一种双远心定焦光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双远心定焦光学系统，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑和后透镜组；所述前透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述后透镜组包括第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；所述光学系统的像面位于所述第六透镜的后端；所述第一透镜、第三透镜和第五透镜均为光焦度为正的双凸透镜，所述第二透镜为光焦度为负的平凹透镜，所述第四透镜为光焦度为负的双凹透镜，所述第六透镜为光焦度为正的弯月形透镜；所述第三透镜和第四透镜组成双分离透镜。本发明专利技术采用6片球面透镜实现物像双侧远心成像，并实现高分辨率与极低畸变成像，获得近衍射极限像质的光学系统设计，同时可以实现在光阑所在平面集成布置照明光源组件。

A Double Telecentric Focusing Optical System

【技术实现步骤摘要】
一种双远心定焦光学系统
本专利技术涉及光学系统
，更具体地说涉及一种双远心定焦光学系统。
技术介绍
基于远心光学系统的工业检测技术应用于高端自动化、机器视觉等领域，推动汽车产业、半导体集成电路制造、先进材料加工、航空航天高精密组装以及家电制造等行业的技术迭代与产业升级，在实现产品性能、效能、精度以及成本控制上展现了优越性。物像双侧远心光学系统既可以消除物方空间被测物体的视觉误差，又可以消除像方探测器处于不同像面位置引起的倍率误差，获得恒定的检测倍率，实现无失真的形状及尺寸等特征检测，在工业检测领域获得了广泛的应用。当前市面上物像双侧远心光学系统存在透镜数量较多、成本较高等问题，成像质量方面存在边缘畸变及远心度较大等不足，无法解决解决了实现长工作距离与高分辨率探测成像之间的技术难题。
技术实现思路
本专利技术提供一种双远心定焦光学系统，通过较少透镜数量，实现高分辨率与极低畸变成像，有利于降低制造成本。本专利技术解决其技术问题的解决方案是：一种双远心定焦光学系统，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑和后透镜组；所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜和第二透镜，所述后透镜组包括自前向后依次设置的第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；所述光学系统的像面位于所述第六透镜的后端；所述第一透镜、第三透镜和第五透镜均为光焦度为正的双凸透镜，所述第二透镜为光焦度为负的平凹透镜，所述第四透镜为光焦度为负的双凹透镜，所述第六透镜为光焦度为正的弯月形透镜；所述第一透镜和第二透镜组成双分离透镜，所述第三透镜和第四透镜组成双分离透镜。进一步，所述第三透镜为厚透镜。进一步，所述光学系统的像高与物高的比值为放大倍率X，所述放大倍率X满足：0.12≤|X|≤0.36。进一步，所述前透镜组的光焦度为正，所述后透镜组的光焦度为正，所述前透镜组的光焦度为所述后透镜组的光焦度为其中与的比值满足：进一步，所述光学系统的不同物点光束的主光线与光轴的夹角为θ1，到达像面光束的主光线与光轴的夹角为θ2，所述θ1和θ2满足：0°≤|θ1|≤0.15°；0°≤|θ2|≤0.25°。进一步，所述第三透镜的光焦度为所述第四透镜的光焦度为所述和的比值满足：进一步，所述光学系统的总光焦度为第一透镜和第二透镜的组合光焦度为所述第三透镜和第四透镜组成的双分离透镜的光焦度为所述第五透镜的光焦度为所述第六透镜的光焦度为则满足：进一步，所述第一透镜的材质为重镧火石玻璃，所述第二透镜的材质为镧火石玻璃，所述第三透镜的材质为镧冕玻璃，所述第四透镜的材质为重火石玻璃，所述第五透镜与第六透镜的材质均为重镧火石玻璃。进一步，所述像面处设置CCD相机或CMOS相机，所述CCD相机或CMOS相机用于接收物面信号。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用6片球面透镜实现物像双侧远心成像，并实现高分辨率与极低畸变成像，获得近衍射极限像质的光学系统设计，同时可以实现在光阑所在平面集成布置照明光源组件。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。图1是本专利技术光学系统的组成结构示意图；图2是本专利技术光学系统实现照明光源组件集成设计的示意图；图3是本专利技术光学系统光学传递函数曲线图；图4是本专利技术光学系统的畸变图；图5是本专利技术光学系统的相对照度分布曲线图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本专利技术创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。实施例1，参照图1，一种双远心定焦光学系统，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑700和后透镜组；所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜100和第二透镜200，所述后透镜组包括自前向后依次设置的第三透镜300、第四透镜400、第五透镜500和第六透镜600；所述光学系统的像面800位于所述第六透镜600的后端；所述第一透镜100、第三透镜300和第五透镜500均为光焦度为正的双凸透镜，所述第二透镜200为光焦度为负的平凹透镜，所述第四透镜400为光焦度为负的双凹透镜，所述第六透镜600为光焦度为正的弯月形透镜；所述第一透镜100和第二透镜200组成双分离透镜，所述第三透镜300和第四透镜400组成双分离透镜。所述光阑700为孔径光阑。所述第六透镜600的弯曲形状朝向像面800，接近于不晕位置，减少球差、彗差以及像散等像差，增加厚度有利于校正光学系统的场曲，获得平场的像质分布。作为优化，所述光学系统的像高与物高的比值为放大倍率X，所述放大倍率X满足：0.12≤|X|≤0.36。所述光学系统的物面经过光学系统成像后，以缩小的方式成像在像面800上。作为优化，所述前透镜组的光焦度为正，所述后透镜组的光焦度为正，所述前透镜组的光焦度为所述后透镜组的光焦度为其中与的比值满足：作为优化，所述光学系统的不同物点光束的主光线与光轴的夹角为θ1，到达像面800光束的主光线与光轴的夹角为θ2，所述θ1和θ2满足：0°≤|θ1|≤0.15°；0°≤|θ2|≤0.25°。作为优化，所述第三透镜300的光焦度为所述第四透镜400的光焦度为所述和的比值满足：作为优化，所述第三透镜300为厚透镜。第三透镜300靠近光阑700的光学面弯曲形状背向光阑700，产生正畸变像差补偿光学系统像差，且增加透镜的厚度以降低出射光线的高度，并产生一定的场曲像差起到系统平场的作用。作为优化，所述光学系统的总光焦度为第一透镜100和第二透镜200的组合光焦度为所述第三透镜300和第四透镜400组成的双分离透镜的光焦度为所述第五透镜500的光焦度为所述第六透镜600的光焦度为则满足：作为优化，所述第一透镜100的材质为重镧火石玻璃，所述第二透镜200的材质为镧火石玻璃，所述第三透镜300的材质为镧冕玻璃，所述第四透镜400的材质为重火石玻璃，所述第五透镜500与第六透镜600的材质均为重镧火石玻璃。本专利技术光学系统结构紧凑，仅采用6片常规球面透镜元件实现了物像双侧远心设计，并获得近衍射极限的像质与极低畸变设计，满足高端工业检测机器视觉对高分辨率检测成像的需求。本专利技术采用常规光学玻璃材料，透镜数量少，光学透镜的加工与装调公差宽松，有利于实现批量低成本的制造。作为优化，所述像面800处设置CCD相机或CMOS相机，所述CCD相机或CMOS相机用于接收物面信号。所述CCD相机或CMOS相机用于接收光学系统缩小的物面信号，从而获得清晰高分辨率的物面信息。本专利技术的工作原理：物面的光线以远心方式入射到前透镜组，前透镜组采用正负光焦度分离的透镜组将光束进行会聚，小的空气间隙有利于校正球差及彗差；光线经前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双远心定焦光学系统，其特征在于：包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑和后透镜组；所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜和第二透镜，所述后透镜组包括自前向后依次设置的第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；所述光学系统的像面位于所述第六透镜的后端；所述第一透镜、第三透镜和第五透镜均为光焦度为正的双凸透镜，所述第二透镜为光焦度为负的平凹透镜，所述第四透镜为光焦度为负的双凹透镜，所述第六透镜为光焦度为正的弯月形透镜；所述第一透镜和第二透镜组成双分离透镜，所述第三透镜和第四透镜组成双分离透镜。

【技术特征摘要】
1.一种双远心定焦光学系统，其特征在于：包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑和后透镜组；所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜和第二透镜，所述后透镜组包括自前向后依次设置的第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；所述光学系统的像面位于所述第六透镜的后端；所述第一透镜、第三透镜和第五透镜均为光焦度为正的双凸透镜，所述第二透镜为光焦度为负的平凹透镜，所述第四透镜为光焦度为负的双凹透镜，所述第六透镜为光焦度为正的弯月形透镜；所述第一透镜和第二透镜组成双分离透镜，所述第三透镜和第四透镜组成双分离透镜。2.根据权利要求1所述的一种双远心定焦光学系统，其特征在于：所述第三透镜为厚透镜。3.根据权利要求1所述的一种双远心定焦光学系统，其特征在于：所述光学系统的像高与物高的比值为放大倍率X，所述放大倍率X满足：0.12≤|X|≤0.36。4.根据权利要求1所述的一种双远心定焦光学系统，其特征在于：所述前透镜组的光焦度为正，所述后透镜组的光焦度为正，所述前透镜组的光焦度为所述后透镜组的光焦度为其中与的比值满足：5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍雁雄，谭海曙，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44