專利名稱：高溫攝像鏡頭的光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是對高溫攝像鏡頭中光學系統(tǒng)的改進，屬于光學設計技術領域。
在冶煉爐、加熱爐和玻璃熔融爐等高溫爐的爐壁上通常設置有攝像鏡頭，以便實時觀測和監(jiān)控爐內(nèi)的工況，由于爐內(nèi)高溫對鏡頭的影響，需要對攝像鏡頭的設置采取許多措施，諸如鏡頭的設置位置、鏡頭外周的冷卻系統(tǒng)、鏡框及光學系統(tǒng)耐高溫的性能等等，本發(fā)明所涉及的就是鏡頭光學系統(tǒng)的性能。通常這類鏡頭的視場角很大、焦距很短，所以限定了這類鏡頭光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總長，而由于高溫爐爐壁很厚(0.5～1米)，使這類單次或二次成像的光學系統(tǒng)所制成的鏡頭無法適應爐壁的厚度，其鏡頭末端不能伸出爐壁外側(cè)，而使鏡頭完全被包埋在爐壁中，甚至使焦平面的探測器也被包在其中，這不僅要求整個光學系統(tǒng)包括探測器都需具有更好的耐高溫性能，增加了成本，且使探測器的更換使用不便，更重要的是使探測器的噪聲增大，從而使成像質(zhì)量受到影響。
本發(fā)明的目的就是設計一種高溫環(huán)境使用的光學系統(tǒng)，使其結(jié)構(gòu)長度能適應爐壁厚度，并保證有較好的成像質(zhì)量，且使光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有伸縮性能。
本發(fā)明所設計的高溫攝像鏡頭的光學系統(tǒng)是按結(jié)構(gòu)總長大于其焦距百倍以上的設計方法實現(xiàn)，所述光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)依次排列為，孔徑光闌、前組廣角鏡、中繼鏡組及焦平面的探測器，要求鏡片材料的折射率溫度系數(shù)小于3×10-6/℃，并要求前組端系統(tǒng)鏡片材料的轉(zhuǎn)變溫度不低于580℃，另一端的轉(zhuǎn)變溫度不低于450℃；其中中繼鏡組可以是二級中繼結(jié)構(gòu)，即可以有二組中繼鏡組。若采用二組中繼鏡組結(jié)構(gòu)，其前中繼鏡組由前端的準直鏡組和后端的成像鏡組構(gòu)成，兩者之間的距離在一定范圍內(nèi)能夠伸縮調(diào)整，不影響成像。
由上述可以看出，本發(fā)明由于采用二級中繼結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)總長在焦距的百倍以上，同時鏡片材料的折射率溫度系數(shù)盡量小，且材料的轉(zhuǎn)變溫度有差異，從而實現(xiàn)象差的匹配，保證系統(tǒng)的成像質(zhì)量，并且本發(fā)明的結(jié)構(gòu)總長足以使焦平面的探測器設置在爐壁之外，另外系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的伸縮性能使其適應各種厚度的爐壁，也使其能大批生產(chǎn)、降低成本。
以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明技術方案的實施情況。
附

圖1為本發(fā)明所設計高溫攝像鏡頭光學系統(tǒng)的原理示意圖；附圖2為本發(fā)明一種設計實例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1為孔徑光闌，2為前組廣角鏡，3為前中繼鏡組，4為后中繼鏡組，5為焦平面探測器；附圖3為按本發(fā)明實例制作的光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)曲線圖；附圖4為圖2實例的結(jié)構(gòu)參數(shù)和透鏡材料的列表。
參見附圖2，所設計的光學系統(tǒng)由孔徑光闌和12片光學透鏡及焦平面探測器組成，其中前組廣角鏡由前四片透鏡構(gòu)成；前中繼鏡組由中部的四片透鏡構(gòu)成，其前二片構(gòu)成準直鏡組，后二片膠合在一起構(gòu)成成像鏡組；而后中繼鏡組由兩組分別膠合在一起的四片透鏡構(gòu)成?，F(xiàn)設該光學系統(tǒng)的參數(shù)為焦距5.35mm，視場角60°，相對孔徑1∶4.8，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總長800～1100mm可調(diào)，在可見光譜段工作，那么該光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和透鏡選擇材料參見附圖4，圖4的表中r為系統(tǒng)透鏡21個面的曲率半徑，d為系統(tǒng)透鏡21個面的軸上間隔，當然其中的膠合面為一個面，玻璃材料為所對應透鏡的材料名稱；從表中可以看出，在準直鏡組(第5和第6片透鏡)與成像鏡組(第7和第8片透鏡)之間的間隔d12為200～500mm可調(diào)。按照前述參數(shù)和圖4及圖2中的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料及要求制出的光學系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)曲線見附圖3，可以看出，各視場的MTF都接近理論衍射極限，設計實例的成像質(zhì)量是很好的。
當然，對選用材料的要求除折射率溫度系數(shù)外，還要求線膨脹系數(shù)盡量小。
權利要求
1.一種高溫攝像鏡頭的光學系統(tǒng)，是按結(jié)構(gòu)總長大于其焦距百倍以上的方法設計，其特征在于，所述光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)依次排列為，孔徑光闌、前組廣角鏡、中繼鏡組及焦平面的探測器；要求鏡片材料的折射率溫度系數(shù)小于3×10-6/℃，并要求前組端系統(tǒng)鏡片材料的轉(zhuǎn)變溫度不低于580℃，另一端的轉(zhuǎn)變溫度不低于450℃；其中中繼鏡組可以為二組中繼鏡組。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的二組中繼鏡組的前中繼鏡組是由前端的準直鏡組和后端的成像鏡組構(gòu)成，其兩者間的距離在一定范圍內(nèi)能伸縮調(diào)整。
3.根據(jù)權利要求2所述的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的前組廣角鏡由四片透鏡構(gòu)成；前中繼鏡由四片透鏡構(gòu)成，前二片為準直鏡組，后二片膠合在一起為成像鏡組；后中繼鏡組由兩組分別膠合在一起的四片透鏡構(gòu)成。
4.根據(jù)權利要求3所述的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光學系統(tǒng)的焦距5.35mm、視場角60°、相對孔徑1∶4.8時，其結(jié)構(gòu)參數(shù)和透鏡材料為
其中r為系統(tǒng)透鏡21個面的曲率半徑，d為系統(tǒng)透鏡21個面的軸上間隔。
全文摘要
一種高溫攝像鏡頭的光學系統(tǒng),采用二級中繼結(jié)構(gòu),使得結(jié)構(gòu)總長在其焦距的百倍以上,足以使焦平面的探測器設置在高溫爐爐壁之外,同時鏡片材料的折射率溫度系數(shù)盡量小、且材料的轉(zhuǎn)變溫度有差異,從而能實現(xiàn)象差的匹配,保證系統(tǒng)的成像質(zhì)量,另外系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的伸縮性能使其能適應各種厚度的高溫爐,也使其能大批量生產(chǎn),大幅度降低生產(chǎn)成本。
文檔編號G02B13/00GK1255631SQ9811303
公開日2000年6月7日 申請日期1998年12月1日 優(yōu)先權日1998年12月1日
發(fā)明者楊建峰 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所