CN209858836U

CN209858836U - 一种双远心镜头

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Publication number: CN209858836U
Application number: CN201920918884.7U
Authority: CN
Inventors: 陈建伟; 卢盛林
Original assignee: Guangdong OPT Machine Vision Co Ltd
Current assignee: Guangdong OPT Machine Vision Co Ltd
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2019-12-27
Anticipated expiration: 2029-06-19

Abstract

本实用新型属于光学镜头的技术领域，具体涉及一种双远心镜头，包括机械部件和安装于所述机械部件内部的光学系统，所述光学系统包括沿光轴从物方到像方依次排列的具有正光焦度及双凸结构的第一透镜G1、具有正光焦度及双凸结构的第二透镜G2、具有负光焦度及双凹结构的第三透镜G3、分光棱镜A、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、以及具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6，其中，第二透镜G2和第三透镜G3组成第一胶合透镜U1；第四透镜G4和第五透镜G5组成第二胶合透镜U2。该镜头的结构对称，方便安装，并且，其同时具备分辨率高、总体尺寸小、畸变低的优点。

Description

一种双远心镜头

技术领域

本实用新型属于光学系统的技术领域，具体涉及一种双远心镜头。

背景技术

在光学系统和器件设计中，若机器视觉精密测量系统使用普通的工业镜头，则物距出现变化时，会造成光学系统在不同的物距范围内具有不同的放大倍率的缺陷；并且，普通的工业镜头还会造成光学系统有视差、畸变大等问题，难以满足高检测的要求。

而远心镜头可以降低甚至消除上述问题，其可以在一定的物距范围内，使图像的放大倍率不会随物距的变化而变化。但是，目前市面上部分远心镜头长度尺寸偏大，数值孔径偏小，而小数值孔径往往会导致远心镜头的分辨率低，使得现有的远心镜头已无法满足在保持较短系统总长的同时兼具高分辨率的要求。所以，对于远心镜头的改良尤为迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种双远心镜头，该镜头的结构对称，方便安装，并且，其同时具备分辨率高、总体尺寸小、畸变低的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种双远心镜头，包括机械部件和安装于所述机械部件内部的光学系统，所述光学系统包括沿光轴从物方到像方依次排列的具有正光焦度及双凸结构的第一透镜G1、具有正光焦度及双凸结构的第二透镜G2、具有负光焦度及双凹结构的第三透镜G3、分光棱镜A，具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、以及具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6，其中，所述第二透镜G2和所述第三透镜G3组成第一胶合透镜U1；所述第四透镜G4和所述第五透镜G5组成第二胶合透镜U2；由所述正光焦度的第二透镜G2和所述负光焦度的第三透镜G3所组成的所述第一胶合透镜U1、以及由所述负光焦度的第四透镜G4和所述正光焦度的第五透镜G5所组成的所述第二胶合透镜U2，不仅能够有效地校正主光线的球差，并且，胶合透镜还具有消除色差、降低光学系统的公差调节难度和公差敏感度的效果；另外，可以通过分光棱镜A导入同轴照明光源或其他成像系统，以提高光学系统的成像效果。

进一步地，所述第一透镜G1和所述第一胶合透镜U1组成前透镜组P1，所述第一透镜G1的焦距为f₁，所述前透镜组P1的焦距为f_P1，所述第一透镜G1的焦距f₁与所述前透镜组P1的焦距f_P1满足关系式：1<|f₁/f_P1|<3，该关系式不仅能使光学系统具有一定的放大倍率，并使光学系统最终能够成完善像，还能够将光学系统的总长控制在一定的范围内，从而降低了光学系统总长。

进一步地，所述第一胶合透镜U1的焦距为f_U1，所述第一胶合透镜U1的焦距f_U1与所述前透镜组P1的焦距f_P1满足关系式：1<|f_U1/f_P1|<3，该关系式不仅能使光学系统具有一定的放大倍率，并使光学系统最终能够成完善像，还能够将光学系统的总长控制在一定的范围内，从而降低了光学系统总长。

进一步地，所述第六透镜G6和所述第二胶合透镜U2组成后透镜组P2，所述第六透镜G6的焦距为f₆，所述后透镜组P2的焦距为f_P2，所述第六透镜G6的焦距f₆与所述后透镜组P2的焦距f_P2满足关系式：0.5<|f₆/f_P2|<2，该关系式不仅能使光学系统具有一定的放大倍率，并使光学系统最终能够成完善像，还能够将光学系统的总长控制在一定的范围内，从而降低了光学系统总长。

进一步地，所述第二胶合透镜U2的焦距为f_U2，所述第二胶合透镜U2的焦距f_U2与所述后透镜组P2的焦距f_P2满足关系式：0.5<|f_U2/f_P2|<2，该关系式不仅能使光学系统具有一定的放大倍率，并使光学系统最终能够成完善像，还能够将光学系统的总长控制在一定的范围内，从而降低了光学系统总长。

进一步地，所述第二透镜G2的折射率为n2，所述第二透镜G2的阿贝数为v2，满足关系式：1.47<n2<1.55；70<v2<85；所述第二透镜G2的材料包括冕牌玻璃。

进一步地，所述第三透镜G3的折射率为n3，所述第三透镜G3的阿贝数为v3，满足关系式：1.75<n3<1.90；40<v3<55；所述第三透镜G3的材料包括重火石玻璃。

进一步地，所述第四透镜G4的折射率为n4，所述第四透镜G4的阿贝数为v4，满足关系式：1.75<n4<1.90；20<v4<35；所述第四透镜G4的材料可以采用折射率不小于1.75的高折射率玻璃，其可以使主光线具有更好的聚光效果，有效地降低了光学系统总长。

进一步地，所述第五透镜G5的折射率为n5，所述第五透镜G5的阿贝数为v5，满足关系式：1.55<n5<1.65；55<v5<70；所述第五透镜G5的材料可以采用折射率不小于1.55的高折射率玻璃，其可以使主光线具有更好的聚光效果，有效地降低了光学系统总长。

进一步地，所述光学系统还包括光阑S，所述光阑S设置于所述分光棱镜A与所述第四透镜G4之间，所述光阑S前后都留有足够的空气间隔，使所述光学系统的通光孔径可灵活调节。

本实用新型的有益效果在于：正光焦度的第二透镜G2和负光焦度的第三透镜G3组成胶合透镜，负光焦度的第四透镜G4和正光焦度的第五透镜G5也组成胶合透镜，不仅能够有效地校正了主光线的球差，还能够消除色差、降低了光学系统的公差调节难度和公差敏感度，使得本申请的透镜安装和调节过程更简便；并且，可以通过分光棱镜A导入同轴照明光源或其他成像系统，以提高光学系统的成像效果；该镜头的结构对称，方便安装，前透镜组P1和后透镜组P2形成对称结构，保证了远心镜头低畸变的要求，并且，其同时具备高分辨率、总长尺寸小的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型光学系统的光路图；

图3为本实用新型光学系统的场曲图；

图4为本实用新型光学系统的畸变图；

图5为本实用新型光学系统的MTF曲线图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件，本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。

在本实用新型中，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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，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。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实用新型中的具体含义。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，一种双远心镜头，其光学系统包括沿光轴从物方到像方依次排列的具有正光焦度及双凸结构的第一透镜G1、具有正光焦度及双凸结构的第二透镜G、具有负光焦度及双凹结构的第三透镜G3、分光棱镜A、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5，具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6；其中，第二透镜G2和第三透镜G3组成第一胶合透镜U1；第四透镜G4和第五透镜G5组成第二胶合透镜U2。

优选的，第一透镜G1和第一胶合透镜U1组成前透镜组P1，第一透镜G1的焦距为f₁，前透镜组P1的焦距为f_P1，第一透镜G1的焦距f₁与前透镜组P1的焦距f_P1满足关系式：1<|f₁/f_P1|<3。

优选的，第一胶合透镜U1的焦距为f_U1，第一胶合透镜U1的焦距f_U1与前透镜组P1的焦距f_P1满足关系式：1<|f_U1/f_P1|<3。

优选的，第六透镜G6和第二胶合透镜U2组成后透镜组P2，第六透镜G6的焦距为f₆，后透镜组P2的焦距为f_P2，第六透镜G6的焦距f₆与后透镜组P2的焦距f_P2满足关系式：0.5<|f₆/f_P2|<2。

优选的，第二胶合透镜U2的焦距为f_U2，第二胶合透镜U2的焦距f_U2与后透镜组P2的焦距f_P2满足关系式：0.5<|f_U2/f_P2|<2。

优选的，第二透镜G2的折射率为n2，第二透镜G2的阿贝数为v2，满足关系式：1.47<n2<1.55；70<v2<85。

优选的，第三透镜G3的折射率为n3，第三透镜G3的阿贝数为v3，满足关系式：1.75<n3<1.90；40<v3<55。

优选的，第四透镜G4的折射率为n4，第四透镜G4的阿贝数为v4，满足关系式：1.75<n4<1.90；20<v4<35。

优选的，第五透镜G5的折射率为n5，第五透镜G5的阿贝数为v5，满足关系式：1.55<n5<1.65；55<v5<70。

优选的，双远心镜头的光学系统还包括光阑S，光阑S设置于分光棱镜A与第四透镜G4之间。

在本实用新型中，前透镜组P1的后焦点和后透镜组P2的前焦点重合，形成一个开普勒望远镜结构形式，使得物方主光线和像方主光线均平行于光轴，如图2所示，形成了双远心光路；同时，前透镜组P1和后透镜组P2也形成对称结构，保证了远心镜头低畸变的要求；并且，根据远心光路的设计原理，本申请的双侧远心光学系统综合了物方远心光学系统和像方远心光学系统的优点，可以消除由于物体的位置所引起的误差，使图像的放大倍率不会随物距的变化而变化，其原理的优势能够使双侧远心光学系统在机器视觉测量检测领域具有很好的成像效果和成像精度。

在本实例中，光学系统的数据如下：

表面	半径(mm)	厚度(mm)	折射率	阿贝数
					G1前表面	78.9	4.7	1.60	65.0
G1后表面	-146.1	42.4
					G2前表面	18.0	4.6	1.50	80.0
G2、G3胶合面	-130.3	7.5	1.85	45.0
					G3后表面	47.2	3.1
分光棱镜A前表面	∞	15	1.52	64.2
					分光棱镜A后表面	∞	3
光阑S	∞	6.1
					G4前表面	-10.2	9.9	1.85	25.0
G4、G5胶合表面	28.0	10.0	1.60	65.0
					G5后表面	-19.9	2.1
G6前表面	65.1	3.3	1.95	30.0
					G6后表面	-51.7	39.0
像面	∞

此外，各焦距的数据为：f_P1＝54.2mm，f_P2＝27.9mm，f_U1＝93.1mm，f_U2＝-28.7mm，f₁＝85.7mm，f₆＝30.5mm，|f_U1/f_P1|＝1.7，|f₁/f_P1|＝1.6，|f_U2/f_P2|＝1，|f₆/f_P2|＝1.1。

在本实例中，双远心镜头光学系统的工作距离为114mm，半像高为6mm，放大倍率为0.5X，光学系统的总长(物像共轭距)为265mm，像方数值孔径为6.5，分辨率可达到145lp/mm。

图3、4、5分别为本实用新型光学系统的场曲图、畸变图和MTF曲线图，本实用新型的远心度小于0.1°，畸变小于0.1％，MTF在145lp/mm时大于0.3，具有高分辨率和低畸变的特点，符合高分辨率远心镜头的要求。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims

1.一种双远心镜头，其特征在于：包括机械部件和安装于所述机械部件内部的光学系统，所述光学系统包括沿光轴从物方到像方依次排列的具有正光焦度及双凸结构的第一透镜G1、具有正光焦度及双凸结构的第二透镜G2、具有负光焦度及双凹结构的第三透镜G3、分光棱镜A、具有负光焦度及双凹结构的第四透镜G4、具有正光焦度及双凸结构的第五透镜G5、以及具有正光焦度及双凸结构的第六透镜G6，其中，所述第二透镜G2和所述第三透镜G3组成第一胶合透镜U1；所述第四透镜G4和所述第五透镜G5组成第二胶合透镜U2。

2.如权利要求1所述的一种双远心镜头，其特征在于：所述第一透镜G1和所述第一胶合透镜U1组成前透镜组P1，所述第一透镜G1的焦距为f₁，所述前透镜组P1的焦距为f_P1，所述第一透镜G1的焦距f₁与所述前透镜组P1的焦距f_P1满足关系式：1<|f₁/f_P1|<3。

3.如权利要求2所述的一种双远心镜头，其特征在于：所述第一胶合透镜U1的焦距为f_U1，所述第一胶合透镜U1的焦距f_U1与所述前透镜组P1的焦距f_P1满足关系式：1<|f_U1/f_P1|<3。

4.如权利要求1所述的一种双远心镜头，其特征在于：所述第六透镜G6和所述第二胶合透镜U2组成后透镜组P2，所述第六透镜G6的焦距为f₆，所述后透镜组P2的焦距为f_P2，所述第六透镜G6的焦距f₆与所述后透镜组P2的焦距f_P2满足关系式：0.5<|f₆/f_P2|<2。

5.如权利要求4所述的一种双远心镜头，其特征在于：所述第二胶合透镜U2的焦距为f_U2，所述第二胶合透镜U2的焦距f_U2与所述后透镜组P2的焦距f_P2满足关系式：0.5<|f_U2/f_P2|<2。

6.如权利要求1所述的一种双远心镜头，其特征在于：所述第二透镜G2的折射率为n2，所述第二透镜G2的阿贝数为v2，满足关系式：1.47<n2<1.55；70<v2<85。

7.如权利要求1所述的一种双远心镜头，其特征在于：所述第三透镜G3的折射率为n3，所述第三透镜G3的阿贝数为v3，满足关系式：1.75<n3<1.90；40<v3<55。

8.如权利要求1所述的一种双远心镜头，其特征在于：所述第四透镜G4的折射率为n4，所述第四透镜G4的阿贝数为v4，满足关系式：1.75<n4<1.90；20<v4<35。

9.如权利要求1所述的一种双远心镜头，其特征在于：所述第五透镜G5的折射率为n5，所述第五透镜G5的阿贝数为v5，满足关系式：1.55<n5<1.65；55<v5<70。

10.如权利要求1所述的一种双远心镜头，其特征在于：所述光学系统还包括光阑S，所述光阑S设置于所述分光棱镜A与所述第四透镜G4之间。