消杂光同轴照明远心光学成像系统技术方案

本发明专利技术提供一种消杂光同轴照明远心光学成像系统，从物面到像面依次包括：相位延迟片、前组物镜组、分光元件、可变光阑、后组物镜组、检偏器；光源用于发出照明光束，照明光束透过起偏器后变为第一线偏振光束入射至分光元件中，依次经过分光元件的反射、前组物镜组的透射后入射至相位延迟片，再透过相位延迟片变为圆偏振光束对物面进行照射后反射回相位延迟片；再次经过相位延迟片后变为第二线偏振光束，依次经过前组物镜组的透射、分光元件的透射后透过可变光阑入射至后组物镜组，第二线偏振光束经过后组物镜组的透射后经过检偏器在像面进行成像。本发明专利技术抑制了光学系统中的热点、鬼影和耀斑现象，提高了照明均匀性和成像对比度。对比度。对比度。

【技术实现步骤摘要】
消杂光同轴照明远心光学成像系统


[0001]本专利技术涉及工业精密检测
，特别涉及一种消杂光同轴照明远心光学成像系统。

技术介绍

[0002]机器视觉自动在线检测是近年来工业检测领域发展最主要的方向。远心光学系统主要是为纠正传统工业镜头视差而特殊设计的工业镜头，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，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。
[0003]带有同轴照明的远心光学成像系统可消除采集图像的重像，均匀性好，对于光洁表面的异常特征成像突出，对于局部凹陷或刮痕有非常好的表现力。广泛用于半导体、PCB板以及金属零件的表面成像检测，同轴照明通常被认为始终是空间有限的系统的最佳选择。遗憾的是，对于具有光学漫射性或需要大视场的物体来说，它并不是最佳解決方案，在与漫散射物体配合使用时，同轴照明会在图像上产生热点、鬼影和耀斑，该现象是由漫散射物体的朗伯特性和光学系统中各光学元件表面剩余反射造成的，会造成画面对比度下降、杂散光现象严重，严重影响远心光学成像系统的检测精度。
[0004]中国专利CN102346291A中提出了一种同轴双远心成像光学系统，照明系统采用内落射同轴柯勒照明，均匀性较好。但是存在视场小且柯勒照明结构较复杂，装调困难，未考虑同轴照明系统引起的光学系统杂散光问题。
[0005]中国专利CN104360463A提出了一种三远心同轴照明成像光学系统，将两个双远心系统耦合而成为三远心系统，具有同轴照明和成像双重作用。照明系统可以实现整个视场的均匀化照明，避免了同轴环形光照明产生的照明不均匀的缺陷。但是其同轴照明的设计未考虑如何解决光学系统杂散光引起的热点、鬼影和耀斑现象，存在对漫反射目标的同轴照明测量和检测效果不佳的问题。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提出一种消杂光同轴照明远心光学成像系统，将远心成像子系统、同轴照明子系统和消杂光子系统进行耦合设计，解决了检测漫反射目标时图像画面中出现的热点、鬼影和耀斑现象，通过获取高照明均匀性、高精度、低畸变图像，进而提升被测物体进行的成像检测精度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0008]本专利技术提供一种消杂光同轴照明远心光学成像系统，从物面到像面依次包括：相位延迟片、前组物镜组、分光元件、可变光阑、后组物镜组、检偏器；
[0009]起偏器和光源从上到下依次放置在分光元件的下方；
[0010]光源用于发出照明光束，照明光束透过起偏器后变为第一线偏振光束入射至分光
元件中，第一线偏振光束依次经过分光元件的反射、前组物镜组的透射后入射至相位延迟片，第一线偏振光束透过相位延迟片变为圆偏振光束对物面进行照射后反射回相位延迟片；
[0011]圆偏振光束再次经过相位延迟片后变为与第一线偏振光束振动方向互相垂直的第二线偏振光束，第二线偏振光束依次经过前组物镜组的透射、分光元件的透射后透过可变光阑入射至后组物镜组，第二线偏振光束经过后组物镜组的透射后经过检偏器在像面进行成像。
[0012]优选地，前组物镜组从物面到像面依次包括：第一双凸正透镜、双凸透镜和双凹透镜；
[0013]其中双凸透镜和双凹透镜组成胶合镜组，用于校正色差和二级光谱；
[0014]双凸透镜采用氟冕玻璃；为了校正倍率色差，同时优化像散和彗差，
[0015]双凸透镜和双凹透镜胶合后满足以下条件：
[0016]1≤(|f3|/|f4|)≤1.4
[0017]V3/V4≤0.9
[0018]其中，
[0019]f3为双凸透镜的焦距；
[0020]f4为双凹透镜的焦距；
[0021]V3为双凸透镜的色散系数；
[0022]V4为双凹透镜的色散系数。
[0023]优选地，后组物镜组从物面到像面依次包括：第一双凹负透镜、第二双凸正透镜、第三双凸正透镜、弯月正透镜和第二双凹负透镜；
[0024]第三双凸正透镜满足以下条件：
[0025]n8≥1.75
[0026]f8≤60mm
[0027]其中，
[0028]n8为第三双凸正透镜的折射率；
[0029]f8为第三双凸正透镜的焦距。
[0030]优选地，光源、起偏器、分光元件和前组物镜组共同构成同轴照明子系统；
[0031]在同轴照明子系统中：
[0032]光源用于发出照明光束经过起偏器后变为第一线偏振光束入射至分光元件，线偏振光束经过分光元件的反射后依次经过双凹透镜、双凸透镜和第一双凸正透镜的透射后入射至相位延迟片。
[0033]优选地，相位延迟片、前组物镜组、分光元件、可变光阑、后组物镜组和检偏器共同构成双远心成像子系统；
[0034]在双远心成像子系统中：
[0035]圆偏振光束经过相位延迟片后变为第二线偏振光束，第二线偏振光束依次经过第一双凸正透镜、双凸透镜和双凹透镜的透射以及分光元件的透射后，经过可变光阑入射至后组物镜组；
[0036]第二线偏振光束依次经过第一双凹负透镜、第二双凸正透镜、第三双凸正透镜、弯
月正透镜和第二双凹负透镜的透射后入射至检偏器并透过检偏器在像面上进行成像。
[0037]优选地，起偏器、相位延迟片和检偏器共同构成消杂光子系统；
[0038]在消杂光子系统中：
[0039]起偏器与检偏器的偏振方向互相垂直；
[0040]相位延迟片为1/4波片，相位延迟片的快轴方向与起偏器偏振轴夹角为45
°
；
[0041]检偏器为无光焦度透镜。
[0042]优选地，光源为经过光斑匀化器后的面光源，面光源的直径与可变光阑AS最大通光口径之比为1:1；
[0043]光源位于由相位延迟片、前组物镜组、分光元件和起偏器所组成光路的像方焦平面上。
[0044]优选地，分光元件为非偏振分光棱镜，反射透射比为1:1。
[0045]优选地，可变光阑位于由相位延迟片、前组物镜组、分光元件所组成光路的像方焦平面上。
[0046]与现有的技术相比，本专利技术将远心成像子系统、同轴照明子系统和消杂光子系统进行耦合设计，兼具高均匀性同轴照明和高分辨率成像特点的同时，通过消杂光子系统设计，抑制了光学系统中各光学元件表面剩余反射造成的热点、鬼影和耀斑现象，提高了照明均匀性和成像对比度，尤其适用于漫反射目标的同轴照明测量和检测。且消杂光子系统只采用了三片无光焦度光学器件，具有结构简单、便于装调，性价比高的优点。
附图说明
[0047]图1是根据本专利技术实施例提供的消杂光同轴照明远心光学成像系统的结构示意图。
[0048]图2是根据本专利技术实施例提供的同轴照明子系统的光路结构示意图。
[0049]图3是根据本专利技术实施例提供的远心成像子系统的光路结构示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消杂光同轴照明远心光学成像系统，其特征在于，从物面到像面依次包括：相位延迟片、前组物镜组、分光元件、可变光阑、后组物镜组、检偏器；起偏器和光源从上到下依次放置在所述分光元件的下方；所述光源用于发出照明光束，所述照明光束透过所述起偏器后变为第一线偏振光束入射至所述分光元件中，所述第一线偏振光束依次经过所述分光元件的反射、所述前组物镜组的透射后入射至所述相位延迟片，所述第一线偏振光束透过所述相位延迟片变为圆偏振光束对所述物面进行照射后反射回所述相位延迟片；所述圆偏振光束再次经过所述相位延迟片后变为与所述第一线偏振光束振动方向互相垂直的第二线偏振光束，所述第二线偏振光束依次经过所述前组物镜组的透射、所述分光元件的透射后透过所述可变光阑入射至所述后组物镜组，所述第二线偏振光束经过所述后组物镜组的透射后经过检偏器在所述像面进行成像。2.根据权利要求1所述的消杂光同轴照明远心光学成像系统，其特征在于，所述前组物镜组从物面到像面依次包括：第一双凸正透镜、双凸透镜和双凹透镜；其中所述双凸透镜和双凹透镜组成胶合镜组，用于校正色差和二级光谱；所述双凸透镜采用氟冕玻璃；为了校正倍率色差，同时优化像散和彗差，所述双凸透镜和双凹透镜胶合后满足以下条件：1≤(|f3|/|f4|)≤1.4V3/V4≤0.9其中，f3为所述双凸透镜的焦距；f4为所述双凹透镜的焦距；V3为所述双凸透镜的色散系数；V4为所述双凹透镜的色散系数。3.根据权利要求2所述的消杂光同轴照明远心光学成像系统，其特征在于，所述后组物镜组从物面到像面依次包括：第一双凹负透镜、第二双凸正透镜、第三双凸正透镜、弯月正透镜和第二双凹负透镜；所述第三双凸正透镜满足以下条件：n8≥1.75f8≤60mm其中，n8为所述第三双凸正透镜的折射率；f8为所述第三双凸正透镜的焦距。4.根据权利要求3所述的消杂光同轴照明远心光学成像系统，其特征在于，所述光源、起偏器、分光元件和前组物镜组共同...

【专利技术属性】
技术研发人员：董健，何锋赟，梁敏华，于雷，徐首龙，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：