光学系统及镜头的制作方法

1.本实用新型涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种光学系统及镜头。


背景技术：

2.随着现代工业水平的不断提高，人们对各种产品的要求也越来越高，那么对组成产品的各个零部件的质量要求自然会提高，为满足市场需求，现有技术通过不同颜色的光源照射零部件，以及经过不同曝光时间来检测产品特征点或缺陷状态。对此，相关技术中根据照射光源的颜色不同，曝光时间不同，对应设置有不同的检测工位。
3.相关技术中通过多个工位检测同一个零部件的方式，不仅浪费时间，导致零部件的生产效率低，而且利用多个工位对同一零部件进行检测，还会增加检测成本。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提出了一种检测效率高且检测成本低的光学系统及镜头。
5.一方面，本实用新型实施例提供一种光学系统，所述光学系统包括：
6.前镜组，具有多个透镜；
7.分光结构，包括第一分光棱镜和两个第二分光棱镜，所述第一分光棱镜设置在所述前镜组的光路上，所述第一分光棱镜和所述第二分光棱镜均由两个三棱镜胶合而成，所述第一分光棱镜和所述第二分光棱镜在所述两个三棱镜的胶合处均设置有具有预设参数的分光镀膜，根据所述分光镀膜的预设参数的不同，能够增加对应波长的光线的透光率和反射率，进而使得所述第一分光棱镜和所述第二分光棱镜均能够实现对相应波长的光线进行透射和反射，所述两个第二分光棱镜分别位于所述第一分光棱镜对光线进行透射后的透射光路以及对光线进行反射后的反射光路上；以及
8.多个后镜组，具有多个透镜，所述多个后镜组分别设置在所述两个第二分光棱镜的光线输出路径上。
9.在光学系统的一些实施例中，所述光学系统设置有三个所述后镜组，其中两个所述后镜组分别设置在位于所述第一分光棱镜的透射光路上的所述第二分光棱镜的透射光路和反射光路上，最后一个所述后镜组设置在另外一个所述第二分光棱镜的透射路径上。
10.在光学系统的一些实施例中，所述前镜组的有效口径为165mm，所述前镜组包括自远离所述第一分光棱镜结构的一端朝向所述分光结构依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜。
11.在光学系统的一些实施例中，所述第一透镜的有效口径为165mm，中心厚度为22.45mm，所述第二透镜的有效口径为68mm，中心厚度为10.67mm，所述第三透镜的有效口径为66mm，中心厚度为16mm，所述第四透镜的有效口径为54mm，中心厚度为16mm。
12.在光学系统的一些实施例中，所述后镜组的有效口径大于10mm，所述后镜组包括自靠近所述分光结构的一端沿背向所述分光结构依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透
镜、第八透镜、第九透镜以及第十透镜，所述第七透镜和所述第八透镜胶合连接。
13.在光学系统的一些实施例中，所述第五透镜的中心厚度为3.1mm，有效口径为φ10mm，所述第六透镜的中心厚度为4.54mm，有效口径为φ14mm，所述第七透镜的中心厚度为2.75mm，有效口径为φ18.7mm，所述第八透镜的中心厚度为5.1mm，有效口径为φ18.7mm，所述第九透镜的中心厚度为4.56mm，有效口径为φ22mm，所述第十透镜的中心厚度为4.96mm，有效口径为φ26mm。
14.在光学系统的一些实施例中，每个所述后镜组与对应的所述第二分光棱镜之间均设置有光阑，所述光阑采用衍射极限理论进行设计，且所述光阑的光圈数为6.2。
15.在光学系统的一些实施例中，所述前镜组和所述分光结构之间还设置有中间透镜，所述中间透镜的中心厚度为4.17mm，有效口径为φ20mm。
16.在光学系统的一些实施例中，所述光学系统的总长大于等于400mm。
17.另一方面，本实用新型实施例还提供一种镜头，包括：
18.外壳，所述外壳的一端设置有多个可调节的后镜壳；以及
19.上述所述的光学系统，所述前镜组和所述分光结构均设置在所述外壳内，所述多个后镜组分别设置在所述后镜壳内
20.采用本实用新型实施例，具有如下有益效果：
21.依据上述实施例的光学系统及镜头，通过设置第一分光棱镜和两个第二分光棱镜，能够对前镜组传输的光线进行分光处理，又通过设置分光镀膜的参数，能够实现光线在通过第一分光棱镜和第二分光棱镜时，同一分光镀膜对不同颜色光线的透光率和反射率不同，使得第一分光棱镜和第二分光棱镜能够将对应颜色的光线进行透射或者反射，进而第一分光棱镜和第二分光棱镜配合能够有选择性的将所需要的颜色的光线分别从不同路径输出至对应的后镜组，再分别将不同颜色的光线传输至感应器进行检测。这样设置能够将传输不同颜色光线的传输路径集合在一个结构上，通过一个结构就能够对多种颜色光照下的零部件进行检测，相比较现有的利用多个工位分别用不同颜色光照的零部件进行检测来说，本技术的方案不仅使得检测更加快速，节省时间，增加零部件的生产效率，还能减少因制造不同工位而产生的制造成本。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.其中：
24.图1示出了根据本实用新型实施例提供的一种光学系统的结构示意图；
25.图2示出了根据本实用新型实施例提供的一种镜头的结构示意图。
26.主要元件符号说明：
27.1、前镜组；11、第一透镜；12、第二透镜；13、第三透镜；14、第四透镜；2、分光结构；21、第一分光棱镜；22、第二分光棱镜；23、分光镀膜；3、后镜组；31、第五透镜；32、第六透镜；33、第七透镜；34、第八透镜；35、第九透镜；36、第十透镜；40、中间透镜；50、光阑；6、外壳；7、
后镜壳。
具体实施方式
28.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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.一方面，本实用新型实施例提供一种光学系统，该光学系统能够应用在用于检测产品的镜头中，使得该镜头能够对产品在不同颜色的光源照射以及不同曝光时间下的特征点或缺陷状态进行检测。在一种实施例中，请参照图1，该光学系统包括前镜组1、分光结构2以及后镜组3，光线能够从前镜组1进入，经由分光结构2分光后进入后镜组3中，光线通过后镜组3传递至外界的感应器上。需要说明的是，本实施例中，前镜组1和后镜组3均采用远心镜头的设置方式，使得整个光学系统采用双远心镜头的设计，利用远心镜头的特点，能够提高检测精度。
30.具体地，前镜组1包括多个透镜，多个透镜沿直线排布，且多个透镜的焦点在一条直线上，光线能够从远离分光结构2的透镜进入前镜组1，依次穿过前镜组1的多个透镜后进入分光结构2。分光结构2包括设置在前镜组1光路上的第一分光棱镜21，第一分光棱镜21通过两个三棱镜胶合而成，这两个三棱镜完全一致，且优选两个直角等腰三棱镜，胶合时将两个三棱镜的两个斜面作为胶合面，胶合后形成正方体的分光棱镜。两个三棱镜胶合的端面之间设置有用于将光线一分为二的分光镀膜23。具体应用时，分光镀膜23与从前镜组1传输的光线之间呈45
°
夹角设置，当光线照射至分光镀膜23上时，一部分光线可以直接穿过第一分光棱镜21，另一部分光线则被分光镀膜23以垂直于光线传输的方向反射出去，进而使得第一分光棱镜21具有两个垂直的分光路径。第一分光棱镜21的两个分光路经上均设置有第二分光棱镜22，第二分光棱镜22同样由两个完全一致的等腰直角三棱镜胶合而成，胶合面为两个三棱镜的斜面，且组成第二分光棱镜22的两个三棱镜胶合的端面之间也设置有用于将光线一分为二的分光镀膜23，进而使得整个分光结构2至少可以将前镜组1传输的光线分为四个传递路径。
31.需要说明的是，分光镀膜23可以选用波长分光膜，通过调节分光镀膜23的膜系数，可以调整分光镀膜23对某一波长范围的光是偏透光还是偏反射，比如说可以调节分光镀膜23的膜系数为某一值(这个值为现有分光膜具有的特征，在此不做过多阐述)时，其对一定波长的光偏透光性更强，则该波长范围内的光照射该分光镀膜23时，透光率较大，对于其他波长的光，则表现为反射率较大。通过这样的设置，能够将通过第一分光棱镜21的光按照透光波长和反射波长的范围将光线一分为二，第二分光棱镜22又可以按照另外的反射波长和透光波长范围将分光后的光线一分为二，进而使得分光结构2能够将不同波长的光通过不同的出口输出。
32.光学系统包括多个相同的后镜组3，每个后镜组3具有多个透镜，根据检测时所需光线的颜色的种类的数量，选定后镜组3的个数，多个后镜组3分别设置在第二分光棱镜22的分光路径上，用以将从第二分光棱镜22上不同分光路径传输的不同的光传输至感应器，以达到检测的目的。
zk7，有效口径为φ68mm；第三透镜13的前表面曲率半径为-400mm，后表面的曲率半径为79.14mm，透镜的中心厚度为16mm，材料为h-zf6，有效口径为φ66mm；第四透镜14的前表面曲率半径为46.98mm，后表面的曲率半径为40.787mm，透镜的中心厚度为16mm，材料为h-zf7la，有效口径为φ54mm。不难看出，第一透镜11的口径比另外三个透镜的口径都大，但是将其口径设置与有效口径相同，能够接收对应尺寸的光斑，然后通过其性质将光斑缩小传输至第二透镜12上，再通过第三透镜13和第四透镜14将光线向分光结构2传输。
38.本实施例中，将第一透镜11的口径设置为前镜组1的有效口径，且将第一透镜11的口径设置的较大，能够通过较大的光斑，这样就使得前镜组1获取到的有效光线更多，后续传输到后镜组3中的光线也就越强，有利于增加成像清晰度，且第一透镜11的口径较大，可以容纳多个产品同时进行检测，提高检测效率。
39.需要说明的是，前镜组1和分光结构2之间还设置有中间透镜40，中间透镜40位于第四透镜14和第一分光棱镜21之间，中间透镜40背向第一分光棱镜21的表面曲率半径为318.10mm，朝向第一分光棱镜21的曲率半径为-616.7mm，中间透镜40的中心厚度为4.17mm，材料为h-zf6，有效口径为φ20mm。通过设置中间透镜40，能够增加光程，有利于后续的成像。
40.在一种具体的实施例中，后镜组3的有效口径大于等于10mm，具体地，后镜组3包括自靠近第二分光棱镜22的一端沿背向第二分光棱镜22的方向依次设置的第五透镜31、第六透镜32、第七透镜33、第八透镜34、第九透镜35以及第十透镜36。其中，在一种优选的实施例中，第五透镜31的前表面(前表面为朝向第二分光棱镜22的一面，下文中后镜组3其余透镜的前表面均依此标准)曲率为29.33mm，后表面(与前表面相对的表面，下文中后镜组3其余透镜的后表面均依此标准)曲率半径为-265.5mm，透镜中心厚度为3.1mm，透镜的材质为h-zbaf20，有效口径为φ10mm；第六透镜32的前表面曲率半径为141.60mm，后表面的曲率半径为20.903mm，透镜的中心厚度为4.54mm，材料为h-zf3，有效口径为φ14mm；第七透镜33的前表面曲率为-10.465mm，后表面曲率半径为无穷大，透镜中心厚度为2.75mm，透镜的材质为h-zf7la，有效口径为φ18.7mm；第八透镜34的前表面曲率为无穷大，后表面曲率半径为-16.05mm，透镜中心厚度为5.1mm，透镜的材质为h-zk10l，有效口径为φ18.7mm；第九透镜35的前表面曲率为-51.88mm，后表面曲率半径为-23.25mm，透镜中心厚度为4.56mm，透镜的材质为h-zbaf5，有效口径为φ22mm；第十透镜36的前表面曲率为46.93mm，后表面曲率半径为-117.75mm，透镜中心厚度为4.96mm，透镜的材质为h-zbaf20，有效口径为φ26mm。通过上述设置，能够将对应的光线准确清晰的传递至感应器上。需要说明的是，第七透镜33和第八透镜34胶合连接，光线从分光棱镜中射出，可能会存在一定的色差，通过将第七透镜33和第八透镜34胶合，能够有效消除色差，提升成像质量。为了满足上述光学系统的效果，光学系统的总长需要大于等于400mm。
41.在一种更加具体的实施例中，每个后镜组3与对应的第二分光棱镜22之间均设置有光阑50，光阑50具体设置在第五透镜31和第二分光棱镜22之间，光阑50采用衍射极限设计，且光阑50的光圈数为6.2。通过后镜组3输出的光线在成像面上成像，光阑50的设计满足大靶面成像的需求，以在成像面上大靶面成像，进而提高成像画面的亮度、分辨率和均匀性，使人们可以清晰的看清更精密的零部件的监控，适用于如智能手机触摸屏、液晶面板、空气压缩机零件、pcb板等高精度大工件测量行业和机器视觉行业。
42.另一方面，请参照图2，本实用新型实施例还提供一种镜头，包括外壳6以及前述的光学系统。其中前镜组1和分光结构2均设置在外壳6内，外壳6远离前镜组1的一端设置有多个后镜壳7，多个后镜组3分别设置在后镜壳7内，后镜壳7具有调节环(图中未示出)，通过调节环能够将透镜在后镜壳7内的位置进行微调，进而可以改变后镜组3的透光效果，进而有利于调节成像清晰度。需要说明的是，后镜壳7连接在外界感应器上，通过后镜组3传出的光线能够被感应器收集检测，且感应器还可以连接在显示屏上，以将成像画面在显示屏上显示，由于镜头通过多个后镜组3分别检测不同颜色光照下的零件，可以将显示屏分屏设置，使得多种颜色光照下的零件能够同时显示在屏幕上。
43.以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。