一种双远心光学系统及光学设备的制作方法

本实用新型涉及光学设备领域，特别涉及一种双远心光学系统及光学设备。

背景技术：

工业镜头是机器视觉系统中十分重要的成像元件，系统若想完全发挥其功能，工业镜头必须要能够满足要求才行。21世纪初，随着机器视觉系统在精密检测领域的广泛应用，普通工业镜头难以满足检测要求，为弥补普通镜头应用之不足，适应精密检测需求，远心镜头应运而生。远心镜头依据其独特的光学特性：高分辨率、超宽景深、超低畸变以及独有的平行光设计等，给机器视觉精密检测带来质的飞跃。

远心镜头主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。远心镜头由于其特有的平行光路设计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐。

当入瞳位于距离光学系统接近无限远处时，光学系统就是物方远心；当出瞳位于距离光学系统接近无限远处时，光学系统就是像方远心；当入瞳和出瞳分别位于光学系统无限远处时，那么光学系统就是物像双侧远心，简称双远心光学镜头，现在市面上的双远心工业镜头相对孔径较小(多为1/10或以下)，需要在良好的照明条件下才能成清晰的像，这大大限制了双远心镜头的使用场景。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种双远心光学系统及光学设备，解决了在照明条件不佳的情况下，也可成像清晰的技术问题。

第一方面，本实用新型提供了一种双远心光学系统，包括共轴放置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组以及第四透镜组，所述第一透镜组包括第一透镜、第二透镜，所述第二透镜组包括第三透镜、第四透镜、第五透镜，所述第三透镜组包括第六透镜、第七透镜、第八透镜，所述第四透镜组包括第九透镜，双远心光学系统的相对孔径为1/6。

作为一种可选的方案，所述第一透镜组的物距为92mm。

作为一种可选的方案，所述第一透镜的物侧面曲率半径为73.21，镜侧面曲率半径为-345.10；

所述第二透镜的物侧面曲率半径为32.21，镜侧面的曲率半径为50.70；

所述第三透镜的物侧面曲率半径为-223.6，镜侧面曲率半径为14.28；

所述第四透镜的物侧面曲率半径为-28.47，镜侧面曲率半径为73.07；

所述第五透镜的物侧面曲率半径为73.7，镜侧面曲率半径为-23.21；

所述第六透镜的物侧面曲率半径为-21.83，镜侧面曲率半径为-4.48；

所述第七透镜的物侧面曲率半径为-4.48，镜侧面曲率半径为66.20；

所述第八透镜的物侧面曲率半径为-80.55，镜侧面曲率半径为12.71；

所述第九透镜的物侧面曲率半径为40.82，镜侧面曲率半径为-70.99，其中曲率半径的正负号按几何光学中定义。

作为一种可选的方案，所述第一透镜的厚度为13.9mm，所述第二透镜的厚度为11.9mm，所述第三透镜的厚度为3.7mm，所述第四透镜的厚度为3.3mm，所述第无透镜的厚度为8.0mm，所述第六透镜的厚度为4.6mm，所述第七透镜的厚度为2.4mm，所述第八透镜的厚度为5.1mm，所述第二透镜的厚度为4.9mm。

作为一种可选的方案，所述第一透镜和所述第二透镜之间的空气间隔为0.18mm，所述第二透镜和所述第三透镜之间的空气间隔为14.65mm，所述第三透镜和第四透镜之间的空气间隔为5.12mm，所述第四透镜和第五透镜之间的空气间隔为0mm，所述第五透镜和所述第六透镜之间的空气间隔为19.28mm，所述第六透镜和所述第七透镜之间的空气间隔为0mm，所述第七透镜和所述第八透镜之间的空气间隔为1.71mm，所述第八透镜和所述第九透镜之间的空气间隔为12.45mm，所述第九透镜与CCD靶面的空气间隔为20.99mm。

作为一种可选的方案，所述第四透镜和所述第五透镜为双胶合透镜组，所述第六透镜和所述第七透镜为双胶合透镜组。

作为一种可选的方案，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜以及所述第九透镜均为球面型透镜。

作为一种可选的方案，所述CCD靶面的尺寸为2/3英寸。

第二方面，本实用新型提供了一种光学设备，其特征在于，具有上述的双远心光学系统。

作为一种可选的方案，所述光学设备为照相机、录像机、望远镜或超长焦镜头。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型提供了一种双远心光学系统及光学设备，包括共轴放置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组以及第四透镜组，所述第一透镜组包括第一透镜、第二透镜，所述第二透镜组包括第三透镜、第四透镜、第五透镜，所述第三透镜组包括第六透镜、第七透镜、第八透镜，所述第四透镜组包括第九透镜，双远心光学系统的相对孔径为1/6，解决了在照明条件不佳的情况下，也可成像清晰的技术问题，还具有高分辨率、高远心度及低畸变的技术优点。

附图说明

图1是本实用新型的双远心光学系统一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的双远心光学系统一种实施例的光路示意图；

图3是本实用新型的双远心光学系统一种实施例的像面点列图；

图4是本实用新型的双远心光学系统一种实施例的像面传函图；

图5是本实用新型的双远心光学系统一种实施例的像面畸变图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本实用新型提供了一种双远心光学系统，包括共轴放置的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组以及第四透镜组，所述第一透镜组包括第一透镜1、第二透镜2，所述第二透镜组包括第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5，所述第三透镜组包括第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8，所述第四透镜组包括第九透镜9，双远心光学系统的相对孔径为1/6，解决了在照明条件不佳的情况下，也可成像清晰的技术问题，还具有高分辨率、高远心度及低畸变的技术优点。

具体地，所述第一透镜1组的物距为92mm(毫米)，物距即第一透镜1组距离待测物体的距离。

本实施例中，所述第一透镜1的物侧面曲率半径为73.21，镜侧面曲率半径为-345.10，物侧面即透镜朝向待测物体一侧，而镜侧面即为透镜朝向成像面一侧，曲率半径在微分几何中，曲率的倒数就是曲率半径，即R＝1/K。平面曲线的曲率就是针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率，通过微分来定义，表明曲线偏离直线的程度；

所述第二透镜2的物侧面曲率半径为32.21，镜侧面的曲率半径为50.70；

所述第三透镜3的物侧面曲率半径为-223.6，镜侧面曲率半径为14.28；

所述第四透镜4的物侧面曲率半径为-28.47，镜侧面曲率半径为73.07；

所述第五透镜5的物侧面曲率半径为73.7，镜侧面曲率半径为-23.21；

所述第六透镜6的物侧面曲率半径为-21.83，镜侧面曲率半径为-4.48；

所述第七透镜7的物侧面曲率半径为-4.48，镜侧面曲率半径为66.20；

所述第八透镜8的物侧面曲率半径为-80.55，镜侧面曲率半径为12.71；

所述第九透镜9的物侧面曲率半径为40.82，镜侧面曲率半径为-70.99，其中曲率半径的正负号按几何光学中定义，所述第一透镜1的厚度为13.9mm，所述第二透镜2的厚度为11.9mm，所述第三透镜3的厚度为3.7mm，所述第四透镜4的厚度为3.3mm，所述第无透镜的厚度为8.0mm，所述第六透镜6的厚度为4.6mm，所述第七透镜7的厚度为2.4mm，所述第八透镜8的厚度为5.1mm，所述第二透镜2的厚度为4.9mm，所述第一透镜1和所述第二透镜2之间的空气间隔为0.18mm，所述第二透镜2和所述第三透镜3之间的空气间隔为14.65mm，所述第三透镜3和第四透镜4之间的空气间隔为5.12mm，所述第四透镜4和第五透镜5之间的空气间隔为0mm，所述第五透镜5和所述第六透镜6之间的空气间隔为19.28mm，所述第六透镜6和所述第七透镜7之间的空气间隔为0mm，所述第七透镜7和所述第八透镜8之间的空气间隔为1.71mm，所述第八透镜8和所述第九透镜9之间的空气间隔为12.45mm，所述第九透镜9与CCD靶面的空气间隔为20.99mm。

可选地，所述第四透镜4和所述第五透镜5为双胶合透镜组，所述第六透镜6和所述第七透镜7为双胶合透镜组。

可选地，所述第一透镜1、所述第二透镜2、所述第三透镜3、所述第四透镜4、所述第五透镜5、所述第六透镜6、所述第七透镜7、所述第八透镜8以及所述第九透镜9均为球面型透镜。

作为一种可选的方案，所述CCD靶面的尺寸为2/3英寸，需要说明的是，CCD靶面的尺寸可以根据需要进行选择，对此不做限定。

光学系统实现的技术指标如下：

1.物距：92mm；

2.视场：44mm×33mm；

3.CCD靶面尺寸：2/3〃(英寸)；

4.相对孔径：1/6；

5.光谱范围：486.1nm～656.2nm；

6.放大倍率：0.2；

7.畸变：＜0.055％；

8.远心度：0.01°；

9.像方分辨率：3.05μm；

10.光路总长：≤132.2mm。

为了更直观的展示本系统的结构方案，各透镜的参数详见表1：

表1各透镜参数。

结合图2所示，远心度优于0.01°，较市面上其它远心工业镜头0.05°的远心度有较大提高。

结合图3所示，本实用新型的双远心光学系统的像面处点列图RMS DIAM＝3.05μm，优于光学系统AIRY DIAM＝8.60μm，使用CCD靶面尺寸2/3英寸，系统分辨率可高达600万像素。

结合图4所示，示出本系统的各视场传函值，具有高传函的优点，MTF＞0.5@100lp/mm，MTF＞0.3@150lp/mm。

结合图5所示，示出本系统具有低畸变的优点，全视场范围内畸变优于0.055％。各视场畸变值。

本实用新型提供的双远心光学系统，其相对孔径为1/6，解决了在照明条件不佳的情况下，也可成像清晰的技术问题，具有高分辨率、高远心度及低畸变的技术优点。

对应地，本实用新型提供了一种光学设备，其特征在于，具有上述的双远心光学系统，所述光学设备为照相机、录像机、望远镜或超长焦镜头，采用上述双远心光学系统的光学设备具有成像清晰、高分辨率、高远心度以及低畸变的优点。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本实用新型所提供的一种双远心光学系统及光学设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。