物镜的光瞳像差的补偿的制作方法

技术特征：
1.一种物镜系统，所述物镜系统包括：物镜(20)，所述物镜包括一组光学元件，其中，各个光学元件限定具体的光学特性，所述光学元件的光学特性引起所述物镜的光学像差，特别是球面像差，所述光学像差至少包括：图像像差，所述图像像差引起光束的边缘光线相对于所述光束的主光线的像差，特别是关于所述光束经由所述物镜投射到的像平面，以及光瞳像差，所述光瞳像差引起第一交点相对于第二交点沿所述物镜(20)的光轴的横向偏移(δz)，所述第一交点由光轴与具有第一入射角(u')的第一主光线的交点来定义，所述第二交点由所述光轴与具有第二入射角的第二主光线的交点来定义，所述第一入射角不同于所述第二入射角，其特征在于光学补偿元件(25、25a至25d)，所述光学补偿元件被配置成操纵透过所述光学补偿元件(25、25a至25d)的光的传播路径，其中，所述光学补偿元件(25、25a至25d)相对于所述物镜(20)被配置和设置成使得由所述光瞳像差引起的所述横向偏移(δz)减小。2.根据权利要求1所述的物镜系统，其特征在于所述光学补偿元件(25、25a至25d)被配置成使得减小所述光瞳像差的程度显著大于减小所述图像像差的程度。3.根据权利要求1或2所述的物镜系统，其特征在于在所述物镜(20)的所述图像像差基本保持不被改变的同时，所述光学补偿元件(25、25a至25d)提供由所述光瞳像差引起的横向偏移(δz)的减小。4.根据前述权利要求中任一项所述的物镜系统，其特征在于所述光学补偿元件(25、25a至25d)被安装于所述物镜(20)，具体地其中，所述光学补偿元件(25、25a至25d)的光轴与所述物镜(20)的光轴共轴或平行，和/或所述光学补偿元件(25、25a至25d)被定位成使得所述光学补偿元件(25、25a至25d)的入射光瞳的虚像位于距所述物镜(20)的入射光瞳的虚像小于20mm的距离处。5.根据前述权利要求中任一项所述的物镜系统，其特征在于所述光学补偿元件(25、25a至25d)具有在-2至 2屈光度(dpt)之间的折射能力，和/或包括至少两个光学部件，所述至少两个光学部件包括负弯月透镜和/或正弯月透镜，和/或包括位于所述至少两个光学部件之间的至少一个间隙。6.根据权利要求5所述的物镜系统，其特征在于所述至少一个间隙的范围是可调节的以补偿另外的光学像差效应，例如彗差、像散、色差和/或畸变，和/或由另外的光学元件引入的另外的光学像差效应，和/或所述至少一个间隙的宽度由所述至少两个光学部件的限制表面来限制，其中，所述限制表面是平行的或同心的或包括至多5
°
的相对斜率差，和/或所述至少两个光学部件之间的距离至多是所述光学部件之一的直径的五分之一，并且特别是至少0.005mm，所述至少一个间隙的宽度由该距离限定。7.根据前述权利要求中任一项所述的物镜系统，其特征在于所述光学补偿元件(25、25a至25d)包括第一端面和与所述第一端面相反的第二端面，
所述第一端面和所述第二端面是平行的或同心的或包括至多5
°
的相对斜率差。8.根据前述权利要求中任一项所述的物镜系统，其特征在于所述光学补偿元件(25、25a至25d)提供总补偿光瞳像差赛德尔系数，所述总补偿光瞳像差赛德尔系数具有与所述物镜的总物镜光瞳像差赛德尔系数相反的符号，所述物镜的总物镜光瞳像差赛德尔系数是由主光线从所述物镜的孔径开始朝向物平面的传播来定义的。9.根据权利要求8所述的物镜系统，其特征在于所述物镜的总物镜光瞳像差赛德尔系数为其中k是表面折射率，m是部分表面的总数，并且其中其中a是折射不变量，h是主光线在与各个表面的交叉处的高度，并且是在所述主光线的折射期间的变化，其中u是所述主光线与所述光轴之间的角度，并且n是折射率。10.根据前述权利要求中任一项所述的物镜系统，其特征在于所述总补偿光瞳像差赛德尔系数的大小至少是所述总物镜光瞳像差赛德尔系数的大小的50％。11.根据前述权利要求中任一项所述的物镜系统，其特征在于所述总物镜光瞳像差赛德尔系数的大小是通过对所述物镜(20)的光学测量和/或仿真，特别是光线跟踪得到的。12.一种光学补偿元件(25、25a至25d)，所述光学补偿元件用于根据前述权利要求中任一项所述的物镜系统，其中，所述光学补偿元件(25、25a至25d)被配置成能够安装在所述物镜系统的物镜上，并且其中，所述光学补偿元件(25、25a至25d)被配置成能够相对于所述物镜(20)安装成使得减小所述物镜(20)的横向偏移(δz)，其中，光瞳像差引起第一交点相对于第二交点沿所述物镜的光轴的横向偏移(δz)，所述第一交点由所述光轴与具有第一入射角的第一主光线的交点来定义，所述第二交点由所述光轴与具有第二入射角的第二主光线的交点来定义，所述第一入射角不同于所述第二入射角。13.一种用于测量到对象的点的距离和/或角度的光学测量装置(1、10)，特别是工业或大地测量装置或计量装置，特别是三角测量装置或条纹投影3d扫描仪，所述光学测量装置(1、10)具有至少一个物镜(20)和至少一个图像传感器，其中，所述光学测量装置(1、10)提供基于三角测量的光学测量，其特征在于所述光学测量装置(1、10)包括根据权利要求1至11中任一项所述的物镜系统，其中，所述物镜(20)和所述光学补偿元件(25、25a至25d)是所述物镜系统的一部分。14.一种用于补偿物镜(20)的光瞳像差的方法，所述方法包括以下步骤：通过确定所述物镜的总物镜光瞳像差赛德尔系数来得到所述物镜(20)的光瞳像差，所述总物镜光瞳像差赛德尔系数是由主光线从所述物镜的孔径开始朝向物平面的传播来定义的，设计光学补偿元件(25、25a至25d)，所述光学补偿元件包括总补偿光瞳像差赛德尔系数，所述总补偿光瞳像差赛德尔系数具有与所述物镜的总物镜光瞳像差赛德尔系数相反的符号，具体地其中，所述光学补偿元件(25、25a至25d)是根据前述权利要求中任一项配置的，并且将所述光学补偿元件(25、25a至25d)安装于所述物镜(20)。
15.一种用于校准根据权利要求13所述的光学测量装置(1、10)的方法，所述方法包括以下步骤：执行根据权利要求14所述的方法，并且通过该方法提供具有针孔光学器件或准针孔光学器件的物镜系统；提供校准基准；利用所述光学测量装置(1、10)相对于所述校准基准的不同姿态，捕获所述校准基准的图像；通过图像处理来在所述图像中检测校准基准点的图像点；建立所述图像点与所述校准基准的对应校准基准点之间的映射，以及通过使用针孔模型计算所述图像点与所述校准基准点之间的最佳拟合，来校准所述光学测量装置(1、10)的定向和/或相机模型参数。

技术总结
本发明涉及物镜的光瞳像差的补偿。一种包括物镜(20)的物镜系统，物镜(20)包括一组光学元件，光学元件的光学特性引起物镜的光学像差，光学像差至少包括引起光束的边缘光线相对于光束的主光线的像差的图像像差和引起第一交点相对于第二交点沿物镜(20)的光轴的横向偏移的光瞳像差，第一交点由光轴与具有第一入射角的第一主光线的交点来定义，第二交点由光轴和具有第二入射角的第二主光线的交点来定义，第一入射角不同于第二入射角。系统包括光学补偿元件(25)，光学补偿元件(25)被配置成操纵透过该光学补偿元件(25)的光的传播路径，其中该光学补偿元件(25)相对于物镜(20)被配置和设置成使得由光瞳像差引起的横向偏移减小。和设置成使得由光瞳像差引起的横向偏移减小。和设置成使得由光瞳像差引起的横向偏移减小。


技术研发人员：杨征
受保护的技术使用者：赫克斯冈技术中心
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/6/7