[发明专利]一种小型化长工作距离的物方远心光学系统

说明书

本发明公开了一种小型化长工作距离的物方远心光学系统，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑、后透镜组和像面；所述前透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜；所述后透镜组包括第四透镜和第五透镜；所述第四透镜为厚透镜；所述第二透镜和第三透镜组成双胶合透镜，所述第一透镜、第二透镜和第四透镜均为光焦度为正的双凸透镜，所述第三透镜和第五透镜均为光焦度为负的双凹透镜。本发明光学系统结构紧凑，仅采用5片常规球面透镜元件实现了近衍射极限的像质与极低畸变的高分辨率探测成像，实现物方不低于200mm的超长工作距离成像，同时有利于大幅降低光学镜头的制造成本，易于实现批量产业化制造及推广。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，更具体地说涉及一种小型化长工作距离的物方远心光学系统。

背景技术

基于远心光学系统的工业检测技术应用于高端自动化、机器视觉等领域，推动汽车产业、半导体集成电路制造、先进材料加工、航空航天高精密组装以及家电制造等行业的技术迭代与产业升级，在实现产品性能、效能、精度以及成本控制上展现了优越性。物方远心光学系统作为远心光学系统的主要种类，应用于工业检测，能够获得对物面距离不敏感、宽景深的成像效果，可以避免成像视差，实现无失真的形状及尺寸等特征检测。目前已有多种物方远心光学系统应用于PCB电路板、手机产品、陶瓷滤芯、高精度弹簧、透光类产品以及精密机械零件等各类工业检测中。

当前市面上物方远心光学系统存在透镜数量较多、成本较高以及尺寸较大等问题，成像质量方面存在边缘畸变及远心度较大等不足。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种小型化长工作距离的物方远心光学系统，通过采用正、负光焦度合理分配的光学系统结构型式，在采用较少光学透镜数量的前提下实现长工作距离和高分辨率探测。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种小型化长工作距离的物方远心光学系统，包括沿光线入射方向自前向后依次设置的前透镜组、光阑、后透镜组和像面；

所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；

所述后透镜组包括自前向后依次设置的第四透镜和第五透镜；所述第四透镜为厚透镜；

所述第二透镜和第三透镜组成双胶合透镜，所述第一透镜、第二透镜和第四透镜均为光焦度为正的双凸透镜，所述第三透镜和第五透镜均为光焦度为负的双凹透镜。

作为上述技术方案的进一步改进，所述前透镜组的光焦度为所述后透镜组的光焦度为其中所述前透镜组的光焦度为正，所述后透镜组的光焦度为正，而与的比值满足：

作为上述技术方案的进一步改进，所述光学系统为物方远心成像，所述光学系统不同物点光束的主光线与光轴的夹角为θ_chief，其中θ_chief满足：

0°≤|θ_chief|≤0.2°。

作为上述技术方案的进一步改进，所述光学系统的最大视场的主光线在第一透镜上的高度值为h_A1，在由第二透镜和第三透镜组成双胶合透镜上的高度值为h_A23，其中h_A1和h_A23的比值满足：

0.10≤|h_A23/h_A1|≤0.32。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第三透镜靠近光阑的光学面为第一光学面，所述第四透镜靠近光阑的光学面为第二光学面，所述光学系统的轴外视场主光线在所述第一光学面的高度值为h_z1，所述轴外视场主光线在所述第二光学面的高度值为h_z2，其中h_z2/h_z1满足：