一种长工作距离的数字显微光学成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种长工作距离的数字显微光学成像装置，由显微镜成像光路和工业相机组成，属于检测设备技术领域，本发明专利技术利用光学设计软件ZEMAX进行光学成像效果的仿真，给出了工作距离400mm，视场范围直径4mm，工作波段为可见光，分辨率10μm的显微镜光学系统。该光学系统具有长工作距离和高分辨率成像等特点，可以应用于工业领域中非接触检测。

【技术实现步骤摘要】
一种长工作距离的数字显微光学成像装置
本专利技术涉及光学成像技术，特别是一种长工作距离的数字显微光学成像装置。
技术介绍
显微镜的应用十分的广泛，它不仅能够应用在生物学领域，在其他医学、天文学、材料学等科学领域也发挥着举足轻重的作用。正因为显微镜扮演着如此重要的角色，才使得科研领域的每一次革新都离不开它，所以显微镜就成了科学发展的重要标志，也成了检测领域及工业生产中得到了广泛的应用。但当工件处于比较恶劣的环境下，显微镜需较长的工作距离上对被测工件表面进行高分辨率成像，以观察待测样的变化情况，例如对金属的热膨胀现象等进行观测。现有的显微成像系统一般物距很小，难以满足长工作距离成像的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种长工作距离的数字显微光学成像装置，解决工业动态测量中存在的显微镜工作距离短、分辨率低等问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种长工作距离的数字显微光学成像装置，包括光学系统，位于所述光学系统出瞳的CCD组件，以及连接光学系统和CCD组件的镜筒装置；所示光学系统包括双凹透镜、第一双胶合凸透镜以及第二双胶合凸透镜；所述第一双胶合透镜物面为负透镜面，像面为正透镜面；所述第二双胶合透镜物面为负透镜面，像面为正透镜面；所述镜筒装置中，CCD与相机套筒相连接，并通过螺纹圈连接CCD组件与镜筒，双凹透镜、第一双胶合凸透镜以及第二双胶合凸透镜一起放置于镜筒中，并通过固定位置挡片固定透镜。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：本光学系统为了实现成像的长工作距离环境和图像分辨率，通过调整各个透镜的选型和光学间隔，以满足成像分辨率1292×964的工业相机的搭配要求；该光学系统具有长工作距离和高分辨率成像等特点，可以应用于工业领域中非接触检测。附图说明图1是长工作距离显微光学系统的光路图。图2是长工作距离显微光学系统的点列图。图3是长工作距离显微光学系统的波像差图。图4是长工作距离显微光学系统机械结构图。图5是光学系统机械结构横切截面图。图6是分辨率板的100线宽位置的4个条纹图案的图像采集结果示意图。具体实施方式一种长工作距离的数字显微光学成像装置，包括光学系统，位于所述光学系统出瞳的CCD组件，以及连接光学系统和CCD组件的镜筒装置；所示光学系统包括双凹透镜、第一双胶合凸透镜以及第二双胶合凸透镜；所述第一双胶合透镜物面为负透镜面，像面为正透镜面；所述第二双胶合透镜物面为负透镜面，像面为正透镜面；所述镜筒装置中，CCD与相机套筒相连接，并通过螺纹圈连接CCD组件与镜筒，双凹透镜、第一双胶合凸透镜以及第二双胶合凸透镜一起放置于镜筒中，并通过固定位置挡片固定透镜。所述CCD相机与双凹透镜间的光学距离为25.65mm；所述双凹透镜与第一双胶合凸透镜的光学间隔为5.6mm；所述第一双胶合凸透镜与第二双胶合凸透镜间的光学间隔为340mm；所述第二双胶合凸透镜与待测样间的光学间隔为414.515mm。所述双凹透镜的中心厚度为3±0.1mm；第一双胶合凸透镜的正透镜中心厚度为6±0.1mm，负透镜中心厚度为2.4±0.1mm；第二双胶合透镜的正透镜中心厚度为3.6±0.1mm，负透镜中心厚度为2.5±0.1mm。进一步的，所述CCD组件中，相机型号为Mer-125-30UM，使用C-mount接口用于光学显微组件与CCD的耦合，实现显微图像拍摄。进一步的，所述双凹透镜在目镜出瞳处通过螺纹压圈固定，并通过隔圈保证两个透镜间的距离，所述第二双胶合凸透镜通过螺纹压圈固定在镜筒入瞳处，所示镜筒套圈起到保护作用，放置镜筒变形。进一步的，为了减少反射光，镜筒内壁采用哑光黑处理长工作距离光学系统特点：由于传统的长工作距离光学系统具有较小的视场，因此有较小的垂轴像差。但因系统的工作距离和数值孔径较大，所以会对轴向像差产生较大的影响，故应对长工作距离光学系统的轴向像差进行校正。(1)球差和位置色差的校正。本专利技术所述光学系统采用凸凹透镜组合来校正球差和位置色差，组合光学系统的位置色差要比单一透镜组的位置色差小。(2)场曲的校正。本专利技术所述光学系统采用组合显微镜进行场曲校正，由于组合显微镜是由前组凸透镜与后组凹透镜组成，故其光焦度为正、负光焦度分离，符号相反，因而组合系统的场曲要比单一透镜的场曲小。(3)像散的校正。本专利技术所述光学系统在选择初始结构时，使正组中存在双胶合透镜系统，从而可产生符号相反的像散，来抵消系统的原有像散。但同时可能会产生一些高级像差，为了使高级像差减少，本专利技术所述光学系统选择玻璃折射率差和色散差尽量大的胶合透镜。下面结合附图和实施例对长工作距离光学系统作进一步说明。实施例光学结构设计部分：请参考图1，本光学系统的显微镜片组件的光路图，包括自右向左依次设置于主光轴上的双凹透镜、消色差双胶合凸透镜一以及双胶合凸透镜二；其中，所述双凹透镜直径Φ为25.4mm，为BK7材料制作，且中心厚度为3±0.1mm，边缘厚度为5±0.1mm；所述透镜一和透镜二均为正透镜与负透镜粘接而成的消色差透镜；所述透镜一直径Φ为25.4mm，双凸采用N-BK7材料制作，弯月采用H-ZF2材料制作，透镜中心厚度为8.4±0.1mm，边缘厚度为6.85±0.1mm。物面为负透镜的正弯月面，像面为正透镜的正弯月面。所述透镜二直径Φ为25.4mm，双凸采用BK7材料制作，弯月采用SF5材料制作，透镜中心厚度6.1±0.1mm，边缘厚度为5.1±0.1mm。物面为负透镜的正弯月面，像面为正透镜的正弯月面。所述CCD相机与双凹透镜间的光学距离为25.65mm；所述双凹透镜与透镜一的光学间隔为5.6mm；所述透镜一与透镜二间的光学间隔为340m；所述透镜二与待测样间的光学间隔为414.515mm。上述实施结构的镜片组具体结构数据如表所示：表面类型曲率半径各表面间距(mm)透镜直径(mm)物面414.5151标准面2标准面119.7583.625.43标准面-90.6162.525.44标准面-277.77334025.45标准面76.812625.46标准面-55.6212.425.47标准面-162.7225.625.48标准面78.032325.49标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长工作距离的数字显微光学成像装置，其特征在于，包括光学系统，位于所述光学系统出瞳的CCD组件，以及连接光学系统和CCD组件的镜筒装置；/n所示光学系统包括双凹透镜、第一双胶合凸透镜以及第二双胶合凸透镜；/n所述第一双胶合透镜物面为负透镜面，像面为正透镜面；/n所述第二双胶合透镜物面为负透镜面，像面为正透镜面；/n所述镜筒装置中，CCD与相机套筒相连接，并通过螺纹圈连接CCD组件与镜筒，双凹透镜、第一双胶合凸透镜以及第二双胶合凸透镜一起放置于镜筒中，并通过固定位置挡片固定透镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种长工作距离的数字显微光学成像装置，其特征在于，包括光学系统，位于所述光学系统出瞳的CCD组件，以及连接光学系统和CCD组件的镜筒装置；
所示光学系统包括双凹透镜、第一双胶合凸透镜以及第二双胶合凸透镜；
所述第一双胶合透镜物面为负透镜面，像面为正透镜面；
所述第二双胶合透镜物面为负透镜面，像面为正透镜面；
所述镜筒装置中，CCD与相机套筒相连接，并通过螺纹圈连接CCD组件与镜筒，双凹透镜、第一双胶合凸透镜以及第二双胶合凸透镜一起放置于镜筒中，并通过固定位置挡片固定透镜。


2.根据权利要求1所述的长工作距离的数字显微光学成像装置，其特征在于，所述CCD相机与双凹透镜间的光学距离为25.65mm；所述双凹透镜与第一双胶合凸透镜的光学间隔为5.6mm；所述第一双胶合凸透镜与第二双胶合凸透镜间的光学间隔为340mm；所述第二双胶合凸透镜与待测样间的光学间隔为414.515mm。
所述双凹透镜的中心厚度为3±0.1mm；第一双胶合凸透镜的正透镜中心厚度为6±0.1mm，负透镜中心厚度为2.4±0.1mm；第二双胶合透镜的正透镜中心厚度为3.6±0.1mm，负透镜中心厚度为2.5±0.1mm。


3.根据权利要求2所述的长工作距离的数字显微光学成像装置，其特征在于，所述CCD组件中，相机型号为Mer-125-30UM，使用C-m...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘梦涵，蔡华俊，宋旸，施雨清，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32