CN107193115A - 一种近紫外波段的物像双侧远心光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近紫外波段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第一透镜、第二透镜、胶合片、光阑、第三透镜和第四透镜。第一透镜到第二透镜的光学间隔为8.245mm；第二透镜到胶合片的光学间隔为60.773mm；胶合片到光阑的光学间隔为4.26mm；光阑到第三透镜的光学间隔为4.55mm；第三透镜到第四透镜的光学间隔为10.07mm；第四透镜到成像面的光学间隔为34.1mm。本发明的光学系统的物方入射光线的远心度＜0.08％；像方出射光线的远心度＜0.1％。系统的工作距离为110mm。本发明的光学系统，能实现在近紫外波段385nm下物像双侧远心的各项像差校正。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于视觉检测的光学系统，具体涉及一种近紫外波段的物像双侧远心光学系统。
背景技术
随着自动化技术的普及和深入，工业在线测量的应用也越来越广泛，视觉测量以高效、稳定、非接触等优势配合自动化产线的应用也越来越发挥其更大的优势。近紫外波段的波长为350nm-420nm。在机器视觉的光学检测项目里，有些特殊的瑕疵检测需要在近紫外光的环境下才能得到解决。例如细小的裂纹、划伤、防伪图标等。但是目前市场上的物像双侧远心镜头或远心光源都是在波长为450nm-650nm的可见光波段下工作，如果要用在紫外光环境下就会出现聚焦不清晰、图像失真等问题，严重的还会无法成像。因此开发出能在近紫外光环境下工作的物像双侧远心光学系统，配合目前市面上的UV光源来完成一些特殊的视觉检测任务就是一个很重要的方向。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种近紫外波段的物像双侧远心光学系统，它能实现在近紫外波段385nm下物像双侧远心的各项像差校正，并在不增加工艺要求的前提下能实现批量化生产。
本发明的目的是这样实现的：一种近紫外波段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第一透镜、第二透镜、胶合片、第三透镜和第四透镜；其中，
所述第一透镜的物面为凸球面，像面为凸球面；
所述第二透镜的物面为凸球面，像面为凹球面；
所述胶合片由前镜片和后镜片构成；所述前镜片的物面为凸球面，该前镜片与后镜片的胶合面为凸球面，所述后镜片的像面为凹球面；
所述第三透镜的物面为凹球面，像面为凸球面；
所述第四透镜的物面为凸球面，像面为凸球面；
所述胶合片与第三透镜之间设有光阑；
所述第一透镜到第二透镜的光学间隔为8.245mm；所述第二透镜到胶合片的光学间隔为60.773mm；所述胶合片到光阑的光学间隔为4.26mm；所述光阑到第三透镜的光学间隔为4.55mm；所述第三透镜到第四透镜的光学间隔为10.07mm；所述第四透镜到成像面的光学间隔为34.1mm。
上述的近紫外波段的物像双侧远心光学系统，其中，所述第一透镜的物面的曲率半径为356.45mm,该第一透镜的像面的曲率半径为177.4mm；所述第二透镜的物面的曲率半径为122.4mm,该第二透镜的像面的曲率半径为87.8mm；所述胶合片的前镜片的物面的曲率半径为94.6mm,该前镜片与后镜片的胶合面的曲率半径为78.94mm,该胶合片的后镜片的像面的曲率半径为68.9mm；所述第三透镜的物面的曲率半径为54.89mm,第三透镜的像面的曲率半径为49.6mm；所述第四透镜的物面的曲率半径为32.1mm，第四透镜的像面的曲率半径为34.3mm。
上述的近紫外波段的物像双侧远心光学系统，其中，所述第一透镜和第二透镜均采用冕玻璃制作；所述胶合片的前镜片采用镧冕玻璃制作；所述胶合片的后镜片采用重火石玻璃制作；所述第三透镜和所述第四透镜均采用重火石玻璃制作。
本发明的近紫外波段的物像双侧远心光学系统。由四个透镜和一个胶合片并按照一定的光学间隔组成，它利用成都光明的常用玻璃库材料，实现在近紫外波段385nm下物像双侧远心的各项像差校正，并在不增加工艺要求的前提下能实现系统的批量化生产。
附图说明
图1为本发明的近紫外波段的物像双侧远心光学系统的结构示意图；
图2为本发明的近紫外波段的物像双侧远心光学系统的畸变和场曲图；
图3是本发明的近紫外波段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是本发明的近紫外波段的物像双侧远心光学系统的像面照度曲线图；
图5是本发明的近紫外波段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，本发明的一种近紫外波段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第一透镜1、第二透镜2、胶合片3、第三透镜5和第四透镜6；其中：
第一透镜1采用冕玻璃(h-k9l)制作并且物面为凸球面，曲率半径为356.45mm,像面为凸球面，曲率半径为177.4mm；
第二透镜2采用冕玻璃(h-k9l)制作并且物面为凸球面，曲率半径为122.4mm,像面为凹球面,曲率半径为87.8mm；
胶合片3由前镜片31和后镜片32构成；前镜片1采用镧冕玻璃(h-lak52)制作，它的物面为凸球面，曲率半径为94.6mm,前镜片31与后镜片的胶合面为凸球面，曲率半径为78.94mm；后镜片32采用重火石玻璃(h-zf4)制作，它的像面为凹球面，曲率半径为68.9mm；
第三透镜5采用重火石玻璃(h-zf4)制作并且物面为凹球面，曲率半径为54.89mm,像面为凸球面,曲率半径为49.6mm；
第四透镜6采用重火石玻璃(h-zf4)制作并且物面为凸球面，曲率半径为32.1mm像面为凸球面,曲率半径为34.3mm；
胶合片3与第三透镜5之间设有光阑4；
第一透镜1到第二透镜2的光学间隔为8.245mm；第二透镜2到胶合片3的光学间隔为60.773mm；胶合片3到光阑4的光学间隔为4.26mm；光阑4到第三透镜5的光学间隔为4.55mm；第三透镜5到第四透镜6的光学间隔为10.07mm；第四透镜6到像面7的光学间隔为34.1mm。
系统的物方入射光线的远心度＜0.08％；像方出射光线的远心度＜0.1％。
系统的工作距离为110mm。
本发明的近紫外波段的物像双侧远心光学系统，采用的工作波段为385nm，并在波段范围在350-420nm校正了轴向像差和垂轴像差。它的拍摄倍率0.3倍，工作中心波长385nm，能兼容市面上各种2/3”芯片及其以下靶面的工业相机，
本发明的近紫外波段的物像双侧远心光学系统，利用成都光明的常用玻璃库材料，实现了在近紫外波段下物像双侧远心的各项像差校正，并在不增加工艺要求的前提下能实现系统的批量化生产。
图2表示在不同视场内，整个光学系统成像的畸变大小，横坐标表示畸变的百分比，纵坐标表示光学系统对应的视场区间，一般畸变最大的位置出现在整个视场的边缘的0.7，从图2可以看到畸变是按照规律分布的，且最大畸变量在0.016％。
光学系统的工作波长和系统的衍射极限成反比，近紫外波段的光学系统有着比可见光波段的光学系统更高的衍射极限，在校正这种光学系统像差的时候需要刻意的控制系统的MTF传递函数极限。图3表示在工作波段下，本发明的整个光学系统的空间传递函数，这是整个系统在波段为385nm下工作的性能参数之一，是整个系统的分辨率的一种评价方式。从图3可以看到整个系统的衍射极限曲线和各个视场的曲线几乎重合。
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4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。从图5中可以看到各个视场的像差都已经校正到极限。
本发明的技术方案突破了现有行业内这种远心光学镜头的产品局限，解决了在视野大于200mm的范围内仍能实现微米量级光学测量的问题，为自动化大视野的视觉测量拓展了更广阔的应用空间。
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 (3)
1.一种近紫外波段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第一透镜、第二透镜、胶合片、第三透镜和第四透镜；其特征在于，
所述第一透镜的物面为凸球面，像面为凸球面；
所述第二透镜的物面为凸球面，像面为凹球面；
所述胶合片由前镜片和后镜片构成；所述前镜片的物面为凸球面，该前镜片与后镜片的胶合面为凸球面，所述后镜片的像面为凹球面；
所述第三透镜的物面为凹球面，像面为凸球面；
所述第四透镜的物面为凸球面，像面为凸球面；
所述胶合片与第三透镜之间设有光阑；
所述第一透镜到第二透镜的光学间隔为8.245mm；所述第二透镜到胶合片的光学间隔为60.773mm；所述胶合片到光阑的光学间隔为4.26mm；所述光阑到第三透镜的光学间隔为4.55mm；所述第三透镜到第四透镜的光学间隔为10.07mm；所述第四透镜到成像面的光学间隔为34.1mm。
2.根据权利要求1所述的近紫外波段的物像双侧远心光学系统，其特征在于，所述第一透镜的物面的曲率半径为356.45mm，该第一透镜的像面的曲率半径为177.4mm；所述第二透镜的物面的曲率半径为122.4mm，该第二透镜的像面的曲率半径为87.8mm；所述胶合片的前镜片的物面的曲率半径为94.6mm,该前镜片与后镜片的胶合面的曲率半径为78.94mm,该胶合片的后镜片的像面的曲率半径为68.9mm；所述第三透镜的物面的曲率半径为54.89mm，第三透镜的像面的曲率半径为49.6mm；所述第四透镜的物面的曲率半径为32.1mm，第四透镜的像面的曲率半径为34.3mm。
3.根据权利要求1或2所述的近紫外波段的物像双侧远心光学系统，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜均采用冕玻璃制作；所述胶合片的前镜片采用镧冕玻璃制作；所述胶合片的后镜片采用重火石玻璃制作；所述第三透镜和所述第四透镜均采用重火石玻璃制作。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200710 Address after: Xushuguan town high tech Zone Suzhou city Jiangsu province 215151 blue and White Road No. 26 Applicant after: Suzhou Xier Intelligent Photoelectric Co.,Ltd. Address before: 215143 Jiangsu city of Suzhou province Xiangcheng District Huang Dai Zhen Kang Yang Road No. 243 Applicant before: IOIP CHINA Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170922 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |