一种显微成像增距系统

本发明涉及一种大数值孔径、高清显微成像增距系统及其工作方法。

背景技术：

1、工业内窥检测是一项关键的非破坏性检测技术，广泛应用于精密制造、航空航天、石油化工等领域。随着相关领域对元器件生产质量管控的要求越来越高，逐渐涌现出了对5mm以内狭小空间进行高清视觉检测的迫切需求。然而当前市面上常见的小口径(外径≤4mm)硬性内窥镜及柔性电子镜的成像质量普遍不足，物方解析力普遍>30μm，严重制约了高精度内窥视觉检测的发展，其一主要原因就在于数值孔径较低，导致系统整体的光信息吞吐量不足。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一款大数值孔径、高清成像系统。该系统能够同时满足高像质、小外径、无畸变、远心、长距离图像传输的技术要求。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

2、一种显微成像增距系统，包括沿光线入射光路自物侧向像侧依次设置的光阑、第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8，其中，第一透镜l1为弯月正透镜，第二透镜l2为双凸正透镜，第三透镜l3为双凸正透镜，第四透镜l4为双凹负透镜，第五透镜l5为双凸正透镜，第六透镜l6为双凸正透镜，第七透镜l7为双凹负透镜；第一透镜l1和第二透镜l2互相贴合成为双凸正透镜，称之为胶合透镜组。

3、进一步的，设所述显微成像增距系统的焦距为f，第一透镜l1、第二透镜l2、胶合透镜组、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8的焦距分别为f1、f2、f12、f3、f4、f5、f6、f7、f8，其中f12、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例，3.55<f12/f<5.25，-0.86<f3/f<-0.62，-0.45<f4/f<-0.30，0.52<f5/f<0.71，0.51<f6/f<0.80，-0.84<f7/f<-0.20。

4、进一步的，第一透镜l1满足关系式：nd≥1.5，vd≥50；第二透镜l2满足关系式nd≤1.5，vd≥50；第三透镜l3满足关系式nd≤1.5，vd≥50；第四透镜l4满足关系式nd≥1.5，vd≥50；第五透镜l5满足关系式nd≤1.5，vd≥50；第六透镜l6满足关系式nd≤1.5，vd≥50；第七透镜l7满足关系式nd≥1.5，vd≥50，其中nd为折射率，vd为阿贝常数。

5、进一步的，所述所述显微成像增距系统的成像面积imah与光学系统的焦距f之间满足：0.12≤imah/f。

6、进一步的，所述所述显微成像增距系统的数值孔径na与光学系统的焦距f之间满足：0.022≤na/f。

7、进一步的，所述显微成像增距系统第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8共同构成一成像组元，沿光阑对称排布放置同样的成像组元形成光学总长为ttl，总焦距为f’的完整成像单元，其中，ttl和f’之间满足以下关系：-2.5≤ttl/f’≤1.9。

8、进一步的，所述完整成像单元实现的技术指标包括：系统外径≤3.4mm；工作波段为可见光；传像距离≥50mm；物像方全视场远心度均<0.5°

9、作为一种实施方式，各个透镜的参数如下：

10、

11、作为另外一种实施方式，各个透镜的参数如下：

12、

13、本发明的有益效果如下：

14、(1)大数值孔径设计，光学扩展量高，成像质量优秀，全视场mtf值(@200lp/mm)高于0.4，能保留更多高频空间信息；

15、(2)全视场相对照度均接近1，画面亮度表现好，照度分布均匀；

16、(3)全视场0畸变设计，图像无变形，检测更精确；

17、(4)所述光学系统全部均可采用较低折射率的常用玻璃，适合大规模高良率生产；

18、(5)系统外径≤3.4mm，传像距离≥50mm，适合狭小环境下的成像与图像长距离导出；

19、(6)采用全玻结构设计，成像稳定性高，面型与结构设计合理。

技术特征：

1.一种显微成像增距系统，包括沿光线入射光路自物侧向像侧依次设置的光阑、第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8，其中，第一透镜l1为弯月正透镜，第二透镜l2为双凸正透镜，第三透镜l3为双凸正透镜，第四透镜l4为双凹负透镜，第五透镜l5为双凸正透镜，第六透镜l6为双凸正透镜，第七透镜l7为双凹负透镜；第一透镜l1和第二透镜l2互相贴合成为双凸正透镜，称之为胶合透镜组。

2.根据权利要求1所述的显微成像增距系统，其特征在于，设所述显微成像增距系统的焦距为f，第一透镜l1、第二透镜l2、胶合透镜组、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8的焦距分别为f1、f2、f12、f3、f4、f5、f6、f7、f8，其中f12、f3、f4、f5、f6、f7与f满足以下比例，3.55<f12/f<5.25，-0.86<f3/f<-0.62，-0.45<f4/f<-0.30，0.52<f5/f<0.71，0.51<f6/f<0.80，-0.84<f7/f<-0.20。

3.根据权利要求1所述的显微成像增距系统，其特征在于，第一透镜l1满足关系式：nd≥1.5，vd≥50；第二透镜l2满足关系式nd≤1.5，vd≥50；第三透镜l3满足关系式nd≤1.5，vd≥50；第四透镜l4满足关系式nd≥1.5，vd≥50；第五透镜l5满足关系式nd≤1.5，vd≥50；第六透镜l6满足关系式nd≤1.5，vd≥50；第七透镜l7满足关系式nd≥1.5，vd≥50，其中nd为折射率，vd为阿贝常数。

4.根据权利要求1所述的显微成像增距系统，其特征在于，所述所述显微成像增距系统的成像面积imah与光学系统的焦距f之间满足：0.12≤imah/f。

5.根据权利要求1所述的显微成像增距系统，其特征在于，所述所述显微成像增距系统的数值孔径na与光学系统的焦距f之间满足：0.022≤na/f。

6.根据权利要求1所述的显微成像增距系统，其特征在于，所述显微成像增距系统第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8共同构成一成像组元，沿光阑对称排布放置同样的成像组元形成光学总长为ttl，总焦距为f’的完整成像单元，其中，ttl和f’之间满足以下关系：-2.5≤ttl/f’≤1.9。

7.根据权利要求6所述一种显微成像增距系统，其特征在于，所述完整成像单元实现的技术指标包括：系统外径≤3.4mm；工作波段为可见光；传像距离≥50mm；物像方全视场远心度均<0.5°。

8.根据权利要求1所述的显微成像增距系统，其特征在于，各个透镜的参数如下：

9.根据权利要求1所述的显微成像增距系统，其特征在于，各个透镜的参数如下：

技术总结本发明涉及一种显微成像增距系统，包括沿光线入射光路自物侧向像侧依次设置的光阑、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8，其中，第一透镜L1为弯月正透镜，第二透镜L2为双凸正透镜，第三透镜L3为双凸正透镜，第四透镜L4为双凹负透镜，第五透镜L5为双凸正透镜，第六透镜L6为双凸正透镜，第七透镜L7为双凹负透镜；第一透镜L1和第二透镜L2互相贴合成为双凸正透镜，称之为胶合透镜组。技术研发人员：吴斌,许熠宸,康杰虎,薛婷受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10