高分辨率低畸變光路系統及其光學工業鏡頭的制作方法

本實用新型涉及一種高分辨率低畸變光路系統及其光學工業鏡頭。

背景技術：

現有市場上的高清工業鏡頭，存在畸變較大，視場邊緣不清晰的缺點，已經開始不能滿足現有的市場需求。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種高分辨率低畸變光路系統及其光學工業鏡頭，不僅結構簡單，而且實現縮小近距離景物拍攝的畸變。

本實用新型的技術方案在于：一種高分辨率低畸變光路系統，包括沿光線入射方向依次設置的前組鏡片、可變光闌及后組鏡片，所述前組鏡片依次由第一雙凸透鏡、負月牙型透鏡、第一雙凹透鏡、第二雙凸透鏡、第一正月牙型透鏡組成，所述后組鏡片依次由第二雙凹透鏡和第三雙凸透鏡密接的膠合組、第二正月牙型透鏡及第四雙凸透鏡組成。

進一步地，所述第一雙凸透鏡和負月牙型透鏡之間的空氣間隔是0.10mm，所述負月牙型透鏡和第一雙凹透鏡之間的空氣間隔為3.94mm，所述第一雙凹透鏡和第二雙凸透鏡之間的空氣間隔為1.32mm，所述第二雙凸透鏡和第一正月牙型透鏡之間的空氣間隔為0.1mm。

進一步地，所述前組鏡片和后組鏡片之間的空氣間隔為5.9mm，所述前組鏡片與可變光闌C之間的空氣間隔為3.82mm，所述可變光闌與后組鏡片之間的空氣間隔為2.09mm。

進一步地，所述第二雙凹透鏡和第三雙凸透鏡密接的膠合組與第二正月牙型透鏡之間的空氣間隔為0.10mm，所述第二正月牙型透鏡和第四雙凸透鏡之間的空氣間隔為0.10mm。

一種高分辨率低畸變光學工業鏡頭，包括高分辨率低畸變光路系統，前組鏡片設置于前組鏡筒內，所述前組鏡筒的后部螺接有安裝于主鏡筒內并用于安裝后組鏡片的后組鏡筒，可調光闌設置于后組鏡筒內，所述后組鏡筒上設置有調焦機構，所述主鏡筒上設置有光闌調節機構，主鏡筒的后部還安裝有連接座。

進一步地，所述第一雙凸透鏡、負月牙型透鏡、第一雙凹透鏡、第二雙凸透鏡及第一正月牙型透鏡自前往后依次設置于前組鏡筒內，所述第二雙凸透鏡與第一正月牙型透鏡之間設置有第一隔圈，所述第一雙凹透鏡與第二雙凸透鏡之間設置有第二隔圈，所述第一雙凸透鏡與負月牙型透鏡之間設置有第三隔圈，所述前組鏡筒內還螺接有壓置于第一雙凸透鏡前側的前壓圈。

進一步地，所述第二雙凹透鏡和第三雙凸透鏡密接的膠合組、第二正月牙型透鏡及第四雙凸透鏡自前向后依次設置于后組鏡筒內，所述膠合組與第二正月牙型透鏡之間設置有第四隔圈，所述第二正月牙型透鏡與第四雙凸透鏡之間設置有第五隔圈，所述后組鏡筒內還螺接有壓置于第四雙凸透鏡后側的后壓圈。

進一步地，所述調焦機構包括設置于主鏡筒之間的調焦轉輪，所述調焦轉輪的內圈后部與后組鏡筒的前部外圈相螺接且調焦轉輪的外圈后部與主鏡筒的前部內圈相螺接，調焦轉輪上還固定有調焦環，所述主鏡筒上徑向螺接有用于調焦轉輪鎖定的鎖緊釘。

進一步地，所述光闌調節機構包括套置于主鏡筒中部的光闌調節環，所述光闌調節環上徑向螺接有穿過主鏡筒伸入后組鏡筒內的光闌導釘，所述光闌導釘與光闌相連接，所述光闌調節環上還設置有與主鏡筒相配合用于光闌調節環鎖定的第二鎖緊釘。

與現有技術相比較，本發明具有以下優點：1）該高分辨率低畸變光學工業鏡頭不僅結構簡單，而且采用整組移動的調焦方式，近攝距可達0.1m，在更近的物距上實現清晰成像，實現縮小近距離景物拍攝的畸變小于0.5%（如圖4）以下的目的，滿足工業用鏡頭畸變小的要求，并且分辨率高于五百萬像素的高清鏡頭，可以與4:3或16:9制式2／3″高清晰度的攝像機配套使用，且鏡頭的MTF值在150lp/mm（如圖3）大于0.3；

2）在結構設計上（如圖2），鏡頭調焦結構采用多頭螺紋配合和限位機構，并在鏡頭前采用端微“調焦”結構，避免了鏡頭的極限使用。同時后端光闌調節機構確保了光闌大小的可變性。設計了不同的隔圈和壓圈來保證鏡片間的空氣間隔及固定鏡片，從而完美實現鏡頭像質、畸變等各方面性能。

附圖說明

圖1為本實用新型的光路系統的結構示意圖；

圖2為本實用新型的鏡頭的結構示意圖；

圖3為本實用新型的MTF曲線圖；

圖4為本實用新型的畸變變化曲線；

圖中：1-前組鏡筒 2-聚焦環 3-聚焦環鎖緊頂絲 4-聚焦轉輪 5-主鏡筒 6-光闌導釘 7-光闌調節環 8-連接座鎖緊頂絲 9-連接座 10-限位片鎖緊螺絲 11-后壓圈 12-第四雙凸透鏡 13-第二正月牙型透鏡 14-第三雙凸透鏡 15-第二雙凹透鏡 16-第四隔圈 17-第五隔圈 18-限位片 19-后組鏡筒 20-可變光闌 21-光闌鎖緊釘 22-卡環 23-第二鎖緊釘 24-第一正月牙型透鏡 25-第一隔圈 26-第二雙凸透鏡 27-鎖緊釘 28-第二隔圈 29-第一雙凹透鏡 30-負月牙型透鏡 31-第三隔圈 32-第一雙凸透鏡 33-前壓圈 A-前組鏡片 B-后組鏡片。

具體實施方式

為讓本實用新型的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明如下，但本實用新型并不限于此。

參考圖1、圖3和圖4

一種高分辨率低畸變光路系統，包括沿光線入射方向依次設置的前組鏡片A、可變光闌20及后組鏡片B，所述前組鏡片依次由第一雙凸透鏡32、負月牙型透鏡30、第一雙凹透鏡29、第二雙凸透鏡26、第一正月牙型透鏡24組成，所述后組鏡片依次由第二雙凹透鏡15和第三雙凸透鏡14密接的膠合組、第二正月牙型透鏡13及第四雙凸透鏡12組成。

本實施例中，所述第一雙凸透鏡和負月牙型透鏡之間的空氣間隔是0.10mm，所述負月牙型透鏡和第一雙凹透鏡之間的空氣間隔為3.94mm，所述第一雙凹透鏡和第二雙凸透鏡之間的空氣間隔為1.32mm，所述第二雙凸透鏡和第一正月牙型透鏡之間的空氣間隔為0.1mm。

本實施例中，所述前組鏡片和后組鏡片之間的空氣間隔為5.9mm，所述前組鏡片與可變光闌C之間的空氣間隔為3.82mm，所述可變光闌與后組鏡片之間的空氣間隔為2.09mm。

本實施例中，所述第二雙凹透鏡和第三雙凸透鏡密接的膠合組與第二正月牙型透鏡之間的空氣間隔為0.10mm，所述第二正月牙型透鏡和第四雙凸透鏡之間的空氣間隔為0.10mm。

參考圖1至圖4

一種高分辨率低畸變光學工業鏡頭，包括高分辨率低畸變光路系統，前組鏡片設置于前組鏡筒1內，所述前組鏡筒的后部螺接有安裝于主鏡筒5內并用于安裝后組鏡片的后組鏡筒19，所述可調光闌20設置于后組鏡筒內，所述后組鏡筒上設置有調焦機構，所述主鏡筒上設置有光闌調節機構，主鏡筒的后部還安裝有連接座9，所述連接座經連接座鎖緊頂絲8與主鏡筒固定連接。

本實施例中，所述第一雙凸透鏡、負月牙型透鏡、第一雙凹透鏡、第二雙凸透鏡及第一正月牙型透鏡自前往后依次設置于前組鏡筒內，所述第二雙凸透鏡與第一正月牙型透鏡之間設置有第一隔圈25，所述第一雙凹透鏡與第二雙凸透鏡之間設置有第二隔圈28，所述第一雙凸透鏡與負月牙型透鏡之間設置有第三隔圈31，所述前組鏡筒內還螺接有壓置于第一雙凸透鏡前側的前壓圈33。

前組鏡筒內的各鏡片的安裝工位由同一機床加工可有效保證同心度，從而與前組鏡片配合保證前組光路的同軸度。同時第三隔圈28來保證第一雙凸透鏡與負月牙型透鏡片之間的通光和空氣距離，第二隔圈來保證第一雙凹透鏡與第二雙凸透鏡之間的通光和空氣距離，第一隔圈來保證第二雙凸透鏡與第一正月牙型透鏡片之間的通光和空氣距離。同時設計的前壓圈，保證前組鏡片的裝配穩定性。

本實施例中，所述膠合組、第二正月牙型透鏡及第四雙凸透鏡自前向后依次設置于后組鏡筒內，所述膠合組與第二正月牙型透鏡之間設置有第四隔圈16，所述第二正月牙型透鏡與第四雙凸透鏡之間設置有第五隔圈17，所述后組鏡筒內還螺接有壓置于第四雙凸透鏡后側的后壓圈11。為了保證各鏡片之間的空氣間隔和通關，其間設計了第四隔圈、第五隔圈，設計后壓圈來保證后組鏡片裝配穩定性，防止鏡片松動或者掉出來。

本實施例中，所述調焦機構包括設置于主鏡筒之間的調焦轉輪4，所述調焦轉輪的內圈后部與后組鏡筒的前部外圈相螺接且調焦轉輪的外圈后部與主鏡筒的前部內圈相螺接，調焦轉輪上還固定有調焦環2，所述調焦環境經聚焦環鎖緊頂絲3固定于調焦轉輪上，所述主鏡筒上徑向螺接有用于調焦轉輪鎖定的鎖緊釘27。

為了實現鏡頭近距離到∞可調，在設計中通過加入調焦機構，采用左旋多頭牙螺紋與細牙螺紋互配合傳動，具有調焦快速、靈活、空回小的優點。具體為聚焦轉輪4分別用正反牙與后組鏡筒19和主鏡筒5相連，聚焦環2通過三個聚焦環鎖緊頂絲3來與聚焦轉輪4固定。在外力轉動聚焦環2時帶動聚焦轉輪4朝一個方向轉動，此時與其正反牙連接的主鏡筒5和后組鏡筒19分別朝相反的方向運動。為了防止整個光路發生沿著光軸的旋轉運動，故在主鏡筒的后部與后組鏡筒之間設置一限位片18來限制后組鏡筒19轉動，又因后組鏡筒20與前組鏡筒1通過螺紋連接成一起聯動的結構，故在調節聚焦環時帶動了整組機械及光路結構做遠離或者靠近焦平面的運動，從而實現了調焦的功能。

但此調焦范圍是有限的，主要是依賴聚焦環2和主鏡筒5之間的插銷和插槽限制來保證調焦范圍。在調焦機構中，為了保證調焦的精度及鏡頭在調焦過程中的同心度，設計時要求聚焦轉輪4與主鏡筒5和后組鏡筒19之間的螺紋配合要通過研磨操作。

本實施例中，所述光闌調節機構包括套置于主鏡筒中部的光闌調節環7，所述光闌調節環上徑向螺接有穿過主鏡筒伸入后組鏡筒內的光闌導釘6，所述光闌導釘與光闌的撥動桿相連接，所述光闌調節環上還設置有與主鏡筒相配合用于光闌調節環鎖定的第二鎖緊釘23。為實現光圈調節的功能，通過設置于后組鏡筒內的卡環22將可變光闌20固定在后組鏡筒19上，并通過光闌鎖緊釘進行定位，同時通過光闌導釘6連接光闌20和光闌調節環7，通過在后組鏡筒中開一定角度的槽來控制光闌開口的大小，以滿足不同光照條件下的使用環境。

利用膠合組正負鏡片的折射率和色散之差異，校正鏡頭的象差。同時在光路移動上，使用整組鏡片移動，使鏡頭分辨率高達500萬、畸變小于0.5%。

本發明實現的技術指標如下：

1.焦距：f′=12mm

2.近攝距：100mm

3.畸變：≤0.5%

4.相對孔徑D/f’=1/2.4

5.視場角2ω：49.25°

6.分辨率：優于500萬像素

7.光路總長∑≤50.81mm

8.適用譜線范圍：450nm～650nm

9.鏡頭外形尺寸：φ35.5×41.1。

本發明中各鏡片的參數如下表：

。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型的涵蓋范圍。