一种低倍率折反射双远心光学系统

1.本实用新型涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种低倍率折反射双远心光学系统。


背景技术：

2.近年来机器视觉在尺寸测量中应用越来越广泛，光学系统、照明、相机及软件结合的测量方案精度越来越高。普通定焦镜头因为有视场角，镜头放大倍率随着物距的变化而发生改变，因此在自动化生产当中，会因为振动传输或者部件位置不准确而导致测量精度不够精确，而远心镜头能够很好地解决这个问题。双远心镜头在物方空间以及像方空间都具有远心性，光线平行进入光学系统，同时也是平行出射光学系统，同时双远心镜头具有低畸变、大景深及消除视差等特点，使得双远心镜头在测量案例中被广泛应用。
3.对于透射式的双远心镜头，口径超过100mm，透镜的材料特性品质不好保证，材料种类较少，加工工艺不好保证。前端采用透射光学元件，由于物方视野比较大，物方轴外视场的主光线高度比较大，整个系统的倍率色差比较难校正。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例的目的是提供一种低倍率折反射双远心光学系统，该系统的前组反射镜组不产生色差，利于校正像差，提高成像质量。
5.本实用新型实施例提供一种低倍率折反射双远心光学系统，包括同轴的前组反射镜组和后组透镜组，所述前组反射镜组从物面至像面方向沿光轴依次包括主镜和次镜，所述后组透镜组从物面至像面方向沿光轴依次包括第一透镜组、第二透镜组、第五透镜及第六透镜；其中，所述主镜和所述次镜均为非球面反射镜，所述第一透镜组包括焦距为正的第一透镜和焦距为负的第二透镜，所述第二透镜组包括焦距为负的第三透镜和焦距为正的第四透镜，所述第五透镜及所述第六透镜的焦距为正。
6.可选地，所述前组反射镜组和所述后组透镜组的焦距满足以下条件：
7.0.03<|f'2/f1'|<0.07
8.其中，f'1表示所述前组反射镜组的焦距，f2'表示所述后组透镜组的焦距。
9.可选地，所述主镜和所述次镜的焦距满足以下条件：
10.3<|f'
m1
/f
m2
'|<5
11.其中，f'
m1
表示所述主镜的焦距，f'
m2
表示所述次镜的焦距。
12.可选地，所述主镜和所述次镜的距离满足以下条件：
13.100mm<d23<200mm
14.其中，d23表示所述主镜和所述次镜的距离。
15.可选地，所述次镜与所述后组透镜组的距离满足以下条件：
16.100mm<d34<200mm
17.其中，d34表示所述主镜和所述次镜的距离。
18.可选地，所述主镜和所述次镜采用偶次非球面面型。
19.具体地，非球面面型方程如下：
[0020][0021]
其中，z表示非球面的矢高，r表示孔径高度，c＝1/r，r表示镜片的曲率半径，a1到a8表示非球面的系数，k表示圆锥系数。
[0022]
可选地，所述主镜和所述次镜的曲率半径满足以下条件：
[0023]
‑
600mm≤r1≤
‑
300mm
[0024]
‑
250mm≤r2≤
‑
60mm
[0025]
其中，r1表示所述主镜的曲率半径，r2表示所述次镜的曲率半径。
[0026]
可选地，所述第一透镜组的曲率半径满足以下条件：
[0027]
8mm≤r3≤16mm
[0028]
18mm≤r4≤50mm
[0029]
6mm≤r5≤13mm
[0030]
3.5mm≤r6≤7mm
[0031]
其中，r3表示所述第一透镜的第一透射面的曲率半径，r4表示所述第一透镜的第二透射面的曲率半径，r5表示所述第二透镜的第一透射面的曲率半径，r6表示所述第二透镜的第二透射面的曲率半径。
[0032]
可选地，所述第二透镜组的曲率半径满足以下条件：
[0033]
‑
13mm≤r7≤
‑
6mm
[0034]
18mm≤r8≤100mm
[0035]
‑
15mm≤r9≤
‑
7.5mm
[0036]
其中，r7表示所述第三透镜的第一透射面的曲率半径，r8表示所述第三透镜的第二透射面与所述第四透镜的第一透射面的结合面的曲率半径，r9表示所述第四透镜的第二透射面的曲率半径。
[0037]
可选地，所述第五透镜及所述第六透镜的曲率半径满足以下条件：
[0038]
‑
100mm≤r10≤
‑
35mm
[0039]
‑
50mm≤r11≤
‑
18mm
[0040]
60mm≤r12≤800mm
[0041]
‑
120mm≤r13≤
‑
30mm
[0042]
其中，r10表示所述第五透镜的第一透射面的曲率半径，r11表示所述第五透镜的第二透射面的曲率半径，r12表示所述第六透镜的第一透射面的曲率半径，r13表示所述第六透镜的第二透射面的曲率半径。
[0043]
实施本实用新型实施例包括以下有益效果：本实用新型实施例中系统包括同轴的前组反射镜组和后组透镜组，通过前组反射镜组实现物方远心效果，通过后组透镜组实现像方远心效果；前组反射镜组中的主镜和次镜的采用非球面反射镜，前组反射镜组不产生色差，利于校正像差，提高成像质量，减少畸变。
附图说明
[0044]
图1是本实用新型实施例提供的一种低倍率折反射双远心光学系统的结构示意图；
[0045]
图2是本实用新型实施例提供的一种后组透镜组的结构示意图。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
[0047]
本实用新型实施例提供一种低倍率折反射双远心光学系统，包括同轴的前组反射镜组和后组透镜组，所述前组反射镜组从物面至像面方向沿光轴依次包括主镜和次镜，所述后组透镜组从物面至像面方向沿光轴依次包括第一透镜组、第二透镜组、第五透镜及第六透镜；其中，所述主镜和所述次镜均为非球面反射镜，所述第一透镜组包括焦距为正的第一透镜和焦距为负的第二透镜，所述第二透镜组包括焦距为负的第三透镜和焦距为正的第四透镜，所述第五透镜及所述第六透镜的焦距为正。
[0048]
具体地，如图1及图2所示，从物面1至像面10沿光轴方向依次包括同轴的前组反射镜组g1和后组透镜组g2，前组反射镜组g1包括主镜2和次镜3，后组透镜组g2包括：由焦距为正的第一透镜4和焦距为负的第二透镜5组成的第一透镜组、由焦距为负的第三透镜6和焦距为正的第四透镜7组成的第二透镜组、第五透镜8及第六透镜9。
[0049]
可选地，所述前组反射镜组和所述后组透镜组的焦距满足以下条件：
[0050]
0.03<|f'2/f1'|<0.07
[0051]
其中，f'1表示所述前组反射镜组的焦距，f2'表示所述后组透镜组的焦距。
[0052]
可选地，所述主镜和所述次镜的焦距满足以下条件：
[0053]
3<|f'
m1
/f
m2
'|<5
[0054]
其中，f'
m1
表示所述主镜的焦距，f'
m2
表示所述次镜的焦距。
[0055]
具体地，通过前组反射镜组和后组透镜组的焦距以及主镜和次镜的焦距的设计满足放大倍率的要求。
[0056]
可选地，所述主镜和所述次镜的距离满足以下条件：
[0057]
100mm<d23<200mm
[0058]
其中，d23表示所述主镜和所述次镜的距离。
[0059]
可选地，所述次镜与所述后组透镜组的距离满足以下条件：
[0060]
100mm<d34<200mm
[0061]
其中，d34表示所述主镜和所述次镜的距离。
[0062]
可选地，所述主镜和所述次镜采用偶次非球面面型。
[0063]
可选地，所述主镜和所述次镜的曲率半径满足以下条件：
[0064]
‑
600mm≤r1≤
‑
300mm
[0065]
‑
250mm≤r2≤
‑
60mm
[0066]
其中，r1表示所述主镜的曲率半径，r2表示所述次镜的曲率半径。
[0067]
可选地，所述第一透镜组的曲率半径满足以下条件：
[0068]
8mm≤r3≤16mm
[0069]
18mm≤r4≤50mm
[0070]
6mm≤r5≤13mm
[0071]
3.5mm≤r6≤7mm
[0072]
其中，r3表示所述第一透镜的第一透射面的曲率半径，r4表示所述第一透镜的第二透射面的曲率半径，r5表示所述第二透镜的第一透射面的曲率半径，r6表示所述第二透镜的第二透射面的曲率半径。
[0073]
可选地，所述第二透镜组的曲率半径满足以下条件：
[0074]
‑
13mm≤r7≤
‑
6mm
[0075]
18mm≤r8≤100mm
[0076]
‑
15mm≤r9≤
‑
7.5mm
[0077]
其中，r7表示所述第三透镜的第一透射面的曲率半径，r8表示所述第三透镜的第二透射面与所述第四透镜的第一透射面的结合面的曲率半径，r9表示所述第四透镜的第二透射面的曲率半径。
[0078]
可选地，所述第五透镜及所述第六透镜的曲率半径满足以下条件：
[0079]
‑
100mm≤r10≤
‑
35mm
[0080]
‑
50mm≤r11≤
‑
18mm
[0081]
60mm≤r12≤800mm
[0082]
‑
120mm≤r13≤
‑
30mm
[0083]
其中，r10表示所述第五透镜的第一透射面的曲率半径，r11表示所述第五透镜的第二透射面的曲率半径，r12表示所述第六透镜的第一透射面的曲率半径，r13表示所述第六透镜的第二透射面的曲率半径。
[0084]
实施本实用新型实施例包括以下有益效果：本实用新型实施例中系统包括同轴的前组反射镜组和后组透镜组，通过前组反射镜组实现物方远心效果，通过后组透镜组实现像方远心效果；前组反射镜组中的主镜和次镜的采用非球面反射镜，前组反射镜组不产生色差，利于校正像差，提高成像质量，减少畸变。另外，前组反射镜组中的主镜以及次镜采用同轴方式，利于加工检测装调。光学系统通过合理的光焦度分配，系统公差敏感性较低，公差对系统畸变和远心度影响较小，可以满足实际装配要求。
[0085]
下面以一个具体实施例进行说明，本实用新型实施例中双远心光学系统中各光学元件的参数如表1所示：面序号1表示主镜的反射面，主镜面型是非球面，曲率半径为
‑
415.235mm，厚度为
‑
150mm,圆锥系数为
‑
1.01；面序号2表示次镜的反射面，次镜面型是非球面，曲率半径为
‑
104.356mm且厚度为150mm，圆锥系数为
‑
2.17；面序号3表示第一透射镜的第一透射面，第一透射镜的第一透射面的曲率半径为12.105mm且厚度为3mm，折射率为1.6；面序号4表示第一透镜的第二透射面，第一透射镜的第二透射面的曲率半径为29.872mm且厚度为0.15mm；面序号5表示第二透镜的第一透射面，第二透镜的第一透射面的曲率半径为8.275mm且厚度为3.75mm，折射率为1.9；面序号6表示第二透镜的第二透射面，第二透镜的第二透射面的曲率半径为5.012mm且厚度为3mm；面序号7表示第三透镜的第一透射面，第三透镜的第一透射面的曲率半径为
‑
9.353mm且厚度为1.8mm，折射率为1.72；面序号8表示第三透镜的第二透射面与第四透镜的第一透射面的结合面，结合面的曲率半径为34.223mm且厚度为5mm，折射率为1.66；面序号9表示第四透镜的第二透射面，第四透镜的第二透射面的曲率半径为
‑
10.724mm且厚度为20mm；面序号10表示第五透镜的第一透射面，第五透镜的第
一透射面的曲率半径为
‑
61.523mm且厚度为3.3mm，折射率为1.72；面序号11表示第五透镜的第二透射面的曲率半径为
‑
28.123mm且厚度为3.3mm；面序号12表示第六透镜的第一透射面，第六透镜的第一透射面的曲率半径为295.365mm且厚度为2.8mm，折射率为1.72；面序号13表示第六透镜的第二透射面，第六透镜的第二透射面的曲率半径为
‑
63.354mm。
[0086]
表1、光学元件参数表
[0087][0088]
主镜的非球面系数中，a2、a3及a4的取值分别为
‑
1.29e
‑
10、9.80e
‑
16及
‑
2.05e
‑
20；次镜的非球面系数中，a2、a3及a4的取值分别为1.27e
‑
08、
‑
2.40e
‑
12及
‑
3.87e
‑
16。
[0089]
采用上述双远心光学系统没有产生色差，利于校正像差，提高成像质量，另外，该双远心光学系统的放大倍率
‑
0.05x，光学畸变小于0.05％，远心度小于0.05
°
。
[0090]
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。