專利名稱：低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于光學(xué)成像領(lǐng)域，涉及一種低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，尤其涉及一種適合用于光纖傳像束鏡頭等測(cè)量、觀察用內(nèi)窺鏡頭的光學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
光纖傳像束是將多根一定長(zhǎng)度的光纖，有規(guī)則地集合成束而達(dá)到傳遞圖像的纖維光學(xué)元件，也是一種可任意彎曲的傳輸圖像的無源器件。由于其特有的不可替代的特性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)、科研、軍事等眾多領(lǐng)域。一般應(yīng)用對(duì)成像質(zhì)量要求不高，前置成像物鏡比較簡(jiǎn)單。隨著CCD成像技術(shù)和大截面光纖傳像束技術(shù)的發(fā)展，在某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合 (例如對(duì)特定激光信號(hào)進(jìn)行探測(cè))，為了保證系統(tǒng)具有較高的探測(cè)距離和測(cè)量精度，采用了大截面光纖傳像束，對(duì)傳像束前置光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量和通光口徑提出了更高的要求，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足要求，必須對(duì)前置光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于一般工業(yè)或醫(yī)用內(nèi)窺鏡，由于視場(chǎng)相對(duì)較小，實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的像方遠(yuǎn)心光路可以將孔徑光闌置于光學(xué)系統(tǒng)的前焦點(diǎn)處，但是在寬視場(chǎng)的條件下，這將造成光學(xué)系統(tǒng)的橫向尺寸過大，隨之質(zhì)量也過大。傳統(tǒng)的光纖傳像束物鏡有“正-負(fù)”結(jié)構(gòu)和“負(fù)-正”結(jié)構(gòu)兩種?！罢?負(fù)”光學(xué)系統(tǒng)具有畸變較小、成像質(zhì)量較高的優(yōu)點(diǎn)，但它的能量集中度不好， 像面照度不均勻，尤其大視場(chǎng)條件下，低能量集中度難以適應(yīng)高分辨率光纖傳像束的要求。 傳統(tǒng)“負(fù)-正”光學(xué)系統(tǒng)具有能量集中度高、成像質(zhì)量高(一定空間頻域內(nèi)MTF(光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù))值較高)的優(yōu)點(diǎn)，但它的軸外像差校正比較困難，圖像畸變較大，通常在視場(chǎng)角 2 ω =60°時(shí)相對(duì)畸變能達(dá)到20%。并且，隨著高亮度LED照明技術(shù)的提高，其單色光亮度已經(jīng)能夠滿足醫(yī)用內(nèi)窺鏡等需要高精度測(cè)量系統(tǒng)的需求。目前國(guó)內(nèi)尚無此類針對(duì)單色光設(shè)計(jì)的大視場(chǎng)低畸變像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)660納米單色光照明，能夠提供一種用于光纖傳像束前置物鏡的大視場(chǎng)低畸變像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下本發(fā)明涉及一種使用了非球面技術(shù)的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，該低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置包括第一負(fù)透鏡、光闌、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡；第一負(fù)透鏡、光闌、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡依次設(shè)置于同一光路上，其中第二正透鏡和第二負(fù)透鏡雙膠合，第一正透鏡第一面為偶次非球面；本發(fā)明提供了一種針對(duì)660納米紅光照明設(shè)計(jì)的，可滿足測(cè)量系統(tǒng)高精度的以及不同視場(chǎng)照度均勻性的要求的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置。上述低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，包括第一負(fù)透鏡、光闌、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡；所述第一負(fù)透鏡、光闌、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡依次設(shè)置于同一光路上，其中第二正透鏡和第二負(fù)透鏡膠合。上述的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，其第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡是采用普通光學(xué)玻璃。上述的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，其第一正透鏡第一面采用非球面，為偶次非球面。上述的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，其第一負(fù)透鏡采用冕牌光學(xué)玻璃、第二正透鏡采用重冕牌光學(xué)玻璃。上述的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，其第一正透鏡、第二負(fù)透鏡采用高折射率的重火石光學(xué)玻璃。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、在保證大視場(chǎng)低畸變的同時(shí)盡量簡(jiǎn)化系統(tǒng)。本發(fā)明采用將孔徑光闌置于光學(xué)系統(tǒng)中間，光學(xué)系統(tǒng)前組為負(fù)光焦度，孔徑光闌處于光學(xué)系統(tǒng)后組的前焦點(diǎn)處，形成“負(fù)-正” 型式的大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光路，在全視場(chǎng)達(dá)到60°時(shí)仍能夠保持小畸變。2、全視場(chǎng)畸變很低，被控制在0. 以下，完全可以滿足測(cè)量需求。本發(fā)明第一正透鏡第一面采用高階偶次項(xiàng)非球面，并采用高折射率材料提高偏折光線能力，利用彎月形厚透鏡減小場(chǎng)曲，雙膠合透鏡有助于減小彗差。3、滿足測(cè)量系統(tǒng)高精度以及不同視場(chǎng)照度均勻性的要求，且成像質(zhì)量高。采用波長(zhǎng)660nm照明，第一負(fù)透鏡、第二正透鏡采用冕牌光學(xué)玻璃，第一正透鏡、第二負(fù)透鏡采用重火石光學(xué)玻璃。


圖1是本發(fā)明所提供的光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所提供的光學(xué)裝置的MTF(光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù))曲線。圖3是本發(fā)明所提供的光學(xué)裝置的場(chǎng)曲和相對(duì)畸變曲線。圖4是本發(fā)明所提供的光學(xué)裝置的能量集中度曲線。
具體實(shí)施例參見圖1，本發(fā)明提供一種使用了非球面技術(shù)的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置， 該光學(xué)系統(tǒng)包括第一負(fù)透鏡1、光闌6、第一正透鏡2、第二正透鏡3以及第二負(fù)透鏡4 ；第一負(fù)透鏡1、光闌6、第一正透鏡2、第二正透鏡3以及第二負(fù)透鏡4依次設(shè)置于同一光路5上。為了提高成像質(zhì)量，減小各種像差，本發(fā)明中第二正透鏡3和第二負(fù)透鏡4雙膠合，第一正透鏡為彎月形厚透鏡，第一負(fù)透鏡1第一面為平面，第一正透鏡2第一面為偶次非球面，其余各面為標(biāo)準(zhǔn)球面。隨著LED照明技術(shù)的提高，其單色光亮度已經(jīng)能夠滿足內(nèi)窺鏡的需求，本發(fā)明特別針對(duì)660納米紅光照明設(shè)計(jì)?？紤]到內(nèi)窺鏡是非常長(zhǎng)而且窄的光學(xué)成像系統(tǒng)，通常是為了探測(cè)人體內(nèi)或其它結(jié)構(gòu)內(nèi)部而專門設(shè)計(jì)的。應(yīng)用物空間介質(zhì)可設(shè)為水，為觀察方便，第一面設(shè)為平面。本發(fā)明中第一負(fù)透鏡采用冕牌光學(xué)玻璃，第二正透鏡采用重冕牌光學(xué)玻璃，其第一正透鏡、第二負(fù)透鏡采用高折射率的重火石光學(xué)玻璃。
本發(fā)明中各透鏡的技術(shù)參數(shù)是對(duì)于第一負(fù)透鏡f' ！ = -2. Ilf' rii = 1. 52R1=⑴R2 = 1. 08f'對(duì)于第一正透鏡f'2 = 4. 94 f' η2 = 1. 92
R3=1. 27f' R4 = 4. 25f'
C=-0· 77
α！ = 3. 01
α2 = 2. 15
α3 = 89. 36
α4 = -1592. 32對(duì)于第二正透鏡f' 3 = 4.49 f' n3 = 1. 62R5 = 4. 95 f' R6 = 3. 88f'對(duì)于第二負(fù)透鏡f' 4 = 4. 13f' n4 = 1. 76R7 = 3. 88f' R8 = 15. 57f'對(duì)于以上各參數(shù)，其中，f' f' 2，f' 3以及f' 4分別為第一負(fù)透鏡1、第一正透鏡2、第二正透鏡3以及第二負(fù)透鏡4的焦距;Ri; R2, R3, R4, R5, R6, R7以及R8分別為第一負(fù)透鏡1、第一正透鏡2、第二正透鏡3以及第二負(fù)透鏡4的八個(gè)面的曲率半徑；叫，！^叫以及n4分別為第一負(fù)透鏡1、第一正透鏡2、第二正透鏡3以及第二負(fù)透鏡4的折射率。c為第一正透鏡第一面(四階偶次非球面)的頂點(diǎn)曲率，Q1 α4為第一正透鏡第一面的高次非球面系數(shù)。c，Ci1 Ci4由以下偶次非球面公式確定
_c^+ z =-/
l + ^l~(l + k)cr2 μ本發(fā)明工作波長(zhǎng)660nm，，焦距1.22cm，全視場(chǎng)60°，后工作距大于4. 75mm，出瞳距 60000cm。對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的分析表明，該鏡頭全視場(chǎng)內(nèi)相對(duì)畸變小于0. 1 %，各視場(chǎng)MTF在空間頻率401p/mm以內(nèi)大于0.8，彌散半徑4μπι處0°、10°、20°、30°視場(chǎng)能量集中度分別為 0. 8667,0. 8675,0. 8428,0. 8021，而6 μ m處各視場(chǎng)能量集中度均大于0. 9，表明成像質(zhì)量?jī)?yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，其特征在于所述低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置包括第一負(fù)透鏡、光闌、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡；所述第一負(fù)透鏡、 光闌、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡依次設(shè)置于同一光路上，其中第二正透鏡和第二負(fù)透鏡膠合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，其特征在于所述第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡是采用普通光學(xué)玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，其特征在于所述第一正透鏡第一面采用非球面，為偶次非球面
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，其特征在于所述第一負(fù)透鏡、第二正透鏡采用冕牌光學(xué)玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，其特征在于所述第一正透鏡、第二負(fù)透鏡采用重火石光學(xué)玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用了非球面技術(shù)的低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置，該低畸變大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心光學(xué)裝置包括第一負(fù)透鏡、光闌、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡；第一負(fù)透鏡、光闌、第一正透鏡、第二正透鏡以及第二負(fù)透鏡依次設(shè)置于同一光路上，其中第二正透鏡和第二負(fù)透鏡雙膠合，第一正透鏡第一面為偶次非球面；本發(fā)明提供了一種針對(duì)660納米紅光照明設(shè)計(jì)的，可滿足高精度測(cè)量以及全視場(chǎng)照度均勻性要求的、可應(yīng)用于光纖傳像束的前置成像裝置。
文檔編號(hào)G02B13/06GK102360115SQ201110317830
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者孫文斌, 張清, 王偉, 范經(jīng)緯 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)