CN102193174B - 用于自动检测设备上的高分辨镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于自动检测设备上的高分辨镜头，包括主镜筒，其特征在于：所述主镜筒内沿光线自左向右入射方向分别设置了光焦度为正的前镜组A、可变光栏C和光焦度为正的后镜组B；所述前镜组A由正月牙型透镜A-1，正月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3密接的胶合组构成；所述后镜组B由负月牙型透镜B-1与正月牙型透镜B-2构成的胶合组，平凹透镜B-3构成。本发明具有高分辨率、畸变小的特点，而且镜头具有调焦、调光圈的功能；镜头结构牢固、匀称，各运动部件的动作可靠、手感好、外形美观大方。

Description

用于自动检测设备上的高分辨镜头

技术领域

本发明涉及一种用于自动检测设备上的高分辨镜头，属于工业自动检测设备技术领域，涉及高清晰度、低畸变视频摄像镜头装置。

背景技术

见图3结构型式的中长焦距（f′=35mm）的摄像镜头，在光电检测领域已经应用了近20年了，它的性能指标低、相对孔径小（D/f′=1/2.2）、畸变高达3%；尤其它的分辨率较低。仅可与20-30万像素的普通CCD或CMOS摄像机适配。且与摄像机的兼容性较差，只能满足监控领域的一般观看的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于自动检测设备上的高分辨镜头，有利于提高镜头的分辨率和减低镜头的畸变，从而有效满足在工业生产领域的应用，提高自动检测设备对产品的识别、测量、检测的精密度。

本发明的特征在于：一种用于自动检测设备上的高分辨镜头，包括主镜筒，其特征在于：所述主镜筒内沿光线自左向右入射方向分别设置了光焦度为正的前镜组A、可变光栏C和光焦度为正的后镜组B；所述前镜组A由正月牙型透镜A-1，正月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3密接的胶合组构成；所述后镜组B由负月牙型透镜B-1与正月牙型透镜B-2构成的胶合组，平凹透镜B-3构成；所述前镜组A与可变光栏C之间的空气间隔是3.11mm,所述可变光栏C与后镜组B之间的空气间隔是6.37mm；所述前镜组A中，正月牙型透镜A-1与双胶合透镜组之间的空气间隔是0.11mm；所述后镜组B中，双胶合透镜组与平凹透镜B-3之间的空气间隔是4.95mm。

所述主镜筒的前部内壁螺纹连接有用以安置前镜组A的前镜座，所述主镜筒的后部内壁上设有后镜组B，所述主镜筒外周的前部设有调焦调节机构，后部设有光圈调节机构；所述调焦调节机构包括与主镜筒外圈正螺牙连接的调焦联接环，所述调焦联接环外圈还设有负螺牙连接的调焦联接筒，所述调焦联接环还通过顶丝与设于其外圈的调焦调节环连接，所述调焦联接筒的后部内壁上开设有直线导槽，所述直线导槽内安放有端部连接在主镜筒后部上的导钉；所述光圈调节机构包括设于主镜筒内圈上且经顶丝与主镜筒连接的光栏座和设于调焦联接筒外圈的光栏调节环，所述光栏座与主镜筒之间还设有光栏动环，所述光栏动环一端与光栏座顶接，另一端与卡接在光栏座内圈上的光栏动环卡环连接，所述光栏调节环经贯穿调焦联接筒与主镜筒的光栏动环挡钉和 光栏座与光栏动环连接。

本发明的优点：

1、镜头主镜筒采用整体加工，一体加工完成。有效保证光学结构同心度要求。

2、设计独立的光栏调节机构，兼顾优化加工、装配工艺。提升加工、装配效率。

3、设置手动调节光圈。采用10片光栏叶片，其中设置8个缺口光栏叶片和2个圆光栏叶片，保证调光过程中光圈变化稳定，均匀，最小光圈全关闭；

4、设置调焦机构前置，光圈调节机构后置。设计调焦调节环与光栏调节环整体比例大致一致；

5、调焦调节环与光圈调节环外圈设置橡胶圈，增强镜身美观性并提高手感舒适度。加长镜头前端镜身长度，起到类似遮光罩的作用，保证镜头整体比例协调，外形美观大方。调焦调节环、光圈调节环、主镜筒外露部分预留足够的刻字部分，便于设置镜头LOGO；

6、机械隔圈尺寸公差控制小于0.02mm，同心度控制小于0.02mm，螺纹付配合公差国标（H7/g6）,镜筒配合公差国标（H8/f7）。调焦、调光动作精确、顺畅、无卡滞；

7、镜身采用纯金属结构设计，保证结构强度。镜头联接座镀铬处理，提升产品档次。联接座与镜身采用螺纹联接，顶丝加强固定。稳定可靠。

附图说明

图1为本发明实施例光路结构示意图。

图2为本发明实施例结构示意图。

图3当前该类型镜头的光路结构示意图。

具体实施方式

参考图1和图2，一种用于自动检测设备上的高分辨镜头，包括主镜筒1，所述主镜筒内沿光线自左向右入射方向分别设置了光焦度为正的前镜组A、可变光栏C和光焦度为正的后镜组B；所述前镜组A由正月牙型透镜A-1，正月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3密接的胶合组构成；所述后镜组B由负月牙型透镜B-1与正月牙型透镜B-2构成的胶合组，平凹透镜B-3构成。

上述前镜组A与可变光栏C之间的空气间隔是3.11mm,所述可变光栏C与后镜组B之间的空气间隔是6.37mm；所述前镜组A中，正月牙型透镜A-1与双胶合透镜组之间的空气间隔是0.11mm；所述后镜组B中，双胶合透镜组与平凹透镜B-3之间的空气间隔是4.95mm。

上述主镜筒1的前部内壁螺纹连接有用以安置前镜组A的前镜座2，所述主镜筒1的后部内壁上设有后镜组B，所述主镜筒1外周的前部设有调焦调节机构，后部设有光圈调节机构；所述调焦调节机构包括与主镜筒1外圈正螺牙连接的调焦联接环3，所述调焦联接环3外圈还设有负螺牙连接的调焦联接筒4，所述调焦联接环3还通过顶丝5与设于其外圈的调焦调节环6连接，所述调焦联接筒4的后部内壁上开设有直线导槽，所述直线导槽内安放有端部连接在主镜筒1后部上的导钉7；所述光圈调节机构包括设于主镜筒1内圈上且经顶丝8与主镜筒1连接的光栏座9和设于调焦联接筒4外圈的光栏调节环10，所述光栏座9与主镜筒1之间还设有光栏动环11，所述光栏动环11一端与光栏座9顶接，另一端与卡接在光栏座9内圈上的光栏动环卡环12连接，所述光栏调节环10经贯穿调焦联接筒4与主镜筒1的光栏动环挡钉13和光栏座9与光栏动环11连接。 

上述前镜座2的前端部螺纹连接有用以固定前镜组A的压圈A14，所述主镜筒1的后段部螺纹连接有用以固定后镜组B的压圈B15，所述正月牙型透镜A-1和正月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3密接的胶合组之间设有隔圈16，所述负月牙型透镜B-1与正月牙型透镜B-2密接的胶合组和平凹透镜B-3之间设有隔圈17。

上述调焦联接筒4后端连接有经顶丝18与调焦联接筒4连接的联接座19。

上述调焦调节环6和光栏调节环10外圈还设有橡胶圈20。

上述调焦调节环6和光栏调节环10上分别设有用以锁紧调焦调节环6和光栏调节环20的调焦锁紧钉21和光栏锁紧钉22，所述调焦锁紧钉21与光栏锁紧钉22的一端可顶接在调焦联接筒4上。

本发明达到的光学指标：焦距：f′=35mm；相对孔径D/f′=1/1.75；视场角2w≥18.3°(像方线视场2η≥φ11mm)；光学结构长度：ΣL≤48.5mm；适用光谱范围：480nm-656nm；镜头分辨率：与500万像素高清晰CCD摄像机或cmos摄像机适配；空间频率200lp/mm时，所有视场的MTF均优于0.3；光学畸变≤0.9%；可选用手动光圈或自动光圈；设置手动调焦，调焦机构采用不同导程的正反螺牙研磨配合进行调焦，调焦动作精确、可靠、无卡滞，调焦调节范围1.5mm。

具体实施步骤：

本发明的光路采用双高斯的光学结构。它由光焦度均为正的前镜组Ａ和后镜组B构成，A-B两镜组元基本对称。这样可以最大限度地降低轴外像差，提高镜头的分辨率。同时使镜头的光学畸变降至最低。

发明者把前后镜组中的负月牙型透镜改为密接的双胶合组，利用胶合组两块透镜材料的折射率差和色散差异，校正球差、位置色差等轴上点像差，提高了镜头的相对孔径，在后镜组Ｂ中把正透镜B-3与双胶合组拉开一定距离，并把正透镜B-3进行单元配曲，以校正光学系统的象散。从而使光学系统达到高分辨率、低畸变的性能指标。

本镜头焦距为35mm，像高φ11mm，500万像素高清镜头，镜头的像面尺寸大，要求镜头中心与边缘的像质同时清晰，要抑制像差中的场曲，慧差，对机械结构的同心度、光学元器件的偏心度及各光学元器件间的间隔严格控制。作为高清类的高档产品，要求调焦调节机构前置，光圈调节机构后置。调焦、调光动作稳定、可靠。镜头外形美观大方。同时还需优化加工工艺、便于镜头的装校。

本发明机械结构设计包括：见图2，镜头主镜筒1采用整体加工，一体完成。有效避免了加工换刀中带来机械部件的同心度偏差。单独设置调光组件（光栏座9、光栏动环11、光栏动环卡环12）。将前镜组A的3片3组式的镜片A-1片、A-2片、A-3片置于前镜座里面；将B-1、B-2、B-3置于主镜筒内。前镜座与主镜筒采用螺纹联接固定。

为了固定镜片及保证各镜片之间的空气间隔，分别设计了压圈和隔圈：隔圈16主要保证A-1片与A-2、A-3之间的空气间隔；隔圈17保证了B-1与B-2、 B-3胶合组之间的空气间隔；镜头压圈及隔圈设置消光扣，并在消光扣涂覆无光漆，有效减低一次反射带来的杂散光影响，减低鬼像产生，提升镜头在大光照度情况下适应性。 

由于此光学系统的结构中光栏C位置与A-3片很接近（见图1），为了保证光栏C的理论位置，以及满足光圈调节后置，调焦调节前置以及结构外形美观大方的设计要求，设计如下方案：

1、设计加大镜身径向宽度，便于在镜身内部设置调焦组件（调焦联接环3、调焦联接筒4）、调光组件调光组件（光栏座9、光栏动环11、光栏动环卡环12）;

2、设计联接座19、调焦联接环3、调焦联接筒4、调焦调节环6组成调焦机构，满足调焦机构前置要求；

3、设计光栏座9、光栏动环11、光栏动环卡环12组成独立光圈调节机构，方便装调的同时，满足光圈调节机构后置要求；

4、设计加长镜头前端镜身长度，镜头入射端设计一个斜度（见图2），既使前端起到拦截边缘有害光线、提升镜头适用性的作用，又保证镜头整体比例协调，形美观大方；

5、设计调焦调节环、光栏调节环、主镜筒外露部分比例均匀一致，预留足够的刻字位置，便于设置镜头LOGO；镜头调焦调节环与光圈调节环外圈设置橡皮圈（见图2）。

所述结构设计中要确保系统各组元的同心度及调焦等动作的精确、平稳和手感好等需求，采用以下两个措施：1、设计调焦联接环3与主镜筒1采用正螺牙联接，设计正螺牙导程1.5mm。调焦联接环3与调焦联接筒4使用反螺牙联接,设计反螺牙导程1mm。通过不成整数倍数导程的正反螺牙进行研磨，有效消除螺纹付运动过程中产生的螺纹空回运动，保证螺纹之间配合的精度，提高调焦动作的可靠性，有效保证镜头在微调焦过程中的同心度偏差，保证镜头像质。2、通过导钉使调焦机构的调焦运动由圆周运动转变成轴向运动，杜绝镜头因圆周运动所产生的同心度变化对镜头像质产生影响，保证调焦过程中的像质要求。

所述为满足光学系统调焦距离1.5mm的要求，设计将主镜筒1与调焦联接筒4在光栏动环挡钉的前后留出1.5mm的位置，即在主镜筒1与调焦联接筒4上铣出6mm的宽槽，即保证加工方便又保证进行调焦动作时，各机械部件不干涉。

所述镜身采用纯金属结构设计，保证结构强度。镜头联接座镀铬处理，提升产品档次。联接座与镜身采用螺纹联接，顶丝加强固定。稳定可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (6)

1. 一种用于自动检测设备上的高分辨镜头，包括主镜筒，其特征在于：所述主镜筒内沿光线自左向右入射方向分别设置了光焦度为正的前镜组A、可变光栏C和光焦度为正的后镜组B；所述前镜组A由正月牙型透镜A-1，正月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3密接的胶合组构成；所述后镜组B由负月牙型透镜B-1与正月牙型透镜B-2构成的胶合组，平凹透镜B-3构成；所述前镜组A与可变光栏C之间的空气间隔是3.11mm,所述可变光栏C与后镜组B之间的空气间隔是6.37mm；所述前镜组A中，正月牙型透镜A-1与双胶合透镜组之间的空气间隔是0.11mm；所述后镜组B中，双胶合透镜组与平凹透镜B-3之间的空气间隔是4.95mm。

2.根据权利要求1所述的用于自动检测设备上的高分辨镜头，其特征在于：所述主镜筒的前部内壁螺纹连接有用以安置前镜组A的前镜座，所述主镜筒的后部内壁上设有后镜组B，所述主镜筒外周的前部设有调焦调节机构，后部设有光圈调节机构；所述调焦调节机构包括与主镜筒外圈正螺牙连接的调焦联接环，所述调焦联接环外圈还设有负螺牙连接的调焦联接筒，所述调焦联接环还通过顶丝与设于其外圈的调焦调节环连接，所述调焦联接筒的后部内壁上开设有直线导槽，所述直线导槽内安放有端部连接在主镜筒后部上的导钉；所述光圈调节机构包括设于主镜筒内圈上且经顶丝与主镜筒连接的光栏座和设于调焦联接筒外圈的光栏调节环，所述光栏座与主镜筒之间还设有光栏动环，所述光栏动环一端与光栏座顶接，另一端与卡接在光栏座内圈上的光栏动环卡环连接，所述光栏调节环经贯穿调焦联接筒与主镜筒的光栏动环挡钉和 光栏座与光栏动环连接。 

3.根据权利要求2所述的用于自动检测设备上的高分辨镜头，其特征在于：所述前镜座的前端部螺纹连接有用以固定前镜组A的压圈A，所述主镜筒的后段部螺纹连接有用以固定后镜组B的压圈B，所述正月牙型透镜A-1和正月牙型透镜A-2与负月牙型透镜A-3密接的胶合组之间设有隔圈，所述负月牙型透镜B-1与正月牙型透镜B-2密接的胶合组和平凹透镜B-3之间设有隔圈。

4.根据权利要求2所述的用于自动检测设备上的高分辨镜头，其特征在于：所述调焦联接筒后端连接有经顶丝与调焦联接筒连接的联接座。

5.根据权利要求2所述的用于自动检测设备上的高分辨镜头，其特征在于：所述调焦调节环和光栏调节环外圈还设有橡胶圈。

6.根据权利要求2所述的用于自动检测设备上的高分辨镜头，其特征在于：所述调焦调节环和光栏调节环上分别设有用以锁紧调焦调节环和光栏调节环的调焦锁紧钉和光栏锁紧钉，所述调焦锁紧钉与光栏锁紧钉的一端可顶接在调焦联接筒上。

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