一种消杂散光双远心光学镜头的制作方法

本发明属于一种光学镜头，具体涉及一种消杂散光双远心光学镜头。

背景技术：

双远心镜头因为其固定的倍率，高远心度、景深大等优势，它被广泛应用在机器视觉测量领域，一般的测量模式为：高分辨率的工业相机、双远心镜头、平行光源的组合，镜头通过平行光的透射光，捕捉图像的边缘轮廓特征。拍摄的轮廓特征越精准稳定，整个系统的测量精度就越高。在这种成像模式下，远心镜头的成像锐度成为了决定精度好坏的一个关键因素，大部分远心镜头因为无法控制好系统杂散光的干扰而不同程度的出现图像虚影、拖影、亮斑、图像黑白过渡灰阶多等问题。有时严重的还会产生图像的倒影或泛白。出现这种问题单纯的通过镜片的膜层、减小光圈等都无法得到解决。很多双远心镜头因为锐度达不到测试要求而未被最终的使用。因此如何彻底有效地解决镜头的锐度问题，从根源上最大程度的抑制杂散光对成像的干扰就变得非常重要。

本专利就是通过光学设计、光学结构、光学工艺三个方面的有效的控制，杂散光对镜头的影响，提升双远心光学镜头的成像锐度。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述问题，本发明公开了一种消杂散光双远心光学镜头。本发明通过光学设计、光学结构、光学工艺三个方面的控制，有效的控制杂散光对镜头的影响，提升双远心光学镜头的成像锐度。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种消杂散光双远心光学镜头，包括前组镜筒一、前组镜筒二、前组镜筒三、后组镜筒一及后组镜筒二，前组镜筒一、前组镜筒二、前组镜筒三、后组镜筒一及后组镜筒二依次连接；前组镜片一通过前组压圈一安装在前组镜筒一的物侧；前组镜片二通过前组压圈二安装在前组镜筒一的像侧；前组镜筒二的像侧外部设有凸缘，凸缘上设有若干通孔；前组镜筒三的物侧外部安装装饰圈，装饰环的一侧与前组镜筒二的凸缘相贴合；后组胶合片三通过后组压圈一安装在后组镜筒一上；后组镜片四通过后组隔圈一安装在后组镜筒二的物侧；后组镜片五通过后组隔圈二安装在后组镜筒二的像侧。

所述的前组镜片一、前组镜片二、后组胶合片三、后组镜片四及后组镜片五两侧的曲率通光口径的大小公差在0~+0.08mm范围，镜片与镜片曲率中心轴的同轴度偏差不超过±0.03mm，镜片与镜片中心间隔偏差不超过±0.04mm。

所述的前组镜片一、前组镜片二、后组胶合片三、后组镜片四及后组镜片五两侧的95%有效通光孔径被严格限制。

所述前组镜筒一、前组镜筒二、前组镜筒三、后组镜筒一及后组镜筒二的内壁做消光螺纹处理。

在两组机构结合的位置内孔平面贴贴吸收杂散光的吸光膜。

所述前组镜筒二、前组镜筒三、后组镜筒一等没有镜片配合的镜筒内壁紧贴边缘光线，降低了镜筒内壁对粗糙度的要求。

所述的前组镜筒一、前组镜筒二、前组镜筒三、后组镜筒一及后组镜筒二的有效孔径以外的区域全部涂黑消光墨，并通过酸洗进行无光氧化处理。

所述前组镜片一、前组镜片二、后组镜片四及后组镜片五的镜片镀膜为多层增透膜，膜层的透过率大于97%，曲率表面镀膜中心波长为520nm，450-650nm之间的波段内光线的反射率小于1%。

所述后组胶合片三与后组镜片四之间设置系统光阑，第一片透镜的中心厚度6.75-6.85mm，第二片透镜的中心厚度5.6-5.8mm，第三片胶合片的中心厚度9.45-9.55mm，第四片透镜的中心厚度12.52-12.62mm，第五片透镜的中心厚度6.15-6.25mm。

所述后组压圈一处设有光阑通光孔，通光口径为1.66mm，进入镜头的光线经过前面两组镜片后会聚转折在光阑通光孔处，会聚转折的位置垂直于主光轴，所有通过光学镜头的边缘光线最小的通光孔处设置光阑，双远心光路的物方远心和像方远心部分的远心度控制在0~0.06%范围内。

本发明的有益效果为：

本发明利用消杂散光技术结合双远心光路，解决了双远心镜头机构内部出现的杂散光对成像的图像锐度、图像虚影、拖影等技术问题，在轮廓测量领域大大提升了测量的重复精度和稳定性。

附图说明

图1为本发明的光学系统的光路示意图；

图2为本发明的机构示意图图；

图3为本发明2mm黑白棋盘格透光拍摄的棋盘格锐度图；

图4为图3放大至2000%后中心视场的锐度对比度情况；

图5为图3放大至2000%后边缘视场的锐度对比度情况；

图6为本发明的像面照度图片；

图7为本发明的弥散圆分布图；

图8为本发明的场曲和畸变示意图。

图中，1为前组压圈一；2为前组镜片一；3为前组压圈二；4为前组镜片二；5为前组镜筒一；6为前组镜筒二；7为装饰圈；8为前组镜筒三；9为后组镜筒一；10为后组胶合片三；11为后组压圈一；12为后组镜筒二；13为后组镜片四；14为后组隔圈一；15为后组镜片五；16为后组隔圈二。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步阐述，但是本发明不局限于以下实施例。

参照图1、图2，本发明所公开的光学镜头由光学系统和机械系统两部分组成。光学系统由五组六片光学镜片组成。该镜头由光学系统组件和机械系统组件两部分组成。

光学系统组件：将6组不同折射率和阿贝系数等固有参数的光学镜片按照一定的光学曲率，经过设定好的工艺流程冷加工出来，再将其遵照设计好的的光学间隔组合起来，通过结构控制好单独每组镜片的通光孔径使得整个光学系统能够将平行于主光轴的，物距334±5mm的光线收集到镜头靶面视场上。

机械系统组件：将光学组件按照设计要求固定在其合理的位置上，控制好每片镜片两侧曲率通光口径的大小公差在+0.08mm~0范围内，保证镜片与镜片曲率中心轴的同轴度偏差不超过±0.03mm。保证镜片与镜片中心间隔偏差不超过±0.04mm。

参照图7、图8，在光学系统设计的时候，通过zemax软件控制0视场、0.7视场、边缘视场进入到一个镜片的主光线和主光轴的夹角，控制0视场、0.7视场、边缘视场光线从最后一个镜片到成像面的出射主光线和主光轴的夹角，角度偏转控制在0.06%范围内。保证进入镜头的光线经过前面两组镜片后会聚转折在光阑通光孔径处，本系统的这个位置在后组压圈一处，通光口径为整个光学系统最小值1.66mm。这样的光学设计能给后续做光学结构时完全贴合边缘光线的机构设计提供保障。

在光学结构设计的时候，前组镜筒二及前组镜筒三的内壁全部加工阶梯式的消光螺纹，所有的零件在加工完成后要进行阳极氧化及发黑镀膜工艺，这种发黑镀膜就是马丁黑，使得零件表面对紫外光、可见光、红外光进行最大程度的衰减。

在光学透镜镀膜工艺上，遵循国标gb/t8226.1，所有的镜片（除过胶合面）的曲率表面镀膜中心波长为520nm，450-650nm之间的波段内光线的反射率小于1%，膜层为多层增透膜。

系统光阑设计在后组胶合片三和后组镜片四之间，前组镜片一的中心厚度6.75-6.85mm，前组镜片二的中心厚度5.6-5.8mm，后组胶合片三的中心厚度9.45-9.55mm，后组镜片四的中心厚度12.52-12.62mm，后组镜片五的中心厚度6.15-6.25mm。

本发明的工作原理为：

1）在光学设计端，通过控制双远心光路的物方远心和像方远心，将两部分的远心度控制在0.06%范围内，通过远心的控制，0视场、0.7视场、边缘视场进入镜头的光线通过镜头前组部分透镜后会聚转折的位置尽量垂直于主光轴。保证所有通过光学镜头的边缘光线最小的通光孔位在光阑的位置，这样就能最终保证在光学结构设计时保证整个结构系统沿着光学系统的边缘光线走，避免可能进入系统内部的杂散光。

2）在光学结构端，首先保证每个镜片的前后有效通光孔径都被严格限制，所有的机构件内壁都是紧贴边缘光线。在光学间隔比较大的区域内壁都做了消光螺纹处理，在两组机构结合的位置内孔平面贴特殊的吸光膜。所有没有镜片配合的镜筒内部都做大粗糙度的要求，这样尽可能的让内部出现的杂散光自己通过多次折射衰减掉或被吸收。

3）在光学工艺端，改进镜片的涂墨工艺，控制镜片的镀膜工艺，改进机械件的无光氧化的工艺等。将镜片有效孔径以外的区域全部涂黑消光墨，镜片镀膜为多层增透膜，膜层的透过率大于97%，机械件的无光氧化要求达到一定的酸洗时间，使得机构件对强光无明显反光。

实施例1

本实施例中，前组镜片一采用成都光明的h-k9l，前组镜片二采用成都光明的h-zf6，后组胶合片三的物侧镜片采用成都光明的h-zk10l，后组镜片三的像侧镜片采用成都光明的h-zf62，后组镜片四采用成都光明的h-k9l，后组镜片五采用成都光明的h-zf6。

用实施例1提供的消杂散光双远心光学镜头按照xxx方法/标准对镜头成像的锐度进行测试，测试结果如图3~5所示，测试结果显示，xxxx。

用实施例1提供的消杂散光双远心光学镜头按照xxx方法/标准对镜头成像的像面照度进行测试，测试结果如图6所示，测试结果显示，xxxx。

以上测试结果显示，本发明所提供的一种消杂散光双远心光学镜头，解决了双远心镜头机构内部出现的杂散光对成像的图像锐度、图像虚影、拖影等技术问题，在轮廓测量领域大大提升了测量的重复精度和稳定性。