一种观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头

技术领域

本发明涉及一种观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头，属于凹面检测技术领域。

背景技术

市场上的成像系统，被观测到景物都是平面，然而，在工业应用中，有许多需要对曲面例如凹面一次成像的需求。例如在隐形眼镜的成品封装之前，需要对其表面和边界是否存在缺陷进行检测。然而，由于隐形眼镜有一定的凹度，传统的检测方法需要把隐形眼镜影像投射在大的屏幕上，并且操作员需不断碰触隐形眼镜以观察不同深度的投影，使得工作量巨大。

发明内容

本发明提供一种观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头，可以对类似的悬浮在液体中的直径等于小于14.5mm、凹度等于小于5mm球面凹面的表面和边缘同时进行投影成像，不需要其他例如断层扫描等方法的介入，大大提高了检测的效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头，包括从像方到物方依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、孔径光阑和第四透镜；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为正透镜；第一透镜、第二透镜和第三透镜为单片镜；第四透镜为胶合镜。

上述观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头，利用二次成像的方式，拉伸系统的场曲；同时把孔径光阑放置在两组正透镜之间，对整个可见波段消除了色散，可以利用卤素灯照明，把类如隐形眼镜的等被测物放大到投影仪上。

为了进一步确保成像效果，优选，第一透镜为双凸的H-LAKA透镜，第一透镜的中心厚度为12±0.1mm，从像方到物方，第一透镜的两面依次为第一像侧面和第一物侧面，第一像侧面的曲率为46.6±0.01mm，第一物侧面的曲率为-325.3±0.01mm。

为了进一步确保成像效果，优选，第二透镜为正屈光度的H-ZK10L弯月形单透镜，第二透镜的中心厚度为11.9±0.1mm，从像方到物方，第二透镜的两面依次为第二像侧面和第二像物侧面，第二像侧面的曲率为16.1±0.01mm，第二物侧面的曲率为178.2±0.01mm。

为了进一步确保成像效果，优选，第三透镜为正屈光度的双凸H-LAK53A透镜，第三透镜的中心厚度为12±0.1mm，从像方到物方，第三透镜的两面依次为第三像侧面和第三物侧面，第三像面的曲率为41.9±0.01mm，第三物侧面的曲率为-67.5±0.01mm。

为了进一步确保成像效果，优选，从像方到物方，第四透镜由正屈光度的H-ZK10L/H-ZF72A胶合透镜组成，H-ZK10L透镜的两面依次为第四A像侧面和第四A物侧面，H-ZF72A透镜的两面依次为第四B像侧面和第四B物侧面；第四A像侧面为凸面，曲率为31.3±0.01mm；第四A物侧面为凸面，曲率为10±0.01mm；第四B像侧面为凹面，曲率为10±0.01mm；第四B物侧面为凸面，曲率为21.5±0.01mm；H-ZK10L透镜的中心厚度为11.8±0.1mm，H-ZF72A透镜的中心厚度为8.5±0.1mm。

进一步优选，第一透镜和第二透镜之间的中心间隔为33.6±0.1mm；第二透镜和第三透镜之间的中心间隔为27.6±0.1mm；第三透镜和孔径光阑之间的中心间隔为12.3±0.1mm；孔径光阑和第四透镜之间的中心间隔为0mm。

上述观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头，用于工作在全部可见光波段；可以观察的物体直径最大为14.5mm，深度最大为5mm。

上述观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头，由两组正焦距的透镜组组成，光阑位于两组正透镜组之间，第一组透镜得物在两组透镜中间成像，继而被第二组正透镜成像在焦面上，拉伸了镜头的景深；透镜采用了三片单透镜、一片胶合透镜，消除了整个可见光范围内的色差，使该发明镜头可以用在由卤素灯作为光源的投影仪上。这样有中间成像的由两组正透镜组构成的镜头，可以更大限度地拉伸场曲，使得悬浮在液体中的凹面的表面和边缘可以被同时观测到。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头，镜头可以工作在整个可见波段，可观察的直径范围最大可至14.5mm，可观察的最大凹面深度为5mm；所有元件的表面仅由标准球面和平面构成，结构简单，成本低；可以同时检测到悬浮在液体中凹面的表面和边缘，提高了检测效率，且成像品质高，可用于隐形眼镜等的检测。

附图说明

图1本发明观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头组成部分标注和距离标注；

图2本发明观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头各透镜的标注和表面标注；

图3本发明观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头观察悬浮在液体中的凹面时的剖面示意图；

图4为本发明观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头观测悬浮在液体中的凹面时的被测物与光线剖面示意图；

图5为本发明观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头检测14.5mm直径的隐形眼镜的MTF曲线；

图6为本发明观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头对14.5mm直径的隐形眼镜成像的图片。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

如图1-2所示，观察悬浮在液体中球凹面的光学投影镜头，包括从像方到物方依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、孔径光阑4和第四透镜5；第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜5均为正透镜；第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3为单片镜；第四透镜5为胶合镜，各透镜元件的设计参数如表1所示。

表1为上述各透镜元件的设计参数表

上表中，从像方到物方，第一透镜1的两面依次为第一像侧面11和第一物侧面12；第二透镜2的两面依次为第二像侧面21和第二物侧面22；第三透镜3的两面依次为第三像侧面31和第三物侧面32；第四透镜由正屈光度的H-ZK10L/H-ZF72A胶合透镜组成，H-ZK10L透镜的两面依次为第四A像侧面51和第四A物侧面52，H-ZF72A透镜的两面依次为第四B像侧面53和第四B物侧面54；在表面类型栏，所有的表面在此都为标准型，这意味着只有球面面型或者平面面型包含在此镜头中；曲率半径正值的意思是相应的面向光传播的方向弯曲(设计光路)，而负值表示相应的面向光传播的反方向弯曲(设计光路)；厚度栏表示元件的厚度及相邻元件之间的距离；材料栏表示相应元件所使用的材料，这里全部是采用CDGM的材料；通光口径栏中给出了各个元件的通光直径，从中可见，所有透镜的直径相同，均为19mm。

图1至图2为上述镜头镜片组成部分的标注、距离的标注以及表面标注，上述镜头由四片透镜和一个可以调节大小的孔径光阑组成。第四透镜5为被测物光线进入投影镜头的第一个元件，输入光从被测物由此元件进入镜头；第四透镜5和第三透镜3的透镜组把具有一定高度和深度的物第一次成像在第三透镜3和第二透镜2之间，经过第四透镜5所有的光线经过孔径光阑4，中间像被第二透镜2和第一透镜1成像在投影仪上，设计放大倍率为15倍。

上述镜头，利用二次成像的方式，拉伸系统的场曲，同时把孔径光阑放置在两组正透镜之间，对整个可见波段消除了色散，可以利用卤素灯照明，把类如隐形眼镜的等被测物放大到投影仪上。利用上述镜头观察悬浮在液体中的凹面时的剖面示意图如图3所示，被测物与光线剖面示意图如图4所示，MTF如图5所示，对14.5mm直径的隐形眼镜成像的图片如图6所示，可看出上述镜头成像像质高。

特别指出的是，本申请的保护范围不局限于上述公开详细参数，这种由三个单透镜和一组胶合镜，以及中间成像和相对应的材料选择，光瞳紧贴在第四透镜前表面，任何在此结构基础上的修改和变动，都在本发明保护的范围内。