一种像方远心镜头及测量设备的制作方法

本发明属于工业相机，尤其涉及一种像方远心镜头及测量设备。

背景技术：

1、像方远心镜头主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。

2、棱镜相机利用棱镜分光技术将入射的复合光束分解成多光谱光束，然后通过多个图像传感器获取不同光谱图像，通过对不同光谱图像的组合或叠加实现对物体外在特征和内部特征的测量和分析；相对比其他多光谱成像技术，棱镜相机具有结构紧凑体积小，各通道光能损失低，各波段可实现传感器的全空间分辨率，探测波段搭配更灵活等优势；棱镜相机常应用于医疗手术探头、晶圆缺陷检测、食物分选、内容物填充等领域。

3、中国专利公开了一种大相对孔径宽波段工作距离可调的远心光学镜头（申请号为cn202410097638.5），该镜头适用的波段范围为400-1000nm，镜头f数小于2，焦距35mm，成像距离为250mm至无穷远，具备像方远心特征，成像质量在50线对目标对比度大于0.3，适配10um像元相机最大视场角与最小视场角对应的像面照度之比大于0.7。

4、由于分光棱镜在光路中可等效为一块较厚的平面玻璃，会在成像光路中引入球差和色差从而导致成像质量变差，而现有镜头专利中较少看到具有足够长度后截距，导致其与棱镜相机的尺寸适配性较差，且没有考虑棱镜引入像差对像质影响，成像质量无法满足高精度棱镜相机需求。

5、因此本发明为了解决上述问题，提供了一种像方远心镜头及测量设备，可解决现有的大工作范围远心成像镜头成像质量差以及后截距长度不满足棱镜相机使用需求的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种像方远心镜头及测量设备。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种像方远心镜头，该镜头沿物面到像面，依次由光阑、第一透镜、第一胶合透镜组、第二胶合透镜组、第六透镜、第七透镜和棱镜组成；

4、其中，光阑用于限制进入镜头的光束，并调节光束的入射角度和直径；第一透镜用于收集物方光束；第一胶合透镜组、第二胶合透镜组、第六透镜、第七透镜用于平衡像差，并使光束以像方远心的方式聚焦至像面；棱镜用于分离光束以得到不同波段的光线，将入射的复合光束分解成多光谱光束；

5、所述第一透镜为弯月透镜，具有正光焦度；

6、所述第一胶合透镜组具有负光焦度；

7、所述第二胶合透镜组具有负光焦度；

8、所述第六透镜为双凸透镜，具有正光焦度；

9、所述第七透镜为双凸透镜，具有正光焦度。

10、进一步的，

11、由光阑、第一透镜、第一胶合透镜组、第二胶合透镜组、第六透镜和第七透镜组成的镜片组沿光轴方向可移动设置，以实现不同工作距离的成像。

12、进一步的，

13、镜头焦距f与第一透镜焦距f1满足：0.94<f1/f<0.98；

14、镜头焦距f与第一胶合透镜组焦距fc1满足：-1.20<fc1/f<-1.26；

15、镜头焦距f与第二胶合透镜组焦距fc2满足：-1.11<fc2/f<-1.17；

16、镜头焦距f与第六透镜焦距f6满足：0.78<f6/f<0.82；

17、镜头焦距f与第七透镜焦距f7满足：3.28<f7/f<3.34。

18、进一步的，

19、所述第一胶合透镜组由第二透镜和第三透镜胶合而成；其中，

20、所述第二透镜为双凸球面透镜且具有正光焦度；

21、所述第三透镜为双凹球面透镜且具有负光焦度。

22、进一步的，

23、镜头焦距f与第二透镜焦距f2满足：0.60<f2/f<0.64；

24、镜头焦距f与第三透镜焦距f3满足：-0.34<f3/f<-0.38。

25、进一步的，

26、所述第二胶合透镜组由第四透镜和第五透镜胶合而成；其中，

27、所述第四透镜为双凹球面透镜且具有负光焦度；

28、所述第五透镜为双凸球面透镜且具有正光焦度。

29、进一步的，

30、镜头焦距f与第四透镜焦距f4满足：-0.24<f4/f<-0.28；

31、镜头焦距f与第五透镜焦距f5满足：0.44<f5/f<0.48。

32、进一步的，所述镜头工作距离覆盖0.4-1.5m。

33、进一步的，所述第七透镜与像面的距离大于17.5mm。

34、一种测量设备，包括：如上述的像方远心镜头，通过多个图像传感器获取不同光谱图像，通过对不同光谱图像的组合或叠加实现对物体外在特征和内部特征的测量和分析。

35、本发明的有益效果是：

36、1、本发明中，通过引入棱镜，用于分离光束以得到不同波段的光线，将入射的复合光束分解成多光谱光束，通过多个图像传感器获取不同光谱图像，通过对不同光谱图像的组合或叠加实现对物体外在特征和内部特征的测量和分析；相对比其他多光谱成像技术，棱镜相机具有结构紧凑体积小，各通道光能损失低，各波段可实现传感器的全空间分辨率，探测波段搭配更灵活等优势。

37、2、本发明中，通过光阑前置减少系统像差，调整镜片光焦度并且焦距满足相应的关系式，以平衡棱镜引入像差对像质的影响，通过不同折射率及阿贝数材料的组合，可有效消除色差，实现480-1000nm宽的工作波段，通过调整镜头后截距实现在工作距离覆盖0.4-1.5m、工作波段覆盖480-1000nm下的高成像质量，可调整的工作距离可以使镜头适配不同应用场景，该镜头满足像方远心条件以保证各光谱图像的一致性方便后续图像的叠加处理。

38、3、本发明中，后截距大于17.5mm，通过设置较大的后截距，方便引入棱镜p1，可以更好地适配棱镜相机，提高镜头与棱镜相机的尺寸适配性，本发明中镜头仅使用7片镜片且镜头总长小于35mm，以满足轻量化和小型化，可实现在400-1500mm的工作距离下480-1000nm波段的高质量成像。

39、4、本发明中，当工作距离调整时，第七透镜与棱镜之间的距离产生变化，使得第七透镜与像面的距离同步发生变化，即调整镜头的后截距，实现调焦，相较于调整前后镜组间距的调焦方式，焦距更稳定。

40、5、本发明中，镜头f数为2.8，焦距为35mm，在全工作距离范围内搭配棱镜使用时成像质量在150线对处对比度大于0.3，可适配3.45um像元图像传感器，可保证相机较高的成像质量以满足医学工业上的多种需求，镜头相对照度接近1，远心度达到0.2，可满足高精度面阵棱镜相机的高质量成像需求。

技术特征：

1.一种像方远心镜头，其特征在于，该镜头沿物面到像面，依次由光阑、第一透镜、第一胶合透镜组、第二胶合透镜组、第六透镜、第七透镜和棱镜组成；

2.根据权利要求1所述的一种像方远心镜头，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种像方远心镜头，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种像方远心镜头，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种像方远心镜头，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的一种像方远心镜头，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的一种像方远心镜头，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的一种像方远心镜头，其特征在于，所述镜头工作距离覆盖0.4-1.5m。

9.根据权利要求1所述的一种像方远心镜头，其特征在于，所述第七透镜与像面的距离大于17.5mm。

10.一种测量设备，包括：如权利要求1至9中任一项所述的像方远心镜头，其特征在于，通过多个图像传感器获取不同光谱图像，通过对不同光谱图像的组合或叠加实现对物体外在特征和内部特征的测量和分析。

技术总结
本发明属于工业相机技术领域，尤其涉及一种像方远心镜头及测量设备，该镜头沿物面到像面，依次由光阑、第一透镜、第一胶合透镜组、第二胶合透镜组、第六透镜、第七透镜和棱镜组成；其中，光阑用于限制进入镜头的光束，并调节光束的入射角度和直径；第一透镜用于收集物方光束；第一胶合透镜组、第二胶合透镜组、第六透镜、第七透镜用于平衡像差，并使光束以像方远心的方式聚焦至像面；棱镜用于分离光束以得到不同波段的光线；本发明中，后截距大于17.5mm，通过设置较大的后截距，方便引入棱镜，提高镜头与棱镜相机的尺寸适配性，本发明中镜头仅使用7片镜片且镜头总长小于35mm，以满足轻量化和小型化。

技术研发人员：张嘉忆,唐俊峰,曹桂平,董宁
受保护的技术使用者：合肥埃科光电科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15