一种图像识别系统的管镜以及具有该管镜的图像识别系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学成像领域，应用在半导体测量设备上的图像识别系统，具体地，涉 及一种图像识别系统的管镜以及具有该管镜的图像识别系统。
【背景技术】
[0002] 半导体测量设备的研制是目前国内迅速发展一个高新科技产业，涉及到很多先进 的前沿科学领域。图像识别技术也是半导体测量设备上不可缺少的一个组成部分，它主要 追求高分辨率，低畸变的成像质量，以便快速、准确的识别图像。
[0003] 图像识别系统的光学部分主要由物镜和管镜两个部分组成。目前，国内、外的图像 识别系统使用的管镜从两片镜片到四、五片镜片组成的都有，可做到高分辨率（1001p/mm 及以上）、低畸变（±0.02%及以下）、可更换物镜镜头、体积小、识别精度高等特点。然而， 为了保证成像质量和照明均匀性，国内、外图像识别系统中管镜和物镜的间距一般在50mm 以内，间距长的也只是在100mm?150mm左右，并对间距和物镜倍率也都有较严格的匹配要 求，这样，对成像空间就有了一定的限制，当空间的长度过长时就无法满足高质量的成像要 求，也无法满足不同空间匹配不同物镜下的使用。
[0004] 如图12所示，物镜L1和管镜镜组L2之间的距离为成像间距，成像间距越长，中心 视场光束B1与边缘视场光束B2的纵向差距就越大，要完全接收边缘视场光束B2需要采用 大孔径透镜，但是加大孔径又会增大像差，影响成像质量。
[0005] 目前国内、外研发的半导体测量设备对空间都有比较合理的规划，希望能在一定 的空间内集成更多的功能同时还能保证更好的稳定性和兼容性。那么，对于成像系统而言， 能够适应空间变化的多样性是比较符合期望的，这对设计提出了更高的要求：
[0006] 1.成像间距应当更长，较优地，应当可以达到200mm及以上；
[0007] 2.对于不同倍率物镜，其成像间距可调；
[0008] 3?多倍率的物镜镜头可换。
[0009] 如果采用现有的物镜和管镜的设计，一味的拉长成像间距就会造成图像分辨率降 低、照明不均匀、边缘暗角严重等情况，影响图像识别精度。如果同时还要求不同倍率物镜 的成像间距可调，则更不能满足要求，因为一般情况下在保证一种倍率物镜的成像质量时 另外一种不同倍率的物镜的成像质量就会大大降低。
[0010] 因此，需要设计一种新的管镜来解决以上问题。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于提供一种图像识别系统的管镜以及具有该管镜的图像识别系 统，其能够适应管镜和物镜之间的大范围的不同间距，以当本发明的管镜结合不同倍率的 物镜使用时仍旧可以得到高质量的成像。
[0012] 具体地，根据本发明的一个方面，公开了一种图像识别系统的管镜，其用于与以预 定间距间隔开的在1X-20X之间的任一倍率的物镜配合，其中，所述管镜的焦距为f，从物方 到像方的顺序包括第一透镜组、第二透镜组以及第三透镜组，光阑布置在物镜上或者布置 在所述第一透镜组与物镜之间，例如，布置在所述第一透镜组的最靠近物方的透镜与物镜 之间；其中，所述第一透镜组的焦距fl满足0. 7f〈fl〈l. 2f，其有效通光口径大于0.lf，所述 第二透镜组的焦距f2满足0〈f2〈0. 2f，所述第三透镜组的焦距f3满足-5f〈f3〈-2f，所述第 一透镜组和所述第二透镜组在光轴上的间距小于0. 05f，所述第二透镜组和所述第三透镜 组在光轴上的间距大于〇. 25f。
[0013] 较优地，所述预定间距大于零小于等于500mm。
[0014] 可选择地，所述第一透镜组为单凸透镜。
[0015] 可选择地，所述第二透镜组包括平凸透镜和平凹透镜。
[0016] 可选择地，所述第三透镜组包括双凹透镜和双凸透镜。
[0017] 较优地，所述第一透镜组的材料为火石玻璃或冕牌玻璃。
[0018] 较优地，所述第二透镜组的材料为火石玻璃或冕牌玻璃。
[0019] 较优地，所述第三透镜组的材料为火石玻璃或冕牌玻璃。
[0020] 根据本发明的另一个发明，还公开了一种图像识别系统，从物方到像方的顺序， 包括：物镜，其中，所述物镜的倍率为1X-20X之间的任一倍率；如前所述的管镜，其以预 定间距布置在所述物镜的像方，用于接收从所述物镜透射的光线，其中，所述预定间距为 0-500_;以及摄影装置，其布置在所述管镜的像方，用于接收依次经由所述管镜的第一透 镜组、第二透镜组和第三透镜组的出射成像光线。
[0021] 可选择地，所述摄影装置为工业相机。
[0022] 根据本发明的管镜，由于第一透镜组采用大通光孔径、高折射率材料的镜片来做 光束约束镜，故能够有效地约束长间距下的大视场光束。进一步地，由于本发明的管镜的第 二透镜组和第三透镜组可以对来自第一透镜组的光线进行补偿优化，从而矫正了像差和控 制像方视场，因此，最终满足了可变长间距、可变镜头的高质量成像。
[0023] 本发明的管镜从物方到像方的顺序依次排列有第一透镜组、第二透镜组和第三透 镜组，其中第一透镜组为大孔径光束约束镜组，第二透镜组和第三透镜组均为系统矫正镜 组。管镜光阑位置不固定，可灵活选择。根据本发明，管镜与物镜之间的成像间距范围宽， 且连续可调，在0?500mm距离范围内满足IX?20X倍率物镜的高质量成像，无渐晕。
【附图说明】
[0024] 为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：
[0025] 图1为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的内部结构示意图；
[0026] 图2为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的镜片示意图；
[0027] 图3为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的20X物镜，间距5mm的 成像光路图；
[0028] 图4为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的20X物镜，间距50mm的 成像光路图；
[0029] 图5为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的20X物镜，间距100mm 的成像光路图；
[0030] 图6为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的20X物镜，间距300mm 的成像光路图；
[0031] 图7为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的20X物镜，间距500mm 的成像光路图；
[0032] 图8为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的畸变和场曲图；
[0033] 图9为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的MTF值图；
[0034]图10为根据本发明一种实施方式的图像识别系统的管镜的色差图；<