CN208026987U - 一种高远心度的双远心光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高远心度的双远心光学成像系统，沿光轴方向从物面一侧至像面一侧依次设置有依次设置有前组增距系统、后组双高斯系统和像面CCD或CMOS，所述光学系统满足：△1＜0.1°；△2＜0.1°；其中：△1为从物面一侧进入到所述光学系统的每个视场的主光线与光轴的夹角；△2为从所述系统出射到像面CCD或CMOS的每个视场的主光线与光轴的夹角。本申请的光学系统有效提高测量检测精度，降低系统移动所带来的图像变形误差，兼顾了物方远心及像方远心的双重要求，可广泛运用于机器视觉、工业检测、智慧物流、系统集成等相关高技术型集成领域。

Description

一种高远心度的双远心光学成像系统

技术领域

本申请涉及一种光学系统，特别是涉及一种高远心度的双远心光学成像系统。

背景技术

随着目前工业集成的日益加快，越来越多的设备都往超高精密方向不断发展；各零部件的精密准确程度需要相应的机器检测，确保零部件的质量；由此延伸出的智能超高精密检测系统就孕育而生，且市场需求规模越来越大。超高精密检测系统所需的一个子系统就是光学系统；其包括照明光源系统、光学成像系统等；而本专利所涉及的就是其中的成像系统，即光学镜头。目前市面上大多数厂家推出的检测成像镜头只能满足物方远心或者像方远心的两者之一，不能做到两者兼顾，同时，其远心度均较大；对扫描/检测的零部件影像会产生较大的图像畸变。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高远心度的双远心光学成像系统，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种高远心度的双远心光学成像系统，沿光轴方向从物面一侧至像面一侧依次设置有依次设置有前组增距系统、后组双高斯系统和像面CCD或CMOS，所述光学系统满足下列条件式：

【条件式1】

△1＜0.1°；

【条件式2】

△2＜0.1°；

其中：△1为从物面一侧进入到所述光学系统的每个视场的主光线与光轴的夹角；

△2为从所述系统出射到像面CCD或CMOS的每个视场的主光线与光轴的夹角。

优选的，所述前组增距系统和后组双高斯系统的光学间隔大于75mm小 80mm。

优选的，所述光学系统满足下列条件式：

【条件式3】

320＜f_增＜350；

其中：f_增为所述增距系统的光学焦距。

优选的，所述前组增距系统沿光轴方向依次设置有第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述后组双高斯系统沿光轴方向依次设置有第四透镜、第五透镜、第六透镜、光阑、第七透镜、第八透镜和第九透镜。

进一步地，所述第五透镜和第六透镜组成第一胶合透镜，所述第七透镜和所述第八透镜组成第二胶合透镜，所述光学系统满足下列条件式：

【条件式4】

f_Z1＜0；

【条件式5】

f_Z2＞0；

【条件式6】

-0.35＜f_Z1/f_Z2＜-0.32；

其中：fZ₁为第一胶合透镜的光学焦距；f_Z2为第二胶合透镜的光学焦距。

优选的，所述第一透镜为双凸形正透镜，所述第二透镜为弯月形正透镜，所述第三透镜为弯月形负透镜，所述第四透镜为弯月形正透镜，所述第五透镜为双凸形正透镜，所述第六透镜为双凹形负透镜，所述第七透镜为双凹形负透镜，所述第八透镜为双凸形正透镜，所述第九透镜为双凸型正透镜。

优选的，在于所述第一透镜、第五透镜和第八透镜的左右两面的曲率半径相等。

优选的，所述第九透镜到像面CCD或CMOS的空气间隔为13.55mm。

优选的，第一透镜与第二透镜之间的光学间隔为1.0mm，所述第二透镜与第三透镜之间的光学间隔为25.0mm，所述第三透镜与第四透镜之间的光学间隔为77.3mm，所述第四透镜4与第五透镜之间的光学间隔为1.2mm，所述第六透镜与第七透镜之间的光学间隔为5.2mm，所述第八透镜与第九透镜之间的光学间隔为0.55mm。

优选的，所述光学系统满足：

第一透镜：270≤R1≤275 -275≤R2≤-272 10≤D≤12，220≤f≤222；

第二透镜：75≤R1≤77 140≤R2≤160 10≤D≤12，220≤f≤222；

第三透镜：250≤R1≤260 60≤R2≤63 5.5≤D≤6.4，-185≤f≤-180；

第四透镜：12≤R1≤14 15≤R2≤16 2.5≤D≤3.2，70≤f≤75；

第五透镜：14≤R1≤15 -15≤R2≤-14 3.0≤D≤3.6，25≤f≤27；

第六透镜：-15≤R1≤-14 5≤R2≤6 3.5≤D≤4.0，-8≤f≤-7；

第七透镜：-42≤R1≤-40 11≤R2≤12 5.5≤D≤6.0，-27≤f≤-25；

第八透镜：11≤R1≤12 -12≤R2≤-11 7≤D≤8，31≤f≤33；

第九透镜：27≤R1≤29 -27≤R2≤-29 1.0≤D≤1.2，18≤f≤20；

其中：R1、R2为透镜两面的曲率半径值；D为透镜的中心厚度值；f为透镜的光学焦距。

与现有技术相比，本申请的光学系统有效提高测量检测精度，降低系统移动所带来的图像变形误差，兼顾了物方远心及像方远心的双重要求，可广泛运用于机器视觉、工业检测、智慧物流、系统集成等相关高技术型集成领域。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型具体实施例中高远心度的双远心光学成像系统示意图

图2为本实用新型具体实施例中高远心度的双远心光学成像系统的远心/ 非远心差异示意图

图3为本实用新型具体实施例中高远心度的双远心光学成像系统场曲及畸变示意图

图4为本实用新型具体实施例中高远心度的双远心光学成像系统主光线角度示意图

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1所示一种高远心度的双远心光学成像系统，沿光轴方向从物面一侧至像面一侧依次设置有依次设置有前组增距系统、后组双高斯系统和像面CCD或CMOS，光学系统满足下列条件式：

【条件式1】

△1＜0.1°；

【条件式2】

△2＜0.1°；

其中：△1为从物面一侧进入到光学系统的每个视场的主光线与光轴的夹角；

△2为从系统出射到像面CCD或CMOS的每个视场的主光线与光轴的夹角。

优选的，前组增距系统和后组双高斯系统的光学间隔大于75mm小 80mm。

优选的，光学系统满足下列条件式：

【条件式3】

320＜f_增＜350；

其中：f_增为增距系统的光学焦距。

优选的，前组增距系统沿光轴方向依次设置有第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3；后组双高斯系统沿光轴方向依次设置有第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、光阑、第七透镜7、第八透镜8和第九透镜9。

进一步地，第五透镜5和第六透镜6组成第一胶合透镜，第七透镜7和第八透镜8组成第二胶合透镜，光学系统满足下列条件式：

【条件式4】

f_Z1＜0；

【条件式5】

f_Z2＞0；

【条件式6】

-0.35＜f_Z1/f_Z2＜-0.32；

其中：fZ₁为第一胶合透镜的光学焦距；f_Z2为第二胶合透镜的光学焦距。

优选的，第一透镜1为双凸形正透镜，第二透镜2为弯月形正透镜，第三透镜3为弯月形负透镜，第四透镜4为弯月形正透镜，第五透镜5为双凸形正透镜，第六透镜6为双凹形负透镜，第七透镜7为双凹形负透镜，第八透镜8为双凸形正透镜，第九透镜9为双凸型正透镜。

优选的，在于第一透镜1、第五透镜5和第八透镜8的左右两面的曲率半径相等。

在该技术方案中，第一透镜1、第五透镜5和第八透镜8的左右两面的曲率半径相等，便于光学透镜的冷加工，亦可降低加工成本。

优选的，第九透镜9到像面CCD或CMOS的空气间隔为13.55mm。

优选的，第一透镜1与第二透镜2之间的光学间隔为1.0mm，第二透镜2 与第三透镜3之间的光学间隔为25.0mm，第三透镜3与第四透镜4之间的光学间隔为77.3mm，第四透镜4与第五透镜5之间的光学间隔为1.2mm，第六透镜6与第七透镜7之间的光学间隔为5.2mm，第八透镜8与第九透镜9之间的光学间隔为0.55mm。

优选的，光学系统满足：

第一透镜1：270≤R1≤275 -275≤R2≤-272 10≤D≤12，220≤f≤ 222；

第二透镜2：75≤R1≤77 140≤R2≤160 10≤D≤12，220≤f≤222；

第三透镜3：250≤R1≤260 60≤R2≤63 5.5≤D≤6.4，-185≤f≤-180；

第四透镜4：12≤R1≤14 15≤R2≤16 2.5≤D≤3.2，70≤f≤75；

第五透镜5：14≤R1≤15 -15≤R2≤-14 3.0≤D≤3.6，25≤f≤27；

第六透镜6：-15≤R1≤-14 5≤R2≤6 3.5≤D≤4.0，-8≤f≤-7；

第七透镜7：-42≤R1≤-40 11≤R2≤12 5.5≤D≤6.0，-27≤f≤-25；

第八透镜8：11≤R1≤12 -12≤R2≤-11 7≤D≤8，31≤f≤33；

第九透镜9：27≤R1≤29 -27≤R2≤-29 1.0≤D≤1.2，18≤f≤20；

其中：R1、R2为透镜两面的曲率半径值；D为透镜的中心厚度值；f为透镜的光学焦距。

在该技术方案中，通过通过上述透镜的光学组合可以使得系统的物方、像方远心度低于0.1°以下，即每个视场入射光束的主光线与光轴的夹角、每个视场出射光束的主光线与光轴的夹角均小于0.1°

图2、图3和图4，所示为本实用新型具体实施例中高远心度的双远心光学系统远心/非远心差异示意图、场曲及畸变示意图和主光线角度示意图。

远心系统与非远心系统，其差异在于视场主光线与光轴是否接近平行；非远心系统在上下左右移动时会改变扫描检测目前物体的大小和位置，而远心系统则不会改变而且是零失真，可以有效提高测量检测精度。

综上所述，本申请的光学系统有效提高测量检测精度，降低系统移动所带来的图像变形误差，兼顾了物方远心及像方远心的双重要求，可广泛运用于机器视觉、工业检测、智慧物流、系统集成等相关高技术型集成领域。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于：沿光轴方向从物面一侧至像面一侧依次设置有依次设置有前组增距系统、后组双高斯系统和像面CCD或CMOS，所述光学系统满足下列条件式：

条件式1：

△1＜0.1°；

条件式2：

△2＜0.1°；

其中：△1为从物面一侧进入到所述光学系统的每个视场的主光线与光轴的夹角；

△2为从所述系统出射到像面CCD或CMOS的每个视场的主光线与光轴的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于：所述前组增距系统和后组双高斯系统的光学间隔大于75mm小80mm。

3.根据权利要求1所述的一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于：所述光学系统满足下列条件式：

条件式3：

320＜f_增＜350；

其中：f_增为所述增距系统的光学焦距。

4.根据权利要求1所述的一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于：所述前组增距系统沿光轴方向依次设置有第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述后组双高斯系统沿光轴方向依次设置有第四透镜、第五透镜、第六透镜、光阑、第七透镜、第八透镜和第九透镜。

5.根据权利要求4所述的一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于：所述第五透镜和第六透镜组成第一胶合透镜，所述第七透镜和所述第八透镜组成第二胶合透镜，所述光学系统满足下列条件式：

条件式4：

f_Z1＜0；

条件式5：

f_Z2＞0；

条件式6：

-0.35＜f_Z1/f_Z2＜-0.32；

其中：f_Z1为第一胶合透镜的光学焦距；f_Z2为第二胶合透镜的光学焦距。

6.根据权利要求4所述的一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于：所述第一透镜为双凸形正透镜，所述第二透镜为弯月形正透镜，所述第三透镜为弯月形负透镜，所述第四透镜为弯月形正透镜，所述第五透镜为双凸形正透镜，所述第六透镜为双凹形负透镜，所述第七透镜为双凹形负透镜，所述第八透镜为双凸形正透镜，所述第九透镜为双凸型正透镜。

7.根据权利要求4所述的一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于所述第一透镜、第五透镜和第八透镜的左右两面的曲率半径相等。

8.根据权利要求4所述的一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于所述第九透镜到像面CCD或CMOS的空气间隔为13.55mm。

9.根据权利要求4所述的一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于第一透镜与第二透镜之间的光学间隔为1.0mm，所述第二透镜与第三透镜之间的光学间隔为25.0mm，所述第三透镜与第四透镜之间的光学间隔为77.3mm，所述第四透镜4与第五透镜之间的光学间隔为1.2mm，所述第六透镜与第七透镜之间的光学间隔为5.2mm，所述第八透镜与第九透镜之间的光学间隔为0.55mm。

10.根据权利要求4所述的一种高远心度的双远心光学成像系统，其特征在于所述光学系统满足：

第一透镜：270≤R1≤275 -275≤R2≤-272 10≤D≤12，220≤f≤222；

第二透镜：75≤R1≤77 140≤R2≤160 10≤D≤12，220≤f≤222；

第三透镜：250≤R1≤260 60≤R2≤63 5.5≤D≤6.4，-185≤f≤-180；

第四透镜：12≤R1≤14 15≤R2≤16 2.5≤D≤3.2，70≤f≤75；

第五透镜：14≤R1≤15 -15≤R2≤-14 3.0≤D≤3.6，25≤f≤27；

第六透镜：-15≤R1≤-14 5≤R2≤6 3.5≤D≤4.0，-8≤f≤-7；

第七透镜：-42≤R1≤-40 11≤R2≤12 5.5≤D≤6.0，-27≤f≤-25；

第八透镜：11≤R1≤12 -12≤R2≤-11 7≤D≤8，31≤f≤33；

第九透镜：27≤R1≤29 -27≤R2≤-29 1.0≤D≤1.2，18≤f≤20；

其中：R1、R2为透镜两面的曲率半径值；D为透镜的中心厚度值；f为透镜的光学焦距。