一种高倍率长工作距同轴照明远心光学系统及镜头技术方案

本发明专利技术涉及一种高倍率，长工作距，同轴照明远心光学系统，包括前置物方远心光学光路、分光棱镜、光阑和后置筒镜，该远心光学系统从物方到像方依次设有正光焦度的第一、二透镜、负光焦度的第三透镜、正光焦度的第四、五透镜，负光焦度的第六、七透镜，分光棱镜，光阑，正光焦度的第八、九透镜，负光焦度的第十透镜，正光焦度的第十一透镜，负光焦度的第十二透镜；第二、三、四透镜组成正光焦度的第一胶合透镜组，第五、六透镜组成正光焦度的第二胶合透镜组，第九、十透镜组成正光焦度的第三胶合透镜组，第十一、十二透镜组成负光焦度的第四胶合透镜组。本发明专利技术具有小F数(F#1.8)、结构紧凑、高像质、低畸变和高分辨率的优点，适合集成到机器视觉图像采集系统。视觉图像采集系统。视觉图像采集系统。

【技术实现步骤摘要】
一种高倍率长工作距同轴照明远心光学系统及镜头


[0001]本专利技术涉及一种倍率长工作距同轴照明远心光学系统及镜头，属于远心光学成像


技术介绍

[0002]随着智能时代的开启，机器视觉技术的发展及使用的场合也越来越普遍，对机器视觉图像处理系统的要求也越来越高。产品的小型化促使检测需要高倍率的光学镜头作为机器视觉图像采集部分，其成像质量直接影响着系统的检测和判断结果，在此背景下，我们开发除了一种具有高倍率，长工作距离的远心光学成像系统。
[0003]现有的机器视觉图像处理高倍远心镜头倍率主要集中在2X,4X，6X，而10X的物方远心产品国内几乎没有。相对于其他高倍率远心系统而言，10X远心物镜无论在设计还是在装配方面，存在相当大的困难。比如，一般远心物镜的F#大都在5.6以上。另一方面，短焦距条件下设计长工作距离，也面临极大的挑战。所以高倍率高像质低畸变远心物方光学镜头，在市面上几乎没有，高倍率条件下大多开发者选择显微物镜+筒镜的模式。但是由于光学显微镜工作距离短，导致使用过程中面临很多困难，且成像质量不高，所以如何能在小F数的情况下同时具有高的倍率以及高成像质量是目前物方远心镜头需要继续突破的难题。

技术实现思路

[0004]为了克服上述问题，本专利技术提供一种高倍率长工作距同轴照明远心光学系统及镜头，该远心光学系统具有小F数、结构紧凑、高像质、低畸变和高分辨率的优点，放大倍率为10X，适合集成到机器视觉图像采集系统。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种高倍率长工作距同轴照明远心光学系统，主要由前置物方远心光学光路，光阑，后置筒镜等组成，所述前置物方远心光学光路根据需求选择放置或不放置分光棱镜，若放置分光棱镜则构成同轴光照明系统，其特征在于：物方远心光学系统从物方到像方依次设有具有物方远心特性的前置物镜、分光棱镜、可变光阑组和后置筒镜，所述分光棱镜根据实际需求选择放置或不放置；若放置所述分光棱镜，则所述同轴光照明系统形成科勒照明系统，LED光源经准直器准直后进入所述同轴光照明系统，为物面提供均匀性很好的照明。
[0007]进一步的，所述前置物方远心光学光路包括从物面至像面方向沿光轴依次设置的具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜；
[0008]其中，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜组成具有正光焦度的第一胶合透镜组；所述第五透镜和所述第六透镜组成具有正光焦度的第二胶合透镜组；
[0009]所述后置筒镜包括从物面至像面方向沿光轴依次设置的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜、具有正光焦度的第十一透镜和具
有负光焦度的第十二透镜；
[0010]其中，所述第九透镜和所述第十透镜组成具有正光焦度的第三胶合透镜组；所述第十一透镜和所述第十二透镜组成具有负光焦度的第四胶合透镜组；
[0011]所述前置物方远心光学系具有总的正光焦度；
[0012]所述分光棱镜由两个直角棱镜胶合而成。
[0013]进一步的，所述前置物方远心光学光路的出瞳与所述后置筒镜的入瞳重合。
[0014]进一步的，所述第一透镜和所述第二透镜之间的空气间隔介于6.06和6.10之间；
[0015]所述第四透镜和所述第五透镜之间的空气间隔介于0.97和1.01之间；
[0016]所述第六透镜和所述第七透镜之间的空气间隔介于1.71和1.75之间；
[0017]所述第七透镜和所述分光棱镜之间的空气间隔介于1.98和2.02之间；
[0018]所述分光棱镜和所述光阑之间的空气间隔介于1.98和2.02之间；
[0019]所述光阑和所述第八透镜之间的空气间隔介于1.98和2.02之间；
[0020]所述第八透镜和所述第九透镜之间的空气间隔介于1.98和2.02之间；
[0021]所述第十透镜和所述第十一透镜之间的空气间隔介于8.16和8.20之间；
[0022]所述第十二透镜和像面之间的空气间隔介于139.27和141.27之间。
[0023]根据权利要求3所述高倍率长工作距同轴照明远心光学系统，其特征在于：
[0024]所述第一透镜的焦距介于46mm和52mm之间；
[0025]所述第二透镜的焦距介于22mm和28mm之间；
[0026]所述第三透镜的焦距介于
‑
7mm和
‑
12mm之间；
[0027]所述第四透镜的焦距介于13mm和20mm之间；
[0028]所述第二、三、四透镜组成的三胶合透镜组焦距介于345mm和365mm之间；
[0029]所述第五透镜的焦距介于8mm和14mm之间；
[0030]所述第六透镜的焦距介于
‑
10mm和
‑
16mm之间；
[0031]所述第五、六透镜组成的胶合透镜组焦距介于29mm和36mm之间；
[0032]所述第七透镜的焦距介于
‑
7mm和
‑
11mm之间；
[0033]所述第八透镜的焦距介于56mm和67mm之间；
[0034]所述第九透镜的焦距介于15mm和21mm之间；
[0035]所述第十透镜的焦距介于
‑
20mm和
‑
26mm之间；
[0036]所述第九、十透镜组成的胶合透镜组焦距介于95mm和105mm之间；
[0037]所述第十一透镜的焦距介于10mm和17mm之间；
[0038]所述第十二透镜的焦距介于
‑
9.5mm和
‑
13.5mm之间；
[0039]所述第十一、十二透镜组成的胶合透镜组焦距介于
‑
32mm和
‑
43mm之间；
[0040]所述分光棱镜尺寸为10mm*10mm*10mm。
[0041]进一步的，该远心光学系统的有效焦距为16.5mm，相对数值孔径F/1.8，使用2/3〞CCD接收，最大镜片口径25mm，光学总长为第一透镜到第十二透镜的距离小于90.0mm。
[0042]进一步的，该远心光学系统的全视场对角线为1.1mm(工作距离65mm)，工作波段为450nm
‑
700nm。
[0043]本专利技术具有如下有益效果：提供了一种高倍率，长工作距离，高像质，低畸变的物方远心光学系统及对应镜头，该光学系统(镜头)采用十二片球面透镜，在像方空间频率为
25lp/mm的情况下全视场全波段调制传递函数值大于0.3，等效物方分辨率2μm；成像畸变低于0.02％，具有小F数、结构紧凑、高像质、低畸变、高分辨率等特点，工作波段为450nm
‑
700nm，用可见光调焦后可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高倍率长工作距同轴照明远心光学系统，主要由前置物方远心光学光路，光阑，后置筒镜等组成，所述前置物方远心光学光路根据需求选择放置或不放置分光棱镜，若放置分光棱镜则构成同轴光照明系统，其特征在于：物方远心光学系统从物方到像方依次设有具有物方远心特性的前置物镜、分光棱镜、可变光阑组和后置筒镜，所述分光棱镜根据实际需求选择放置或不放置；若放置所述分光棱镜，则所述同轴光照明系统形成科勒照明系统，LED光源经准直器准直后进入所述同轴光照明系统，为物面提供均匀性很好的照明。2.根据权利要求1所述高倍率长工作距同轴照明远心光学系统，其特征在于：所述前置物方远心光学光路包括从物面至像面方向沿光轴依次设置的具有正光焦度的第一透镜、具有正光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有负光焦度的第六透镜和具有负光焦度的第七透镜；其中，所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜组成具有正光焦度的第一胶合透镜组；所述第五透镜和所述第六透镜组成具有正光焦度的第二胶合透镜组；所述后置筒镜包括从物面至像面方向沿光轴依次设置的具有正光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜、具有正光焦度的第十一透镜和具有负光焦度的第十二透镜；其中，所述第九透镜和所述第十透镜组成具有正光焦度的第三胶合透镜组；所述第十一透镜和所述第十二透镜组成具有负光焦度的第四胶合透镜组；所述前置物方远心光学系具有总的正光焦度；所述分光棱镜由两个直角棱镜胶合而成。3.根据权利要求2所述高倍率长工作距同轴照明远心光学系统，其特征在于：所述前置物方远心光学光路的出瞳与所述后置筒镜的入瞳重合。4.根据权利要求2所述高倍率长工作距同轴照明远心光学系统，其特征在于：所述第一透镜和所述第二透镜之间的空气间隔介于6.06和6.10之间；所述第四透镜和所述第五透镜之间的空气间隔介于0.97和1.01之间；所述第六透镜和所述第七透镜之间的空气间隔介于1.71和1.75之间；所述第七透镜和所述分光棱镜之间的空气间隔介于1.98和2.02之间；所述分光棱镜和所述光阑之间的空气间隔介于1.98和2.02之间；所述光阑和所述第八透镜之间的空气间隔介于1.98和2.02之间；所述第八透镜和所述第九透镜之间的空气间隔介于...

【专利技术属性】
技术研发人员：马帅，苏辉，
申请(专利权)人：闽都创新实验室，
类型：发明
国别省市：