紫外工业检测光学系统设计及公差分析

为满足紫外波段对产品的检测与识别需求, 设计出一套宽光谱、较大视场、较大光圈、结构紧凑的紫外工业检测光学系统, 要求紫外工业检测镜头的工作波长为240~320 nm, 全视场角为40°, 系统焦距为15 mm, F数为3, 系统总长小于60 mm。该系统采用MS20-UV型紫外电荷耦合器件(CCD), 其分辨率为1920 pixel×1080 pixel, 像元尺寸为5.48 μm×5.48 μm。从成本及像质方面综合考虑, 最后采用全球面透射式且非胶合方案。该系统采用反摄远物镜为初始结构, 利用Zemax光学软件进行设计; 结合工艺要求对设计结果进行公差分析, 确定公差误差的来源, 并进行相关结构的优化, 给出优化前后的蒙特卡罗模拟结果; 最终设计出全视场调制传递函数(MTF)在100 lp/mm范围内均大于0.5、场曲小于0.1 mm、畸变小于1.3%的紫外镜头。与其他紫外系统相比, 设计的系统具有成像质量高、分辨率高、畸变低、焦距短、结构紧凑的优点。