一种双远心镜头和光学器件

文档序号:1845073 发布日期:2021-11-16 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 一种双远心镜头和光学器件 (Double telecentric lens and optical device ) 是由 白虎冰 赵飞 朱红伟 邱盛平 于 2021-08-11 设计创作,主要内容包括:本发明公开一种双远心镜头和光学器件,所述双远心镜头包括由物面到像面依次布置的前透镜组、光阑和后透镜组,本发明的技术方案中,通过前透镜组的像面和后透镜组的物面在光阑处重合,从而使得前透镜组、光阑和后透镜组三者之间构成一个双远心镜头,利用双远心镜头的高分辨率、低畸变等良好的光学特性,从而提升光学镜头在工业检测的领域的检测精度。(The invention discloses a double telecentric lens and an optical device, wherein the double telecentric lens comprises a front lens group, a diaphragm and a rear lens group which are sequentially arranged from an object plane to an image plane.)

一种双远心镜头和光学器件

技术领域

本发明涉及工业检测的技术领域,具体涉及一种双远心镜头和光学器件。

背景技术

在工业检测应用中,经常需要对物体进行高精度的非接触检测,光学成像的非接触性测量方法使用较多,因此对光学镜头的特性要求较高,否则由于光学系统的成像误差造成测量结果偏离实际情况,测量失去高精度的意义。

一般工业光学镜头在使用过程中,由于物距的调整偏差,导致成像视场和倍率发生变化,出现这种情况,会导致工业检测的过程中镜头的视场和放大率产生变化,这种情况在工业检测中会存在严重的精度误差,需要采取额外的方法或技术去解决,影响使用和检测效率。由于物距的不确定,导致检测的不可控性和复杂性。

在工业检测中,对于温度无法满足检测要求的环境,现有的双远心镜头对环境温度需求较高,需要稳定的温度条件,对于存在温度变化的环境,现有的双远心镜头很少考虑环境适应性,在不满足环境要求时镜头性能就会急剧下降,甚至不能使用,本发明在设计时考虑了高低温环境下的使用条件,保证温度变化的条件下也能正常使用。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种双远心镜头,旨在提升光学镜头在工业检测的领域的检测精度。

为实现上述目的,本发明提出的一种双远心镜头,其特征在于,所述双远心镜头包括由物面到像面依次布置的前透镜组、光阑和后透镜组,其中,所述前透镜组的像面和所述后透镜组的物面在所述光阑处重合。

优选地,所述前透镜组包括自所述物面到所述像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜,其中,所述第一透镜的光焦度为正,所述第二透镜的光焦度为正,所述第三透镜的光焦度为正,所述第四透镜的光焦度为负。

优选地,所述后透镜组包括自所述物面到所述像面依次设置的第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜,其中,所述第五透镜的光焦度为正,所述第六透镜的光焦度为正,所述第七透镜的光焦度为负,所述第八透镜的光焦度为正,所述第九透镜的光焦度为正。

优选地,所述双远心镜头的远心度小于0.02%。

优选地,所述双远心镜头采用无热化设计。

优选地,所述前透镜组和/或所述后透镜组采用球面镜。

优选地,所述前透镜组和所述物面的距离为99.5mm~100.5mm。

优选地,所述前透镜组和所述后透镜组采用球面镜,每个透镜都具有靠近所述物侧物面的物侧面物侧面和靠近所述像侧像面的像侧面像侧面;

所述第一透镜的物侧面物侧面的半径为153.5657mm,厚度为8.0010mm,所述第一透镜的像侧面像侧面的半径为-130.3873mm,厚度为10.1251mm;

所述第二透镜的物侧面物侧面的半径为53.1546mm,厚度为11.3037mm,所述第二透镜的像侧面像侧面的半径为54.3410mm,厚度为9.9329mm;

所述第三透镜的物侧面物侧面的半径为33.3306mm,厚度为8.1880mm,所述第三透镜的像侧面像侧面的半径为49.5282mm,厚度为2.1393mm;

所述第四透镜的物侧面物侧面的半径为-34.7576mm,厚度为5.0003mm,所述第四透镜的像侧面像侧面的半径为38.4613mm,厚度为3.8311mm。

优选地,所述物方远心前透镜组和所述像方远心后透镜组采用球面镜,每个透镜都具有靠近所述物侧物面的物侧面物侧面和靠近所述像侧像面的像侧面像侧面,

所述第五透镜的物侧面物侧面的半径为46.3186mm,厚度为3.5015mm,所述第五透镜的像侧面像侧面的半径为-34.2055mm,厚度为2.2179mm;

所述第六透镜的物侧面物侧面的半径为75.9314mm,厚度为3.5134mm,所述第六透镜的像侧面像侧面的半径为-92.0444mm,厚度为2.2900mm;

所述第七透镜的物侧面物侧面的半径为-29.8100mm,厚度为3.0000mm,所述第七透镜的像侧面像侧面的半径为40.0111mm,厚度为72.7125mm;

所述第八透镜的物侧面物侧面的半径为-122.6894mm,厚度为9.3174mm,所述第八透镜的像侧面像侧面的半径为-68.8459mm,厚度为1.5000mm;

所述第八透镜的物侧面物侧面的半径为756.5312mm,厚度为10.0004mm,所述第八透镜的像侧面像侧面的半径为-175.2236mm,厚度为140.0000mm。

为实现上述目的,本申请还提出一种光学器件,包括如上文任意一项所述的双远心镜头。

本发明的技术方案中,通过前透镜组的像面和所述后透镜组的物面在光阑处重合,从而使得前透镜组、光阑和后透镜组三者之间构成一个双远心镜头,利用双远心镜头的高分辨率、低畸变等良好的光学特性,从而提升光学镜头在工业检测的领域的检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的双远心镜头的一实施例的结构示意图;

图2为图1的双远心镜头在0℃下MTF图;

图3为图1的双远心镜头在20℃下MTF图;

图4为图1的双远心镜头在60℃下MTF图。

附图标号说明:

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。

另外,若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,全文中出现的“和/或”的含义,包括三个并列的方案,以“A和/或B”为例,包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。

在工业检测应用中,经常需要对被测物体的形位参数物质直接进行高精度的非接触检测,经常采用光学成像的非接触性测量方法进行测量使用较多,此时因此对光学镜头的特性要求较高,否则由于光学系统的成像误差造成测量结果降低偏离实际情况,并同时给数据处理带来困难测量失去高精度的意义。

一般工业光学镜头在使用过程中,会由于物距的调整偏差,导致成像视场和倍率发生变化,出现这种情况,会导致工业检测的过程中镜头的视场和放大率产生变化,这种情况在工业检测的使用过程中会存在严重的精度误差,需要采取额外的方法或技术去解决,影响使用和检测效率。由于物距的不确定,导致检测的不可控性和复杂性。

在工业检测中,对于温度无法满足检测要求的环境,现有的双远心镜头对环境温度需求较高,需要稳定的温度条件,对于存在温度变化的环境,现有的双远心镜头很少考虑环境适应性,在不满足环境要求时镜头性能就会急剧下降,甚至不能使用,本发明在设计时考虑了高低温环境下的使用条件,保证温度变化的条件下也能正常使用。

鉴于此,本发明提供一种双远心镜头100和光学器件,图1为本发明提供的双远心镜头的一实施例的结构示意图;图2为图1的双远心镜头在0℃下MTF图;图3为图1的双远心镜头在20℃下MTF图;图4为图1的双远心镜头在60℃下MTF图,请参阅图1至图4。

所述双远心镜头100包括由物面40到像面50依次布置的前透镜组10、光阑20和后透镜组30,其中,所述前透镜组10的像面和所述后透镜组30的物面在所述光阑20处重合。

本发明的技术方案中,通过前透镜组10的像面和述后透镜组30的物面在光阑20处重合,从而使得前透镜组10、光阑20和后透镜组30三者之间构成一个双远心镜头100,利用双远心镜头100的高分辨率、低畸变等良好的光学特性,从而提升光学镜头在工业检测的领域的检测精度。

进一步地,传统的光学镜头,在光线的入射角较大时,检测效果较差,所述前透镜组10包括自所述物面40到所述像面50依次设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14,其中,所述第一透镜11的光焦度为正,所述第二透镜12的光焦度为正,所述第三透镜13的光焦度为正,所述第四透镜14的光焦度为负,通过将所述前透镜组10前三个透镜设置成正光焦度,从而能够将一些入射角较大的光线汇聚至第四透镜14上,然后通过第四透镜14的折射,将光线汇聚于光阑20,并且,第一透镜11的光焦度为0.0108~0.0125,所述第二透镜12的折射率大于1.8。

再进一步的,所述后透镜组30包括自所述物面40到所述像面50依次设置的第五透镜31、第六透镜32、第七透镜33、第八透镜34和第九透镜35,其中,所述第五透镜31的光焦度为正,所述第六透镜32的光焦度为正,所述第七透镜33的光焦度为负,所述第八透镜34的光焦度为正,所述第九透镜35的光焦度为正。并且,所述前透镜组10和/或所述后透镜组30采用球面镜,并且,第九透镜35的光焦度为0.004~0.006,所述第六透镜32和所述第七透镜的33的折射率大于1.7。

此外,为了满足测量精度的要求,保证畸变量,所述双远心镜头100的远心度小于0.02%,具体的,可以调节光阑的通光孔径满足整个光学系统的远心度要求。

进一步地,传统的光学镜头,由于光源照射引起的温升或环境温度的变化,导致镜头出现较大的性能下降,无法使用,稳定性较差。为了保证本申请的双远心镜头100在不同的温度环境下的稳定性,在本申请中的所述双远心镜头100采用无热化设计。

下表所列数据为一具体实例:

上表中面的编号是指的,图1中从物面40到像面50每一个面,可以理解的是S1是指的第一透镜11靠近物面40的一面,S2是第一透镜11靠近像面50的一面,S3是指的第二透镜12靠近物面40的一面,S4是第二透镜12靠近像面50的一面,以此类推,每个标号都代表一个面。

所述双远心镜头100采用无热化设计,通过上述材料的配合,从而使得所述双远心镜头100在不同的温度环境下都有比较优良的稳定性,请参阅图2至图4,从图中可以清楚的看出,本申请的双远心镜头100在0℃到60℃的环境温度下,双远心镜头100的性能十分稳定,具有优良的稳定性。

并且,所述前透镜组10能够在固定物距的情况下有较大的景深,经过多次的实验证明,所述前透镜组10和所述物面40的距离为99.5mm~100.5mm时,镜头的放大倍率为1.825~1.83,景深最大,检测的效果最好,并且能够保证成像的畸变小于0.005%。

进一步地,所述前透镜组10和所述后透镜组30采用球面镜,每个透镜都具有靠近所述物侧物面40的物侧物面40面和靠近所述像侧像面50的像侧像面50面;所述第一透镜11的物侧物面40面的半径为153.5657mm,厚度为8.0010mm,所述第一透镜11的像侧像面50面的半径为-130.3873mm,厚度为10.1251mm;所述第二透镜12的物侧物面40面的半径为53.1546mm,厚度为11.3037mm,所述第二透镜12的像侧像面50面的半径为54.3410mm,厚度为9.9329mm;所述第三透镜13的物侧物面40面的半径为33.3306mm,厚度为8.1880mm,所述第三透镜13的像侧像面50面的半径为49.5282mm,厚度为2.1393mm;所述第四透镜14的物侧物面40面的半径为-34.7576mm,厚度为5.0003mm,所述第四透镜14的像侧像面50面的半径为38.4613mm,厚度为3.8311mm。所述物方远心前透镜组10和所述像方远心后透镜组30采用球面镜,每个透镜都具有靠近所述物侧物面40的物侧物面40面和靠近所述像侧像面50的像侧像面50面,所述第五透镜31的物侧物面40面的半径为46.3186mm,厚度为3.5015mm,所述第五透镜31的像侧像面50面的半径为-34.2055mm,厚度为2.2179mm;所述第六透镜32的物侧物面40面的半径为75.9314mm,厚度为3.5134mm,所述第六透镜32的像侧像面50面的半径为-92.0444mm,厚度为2.2900mm;所述第七透镜33的物侧物面40面的半径为-29.8100mm,厚度为3.0000mm,所述第七透镜33的像侧像面50面的半径为40.0111mm,厚度为72.7125mm;所述第八透镜34的物侧物面40面的半径为-122.6894mm,厚度为9.3174mm,所述第八透镜34的像侧像面50面的半径为-68.8459mm,厚度为1.5000mm;所述第八透镜34的物侧物面40面的半径为756.5312mm,厚度为10.0004mm,所述第八透镜34的像侧像面50面的半径为-175.2236mm,厚度为140.0000mm,通过上述设置的双远心镜头100,设计可以达到远心度在0.02%范围内,畸变小于0.005%,场曲最大偏差小于100μm,镜头的弥散圆直径为0.005mm。

为实现上述目的,本申请还提出一种光学器件,包括如上文任意一项所述的双远心镜头100。

以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

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