本发明公开了一种定焦平行光管的光学系统，包括分别为正光焦度透镜、负光焦度透镜、负光焦度透镜、正光焦度透镜、负光焦度透镜的第一、第二、第三、第四、第五透镜。第二透镜的光束入射面与第一透镜的光束出射面、第三透镜的光束入射面与第二透镜的光束出射面、第四透镜的光束入射面与第三透镜的光束出射面、第五透镜的光束入射面与第四透镜的光束出射面分别沿中心光轴具有第一间距、第二间距、第三间距和第四间距。第三透镜设置在光学系统的中间位置。第三间距大于第一间距，第一间距大于第二间距，第二间距大于第四间距。本发明分辨率接近衍射极限，系统误差小，测试精度高。
1.一种定焦平行光管的光学系统，其特征在于，所述光学系统具有一中心光轴(A1)及一中间位置(V1)；光学系统包括位于中心光轴(A1)上且沿着中心光轴顺次设置的第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(3)、第四透镜(4)和第五透镜(5)；第一透镜(1)为正光焦度透镜，具有第一光束入射面(11)和第一光束出射面(12)；第二透镜(2)为负光焦度透镜，具有第二光束入射面(21)和第二光束出射面(22)，第二光束入射面(21)与第一光束出射面(12)之间沿中心光轴(A1)具有一第一间距；第三透镜(3)为负光焦度透镜，具有第三光束入射面(31)和第三光束出射面(32)，第三光束入射面(31)与第二光束出射面(22)之间沿中心光轴(A1)具有一第二间距；第四透镜(4)为正光焦度透镜，具有第四光束入射面(41)和第四光束出射面(42)，第四光束入射面(41)与第三光束出射面(32)之间沿中心光轴(A1)具有一第三间距；第五透镜(5)为负光焦度透镜，具有第五光束入射面(51)和第五光束出射面(52)，第五光束入射面(51)与第四光束出射面(42)之间沿中心光轴(A1)具有一第四间距，第五光束出射面(52)与第一光束入射面(11)之间沿中心光轴具有一第五间距；其中，第三透镜(3)设置在中间位置(V1)；第三间距大于第一间距，第一间距大于第二间距，第二间距大于第四间距；第五间距加上第一透镜(1)到焦面的距离小于预设的光学系统总长度；
所述第三透镜(3)与第四透镜(4)之间设置有光阑6)；
所述光阑(6)贴合在第三透镜(3)上，贴合位置为：第三透镜(3)的靠近第四透镜(4)的一侧上贴合设置光阑(6)；
所述第三透镜(3)为双胶合透镜，由双凸透镜(301)和双凹透镜(302)胶合而成，光阑(6)与双凹透镜(302)相贴合；
所述双凸透镜(301)具有靠近第二透镜(2)设置的第一凸面(3011)以及与第一凸面(3011)相对设置的第二凸面(3012)，该第一凸面(3011)即为第三光束入射面(31)，双凹透镜(302)具有靠近光阑(6)设置的第一凹面(3021)以及与第一凹面(3021)相对设置的第二凹面(3022)，该第一凹面(3021)即为第三光束出射面(32)，第二凸面(3012)与第二凹面(3022)相贴合；
所述第一透镜(1)、第四透镜(4)和第五透镜(5)的折射率大于双凹透镜(302)的折射率，双凹透镜(302)的折射率大于双凸透镜(301)的折射率，双凸透镜(301)的折射率大于第二透镜(2)的折射率；
所述第一光束入射面(11)的曲率半径为175.68mm，第一光束出射面(12)的曲率半径为
544.35mm；第二光束入射面(21)的曲率半径为151.91mm，第二光束出射面(22)的曲率半径为68.92mm；第三光束入射面(31)的曲率半径为93.67mm，第三光束出射面(32)的曲率半径为96.62mm；第四光束入射面(41)的曲率半径为-234.63mm，第四光束出射面(42)的曲率半径为-94.95mm；第五光束入射面(51)的曲率半径为-116.62mm，第五光束出射面(52)的曲率半径为-190.01mm。
2.如权利要求1所述的定焦平行光管的光学系统，其特征在于，所述双凸透镜(301)与双凹透镜(302)分别采用不同的材质制成，且第二透镜(2)的折射率小于双凸透镜(301)的折射率且小于双凹透镜(302)的折射率。
3.如权利要求1所述的定焦平行光管的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第四透镜(4)和第五透镜(5)皆为弯月形透镜。
4.如权利要求1所述的定焦平行光管的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(1)选用H-ZF62光学玻璃，第二透镜(2)选用H-QF6A光学玻璃，双凸透镜(301)选用H-LAK53A光学玻璃，双凹透镜(302)选用H-ZF52A光学玻璃，第四透镜(4)选用H-ZF62光学玻璃，第五透镜(5)选用H-ZF62光学玻璃。
一种定焦平行光管的光学系统
技术领域
[0001] 本发明属于光学系统技术领域，涉及一种定焦平行光管的光学系统。
背景技术
[0002] 平行光管作为光学检测的重要仪器，应用十分广泛。通过平行光管取得来自无限远的光束，称此光束为平行光。光源发出的光照亮分划板，当分划板位于物镜的焦面上时，分划板的像在物镜像空间的无穷远处，即由平行光管发出的光是平行光。平行光管是调整光学仪器的重要工具，也是光学度量仪器中重要组成部分，如公告号为CN2639880Y的中国实用新型专利所公开的大口径光学元件损伤在线检测装置，其通过一照明平行光管和一接收平行光管配合目镜或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距、鉴别率、以及其他成像质量。
[0003] 现有的平行光管按其能否变焦可分为定焦平行光管和变焦平行光管，如公告号为CN2639880Y的中国实用新型专利中公开的照明平行光管即为一种定焦平行光管，接收平行光管即为一种变焦平行光管。而按结构形式则可以分为透射式和折反射式平行光管，也就是说，平行光管通常含有两片或者三片的透镜或折、反射镜。目前照明平行光管大多为定焦平行光管，且其光源通常取用点光源的形式，能够做到的视场角通常很小，匹配的分划板也很小，仅满足于轴上点的测试，不能满足平行光管在匹配大尺寸分划板测试使用。而模拟无穷远大尺寸目标成像时，平行光管的成像质量直接关系到无穷远目标的清晰程度，影响测试精度。
发明内容
[0004] (一)发明目的
[0005] 本发明的目的是：针对现有定焦平行光管视场小、难以满足测试需求的缺陷，提供一种分辨率接近衍射极限，确保分划板经过平行光管后形成的无穷远目标成仍为清晰，实现平行光管的高分辨率来确保光学测试精度的定焦平行光管的光学系统。
[0006] (二)技术方案
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种定焦平行光管的光学系统，所述光学系统具有一中心光轴A1及一中间位置V1；光学系统包括位于中心光轴A1上且沿着中心光轴顺次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5；第一透镜1为正光焦度透镜，具有第一光束入射面11和第一光束出射面12；第二透镜2为负光焦度透镜，具有第二光束入射面21和第二光束出射面22，第二光束入射面21与第一光束出射面12之间沿中心光轴A1具有一第一间距；第三透镜3为负光焦度透镜，具有第三光束入射面31和第三光束出射面32，第三光束入射面31与第二光束出射面22之间沿中心光轴A1具有一第二间距；第四透镜4为正光焦度透镜，具有第四光束入射面41和第四光束出射面42，第四光束入射面41与第三光束出射面32之间沿中心光轴A1具有一第三间距；第五透镜5为负光焦度透镜，具有第五光束入射面51和第五光束出射面52，第五光束入射面51与第四光束出射面42之间沿中心光轴A1具有一第四间距，第五光束出射面52与第一光束入射面11之间沿中心光轴具有一第五间距；其中，第三透镜3设置在中间位置V1；第三间距大于第一间距，第一间距大于第二间距，第二间距大于第四间距；第五间距加上第一透镜1到焦面的距离小于预设的光学系统总长度。
[0008] 其中，所述第三透镜3与第四透镜4之间设置有光阑6。
[0009] 其中，所述光阑6贴合在第三透镜3上，贴合位置为：第三透镜3的靠近第四透镜4的一侧上贴合设置光阑6。
[0010] 其中，所述第三透镜3为双胶合透镜，由双凸透镜301和双凹透镜302胶合而成，光阑6与双凹透镜302相贴合。
[0011] 其中，所述双凸透镜301具有靠近第二透镜2设置的第一凸面3011以及与第一凸面3011相对设置的第二凸面3012，该第一凸面3011即为第三光束入射面31，双凹透镜302具有靠近光阑6设置的第一凹面3021以及与第一凹面3021相对设置的第二凹面3022，该第一凹面3021即为第三光束出射面32，第二凸面3012与第二凹面3022相贴合。
[0012] 其中，所述双凸透镜301与双凹透镜302分别采用不同的材质制成，且第二透镜2的折射率小于双凸透镜301的折射率且小于双凹透镜302的折射率。
[0013] 其中，所述第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4和第五透镜5皆为弯月形透镜。
[0014] 其中，所述第一透镜1、第四透镜4和第五透镜5的折射率大于双凹透镜302的折射率，双凹透镜302的折射率大于双凸透镜301的折射率，双凸透镜301的折射率大于第二透镜2的折射率。
[0015] 其中，所述第一光束入射面11的曲率半径为175.68mm，第一光束出射面12的曲率半径为544.35mm；第二光束入射面21的曲率半径为151.91mm，第二光束出射面22的曲率半径为68.92mm；第三光束入射面31的曲率半径为93.67mm，第三光束出射面32的曲率半径为96.62mm；第四光束入射面41的曲率半径为-234.63mm，第四光束出射面42的曲率半径为-
94.95mm；第五光束入射面51的曲率半径为-116.62mm，第五光束出射面52的曲率半径为-
190.01mm。
[0016] 其中，所述第一透镜1选用H-ZF62光学玻璃，第二透镜2选用H-QF6A光学玻璃，双凸透镜301选用H-LAK53A光学玻璃，双凹透镜302选用H-ZF52A光学玻璃，第四透镜4选用H-ZF62光学玻璃，第五透镜5选用H-ZF62光学玻璃。
[0017] (三)有益效果
[0018] 上述技术方案所提供的定焦平行光管的光学系统，通过五个透镜形成透射成像方式，且五个透镜光焦度分配采用正-负-负-正-负并结合合理的间距设置后，视场角可达到18度，确保平行光出射的同时，光学传递函数接近衍射极限，系统误差小，测试精度高。更，光学系统总长度小于600mm，在实际应用中更便利，平行光管的适用范围更广，且结构紧凑，体积小，便于携带或搬运，使用非常轻便。
附图说明
[0019] 图1为本发明一实施例的定焦平行光管的光学系统的结构示意图；
[0020] 图2为图1中的第三透镜的结构示意图；
[0021] 图3为图1中的光学系统的光学传递函数特性图；
[0022] 图4为本发明另一实施例的定焦平行光管的光学系统的结构示意图。
[0023] 其中，1—第一透镜；11—第一光束入射面；12—第一光束出射面；2—第二透镜；21—第一光束入射面；22—第二光束出射面；3—第三透镜；31—第三光束入射面；32—第三光束出射面；301—双凸透镜；3011—第一凸面；3012—第二凸面；302—双凹透镜；3021—第一凹面；3022—第二凹面；4—第四透镜；41—第四光束入射面；42—第四光束出射面；5—第五透镜；51—第五光束入射面；52—第五光束出射面；6—光阑；A1—中心光轴；V1—中间位置。
具体实施方式
[0024] 为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0025] 本发明的光学系统是定焦平行光管中的光学系统，具有固定的焦距，焦距是500mm，且入瞳口径是60mm。
[0026] 参阅图1，如图所示，本发明的定焦平行光管的光学系统具有一中心光轴A1及一中间位置V1。光学系统包括位于中心光轴A1上且沿着中心光轴顺次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5。第一透镜1为正光焦度透镜，具有第一光束入射面11和第一光束出射面12。第二透镜2为负光焦度透镜，具有第二光束入射面21和第二光束出射面22，第二光束入射面21与第一光束出射面12之间沿中心光轴A1具有一第一间距。第三透镜3为负光焦度透镜，具有第三光束入射面31和第三光束出射面32，第三光束入射面31与第二光束出射面22之间沿中心光轴A1具有一第二间距。第四透镜4为正光焦度透镜，具有第四光束入射面41和第四光束出射面42，第四光束入射面41与第三光束出射面32之间沿中心光轴A1具有一第三间距。第五透镜5为负光焦度透镜，具有第五光束入射面51和第五光束出射面52，第五光束入射面51与第四光束出射面42之间沿中心光轴A1具有一第四间距，第五光束出射面52与第一光束入射面11之间沿中心光轴具有一第五间距。其中，第三透镜3设置在中间位置V1；第三间距大于第一间距，第一间距大于第二间距，第二间距大于第四间距。
另外，第五间距加上第一透镜1到焦面(分划板)的距离小于600mm，也就是说，光学系统总长度小于600mm。
[0027] 较佳地，第三透镜3与第四透镜4之间设置有一光阑6，以限制边缘视场的照度的大幅度下降，解决照度不均匀的问题。光阑6的具体设置位置可以是第三透镜3与第四透镜4之间的任意位置(如图4所示)。
[0028] 作为较佳的实施例，光阑6也可以是贴合在第三透镜3上(如图1所示)。具体的贴合位置为：第三透镜3的靠近第四透镜4的一侧上贴合设置光阑6。
[0029] 结合参阅图2，第三透镜3可以为双胶合透镜，由一双凸透镜301和一双凹透镜302胶合而成，光阑6与双凹透镜302相贴合。双凸透镜301具有靠近第二透镜2设置的一第一凸面3011以及与第一凸面3011相对设置的一第二凸面3012，该第一凸面3011即为第三光束入射面31，双凹透镜302具有一靠近光阑6设置的一第一凹面3021以及与第一凹面3021相对设置的一第二凹面3022，该第一凹面3021即为第三光束出射面32，第二凸面3012与第二凹面3022相贴合。双凸透镜301与双凹透镜302分别采用不同的材质制成，且第二透镜2的折射率小于双凸透镜301的折射率且小于双凹透镜302的折射率。
[0030] 本发明中，第一透镜1、第二透镜2、第四透镜4和第五透镜5皆为弯月形透镜。为了避免系统产生高级像差，同时控制透镜的曲率半径不会太大，第一透镜1、第四透镜4和第五透镜5皆选用高折射率低色散系数的材料，且较佳地，第一透镜1、第四透镜4和第五透镜5可采用相同的材料制成。更，为了确保平行光出射，第一透镜1的折射率最好大于第二透镜2的折射率，且本发明的光学系统的折射率最好满足以下关系：第一透镜1、第四透镜4和第五透镜5的折射率大于双凹透镜302的折射率，双凹透镜302的折射率大于双凸透镜301的折射率，双凸透镜301的折射率大于第二透镜2的折射率。需要说明的是，第一透镜1、第四透镜4和第五透镜5采用同一材料时光学性能最好，但在实际使用中，第五透镜5也可以采用与第一透镜1、第四透镜4比较接近的其他高折射率低色散系数的材料，优化结构后，性能也可以满足要求。
[0031] 下面表1列出了本发明一较佳实施例的光学系统各个表面的具体参数，表中的“序号”是从光线入射端开始排列，第一透镜1的光束入射面为序号1，光束出射面为序号2，其它镜面序号以此类推；“曲率半径”分别给出每个波面所对应的球面半径，如果顶点的曲率中心位于顶点左边，则曲率半径为负，反之为正，如果某个表面顶点区域为平面，则将其曲率半径记为“∞”；“间距”出相邻两个表面之间沿光轴的中心距离，如果两个表面属于同一块镜片，则间距表示该镜片的厚度。光学系统的具体参数如下：
[0032] 表1本发明的光学系统的结构参数
[0033]序号 曲率半径(mm) 间距(mm) 光学玻璃
物方 ∞ 361.60
1 175.68 15.66 H-ZF62
2 544.35 62.07
3 151.91 6.0 H-QF6A
4 68.92 33.51
5 93.67 9.75 H-LAK53A
6 -103.83 6.0 H-ZF52A
7 96.62 2.87
光阑 ∞ 77.1
9 -234.63 12.99 H-ZF62
10 -94.95 3.39
11 -116.62 9.0 H-ZF62
12 -190.01 ∞
像方 ∞
[0034] 下面表2给出了光学系统的光学玻璃参数
[0035] 表2光学玻璃的参数
[0036]光学玻璃 折射率nd 色散系数νd 相对部分色散ΔPg.F
H-ZF62 1.92286 20.88 0.0298
H-QF6A 1.53172 48.84 0.0041
H-LAK53A 1.75500 52.32 0.0088
H-ZF52A 1.84666 23.78 0.0151
[0037] 在实际应用中，以上各透镜的具体参数，如曲率半径，透镜厚度，透镜间隔等，可做一定的细微调整以满足不同的系统参数要求。
[0038] 经试验验证，五个透镜光焦度分配采用正-负-负-正-负并结合合理的间距设置后，视场角可达到18度。且结合参阅图3可以看出，本发明的光学系统的光学传递函数接近衍射极限，系统误差小，测试精度高。更，光学系统总长度小于600mm，在实际应用中更便利，平行光管的适用范围更广，且结构紧凑，体积小，便于携带或搬运，使用非常轻便。
[0039] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
