一种双远心镜头的制作方法

1.本发明属于光学设计技术领域，具体涉及一种双远心镜头。


背景技术：

2.工业镜头在机器视觉系统中有十分重要的作用，随着技术的发展，对工业镜头的要求越来越精确。为了克服近大远小的问题，双远心技术应运而生，在一定物距范围内，放大倍率不会随物距的变化而变化，对被测元件的位置就没有特别严格的要求。与普通镜头相比，双远心镜头下的物体可以更精确的展示出工业元件的尺寸。随着机器视觉系统的不断发展，对双远心镜头的性能提出了更高的要求。
3.目前市场上只有物方远心镜头大倍率的比较多，但目前市场上高性能的大倍率双远心镜头却非常少。双远心镜头对精密测量有着非常重要的影响，随着机器视觉的不断发展，对双远心镜头的性能要求也越来越高。对于双远心镜头来说，现有的双远心镜头绝大部分还是小倍率镜头，且大部分双远心镜头只能做到畸变率为0.1％、远心度为0.1
°
，对比度和分辨率的处理也比较粗糙，已经不能满足对于不同产品精密测量越来越精确的要求。本发明要解决的问题是设计一款大倍率双远心镜头，提高双远心镜头的性能，尽可能的减小畸变率和远心度，尽可能提高对比度和分辨率。现有的大倍率双远心镜头很少且设计依旧有一些粗糙，对比度和分辨率也都不是很高，远心度为0.1
°
，畸变率为0.1％，也已经不太能满足日益精确的测量精度要求。


技术实现要素：

4.本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种双远心镜头，在保证大倍率的情况下，提高镜头的分辨率和对比度，以及减小镜头的远心度和畸变率。
5.本发明的目的是提供一种双远心镜头，沿着光路依次包括光学放大组、孔径光阑和成像组；其中：
6.所述光学放大组由五片透镜组成，沿着光路依次为：第一片透镜、第二片透镜、第三片透镜、第四片透镜和第五片透镜；所述第一片透镜为双凸透镜，第二片透镜为双凹透镜，第三片透镜为双凹透镜，第四片透镜为凹凸透镜，第五片透镜为凹透镜；所述第四片透镜和第五片透镜胶合为第一胶合组；
7.孔径光阑位于光学放大组和成像组之间；
8.所述成像组由五片透镜组成，沿着光路依次为：第六片透镜、第七片透镜、第八片透镜、第九片透镜和第十片透镜；所述第六片透镜为凹透镜，第七片透镜为凸凹透镜，第八片透镜为双凸透镜，第九片透镜为凸凹透镜，第十片透镜为双凹透镜，所述第六片透镜和第七片透镜胶合为第二胶合组。
9.优选地，所述第四片透镜和第五片透镜胶合的中点涂有光敏胶。
10.优选地，所述第六片透镜和第七片透镜胶合的中点涂有光敏胶。
11.优选地，所述第一片透镜入光面的曲率半径为152.912
±
5％，出光面的曲率半径
为
‑
152.912
±
5％；所述第二片透镜入光面的曲率半径为152.912
±
5％，出光面的曲率半径为
‑
152.912
±
5％；所述第三片透镜入光面的曲率半径为65.019
±
5％，出光面的曲率半径为
‑
65.019
±
5％；所述第四片透镜入光面的曲率半径为
‑
60.358
±
5％，出光面的曲率半径为
‑
30.589
±
5％；所述第五片透镜入光面的曲率半径为
‑
30.589
±
5％，出光面为平面；所述第六片透镜入光面为平面，出光面的曲率半径为18.820
±
5％；所述第七片透镜入光面的曲率半径为18.820
±
5％，出光面的曲率半径为60.566
±
5％；所述第八片透镜入光面的曲率半径为108.557
±
5％，出光面的曲率半径为
‑
42.753
±
5％；所述第九片透镜入光面的曲率半径为30.275
±
5％，出光面的曲率半径为53.616
±
5％；所述第十片透镜入光面的曲率半径为121.132
±
5％，出光面的曲率半径为20.769
±
5％，单位均为毫米。
12.优选地，所述第一片透镜的中心厚度为5.218
±
5％；所述第二片透镜的中心厚度为7.564
±
5％；所述第三片透镜的中心厚度为4.125
±
5％；所述第四片透镜的中心厚度为2.958
±
5％；所述第五片透镜的中心厚度为2.428
±
5％；所述第六片透镜的中心厚度为6.028
±
5％；所述第七片透镜的中心厚度为6.543
±
5％；所述第八片透镜的中心厚度为7.683
±
5％；所述第九片透镜的中心厚度为7.934
±
5％；所述第十片透镜的中心厚度为6.254
±
5％，单位均为毫米。
13.优选地，所述第一片透镜和第二片透镜的空气间隔在光轴上的距离为1
±
5％；第二片透镜和第三片透镜的空气间隔在光轴上的距离为12.473
±
5％；第三片透镜和第四片透镜的空气间隔在光轴上的距离为2.505
±
5％；第五片透镜和光阑的空气间隔在光轴上的距离为13.541
±
5％；光阑和第六片透镜的空气间隔在光轴上的距离为18.172
±
5％；第七片透镜和第八片透镜的空气间隔在光轴上的距离为45.053
±
5％；第八片透镜和第九片透镜的空气间隔在光轴上的距离为3.351
±
5％；第九片透镜和第十片透镜的空气间隔在光轴上的距离为5.889
±
5％，单位均为毫米。
14.优选地，所述第一片透镜的折射率和阿贝数分别为1.62、57
±
5％；所述第二片透镜的折射率和阿贝数分别为1.59、75.6
±
5％；所述第三片透镜的折射率和阿贝数分别为1.62、57
±
5％；所述第四片透镜的折射率和阿贝数分别为1.54、59.7
±
5％；所述第五片透镜的折射率和阿贝数分别为1.52、76.8
±
5％；所述第六片透镜的折射率和阿贝数分别为1.69、31.2
±
5％；所述第七片透镜的折射率和阿贝数分别为1.61、56.7
±
5％；所述第八片透镜的折射率和阿贝数分别为1.69、31.2
±
5％；所述第九片透镜的折射率和阿贝数分别为1.82、46.6
±
5％；所述第十片透镜的折射率和阿贝数分别为1.64、35.4
±
5％。
15.本发明具有的优点和积极效果是：
16.本发明的技术方案由十片透镜组成，每一片透镜或每几片透镜都有其特有的功能侧重点，这让镜头的每一项性能参数均有对应的透镜负责，使性能参数更加优化。第一胶合组和第二胶合组是双胶合的，两透镜是由两种不同的玻璃材质制成，为了使成像的图像放大倍率不会发生变化，且这两种玻璃组合可以相互抵消由透镜本身属性造成的畸变；两透镜是同轴的，这使光线在射入和射出时最大限度的抵消透镜本身带来的畸变影响。这两组透镜胶合组是主要负责平衡镜头畸变的，第一胶合组和第二胶合组相互搭配，可以最大限度的抵消透镜的畸变。第二片透镜和第三片透镜主要作用是为了降低物方远心度误差；第九片透镜、第十片透镜主要是为了降低像方远心度误差。第一片透镜、第二片透镜、第八片透镜、第九片透镜主要是调节光路的放大倍率。
17.每一片透镜均有侧重的负责各项性能参数，能更有针对性的提高该参数的性能。光路经过第一片透镜和第二片透镜，正式进入镜头光组，开始调节光路的放大倍率；由第三片透镜和第一胶合组调节物方远心度度误差；之后光通过光阑进入成像组；第二胶合组接受通过光阑的光信号，第二胶合组与第一胶合组相互配合，平衡降低整个镜头的畸变；其余透镜主要为平衡像方远心度和畸变。每个透镜各司其职，这样组合而成的镜头在大倍率的情况下就拥有了高对比度和分辨率，低远心度和畸变率的优秀性能。
附图说明
18.图1为本发明优选实施例的光路图；
19.图2为本发明优选实施例的光学弥散斑图；
20.图3为本发明优选实施例的调制函数mtf图；
21.图4为本发明优选实施例的场曲和像散图；
具体实施方式
22.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
23.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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做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。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.请参阅图1。
26.一种双远心镜头，主要包括：光学放大组和成像组；其中：
27.所述的光学放大组一共由五片透镜组成，沿着光路为：第一片透镜1为双凸透镜，第二片透镜2为双凹透镜，第三片透镜3为双凹透镜，第四片透镜4为凹凸透镜，第五片透镜5为凹透镜，第四片透镜和第五片透镜双胶合作为第一胶合组；中间放置孔径光阑；成像组同样由五片透镜组成，沿着光路为：第六片透镜6为凹透镜，第七片透镜7为凸凹透镜，第六片透镜和第七片透镜双胶合作为第二胶合组，第八片透镜8为双凸透镜，第九片透镜9为凸凹透镜，第十片透镜10为双凹透镜。
28.第一胶合组与第二胶合组的透镜均由两片透镜组合而成，且两片透镜的焦点在同一直线上。
29.第一胶合组的凸凹透镜与凹透镜是同轴的。
30.第二胶合组的凹透镜与凸凹透镜是同轴的。
31.第一胶合组与第二胶合组的两片透镜之间的中点涂有光敏胶。
32.对于组成光路的各透镜做进一步说明：第一片透镜的入光面的曲率半径为152.912
±
5％，出光面的曲率半径为
‑
152.912
±
5％；第二片透镜的入光面的曲率半径为
152.912
±
5％，出光面的曲率半径为
‑
152.912
±
5％；第三片透镜的入光面的曲率半径为65.019
±
5％，出光面的曲率半径为
‑
65.019
±
5％；第四片透镜的入光面的曲率半径为
‑
60.358
±
5％，出光面的曲率半径为
‑
30.589
±
5％；第五片透镜的入光面的曲率半径为
‑
30.589
±
5％，出光面的曲率半径为无限；第六片透镜的入光面的曲率半径为无限，出光面的曲率半径为18.820
±
5％；第七片透镜的入光面的曲率半径为18.820
±
5％，出光面的曲率半径为60.566
±
5％；第八片透镜的入光面的曲率半径为108.557
±
5％，出光面的曲率半径为
‑
42.753
±
5％；第九片透镜的入光面的曲率半径为30.275
±
5％，出光面的曲率半径为53.616
±
5％；第十片透镜的入光面的曲率半径为121.132
±
5％，出光面的曲率半径为20.769
±
5％。其单位均为毫米。
33.组成双远心光路的各透镜的中心厚度：第一片透镜的中心厚度为5.218
±
5％；第二片透镜的中心厚度为7.564
±
5％；第三片透镜的中心厚度为4.125
±
5％；第四片透镜的中心厚度为2.958
±
5％；第五片透镜的中心厚度为2.428
±
5％；第六片透镜的中心厚度为6.028
±
5％；第七片透镜的中心厚度为6.543
±
5％；第八片透镜的中心厚度为7.683
±
5％；第九片透镜的中心厚度为7.934
±
5％；第十片透镜的中心厚度为6.254
±
5％。其单位均为毫米。
34.物体与第一片透镜的空气间隔在光轴上的距离为50
±
5％；第一片透镜和第二片透镜的空气间隔在光轴上的距离为1
±
5％；第二片透镜和第三片透镜的空气间隔在光轴上的距离为12.473
±
5％；第三片透镜和第四片透镜的空气间隔在光轴上的距离为2.505
±
5％；第四片透镜和第五片透镜为双胶合，没有间隔；第五片透镜和光阑的空气间隔在光轴上的距离为13.541
±
5％；光阑和第六片透镜的空气间隔在光轴上的距离为18.172
±
5％；第六片透镜和第七片透镜为双胶合，没有间隔；第七片透镜和第八片透镜的空气间隔在光轴上的距离为45.053
±
5％；第八片透镜和第九片透镜的空气间隔在光轴上的距离为3.351
±
5％；第九片透镜和第十片透镜的空气间隔在光轴上的距离为5.889
±
5％。其单位均为毫米。
35.组成双远心光路的各透镜的折射率和阿贝数：第一片透镜的折射率和阿贝数分别为1.62、57
±
5％；第二片透镜的折射率和阿贝数分别为1.59、75.6
±
5％；第三片透镜的折射率和阿贝数分别为1.62、57
±
5％；第四片透镜的折射率和阿贝数分别为1.54、59.7
±
5％；第五片透镜的折射率和阿贝数分别为1.52、76.8
±
5％；第六片透镜的折射率和阿贝数分别为1.69、31.2
±
5％；第七片透镜的折射率和阿贝数分别为1.61、56.7
±
5％；第八片透镜的折射率和阿贝数分别为1.69、31.2
±
5％；第九片透镜的折射率和阿贝数分别为1.82、46.6
±
5％；第十片透镜的折射率和阿贝数分别为1.64、35.4
±
5％。
36.上述双远心镜头的工作距离为50mm，工作波段为450nm
‑
700nm。
37.请参阅图2，由光学弥散斑图可知：其中obj为物方视场，ima为像方视场，单位都是毫米。rms radius表示弥散斑的均方根半径，geo radius表示艾里斑半径，单位都是微米。如图所示，中心视场时，艾里斑半径为2.309μm，均方根半径为3.220μm；边缘视场时，艾里斑半径为2.651μm，均方根半径为7.378μm，绝大部分在艾里斑半径以内，轴上和轴外点能量集中度和象差矫正都非常好，达到了理想分辨率。
38.请参阅图3，由调制传递函数mtf图可知：横坐标为空间分辨率，单位为线对/毫米，纵坐标为对比度，值域为0
‑
1，ts表示不同视场下mtf的子午和弧矢分量。如图所示，各视场
mtf值在150线对/毫米处对比度大于0.3，且整个mtf曲线紧凑，可以看出镜头有很高的对比度和分辨率。
39.请参阅图4，由场曲和像散图可知：纵坐标为视场，横坐标单位为毫米。
40.由畸变图可知：纵坐标为视场，横坐标为畸变值。如图4可知，镜头在全视场内畸变值小于0.02％，镜头拥有极低的畸变值。
41.综上所述：本发明设计的双远心镜头拥有很高的对比度和分辨率，拥有极低的远心度和畸变率。
42.以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。