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大视野双远心光学系统

阅读：171发布：2021-06-06

专利汇可以提供大视野双远心光学系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种大视野双远心光学系统，包括由物方到像方沿光轴依次设置的第一光学组件、孔径光阑和第二光学组件，第一光学组件的组合光焦度为正，第二光学组件的组合光焦度为正，第一光学组件和第二光学组件的焦平面重合，焦平面与孔径光阑所在的平面重合；第一光学组件包括透镜Ⅰ和胶合的透镜Ⅱ与透镜Ⅲ，透镜Ⅰ的光焦度为正并部分承担第一光学组件的组合光焦度，透镜Ⅱ与透镜Ⅲ组合的光焦度为正，部分承担第一光学组件的组合光焦度，使不同视野不同波长的主光线精确汇聚于孔径光阑所在的平面内。本实用新型在一定范围内校正了由不同视野不同波长的主光线产生的球差和色差，获得较高的远心度，且不同波长光的远心度差异不大等优点。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是大视野双远心光学系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.大视野双远心光学系统，其特征在于：包括由物方到像方沿光轴依次设置的第一光学组件(1)、孔径光阑(3)和第二光学组件(2)，所述第一光学组件(1)的组合光焦度为正，所述第二光学组件(2)的组合光焦度为正，所述第一光学组件(1)和第二光学组件(2)的焦平面重合，所述焦平面与孔径光阑(3)所在的平面重合。
2.根据权利要求1所述的大视野双远心光学系统，其特征在于：所述第一光学组件(1)包括由物方到像方依次设置的透镜Ⅰ(1-1)和胶合的透镜Ⅱ(1-2)与透镜Ⅲ(1-3)，所述透镜Ⅰ(1-1)的光焦度为正，所述透镜Ⅱ(1-2)与透镜Ⅲ(1-3)组合的光焦度为正，两个正的光焦度共同承担第一光学组件(1)的组合光焦度，透镜Ⅱ(1-2)与透镜Ⅲ(1-3)用于校正球差和色差，使不同视场不同波长的主光线精确汇聚于孔径光阑(3)所在的平面内。
3.根据权利要求2所述的大视野双远心光学系统，其特征在于：所述透镜Ⅰ(1-1)为采用冕牌玻璃材料制作的平凸透镜或双凸透镜，透镜曲率半径小的面朝物方，若透镜Ⅰ(1-1)为平凸透镜则其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.7且50≤νd≤60，若透镜Ⅰ(1-1)为双凸透镜则其折射率和阿贝数满足1.4≤nd≤1.5且60≤νd≤80；所述透镜Ⅱ(1-2)为采用冕牌玻璃材料制作的平凸透镜或双凸透镜，透镜Ⅱ(1-2)的光焦度为正，其小曲率半径面朝物方，其折射率和阿贝数满足1.5≤nd≤1.6且55≤νd≤65；所述透镜Ⅲ(1-3)为采用火石玻璃材料制作的平凹透镜或双凹透镜，透镜Ⅲ(1-3)的光焦度为负，其小曲率半径面朝像方，其折射率和阿贝数满足1.8≤nd≤1.9且35≤νd≤45。
4.根据权利要求2所述的大视野双远心光学系统，其特征在于：最大视场主光线在透镜Ⅰ(1-1)上的入射高度为h1，经过透镜Ⅰ(1-1)后与光轴的夹角为θ1，在透镜Ⅱ(1-2)与透镜Ⅲ(1-3)组成的胶合透镜上的入射高度为h2，经过透镜Ⅱ(1-2)与透镜Ⅲ(1-3)组成的胶合透镜后与光轴的夹角θ2，同时满足 8.5°≤θ1≤9.0°、17.0°≤θ2≤17.5°。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的大视野双远心光学系统，其特征在于：在像面尺寸IF满足11＜IF≤43.5时，所述第二光学组件(2)包括由物方到像方依次设置的透镜Ⅳ(2-1)、透镜Ⅴ(2-2)、透镜Ⅵ(2-5)、透镜Ⅶ(2-3)和透镜Ⅷ(2-4)，所述透镜Ⅳ(2-1)和透镜Ⅴ(2-2)组合为光焦度为正的胶合透镜，用于校正系统场曲，所述透镜Ⅵ(2-5)的光焦度为负，所述透镜Ⅶ(2-3)和透镜Ⅷ(2-4)为参数一致的两枚正透镜。
6.根据权利要求5所述的大视野双远心光学系统，其特征在于：所述透镜Ⅳ(2-1)为用火石玻璃材料制作的双凹厚透镜，其厚度t为10≤t≤15，透镜Ⅳ(2-1)的小曲率半径面朝物方，其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.7且30≤νd≤40；所述透镜Ⅴ(2-2)为用冕牌玻璃材料制作的双凸透镜，透镜Ⅴ(2-2)的小曲率半径面朝像方，其折射率和阿贝数满足1.7≤nd≤1.8且50≤νd≤60；所述透镜Ⅵ(2-5)为用火石玻璃材料制作的弯月形厚透镜，透镜Ⅵ(2-
5)的凹面朝物方而凸面朝像方，其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.85且20≤νd≤35；所述透镜Ⅶ(2-3)和透镜Ⅷ(2-4)均为采用冕牌玻璃材料制作的凹凸透镜或平凸透镜，透镜Ⅶ(2-3)和透镜Ⅷ(2-4)的小曲率半径面相对邻近，其折射率和阿贝数满足1.7≤nd≤1.8且50≤νd≤60。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的大视野双远心光学系统，其特征在于：在像面IF尺寸满足IF＝11时，所述第二光学组件(2)包括由物方到像方依次设置的透镜Ⅳ(2-1)、透镜Ⅴ(2-2)、透镜Ⅶ(2-3)和透镜Ⅷ(2-4)，所述透镜Ⅳ(2-1)和透镜Ⅴ(2-2)组合成为光焦度为正的胶合透镜，用于校正系统场曲；所述透镜Ⅶ(2-3)和透镜Ⅷ(2-4)为参数一致的两枚正透镜。
8.根据权利要求7所述的大视野双远心光学系统，其特征在于：所述透镜Ⅳ(2-1)为用火石玻璃材料制作的双凹透镜，双凹透镜的小曲率半径面朝物方，其折射率和阿贝数满足
1.6≤nd≤1.7且25≤νd≤35；所述透镜Ⅴ(2-2)为采用冕牌玻璃材料制作的双凸透镜，其折射率和阿贝数满足1.55≤nd≤1.65且55≤νd≤65；所述透镜Ⅶ(2-3)和透镜Ⅷ(2-4)均为采用冕牌玻璃材料制作的平凸透镜或凹凸透镜，透镜Ⅶ(2-3)和透镜Ⅷ(2-4)的小曲率半径面相对邻近，其折射率和阿贝数满足1.7≤nd≤1.8且50≤νd≤60。

说明书全文

大视野双远心光学系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及光学仪器，具体为一种大视野双远心光学系统。

背景技术

[0002] 在机器视觉和工业自动化系统中，光学自动检测尤为关键，而光学镜头是实现光学自动检测的核心部件。

[0003] 双远心镜头，以其优异的成像质量，极小的畸变，极小的视差得到越来越广泛的应用。

[0004] 一方面，双远心镜头光学结构较复杂，特别是大视野的双远心镜头，多片大口径镜片的使用使得镜头造价极高，且极其笨重，故在双远心系统中，控制大口径镜片的使用是关键；另一方面，为了追求成本控制和工艺简单，过少的使用大口径镜片，则会由于球差和色差的影响造成远心度差、亦或出现远心度随波长变化剧烈等不利于实现高精度测量的不利影响。实用新型内容

[0005] 针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种大视野双远心光学系统。

[0006] 能够解决上述技术问题的大视野双远心光学系统，其技术方案包括由物方到像方沿光轴依次设置的第一光学组件、孔径光阑和第二光学组件，所述第一光学组件的组合光焦度为正，所述第二光学组件的组合光焦度为正，所述第一光学组件和第二光学组件的焦平面重合，所述焦平面与孔径光阑所在的平面重合。

[0007] 一种优化方案中，所述第一光学组件包括由物方到像方依次设置的透镜Ⅰ和胶合为一体的透镜Ⅱ与透镜Ⅲ，所述透镜Ⅰ的光焦度为正，所述透镜Ⅱ与透镜Ⅲ组合的光焦度为正，两个正的光焦度共同承担第一光学组件的组合光焦度，透镜Ⅱ与透镜Ⅲ用于校正球差和色差，使不同视场不同波长的主光线精确汇聚于孔径光阑所在的平面内。

[0008] 进一步，所述透镜Ⅰ为采用冕牌玻璃材料制作的平凸透镜或双凸透镜，透镜曲率半径小的面朝物方，若透镜Ⅰ为平凸透镜则其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.7且50≤νd≤60，若透镜Ⅰ为双凸透镜则其折射率和阿贝数满足1.4≤nd≤1.5且60≤νd≤80；所述透镜Ⅱ为采用冕牌玻璃材料制作的平凸透镜或双凸透镜，透镜Ⅱ的光焦度为正，其小曲率半径面朝物方，其折射率和阿贝数满足1.5≤nd≤1.6且55≤νd≤65；所述透镜Ⅲ为采用火石玻璃材料制作的平凹透镜或双凹透镜，透镜Ⅲ的光焦度为负，其小曲率半径面朝像方，其折射率和阿贝数满足1.8≤nd≤1.9且35≤νd≤45。

[0009] 为保证较好的球差和色差校正能力，最大视场主光线在透镜Ⅰ上的入射高度为h1，经过透镜Ⅰ后与光轴的夹角θ1，在透镜Ⅱ与透镜Ⅲ组成的胶合透镜上的入射高度为h2，经过透镜Ⅱ与透镜Ⅲ组成的胶合透镜后与光轴的夹角θ2，同时满足： 8.5°≤θ1≤9.0°、17.0°≤θ2≤17.5°。

[0010] 所述第二光学组件依据不同的像面尺寸而不同：

[0011] 1、在像面尺寸IF满足11＜IF≤43.5时，所述第二光学组件包括由物方到像方依次设置的透镜Ⅳ、透镜Ⅴ、透镜Ⅵ、透镜Ⅶ和透镜Ⅷ，所述透镜Ⅳ和透镜Ⅴ组合为光焦度为正的胶合透镜，主要用于校正系统场曲，所述透镜Ⅵ的光焦度为负，所述透镜Ⅶ和透镜Ⅷ为参数一致的两枚正透镜。

[0012] 进一步，所述透镜Ⅳ为用火石玻璃材料制作的双凹厚透镜，其厚度t满足10≤t≤15，透镜Ⅳ的小曲率半径面朝物方，其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.7且30≤νd≤40；所述透镜Ⅴ为用冕牌玻璃材料制作的双凸透镜，透镜Ⅴ的小曲率半径面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.7≤nd≤1.8且50≤νd≤60；所述透镜Ⅵ为用火石玻璃材料制作的弯月形厚透镜，透镜Ⅵ的凹面朝物方而凸面朝像方，其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.85且20≤νd≤
35；所述透镜Ⅶ和透镜Ⅷ均为采用冕牌玻璃材料制作的凹凸透镜或平凸透镜，透镜Ⅶ和透镜Ⅷ的小曲率半径面相对邻近，其折射率和阿贝数满足1.7≤nd≤1.8且50≤νd≤60。

[0013] 2、在像面IF尺寸满足IF＝11时，所述第二光学组件包括由物方到像方依次设置的透镜Ⅳ、透镜Ⅴ、透镜Ⅶ和透镜Ⅷ，所述Ⅳ和透镜Ⅴ组合成为光焦度为正的胶合透镜，主要用于校正系统场曲；所述透镜Ⅶ和透镜Ⅷ为参数一致的两枚正透镜。

[0014] 进一步，所述透镜Ⅳ为用火石玻璃材料制作的双凹透镜，双凹透镜的小曲率半径面朝物方，其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.7且25≤νd≤35；所述透镜Ⅴ为采用冕牌玻璃材料制作的双凸透镜，其折射率和阿贝数满足1.55≤nd≤1.65且55≤νd≤65；所述透镜Ⅶ和透镜Ⅷ均为采用冕牌玻璃材料制作的凹凸透镜或平凸透镜，透镜Ⅶ和透镜Ⅷ的小曲率半径面相对邻近，其折射率和阿贝数满足1.7≤nd≤1.8且50≤νd≤60。

[0015] 本实用新型的有益效果：

[0016] 1、本实用新型大视野双远心光学系统结构简单，兼顾了光学系统性能和制造工艺可行性。

[0017] 2、本实用新型中，透镜Ⅱ和透镜Ⅲ组成胶合透镜，在一定范围内校正了由不同视场不同波长的主光线产生的球差和色差，从而获得较高的远心度，且不同波长光的远心度差异不大。附图说明

[0018] 图1为本实用新型一种实施方式的结构示意图。

[0019] 图2为本实用新型另一种实施方式的结构示意图。

[0020] 图号标识：1、第一光学组件；1-1、透镜Ⅰ；1-2、透镜Ⅱ；1-3、透镜Ⅲ；2、第二光学组件；2-1、透镜Ⅳ；2-2、透镜Ⅴ；2-3、透镜Ⅶ；2-4、透镜Ⅷ；2-5、透镜Ⅵ；3、孔径光阑。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图所示实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。

[0022] 本实用新型大视野双远心光学系统，包括由物方(左)到像方(右)沿光轴依次设置的第一光学组件1、孔径光阑3和第二光学组件2，所述第一光学组件1的组合光焦度为正，所述第二光学组件2的组合光焦度为也为正，第一光学组件1和第二光学组件2的焦平面重合，所述焦平面与孔径光阑3所在的平面重合，如图1所示。

[0023] 所述第一光学组件1包括左置的透镜Ⅰ1-1和右置且胶合在一起的透镜Ⅱ1-2与透镜Ⅲ1-3，所述透镜Ⅰ1-1为采用冕牌玻璃材料制作的平凸透镜，其曲率半径小的面朝物方(左)，其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.7且50≤νd≤60，所述透镜Ⅱ1-2为采用冕牌玻璃材料制作的平凸透镜，透镜Ⅱ1-2的光焦度为正，其小曲率半径面朝物方(左)，其折射率和阿贝数满足1.5≤nd≤1.6且55≤νd≤65，所述透镜Ⅲ1-3为采用火石玻璃材料制作的平凹透镜，透镜Ⅲ1-3的光焦度为负，其小曲率半径面朝像方(右)，其折射率和阿贝数满足1.8≤nd≤1.9且35≤νd≤45；最大视场主光线在透镜Ⅰ1-1上的入射高度为h1(如62.5mm)，经过透镜Ⅰ1-1后与光轴的夹角为θ1(如8.88°)，在透镜Ⅱ1-2与透镜Ⅲ1-3组成的胶合透镜上的入射高度为h2(如33mm)，经过透镜Ⅱ1-2与透镜Ⅲ1-3组成的胶合透镜后与光轴的夹角θ2(如
17.21°)，同时满足如下关系： 8.5°≤θ1≤9.0°、17.0°≤θ2≤17.5°，如图1所示。

[0024] 所述第二光学组件2根据不同的像面尺寸而采取不同的技术方案：

[0025] 1、若像面尺寸IF满足11＜IF≤43.5时，所述第二光学组件2包括由物方(左)到像方(右)依次设置的透镜Ⅳ2-1、透镜Ⅴ2-2、透镜Ⅵ2-5、透镜Ⅶ2-3和透镜Ⅷ2-4，所述透镜Ⅳ2-1和透镜Ⅴ2-2组合为光焦度为正的胶合透镜，主要用于校正系统场曲，所述透镜Ⅵ2-5的光焦度为负，所述透镜Ⅶ2-3和透镜Ⅷ2-4为参数一致的两枚正透镜，透镜Ⅶ2-3和透镜Ⅷ2-
4均为采用冕牌玻璃材料制作的平凸透镜或凹凸透镜，透镜Ⅶ2-3和透镜Ⅷ2-4的小曲率半径面相对邻近，其折射率和阿贝数满足1.7≤nd≤1.8且50≤νd≤60，如图1所示。

[0026] 所述透镜Ⅳ2-1为用火石玻璃材料制作的双凹厚透镜，其厚度t满足10≤t≤15，透镜Ⅳ2-1的小曲率半径面朝物方(左)，其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.7且30≤νd≤40；所述透镜Ⅴ2-2为用冕牌玻璃材料制作的双凸透镜，透镜Ⅴ2-2的小曲率半径面朝像方(右)，其折射率和阿贝数满足1.7≤nd≤1.8且50≤νd≤60；所述透镜Ⅵ2-5为用火石玻璃材料制作的弯月形厚透镜，透镜Ⅵ2-5的凹面朝物方(左)而凸面朝像方(右)，其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.85且20≤νd≤35，如图1所示。

[0027] 在IF＝23时(物方视野125mm)，所述第一光学组件1、孔径光阑3、第二光学组件2的一例设计参数见下表：

[0028]

[0029] 上述技术方案中，在不同光学系统总体参数下，为获得更好的像质，所述透镜Ⅰ1-1可采用折射率和阿贝数满足的1.4≤nd≤1.5且60≤νd≤80双凸透镜来替代平凸透镜；所述透镜Ⅱ1-2可采用双凸透镜替代平凸透镜；所述透镜Ⅲ1-3可采用双凹透镜替代平凹透镜。

[0030] 2、若像面尺寸IF满足IF＝11时，所述第二光学组件2(差别在于少了透镜Ⅵ2-5)包括由物方(左)到像方(右)依次设置的透镜Ⅳ2-1、透镜Ⅴ2-2、透镜Ⅶ2-3和透镜Ⅷ2-4，所述Ⅳ2-1和透镜Ⅴ2-2组合成为光焦度为正的胶合透镜，主要用于校正系统场曲；所述透镜Ⅶ2-3和透镜Ⅷ2-4为参数一致的两枚正透镜，透镜Ⅶ2-3和透镜Ⅷ2-4均为采用冕牌玻璃材料制作的平凸透镜或凹凸透镜，透镜Ⅶ2-3和透镜Ⅷ2-4的小曲率半径面相对邻近，其折射率和阿贝数满足1.7≤nd≤1.8且50≤νd≤60，如图2所示。

[0031] 所述透镜Ⅳ2-1为用火石玻璃材料制作的双凹透镜，双凹透镜的小曲率半径面朝物方(左)，其折射率和阿贝数满足1.6≤nd≤1.7且25≤νd≤35；所述透镜Ⅴ2-2为采用冕牌玻璃材料制作的双凸透镜，其折射率和阿贝数满足1.55≤nd≤1.65且55≤νd≤65，如图2所示。

[0032] 在IF＝11时(物方视野180mm)，所述第一光学组件1、孔径光阑3、第二光学组件2的一例设计参数见下表：

[0033]

[0034]

[0035] 上述技术方案中，在不同光学系统总体参数下，为获得更好的像质，所述透镜Ⅰ1-1可采用折射率和阿贝数满足的1.4≤nd≤1.5且60≤νd≤80双凸透镜来替代平凸透镜；所述透镜Ⅱ1-2可采用双凸透镜替代平凸透镜；所述透镜Ⅲ1-3可采用双凹透镜替代平凹透镜。

[0036] 上述实施例仅表达了本实用新型的两种较为具体和详细的实施，但并不能理解为对实用新型保护范围的限制。必须指出，对于本领域的技术人员而言，在不违背本实用新型思路的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

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大视野双远心光学系统

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