一种小型化短焦高分辨率镜头的制作方法

1.本发明涉及一种小型化短焦高分辨率镜头。


背景技术：

2.随着工业自动化的发展，工业检测对镜头提出更高分辨率、更短物距的要求，以满足不同应用场景的需求以及超短物距的视觉检测。另外，目前市面上短物距检测镜头普遍存在外形较大，体积较重问题，所以未来镜头小型化、轻量化镜头变得尤为重要，这也将是未来工业检测镜头发展趋势。


技术实现要素：

3.本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是目前工业检测短物距镜头外形较大体积较重，为此设计一种能实现100mm超短物距且具有-1%低畸变的10mp高分辨率镜头。
4.本发明的具体实施方案是：一种小型化短焦高分辨率镜头，其特征在于，包括光学系统，所述光学系统沿光线入射方向自左向右依次包括前镜片组a、光阑、后镜片组b及像面；
5.所述前镜片组a沿光线入射方向依次包括负月牙形透镜a1、正月牙形透镜a2、双凸透镜a3和双凹透镜a4密接的第一胶合组；
6.所述后镜片组b依次设有负月牙形透镜b1和正月牙形透镜b2密接的第二胶合组、正月牙形透镜b3、双凸透镜b4。
7.进一步的，所述前镜片组a中负月牙形透镜a1与正月牙形透镜a2之间的空气距离为18.4mm；
8.所述前镜片组a中正月牙形透镜a2与第一胶合组之间的空气距离为0.65mm；
9.所述前镜片组a与光阑之间的空气距离为2.35mm；
10.所述光阑与后镜片组b之间的空气距离为3.93mm；
11.所述后镜片组b中第二胶合组与正月牙形透镜b3之间的空气距离为0.1mm；
12.所述后镜片组b中正月牙形透镜b3与双凸透镜b4之间的空气距离变化量为0.9mm～5.29mm；
13.所述后镜片组b中双凸透镜b4与像面之间的空气距离为10.081mm。
14.进一步的，所述镜头还包括固定于光学系统外部的镜头组件，所述镜头组件包括主镜筒，所述主镜筒的内腔沿光线入射方向依次套设有前镜筒与后镜筒，所述前镜筒的内表面具有多级用于限位前组镜片a各个透镜的阶面，所述前组镜筒内沿光线入射方向依次固定有压环a、负月牙形透镜a1、隔圈a、正月牙形透镜a2、隔圈b、双凸透镜a3和双凹透镜a4密接的第一胶合组；压环a与前镜筒通过螺牙进行螺接；
15.所述后镜筒内沿光线入射方向依次固定有负月牙形透镜b1和正月牙形透镜b2密接的第二胶合组和正月牙形透镜b1、隔圈c及压环b；
16.所述后镜筒内位于第二胶合组的前侧还设有光阑，所述光阑经光阑锥端螺钉固定于后镜筒内前侧；所述后镜筒与前镜筒连接；
17.所述主镜筒后侧固定有套于后镜筒尾部的承接法兰，所述承接法兰内固定有后镜片组b中的双凸透镜b4，所述双凸透镜b4后侧具有与承接法兰内固定连接限位双凸透镜b4的压环c；所述主镜筒上表面具有沿轴向设置的限位导槽，所述后镜筒固定有伸入限位导槽的调焦限位导钉限位在导槽中。
18.进一步的，所述主镜筒与前镜筒之间螺纹连接有调焦轮，所述调焦轮与主镜筒之间的螺纹方向和调焦轮与前镜筒之间的螺纹方向相反，调焦轮外部套有调焦环，所述调焦轮经调焦锥端螺钉与调焦环相连接，所述主镜筒外部具有螺纹配合能顶紧聚焦转轮的聚焦锁紧钉。
19.进一步的，主镜筒的外部套设有光阑环，所述后镜筒外周设置有弧形的光阑限位槽a，主镜筒外周也设置有弧形光阑限位槽b，所述光阑环上固定贯穿穿过弧形光阑限位槽b及光阑限位槽a的的光阑导向钉，所述光阑环上还螺纹连接有能抵顶主镜筒的光阑锁紧钉。
20.进一步的，所述调焦环朝向主镜筒一侧具有限位凸块，所述主镜筒朝向调焦环一侧具有限位凹槽，最终限位凸块嵌入限位凹槽形成凹凸定位块限位。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本技术方案镜头结构体积小，重量轻能满足产品瑕疵检测、尺寸测量、物流扫码等工业领域检测的应用。
附图说明
22.图1为本实用新型光学系统调焦前结构示意图。
23.图2为本实用新型光学系统调焦后结构示意图。
24.图3为本实用新型镜头组件分解结构示意图
25.图4为本实用新型实施例光学系统mtf曲线图。
26.图5为本实用新型实施例光学系统畸变曲线图。
27.图中1、凹形限位槽 2、调焦环 3、调焦锥端螺钉 4、压环a5、消光台阶纹 6、隔圈a7、隔圈b8、前镜筒 9、多线螺牙a10、多线螺牙b11、调焦轮 12、光阑 13、光阑限位槽a14、后镜筒 15、隔圈c16、压环b17、压环c18、凸形限位块 19、主镜筒 20、光阑限位槽b21、光阑导向钉 22、负月牙形透镜 23、正月牙形透镜 24、双凸透镜 25、双凹透镜 26、镜筒锥端螺钉 27、光阑锥端螺钉 28、调焦限位导钉 29、负月牙形透镜 30、正月牙形透镜31、正月牙形透镜32、双凸透镜 33、聚焦锁紧钉 34、光阑锁紧钉 35、限位导槽 36、光阑环 37、承接法兰 38、c-mount39、沉头螺钉 40、像面。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
29.如图1～2所示，一种小型化短焦高分辨率镜头，包括光学系统，一共包括八枚镜片，所述镜头的光学系统沿光线入射方向自左向右分别设置了：前镜片组a、光阑12、后镜片组b、像面40。
30.所述前镜片组a依次设有负月牙形透镜22、正月牙形透镜23、双凸透镜24和双凹透镜25密接的第一胶合组；
31.所述后镜片组b依次设有负月牙形透镜29和正月牙形透镜30密接的第二胶合组、正月牙形透镜31、双凸透镜32；
32.本实施例中，所述前镜片组a中负月牙形透镜22与正月牙形透镜23之间的空气距离为:18.4mm。
33.所述前镜片组a中正月牙形透镜23与第一胶合组之间的空气距离为:0.65mm。
34.所述前镜片组a与光阑12之间的空气距离为:2.35mm。
35.所述光阑12与后镜片组b之间的空气距离为:3.93mm。
36.所述后镜片组b中第二胶合组与正月牙形透镜31之间的空气距离为:0.1mm。
37.所述后镜片组b中正月牙形透镜31与双凸透镜32之间的空气距离变化量为：0.9mm～5.29mm。
38.所述后镜片组b中双凸透镜32与像面40之间的空气距离为:10.081mm。
39.该光学系统调焦采用半组式移动调焦，从而实现100mm超短物距且具有-1%低畸变的10mp高分辨率镜头。
40.本实施例中，各镜片光学参数下表所示。其性能如下：
[0041][0042]
①
焦距：17mm
±
5%
[0043]
②
相对孔径：f2.8
±
5%
[0044]
③
靶面：2／3"
[0045]
④
分辨率：≥10mp
[0046]
⑤
拍摄物距：100mm-inf.
[0047]
⑥
畸变：≤-1%
[0048]
⑦
后焦距：10.081mm（in air）
[0049]
⑧
接口类型：c-mount
[0050]
⑨
镜头外形尺寸：φ29mm
×
40mm。
[0051]
实施例二，本实施例中，所述镜头还包括固定于光学系统外部的镜头组件，所述镜头组件包括主镜筒，所述主镜筒的内腔沿光线入射方向依次套设有前镜筒与后镜筒，所述前镜筒的内表面具有多级用于限位前组镜片a各个透镜的阶面，所述前组镜筒内沿光线入射方向依次固定有压环a、负月牙形透镜a1、隔圈a、正月牙形透镜a2、隔圈b、双凸透镜a3和
双凹透镜a4密接的第一胶合组；压环a与前镜筒通过螺牙进行螺接；
[0052]
所述后镜筒内沿光线入射方向依次固定有负月牙形透镜b1和正月牙形透镜b2密接的第二胶合组和正月牙形透镜b1、隔圈c及压环b；
[0053]
所述后镜筒内位于第二胶合组的前侧还设有光阑，所述光阑经光阑锥端螺钉固定于后镜筒内前侧；所述后镜筒与前镜筒连接；
[0054]
所述主镜筒后侧固定有套于后镜筒尾部的承接法兰，所述承接法兰内固定有后镜片组b中的双凸透镜b4，所述双凸透镜b4后侧具有与承接法兰内固定连接限位双凸透镜b4的压环c。
[0055]
本实施例中，前镜筒分别用于装载：前镜片组a、压环a、隔圈a和隔圈b。其中压环a连接螺牙、镜片及隔圈内径承靠面采用了一次性车床成型加工，保证了前镜片组a装配的同轴度；其中隔圈a用于间隔负月牙形透镜22与正月牙形透镜23之间的空气距离，同时将隔圈a内壁设计为消光台阶纹结构，有效减小无效光线反射作用，减小了对镜头成像的影响；隔圈b用于间隔正月牙形透镜23与第一胶合组之间的空气距离，并有效的保证了两镜片间装配的稳定性；另外压环a与前镜筒通过螺牙进行螺接，进一步提升前镜片组a装配的稳定性。
[0056]
后镜筒后部分别用于装载：第二胶合组和正月牙形透镜31、隔圈c及压环b。与前镜筒设计一致，其中隔圈c用于间隔第二胶合组与正月牙形透镜31之间的空气距离，不仅有效保证了间隔还进一步提升了镜片装配的稳定性；压环b与后镜筒通过螺牙进行螺接，有效的保证了两枚镜片及隔圈c装配的同轴度和稳定性。另外后镜筒前部还用于承载光阑，并通过两颗光阑锥端螺钉将其锁附在前部内侧并形成一体结构；为了保证光阑满足光学性能要求，还在后镜筒上设置了光阑限位槽a，并在主镜筒外周也设计了光阑限位槽b，以避免光阑开合角度的极限使用。
[0057]
承接法兰用于装载：后镜片组b中的后组的双凸透镜32及压环c。该承接法兰采用了铜金属材质，并利用车铣复合机一次成型，从而精准的保证了双凸透镜18及压环c装配同轴度；另外承接法兰上还设计有3个沉头孔，用于承接法兰与主镜筒之间的连接；此外承接法兰后部还设计了通用型c-mount接口，用于镜头和相机间的连接。
[0058]
本实施例中，所述主镜筒与前镜筒之间螺纹连接有调焦轮，所述调焦轮与主镜筒之间的螺纹方向和调焦轮与前镜筒之间的螺纹方向相反，调焦轮外部套有调焦环，所述调焦轮经调焦锥端螺钉与调焦环相连接，所述主镜筒外部具有螺纹配合能顶紧聚焦转轮的聚焦锁紧钉。为了增加调焦环实用功能，在主镜筒轴外周还丝印了不同调焦角度对应的拍摄物距，并配合调焦环上的白点进行使用；进一步的当调焦至清晰位置后，可通过聚焦锁紧钉将调焦环锁紧并固定。调焦轮结构采用了15头多线螺牙进行传动作用来实现半组移动调焦，这样使得调焦更加顺畅、更加稳定。
[0059]
为了保证半组式移动调焦行程的准确性，所述主镜筒上表面具有沿轴向设置的5mm宽度限位导槽，所述后镜筒固定有伸入限位导槽的调焦限位导钉限位在导槽中，后镜筒通过调焦限位导钉锁附并限位在导槽中，当旋转调焦环时15头多线螺牙进行传动作用，带动前、后镜筒进行水平移动，以达到半组调焦要求；
[0060]
本实施例中，主镜筒的外部套设有光阑环，所述后镜筒外周设置有弧形的光阑限位槽a，主镜筒外周也设置有弧形光阑限位槽b，所述光阑环上固定贯穿穿过弧形光阑限位槽b及光阑限位槽a的的光阑导向钉，所述光阑环上还螺纹连接有能抵顶主镜筒的光阑锁紧
钉。
[0061]
本实施例中，所述调焦环朝向主镜筒一侧具有限位凸块，所述主镜筒朝向调焦环一侧具有限位凹槽，最终限位凸块嵌入限位凹槽形成凹凸定位块限位。调焦环结构采用了凹凸定位块设计，以保证调焦旋转角度的准确性；具体实施在于调焦环上设计了10
°
限位凸块，主镜筒上设计了120
°
限位凹槽，最终限位凸块嵌入限位凹槽形成凹凸定位块限位，从而有效的保证了调焦旋转角度的准确性；
[0062]
该光学系统调焦采用半组式移动调焦，通过合理的镜片面型选择并严格选用前、后镜片组中八枚镜片材料，从而优化了系统像散和色差，有效的校正了该光学系统的畸变；从而实现100mm超短物距镜头的中心mtf值150lp/mm≥0.45、边缘mtf值150lp/mm≥0.4（如图1），使得镜头具有-1%超低畸变且分辨率高达10mp能满足产品瑕疵检测、尺寸测量、物流扫码等工业领域检测。
[0063]
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
[0064]
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
[0065]
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
[0066]
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
[0067]
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
[0068]
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；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。