本發(fā)明涉及一種大數(shù)值孔徑、高清顯微成像增距系統(tǒng)及其工作方法。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)內(nèi)窺檢測是一項關(guān)鍵的非破壞性檢測技術(shù)，廣泛應用于精密制造、航空航天、石油化工等領域。隨著相關(guān)領域?qū)υ骷a(chǎn)質(zhì)量管控的要求越來越高，逐漸涌現(xiàn)出了對5mm以內(nèi)狹小空間進行高清視覺檢測的迫切需求。然而當前市面上常見的小口徑(外徑≤4mm)硬性內(nèi)窺鏡及柔性電子鏡的成像質(zhì)量普遍不足，物方解析力普遍>30μm，嚴重制約了高精度內(nèi)窺視覺檢測的發(fā)展，其一主要原因就在于數(shù)值孔徑較低，導致系統(tǒng)整體的光信息吞吐量不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一款大數(shù)值孔徑、高清成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠同時滿足高像質(zhì)、小外徑、無畸變、遠心、長距離圖像傳輸?shù)募夹g(shù)要求。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

2、一種顯微成像增距系統(tǒng)，包括沿光線入射光路自物側(cè)向像側(cè)依次設置的光闌、第一透鏡l1、第二透鏡l2、第三透鏡l3、第四透鏡l4、第五透鏡l5、第六透鏡l6、第七透鏡l7、第八透鏡l8，其中，第一透鏡l1為彎月正透鏡，第二透鏡l2為雙凸正透鏡，第三透鏡l3為雙凸正透鏡，第四透鏡l4為雙凹負透鏡，第五透鏡l5為雙凸正透鏡，第六透鏡l6為雙凸正透鏡，第七透鏡l7為雙凹負透鏡；第一透鏡l1和第二透鏡l2互相貼合成為雙凸正透鏡，稱之為膠合透鏡組。

3、進一步的，設所述顯微成像增距系統(tǒng)的焦距為f，第一透鏡l1、第二透鏡l2、膠合透鏡組、第三透鏡l3、第四透鏡l4、第五透鏡l5、第六透鏡l6、第七透鏡l7、第八透鏡l8的焦距分別為f1、f2、f12、f3、f4、f5、f6、f7、f8，其中f12、f3、f4、f5、f6、f7與f滿足以下比例，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、進一步的，第一透鏡l1滿足關(guān)系式：nd≥1.5，vd≥50；第二透鏡l2滿足關(guān)系式nd≤1.5，vd≥50；第三透鏡l3滿足關(guān)系式nd≤1.5，vd≥50；第四透鏡l4滿足關(guān)系式nd≥1.5，vd≥50；第五透鏡l5滿足關(guān)系式nd≤1.5，vd≥50；第六透鏡l6滿足關(guān)系式nd≤1.5，vd≥50；第七透鏡l7滿足關(guān)系式nd≥1.5，vd≥50，其中nd為折射率，vd為阿貝常數(shù)。

5、進一步的，所述所述顯微成像增距系統(tǒng)的成像面積imah與光學系統(tǒng)的焦距f之間滿足：0.12≤imah/f。

6、進一步的，所述所述顯微成像增距系統(tǒng)的數(shù)值孔徑na與光學系統(tǒng)的焦距f之間滿足：0.022≤na/f。

7、進一步的，所述顯微成像增距系統(tǒng)第一透鏡l1、第二透鏡l2、第三透鏡l3、第四透鏡l4、第五透鏡l5、第六透鏡l6、第七透鏡l7、第八透鏡l8共同構(gòu)成一成像組元，沿光闌對稱排布放置同樣的成像組元形成光學總長為ttl，總焦距為f’的完整成像單元，其中，ttl和f’之間滿足以下關(guān)系：-2.5≤ttl/f’≤1.9。

8、進一步的，所述完整成像單元實現(xiàn)的技術(shù)指標包括：系統(tǒng)外徑≤3.4mm；工作波段為可見光；傳像距離≥50mm；物像方全視場遠心度均<0.5°

9、作為一種實施方式，各個透鏡的參數(shù)如下：

10、

11、作為另外一種實施方式，各個透鏡的參數(shù)如下：

12、

13、本發(fā)明的有益效果如下：

14、(1)大數(shù)值孔徑設計，光學擴展量高，成像質(zhì)量優(yōu)秀，全視場mtf值(@200lp/mm)高于0.4，能保留更多高頻空間信息；

15、(2)全視場相對照度均接近1，畫面亮度表現(xiàn)好，照度分布均勻；

16、(3)全視場0畸變設計，圖像無變形，檢測更精確；

17、(4)所述光學系統(tǒng)全部均可采用較低折射率的常用玻璃，適合大規(guī)模高良率生產(chǎn)；

18、(5)系統(tǒng)外徑≤3.4mm，傳像距離≥50mm，適合狹小環(huán)境下的成像與圖像長距離導出；

19、(6)采用全玻結(jié)構(gòu)設計，成像穩(wěn)定性高，面型與結(jié)構(gòu)設計合理。

技術(shù)特征：

1.一種顯微成像增距系統(tǒng)，包括沿光線入射光路自物側(cè)向像側(cè)依次設置的光闌、第一透鏡l1、第二透鏡l2、第三透鏡l3、第四透鏡l4、第五透鏡l5、第六透鏡l6、第七透鏡l7、第八透鏡l8，其中，第一透鏡l1為彎月正透鏡，第二透鏡l2為雙凸正透鏡，第三透鏡l3為雙凸正透鏡，第四透鏡l4為雙凹負透鏡，第五透鏡l5為雙凸正透鏡，第六透鏡l6為雙凸正透鏡，第七透鏡l7為雙凹負透鏡；第一透鏡l1和第二透鏡l2互相貼合成為雙凸正透鏡，稱之為膠合透鏡組。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微成像增距系統(tǒng)，其特征在于，設所述顯微成像增距系統(tǒng)的焦距為f，第一透鏡l1、第二透鏡l2、膠合透鏡組、第三透鏡l3、第四透鏡l4、第五透鏡l5、第六透鏡l6、第七透鏡l7、第八透鏡l8的焦距分別為f1、f2、f12、f3、f4、f5、f6、f7、f8，其中f12、f3、f4、f5、f6、f7與f滿足以下比例，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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微成像增距系統(tǒng)，其特征在于，第一透鏡l1滿足關(guān)系式：nd≥1.5，vd≥50；第二透鏡l2滿足關(guān)系式nd≤1.5，vd≥50；第三透鏡l3滿足關(guān)系式nd≤1.5，vd≥50；第四透鏡l4滿足關(guān)系式nd≥1.5，vd≥50；第五透鏡l5滿足關(guān)系式nd≤1.5，vd≥50；第六透鏡l6滿足關(guān)系式nd≤1.5，vd≥50；第七透鏡l7滿足關(guān)系式nd≥1.5，vd≥50，其中nd為折射率，vd為阿貝常數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微成像增距系統(tǒng)，其特征在于，所述所述顯微成像增距系統(tǒng)的成像面積imah與光學系統(tǒng)的焦距f之間滿足：0.12≤imah/f。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微成像增距系統(tǒng)，其特征在于，所述所述顯微成像增距系統(tǒng)的數(shù)值孔徑na與光學系統(tǒng)的焦距f之間滿足：0.022≤na/f。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微成像增距系統(tǒng)，其特征在于，所述顯微成像增距系統(tǒng)第一透鏡l1、第二透鏡l2、第三透鏡l3、第四透鏡l4、第五透鏡l5、第六透鏡l6、第七透鏡l7、第八透鏡l8共同構(gòu)成一成像組元，沿光闌對稱排布放置同樣的成像組元形成光學總長為ttl，總焦距為f’的完整成像單元，其中，ttl和f’之間滿足以下關(guān)系：-2.5≤ttl/f’≤1.9。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種顯微成像增距系統(tǒng)，其特征在于，所述完整成像單元實現(xiàn)的技術(shù)指標包括：系統(tǒng)外徑≤3.4mm；工作波段為可見光；傳像距離≥50mm；物像方全視場遠心度均<0.5°。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微成像增距系統(tǒng)，其特征在于，各個透鏡的參數(shù)如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微成像增距系統(tǒng)，其特征在于，各個透鏡的參數(shù)如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種顯微成像增距系統(tǒng)，包括沿光線入射光路自物側(cè)向像側(cè)依次設置的光闌、第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5、第六透鏡L6、第七透鏡L7、第八透鏡L8，其中，第一透鏡L1為彎月正透鏡，第二透鏡L2為雙凸正透鏡，第三透鏡L3為雙凸正透鏡，第四透鏡L4為雙凹負透鏡，第五透鏡L5為雙凸正透鏡，第六透鏡L6為雙凸正透鏡，第七透鏡L7為雙凹負透鏡；第一透鏡L1和第二透鏡L2互相貼合成為雙凸正透鏡，稱之為膠合透鏡組。

技術(shù)研發(fā)人員：吳斌,許熠宸,康杰虎,薛婷
受保護的技術(shù)使用者：天津大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10