Optical system design of small-caliber and large-field industrial endoscope

Abstract

近年来，内窥镜广泛应用于复杂环境下小尺寸零件缺陷检测，该文设计一种用于航空发动机叶片检测的工业内窥镜光学系统。系统基本结构采用二次成像，物镜采用非对称反远距结构，将大视场光线收束进小口径腔体中，适配镜将物镜所成一次实像放大21倍，后接对角线长42 mm高速相机。系统基于Zemax设计软件进行系统优化、公差分析和像质评价，最终系统具有大视场（120°）、细孔径（3 mm）、耐高温（25 ℃~180 ℃）等特点。由于对视场、孔径和适配镜放大率有较高要求，因此合理引入非球面提高系统成像质量，入瞳直径提高至0.5 mm，系统空间截止频率在17 lp·mm⁻¹处，全视场调制传递函数值均大于0.28，最大畸变值小于21.2 %。