[發明專利]超緊湊大口徑離軸反射式遠心物鏡

有效

• 申請號: 202110650424.2
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113253440B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 吳之旭;湯文超;唐榮欣;陳洲;夏勇;李海夢
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G02B13/22
• 分類號: G02B13/22;G02B17/06;G02B23/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 龔燮英

本發明公開了超緊湊大口徑離軸反射式遠心物鏡，其采用雙反射鏡同軸望遠鏡作為初始結構進行設計；增加改正鏡組，以修改雙反射鏡同軸望遠鏡的焦比；將修改后的雙反射鏡同軸望遠鏡進行離軸，獲得離軸改正望遠鏡；修改光瞳位置，并在后面與后透鏡組組合成為遠心物鏡。本發明包括前離軸反射主鏡、共軸反射副鏡、改正鏡組以及后透鏡組；共軸反射副鏡的光軸與改正鏡組、后透鏡組同軸；改正鏡組包含與共軸反射副鏡同軸分布的第一凹透鏡；后透鏡組包含與共軸反射副鏡同軸分布的的第一凸透鏡、后透鏡組光瞳、第二凸透鏡以及第二凹透鏡。本發明通過使用離軸反射式設計方案，可以在重量或體積增加不大的情況下，大幅增加遠心鏡頭的測量視場。

技術領域

本發明屬于遠心光學系統技術領域，具體涉及一種超緊湊大口徑離軸反射式遠心物鏡。

背景技術

遠心鏡頭由于其主光線與光軸平行，因此可糾正傳統工業鏡頭視差，在視覺檢測和測量領域有更好的成像效果和成像精度。例如，利用機器視覺測量機械零件過程中，零件放置位置無法精確確定，且測量過程中間距有可能不斷變化，遠心鏡頭的無透視測量誤差可以完美解決該問題；遠心鏡頭具有很大的景深，在檢測較厚物體時仍能保有極佳的影像對比度。遠心鏡頭的諸多優點，使得其成為機器視覺領域的高端鏡頭，常用于半導體、平面顯示及其他行業的機器視覺測量。

遠心鏡頭的前透鏡組口徑與被測物體大小相當，隨著被測目標的增大，必須要同等的增大遠心物鏡前透鏡組口徑。傳統的折射式遠心鏡頭，增大折射前透鏡組帶來的主要問題有：（1）為了克服重力及其他應力的影響，前透鏡組需要保持足夠的厚度以獲得足夠剛度，透射式系統的前透鏡組重量與口徑成3次方，這就使得折射式大口徑遠心物鏡整體重量大幅提升。（2）大口徑前透鏡組的光焦度與系統整體校正像差難度互為矛盾關系，即前透鏡組光焦度大，透射式遠心物鏡的長度與體積可以降低，但是快焦比前透鏡組帶來的大像差給后部透鏡組的像差校正帶來更大的負擔；當前透鏡組光焦度小，慢焦比前透鏡組帶來的像差較小，后部透鏡組校正像差負擔也小，但是慢焦比使得前透鏡組與后透鏡組的距離增大，系統的體積很大。

發明內容

針對現有技術中的不足與難題，本發明旨在提供一種超緊湊大口徑離軸反射式遠心物鏡。

本發明通過以下技術方案予以實現：

超緊湊大口徑離軸反射式遠心物鏡，其基于雙反射鏡同軸望遠鏡為設計基礎，通過增加改正鏡組以修改雙反射鏡同軸望遠鏡的焦比；將改正后的雙反射鏡同軸望遠鏡進行離軸，獲得離軸改正望遠鏡；然后通過修改光瞳位置，并在后面與后透鏡組組合成為遠心物鏡，通過組合不同的后透鏡組，遠心物鏡分為物方遠心鏡、物與像的雙遠心鏡；上述增加改正鏡組與離軸處理的先后順序可自由調換。

上述超緊湊大口徑離軸反射式遠心物鏡，包括前離軸反射主鏡、共軸反射副鏡、改正鏡組以及后透鏡組；前離軸反射主鏡包含光軸離軸且光軸方向與入射主光線平行的離軸反射主鏡；共軸反射副鏡包含與改正鏡組、后透鏡組同軸分布的反射副鏡；改正鏡組包含與共軸反射副鏡同軸分布的第一凹透鏡；后透鏡組包含與共軸反射副鏡同軸分布的第一凸透鏡、第二凸透鏡、后透鏡組光瞳以及第二凹透鏡。

光曈是孔徑光闌的像，分為入射光瞳與出射光瞳，在初始結構中雙反射鏡同軸望遠鏡的反射主鏡設置為孔徑光闌；上述修改光瞳位置具體為：將離軸改正望遠鏡的物面由無限遠處移至離軸改正望遠鏡的前焦面處，離軸改正望遠鏡的后焦面設置為孔徑光闌。

當遠心物鏡為物方遠心鏡，后透鏡組的光曈包括入射光瞳與出射光瞳，計算后透鏡組的入射光瞳位置，并將該入射光瞳位置與修改光瞳位置后的孔徑光闌重合。

當遠心物鏡為物與像的雙遠心鏡，先計算后透鏡組的前焦面位置，并將該前焦面位置與修改光瞳位置后的孔徑光闌重合。

進一步地，前離軸反射主鏡與共軸反射副鏡可以是球面、雙曲面或非球面結構，優選地，采用更復雜的非球面面型，面型數據表達式為：