一种小型化物方远心光学系统的制作方法

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种小型化物方远心光学系统。

背景技术：

物方远心光学系统用于工业检测，能够获得对成像距离不敏感、宽景深的成像效果，可以纠正传统镜头的成像视差。目前已有多种物方远心光学系统应用于pcb电路板、手机产品、陶瓷滤芯、高精度弹簧、透光类产品以及精密机械零件等各类工业检测中。但现有的许多物方远心光学系统的检测成像效果不够理想，存在边缘畸变较大、远心度较大尤其是重量和尺寸较大的问题。

技术实现要素：

针对现有的物方远心光学系统存在的不足，本发明提供了一种小型化物方远心系统。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型化物方远心光学系统，包括在光线沿物平面到像平面传播方向上依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、孔径光阑、第六透镜；

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜构成正光焦度的前组，所述第六透镜构成正光焦度的后组；

设所述光学系统的总光焦度为φ，所述第一透镜至所述第六透镜的光焦度依次为φ1至φ6，则φ1/φ＝0.727，φ2/φ＝0.774，φ3/φ＝-0.845，φ4/φ＝0.909，φ5/φ＝-0.314，φ6/φ＝1.409。

进一步，所述第二透镜和所述第三透镜组成双胶合透镜组。

进一步，所述第一透镜采用双凸正光焦度透镜、第二透镜采用双凸正光焦度透镜、第三透镜采用弯月负光焦度透镜、第四透镜采用弯月正光焦度透镜、第五透镜采用弯月负光焦度透镜、第六透镜采用弯月正光焦度透镜。

进一步，所述第一透镜前表面曲率半径为11.657mm，后表面曲率半径为-107.392mm，中心厚度为4.69mm，透镜通光口径为φ38.0mm；所述第二透镜前表面曲率半径为53.269mm，后表面曲率半径为-92.503mm，中心厚度为6.05mm，透镜通光口径为φ36.0mm；所述第三透镜前表面曲率半径为-92.503mm，后表面曲率半径为382.56mm，中心厚度为1.5mm，透镜通光口径为φ35.2mm；所述第四透镜前表面曲率半径为30.106mm，后表面曲率半径为70.089mm，中心厚度为4.75mm，透镜通光口径为φ31.2mm；所述第五透镜前表面曲率半径为61.1mm，后表面曲率半径为14.822mm，中心厚度为9.99mm，透镜通光口径为φ18.8mm；第六透镜前表面曲率半径为-63.298mm，后表面曲率半径为-41.297mm，中心厚度为3.98mm，透镜通光口径为φ34.4mm。

进一步，所述第一透镜采用重火石玻璃材料制成、所述第二透镜采用氟冕玻璃材料制成、所述第三透镜采用重火石玻璃材料制成、所述第四透镜采用重冕玻璃材料制成、所述第五透镜采用重火石玻璃材料制成、所述第六透镜采用重火石玻璃材料制成。

本发明有益效果如下：

本发明结构紧凑，在相同的成像视场、成像倍率、数值孔径以及物方工作距离指标下现有光学系统的总长一般需要200mm以上，本系统仅165mm，有利于实现光学系统的轻小型化及低成本；

本发明光学系统的透镜数量少，光焦度分配合理，透镜的加工及装配公差较低，可制造性程度高，有利于节省制造成本；

本发明的物方远心度不超过0.01°，全视场畸变不超过0.001％，具有极好的远心度、极低的畸变以及接近衍射极限的像质，可以获得微米级的测量精度，且图像失真度大大降低，提高了检测精度。

附图说明

图1为本发明光学系统的组成结构示意图；

图2为本发明光学系统在30lp/mm处光学传递函数曲线图；

图3为本发明光学系统在60lp/mm处光学传递函数曲线图；

图4为本发明光学系统的畸变图；

图5为本发明光学系统的照度图。

具体实施方式

为方便本领域普通技术人员更好地理解本发明的实质，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细阐述。

结合图1、图2、图3、图4以及图5，一种小型化物方远心光学系统，一种小型化物方远心光学系统，包括在光线沿物平面1到像平面2传播方向上依次排列的第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6、第五透镜7、孔径光阑8、第六透镜9；

所述第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6、第五透镜7构成正光焦度的前组，第六透镜9构成正光焦度的后组。

所述第二透镜4和所述第三透镜5组成双胶合透镜组。

所述第一透镜3采用双凸正光焦度透镜、第二透镜4采用双凸正光焦度透镜、第三透镜5采用弯月负光焦度透镜、第四透镜6采用弯月正光焦度透镜、第五透镜7采用弯月负光焦度厚透镜、第六透镜9采用弯月正光焦度透镜。

本实施例中，各个透镜尺寸如下：第一透镜3前表面曲率半径为11.657mm，后表面曲率半径为-107.392mm，中心厚度为4.69mm，透镜通光口径为φ38.0mm；所述第二透镜4前表面曲率半径为53.269mm，后表面曲率半径为-92.503mm，中心厚度为6.05mm，透镜通光口径为φ36.0mm；所述第三透镜5前表面曲率半径为-92.503mm，后表面曲率半径为382.56mm，中心厚度为1.5mm，透镜通光口径为φ35.2mm；所述第四透镜6前表面曲率半径为30.106mm，后表面曲率半径为70.089mm，中心厚度为4.75mm，透镜通光口径为φ31.2mm；所述第五透镜7前表面曲率半径为61.1mm，后表面曲率半径为14.822mm，中心厚度为9.99mm，透镜通光口径为φ18.8mm；第六透镜9前表面曲率半径为-63.298mm，后表面曲率半径为-41.297mm，中心厚度为3.98mm，透镜通光口径为φ34.4mm。

本实施例中，各个透镜制作材料如下：第一透镜3采用重火石玻璃材料制成、所述第二透镜4采用氟冕玻璃材料制成、所述第三透镜5采用重火石玻璃材料制成、所述第四透镜6采用重冕玻璃材料制成、所述第五透镜7采用重火石玻璃材料制成、所述第六透镜9采用重火石玻璃材料制成。

设光学系统的总光焦度为φ，第一透镜至第六透镜的光焦度依次为φ1～φ6，则φ1/φ＝0.727，φ2/φ＝0.774，φ3/φ＝-0.845，φ4/φ＝0.909，φ5/φ＝-0.314，φ6/φ＝1.409。

本实施例中，各透镜摆放位置关系为：第一透镜3与第二透镜4的距离为0.9mm；第三透镜5与第四透镜6的距离为0.2mm；第四透镜6与第五透镜7的距离为11.66mm；第五透镜7与孔径光阑8的距离为8.95mm；孔径光阑8与第六透镜9的距离为57.11mm，第六透镜9与像平面2的距离为55.0mm。

本发明所述光学系统属于物方远心光路，主光线与光轴的夹角不超过0.01°。

并且由图2可知，光学系统所有视场的光学传递函数值在30lp/mm时超过了0.6。

由图3可知，光学系统所有视场的光学传递函数值在60lp/mm时超过了0.45。接近了衍射极限，成像质量良好。

由图4可以看出，在像方视场44mm范围内，畸变不超过0.001％，接近于零，有效避免了畸变引起的测量误差。

由图5可以看出，在像方视场44mm范围内，相对照度优于97.8％，全视场照度分布均匀，避免了照度差异引起的测量精度下降。

本实施例，通过上述透镜组成的光学系统所达到的技术指标如下：

物方数值孔径：0.08；

物方成像尺寸：22mm；

物方工作距离：100mm；

放大倍率：2.0；

光学相对畸变：≤0.001％；

像方成像尺寸：44mm；

物方远心度：≤0.01°；

光学总长：≤165mm；

相对照度：≥97.8％。

在本发明实例中，物方远心度不超过0.01°，物方远心设计可以有效解决透视图像失真的问题。该镜头极好的物方远心度设计结果，说明成像物面的主光线将平行与光轴，无论物面位于何处，都不会影响光学系统对物体高度的成像倍率。也就是说，像空间与物空间的倍率恒定，为镜头提供了良好的消除视觉差异的能力。另外，本光学系统的全视场畸变不超过0.001％，远优于市场上相同探测视场及探测倍率的光学系统，消除了畸变引起的测量误差，提高了光学系统的测量精度。由上述镜头的光学指标可以得知，本发明光学系统的总长仅165mm，且只采用了6片透镜达到近衍射极限成像质量，与现有物方远心同指标的镜头相比，该镜头长度大幅减小，具有体积小，重量轻，制造成本低的优点，有利于在市场上进行推广。

以上具体实施方式对本发明的实质进行了详细说明，但并不能以此来对本发明的保护范围进行限制。显而易见地，在本发明实质的启示下，本技术领域普通技术人员还可进行许多改进和修饰，需要注意的是，这些改进和修饰都落在本发明的权利要求保护范围之内。