CN109375344A - 一种曲面成像的高分辨率镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曲面成像的高分辨率镜头，包括镜筒，以及沿镜筒外往内依次设置在镜筒内的第一镜片组件、光阑、第二镜片组件和第三镜片组件；所述第一镜片组件左右两侧均为凸面镜片，第二镜片组件靠近第一镜片组件的一侧为凸面镜片，所述第二镜片组件远离第一镜片组件的另一侧为凹面镜片；所述第三镜片组件靠近第二镜片组件的一侧为凹面镜片，所述第三镜片远离第二镜片组件的另一侧为凸面镜片；所述第一镜片组件与光阑之间的距离为预设第一间距，所述第二镜片组件与光阑之间的距离为预设第二间距，所述第二镜片与第三镜片之间的距离为预设第三间距。本发明提供的曲面成像的高分辨率镜头，能够精确测量曲面待测物体，且结构简单，使用成本低。

Description

一种曲面成像的高分辨率镜头

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种曲面成像的高分辨率镜头。

背景技术

目前市面上所有传统成像系统都是平面成像，也就是说被测物体是一个平面，经光学系统能清晰成像在感光芯片上。这种光学系统在每一个被观测坐标点的理论工作距(镜头前端到产品的距离)是相同的。

曲面成像系统，就是在被测物体为曲面形状时，能在每一个点清晰成像，达到每一个点相同的成像效果。曲面成像的每一个被观测坐标点的理论工作距有所不同，中心点为最短工作距，往四周顺延，在一个球面半径上逐一变长，被观测面形成一个半球面，故这个曲面设计比平面设计复杂，难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明提供了一种结构简单，且能够对曲面物体精确成像的镜头。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种曲面成像的高分辨率镜头，包括镜筒，还包括沿镜筒外往内依次设置在镜筒内的第一镜片组件、光阑、第二镜片组件和第三镜片组件；

所述第一镜片组件左右两侧均为凸面镜片，所述第二镜片组件靠近第一镜片组件的一侧为凸面镜片，所述第二镜片组件远离第一镜片组件的另一侧为凹面镜片；所述第三镜片组件靠近第二镜片组件的一侧为凹面镜片，所述第三镜片远离第二镜片组件的另一侧为凸面镜片；所述第一镜片组件与光阑之间的距离为预设第一间距，所述第二镜片组件与光阑之间的距离为预设第二间距，所述第二镜片与第三镜片之间的距离为预设第三间距。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种曲面成像的高分辨率镜头，在沿镜筒外往内依次设置在镜筒内的第一镜片组件、光阑、第二镜片组件和第三镜片组件；第一镜片组件左右两侧均为凸面镜片，所述第二镜片组件左侧为凸面，右侧为凹面；所述第三镜片组件左侧为凹面，所述第三镜片右侧为凸面。本发明提供的曲面成像的高分辨率镜头，在其光学设计时，对波长在420um-680nm范围内的可见光进行优化设计，使镜头对波长在该范围内都有良好的成像性能，通过依次设置的第一镜片组件、光阑、第二镜片组件和第三镜片组件，使得镜头具有高分辨率，且上述结构紧凑，体积较小，同时能够精确测量曲面待测物体，且结构简单，使用成本低。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种曲面成像的高分辨率镜头中镜片未安装在镜筒内时的结构示意图；

图2为根据本发明实施例一种曲面成像的高分辨率镜头的结构示意图；

标号说明：

1、第一镜片组件；2、第二凹凸透镜片；3、第四镜片组件；4、光阑；

5、第二镜片组件；6、第三镜片组件；7、第九凹凸透镜片；8、光屏；

9、第一双凸透镜片；10、第一凹凸透镜片；11、第三凹凸透镜片；12、第二双凸透镜片；13、第四凹凸透镜片；14、第五凹凸透镜片；15、第六凹凸透镜片；16、第七凹凸透镜片；17、第八凹凸透镜片；18、待测曲面物体。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思为：沿镜筒外往内依次设置在镜筒内的第一镜片组件、光阑、第二镜片组件和第三镜片组件；第一镜片组件左右两侧均为凸面镜片，所述第二镜片组件左侧为凸面，右侧为凹面；所述第三镜片组件左侧为凹面，所述第三镜片右侧为凸面。

请参照图1-图2，本发明提供了一种曲面成像的高分辨率镜头，包括镜筒，还包括沿镜筒外往内依次设置在镜筒内的第一镜片组件、光阑、第二镜片组件和第三镜片组件；

所述第一镜片组件左右两侧均为凸面镜片，所述第二镜片组件靠近第一镜片组件的一侧为凸面镜片，所述第二镜片组件远离第一镜片组件的另一侧为凹面镜片；所述第三镜片组件靠近第二镜片组件的一侧为凹面镜片，所述第三镜片远离第二镜片组件的另一侧为凸面镜片；所述第一镜片组件与光阑之间的距离为预设第一间距，所述第二镜片组件与光阑之间的距离为预设第二间距，所述第二镜片与第三镜片之间的距离为预设第三间距。

从上述描述可知，本发明提供的一种曲面成像的高分辨率镜头，在沿镜筒外往内依次设置在镜筒内的第一镜片组件、光阑、第二镜片组件和第三镜片组件；第一镜片组件左右两侧均为凸面镜片，所述第二镜片组件左侧为凸面，右侧为凹面；所述第三镜片组件左侧为凹面，所述第三镜片右侧为凸面。本发明提供的曲面成像的高分辨率镜头，在其光学设计时，对波长在420um-680nm范围内的可见光进行优化设计(如何优化设计为现有技术)，使镜头对波长在该范围内都有良好的成像性能，通过依次设置的第一镜片组件、光阑、第二镜片组件和第三镜片组件，使得镜头具有高分辨率，且上述结构紧凑，体积较小，同时能够精确测量曲面待测物体，且结构简单，使用成本低。

进一步的，所述第一镜片组件包括第一双凸透镜片和第一凹凸透镜片；

所述第一双凸透镜片靠近第二镜片组件的右侧的凸面与第一凹凸透镜片远离第二镜片组件的左侧的凹面形状相适配；第一双凸透镜片右侧的凸面与第一凹凸透镜片左侧的凹面胶合连接，所述第一凹凸透镜片右侧为凸面；所述第一凹凸透镜片位于第一双凸透镜片和第二镜片组件之间。

从上述描述可知，通过采用双胶合镜的结构，能够提高镜头的分辨率，以及能够满足成像指标。

进一步的，还包括第一压圈，所述第一双凸透镜片通过第一压圈固定在镜筒内。

从上述描述可知，通过上述结构，能够有效固定第一双凸透镜片，且第一双凸透镜片和第一凹凸透镜片胶合连接，从而达到固定第一凹凸透镜片的作用。

进一步的，所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，还包括设置在镜筒内，且位于第一镜片组件和光阑之间的第二凹凸透镜片；

所述第二凹凸透镜片靠近第一组件的一侧为凹面，所述第二凹凸透镜片远离第一组件的另一侧为凸面。

从上述描述可知，通过第二凹凸镜片的设置进一步纠正物方光路的均匀性。

进一步的，所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，还包括设置在镜筒内，且位于第二凹凸透镜片和光阑之间的第四镜片组件；

所述第四镜片组件包括第三凹凸透镜片和第二双凸透镜片；所述第三凹凸透镜片左侧为凸面；所述第三凹凸透镜片右侧的凹面与第二双凸透镜片左侧的凸面胶合连接，且所述第二双凸透镜片位于第三凹凸透镜片和光阑之间。

从上述描述可知，通过采用双胶合镜以提高成像参数指标(成像参数指标所包含的内容为现有技术)，从而提高镜头的成像效果。

进一步的，所述第二双凸透镜片靠近光阑右侧的凸面的曲率为预设曲率值，且所述第二双凸透镜片与光阑的距离为预设第七间距。

从上述描述可知，第二双凸透镜片靠近光阑右侧设置，即为光阑的光线的入射方向，优选的预设曲率值为9.76mm，预设第七间距为11.325mm，通过该结构设置方式，能够限制入射光束的有效孔径，从而限制孔径光阑对前方光学系统所成的像。入瞳和出瞳相对应，把孔径光阑在物空间的共轭像称为“入瞳”，入瞳的位置和直径代表了入射光束的位置和口径。

进一步的，所述第二镜片组件包括沿镜筒外往内依次设置的第四凹凸透镜片、第五凹凸透镜片和第六凹凸透镜片；

所述第四凹凸透镜片靠近光阑左侧为凸面，所述第四凹凸透镜片右侧的凹面与第五凹凸透镜片左侧的凸面胶合连接，所述第五凹凸透镜片右侧的凹面与第六凹凸透镜片左侧的凸面胶合连接。

从上述描述可知，通过采用三个透镜片组合成的镜片能够进一步提高物体的成像参数指标，从而提高镜头的成像效果。进一步的，所述第三镜片组件包括第七凹凸透镜片和第八凹凸透镜片；

所述第七凹凸透镜片左侧为凹面，所述第七凹凸透镜片右侧为凸面；所述第八凹凸透镜片的左侧为凹面，所述第八凹凸透镜片右侧为凸面；所述第七凹凸透镜片位于第二镜片组件和第八凹凸透镜片之间，且所述第七凹凸透镜片和第八凹凸透镜片之间的距离为预设第四间距；所述第二镜片组件和第七凹凸透镜片之间的距离为预设第五间距。

从上述描述可知，通过第七凹凸镜片，及第八的凸凹镜片的设置能够纠正像方光路的均匀性。

进一步的，所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，还包括设置于镜筒最内侧的光屏。

从上述描述可知，通过上述的光屏能够接收曲面被测物体所成的像。

进一步的，所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，还包括设置在镜筒内，且位于第三镜片组件和光屏之间的第九凹凸透镜片；

所述九凹凸透镜片靠近第三镜片组件左侧为凸面，所述九凹凸透镜片右侧为凹面；所述九凹凸透镜片与第三镜片组件之间的距离为预设第六间距。

从上述描述可知，通过第九凹凸镜片的设置进一步纠正像方光路的均匀性。

进一步的，所述第一镜片组件、光阑、第二镜片组件、第三镜片组件、第四镜片组件、第二凹凸透镜片、光屏、和第九凹凸透镜片的中心轴同轴设置。

从上述描述可知，通过将所有光学元件在镜筒内同轴设置，能够提高被测曲面物体的成像质量。

本发明，通过以上结构的设计，镜片数量的配置，镜片间距的控制优化，光路的校正，从而使物方光线形成物面曲面成像，能保证抓取到的每一个点清晰，无畸变；像方所有光线的最后成像焦点汇聚到一个平面上，从而达到成像效果及良好的均匀性。

进一步的，为了达到理想效果，本发现做了如下的优化设计时需要满足所成的像畸变<0.1％。

请参照图1-图2，本发明的实施例一为：

本发明提供了一种曲面成像的高分辨率镜头，包括镜筒，还包括沿镜筒外往内依次设置在镜筒内的第一镜片组件1、第二凹凸透镜片2、第四镜片组件3、光阑4、第二镜片组件5、第三镜片组件6、第九凹凸透镜片7和光屏8；

所述第一镜片组件1左右两侧均为凸面镜片，所述第二镜片组件5靠近第一镜片组件1的一侧为凸面镜片，所述第二镜片组件5远离第一镜片组件1的另一侧为凹面镜片；所述第三镜片组件6靠近第二镜片组件5的一侧为凹面镜片，所述第三镜片远离第二镜片组件5的另一侧为凸面镜片；

所述第一镜片组件1包括第一双凸透镜片9和第一凹凸透镜片10；所述第一双凸透镜片9靠近第二镜片组件的右侧的凸面与第一凹凸透镜片10远离第二镜片组件的左侧的凹面形状相适配；第一双凸透镜片9右侧的凸面与第一凹凸透镜片10左侧的凹面胶合连接，所述第一凹凸透镜片10右侧为凸面；所述第一凹凸透镜片10位于第一双凸透镜片9和第二镜片组件5之间；

所述第二凹凸透镜片2靠近第一组件的一侧为凹面，所述第二凹凸透镜片2远离第一组件的另一侧为凸面；

所述第四镜片组件3包括第三凹凸透镜片11和第二双凸透镜片12；所述第三凹凸透镜片11左侧为凸面；所述第三凹凸透镜片11右侧的凹面与第二双凸透镜片12左侧的凸面胶合连接，且所述第二双凸透镜片12位于第三凹凸透镜片11和光阑4之间；所述第一凹凸透镜片10和第二凹凸透镜片2之间的距离为18.475mm，所述第二凹凸透镜片2和第三凹凸透镜片11之间的距离为5.743mm；

所述第二双凸透镜片12靠近光阑4右侧的凸面的曲率为预设曲率值，且所述第二双凸透镜片12与光阑4的距离为11.325mm；

所述第一镜片组件1、第二凹凸透镜片2、第四镜片组件3、光阑4、第二镜片组件5、第三镜片组件6、第九凹凸透镜片7和光屏8的中心轴在同一条直线上；

所述第二镜片组件5包括沿镜筒外往内依次设置的第四凹凸透镜片13、第五凹凸透镜片14和第六凹凸透镜片15；所述第四凹凸透镜片13靠近光阑4左侧为凸面，所述第四凹凸透镜片13右侧的凹面与第五凹凸透镜片14左侧的凸面胶合连接，所述第五凹凸透镜片14右侧的凹面与第六凹凸透镜片15左侧的凸面胶合连接；所述光阑4与第四凹凸透镜片13的距离为12.105mm；

所述第三镜片组件6包括第七凹凸透镜片16和第八凹凸透镜片17；

所述第七凹凸透镜片16左侧为凹面，所述第七凹凸透镜片16右侧为凸面；所述第八凹凸透镜片17的左侧为凹面，所述第八凹凸透镜片17右侧为凸面；所述第七凹凸透镜片16位于第二镜片组件5和第八凹凸透镜片17之间，且所述第七凹凸透镜片16和第八凹凸透镜片17之间的距离为0.532mm；所述第六凹凸透镜片15和第七凹凸透镜片16之间的距离为3.82mm；所述九凹凸透镜片靠近第三镜片组件6左侧为凸面，所述九凹凸透镜片右侧为凹面；所述九凹凸透镜片与第八凹凸透镜片17之间的距离为预设0.215。

上述镜头可用于测量物高为13.85mm，且曲面半径R＝12mm的待测曲面物体18。

上述镜头可用于测量波长范围420-680nm的可见光；

上述镜头的光屏可为相机芯片：1.1英寸，靶面对角线尺寸＝18mm(成像用的感光芯片大小)；

上述镜头能够达到的效果为：

如果用传统光学系统看球面或者曲面，如果中心成像质量为A，那么中心两边上的成像质量最大可能为A的5％还不到。

用曲面成像镜头看球面或者曲面，如果中心成像质量为B，那么中心两边上的成像质量能达到A的95％以上。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种曲面成像的高分辨率镜头，包括镜筒，其特征在于，还包括沿镜筒外往内依次设置在镜筒内的第一镜片组件、光阑、第二镜片组件和第三镜片组件；

所述第一镜片组件左右两侧均为凸面镜片，所述第二镜片组件靠近第一镜片组件的一侧为凸面镜片，所述第二镜片组件远离第一镜片组件的另一侧为凹面镜片；所述第三镜片组件靠近第二镜片组件的一侧为凹面镜片，所述第三镜片远离第二镜片组件的另一侧为凸面镜片；所述第一镜片组件与光阑之间的距离为预设第一间距，所述第二镜片组件与光阑之间的距离为预设第二间距，所述第二镜片与第三镜片之间的距离为预设第三间距。

2.根据权利要求1所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，其特征在于，所述第一镜片组件包括第一双凸透镜片和第一凹凸透镜片；

所述第一双凸透镜片靠近第二镜片组件的右侧的凸面与第一凹凸透镜片远离第二镜片组件的左侧的凹面形状相适配；第一双凸透镜片右侧的凸面与第一凹凸透镜片左侧的凹面胶合连接，所述第一凹凸透镜片右侧为凸面；所述第一凹凸透镜片位于第一双凸透镜片和第二镜片组件之间。

3.根据权利要求1所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，其特征在于，还包括设置在镜筒内，且位于第一镜片组件和光阑之间的第二凹凸透镜片；

所述第二凹凸透镜片靠近第一组件的一侧为凹面，所述第二凹凸透镜片远离第一组件的另一侧为凸面。

4.根据权利要求3所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，其特征在于，还包括设置在镜筒内，且位于第二凹凸透镜片和光阑之间的第四镜片组件；

所述第四镜片组件包括第三凹凸透镜片和第二双凸透镜片；所述第三凹凸透镜片左侧为凸面；所述第三凹凸透镜片右侧的凹面与第二双凸透镜片左侧的凸面胶合连接，且所述第二双凸透镜片位于第三凹凸透镜片和光阑之间。

5.根据权利要求4所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，其特征在于，所述第二双凸透镜片靠近光阑右侧的凸面的曲率为预设曲率值，且所述第二双凸透镜片与光阑的距离为预设第七间距。

6.根据权利要求4所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，其特征在于，所述第一镜片组件、光阑、第二镜片组件、第三镜片组件、第四镜片组件和第二凹凸透镜片的中心轴同轴设置。

7.根据权利要求1所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，其特征在于，所述第二镜片组件包括沿镜筒外往内依次设置的第四凹凸透镜片、第五凹凸透镜片和第六凹凸透镜片；

所述第四凹凸透镜片靠近光阑左侧为凸面，所述第四凹凸透镜片右侧的凹面与第五凹凸透镜片左侧的凸面胶合连接，所述第五凹凸透镜片右侧的凹面与第六凹凸透镜片左侧的凸面胶合连接。

8.根据权利要求1所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，其特征在于，所述第三镜片组件包括第七凹凸透镜片和第八凹凸透镜片；

所述第七凹凸透镜片左侧为凹面，所述第七凹凸透镜片右侧为凸面；所述第八凹凸透镜片的左侧为凹面，所述第八凹凸透镜片右侧为凸面；所述第七凹凸透镜片位于第二镜片组件和第八凹凸透镜片之间，且所述第七凹凸透镜片和第八凹凸透镜片之间的距离为预设第四间距；所述第二镜片组件和第七凹凸透镜片之间的距离为预设第五间距。

9.根据权利要求1所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，其特征在于，还包括设置于镜筒最内侧的光屏。

10.根据权利要求9所述的一种曲面成像的高分辨率镜头，其特征在于，还包括设置在镜筒内，且位于第三镜片组件和光屏之间的第九凹凸透镜片；

所述九凹凸透镜片靠近第三镜片组件左侧为凸面，所述九凹凸透镜片右侧为凹面；所述九凹凸透镜片与第三镜片组件之间的距离为预设第六间距。