CN111736303A - 一种筒镜及自动光学检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种筒镜及自动光学检测设备。其中，筒镜包括具有正光焦度的第一透镜组，第一透镜组包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，第一透镜具有正光焦度，第二透镜具有负光焦度，第三透镜具有正光焦度，第四透镜具有正光焦度，第五透镜具有负光焦度。本发明提供的筒镜及自动光学检测设备，实现了大视场成像。

Description

一种筒镜及自动光学检测设备

技术领域

本发明实施例涉及自动光学检测技术领域，尤其涉及一种筒镜及自动光学检测设备。

背景技术

自动光学检测(Automatic Optical Inspection，AOI)技术可实现晶圆、芯片或其他待测对象的快速、高精度、无损伤检测，该技术广泛地应用于PCB、IC晶圆、LED、TFT以及太阳能面板等多个领域。自动光学检测技术一般采用无限远校正物镜进行缺陷的检测或复检，并搭配合适的筒镜实现宽光谱照明及自动对焦功能。

传统的筒镜的视场角比较小，已无法满足AOI检测中大视场的要求。

发明内容

本发明提供一种筒镜及自动光学检测设备，以实现大视场成像。

第一方面，本发明实施例提供了一种筒镜，包括具有正光焦度的第一透镜组；

所述第一透镜组包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；

所述第一透镜具有正光焦度；所述第二透镜具有负光焦度；所述第三透镜具有正光焦度；所述第四透镜具有正光焦度；所述第五透镜具有负光焦度。

可选的，所述筒镜还包括第二透镜组和第三透镜组；

所述第二透镜组设置于所述第一透镜和所述物面之间，所述第三透镜组设置于所述第五透镜和所述像面之间；

所述第二透镜组和所述第三透镜组均具有无光焦度；

所述第二透镜组包括第一接口和第二接口，所述第三透镜组包括第三接口和第四接口。

可选的，所述第一透镜的物侧面和像侧面均为凸面；所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凹面；所述第三透镜的物侧面为凸面，其像侧面为平面；所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凹面。

可选的，所述筒镜的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f₁，所述第二透镜的焦距为f₂，所述第三透镜的焦距为f₃，所述第四透镜的焦距为f₄，所述第五透镜的焦距为f₅，其中，0.1≤|f₁/f|≤0.3，0.1≤|f₂/f|≤0.3，0.3≤|f₃/f|≤0.5，0.1≤|f₄/f|≤0.3，0.03≤|f₅/f|≤0.15。

可选的，所述第一透镜的折射率为n1，所述第一透镜的阿贝数为v1，所述第二透镜的折射率为n2，所述第二透镜的阿贝数为v2，所述第三透镜的折射率为n3，所述第三透镜的阿贝数为v3，所述第四透镜的折射率为n4，所述第四透镜的阿贝数为v4，所述第五透镜的折射率为n5，所述第五透镜的阿贝数为v5，其中，1.6≤n1≤1.8，40≤v1≤60；1.6≤n2≤1.9，30≤v2≤45；1.6≤n3≤1.8，40≤v3≤60；1.6≤n4≤1.8，20≤v4≤40；1.7≤n5≤1.9，25≤v5≤45。

可选的，所述第一透镜与所述第二透镜胶合在一起，组成第一胶合透镜；所述第四透镜与所述第五透镜胶合在一起，组成第二胶合透镜。

可选的，所述第一胶合透镜的焦距为f_B1，所述第二胶合透镜的焦距为f_B2，其中，0.3≤|f_B2/f_B1|≤0.5。

可选的，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜与所述第五透镜均为玻璃球面透镜。

可选的，所述第二透镜组和所述第三透镜组均为分束棱镜。

第二方面，本发明实施例还提供了一种自动光学检测设备，该自动光学检测设备包括第一方面所述的任一筒镜及用于将所述筒镜形成的光学图像转换为电信号的成像元件。

本发明实施例提供的技术方案，通过设置第一透镜具有正光焦度，第二透镜具有负光焦度，第三透镜具有正光焦度，第四透镜具有正光焦度，第五透镜具有负光焦度，这种正负正正负的结构，既合理的分摊了光焦度，又保证的光束的走向比较平滑，可以在保证成像质量的条件下同时使得该筒镜具备较大的视场，解决了现有的筒镜视场角较小的问题的同时，还满足了分辨率要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种筒镜的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的筒镜的MTF曲线图；

图3为本发明实施例一提供的筒镜的像散及场曲数据图；

图4为本发明实施例一提供的筒镜的色散数据图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种筒镜的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的筒镜包括具有正光焦度的第一透镜组11，第一透镜组包括沿光轴从物面21到像面22依次设置的第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34和第五透镜35。第一透镜31具有正光焦度，第二透镜32具有负光焦度，第三透镜33具有正光焦度，第四透镜34具有正光焦度，第五透镜35具有负光焦度。

其中，本发明实施例提供的筒镜可用于进行缺陷检测的AOI系统中，并适配无限远校正物镜，该筒镜可采用将上述第一透镜组安装于机械系统内部的形式，以便于将筒镜安装于其他成像设备上。

本发明实施例提供的筒镜，仅采用5个透镜，通过设置第一透镜31具有正光焦度，第二透镜32具有负光焦度，第三透镜33具有正光焦度，第四透镜34具有正光焦度，第五透镜35具有负光焦度，使得该筒镜同时具备200mm的焦距以及较大的视场，这种正负正正负的结构，既合理的分摊了光焦度，又保证的光束的走向比较平滑，可以在保证成像质量的条件下尽量增大视场角，解决了现有的筒镜视场角较小的问题，同时，在标称放大倍率下，其MTF为140lp/mm时优于0.15，满足了分辨率要求。

继续参考图1，可选的，本发明实施例提供的筒镜还包括第二透镜组12和第三透镜组13，第二透镜组12设置于第一透镜31和物面21之间，第三透镜组13设置于第五透镜35和像面22之间，第二透镜组12和第三透镜组13均具有无光焦度，第二透镜组12包括第一接口41和第二接口42，第三透镜组13包括第三接口43和第四接口44。

其中，传统的显微镜用筒镜，仅提供一个同轴接口，若利用该同轴接口进行同轴照明，则无法利用该接口实现第二个相机成像。此外，具有一个同轴接口的筒镜必须通过外接棱镜同时连接自动聚焦模组和同轴照明模组，自动聚焦模组和同轴照明模组的光束共轴需要额外进行复杂的调节，使用不便。而本发明实施例提供的筒镜包括第二透镜组12和第三透镜组13，第二透镜组12包括第一接口41和第二接口42，第一接口41用于连接物镜，第二接口42可用作同轴落射照明接口来连接同轴照明模组，也可以用作自动对焦接口来连接自动聚焦模组；第三透镜组13包括第三接口43和第四接口44，第三接口43用于连接相机以进行成像，第四接口44可用于连接其他相机进行多相机成像，也可以用作自动对焦接口来连接自动聚焦模组，从而实现具有多个同轴接口的筒镜，可以同时满足同轴照明、自动聚焦及多像面成像的要求，且筒镜外接其他模组更加便捷，无需进行额外复杂的调节，便于灵活增加筒镜的功能。

需要注意的是，由于第二透镜组12和第三透镜组13均为无光焦度，因此第二透镜组12和第三透镜组13并不影响第一透镜组11的成像。在其他实施例中，筒镜还可增加更多的透镜组，以增加更多的同轴接口，实现更多的功能，本领域技术人员可根据实际需求对此进行设置。

继续参考图1，可选的，第一透镜31的物侧面和像侧面均为凸面，第二透镜32的物侧面和像侧面均为凹面，第三透镜33的物侧面为凸面，其像侧面为平面，第四透镜34的物侧面和像侧面均为凸面，第五透镜35的物侧面和像侧面均为凹面。

其中，通过设置第一透镜31为双凸透镜，第二透镜32为双凹透镜，第三透镜33为平凸透镜，第四透镜34为双凸透镜，第五透镜35为双凹透镜，并设置第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34和第五透镜35的朝向，在满足大视场筒镜的同时，减小筒镜的像差，有助于实现筒镜的高分辨率。

可选的，本发明实施例提供的筒镜的焦距为f，第一透镜31的焦距为f₁，第二透镜32的焦距为f₂，第三透镜33的焦距为f₃，第四透镜34的焦距为f₄，第五透镜35的焦距为f₅，其中，0.1≤|f₁/f|≤0.3，0.1≤|f₂/f|≤0.3，0.3≤|f₃/f|≤0.5，0.1≤|f₄/f|≤0.3，0.03≤|f₅/f|≤0.15。

其中，通过设置第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34和第五透镜35的焦距与筒镜的焦距之间的关系，减小筒镜的像差，从而有助于实现筒镜的高分辨率。

可选的，第一透镜31的折射率为n1，第一透镜31的阿贝数为v1，第二透镜32的折射率为n2，第二透镜32的阿贝数为v2，第三透镜33的折射率为n3，第三透镜33的阿贝数为v3，第四透镜34的折射率为n4，第四透镜34的阿贝数为v4，第五透镜35的折射率为n5，第五透镜35的阿贝数为v5，其中，1.6≤n1≤1.8，40≤v1≤60；1.6≤n2≤1.9，30≤v2≤45；1.6≤n3≤1.8，40≤v3≤60；1.6≤n4≤1.8，20≤v4≤40；1.7≤n5≤1.9，25≤v5≤45。

其中，通过设置第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34和第五透镜35的折射率和阿贝数，有利于球差及慧差的校正，从而有助于实现筒镜的高分辨率。

可选的，第一透镜31与第二透镜32胶合在一起，组成第一胶合透镜B1，第四透镜34与第五透镜35胶合在一起，组成第二胶合透镜B2。

示例性的，通过将第一透镜31与第二透镜32通过环氧树脂等光学胶胶合在一起，以及将第四透镜34与第五透镜35通过环氧树脂等光学胶胶合在一起，分担了筒镜的整体色差校正，在校正筒镜自身轴向色差和垂轴色差的同时，可选的，还可以校正物镜的残留色差，并有效校正其他单色像差如球差慧差等，进而保证了整个光学系统的分辨率。

并且，胶合透镜组还能使筒镜的整体结构更加紧凑，满足小型化要求。

可选的，第一胶合透镜B1的焦距为f_B1，第二胶合透镜B2的焦距为f_B2，其中，0.3≤|f_B2/f_B1|≤0.5。

其中，通过设置第一胶合透镜B1的焦距和第二胶合透镜B2的焦距之间的关系，能够进一步减小筒镜的色差，从而进一步提高筒镜分辨率。

可选的，第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34与第五透镜35均为玻璃球面透镜。

其中，第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34与第五透镜35均采用球面透镜能够降低筒镜成本；由于筒镜在使用过程中一般会接入同轴照明光，或者对焦光束。第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34与第五透镜35均采用玻璃透镜，则可避免持续高亮度光照明导致的塑料镜头氧化造成的成像质量劣化。此外，塑料镜头较差的面形加工精度和热稳定性都无法满足筒镜的高像质要求。需要注意的是，第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34与第五透镜35也可采用非球面透镜，以得到更好的像质，本领域技术人员可根据实际需求分别对第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34与第五透镜35进行设计。

可选的，第二透镜组12和第三透镜组13均为分束棱镜。

其中，分束棱镜可将入射光束分成具有一定光强比的透射与反射两束光，从而实现同轴接口的功能。分束棱镜可采用将膜层镀在45°的直角棱镜斜面上，再胶合一个同样形状的棱镜，构成胶合立方体的方式。与平板分束镜相比，分束棱镜像散小，在仪器中装调方便，而且由于膜层不是暴露在空气中，不易损坏和腐蚀。

本发明实施例提供的筒镜，通过合理分配各透镜的光焦度、面形、焦距、折射率和阿贝数等，在满足大视场的同时还校正的像差和色差，保证了筒镜具备高分辨率，还降低了光学镜头的成本。

下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的筒镜的具体实施例。

实施例一

继续参考图1，本发明实施例一提供的筒镜包括第一透镜组11、第二透镜组12和第三透镜组13，其中，第一透镜组11通过配合无限远校正物镜可以实现大视场消色差成像，第二透镜组12和第三透镜组13分别提供了两个同轴接口，其中第二透镜组12除了连接无限远校正物镜以外，还可用于连接同轴照明单元或对焦单元，第三透镜组13则可以连接两组成像元件或一组成像元件及一组对焦单元。第一透镜组11包括沿光轴从物面21到像面22依次设置的第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34和第五透镜35，其中，第一透镜31与第二透镜32胶合在一起，组成第一胶合透镜B1，第四透镜34与第五透镜35胶合在一起，组成第二胶合透镜B2。

表1示出了实施例一提供的筒镜中各透镜的曲率半径、中心厚度、折射率和阿贝数，其中，曲率半径和中心厚度的单位均为毫米(mm)。

表面序号	曲率半径r(mm)	中心厚度d(mm)	折射率n	阿贝数V
					物面
1	Infinity	40	1.52	64.2
					2	Infinity	50
3	55.5	10.3	1.69	49.2
					4	-71.45	6	1.75	35
5	40.98	2
					6	41.73	13	1.69	49.2
7	Infinity	2
					8	52.16	9	1.70	30.1
9	-61.92	6.4	1.78	37.1
					10	31.39	50
11	Infinity	40	1.52	64.2
					12	Infinity	69.9
像面

表一

其中，曲率半径为Infinity代表平面。面序号为1和2的面分别为第二透镜组12的物侧面和像侧面，面序号为3和5的面分别为第一胶合透镜B1的物侧面和像侧面，面序号为4的面为第一透镜31与第二透镜32的胶合面，面序号为6和7的面分别为第三透镜33的物侧面和像侧面，面序号为8和10的面分别为第二胶合透镜B2的物侧面和像侧面，面序号为9的面第四透镜34与第五透镜35的胶合面，面序号为11和12的面分别为第三透镜组13的物侧面和像侧面。同样，d1到d12指各透镜的中心厚度或透镜相邻顶点之间的间隔距离，n1至n12是各透镜所用材料的折射率n、V1至V12是各透镜所用材料的阿贝数V。

图2为本发明实施例一提供的筒镜的MTF曲线图，如图2所示，全视场在140lp/mm的MTF值大于0.15，因此，该透镜可以配合的无限远校正物镜实现高分辨成像。

图3为本发明实施例一提供的筒镜的像散及场曲数据图，如图3所示，全视场下虚线和实线之间偏离较小，并且在边缘视场的位置趋于重合，说明该筒镜实现了平场校正设计。

图4为本发明实施例一提供的筒镜的色散数据图，如图4所示，实线代表本发明实施例一提供的筒镜的色差，两侧细虚线内的范围代表本发明实施例一提供的筒镜的衍射极限，由图4可见色差均处于衍射极限范围以内，达到了较好的色差校正效果。

如图2-图4所示，本发明实施例一提供的筒镜的焦距f＝200mm，视场角可达5.3度，且其主要像差都得到了充分校正。

综上所述，本发明实施例提供了一种具备两个同轴接口的大视场复消色差筒镜，其色差、像散及其他像差均被良好校正，从而在不牺牲色差和其他像差的情况下，实现了优于传统筒镜的更大视场角，进而可以适配更大靶面的面阵相机。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种自动光学检测设备，该自动光学检测设备包括本发明任一实施例提供的筒镜，以及用于将筒镜形成的光学图像转换为电信号的成像元件。其中，该成像元件可以是感光耦合元件(CCD)或互补性氧化金属半导体元件(CMOS)，该自动光学检测设备还可包括自动聚焦模组、同轴照明模组和相机等其他模块，以实现相应的功能，本领域技术人员可根据实际需求进行设置。

本发明实施例提供的自动光学检测设备具有上述任一实施例中的技术方案所具有的技术效果，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种筒镜，其特征在于，包括具有正光焦度的第一透镜组；

所述第一透镜组包括沿光轴从物面到像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；

所述第一透镜具有正光焦度；所述第二透镜具有负光焦度；所述第三透镜具有正光焦度；所述第四透镜具有正光焦度；所述第五透镜具有负光焦度。

2.根据权利要求1所述的筒镜，其特征在于，所述筒镜还包括第二透镜组和第三透镜组；

所述第二透镜组设置于所述第一透镜和所述物面之间，所述第三透镜组设置于所述第五透镜和所述像面之间；

所述第二透镜组和所述第三透镜组均具有无光焦度；

所述第二透镜组包括第一接口和第二接口，所述第三透镜组包括第三接口和第四接口。

3.根据权利要求1所述的筒镜，其特征在于，所述第一透镜的物侧面和像侧面均为凸面；所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凹面；所述第三透镜的物侧面为凸面，其像侧面为平面；所述第四透镜的物侧面和像侧面均为凸面；所述第五透镜的物侧面和像侧面均为凹面。

4.根据权利要求1所述的筒镜，其特征在于，所述筒镜的焦距为f，所述第一透镜的焦距为f₁，所述第二透镜的焦距为f₂，所述第三透镜的焦距为f₃，所述第四透镜的焦距为f₄，所述第五透镜的焦距为f₅，其中，0.1≤|f₁/f|≤0.3，0.1≤|f₂/f|≤0.3，0.3≤|f₃/f|≤0.5，0.1≤|f₄/f|≤0.3，0.03≤|f₅/f|≤0.15。

5.根据权利要求1所述的筒镜，其特征在于，所述第一透镜的折射率为n1，所述第一透镜的阿贝数为v1，所述第二透镜的折射率为n2，所述第二透镜的阿贝数为v2，所述第三透镜的折射率为n3，所述第三透镜的阿贝数为v3，所述第四透镜的折射率为n4，所述第四透镜的阿贝数为v4，所述第五透镜的折射率为n5，所述第五透镜的阿贝数为v5，其中，1.6≤n1≤1.8，40≤v1≤60；1.6≤n2≤1.9，30≤v2≤45；1.6≤n3≤1.8，40≤v3≤60；1.6≤n4≤1.8，20≤v4≤40；1.7≤n5≤1.9，25≤v5≤45。

6.根据权利要求1所述的筒镜，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜胶合在一起，组成第一胶合透镜；所述第四透镜与所述第五透镜胶合在一起，组成第二胶合透镜。

7.根据权利要求6所述的筒镜，其特征在于，所述第一胶合透镜的焦距为f_B1，所述第二胶合透镜的焦距为f_B2，其中，0.3≤|f_B2/f_B1|≤0.5。

8.根据权利要求1所述的筒镜，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜与所述第五透镜均为玻璃球面透镜。

9.根据权利要求2所述的筒镜，其特征在于，所述第二透镜组和所述第三透镜组均为分束棱镜。

10.一种自动光学检测设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的筒镜及用于将所述筒镜形成的光学图像转换为电信号的成像元件。

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