CN109445074B - 一种长波红外针孔广角测温镜头及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长波红外针孔广角测温镜头,所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有前组A、后组B,所述前组A包括依次设置的弯月正透镜A1、弯月正透镜A2、弯月正透镜A3;所述后组B包括依次设置的弯月正透镜B1、弯月正透镜B2。本发明所涉及的镜头用来检测熔炉熔池温度,为延长其使用寿命,要求***第一片镜片的口径足够小。因此光学***选用二次成像的结构型式,可以缩小第一片镜片的口径;该***超广角的设计,可检测大范围的熔炉熔池温度;该镜头可搭配384*288,17um非制冷长波红外探测器使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种长波红外针孔广角测温镜头及其成像方法。
背景技术
金属熔融的过程中,温度的高低对其具有非常大的影响,因此需要检测熔炉熔池温度,即检测熔融金属物的温度。进行检测时,由于一般的温度计无法耐受这么高的温度,很多时候是采用红外测温***,即不接触金属物,只接收金属物发出的红外辐射能量大小对金属物进行温度检测,判断熔池温度是否在预设的范围内。熔融金属物的温度高,发出的红外辐射能量大,为了延长红外测温镜头的使用寿命,要求***第一片镜片的口径足够小,光学***前增加衰减片,减少进入***的辐射能。由于传统的长波红外设计思路都是采用一次成像的结构型式,对于广角镜头的设计,其焦距短、视场大,第一片镜片口径远比焦距大得多,导致镜头的使用寿命缩短。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处,提供了一种结构简单的长波红外针孔广角测温镜头及其成像方法。
本发明的技术方案是,一种长波红外针孔广角测温镜头,所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有前组A、后组B,所述前组A包括依次设置的弯月正透镜A1、弯月正透镜A2、弯月正透镜A3;所述后组B包括依次设置的弯月正透镜B1、弯月正透镜B2。
进一步的,所述弯月正透镜A1与弯月正透镜A2的空气间隔为3.5mm;弯月正透镜A2与弯月正透镜A3的空气间隔为6.6mm;弯月正透镜A3与弯月正透镜B1的空气间隔为13mm;弯月正透镜B1与弯月正透镜B2的空气间隔为18mm。
一种长波红外针孔广角测温镜头的成像方法,按以下步骤进行:光线自左向右依次经弯月正透镜A1、弯月正透镜A2、弯月正透镜A3、弯月正透镜B1、弯月正透镜B2后成像。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:采用二次成像的结构型式,可以缩小第一片镜片的口径,对超高温物体进行温度检测时可以延长其寿命;焦距短、视场大,可以检测大范围物体的温度;通过光线高度的调整,控制相对照度在合理的范围之内,使成像像面照度均匀。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明实施例的光学***图。
图2为该镜头常温环境下的MTF图;
图3为常温环境下场曲畸变图。
图中:
A1弯月正透镜A1、A2弯月正透镜A2、A3弯月正透镜A3、B1弯月正透镜B1、B2弯月正透镜B2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1~3所示,一种长波红外针孔广角测温镜头,所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有前组A、后组B,所述前组A包括依次设置的弯月正透镜A1、弯月正透镜A2、弯月正透镜A3;所述后组B包括依次设置的弯月正透镜B1、弯月正透镜B2。
在本实施例中,所述弯月正透镜A1与弯月正透镜A2的空气间隔为3.5mm;弯月正透镜A2与弯月正透镜A3的空气间隔为6.6mm;弯月正透镜A3与弯月正透镜B1的空气间隔为13mm;弯月正透镜B1与弯月正透镜B2的空气间隔为18mm。
一种长波红外针孔广角测温镜头的成像方法,按以下步骤进行:光线自左向右依次经弯月正透镜A1、弯月正透镜A2、弯月正透镜A3、弯月正透镜B1、弯月正透镜B2后成像。
在本实施例中,由上述镜片组构成的光学***达到了如下的光学指标:
(1)焦距:EFFL=3.45mm
(2)F数=1.2
(3)视场角:2w≥108°
(4)光学畸变:≤22%
(5)成像圆直径大于Ф8.2
(6)工作光谱范围:8um~12um
(7)光学总长TTL≤72mm,光学后截距≥12.5mm
(8)该镜头适用于384*288,17um非制冷长波红外探测器
在本实施例中,此光学结构件特征在于:设定焦距为f,从物面至像面的光学镜片焦距依次为f1-f5;二者有如下的关系:
20<f1/f<30;3<f2/f<5;1.5<f3/f<3;5<f4/f<10;1.5<f5/f<3
此光学结构平行平板位于B2镜片及IMA项目之间。
在本实施例中,各镜片的参数如下表一所示:
在本实施例中,非球面相关数据如下表二所示:
非球面表达式为:
Z代表光轴方向的位置,r代表相对光轴的垂直方向上的高度,c代表曲率半径,k代表圆锥系数,代表非球面系数。在非球面数据中,E-n代表,例如-4.398E-004代表。
在本实施例中,由图2可以看出,该镜头具有较高的分辨率,满足384*288,17um非制冷探测器的传函需求。由图3可知,该镜头满足畸变要求。该镜头采用二次成像的结构型式,该结构型式由五片镜片组成,合理分配光焦度并结合使用偶次非球面来平衡***像差,使得光学***的第一片镜片口径足够小,且能到达广角设计。通过对边缘畸变的校正,控制畸变在合理的范围之内;对光线高度进行调整,控制相对照度在合理的范围之内,使成像像面照度均匀;通过曲率及厚度的调整降低了各个光学件的敏感度,使得该镜头更易于加工与装调。
上列较佳实施例,对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种长波红外针孔广角测温镜头,其特征在于:所述镜头的光学***中沿光线从左向右入射方向依次设有前组A、后组B,所述前组A包括依次设置的弯月正透镜A1、弯月正透镜A2、弯月正透镜A3;所述后组B包括依次设置的弯月正透镜B1、弯月正透镜B2;所述弯月正透镜A1与弯月正透镜A2的空气间隔为3.5mm;弯月正透镜A2与弯月正透镜A3的空气间隔为6.6mm;弯月正透镜A3与弯月正透镜B1的空气间隔为13mm;弯月正透镜B1与弯月正透镜B2的空气间隔为18mm;弯月正透镜A1朝向物侧的面S1的曲率半径为-15mm<R<-5mm,朝向像侧的面S2的曲率半径为-15mm<R<-5mm;弯月正透镜A2朝向物侧的面S3的曲率半径为15mm<R<30mm,朝向像侧的面S4的曲率半径为20mm<R<50mm;弯月正透镜A3朝向物侧的面S5的曲率半径为-30mm<R<-10mm,朝向像侧的面S6的曲率半径为-20mm<R<-5mm;弯月正透镜B1朝向物侧的面S7的曲率半径为-15mm<R<-5mm,朝向像侧的面S8的曲率半径为-15mm<R<-5mm;弯月正透镜B2朝向物侧的面S9的曲率半径为20mm<R<30mm,朝向像侧的面S10的曲率半径为30mm<R<60mm;该长波红外针孔广角测温镜头的焦距:f=3.45mm,F数=1.2,视场角:≥108°,光学畸变:≤22%,成像圆直径大于8.2㎜,工作光谱范围:8um~12um,光学总长TTL≤72mm,光学后截距≥12.5mm;该长波红外针孔广角测温镜头:设定焦距为f,从左向右的光学镜片焦距依次为f1-f5;二者有如下的关系:20<f1/f<30;3<f2/f<5;1.5<f3/f<3;5<f4/f<10;1.5<f5/f<3;该长波红外针孔广角测温镜头的成像方法按以下步骤进行:光线自左向右依次经弯月正透镜A1、弯月正透镜A2、弯月正透镜A3、弯月正透镜B1、弯月正透镜B2后成像。
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