一种基于机器视觉的双视野双远心光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的双视野双远心光学系统。


背景技术：

2.目前基于机器视觉双远心镜头的应用越来越广泛，在现代化工业检测中越来越重要。双远心镜头相较于普通镜头具有大景深、低畸变、远心度高等优点，被广泛应用于精密测量领域。传统双远心镜头仅能检测一个视场，当需要进行多个视场检测时，则需要通过增加检测双远心镜头数量或相对移动双远心镜头来解决。当通过增加双远心镜头时，将相应的增加了设备成本，增大了设备体积；当通过相对移动双远心镜头或移动待检物体时，则需要设计相应的传动装置来移动相关物体，由此降低了工作效率。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种基于机器视觉的双视野双远心光学系统，旨在解决现有技术中的基于机器视觉双远心镜头当通过增加双远心镜头时，将相应的增加了设备成本，增大了设备体积；当通过相对移动双远心镜头或移动待检物体时，则需要设计相应的传动装置来移动相关物体，由此降低了工作效率的技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用的一种基于机器视觉的双视野双远心光学系统，由物镜组、正目镜组和侧目镜组组成，其中物镜组是共用系统，通过物镜组和正目镜组构成了直筒常规的大视场双远心镜头，通过物镜组和侧目镜组构成了非常规的小视场双远心镜头。
5.其中，所述大视场双远心镜头适配2/3英寸靶面ccd相机，可检测最大视场为100毫米。
6.其中，所述小视场双远心镜头适配1/3英寸靶面ccd相机，可检测最大视场为25mm，述小视场双远心镜头的放大倍数为大视场双远心镜头的两倍。
7.其中，所述物镜组和所述正目镜组的工作距离为100mm，放大倍率为0.11倍；所述物镜组与所述侧目镜组的放大倍率为0.22倍。
8.其中，所述基于机器视觉的双视野双远心光学系统需要同时装配两个目镜组件，并每个所述目镜组件包括所述正目镜组和所述侧目镜组，采用半返半透镜实现光路分光；所述半反半透镜的主要作用是将物镜所收集的光线进行分束，其中一部分光线透过半反半透镜，直接进入正目镜组，另一部分光线经过折返改变光线传播方向进入侧目镜组。
9.其中，所述基于机器视觉的双视野双远心光学系统所适配的cmos或ccd相机的像元尺寸σ
′
为3.75um，其奈奎斯特采样计算式为n＝1000/(2σ
′
)，故其奈奎斯特采样频率为133lp/mm。
10.本实用新型的一种基于机器视觉的双视野双远心光学系统，由物镜组、正目镜组和侧目镜组组成，其中物镜组是共用系统，通过物镜组和正目镜组构成了直筒常规的大视
场双远心镜头，通过物镜组和侧目镜组构成了非常规的小视场双远心镜头，通过使其同时具备两个放大倍数，主要解决了当前市场上双远心系统在更换不同倍数时需要切换镜头，造成效率低下的问题。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1是基于机器视觉的双视野双远心光学系统总成图，既合成了物镜组与正目镜组、物镜组与侧目镜组的系统总成，其具体结构如图所示。分别展示了不同放大倍数的双视野双远心光学系统。其中物镜组沿光线传播方向既从左往右依次分别为凸透镜101、凸透镜102、凸透镜103、凸透镜104以及弯月镜105和弯月镜106组成；当光线经过半反半透镜后，将对光线进行分束，一部分进入正目镜组；一部分进入侧目镜组。
13.图2由物镜组和正目镜组组成。
14.图3由物镜组和侧目镜组组成。
15.图4是放大倍数为0.11倍的传函图。
16.图5是放大倍数为0.22倍的传函图。
17.图6是放大倍数为0.11倍的点列图。
18.图7是放大倍数为0.22倍的点列图。
19.图8是放大倍数为0.11倍的系统畸变图。
20.图9是放大倍数为0.22倍的系统畸变图。
21.图中：1-物镜组、2-正目镜组、3-侧目镜组、4-半反半透镜、101-第一凸透镜、102-第二凸透镜、103-第三凸透镜、104-第四凸透镜、105-第一弯月镜、106-第二弯月镜。
具体实施方式
22.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.请参阅图1至图3，本实用新型提供了一种基于机器视觉的双视野双远心光学系统，由物镜组、正目镜组和侧目镜组组成，其中物镜组是共用系统，通过物镜组和正目镜组构成了直筒常规的大视场双远心镜头，通过物镜组和侧目镜组构成了非常规的小视场双远
心镜头。
25.进一步地，所述大视场双远心镜头适配2/3英寸靶面ccd相机，可检测最大视场为100毫米。
26.进一步地，所述小视场双远心镜头适配1/3英寸靶面ccd相机，可检测最大视场为25mm，述小视场双远心镜头的放大倍数为大视场双远心镜头的两倍。
27.进一步地，所述物镜组和所述正目镜组的工作距离为100mm，放大倍率为0.11倍；所述物镜组与所述侧目镜组的放大倍率为0.22倍。
28.进一步地，所述基于机器视觉的双视野双远心光学系统需要同时装配两个目镜组件，并每个所述目镜组件包括所述正目镜组和所述侧目镜组，采用半返半透镜实现光路分光；所述半反半透镜的主要作用是将物镜所收集的光线进行分束，其中一部分光线透过半反半透镜，直接进入正目镜组，另一部分光线经过折返改变光线传播方向进入侧目镜组。
29.进一步地，所述基于机器视觉的双视野双远心光学系统所适配的cmos或ccd相机的像元尺寸σ
′
为3.75um，其奈奎斯特采样计算式为n＝1000/(2σ
′
)，故其奈奎斯特采样频率为133lp/mm。
30.在本实施方式中，一种基于机器视觉的双视野双远心光学系统主要由物镜组、正目镜组和侧目镜组组成。其中物镜组是共用系统，通过物镜组和正目镜组构成了直筒常规的大视场双远心镜头，通过物镜组和侧目镜组构成了非常规的小视场双远心镜头。其中，大视场双远心镜头适配2/3英寸靶面ccd相机，可检测最大视场为100mm，小视场双远心镜头适配1/3英寸靶面ccd相机，可检测最大视场为25mm，放大倍数约为大视场双远心镜头的2倍。本实用新型的具体实施方案如下所示：
31.物镜组采用第一凸透镜101、第二凸透镜102、第三凸透镜103、第四凸透镜104以及第一弯月镜105和第二弯月镜106组成，物镜系统的光学参数如表1所示；
32.序号曲率半径r镜片中心厚度折射率nd阿贝数vd半高宽1120.08131.754.2502326.210
ꢀꢀ
50388.713.91.754.2504179.57.499
ꢀꢀ
505inf13.0021.7526.61506115.0563
ꢀꢀ
507739.41.7449.23328inf2.15
ꢀꢀ
32928.457.61.754.2241030.64
ꢀꢀ
241140.096.291.655.47121216.0324
ꢀꢀ
12
33.所设计物镜组和正目镜组的工作距离为100mm，放大倍率为0.11倍；物镜组与侧目镜组的放大倍率为0.22倍左右。所设计的正目镜组光学参数如表2所示，所设计的侧目镜组光学参数如表3所示。
34.表2正目镜组的光学参数表
35.序号曲率半径r镜片中心厚度折射率nd阿贝数vd半高宽1-47.415.561.754.262-10.420.1
ꢀꢀ
63-7.65.51.7526.614429.52.66
ꢀꢀ
45138.43.851.7526.617.56-11.907.28
ꢀꢀ
7.57196.91.7449.239841.519
ꢀꢀ936.表3侧目镜组的光学参数表
37.序号曲率半径r镜片中心厚度折射率nd阿贝数vd半高宽1120.0831.660.452-3011.15
ꢀꢀ
53-13.541.91.7527.65426.2391.62
ꢀꢀ
5540.554.811.7544.566-16.1029.99
ꢀꢀ
6726.544.9891.7626.666868.419
ꢀꢀ638.3、本实用新型中的双视野双远心光学系统需要同时装配两个目镜组件(正目镜组和侧目镜组)，常用设计方法是在转接处安装三角棱镜，实现光路分光，但是棱镜的引入会导致一定的像差，此处采用半返半透镜实现光路分光。半返半透镜的引入将进一步缩小光路结构，保证像质。
39.4、本实用新型中所设计的双视野双远心光路所适配的cmos或ccd相机的像元尺寸σ
′
为3.75um，其奈奎斯特采样计算式为n＝1000/(2σ
′
)，故其奈奎斯特采样频率为133lp/mm。本实用新型所设计的mtf曲线整体上都接近于衍射极限，在采样频率为135lp/mm时，放大倍数为0.11的镜头截止频率大于0.4，如图4所示，放大倍数为0.22的镜头截止频率大于0.5，如图5所示。
40.5、本实用新型所设计的物方信息能量集中，性能优越。系统所匹配的像元尺寸为3.75um，成像光斑大小均小于探测器的单像元尺寸，且小于艾里斑光斑。放大倍数为0.11的镜头系统的点列图如图6所示，放大倍数为0.22的镜头系统的点列图如图7所示。
41.6、本实用新型所设计的镜头成像清晰，畸变率远低于0.1％。放大倍数为0.11的镜头系统的畸变图如图8所示，放大倍数为0.22的镜头系统的畸变图如图9所示。
42.以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。