一种检测设备光学系统的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学系统设计方法技术领域，特别涉及一种检测设备光学系统的设计 方法。
【背景技术】
[0002] 在机器视觉领域中，为了实现三维特征检测，要求检测设备配备的光学系统能够 将光线会聚于一个目标焦点。目前检测设备的光学系统一般米用LED芯片作为光源，一方 面LED芯片是一个面光源，而且其发出的光线的发散角较大，另一方面，在检测设备中空间 有限，结构紧凑，光源的光学器件之间的距离有限，而检测设备对光学系统的精度要求也 很高，故难以将光源发出的光线近似为平行光线，因此，检测设备的光学系统一般难以简单 的利用一个凹面反光镜来将入射光线聚焦到目标焦点，一般需要辅以复杂的光学系统才能 够实现入射光线的精确聚焦。
[0003] 然而，众所周知，光学元件是较为昂贵的器件，且精度要求较高，当光学系统较为 复杂时，不仅其成本会大幅提升，而且系统在使用过程中调试难度巨大，影响设备的使用效 率。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种检测设备光学系 统的设计方法，该方法能够利用尽可能少的光学器件来将入射光线有效聚焦。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案实现： 提供了一种检测设备光学系统的设计方法，包括： 分光步骤：将由LED芯片发出的入射光线分割至少三束基本光束，所述基本光束的发 散角小于入射光线的发散角的； 曲面设计步骤：根据基本光束的发散角、LED芯片的坐标值和目标焦点的坐标值计算 反射曲面函数，使得满足该反射曲面函数的反射曲面能将该束基本光束聚焦于所述目标焦 占. 曲面成型步骤：在基本光束照射在反光镜上的照射区域内成型与该束基本光束匹配的 反射曲面。
[0006] 其中，所述反射曲面是非球面的二次曲面。
[0007] 其中，所述反射曲面函数满足：
【主权项】
1. 一种检测设备光学系统的设计方法，其特征在于包括： 分光步骤：将由LED芯片发出的入射光线分割至少三束基本光束，所述基本光束的发 散角小于入射光线的发散角的； 曲面设计步骤：根据基本光束的入射方向和发散角、LED芯片的坐标值和目标焦点的 坐标值计算反射曲面函数，使得满足该反射曲面函数的反射曲面能将该束基本光束聚焦于 所述目标焦点； 曲面成型步骤：在基本光束照射在反光镜上的照射区域内成型与该束基本光束匹配的 反射曲面。
2. 如权利要求1所述的一种检测设备光学系统的设计方法，其特征在于：所述反射曲 面是非球面的二次曲面。
3. 如权利要求2所述的一种检测设备光学系统 的设计方法，其特征在于：所述反射曲面函数满足：
，其中K为二次曲面系数，R为曲率半径，f=X2+Y2，X，Y，Z是以 目标焦点为坐标原点的坐标。
4. 如权利要求3所述的一种检测设备光学系统的设计方法，其特征在于：所述出射光 线被分割为N束基本光束，所述3 <N< 10,所述反光镜上设置有与这N束基本光束一一对 应的N个反射曲面，所述N个反射曲面是下述反射曲面中的任意N个： 二次曲面系数K为-0. 64、曲率半径R1为18的第一曲面； 二次曲面系数K为-0. 640862447,曲率半径R2为17. 97842589的第二曲面； 二次曲面系数K为-0. 615645193,曲率半径R3为19. 61477887的第三曲面； 二次曲面系数K为-0. 580721926,曲率半径R4为22. 0179688的第四曲面； 二次曲面系数K为-0. 548697201，曲率半径R5为24. 37035116的第五曲面； 二次曲面系数K为-0. 501037454,曲率半径R6为28. 18639421的第六曲面； 二次曲面系数K为-0. 475262431，曲率半径R7为30. 42428424的第七曲面； 二次曲面系数K为-0. 451207087,曲率半径R8为32. 63122659的第八曲面； 二次曲面系数K为-0. 428531802,曲率半径R9为34. 81498553的第九曲面； 二次曲面系数K为-0. 403004239,曲率半径R10为37. 55103339的第十曲面。
5. 如权利要求1所述的一种检测设备光学系统的设计方法，其特征在于：计算第X束 基本光束聚焦到目标焦点时的入射角度a，根据目标焦点对入射角度为a的光线的强度 要求调整第X束光线所匹配的反射曲面的面积大小。
6. 如权利要求5所述的一种检测设备光学系统的设计方法，其特征在于：以第X束光 线的中心线入射到目标焦点时的入射角度为该束光线的入射角度a。
7. 如权利要求1所述的一种检测设备光学系统的设计方法，其特征在于：所述反光镜 由铝镁合金制成，其表面镀设有铝膜。
8. 如权利要求1所述的一种检测设备光学系统的设计方法，其特征在于：每束基本光 束的发散角在6°至20°之间。
【专利摘要】本发明提供了一种检测设备光学系统的设计方法，该方法将入射光线分割为多束发散角比较小的基本光束，由于发散角比较小，因此可以将每束基本光束近似为平行光，利用每束基本光束的中心线的参数即可分别为每个基本光束设计匹配的发散曲面以使每束基本光束都能够聚焦于目标焦点，同时所有发散曲面又可以集中在一个反光镜上，从而利用一个反光镜就可以将所有入射光线聚焦于目标焦点上，有效的减少了光学器件的数量，光学系统结构简单，成本低，调试难度小。
【IPC分类】G02B27-00
【公开号】CN104570342
【申请号】CN201410839640
【发明人】康卫彤
【申请人】东莞市沃德普自动化科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日