CN102902045A - 高分辨率单组移动工业用摄像镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高分辨率单组移动工业用摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设置有光焦度为负的前组A、可变光栏C以及光焦度为正的后组B，所述前组A依次设置有正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2以及负月牙透镜A-3，所述后组B依次设置有由双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接的胶合组、双凸透镜B-3以及正月牙透镜B-4组成。本发明具有分辨率高、靶面大、畸变低、近摄距小等特点，可以与高清晰度的CCD或CMOS摄像机适配，实现高清晰度视频摄像，同时可实现0.3m近摄距的清晰成像，且畸变低于1%。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分辨率单组移动工业用摄像镜头。
背景技术
科学技术的不断完善、社会各界安全意识的不断提高，推动着安防市场的迅猛发展。随着先进的视频压缩编码技术不断成熟，基于IP的网络传输的飞速发展，市场上已推出了一系列三百万、五百万甚至更高像素的高清摄像机。随着百万级像素高分辨率CCD、CMOS图像传感器的不断完善，光电视频监控网络化也越来越普遍，视频摄像系统的性能已由以往对外界景物纯粹的“观看”到现今的“识别和认知”，又由于网络传输和数码变焦的过程中存在视频的清晰度即分辨率下降的缺点，而人们对图像解析度的要求却越来越高，要求有更高分辨率的镜头。早期的定焦镜头结构简单、性能指标低，在图像的清晰度上只能与20~30万像素的标清CCD或CMOS摄像机适配，拍摄效果一般，图片价值不大，只能适应监控领域“看”之需要，这样的分辨率已经远远满足不了现在高清摄像机的要求。
与监控摄像机所追求的目标一致，作为监控图像采集的关键部件，厂商在提升镜头品质的同时也开发新的技术，如非球面镜片的诞生、红外镜头的推广、百万像素对应镜头的兴起等，其目标只有一个：提升图像清晰度，改善图像画质。更好的图像质量，更高的清晰度，不仅是2012年各镜头厂家要求技术的关键词，更是镜头产品永恒的追求目标。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种分辨率更高的高分辨率单组移动工业用摄像镜头，为视频摄像系统提供一种光学指标高、光学靶面大、分辨率高于五百万像素的高清镜头，可以与16：9制式2／3″高清晰度的摄像机配套使用，使视频摄像系统能够实现对景物在高光动态变化范围环境的高清晰度摄像的要求，且几乎没有畸变。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高分辨率单组移动工业用摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设置有光焦度为负的前组A、可变光栏C以及光焦度为正的后组B，所述前组A依次设置有正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2以及负月牙透镜A-3，所述后组B依次设置有由双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接的胶合组、双凸透镜B-3以及正月牙透镜B-4组成。
在上述技术方案中，该高分辨率单组移动工业用摄像镜头采用反远距型的光学结构，所述后组B在传统三片式结构的原型上把第一片镜片改为双胶合透镜组，以分担后组B的光焦度，提高了镜头的相对孔径；利用胶合组正负镜片的折射率和色散的差异，校正镜头的像差，使镜头分辨率高达500万、畸变小于1%。
与现有技术相比，本发明具有以下优点。
（1）在该反远距型的光学结构中合理分配了前组和后组的光焦度，在后组中把三片式结构的第一片镜片改为双胶合透镜组，使镜头达到大相对孔径、广角、结构长度短的性能指标；且该镜头采用后组单独移动来实现调焦功能，相对于以往的普通镜头在光路结构上有了很大的创新性。
（2）通过合理选配前、后两组七片镜片的光学玻璃材料，尽量选用高折射率、低色散的光学玻璃材料（如H-FK61光学材料）；通过计算机辅助光学设计和优化，完善地校正了光学镜头的各种像差，使镜头的MTF值在150lp/mm，使镜头的分辨率高，能适应500万像素的高清晰度视频摄像的要求。
（3）该光学系统的畸变较小，在1%以下，而普通镜头的畸变都会比较大，该光学系统相对于旧的结构畸变有了更好的控制；该光学系统的星点图也比较理想，都在3.5个um以内，能量比较集中，达到了高分辨率的要求。
（4）该光学系统通过设计优化，近摄距可达0.3m，相对于普通的长焦镜头可以在更近的物距上实现清晰成像，这也是工业镜头的一大优点。
（5）在结构设计时，既保证镜头的同心度、精度和轴向位置的准确，又尽量使镜头的结构紧凑、美观；又考虑到镜头的实用性，采用了前端微“调焦”结构，避免了镜头的极限使用；同时设计了不同的隔圈和压圈来固定镜片，保证镜片间的空气间隔，从而达到镜头的高像质、低畸变。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的光路图。
图2为本发明实施例的结构图。
图中：A-前组，B-后组，C-可变光栏，A-1、A-2、B-4-正月牙透镜，A-3-负月牙透镜，B-1-双凹透镜，B-2、B-3-双凸透镜，1-前压圈，2-第一隔圈，3-正月牙透镜A-1，4-正月牙透镜A-2，5-负月牙透镜A-3，6-前组镜筒，7-前组镜筒顶丝，8-调焦环，9-调距座，10-锥端顶丝，11-过渡件锁紧钉，12-过渡件，13-光栏拨钉，14-光栏调节环，15-连接座顶丝，16-连接座，17-转向限位片，18-后组镜筒，19-双凹透镜B-1，20-双凸透镜B-2，21-双凸透镜B-3，22-正月牙透镜B-4，23-后压圈，24-沉头钉，25-第二隔圈，26-光栏锁紧钉，27-光栏铆钉，28-光栏动环，29-光栏卡环。
具体实施方式
如图1所示，本发明的光路设计如下：一种高分辨率单组移动工业用摄像镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设置有光焦度为负的前组A、可变光栏C以及光焦度为正的后组B，所述前组A依次设置有正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2以及负月牙透镜A-3，所述后组B依次设置有由双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接的胶合组、双凸透镜B-3以及正月牙透镜B-4组成。
在本实施例中，所述前组A与后组B之间的空气间隔为4.9179mm，所述前组A与可变光栏C之间的空气间隔为2.5105mm，所述可变光栏C与后组B之间的空气间隔为2.4074mm；所述前组A中的正月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔为0.1474mm，所述正月牙透镜A-2与负月牙透镜A-3之间的空气间隔为0.3586mm；所述后组B中的胶合组与双凸透镜B-3之间的空气间隔为0.1188mm，所述双凸透镜B-3与正月牙透镜B-4的空气间隔为0.6120mm。
在本实施例中，该高分辨率单组移动工业用摄像镜头实现了以下技术指标：（1）焦距：f′=35mm；（2）相对孔径：D/f′=1/1.8；（3）视场角：2ω=18°；（4）分辨率：优于500万像素；（5）光路总长∑≤50.5mm；（6）适用谱线范围：400nm~700nm。
该镜头的分辨率为500万像素，此类镜头边缘视场与中心市场的分辨率要尽量保持一致，这就要求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、平稳等。
如图2所示，本发明的机械结构设计如下：所述前组A安装在前组镜筒6内，由同一机床加工的前组镜筒6可有效地保证前组光路的同心度；所述前组镜筒6前端内安装有压住正月牙透镜A-1的前压圈，保证前组镜片的装配稳定性，且拦截杂散光，消除其对镜头成像质量的影响；所述正月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2之间设有第一隔圈，保证各镜片之间的空气间隔；所述后组B安装在后组镜筒18内，所述后组镜筒18后端内安装有压住正月牙透镜B-4的后压圈，保证后组镜片装配稳定性，防止镜片松动或者掉出来；所述胶合组与双凸透镜B-3之间设有第二隔圈，保证各镜片之间的空气间隔。
为了实现手动光圈的功能，所述后组镜筒18设有用于可变光栏C的调节光圈调节机构，所述可变光栏C为中间固定有若干片光栏片的光栏动环28，所述光栏片经光栏铆钉27连接至后组镜筒18上，所述光圈调节机构包括将光栏动环28固定在后组镜筒18上的光栏卡环29、光栏调节环14以及连接光栏动环28和光栏调节环14的光栏拨钉13，在光栏调节环14上开设有刚好与光栏拨钉13配合的孔，所述光栏拨钉13又恰好顶住光栏动环28，使得能够通过调节光栏调节环14来带动光栏片的运转，所述后组镜筒18内开设有一定角度的槽以控制光栏开口的大小，以满足不同光照条件下的使用环境。可在光栏调节环14上做了拉花处理，使其在手动操作时增加手与零件间的摩擦力，同时也提高了镜头外观的美观性。
为了实现手动调焦的功能，所述后组镜筒18设有微调焦机构，所述微调焦机构包括调距座9和调焦环8，所述调焦环8经若干个锥端顶丝10与调距座9配合连接以使得调距座9的周向运动变为沿轴线的直线运动，所述调距座9外侧连接有过渡件12，所述调距座9分别经正反牙螺纹与后组镜筒18和过渡件12相连接，所述过渡件12经过渡件锁紧钉11固定在调距座9上，所述前组镜筒6经若干个前组镜筒顶丝7固定在过渡件12，所述光栏调节环14经光栏锁紧钉26固定在过渡件12上。在外力转动调焦环8时带动调距座9朝一个方向转动，此时与其正反牙连接的过渡件12和后组镜筒18分别朝相反的方向运动。整个部分通过调节调焦环8带动调距座9，所述调距座9带动后组镜筒18，从而实现后组镜筒18整体相对前组镜筒6和成像靶面间的移动，这也是这套结构相对于镜筒整组移动不一样的地方。在微调焦机构的装配中，通过研磨，保证螺纹之间配合的精度，来提高调焦的精度，从而保证镜头在调焦过程中的同心度。
为了防止整个光路发生沿着光轴的旋转运动，所述过渡件12和后组镜筒18之间设有转向限位片17以改变后组镜筒18运动的方向，所述转向限位片17经沉头钉24固定于后组镜筒18上。
考虑到工业镜头的实用性，为了更直观地标示出近摄距到无穷远的变化过程，通过精确的技术在过渡件12上面标示出了不同位置所对应的焦距，同时也标注出来不同光圈位置对应的相对孔径值，在调焦环8和光栏调节环14上面都做了相应的定位点，以便于查看。
为了便于镜头与摄像机对接，所述过渡件12连接有与摄像机对应接口固定相连的连接座16，所述连接座16经若干个连接座顶丝15固定在过渡件12上，从而也限定了过渡件12的运动，又由于前组镜筒6是由过渡件12固定，从而前组镜筒6也相对于摄像机位置是不变的。
由于该镜头的分辨率很高，且边缘视场与中心市场的分辨率不允许有很大的区别，所以在结构设计中主要是保证系统各组元的同心度及调焦等动作的精确、平稳和手感好。
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 (9)
1.一种高分辨率单组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设置有光焦度为负的前组A、可变光栏C以及光焦度为正的后组B，所述前组A依次设置有正月牙透镜A-1、正月牙透镜A-2以及负月牙透镜A-3，所述后组B依次设置有由双凹透镜B-1和双凸透镜B-2密接的胶合组、双凸透镜B-3以及正月牙透镜B-4组成。
2.根据权利要求1所述的高分辨率单组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述前组A与后组B之间的空气间隔为4.9179mm，所述前组A与可变光栏C之间的空气间隔为2.5105mm，所述可变光栏C与后组B之间的空气间隔为2.4074mm。
3.根据权利要求1或2所述的高分辨率单组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述前组A中的正月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔为0.1474mm，所述正月牙透镜A-2与负月牙透镜A-3之间的空气间隔为0.3586mm。
4.根据权利要求1或2所述的高分辨率单组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述后组B中的胶合组与双凸透镜B-3之间的空气间隔为0.1188mm，所述双凸透镜B-3与正月牙透镜B-4的空气间隔为0.6120mm。
5.根据权利要求1所述的高分辨率单组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述前组A安装在前组镜筒内，所述前组镜筒前端内安装有压住正月牙透镜A-1的前压圈，所述正月牙透镜A-1与正月牙透镜A-2之间设有第一隔圈；所述后组B安装在后组镜筒内，所述后组镜筒后端内安装有压住正月牙透镜B-4的后压圈，所述胶合组与双凸透镜B-3之间设有第二隔圈。
6.根据权利要求5所述的高分辨率单组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述后组镜筒设有用于可变光栏C的调节光圈调节机构，所述可变光栏C为中间固定有若干片光栏片的光栏动环，所述光栏片经光栏铆钉固定于后组镜筒上，所述光圈调节机构包括将光栏动环固定在后组镜筒上的光栏卡环、光栏调节环以及连接光栏动环和光栏调节环的光栏拨钉，所述后组镜筒内开设有控制光栏开口大小的槽。
7.根据权利要求6所述的高分辨率单组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述后组镜筒设有微调焦机构，所述微调焦机构包括调距座和调焦环，所述调焦环经若干个锥端顶丝与调距座固定连接，所述调距座外侧连接有过渡件，所述调距座分别经正反牙螺纹与后组镜筒和过渡件相连接，所述过渡件经过渡件锁紧钉固定在调距座上，所述前组镜筒经若干个前组镜筒顶丝固定在过渡件，所述光栏调节环经光栏锁紧钉固定在过渡件上。
8.根据权利要求7所述的高分辨率单组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述过渡件和后组镜筒之间设有转向限位片，所述转向限位片经沉头钉固定于后组镜筒上。
9.根据权利要求7所述的高分辨率单组移动工业用摄像镜头，其特征在于：所述过渡件连接有连接座，所述连接座经若干个连接座顶丝固定在过渡件上。
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