(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202221757923.8 (22)申请日 2022.07.09 (73)专利权人 苏州大学 地址 215137 江苏省苏州市相城区济学路8 号 (72)发明人 赵哲承　陈新华　 (74)专利代理 机构 苏州创元专利商标事务所有 限公司 3210 3 专利代理师 陶海锋 (51)Int.Cl. G02B 13/00(2006.01) G02B 13/18(2006.01) H04N 5/225(2006.01) (54)实用新型名称 一种适用于物像双倾 斜的成像光学系统 (57)摘要 本实用新型涉及一种适用 于物像双倾斜的 成像光学系统， 它为双远心结构， 物面的入射光 线依次经前后表面分别为球面和自由曲面的第 一自由曲面透镜、 前后表面均为球面的第一球面 透镜、 前后表 面分别为球面和自由曲面的第二自 由曲面透镜、 前后表面均为球面的第二球面透 镜、 前后表 面分别为自由曲面和球面的第三自由 曲面透镜、 前后表面均为球面的第三球面透镜及 前后表面分别为球面和自由曲面的第四自由曲 面透镜， 到达像面成像。 本实用新型采用球面镜 与自由曲面组合， 降低了系统的研制成本； 采用 双远心结构， 将光阑放置在镜头中间， 使物体在 景深范围内前后移动时， 系统的放大倍率不变。 本实用新型具有成像质量高， 结构简单、 成本低、 易于装调的优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 217739597 U 2022.11.04 CN 217739597 U 1.一种适用于物像双倾斜的成像光学系统， 其特征在于： 它由7块透镜组合排列成双远 心结构， 按光线入射方向， 依次为第一自由曲面透镜 （1） 、 第一球面透镜 （2） 、 第二自由曲面 透镜 （3） 、 第二球面透镜 （4） 、 第三自由曲面透镜 （5） 、 第三球面透镜 （6） 和第四自由曲面透镜 （7） ； 所述第一球面透镜 （2） 、 第二球面透镜 （4） 和第三球面透镜 （6） 的前后表 面均为球面， 所 述第一自由曲面透镜 （1） 、 第二自由曲面透镜 （3） 和第四自由曲面透镜 （7） 的前表面为球面， 后表面为自由曲面， 所述第三 自由曲面透镜 （5） 的前表面为 自由曲面， 后表面为球面； 各自 由曲面透镜的自由曲面面形表达式为2D ‑Q‑type多项式自由曲面， 所述多项式自由曲面的 阶数为i， i=2、 3、 5～32。 2.根据权利要求1所述的一种适用于物像双倾斜的成像光学系统， 其特征在于： 各多项 式自由曲面的参数包括曲率半径R、 圆锥曲面常数K、 阶数i对应的各多项式的系数ai， 它们 的取值分别为： 参数 第一自由曲面透镜后表面 第二自由曲面透镜后表面 第三自由曲面透镜前表面 第四自由曲面透镜后表面 R ‑106.5271 34.4795 ‑29.7143 ‑434.9658 K 1.1476 1.4716 0.8891 3.8294  a5 0.0082 ‑0.0084 0.00343 0.0005 a8 ‑0.1544 0.1575 0.00565 0.0068 a9 ‑0.3233 0.1326 ‑0.2457 ‑0.4243 a11 ‑0.115 0.0071 ‑0.0030 ‑0.0077 a12 0.0137 ‑0.0069 ‑0.0012 0.0024 a15 ‑0.0196 ‑0.0016 ‑0.0028 0.0036 a16 0.0095 ‑0.0134 0.0204 ‑0.0045 a20 ‑0.00145 0.0005 0.0003 ‑0.0001 a21 0.00148 ‑4.33*10‑5‑3.512*10‑5‑3.295*10‑5 a24 ‑0.00147 0.0003 0.0002 0.0007 a25 0.0004 0.001 ‑0.0014 0.0002 a31 0.0001 9.97*10‑5‑3.992*10‑5‑7.125*10‑5 a32 ‑0.0000573 5.2*10‑52.367*10‑6‑4.511*10‑5 其余各多项式的系数 0 0 0 0 。 3.根据权利要求1所述的一种适用于物像双倾斜的成像光学系统， 其特征在于： 第 一自 由曲面透镜的焦距f1=  89.877， 第一球面透镜的焦距f2=80.421， 第二自由曲面透镜的焦距 f3=  ‑53.969， 第二球面透镜的焦距f4=   ‑54.123， 第三自由曲面透镜的焦 距f5=  ‑159.971， 第三球面透 镜的焦距f6 = 84.292， 第四自由曲面透 镜的焦距f7=85.262。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 217739597 U 2一种适用于物像双倾斜的成像光学系统 技术领域 [0001]本实用新型属于光学成像技术领域， 特别涉及一种适用于物像双倾斜的成像光学 系统。 背景技术 [0002]物像面均倾斜的成像光学系统在基于激光三角法测量物体表面高度， 物体表面轮 廓等领域具有广泛的应用。 参见附图1， 是激光三角测量法的原理示意图， 激光器发出 的点 激光经过照明系统后， 入射到被测物体表面上， 被测物体表面散射光经成像系统成像在光 电探测器上， 由于不同高度被测物体在光电探测器上成像位置不同， 通过被测物散射光在 探测器表面的位置 即可计算得到被测物表面的高度。 激光三角测量系统为了在较小的体积 下获得较高的分辨率以及较大的高度测量范围， 要求成像系统的光轴与被测物表面以及探 测器表面法线方向成一定夹角。 使用通常的单个透镜或自由曲面镜成像系统， 会导致不同 高度处系统的成像放大率不同， 使得探测器接 收到的线光斑像宽不同， 无法获得良好的成 像结果， 严重影响后续的高度还原过程。 中国实用新型专利CN201477280U提出了一种物像 双倾斜成像光学系统， 由三块球面透镜组合而成， 可以解决倾斜物体的测量难题， 但成像质 量还有待提高。 发明内容 [0003]本实用新型针对现有技术存在的不足， 提供一种 成像质量高， 结构简单、 成本低、 易于装调的适用于物像双倾 斜的成像光学系统。 [0004]实现本实用新型发明目的的技术方案式， 提供一种适用于物像双倾斜的成像光学 系统， 它由7块透镜组合排列成双远心结构， 按光线入射方向， 依次为第一自由曲面透镜、 第 一球面透镜、 第二自由曲面透镜、 第二球面透镜、 第三自由曲面透镜、 第三球面透镜和第四 自由曲面透镜； 所述第一球面透镜、 第二球面透镜和第三球面透镜的前后表面均为球面， 所 述第一自由曲面透镜、 第二自由曲面透镜和第四自由曲面透镜的前表面为球面， 后表面为 自由曲面， 所述第三自由曲面透镜的前表面为自由曲面， 后表面为球面； 各自由曲面透镜的 自由曲面 面形表达式为2D ‑Q‑type多项式自由曲面。 [0005]本实用新型所述的一种适用于物像双倾斜的成像光学系统， 各多项式自由曲面的 参数包括曲率半径R、 圆锥曲面常数K、 阶数i对应的各多项式的系数ai， 一个优选的方案是 它们的取值分别为： [0006] 参数 第一自由曲面透镜后表面 第二自由曲面透镜后表面 第三自由曲面透镜前表面 第四自由曲面透镜后表面 R ‑106.5271 34.4795 ‑29.7143 ‑434.9658 K 1.1476 1.4716 0.8891 3.8294  a5 0.0082 ‑0.0084 0.00343 0.0005 a8 ‑0.1544 0.1575 0.00565 0.0068 a9 ‑0.3233 0.1326 ‑0.2457 ‑0.4243 a11 ‑0.115 0.0071 ‑0.0030 ‑0.0077 a12 0.0137 ‑0.0069 ‑0.0012 0.0024说　明　书 1/4 页 3 CN 217739597 U 3