CN115407486B - 成像光学系统和成像检测系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种成像光学系统及成像检测系统，成像光学系统由物方开始依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一透镜组、孔径光阑、第二透镜组、第三透镜组、第十透镜、第十一透镜、玻璃补偿板和第四耦合棱镜；其中：第一透镜用于校正轴外场曲，第二透镜和第三透镜用于校正彗差和场曲；第一透镜组用于校正色差及平衡剩余球差，第二透镜组和第三透镜组用于校正色差；孔径光阑用于限制成像光束的大小；第十透镜用于平衡和校正场曲以及拉长后工作距，第十一透镜用于平衡和校正场曲、拉长后工作距以及会聚光路；玻璃补偿板用于补偿更换不同材料的待测物体的光程；第四耦合棱镜用于进行光路的分光耦合，向待测物体表面引入照明光。

Description

成像光学系统和成像检测系统

技术领域

本公开涉及光学成像及检测技术领域，尤其涉及一种成像光学系统和成像检测系统。

背景技术

近年来，随着科学技术和信息技术的不断发展，检测成像技术也向着简单易行、高精度的方向发展。光学系统检测谱段越宽、视场越大，所检测到的信息越丰富、越准确。但光学成像系统视场越大，谱段越宽，由此会引来更多的复色差和轴外像差，为满足成像面足够大，兼容更宽谱段，同时保证成像质量良好的需求，使光学系统设计优化带来一定难度。

通常，具有多种检测功能的光学成像系统，不同的光学系统实现不同的检测目的，而不同的光学系统相互独立，因此增加了光学成像系统的重量和复杂性。

发明内容

基于此，本公开第一方面提供了一种成像光学系统，由物方开始依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一透镜组、孔径光阑、第二透镜组、第三透镜组、第十透镜、第十一透镜、玻璃补偿板和第四耦合棱镜；其中：第一透镜用于校正轴外场曲，第二透镜和第三透镜用于校正彗差和场曲；第一透镜组用于校正色差及平衡剩余球差，第二透镜组和第三透镜组用于校正色差；孔径光阑用于限制成像光束的大小；第十透镜用于平衡和校正场曲以及拉长后工作距，第十一透镜用于平衡和校正场曲、拉长后工作距以及会聚光路；玻璃补偿板用于补偿更换不同材料的待测物体的光程；第四耦合棱镜用于进行光路的分光耦合，向待测物体表面引入照明光。

根据本公开的实施例，第一透镜被配置为负弯月透镜，具有正光焦度；第二透镜被配置为正弯月透镜，具有正光焦度和高折射率；第三透镜被配置为正弯月透镜，具有负光焦度。

根据本公开的实施例，第一透镜组为由从物方开始依次排列的第四透镜、第五透镜组成的具有负光焦度的双胶合镜组，第二透镜组为由从物方开始依次排列的第六透镜和第七透镜组成的具有负光焦度的双胶合镜组，第三透镜组为由从物方开始依次排列的第八透镜和第九透镜组成的具有正光焦度的双胶合镜组。

根据本公开的实施例，第十透镜和第十一透镜被配置为负弯月透镜，具有正光焦度。

根据本公开的实施例，成像光学系统的光路为双远心光路，双远心光路的远心度小于0.1°。

根据本公开的实施例，成像光学系统的光谱段范围为400nm～900nm。

本公开第二方面提供了一种成像检测系统，用于待检测物体成像过程中的位置观测和离焦量检测，包括：第一光源，用于发射第一光波，第一光波用于位置观测和离焦量检测；如上述所述的成像光学系统；第一耦合棱镜，设置于第一透镜的上游，用于光路的分光耦合；第三耦合棱镜，设置于孔径光阑与第二透镜组之间，用于光路的分光耦合；载物台，用于承载待检测物体；成像设备，用于对待检测物体进行成像。

根据本公开的实施例，第一光源为阵列点光源。

本公开第三方面提供了一种成像检测系统，用于待检测物体成像过程中的水平位置偏移量检测，包括：第二光源，用于发射第二光波，第二光波用于水平位置偏移量检测；如上述所述的成像光学系统；第二耦合棱镜，设置于第一透镜与第二透镜之间，用于光路的分光耦合；载物台，用于承载待检测物体；成像设备，用于对待检测物体进行成像。

本公开第四方面提供了一种成像检测系统，用于待检测物体成像过程中的位置观测、水平位置偏移量检测和离焦量检测，包括：第一光源，用于发射第一光波，第一光波用于位置观测和离焦量检测；第二光源，用于发射第二光波，第二光波用于水平位置偏移量检测；如上述所述的成像光学系统；第一耦合棱镜，设置于第一透镜的上游，用于光路的分光耦合；第二耦合棱镜，设置于第一透镜与第二透镜之间，用于光路的分光耦合；第三耦合棱镜，设置于孔径光阑与第二透镜组之间，用于光路的分光耦合；载物台，用于承载待检测物体；成像设备，用于对待检测物体进行成像。

根据本公开实施例提供的成像光学系统和成像检测系统，至少包括以下有益效果：

成像光学系统采用对称式结构，依次设置用于彗差和场曲的校正的第一透镜、第二透镜和第三透镜，用于校正色差的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、正光焦度的第三透镜组以及用于校正彗差和场曲的第十透镜和第十一透镜，能够增大光学系统视场和谱段，提高后工作距，同时保证成像质量优异，使检测信息更加丰富和准确。

通过在成像光学系统的不同位置设置耦合棱镜，构成成像检测系统，基于该耦合棱镜及成像光学系统，能够实现观测光路及不同的检测光路，进而能够实现成像过程中不同功能的检测。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了本公开实施例提供的一种成像光学系统的结构图。

图2示意性示出了本公开一实施例提供的成像检测系统的结构图。

图3示意性示出了本公开实施例提供的阵列点光源的光斑阵列图。

图4示意性示出了本公开实施例提供的待检测物体与光斑的对齐显示图像。

图5示意性示出了本公开另一实施例提供的成像检测系统的结构图。

图6示意性示出了本公开又一实施例提供的成像光学系统的结构图。

图7示意性示出了本公开实施例提供的成像光学系统的全视场、全谱段点列图。

图8示意性示出了本公开实施例提供的成像光学系统的衍射包围圆能量图。

图9示意性示出了本公开实施例提供的成像光学系统的传递函数曲线图。

图10示意性示出了本公开实施例提供的成像光学系统的场曲和畸变图。

【附图标记】

1-第一耦合棱镜；2-第一透镜；3-第二耦合棱镜；4-第二透镜；5-第三透镜；6-第四透镜；7-第五透镜；8-孔径光阑；9-第三耦合棱镜；10-第六透镜；11-第七透镜；12-第八透镜；13-第九透镜；14-第十透镜；15-第十一透镜；16-玻璃补偿板；17-第四耦合棱镜；18-第一光源；19-载物台；20-成像设备；21-第一数据采集设备；22-第二数据采集设备；23-第二光源；G1-第一透镜组；G2-第二透镜组；G3-第三透镜组。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

本公开实施例的主要目的在于提供一种成像光学系统和成像检测系统，旨在解决大视场，兼容更多谱段，实现不同检测功能，同时保证成像质量优异的前提下，使检测信息更加丰富和准确的目的。下面结合具体的实施例进行详细介绍。

图1示意性示出了本公开实施例提供的一种成像光学系统的结构图。

如图1所示，该光学系统由物方开始依次包括：第一透镜2、第二透镜4、第三透镜5、第一透镜组G1、孔径光阑8、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第十透镜14、第十一透镜15、玻璃补偿板16、第四耦合棱镜17组成。

根据本公开的实施例，第一透镜2用于校正轴外场曲，第二透镜4和第三透镜5用于校正彗差和场曲。第一透镜组G1用于校正色差及平衡剩余球差，第二透镜组G2和第三透镜组G3用于校正色差。孔径光阑8用于限制成像光束的大小。第十透镜14用于平衡和校正场曲以及拉长后工作距，第十一透镜15用于平衡和校正场曲、拉长后工作距以及会聚光路。玻璃补偿板16用于补偿更换不同材料的待测物体的光程。第四耦合棱镜17用于光路的分光耦合，向待测物体表面引入照明光。

在本公开一实施例中，第一透镜2被配置为负弯月透镜，具有正光焦度。第二透镜4被配置为正弯月透镜，具有正光焦度和高折射率，具体折射率的大小可以根据实际需求选择，本公开不做限制。第三透镜5被配置为正弯月透镜，具有负光焦度。

在本公开一实施例中，第一透镜组G1可以为由从物方开始依次排列的第四透镜6、第五透镜7组成的具有负光焦度的双胶合镜组，其中，第五透镜7为低色散透镜。第二透镜组G2可以为由从物方开始依次排列的第六透镜10和第七透镜11组成的具有负光焦度的双胶合镜组，其中，第六透镜10为高折射率透镜，具体折射率的大小可以根据实际需求选择，本公开不做限制。第三透镜组G3可以为由从物方开始依次排列的第八透镜12和第九透镜13组成的具有正光焦度的双胶合镜组。

在本公开一实施例中，第十透镜14和第十一透镜15被配置为负弯月透镜，具有正光焦度。

应当理解，各部件正光焦度和负光角度的大小可以根据成像光学系统的实际应用场景设置，本公开不做限制。

在本公开一实施例中，成像光学系统的光路为双远心光路，其双远心光路的远心度可以小于0.1°。成像光学系统的光谱段范围可以为400nm～900nm。该成像光学系统可以实现1：1成像，视场φ可以为50nm，光学系统后工作距可以大于300mm，数值孔径NA可以为0.05。通过这些镜面参数的设计，使成像光学系统具有大视场、宽谱段、多功能、长焦距的性能。

基于上述成像光学系统，本公开实施例还提供实现不同功能检测的成像检测系统。

图2示意性示出了本公开一实施例提供的成像检测系统的结构图。

如图2所示，该成像检测系统用于待检测物体成像过程中的位置观测和离焦量检测，例如可以包括：

第一光源18，用于发射第一光波，第一光波可以作为观测光或检测光，用于位置观测和离焦量检测。

成像光学系统，即上述阐述的结构及各部件对应实现的功能，此处不再赘述。

第一耦合棱镜1，设置于第一透镜2的上游，用于光路的分光耦合。

第三耦合棱镜9，设置于孔径光阑8与第二透镜组G2之间，用于光路的分光耦合。

载物台19，用于承载待检测物体。

成像设备20，用于对待检测物体进行成像。

在本实施例中，成像过程中实现位置观测的光路为：从第一光源18发出的第一光波依次经过第三耦合棱镜9、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第十透镜14、第十一透镜15、玻璃补偿板16、第四耦合棱镜17到达放置在载物台19的待检测物体表面；光线被反射后得到包含观测信息的光线，依次经过第四耦合棱镜17、玻璃补偿板16、第十一透镜15、第十透镜14、第三透镜组G3、第二透镜组G2、第三耦合棱镜9、第一透镜组G1、第三透镜5、第二透镜4、第一透镜2、第一耦合棱镜1，到达成像设备20。通过成像设备20可观察到待检测物体的位置与观测光路的光线位置是否对齐。如待检测物体未到达指定位置，则通过载物台19调整待检测物体位置，本实施例中指定位置为：待检测物体平面垂直于观测光光轴，待检测面上标记与阵列点光源发出的光斑一一对齐。其中，第一光源18可以为阵列点光源。观测光路的光波长可以为400nm～900nm。

图3示意性示出了本公开实施例提供的阵列点光源的光斑阵列图。

如图3所示，白色圆点为第一光源18产生的阵列光斑。

图4示意性示出了本公开实施例提供的待检测物体与光斑的对齐显示图像。

如图4所示，白色方框为待检测物体上的标记，待检测物体上的标记形状也可为其他形状。从图4可看出待检测物体与观测光斑已对齐。

在经成像设备20观测到待检测物体与观测光斑对齐后，再使用第一检测光路进行测量，以检测待检测物体上各标记距离第一检测光路焦点的离焦量。

具体地，第一检测光路的光线为：从第一光源18发出的第一光波依次经过第三耦合棱镜9、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第十透镜14、第十一透镜15、玻璃补偿板16、第四耦合棱镜17到达放置在载物台19的待检测物体表面；光线被反射后得到包含焦点离焦量检测信息的光线，依次经过第四耦合棱镜17、玻璃补偿板16、第十一透镜15、第十透镜14、第三透镜组G3、第二透镜组G2、第三耦合棱镜9、第一透镜组G1、第三透镜5、第二透镜4、第一透镜2、第一耦合棱镜1，到达第一数据采集设备21。对第一数据采集设备21采集的数据进行分析，便可以得到检测待检测物体上各标记距离第一检测光路焦点的离焦量。其中检测光波长例如可以为400nm～900nm。

图5示意性示出了本公开另一实施例提供的成像检测系统的结构图。

如图5所示，该成像检测系统用于待检测物体成像过程中的水平位置偏移量检测，例如可以包括：

第二光源23，用于发射第二光波，第二光波可以作为检测光，用于水平位置偏移量检测。

成像光学系统，即上述阐述的结构及各部件对应实现的功能，此处不再赘述。

第二耦合棱镜3，设置于第一透镜2与第二透镜4之间，用于光路的分光耦合。

载物台19，用于承载待检测物体。

成像设备20，用于对待检测物体进行成像。

在本实施例中，可以通过第二检测光路精确检测待检测物体上各标记点在水平面上偏离基准位置的距离。

具体地，第二检测光路的光路为：从第二光源23发出的第二光波通过第四耦合棱镜17进入检测系统，对待测物体表面进行照明，光线被待检测物体表面反射后得到包含水平位置检测信息的光线，依次经过第四耦合棱镜17、玻璃补偿板16、第十一透镜15、第十透镜14、第三透镜组G3、第二透镜组G2、孔径光阑8、第一透镜组G1、第三透镜5、第二透镜4、第二耦合棱镜3，到达第二数据采集设备22。对第二数据采集设备22采集的数据进行分析，便可以得到待检测物体上各标记点在水平面上偏离基准位置的距离。可以通过外加标记板来指定待检测物体基准位置。其中，第二检测光路检测光波长可以为位于400nm～900nm范围内的单一波长。

图6示意性示出了本公开又一实施例提供的成像光学系统的结构图。

如图6所示，该成像检测系统用于待检测物体成像过程中的位置观测、水平位置偏移量检测和离焦量检测，例如可以包括：

第一光源18，用于发射第一光波，第一光波可以作为观测光或检测光，用于位置观测和离焦量检测。

第二光源23，用于发射第二光波，第二光波可以作为检测光，用于水平位置偏移量检测。

成像光学系统，即上述阐述的结构及各部件对应实现的功能，此处不再赘述。

第一耦合棱镜1，设置于第一透镜2的上游，用于进行光路的分光耦合。

第二耦合棱镜3，设置于第一透镜2与第二透镜4之间，用于光路的分光耦合。

第三耦合棱镜9，设置于孔径光阑8与第二透镜组G2之间，用于光路的分光耦合。

载物台19，用于承载待检测物体。

成像设备20，用于对待检测物体进行成像。

在本实施例中，成像过程中的位置观测的光路为：从第一光源18发出的第一光波依次经过第三耦合棱镜9、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第十透镜14、第十一透镜15、玻璃补偿板16、第四耦合棱镜17到达放置在载物台19的待检测物体表面；光线被反射后得到包含观测信息的光线，依次经过第四耦合棱镜17、玻璃补偿板16、第十一透镜15、第十透镜14、第三透镜组G3、第二透镜组G2、第三耦合棱镜9、第一透镜组G1、第三透镜5、第二透镜4、第二耦合棱镜3、第一透镜2、第一耦合棱镜1到达成像设备20。通过成像设备20可观察到待检测物体的位置与观测光路的光线位置是否对齐。如待检测物体未到达指定位置，则通过载物台19调整待检测物体位置，本实施例中指定位置为：待检测物体平面垂直于观测光光轴，待检测面上标记与阵列点光源发出的光斑一一对齐。其中，光源18可以为阵列点光源。观测光路的光波长为400nm～900nm。

在本实施例中，在经成像设备20观测到待检测物体与观测光斑对齐后，再使用第一检测光路进行测量，以检测待检测物体上各标记距离第一检测光路焦点的离焦量。

具体地，第一检测光路的光线为：从第一光源18发出的第一光波依次经过第三耦合棱镜9、第二透镜组G2、第三透镜组G3、第十透镜14、第十一透镜15、玻璃补偿板16、第四耦合棱镜17到达放置在载物台19的待检测物体表面；光线被反射后得到包含焦点离焦量信息的光线，依次经过第四耦合棱镜17、玻璃补偿板16、第十一透镜15、第十透镜14、第三透镜组G3、第二透镜组G2、第三耦合棱镜9、第一透镜组G1、第三透镜5、第二透镜4、第二耦合棱镜3、第一透镜2、第一耦合棱镜1到达第一数据采集设备21。对第一数据采集设备21采集的数据进行分析，便可以得到检测待检测物体上各标记距离第一检测光路焦点的离焦量。其中检测光波长例如可以为400nm～900nm。

在本实施例中，可以通过第二检测光路精确检测待检测物体上各标记点在水平面上偏离基准位置的距离。

具体地，第二检测光路的光路为：从第二光源23发出的第二光波通过第四耦合棱镜17进入检测系统，对待测物体表面进行照明，光线被待检测物体表面反射后得到包含水平位置检测信息的光线，依次经过第四耦合棱镜17、玻璃补偿板16、第十一透镜15、第十透镜14、第三透镜组G3、第二透镜组G2、孔径光阑8、第一透镜组G1、第三透镜5、第二透镜4、第二耦合棱镜3，到达第二数据采集设备22。对第二数据采集设备22采集的数据进行分析，便可以得到待检测物体上各标记点在水平面上偏离基准位置的距离。可以通过外加标记板来指定待检测物体基准位置。其中，第二检测光路检测光波长可以为位于400nm～900nm范围内的单一波长。

根据本公开的实施例，在前述的成像光学系统的基础上，通过在第一透镜2的上游设置第一耦合棱镜1实现光路的分光耦合，在孔径光阑8与第二透镜组G2之间设置第三耦合棱镜9实现光路的分光耦合，用于观测光路的成像与第一检测光路离焦量的检测，在第一透镜2与第二透镜4之间设置第二耦合棱镜3实现光路的分光耦合，用于成像过程中水平位置偏移量检测，进而能够实现成像过程中不同功能的检测。需要说明的是，上述成像检测系统中，观测光路、第一检测光路、第二检测光路所经过路径并不唯一，即各光路引入成像光学系统的耦合棱镜并不唯一，如第一光源18发出的第一光波可利用第一耦合棱镜1、第二耦合棱镜3、第三耦合棱镜9中的任一个耦合棱镜引入到成像光学系统中。同理，携带观测或检测信息的光线，在为了避免与光源发出的观测光与检测光干涉的前提下，可以通过另外任一个耦合棱镜到达信号采集系统中。如观测光路中第一光源18发出的观测光通过第二耦合棱镜3进入到成像系统中，经待检测物体反射的观测光，为了避免入射光与反射光的干涉，可以通过第一耦合棱镜1、第三耦合棱镜9中的任一个进入到成像设备20中。

为了进一步验证本公开实施例提供的成像光学系统和成像检测系统的优势，本公开实施例还提供基于该上述成像光学系统和成像检测系统的实验结果。

图7示意性示出了本公开实施例提供的成像光学系统的全视场、全谱段点列图。

如图7所示，OBJ表示物方视场，IMA表示像方视场。成像光学系统在中心谱段650nm条件下，艾里斑半径(Airy Radius)为7.89μm，此时光学系统在0视场半径均方根值2.14μm、12.5mm视场半径均方根值为4.067μm和25mm视场内的半径均方根值3.151μm均在艾里斑半径范围内，轴上和轴外点能量集中度和像差校正均较好。

图8示意性示出了本公开实施例提供的成像光学系统的衍射包围圆能量图。

如图8所示，纵坐标代表圈入总能量的百分比，它是关于离主光线或点物像上的质心距离的函数，横坐标代表距质心半径距离。从图中可以看出，光学系统全谱段条件下，各视场能量包围圆接近衍射包围能量极限，系统能量利用率较好。

图9示意性示出了本公开实施例提供的成像光学系统的传递函数曲线图。

如图9所示，图中纵坐标代表归一化OTF的模，横坐标是空间频率，单位为lp/mm。光学系统各视场截止频率在631p/mm处MTF均大于0.4，其中光学系统中心视场MTF接近衍射极限，光学系统具有高分辨率，成像质量良好。

图10示意性示出了本公开实施例提供的成像光学系统的场曲和畸变图。

如图10所示，左边为场曲图，场曲曲线显示从像面到理想像面的距离关于视场坐标的函数。默认时视场扫描沿内定的+Y视场正方向进行，各光线波长用不同曲线表明，图中横坐标代表场曲，单位为μm。从0.4μm到0.9μm波段各个波长各个视场位置的场曲值均在±0.3μm以内，边缘视场最佳聚焦点与中心视场最佳聚焦点轴向差异小于2λ/NA²，满足全视场清晰。右边为畸变图，图中纵坐标代表视场，横坐标代表畸变(百分比)，各光线波长用不同颜色表明，从0.4μm到0.9μm波段各个波长、各个视场位置的畸变均小于0.04％，畸变控制较优，成像更加精准、不失真。

综上所示，成像光学系统采用对称式结构，依次设置用于彗差和场曲的校正的第一透镜、第二透镜和第三透镜，用于校正色差的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、正光焦度的第三透镜组以及用于校正彗差和场曲的第十透镜和第十一透镜，能够增大光学系统视场和谱段，提高后工作距，同时保证像质优异，使检测信息更加丰富和准确。通过在成像光学系统的不同位置设置耦合棱镜，构成成像检测系统，能够实现成像过程中不同功能的检测。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种成像光学系统，其特征在于，由物方开始依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一透镜组、孔径光阑、第二透镜组、第三透镜组、第十透镜、第十一透镜、玻璃补偿板和第四耦合棱镜；其中：

所述第一透镜用于校正轴外场曲，所述第二透镜和所述第三透镜用于校正彗差和场曲；所述第一透镜和所述第二透镜具有正光焦度，所述第三透镜具有负光焦度；

所述第一透镜组用于校正色差及平衡剩余球差，所述第二透镜组和第三透镜组用于校正色差；所述第一透镜组和所述第二透镜组具有负光焦度，所述第三透镜组具有正光焦度；

所述孔径光阑用于限制成像光束的大小；

所述第十透镜用于平衡和校正场曲以及拉长后工作距，所述第十一透镜用于平衡和校正场曲、拉长后工作距以及会聚光路；所述第十透镜和所述第十一透镜具有正光焦度；

所述玻璃补偿板用于补偿更换不同材料的待测物体的光程；

所述第四耦合棱镜用于进行光路的分光耦合，向待测物体表面引入照明光。

2.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜被配置为负弯月透镜；所述第二透镜被配置为正弯月透镜，具有高折射率；所述第三透镜被配置为正弯月透镜。

3.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，所述第一透镜组为由从物方开始依次排列的第四透镜、第五透镜组成的双胶合镜组，所述第二透镜组为由从物方开始依次排列的第六透镜和第七透镜组成的双胶合镜组，所述第三透镜组为由从物方开始依次排列的第八透镜和第九透镜组成的双胶合镜组。

4.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，所述第十透镜和所述第十一透镜被配置为负弯月透镜。

5.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，所述成像光学系统的光路为双远心光路，所述双远心光路的远心度小于0.1°。

6.根据权利要求1所述的成像光学系统，其特征在于，所述成像光学系统的光谱段范围为400nm~900nm。

7.一种成像检测系统，其特征在于，用于待检测物体成像过程中的位置观测和离焦量检测，包括：

第一光源，用于发射第一光波，所述第一光波用于所述位置观测和所述离焦量检测；

如权利要求1-6任一项所述的成像光学系统；

第一耦合棱镜，设置于所述第一透镜的上游，用于光路的分光耦合；

第三耦合棱镜，设置于所述孔径光阑与所述第二透镜组之间，用于光路的分光耦合；

载物台，用于承载待检测物体；

成像设备，用于对待检测物体进行成像。

8.根据权利要求7所述的成像检测系统，其特征在于，所述第一光源为阵列点光源。

9.一种成像检测系统，其特征在于，用于待检测物体成像过程中的水平位置偏移量检测，包括：

第二光源，用于发射第二光波，所述第二光波用于所述水平位置偏移量检测；

如权利要求1-6任一项所述的成像光学系统；

第二耦合棱镜，设置于所述第一透镜与所述第二透镜之间，用于光路的分光耦合；

载物台，用于承载待检测物体；

成像设备，用于对待检测物体进行成像。

10.一种成像检测系统，其特征在于，用于待检测物体成像过程中的位置观测、水平位置偏移量检测和离焦量检测，包括：

第一光源，用于发射第一光波，所述第一光波用于所述位置观测和所述离焦量检测；

第二光源，用于发射第二光波，所述第二光波用于所述水平位置偏移量检测；

如权利要求1-6任一项所述的成像光学系统；

第一耦合棱镜，设置于所述第一透镜的上游，用于光路的分光耦合；

第二耦合棱镜，设置于所述第一透镜与所述第二透镜之间，用于光路的分光耦合；

第三耦合棱镜，设置于所述孔径光阑与所述第二透镜组之间，用于 光路的分光耦合；

载物台，用于承载待检测物体；

成像设备，用于对待检测物体进行成像。