一種變倍遠心鏡頭的制作方法
【專利摘要】一種變倍遠心鏡頭，涉及光學技術。從物面起到像面依次包括：具有正折射率光焦度的第一透鏡組、具有正折射率光焦度的第二透鏡組、具有負折射率光焦度的第三透鏡組、具有正折射率光焦度的第四透鏡組以及具有正折射率光焦度的第五透鏡組；其中，第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組為固定組，第二透鏡組和第四透鏡組為移動組，當變倍遠心鏡頭從低倍向高倍變倍時，第二透鏡組向第一透鏡組靠近，第四透鏡組向第三透鏡組靠近。在變倍過程中，光闌位置也在獨立調整變動。具有高變倍比，物方分辨率最高達4.7μm；在變倍過程中共軛距保持不變，各變倍位置均采用物方遠心設計，保證測量數據的準確性以及不同景深位置時測量數據的重復性；TV畸變小于0.05%。
【專利說明】一種變倍遠心鏡頭

【技術領域】
[0001]本發明涉及光學技術，尤指一種變倍遠心鏡頭，其共軛距固定不變，物方遠心，適用于精密影像測量。

【背景技術】
[0002]電子等精密制造業領域廣泛使用光學成像鏡頭檢測產品質量。隨著精密制造業的品質要求越來越高，精密檢測行業呈現如下趨勢:1、產品檢測從抽檢轉向全檢；2、離線檢測轉向在線檢測；3、檢測精度由0.01mm級別轉向微米級；4、半自動測量轉向一鍵自動測量。這就要求所使用的檢測設備必須具有高效率，高準確性以及操作的方便性，勢必對檢測設備所使用的光學成像鏡頭要求變得極高。
[0003]現有技術中，用于產品測量的鏡頭主要有以下三類:
其一，定倍的遠心鏡頭，可以實現大視野檢測，檢測精度上也可以得到保證。但是當使用同一個測量系統進行測量不同大小物體的時候，就會出現問題，比如說測量一個比較小的物體，用戶希望使用比較大的倍數來檢測(大倍數對應較小的檢測范圍，同時精度會得到更好的保證)，反之測量比較大的物體時又需要使用小倍數來檢測(小倍數對應較大的檢測范圍，精度較大倍數差些，但還是可以保證)。但因為測量系統本身是不能變換倍數的，所以給用戶帶來了很大的不便。
[0004]其二，連續變倍鏡頭，鏡頭的檢測視野較小，而且因為其光學系統并不是真正的遠心系統，會造成被測物體在鏡頭景深范圍內的不同位置測量時，測量值互相之間出現偏差；同時在同一個位置測量時測量值與標準值也很會存在偏差，使得檢測精度受到很大的影響，不能達到微米級；
其三，幾個倍數組合的遠心鏡頭，可以變倍到固定的幾個倍數，但是不能實現連續變倍，在某些程度上解決了以上兩個類型鏡頭所遇到的問題，但是倍數非常有限，一般不超過4個固定倍數，在使用上還是面臨很大的局限和不便。


【發明內容】

[0005]本發明需要解決的技術問題是克服現有的定倍遠心鏡頭不能變換倍數、連續變倍鏡頭檢測視野較小、以及幾個倍數組合的遠心鏡頭倍數變化非常有限的不足，推出一種變倍遠心鏡頭。該鏡頭:1、共軛距固定不變、工作距離不因倍數的改變而改變；2、物方遠心設計，從根本上解決在景深范圍內出現測量偏差的問題；3、實現連續變倍，用戶在使用時可以在最大和最小倍數間隨意選擇最合適的倍數，同時滿足最合適的檢測視野。
[0006]為此，本發明一種變倍遠心鏡頭采用下述技術方案:
一種變倍遠心鏡頭，從物面起到像面依次包括:具有正折射率光焦度的第一透鏡組、具有正折射率光焦度的第二透鏡組、具有負折射率光焦度的第三透鏡組、具有正折射率光焦度的第四透鏡組以及具有正折射率光焦度的第五透鏡組；其中，第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組為固定設置，第二透鏡組和第四透鏡組為移動組，當變倍遠心鏡頭從低倍向高倍變倍時，第二透鏡組向第一透鏡組靠近，第四透鏡組向第三透鏡組靠近；當所述變倍遠心鏡頭從高倍向低倍變倍時，第二透鏡組向第三透鏡組靠近，第四透鏡組向第五透鏡組靠近。
[0007]對上述技術方案進行進一步闡述:
上述的一種變倍遠心鏡頭，還符合以下任意一條件式，或以下任意兩條件式，或同時符合以下三條件式:
式一，0.2<D0/F1<0.5
式二，1〈D22/F22〈5
式三，1〈|L4|/|L2|〈4
其中D0為物面到第一透鏡組的第一透鏡頂點的距離，F1為第一透鏡組的焦距，|L2|、L4分別為第二透鏡組、第四透鏡組從低倍到高倍的最大移動量的絕對值，D22為第二透鏡組的第一透鏡靠近物面的一側在各變倍位置到像面的距離，F22為第二透鏡組至第五透鏡組在各變倍位置的組合焦距。
[0008]第一透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡，第一透鏡為一雙凸透鏡，第二透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第三透鏡為雙凸透鏡，第四透鏡為雙凹透鏡，第三透鏡靠近像面一側的表面之曲率半徑與第四透鏡靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第三透鏡與第四透鏡膠合在一起構成膠合透鏡。
[0009]第二透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第五透鏡、第六透鏡及第七透鏡，第五透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第六透鏡為雙凸透鏡，第七透鏡為雙凸透鏡，第五透鏡靠近像面一側的表面之曲率半徑與第六透鏡靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第五透鏡與第六透鏡膠合在一起構成膠合透鏡。
[0010]第三透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第八透鏡、第九透鏡及第十透鏡，第八透鏡為雙凹透鏡，第九透鏡為一雙凹透鏡，第十透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第九透鏡靠近像面一側的表面之曲率半徑與第十透鏡靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第九透鏡與第十透鏡膠合在一起構成膠合透鏡。
[0011]第四透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第十一透鏡、第十二透鏡及第十三透鏡，第十一透鏡為一雙凸透鏡，第十二透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第十三透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第十二透鏡靠近像面一側的表面之曲率半徑與第十三透鏡靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第十二透鏡與第十三透鏡膠合在一起構成膠合透鏡。
[0012]第五透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第十四透鏡、第十五透鏡及第十六透鏡，第十四透鏡為凸面朝向像面的凹凸透鏡，第十五透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第十六透鏡為雙凸透鏡。
[0013]該變倍遠心鏡頭的光闌位于第三透鏡組與第四透鏡組之間，在變倍過程中，光闌位置也在獨立調整變動。
[0014]本發明的工作機理是，從功能上講，第二透鏡組和第四透鏡組為變倍群組，第五透鏡組為變倍補償及后焦調整群組。由于第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組固定設置，第二透鏡組和第四透鏡組為移動組，當第二透鏡組向第一透鏡組靠近，第四透鏡組向第三透鏡組靠近，便能實現變倍遠心鏡頭從低倍向高倍之變倍；當第二透鏡組向第三透鏡組靠近，第四透鏡組向第五透鏡組靠近，便能實現從高倍向低倍之變倍。為了降低各變倍位置系統的遠心度及畸變，系統將光闌的各變倍位置為可變的。
[0015]在整個變焦過程中，物面到像面的距離始終不變，第一透鏡靠近物面一側的表面到物面的距離不變，第十六透鏡靠近像面一側的表面到像面的距離不變。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點是:
其一，具有高變倍比，變倍從0.2X至2X ;
其二，在變倍過程中共軛距保持不變，在不同倍率位置無需調整物距或像距就能連續清晰成像；
其三，各變倍位置均采用物方遠心設計，保證測量數據的準確性以及不同景深位置時測量數據的重復性；
其四，小于0.05%的超小TV畸變，真實還原被測物體的形狀；
其五，畫面成像照度均勻；
其六，最高達12mm的測量景深，滿足用戶測量不同高度物體或者異形物體的需要； 其七，linch大祀面設計；
其八，超高分辨率設計，物方分辨率最高達4.7 μ m。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明透鏡組合截面示意圖；
圖2為本發明透鏡組合及從低倍到高倍變化時各透鏡的移動軌跡圖；
圖3為本發明在低倍端的成像光學模擬球差數據圖；
圖4為本發明在低倍端的成像光學模擬場曲數據圖；
圖5為本發明在低倍端的成像光學模擬畸變數據圖；
圖6為本發明在高倍端的成像光學模擬球差數據圖；
圖7為本發明在高倍端的成像光學模擬場曲數據圖；
圖8為本發明在高倍端的成像光學模擬畸變數據圖。
[0018]圖中:G1、第一透鏡組；G2、第二透鏡組；G3、第三透鏡組；G4、第四透鏡組；G5、第五透鏡組；0P、物面；S、光闌；IP、像面；1、第一透鏡；2、第二透鏡；3、第三透鏡；4、第四透鏡；5、第五透鏡；6、第六透鏡；7、第七透鏡；8、第八透鏡；9、第九透鏡；10、第十透鏡；11、第i 透鏡；12、第十二透鏡；13、第十三透鏡；14、第十四透鏡；15、第十五透鏡；16、第十六透鏡。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖介紹本發明的【具體實施方式】。
[0020]如圖1及圖2所示，一種變倍遠心鏡頭，從物面0P起到像面IP依次包括:具有正折射率光焦度的第一透鏡組G1、具有正折射率光焦度的第二透鏡組G2、具有負折射率光焦度的第三透鏡組G3、具有正折射率光焦度的第四透鏡組G4以及具有正折射率光焦度的第五透鏡組G5 ;其中，第一透鏡組G1、第三透鏡組G3和第五透鏡組G5為固定設置，第二透鏡組G2和第四透鏡組G4為移動組，當變倍遠心鏡頭從低倍向高倍變倍時，第二透鏡組G2向第一透鏡組G1靠近，第四透鏡組G4向第三透鏡組G3靠近；當所述變倍遠心鏡頭從高倍向低倍變倍時，第二透鏡組G2向第三透鏡組G3靠近，第四透鏡組G4向第五透鏡組G5靠近。
[0021]上述的一種變倍遠心鏡頭，還符合以下任意一條件式，或以下任意兩條件式，或同時符合以下三條件式:
式一，0.2<D0/F1<0.5
式二，1〈D22/F22〈5
式三，1〈|L4|/|L2|〈4
其中D0為物面0P到第一透鏡組G1的第一透鏡1頂點的距離，F1為第一透鏡組G1的焦距，|L2|、|L4|分別為第二透鏡組G2、第四透鏡組G4從低倍到高倍的最大移動量的絕對值，D22為第二透鏡組G2的第一透鏡5靠近物面0P的一側在各變倍位置到像面IP的距離，F22為第二透鏡組G2至第五透鏡組G5在各變倍位置的組合焦距。
[0022]第一透鏡組G1包括從物面0P起至像面IP依次排列的第一透鏡1、第二透鏡2、第三透鏡3及第四透鏡4，第一透鏡1為一雙凸透鏡，第二透鏡2為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第三透鏡3為雙凸透鏡，第四透鏡4為雙凹透鏡，第三透鏡3靠近像面一側的表面之曲率半徑與第四透鏡4靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第三透鏡3與第四透鏡4膠合在一起構成I父合透鏡。
[0023]第二透鏡組G2包括從物面0P起至像面IP依次排列的第五透鏡5、第六透鏡6及第七透鏡7，第五透鏡5為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第六透鏡6為雙凸透鏡，第七透鏡7為雙凸透鏡，第五透鏡5靠近像面一側的表面之曲率半徑與第六透鏡6靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第五透鏡5與第六透鏡6膠合在一起構成膠合透鏡。
[0024]第三透鏡組G3包括從物面0P起至像面IP依次排列的第八透鏡8、第九透鏡9及第十透鏡10，第八透鏡8為雙凹透鏡，第九透鏡9為一雙凹透鏡，第十透鏡10為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第九透鏡9靠近像面IP —側的表面之曲率半徑與第十透鏡10靠近物面0P一側的表面之曲率半徑相同，第九透鏡與第十透鏡膠合在一起構成膠合透鏡。
[0025]第四透鏡組G4包括從物面0P起至像面IP依次排列的第十一透鏡11、第十二透鏡12及第十三透鏡13，第十一透鏡11為一雙凸透鏡，第十二透鏡12為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第十三透鏡13為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第十二透鏡12靠近像面一側的表面之曲率半徑與第十三透鏡13靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第十二透鏡12與第十三透鏡13膠合在一起構成膠合透鏡。
[0026]第五透鏡組G5包括從物面0P起至像面IP依次排列的第十四透鏡14、第十五透鏡15及第十六透鏡16，第十四透鏡14為凸面朝向像面的凹凸透鏡，第十五透鏡15為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第十六透鏡16為雙凸透鏡。
[0027]該變倍遠心鏡頭的光闌S位于第三透鏡組G3與第四透鏡組G4之間，在變倍過程中，光闌S位置也在獨立調整變動。
[0028]在工作中，第二透鏡組G2和第四透鏡組G4為變倍群組，第五透鏡組G5為變倍補償及后焦調整群組。由于第一透鏡組G1、第三透鏡組G3和第五透鏡組G5固定設置，第二透鏡組G2和第四透鏡組G4為移動組，當第二透鏡組G2向第一透鏡組G1靠近，第四透鏡組G4向第三透鏡組G3靠近，便能實現變倍遠心鏡頭從低倍向高倍之變倍；當第二透鏡組G2向第三透鏡組G3靠近，第四透鏡組G4向第五透鏡組G5靠近，便能實現從高倍向低倍之變倍。為了降低各變倍位置系統的遠心度及畸變，系統將光闌S的各變倍位置為可變的。
[0029]圖3、圖4及圖5為本發明在低倍端的球面像差、場曲及畸變之模擬數據。圖6、圖7及圖8為本發明在高倍端的球面像差、場曲及畸變之模擬數據。從中可知，本發明品質優良，尤其是畸變很小。
[0030]以上內容僅為本發明的較佳實施例，對于本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【權利要求】
1.一種變倍遠心鏡頭，其特征在于:從物面起到像面依次包括:具有正折射率光焦度的第一透鏡組、具有正折射率光焦度的第二透鏡組、具有負折射率光焦度的第三透鏡組、具有正折射率光焦度的第四透鏡組以及具有正折射率光焦度的第五透鏡組；其中，第一透鏡組、第三透鏡組和第五透鏡組為固定設置，第二透鏡組和第四透鏡組為移動組，當變倍遠心鏡頭從低倍向高倍變倍時，第二透鏡組向第一透鏡組靠近，第四透鏡組向第三透鏡組靠近；當所述變倍遠心鏡頭從高倍向低倍變倍時，第二透鏡組向第三透鏡組靠近，第四透鏡組向第五透鏡組靠近。
2.根據權利要求1所述的一種變倍遠心鏡頭，其特征在于，還符合以下任意一條件式:
式一，0.2<D0/F1<0.5 式二，1〈D22/F22〈5 式三，1〈|L4|/|L2|〈4 其中DO為物面到第一透鏡組的第一透鏡頂點的距離，Fl為第一透鏡組的焦距，|L2|、L4分別為第二透鏡組、第四透鏡組從低倍到高倍的最大移動量的絕對值，D22為第二透鏡組的第一透鏡靠近物面的一側在各變倍位置到像面的距離，F22為第二透鏡組至第五透鏡組在各變倍位置的組合焦距。
3.根據權利要求1所述的一種變倍遠心鏡頭，其特征在于，還符合以下任意兩條件式:
式一，0.2<D0/F1<0.5 式二，1〈D22/F22〈5 式三，1〈|L4|/|L2|〈4 其中DO為物面到第一透鏡組的第一透鏡頂點的距離，Fl為第一透鏡組的焦距，|L2|、L4分別為第二透鏡組、第四透鏡組從低倍到高倍的最大移動量的絕對值，D22為第二透鏡組的第一透鏡靠近物面的一側在各變倍位置到像面的距離，F22為第二透鏡組至第五透鏡組在各變倍位置的組合焦距。
4.根據權利要求1所述的一種變倍遠心鏡頭，其特征在于，還符合以下三條件式:
式一，0.2<D0/F1<0.5 式二，1〈D22/F22〈5 式三，1〈|L4|/|L2|〈4 其中DO為物面到第一透鏡組的第一透鏡頂點的距離，Fl為第一透鏡組的焦距，|L2|、L4分別為第二透鏡組、第四透鏡組從低倍到高倍的最大移動量的絕對值，D22為第二透鏡組的第一透鏡靠近物面的一側在各變倍位置到像面的距離，F22為第二透鏡組至第五透鏡組在各變倍位置的組合焦距。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種變倍遠心鏡頭，其特征在于:第一透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡及第四透鏡，第一透鏡為一雙凸透鏡，第二透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第三透鏡為雙凸透鏡，第四透鏡為雙凹透鏡，第三透鏡靠近像面一側的表面之曲率半徑與第四透鏡靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第三透鏡與第四透鏡膠合在一起構成膠合透鏡。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的一種變倍遠心鏡頭，其特征在于:第二透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第五透鏡、第六透鏡及第七透鏡，第五透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第六透鏡為雙凸透鏡，第七透鏡為雙凸透鏡，第五透鏡靠近像面一側的表面之曲率半徑與第六透鏡靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第五透鏡與第六透鏡膠合在一起構成膠合透鏡。
7.根據權利要求1或2或3或4所述的一種變倍遠心鏡頭，其特征在于:第三透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第八透鏡、第九透鏡及第十透鏡，第八透鏡為雙凹透鏡，第九透鏡為一雙凹透鏡，第十透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第九透鏡靠近像面一側的表面之曲率半徑與第十透鏡靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第九透鏡與第十透鏡膠合在一起構成膠合透鏡。
8.根據權利要求1或2或3或4所述的一種變倍遠心鏡頭，其特征在于:第四透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第十一透鏡、第十二透鏡及第十三透鏡，第十一透鏡為一雙凸透鏡，第十二透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第十三透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第十二透鏡靠近像面一側的表面之曲率半徑與第十三透鏡靠近物面一側的表面之曲率半徑相同，第十二透鏡與第十三透鏡膠合在一起構成膠合透鏡。
9.根據權利要求1或2或3或4所述的一種變倍遠心鏡頭，其特征在于:第五透鏡組包括從物面起至像面依次排列的第十四透鏡、第十五透鏡及第十六透鏡，第十四透鏡為凸面朝向像面的凹凸透鏡，第十五透鏡為凸面朝向物面的凸凹透鏡，第十六透鏡為雙凸透鏡。
10.根據權利要求1或2或3或4所述的一種變倍遠心鏡頭，其特征在于:該變倍遠心鏡頭的光闌位于第三透鏡組與第四透鏡組之間，在變倍過程中，光闌位置也在獨立調整變動。
【文檔編號】G02B15/163GK104360465SQ201410556145
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】周峰, 黃芳林, 杜勇剛 申請人:東莞市普密斯精密儀器有限公司