[发明专利]一种大视场、高分辨的工业内窥镜光学系统

说明书

本发明公开了一种大视场、高分辨的工业内窥镜光学系统，包括沿光轴由物侧到像侧依次分布的广角物镜系统、场镜和光纤传像束；所述广角物镜系统包括沿光轴由物侧到像侧依次分布的负透镜组、孔径光阑和正透镜组；所述场镜设置在所述广角物镜系统的焦平面偏物侧方向上；所述光纤传像束设置在所述广角物镜系统的焦平面上，与所述场镜相邻。采用光纤传像束作为工业内窥镜光学系统的转像系统，长度可调，适应不同工业炉窑对设备长度的需求。利用场镜实现像方远心光路，使前置光学系统的光线全部进入光纤。前置广角物镜系统的设计与光纤传像束各性能参数、技术指标匹配，反摄远结构保证了光学系统的大视场和像面均匀性。整个光学系统分辨率大，色差小，成像效果好。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种大视场、高分辨的工业内窥镜光学系统。

背景技术

工业炉窑在多种行业中普遍存在，例如冶金行业中的高炉、焦炭炉等，玻璃制造行业中的玻璃窑炉等，水泥行业中的回转窑等。随着工业的高速发展，为了监测炉内关键参数与运行工况，在各种工业密闭炉窑上安装内窥镜的需求越来越迫切。然而工业炉窑的运行环境复杂，大多存在高温，对光学系统中透镜材料的转变温度以及折射率温度系数要求严格。同时炉窑内需求的成像面积大，对光学系统的视场角和分辨率负担加重。

目前关于工业内窥镜具体光学系统设计的发明专利较少，大都是内窥镜的机械结构设计。专利公开号CN1255631A发明专利提供了一种高温可见光摄像镜头的光学系统。其原理是采用二级中继结构，使得结构总长在其焦距的百倍以上，足以使焦平面的探测器设置在高温炉炉壁之外，避免了探测器在高炉内部高温的影响。但其采用透镜作为中继系统延长光路，使得整个设备重量增加很大，结合内窥镜的安装方式来看容易使光学系统产生形变从而失焦。同时60°的全视场角无法在空间庞大的各种工业炉窑中获取全面的图像信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种大视场、高分辨的工业内窥镜光学系统设计，此光学系统可应用于各种工业密闭炉以便监测炉内关键参数以及运行工况。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种大视场、高分辨的工业内窥镜光学系统，包括沿光轴由物侧到像侧依次分布的广角物镜系统、场镜和光纤传像束；所述广角物镜系统包括沿光轴由物侧到像侧依次分布的负透镜组、孔径光阑和正透镜组；所述场镜设置在所述广角物镜系统的焦平面偏物侧方向上；所述光纤传像束设置在所述广角物镜系统的焦平面上，与所述场镜相邻。

进一步的，所述广角物镜系统总长130～150mm，焦距6～10mm，全视场角100～120°，F数为6～10。

进一步的，所述负透镜组包括沿光轴由物侧到像侧依次分布的具有负光焦度的第一透镜和具有正光焦度的第二透镜，第一透镜物侧面和像侧面均为凹面，第二透镜物侧面和像侧面均为凸面。

进一步的，第一透镜焦距范围为：-23<f₁<-22，单位mm，所采用的玻璃折射率范围为：1.61<n_d<1.62，阿贝数范围为：58<v_d<59；

第二透镜焦距范围为：60<f₂<61，单位mm，所采用的玻璃折射率范围为：1.61<n_d<1.62，阿贝数范围为：58<v_d<59。

进一步的，所述正透镜组包括沿光轴由物侧到像侧依次分布的具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜和具有正光焦度的第五透镜，第三透镜物侧面为凸面，像侧面为凹面；第四透镜物侧面和均为凸面；第五透镜物侧面和像侧面均为凸面。