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CN105807418B - 一种工业内窥镜光学系统 - Google Patents

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CN105807418B CN201610328569.XA CN201610328569A CN105807418B CN 105807418 B CN105807418 B CN 105807418B CN 201610328569 A CN201610328569 A CN 201610328569A CN 105807418 B CN105807418 B CN 105807418B
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Abstract

本发明是一种工业内窥镜光学系统，包括窗口玻璃、反射镜、光阑、透镜组、以及透镜组共同形成的光轴，所述的多个透镜由依次设置于光轴上的透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5组成，所述光轴通过反射镜反射穿过窗口玻璃，所述窗口玻璃与未反射的光轴平行设置，在透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4或透镜L5之间的一处设有光阑，所述光阑一侧与反射镜之间的透镜组构成前组透镜，用于弯曲校正球差和象散，光阑另一侧的透镜组构成后组透镜，用于产生负象散并校正场曲和畸变。本发明能弯曲校正球差和象散、以及校正场曲和畸变，景深大，便于后端光纤调焦，密封性好，防污染。

Description

一种工业内窥镜光学系统
技术领域
本发明涉及近距离成像系统技术领域，具体涉及一种工业内窥镜光学系统。
背景技术
工业内窥镜可用于高温、有毒、核辐射及人眼无法直接观察到的场所的检查和观察，主要用于汽车、航空发动机、管道、机械零件等，可在不需拆卸或破坏组装及设备停止运行的情况下实现无损检测，广泛应用于航空、汽车、船舶、电气、化学、电力、煤气、原子能、土木建筑等现代核心工业的各个部门。工业内窥镜还可与照相机、摄像机或电子计算机耦接，组成照相、摄像和图象处理系统，从而进行视场目标的监视、记录、贮存和图象分析。
一般的内窥镜在工业作业环境下景深较小，对于污染较重的空间内密封性不够。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种工业内窥镜光学系统。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种工业内窥镜光学系统，包括窗口玻璃、反射镜、光阑、透镜组、以及透镜组共同形成的光轴，所述的多个透镜由依次设置于光轴上的透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5组成，所述光轴通过反射镜反射穿过窗口玻璃，所述窗口玻璃与未反射的光轴平行设置，在透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4或透镜L5之间的一处设有光阑，所述光阑一侧与反射镜之间的透镜组构成前组透镜，用于弯曲校正球差和象散，光阑另一侧的透镜组构成后组透镜，用于产生负象散并校正场曲和畸变。
进一步的，所述前组透镜包括透镜L1，所述透镜L1为正光焦度单透镜，所述后组透镜包括离光阑一侧由近及远依次设置的透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5，所述透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5为双高斯镜组的后半部分。
进一步的，所述透镜L3、透镜L4和透镜L5为正光焦度正常胶合镜组，透镜L3、透镜L4、透镜L5均背向光阑设置，使其处于不晕位置，用于产生负象散。
进一步的，所述透镜L5靠近像面的一侧向像面弯曲，用以校正场曲和畸变。
进一步的，所述窗口玻璃与物方轴上主光线夹角：下GPI为56.6°；其通光口径为椭圆形：下GPI为74*54mm；材料：融石英。
进一步的，所述反射镜与物方轴上主光线夹角：下GPI为28.3°；其通光口径为椭圆形：下GPI为120*52mm；材料：融石英。
进一步的，所述透镜L1的材料为H-LAK7，其通光口径为49mm。
进一步的，所述透镜L2的材料为H-ZF7LA，其通光口径为34mm。
进一步的，所述透镜L3和透镜L4的材料为H-ZK7，透镜L3的通光口径为42mm，透镜L4的通光口径为38mm。
进一步的，所述透镜L5的材料为H-ZLAF50B，其通光口径为33mm。
本发明的有益效果是:
本发明系统能弯曲校正球差和象散、以及校正场曲和畸变，景深大，便于后端光纤调焦，密封性好，防污染。
附图说明
图1为本发明光学系统光路结构图；
图2为本发明的窗口玻璃结构示意图；
图3为本发明的透镜L1结构示意图；
图4为本发明的透镜L2结构示意图；
图5为本发明的透镜L3结构示意图；
图6为本发明的透镜L4结构示意图；
图7为本发明的透镜L5结构示意图。
图中标号说明：1、窗口玻璃，2、反射镜，3、光阑，L1-L5为透镜。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
如图1所示，一种工业内窥镜光学系统，包括窗口玻璃1、反射镜2、光阑3、透镜组、以及透镜组共同形成的光轴，所述的多个透镜由依次设置于光轴上的透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5组成，所述光轴通过反射镜2反射穿过窗口玻璃1，所述窗口玻璃1与未反射的光轴平行设置，在透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4或透镜L5之间的一处设有光阑3，所述光阑3一侧与反射镜2之间的透镜组构成前组透镜，用于弯曲校正球差和象散，光阑3另一侧的透镜组构成后组透镜，用于产生负象散并校正场曲和畸变。
所述前组透镜包括透镜L1，所述透镜L1为正光焦度单透镜，所述后组透镜包括离光阑3一侧由近及远依次设置的透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5，所述透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5为双高斯镜组的后半部分，并进行复杂化。
所述透镜L3、透镜L4和透镜L5为正光焦度正常胶合镜组，透镜L3、透镜L4、透镜L5均背向光阑3设置，使其处于不晕位置，用于产生负象散。
所述透镜L5靠近像面的一侧向像面弯曲，用以校正场曲和畸变。
如图2所示，所述窗口玻璃1与物方轴上主光线夹角：下GPI为56.6°；其通光口径为椭圆形：下GPI为74*54mm；材料：融石英。
所述反射镜2与物方轴上主光线夹角：下GPI为28.3°；其通光口径为椭圆形：下GPI为120*52mm；材料：融石英。
如图3所示，所述透镜L1的材料为H-LAK7，其通光口径为49mm。
如图4所示，所述透镜L2的材料为H-ZF7LA，其通光口径为34mm。
如图5和图6所示，所述透镜L3和透镜L4的材料为H-ZK7，透镜L3的通光口径为42mm，透镜L4的通光口径为38mm。
如图7所示，所述透镜L5的材料为H-ZLAF50B，其通光口径为33mm。
透镜组中最大口径47mm，物面到平面反射镜中心分别为1470(上)和1450(下)，平面反射镜中心到透镜55mm。
物高92mm，下GPI像高2.68mm，对应光纤端面尺寸3.79*3.79mm。
本发明原理
本发明中光路结构满足近似像方远心光路，以保证各视场光束完全进入光纤束内，其中：
1)系统焦距：45mm；
2)放大倍率：0.02892(下)，单个光纤口径对应物面0.3458mm (下)；
3)物方NA = 0.014，像方NA = 0.4358 (下)，小于光纤数值孔径0.63，保证光线完全进入光纤。
以上述参数，采用本发明结构达到的光学系统指标为:物面大小为130×130 mm，物面分辨率小于2mm，光纤面大小4×4mm，共有400×400根光纤；物方视场为像高±92mm；单个光纤直径为4mm/400=0.01mm；波段为550nm-700nm；物距为从物面到反射镜中心1470mm(上)；光纤束分辨率fN = 57.7lp/mm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种工业内窥镜光学系统，包括窗口玻璃（1）、反射镜（2）、光阑（3）、以及透镜组共同形成的光轴，其特征在于，所述透镜组由依次设置于光轴上的透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5组成，所述光轴通过反射镜（2）反射穿过窗口玻璃（1），所述窗口玻璃（1）与未反射的光轴平行设置，在透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4或透镜L5之间的一处设有光阑（3），所述光阑（3）一侧与反射镜（2）之间的透镜组构成前组透镜，用于弯曲校正球差和象散，光阑（3）另一侧的透镜组构成后组透镜，用于产生负象散并校正场曲和畸变，所述前组透镜包括透镜L1，所述透镜L1为正光焦度单透镜，所述后组透镜包括离光阑（3）一侧由近及远依次设置的透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5，所述透镜L2、透镜L3、透镜L4和透镜L5为双高斯镜组的后半部分。
2.根据权利要求1所述的工业内窥镜光学系统，其特征在于，所述透镜L3、透镜L4和透镜L5为正光焦度透镜组，透镜L3、透镜L4、透镜L5均背向光阑（3）设置，使其处于不晕位置，用于产生负象散。
3.根据权利要求2所述的工业内窥镜光学系统，其特征在于，所述透镜L5靠近像面的一侧向像面弯曲，用以校正场曲和畸变。
4.根据权利要求1所述的工业内窥镜光学系统，其特征在于，所述窗口玻璃（1）与物方轴上主光线夹角：GPI为56.6°；其通光口径为椭圆形：GPI为74*54mm；材料：融石英。
5.根据权利要求1所述的工业内窥镜光学系统，其特征在于，所述反射镜（2）与物方轴上主光线夹角：GPI为28.3°；其通光口径为椭圆形：GPI为120*52mm；材料：融石英。
6.根据权利要求1所述的工业内窥镜光学系统，其特征在于，所述透镜L1的材料为H-LAK7，其通光口径为49mm。
7.根据权利要求1所述的工业内窥镜光学系统，其特征在于，所述透镜L2的材料为H-ZF7LA，其通光口径为34mm。
8.根据权利要求1所述的工业内窥镜光学系统，其特征在于，所述透镜L3和透镜L4的材料为H-ZK7，透镜L3的通光口径为42mm，透镜L4的通光口径为38mm。
9.根据权利要求1所述的工业内窥镜光学系统，其特征在于，所述透镜L5的材料为H-ZLAF50B，其通光口径为33mm。
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