一种f50mm高清低畸变半组移动工业镜头结构的制作方法

一种f50mm高清低畸变半组移动工业镜头结构
1.技术领域：本发明涉及一种f50mm高清低畸变半组移动工业镜头结构。
2.

背景技术：
在现有的机器视觉领域上，目前的工业镜头对物距要求较短，对较小产品可以进行检测，但对较大尺寸产品受到限制，而目前各式各样的产品制造对镜头焦距等有了不同要求，从而利用机器视觉技术去实现，更高精度进行工业检测，进行工业制造，对未来的工业发展才能提供更有效的竞争力。
3.

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种f50mm高清低畸变半组移动工业镜头结构，其可以实现大靶面成像、分辨率高的低畸变。
4.本发明的技术方案在于：一种f50mm高清低畸变半组移动工业镜头结构，其特征在于：所述镜头的光学系统包括沿光线入射方向自前向后依次设置有前镜片组、光阑d、后镜片组以及固定镜片组，所述前镜片组由负弯月透镜a1和负弯月透镜a2密接的第一胶合组、正光焦度的凸平透镜a3和平凹透镜a4密接的第二胶合组组成，所述后镜片组由双凹透镜b1和双凸透镜b2密接的第三胶合组、双凸透镜b3组成，所述固定镜片组是由负弯月透镜c1和双凸透镜c2组成。
5.进一步的，上述前组a的负弯月透镜a1和负弯月透镜a2密接的第一胶合组与正光焦度的凸平透镜a3和平凹透镜a4密接的第二胶合组之间的空气间隔为0.1mm，所述前组a与光阑d之间的空气间隔为4.77，所述光阑d与后组b之间的空气间隔为6mm，所述后组b的双凹透镜b1和双凸透镜b2密接的第三胶合组与双凸透镜b3之间的空气间隔为0.1mm，所述后组b与固定组c之间的空气间隔为1.25mm，所述固定组c的负弯月透镜c1与双凸透镜c2之间的空气间隔为4.52mm。
6.进一步的，上述各镜片的参数：进一步的，镜头光学系统所实现的技术指标如下：
①
焦距：f
′
=50mm；
②
近摄距：m.o.d=250mm；
③
畸变：≤0.2%；
④
相对孔径：d/f
′
=1/2.8；
⑤
视场角：2ω=20
°
；
⑥
分辨率：优于2000万像素；
⑦
光路总长：∑≤42.2
±
0.1mm；
⑧
适用谱线范围：450nm～650nm；
⑨
镜头接口类型：c-mount。
7.进一步的，上述镜头的机械结构包括主镜筒，所述主镜筒内设置有前部腔室用于安装前镜片组的前组镜筒，位于前组镜筒的内孔后部设置有用于安装后镜片组的后组镜筒，所述后组镜筒伸入前组镜筒的后部腔室并与前组镜筒固定连接，所述光阑d设置于前组镜筒内并位于前组镜筒的后部腔室和后组镜筒之间，所述主镜筒上设置有与前组镜筒相配合并用于调焦的微调焦机构，主镜筒上还设置有光阑调节机构。
8.进一步的，上述微调焦机构包括套置于前组镜筒前部与主镜筒的前部之间的调焦转轮，所述调焦转轮的内圈与前组镜筒外圈相连接，调焦转轮的外圈与主镜筒相连接，调焦转轮的前部套置有位于主镜筒前侧的聚焦环，所述聚焦环与调焦转轮固定连接，所述主镜筒后部设置有限位滑槽，所述前组镜筒的后部设置有与限位滑槽滑动配合的前组镜筒导钉。
9.进一步的，上述前组镜筒的前端部与主镜筒之间配合形成用于安装聚焦环的环形凹部，所述聚焦环经锥端紧定螺钉与聚焦转轮固定连接，所述主镜筒的外周部径向螺接有用于锁定前组镜筒的锁紧钉。
10.进一步的，上述光阑调节机构包括套置于主镜筒上的光阑调节环，所述光阑调节环上径向连接有光阑导钉，所述光阑导钉穿过主镜筒及前组镜筒与光阑d相连接，所述前组镜筒和后组镜筒上设置有避让光阑导钉的活动槽；所述光阑调节环上还径向螺接有用于锁定光阑调节环的锁紧钉，所述主镜筒的后部还套置有连接座，所述连接座的后端经轴向设置的锁紧螺钉与主镜筒固定连接；所述连接座内安装有固定组镜片的后镜座，所述后镜座伸入连接座内部并与连接座螺纹固定连接。
11.进一步的，上述前组镜筒的安装腔室前部螺接用于与负弯月透镜a1的前侧周部相抵接的前压圈，前组镜筒内位于负弯月透镜a2与正光焦度的凸平透镜a3之间设置有第一隔圈，第一隔圈承靠于平凹透镜a4上，前组镜筒的后部腔室设置有用于后组镜筒周部相抵接的环形凹槽。
12.进一步的，上述后组镜筒的后部腔室设置有用于与双凹透镜b1的前侧周部相抵接的环形凸部，后组镜筒内位于双凸透镜b2与双凸透镜b3之间设置有第二隔圈，第二隔圈承靠在双凹透镜b1上，后组镜筒的后端还螺接有与双凸透镜b3的后侧外周部相抵接的后组压圈；所述后镜座的后部腔室设置有用于与负弯月透镜c1的前侧周部相抵接的环形凸部，后镜座内位于负弯月透镜c1与双凸透镜c2之间设置有第三隔圈，后镜座的后端螺接有与双凸透镜c2的后侧周部相抵接的后压圈。
13.其光路构成如图3所示：一共只采用9枚镜片，沿光线自左向右入射方向分别设置前组a、后组b和固定组c，在a、b之间设置了光阑d，沿光线自左向右前组a由2片负弯月透镜、
1片正光焦度的凸平透镜和1片平凹透镜构成；后组b由1片双凹透镜、2片双凸透镜构成；固定组c由1片负弯月透镜和1片双凸透镜构成；其光路移动上使用半组组镜片移动设计，使镜头分辨率高达2000万、畸变小于0.07%。
14.其结构设计如图4所示：其设计减小了整体外观尺寸，结构采用多头螺牙结构，主镜筒上限位块与聚焦环上限位槽进行控制行程，对各配合组件之间的配合公差做了严格的控制，一体化设计，有利于提高镜头稳定性，提高镜头的核心竞争力,与现有镜头对比，更好的提供优于2000万像素的分辨率，保证拍摄时的高清成像。
15.附图说明：图1为本发明实施例镜头mtf曲线图；图2为本发明实施例镜头畸变变化曲线图；图3为本发明实施例镜头光学系统构造图；图4为本发明实施例镜头整体结构剖面图；图5、6、7为本发明实施例镜头整体3d爆炸图；图中标号说明：1-前组镜筒2-聚焦环3-聚焦环锥端紧定螺钉4-聚焦转轮5-前组镜筒锥端紧定螺钉6-主镜筒7-前组镜筒沉头螺钉8-光阑调节环9-连接座10-后镜座11-后压圈12-双凸透镜c213-负弯月透镜c114-双凸透镜b315-双凸透镜b216-第三隔圈17-后组镜筒压圈18-第二隔圈19-沉头螺钉20-双凹透镜b121-前组镜筒导钉22-锁紧钉23-光阑导钉24-后组镜筒25-锁紧钉26-前组镜筒锥端紧定螺钉27-光阑d28-平凹透镜a429-第一隔圈30-正光焦度的凸平透镜a331-前压圈32-负弯月透镜a233-负弯月透镜a1。
16.具体实施方式：如图3所示，一种f50mm高清低畸变半组移动工业镜头结构，包括设置于镜头结构内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前镜片组、光阑d、后镜片组和固定组，所述前镜片组由负弯月透镜a1和负弯月透镜a2密接的第一胶合组、正光焦度的凸平透镜a3和平凹透镜a4密接的第二胶合组组成，所述后镜片组由双凹透镜b1和双凸透镜b2密接的第三胶合组、双凸透镜b3组成，所述固定镜片组是由负弯月透镜c1和双凸透镜c2组成。
17.本实施例中，所述前组a负弯月透镜a1和负弯月透镜a2密接的第一胶合组与正光焦度的凸平透镜a3和平凹透镜a4密接的第二胶合组之间的空气间隔为0.1mm。
18.所述前组a与光阑d之间的空气间隔为4.77mm。
19.所述光阑d与后组b之间的空气间隔为6mm。
20.所述后组b双凹透镜b1和双凸透镜b2密接的第三胶合组与双凸透镜b3之间的空气间隔为0.1mm。
21.所述后组b与固定组c之间的空气间隔为1.25mm。
22.所述固定组c负弯月透镜c1与双凸透镜c2之间的空气间隔为4.52mm。
23.进一步的，上述各镜片的参数：
本发明镜头光学系统实现的技术指标如下：
①
焦距：f
′
=50mm
②
近摄距：m.o.d=250mm
③
畸变：≤0.2%
④
相对孔径：d/f
′
=1/2.8
⑤
视场角：2ω=20
°⑥
分辨率：优于2000万像素
⑦
光路总长：∑≤42.2
±
0.1mm
⑧
适用谱线范围：450nm～650nm
⑨
镜头接口类型：c-mount本发明的优点：其设计使用半组移动方式，实现250mm近摄距高分辨率聚焦，从而达到2000万像素，是由于通过计算机辅助光学设计，很好的校正镜头的像差，使镜头的mtf值在200lp/mm＞0.3（如图1），处于工业镜头一流的高分辨率成像要求。
24.在更近的物距上实现清晰成像，且畸变≤0.2%（如图2），满足工业镜头畸变小的要求。
25.在结构设计上（如图4），镜头外形尺寸设计为φ39
×
46.5，镜头调焦采用多头螺牙结构和主镜筒限位块的机构，后端采用光阑调节机构更方便的对光阑开合的控制，整体结构设计中为了确保镜片之间的空气距，使用了隔圈和压圈来保证，从而更好的保证镜头像质、畸变等各方面性能。
26.本实施例中，设计前组镜筒a放置前组4片镜片：28(a4)、30(a3)、32(a2)、33(a1)以及第一隔圈29和前压圈31，前组镜筒一体化的设计，带动后组镜筒进行半组移动，保证了整体光路同轴度；设计第一个隔圈29保证了负弯月透镜a1和负弯月透镜a2密接的第一胶合组与正光焦度的凸平透镜a3和平凹透镜a4密接的第二胶合组之间的空气间隔、设计前压圈31保证4片镜片装配的稳定性，前组镜筒中部做出斜角为了更好的消除杂光对镜头成像的影响。
27.本实施例中，后组镜筒24主要用于放置后组的3片镜片：14（b3片）、15（b2片）、20
（b1片）以及第二隔圈18和后组镜筒压圈17。设置第二隔圈18为了保证双凹透镜b1和双凸透镜b2密接的第三胶合组与双凸透镜b3之间的空气间隔，其设计了ef隔圈16，而设计后组镜筒压圈17与后组镜筒24配合，更好的保证镜片的装配，防止振动过程的松动。
28.本实施例中，为了使调焦更加方便简单，所述微调焦机构包括套置于前组镜筒前部与主镜筒的前部之间的聚焦转轮4，聚焦转轮4采用了左旋多头牙螺纹来实现调焦功能。所述调焦转轮4的内圈与前组镜筒1相连接，调焦转轮的外圈与主镜筒6相连接，从而实现主镜筒6与前组镜筒1分别和聚焦转轮4的正反牙配合。聚焦转轮4的前部套置有位于主镜筒6前侧的聚焦环2，所述聚焦环2与聚焦转轮4固定连接，所述主镜筒6后部设置有限位滑槽，所述后组镜筒的后部设置有2颗与限位滑槽滑动配合的后组镜筒导钉21，将后组镜筒24锁附在主镜筒6的限位槽中来控制其进行轴向运动。当转动聚焦环2时，带动聚焦转轮4一起向同一个方向运动，而与聚焦转轮4正反牙配合的主镜筒6和后组镜筒24分别朝相反的方向运动。
29.本实施例中，为了使前组镜筒1和后组镜筒24能进行联动，将前组镜筒1与后组镜筒24通过螺纹装配后，并用2颗沉头螺钉7锁附固定。
30.本实施例中，为了控制其调焦角度，在聚焦环2上设计了槽与主镜筒6上的限位块来进行配合。
31.本实施例中，所述前组镜筒1的前端部与主镜筒6之间配合形成用于安装聚焦环2的环形凹部，所述聚焦环2经3颗锥端紧定螺钉3与聚焦转轮4固定连接，所述主镜筒6的前部径向螺接有用于锁定后组镜筒24的锁紧钉25。
32.本实施例中，为了实现光圈调节功能，所述光阑调节机构包括套置于主镜筒的光阑调节环8，所述光阑调节环上径向连接有光阑导钉23，所述光阑导钉穿过主镜筒6及前组镜筒1与光阑d相连接，所述前组镜筒和后组镜筒上设置有光阑d的活动槽，以便前组镜筒在滑动过程中不会与光阑d干涉。主镜筒6上开了一定角度的槽来控制光阑开口的大小。
33.本实施例中，所述光阑d设置为手动光阑，采用对称式锁付，将整个光阑d与前组镜筒1后部腔室与后组镜筒之间，与前组镜筒形成一体，依靠主镜筒6的限位槽进行控制转动角度，满足不同环境下的光阑开合大小。
34.本实施例中，为了实现锁定光阑调节环，所述光阑调节环上还径向螺接有用于锁定光阑调节环的锁紧钉22，以及在主镜筒6上后部有一段凹槽，用于锁紧钉22锁附在里面，更好的进行对镜头光阑的控制。为实现镜头与相机能连接起来，所述主镜筒的后部还套置有连接座9，所述连接座的后端经轴向设置的三颗沉头螺钉19与主镜筒固定连接，来限制主镜筒6的运动。
35.本实施例中，为了实现半组移动，设计了连接座9通过3颗沉头螺钉19与主镜筒6进行固定从而也限定了主镜筒6的运动，后镜座10通过螺纹与连接座9进行连接，进而固定镜片12和镜片13，利用了主镜筒的限位槽和聚焦转轮的调焦机构，采用左旋多头牙螺纹配合传动，以多头螺牙带动前组镜筒和后组镜筒共同运动，从而控制前组a和后组b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。
36.本实施例中，为了消除杂光对成像的影响，设计了前组镜筒1前端进行阶梯似加工，中端进行加工斜角。单独做出后镜座10的最主要目的，就是消除杂光，避免镜片与反射系数高的机械件交互，从而实现消除杂光对镜头的影响，更好的应用在工业环境下。
37.最后应当说明的是：以上实施例仅用于本发明的技术方案而非对其限制；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。