CN106707474B - 一种物像双侧远心光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物像双侧远心光学系统，包括自前至后依次设置于主光轴上的前透镜组、光阑和后透镜组。前透镜组由自前至后依次排列的第一镜片、第二镜片、第一胶合片组成。后透镜组由自前至后依次排列的第二胶合片、第三镜片和第四镜片组成。第一镜片到第二镜片的光学间隔为14.2mm；第二镜片到第一胶合片的光学间隔为12.8mm；第一胶合片到第二胶合片的光学间隔为8.6mm；第二胶合片到第三镜片的光学间隔为6.7mm；第三镜片到第四镜片的光学间隔为7.3mm；主光轴与物方入射光线和像方出射光线的平行偏差角均为±10。本发明的物像双侧远心光学系统，大大提升了自动化视觉测量项目的精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统，尤其涉及一种物像双侧远心光学系统。
背景技术
现有自动化测量中使用的视觉系统主要是用工业定焦镜头、工业放大镜头、显微物镜等镜头，这类镜头的成像都是无限远和景深小，并且在不同的成像距离有着不同的放大倍率。倍率是在成像空间连续变化的，这样的特性就会使得图像比例标定很难做到准确和稳定。一般工业流水线或是机台都会有震动、位移等状况出现，图像倍率会因为这些状况而变得不稳定，在视觉图像算法标定好了以后，倍率的变化就会造成测量精度的不稳定，这种问题是造成很多高精度的视觉测量无法实现的主要原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物像双侧远心光学系统，它大大提升了自动化视觉测量项目的精度，并能在复杂环境的工业现场，即机器的震动、位移等都不会对成像的精度造成影响。
实现上述目的的技术方案是：一种物像双侧远心光学系统，包括自前至后依次设置于主光轴上的前透镜组、光阑和后透镜组；其中，
所述前透镜组由自前至后依次排列的第一镜片、第二镜片、第一胶合片组成；所述第一镜片的物面为平面，像面为凸球面；所述第二镜片的物面为凸球面，像面为凹球面；所述第一胶合片由一物面和像面均为凸球面的第一前镜片和一物面为凹球面、像面为平面的第一后镜片胶合而成；
所述后透镜组由自前至后依次排列的第二胶合片、第三镜片和第四镜片组成；所述第二胶合片由一物面为平面、像面为凹球面的第二前镜片和一物面为凸球面、像面为平面的第二后镜片胶合而成；所述第三镜片的物面为凹球面，像面为凸球面；第四镜片的物面为凸球面，像面为平面；
所述光阑设在第一胶合片与第二胶合片之间；
所述第一镜片到第二镜片的光学间隔为14.2mm；第二镜片到第一胶合片的光学间隔为12.8mm；所述第一胶合片到第二胶合片的光学间隔为8.6mm；第二胶合片到第三镜片的光学间隔为6.7mm；第三镜片到第四镜片的光学间隔为7.3mm；
所述主光轴与物方入射光线和像方出射光线的平行偏差角均为±10。
上述的物像双侧远心光学系统，其中，所述物方入射光线的远心度＜0.04％；所述像方出射光线的远心度＜0.08％。
上述的物像双侧远心光学系统，其中，所述第一胶合片的胶合面和第二胶合片的胶合面均弯向光阑。
上述的物像双侧远心光学系统统，其中，所述第一镜片和第三镜片均采用冕玻璃；所述第二镜片采用镧冕玻璃；所述第一前镜片采用重磷冕玻璃；所述第一后镜片采用重火石玻璃；所述第二前镜片采用火石玻璃；所述第二后镜片采用镧火石玻璃；所述第四镜片采用镧火石玻璃。
本发明的有益效果是：基于固定的距离成像设计；成像的倍率恒定，不会随着工作距离的变化而变化；物方远心光路使得该光学系统有着超大的景深、图像锐度和分辨率；像方远心光路使得光学系统有着很好的稳定性和图像的均匀照度；使得整个光学系统在视觉自动化测量使用时只需要一次简单的标定就可以达到很高的精度，测量精度可以达到0.1mm级，且稳定性高，能够在复杂环境的工业现场，即机器的震动、位移等都不会对成像的精度造成影响。
附图说明
图1是本发明的物像双侧远心光学系统的结构示意图；
图2是本发明的物像双侧远心光学系统的畸变和场曲图；
图3是本发明的物像双侧远心光学系统的调制光学传递函数曲线图；
图4是本发明的物像双侧远心光学系统的像面照度曲线图；
图5是本发明的物像双侧远心光学系统的弥散圆示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，本发明的物像双侧远心光学系统，包括自前至后依次设置于主光轴上的前透镜组1、光阑2和后透镜组3；其中，
前透镜组1由自前至后依次排列的第一镜片11、第二镜片12、第一胶合片13组成；第一胶合片由第一前镜片131和第一后镜片132胶合而成，第一胶合片13的胶合面弯向光阑2；第一镜片11的物面为平面，像面为凸球面；第二镜片12的物面为凸球面，像面为凹球面；第一前镜片131的物面和像面均为凸球面，第一后镜片132的物面为凹球面、像面为平面；第一镜片11采用冕玻璃(h-k9l)；第二镜片12采用镧冕玻璃(h-lak52)；第一前镜片131采用重磷冕玻璃(h-zpk1)；第一后镜片132采用重火石玻璃(h-zf4)；
后透镜组3由自前至后依次排列的第二胶合片31、第三镜片32和第四镜片33组成；第二胶合片31由第二前镜片311和第二后镜片312胶合而成，第二胶合片31的胶合面弯向光阑2；第二前镜片311的物面为平面，像面为凹球面，第二后镜片312的物面为凸球面，像面为平面；第三镜片32的物面为凹球面，像面为凸球面；第四镜片33的物面为凸球面，像面为平面；第二前镜片311采用火石玻璃(h-f1)；第二后镜片312采用镧火石玻璃(h-laf1)；第三镜片32采用冕玻璃(h-k9l)；第四镜片33采用镧火石玻璃(h-laf4)；
光阑2设在第一胶合片13与第二胶合片31之间；
第一胶合片13的胶合面和第二胶合片31的胶合面均弯向光阑2；
第一镜片11到第二镜片12的光学间隔为14.2mm；第二镜片12到第一胶合片13的光学间隔为12.8mm；第一胶合片13到第二胶合片31的光学间隔为8.6mm；第二胶合片31到第三镜片32的光学间隔为6.7mm；第三镜片32到第四镜片33的光学间隔为7.3mm；
主光轴与物方入射光线和像方出射光线的平行偏差角均为±10。
物方入射光线的远心度＜0.04％；像方出射光线的远心度＜0.08％。
本发明的物像双侧远心光学系统，采用550nm的单波长工作波段，因此有效地规避了垂轴色差和轴向色差的校正；对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度较小，从图2看出，在不同视场内，整个光学系统成像的畸变大小，从图2中可以看到畸变是按照规律分布的，且最大畸变量在0.06％(一般的光学系统畸变在10％以内)，场曲也小于0.1％，可见本发明的系统很好地矫正了畸变，从而保证了系统的成像稳定。
图4体现光线经过光学系统后像面不同区域内光照分布情况，体现了不同视场光照度的衰减情况，从图中可以看到曲线接近于一条直线，且都在1的位置，说明整个视场范围内照度非常均匀，衰减可以忽略。
图5体现了不同视场成像的像差体现情况，体现了不同视场区域内像差的分布，也是评价一个光学系统整体成像特性的一种重要方式。可以看到各个视场的像差都已经校正到极限，达到了3μm范围内，各个视场的弥散圆比较均匀。
因此大大提高了测量精度和稳定性，而且能够在复杂环境的工业现场，即机器的震动、位移等都不会对成像的精度造成影响。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (4)
1.一种物像双侧远心光学系统，包括自前至后依次设置于主光轴上的前透镜组、光阑和后透镜组；其特征在于，
所述前透镜组由自前至后依次排列的第一镜片、第二镜片、第一胶合片组成；所述第一镜片的物面为平面，像面为凸球面；所述第二镜片的物面为凸球面，像面为凹球面；所述第一胶合片由一物面和像面均为凸球面的第一前镜片和一物面为凹球面、像面为平面的第一后镜片胶合而成；
所述后透镜组由自前至后依次排列的第二胶合片、第三镜片和第四镜片组成；所述第二胶合片由一物面为平面、像面为凹球面的第二前镜片和一物面为凸球面、像面为平面的第二后镜片胶合而成；所述第三镜片的物面为凹球面，像面为凸球面；第四镜片的物面为凸球面，像面为平面；
所述光阑设在第一胶合片与第二胶合片之间；
所述第一镜片到第二镜片的光学间隔为14.2mm；第二镜片到第一胶合片的光学间隔为12.8mm；所述第一胶合片到第二胶合片的光学间隔为8.6mm；第二胶合片到第三镜片的光学间隔为6.7mm；第三镜片到第四镜片的光学间隔为7.3mm；
所述主光轴与物方入射光线和像方出射光线的平行偏差角均为±10。
2.根据权利要求1所述的物像双侧远心光学系统，其特征在于，所述物方入射光线的远心度＜0.04％；所述像方出射光线的远心度＜0.08％。
3.根据权利要求1所述的物像双侧远心光学系统，其特征在于，所述第一胶合片的胶合面和第二胶合片的胶合面均弯向光阑。
4.根据权利要求1所述的物像双侧远心光学系统，其特征在于，所述第一镜片和第三镜片均采用冕玻璃；所述第二镜片采用镧冕玻璃；所述第一前镜片采用重磷冕玻璃；所述第一后镜片采用重火石玻璃；所述第二前镜片采用火石玻璃；所述第二后镜片采用镧火石玻璃；所述第四镜片采用镧火石玻璃。
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