49.25°

6.分辨率：优于500万像素

7.光路总长∑≤50.81mm

8.适用谱线范围：450nm～650nm

9.镜头外形尺寸：φ35.5×41.1。

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，设计出不同形式的高分辨率低畸变光学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。